55万吨年甲醇精馏工段工艺设计预精馏塔工艺设计及分析毕业论文.doc

1、. . .55万吨年甲醇精馏工段工艺设计预精馏塔工艺设计及分析毕业论文目录摘要iAbstractii前言iii第一章 文献综述11.1 课题的工艺背景11.1.1 课题的提出11.1.2 国外发展现状11.1.3 课题的研究目标21.2 甲醇的简介21.2.1 甲醇产品的性质与用途21.2.2 甲醇的生产工艺31.3 甲醇精馏原理31.3.1 预精馏塔的作用41.3.2 加碱对甲醇精馏的改善41.3.3 萃取精馏在甲醇精馏中的应用51.3.4 加压塔的节能效应51.3.5 回流比的选择51.3.6 甲醇精馏塔的选择61.4 甲醇的精馏过程61.4.1 工艺流程概述61.4.2 甲醇精馏的典型工

2、艺流程71.4.3 工艺流程的选择14101.4.4 影响精馏操作的因素与调节15121.5 Aspen Plus工艺流程模拟141.5.1 Aspen Plus软件的发展史141.5.2 Aspen Plus的独特优势151.5.3 Aspen Plus工艺流程模拟17第二章 甲醇精馏工段物料衡算192.1 操作条件192.2 甲醇精馏工段物料衡算16192.2.1 预塔的物料衡算202.2.2 加压塔的物料衡算242.2.3 常压塔的物料衡算272.2.4 回收塔的物料衡算31第三章 ASPEN PLUS工艺流程模拟343.1 四塔实际模拟343.2 整个四塔甲醇的回收率383.3 加压塔

3、、常压塔、回收塔采出甲醇的浓度38第四章 预精馏塔工艺设计及其附件选型404.1 设计依据404.1.1 预精馏塔设计已知条件404.1.2 塔板工艺条件计算17414.1.3 塔径计算414.1.4 塔高计算424.1.5 塔板的工艺尺寸444.1.6 塔板流体力学验算494.2预精馏塔附件选型564.2.1 管口设计564.2.2 设备管口表57结 论58参考文献59附 录60致 谢61.参考资料.第一章 文献综述1.1 课题的工艺背景1.1.1 课题的提出甲醇在世界基础有机化工原料中，消费量仅次于乙烯、丙烯和苯，居第四位，在化工、医药、轻工、纺织等行业具有广泛的用途，具有举足轻重的作用。

4、随着我国国民经济的高速发展、甲醇衍生物及下游产品生产的迅速发展和甲醇燃料的应用，甲醇需求量越来越大。为了获得高纯度、高质量的甲醇产品，甲醇精馏成为甲醇生产企业的重要后处理工序，其能耗约占甲醇生产总能耗的20% 左右， 甲醇精馏技术的好坏直接关系到精甲醇的质量，因此选择适合企业生产需要的精馏技术，是降低成本、节能降耗、提高企业经济效益和市场竞争力的重要举措1-2。因此，对甲醇精馏工艺作系统的研究对于甲醇精馏系统的合理设计、通过设备改造和调整工艺来降低甲醇精馏的能耗、提高甲醇产品质量和收率有突出的现实意义。本设计通过查阅国外文献和实际生产中的工艺资料，对比已有的工艺流程和工艺条件进行甲醇精馏工段的

5、创新和整合设计，提出了甲醇精馏系统的工艺设计原则和设备节能设计原则。1.1.2 国外发展现状一、国外大规模甲醇合成技术现状3甲醇精馏是甲醇生产中重点研究与攻关的课题之一，多年来世界各国对此开展了大量的工作，特别是世界著名的英国ICI、法国的Lurgi 和日本三菱瓦斯等均开发出了自己独特的精馏技术。在倡导节约能源的当今社会，低压法是一种主要的现代甲醇合成生产工艺。据说，利用能够代表国外甲醇生产水平的英国ICI公司和德国Lurgi公司技术的国外生产设备占据了至少70%，现在拥有最高生产能力的单一反应器是Lurgi联合反应器。二、国的甲醇合成技术我国的精馏技术也在逐年改进，产品甲醇的质量也相应得到了

6、提高。目前，国甲醇精馏工艺主要分为双塔精馏工艺、带有高锰酸钾反应的精馏工艺和三塔精馏工艺。带有高锰酸钾反应的精馏工艺需要对粗甲醇中的还原性物质进行处理后再精馏，工艺复杂，该工艺主要用于对甲醇质量要求相当严格的场合。由于双塔精馏和三塔精馏工艺完全能够保证工业上对精甲醇质量的要求，因此一般不必采用带高锰酸钾反应的精馏工艺。目前我国使用较广泛的是双塔精馏与三塔精馏流程工艺。1.1.3 课题的研究目标本论文的研究目标是：55万吨/年甲醇精馏工段工艺设计预精馏塔工艺设计及分析(1) 根据生产任务，进行精馏工段的物料衡算和热量衡算；(2) 对预精馏塔的操作因素进行分析，并进行工艺设计、设备设计及其附件设备

7、的选型；(3) 利用Auto CAD 软件，绘制甲醇精馏工段的物料流程图、带控制点的工艺流程图、预塔的设备图、0.000平面的精馏工段设备布置图。1.2 甲醇的简介 1.2.1 甲醇产品的性质与用途甲醇是一种透明、无色、易燃、有毒的液体，略带酒精味。其理化性质为：无色、透明、高度挥发、易燃液体。熔点-97.8。沸点64.5。闪点12.22。自燃点463.89。蒸气密度1.11。蒸气压13.33KPa(100mmHg，21.2)。能与水、乙醇、乙醚、苯、酮、卤代烃和许多其他有机溶剂相混溶。遇热、明火或氧化剂易着火。甲醇是主要广泛应用于精细化工，塑料，医药，林产品加工等领域的基本有机化工原料，可开

8、发出100多种高附加值化工产品，尤其深加工后作为一种新型清洁燃料和加入汽油掺烧，其发展前景越来越广阔。目前甲醇主要下游产品为甲醛、醋酸、甲醇汽油、二甲醚等。1.2.2 甲醇的生产工艺目前生产甲醇的方法主要是合成法，尚有少量从木材干馏作为副产回收。合成甲醇可以固体(如煤、焦炭)液体(如原油、重油、轻油)或气体(如天然气及其他可燃性气体)为原料，经造气净化(脱硫)变换，除去二氧化碳，配制成一定的合成气(一氧化碳和氢)。在不同的催化剂存在下，选用不同的工艺条件。单产甲醇(分高压法低压和中压法)，或与合成氨联产甲醇(联醇法)。将合成后的粗甲醇，经预精馏脱除甲醚，精馏而得成品甲醇。高压法为BASF最先实

9、现工业合成的方法，但因其能耗大，加工复杂，材质要求苛刻，产品中副产物多，今后将由ICI低压和中压法及Lurgi低压和中压法取代。1.3 甲醇精馏原理甲醇的精馏过程是利用粗甲醇中各组分的挥发度不同，且不形成共沸物，通过多次部分汽化和部分冷凝的方法，以达到分离各组分的目的。甲醇精馏的目的，是实现甲醇与水及有机物等杂质的分离，生产出合格的精甲醇产品。本课题研究四塔甲醇精馏工段工艺，包括预精馏塔、加压塔、常压塔以及回收塔。在预精馏塔中除去溶解性气体及低沸点杂质，在加压塔和常压塔中除去水及高沸点杂质，在回收塔中回收废水中的甲醇，从而制得合格的精甲醇产品（GB338-1992 标准）。粗甲醇经换热后进入预

10、精馏塔，脱除轻组分后,塔底甲醇及高沸点组分通过泵提压后送入加压塔，加压塔顶部出来的气体进入常压塔再沸器换热后，再以回流的方式全部返回加压塔，从加压塔塔顶第2块填料位置采出产品，加压塔塔釜液送入常压塔，常压塔塔顶馏出精甲醇产品，塔釜液送入汽提塔处理，常压塔提馏段侧线采出杂醇油送往回收塔处理，回收塔塔釜液与来自常压塔塔釜液一并送往汽提塔处理4。1.3.1 预精馏塔的作用预塔精馏的主要作用有，第一，脱除粗甲醇中的二甲醚；第二，加水萃取，脱除与甲醇沸点相近是的轻馏分；第三，除去其他轻组分有机杂质。通过预精馏 后，二甲醚和大部分轻组分基本脱除干净。即脱除粗甲醇中的低沸点杂质和可与甲醇形成共沸物的杂质，它

11、们一般由二氧化碳、醚类、胺类、烃类、酯类、醛酮类物质组成。二氧化碳、醚类、胺类等低沸物可随不凝气一起放空。对预塔的作用国外有不同的看法，主要有两种观点：一种认为预塔对保证甲醇的质量有重要作用,国外大都持这种观点，它们的预塔比较高。国亦有不少厂家的预塔较高，如、等化肥厂，以及80年代末、90年代初投建的小联醇厂；另一种观点认为铜基触媒的选择性好，粗甲醇中杂质少，预塔高度不必太高，甚至将预塔冷凝器直接垂直安放在塔顶，回流量没有计量，早期的小联醇就是这样5。1.3.2 加碱对甲醇精馏的改善在甲醇合成过程中，当合成气的水分含量高时，易发生如下反应6 ： CO+ H2O HCOOH在合成过程中还可能发生

12、如下副反应： 2CO + H2 CH3COOH CH3OH + CO CH3COOH在甲醇精馏过程中虽无化学反应，但作为原料的粗甲醇中可能存在一些酸类和酯。加碱处理使得一些难分离的杂质，在预精馏塔分解。加碱的目的：处理粗甲醇中的酸类、酯类。加碱的作用：(1)加碱易于分离杂质，可降低负荷；(2)增加精甲醇的产量,控制精甲醇的酸度和碱度指标；(3)蒸汽消耗降低，残液中甲醇含量降低；(4)腐蚀性降低，设备使用寿命增加。例如加入NaOH后，羧酸与NaOH反应生成羧酸钠： RCOOH + NaOH RCOONa+H2 O调节了粗甲醇的pH值。在碱存在下，酯发生皂化反应，生成羧酸盐： RCOOR +NaO

13、H RCOO Na + ROH羧酸钠溶于水，易于分离。加碱处理使得一些难分离的杂质，在预精馏塔分解。加碱操作注意事项：(1)严格控制预塔塔底温度不要过高，以免CH3OH 与NaOH发生反应(一般预塔塔底温度7578)；(2)严格检测预后pH值、调节碱量加入，控制预后pH值在79之间，最好控制在8；(3)配制碱液时，要充分溶解，不能有颗粒状；(4)烧碱对人体皮肤有伤害，操作注意防护。1.3.3 萃取精馏在甲醇精馏中的应用为了提高精甲醇产品的水溶性和稳定性，在预塔加萃取水，由于粗甲醇中的甲醇一烷烃类的共沸混合物的沸点与甲醇的沸点较为接近，用普通精馏方法难以将其分离但甲醇与烷烃在结构上却不相同，加入

14、水后，由于水和甲醇可以任何比例互溶，因此使烷烃杂质得以与甲醇分离，使粗甲醇精馏分离脱除杂质的效果大大提高，从而使产品的纯度提高。通过加入适量(一般为粗甲醇进料量的5% 10%)的萃取水，使甲醇在水中充分溶解，减少甲醇在预塔塔顶的损失，有利于提高甲醇的收率。萃取水过少，甲醇损失增加；萃取水过多，会增加能耗。精馏操作中，预后甲醇液密度(20)控制指标为0.8350.865g/mL，在粗甲醇质量稳定、杂质含量不高的情况下，可调节萃取水量，控制预后甲醇液密度在指标低限，有利于降低甲醇精馏蒸汽消耗7。1.3.4 加压塔的节能效应三塔与四塔甲醇精馏系统充分利用自身热量的回收利用，一是常压精馏塔再沸器采用加

15、压精馏塔塔顶甲醇蒸汽来加热常压精馏塔釜液，二是精甲醇预热器采用加压精馏塔采出的精醇预热粗醇，因此蒸汽消耗低，随之冷却水用量大大减少。据测算，每吨精甲醇蒸汽消耗约为1.20.95t，与板式塔工艺全部依靠外来低压蒸汽提供热能相比，甲醇消耗要低0.30.4t8。1.3.5 回流比的选择回流比对精馏塔操作影响很大，直接关系着培各层扳上的物料浓度的改变和温度的分布。一般情况下，选取适宜回流比为最小回比的1.32倍。两塔甲醇精馏甲醇主精馏塔的回流比为2.02.5。其调节的依据是根据塔的负荷和精甲醇的质量。为保持四塔精馏系统的稳定操作、降低能耗并减少投资，应选取：加压塔回流比R12.5，常压塔回流比R22；两塔负荷比Q1/Q2：0.590.79；并在保持稳定生产、产品质量合格的基础上，R1，R2选取得尽量小。1.3.6 甲醇精馏塔的选择对精馏过程来说，精馏设备是使过程得以进行的重要条件，它直接影响到生产装置的产品质量、生产能力、产品收