年產(chǎn)5萬噸甲醇雙塔精餾項目設(shè)計方案

1 年產(chǎn) 5 萬噸甲醇雙塔精餾項目設(shè)計方案 第 1章 綜 述 醇的性質(zhì)和用途 醇的性質(zhì) 甲醇是一種透明、無色、易燃、有毒的液體，略帶酒精味。 甲醇最早從木材干餾得到故又稱木醇或木精 甲醇又名 ； 其 物 理化 學(xué) 性質(zhì)為：熔點 ， 沸點 ， 閃點 ，自燃點 ，相對 蒸氣密度 氣 =1)， 蒸氣壓 00)； 能與水、乙醇、乙醚、苯、酮、鹵代烴和許多其他有機溶劑相混溶 ； 遇熱、明火或氧化劑易著火 ； 化學(xué)分子式為 子為極性分子。 甲醇易燃，其蒸氣與空氣能形成爆炸混合物，甲醇完全燃燒生成二氧化碳和水蒸氣，同時放出熱量 1。 純甲醇為無色透明略帶乙醇?xì)馕兜囊讚]發(fā)液體，沸點 65 ，熔點 ，和水相對密度為 0/4) ，甲醇能和水以任意比相溶，但不形成共沸物，能和多數(shù)常用的有機溶劑 (乙醇、乙醚、丙酮、苯等 )混溶，并形成恒沸點混合物。甲醇能和一些鹽如 為結(jié)晶醇如 鹽的結(jié)晶水合物類似，甲醇蒸氣能和空氣形成爆炸性混合物，爆炸極限 體積）。甲醇燃燒時無煙，火焰呈藍(lán)色。甲醇具有脂肪族伯醇的一般性質(zhì) ,連有羥基的碳原子上的三個氫原子均可被一一氧化 ,或脫氫生成甲醛 ,再氧化成甲酸 ,甲酸氧化的最終產(chǎn)物是二氧化碳和水。試劑甲醇常密封保存在棕色瓶中置于較冷處。 甲醇有較強的毒性，對人體的神經(jīng)系統(tǒng)和血液系統(tǒng)影響最大，它經(jīng)消化道、呼吸道或皮膚攝入都會產(chǎn)生毒性反應(yīng)，甲醇蒸氣能損害人的呼吸道粘膜和視力。急性中毒癥狀有：頭疼、惡心、胃痛、疲倦、視力模糊以至失明，繼而呼吸困難，最終導(dǎo)致呼吸中樞麻痹而死亡。慢性中毒反應(yīng)為：眩暈、昏睡、頭痛、耳鳴、現(xiàn)力 減退、消化障礙。甲醇攝入量超過 4 克就會出現(xiàn)中毒反應(yīng)，誤服一小杯超過 10 克就能造成雙目失明，飲入量大造成死亡。致死量為 30 毫升以上，甲醇在體內(nèi)不易排出 ,會發(fā)生蓄積，在體內(nèi)氧化生成甲醛和甲酸也都有毒性。在甲醇生產(chǎn)工廠，中國有關(guān)部門規(guī)定，空氣中允許甲醇濃度為 5mg/有甲醇?xì)獾默F(xiàn)場工作須戴防毒面具，廢水要處理后才能排放，允許含量小于 200。 甲醇的中毒機理是，甲醇經(jīng)人體代謝產(chǎn)生甲醛和甲酸（俗稱蟻酸），然后對人體產(chǎn)生傷害。常見的癥狀是，先是產(chǎn)生喝醉的感覺，數(shù)小時后頭痛，惡心，嘔吐，以及視線模糊。嚴(yán)重者 會失明，乃至喪命。失明的原因是，甲醇的代謝產(chǎn)物甲酸會累積在眼睛部位，破壞 2 視覺神經(jīng)細(xì)胞 1。 甲醇中毒，通?？梢杂靡掖冀舛痉āＦ湓硎?，甲醇本身無毒，而代謝產(chǎn)物有毒，因此可以通過抑制代謝的方法來解毒。甲醇和乙醇在人體的代謝都是同一種酶，而這種酶和乙醇更具親和力。因此，甲醇中毒者，可以通過飲用烈性酒（酒精度通常在 60 度以上）的方式來緩解甲醇代謝，進(jìn)而使之排出體外。而甲醇已經(jīng)代謝產(chǎn)生的甲酸，可以通過服用小蘇打（碳酸氫鈉）的方式來中和。 工業(yè)上用一氧化碳和氫氣的混合氣（合成氣）在一定的條件下制備甲醇。甲醇可用做溶 劑和燃料，也是一種化工原料，主要用于生產(chǎn)甲醛（ 工業(yè)酒精里含有甲醇，但是工業(yè)酒精的主要成分還是乙醇。 醇的用途 目前，甲醇在有機合成工業(yè)中，是僅次于烯烴和芳烴的重要基礎(chǔ)有機原料。甲醇為重要的化工原料， 使用范圍非常廣泛。主要用于制造甲醛、纖維素、甲基化反應(yīng)、萃取劑、橡膠加速劑， 也 可作染料、樹脂、人造革、火漆薄膜、玻璃紙、噴漆等的溶劑以及油漆、顏料去除劑、有機合成的中間體等，也可用作燃料、焊劑。 隨著技術(shù)的發(fā)展和能源結(jié)構(gòu)的改變，甲醇又開辟了許多新的用途。甲醇是較好的人工合成蛋白的原料，蛋 白轉(zhuǎn)化率較高，發(fā)酵速度快，無毒性，價格便宜。 甲醇用途廣泛，是基礎(chǔ)的有機化工原料和優(yōu)質(zhì)燃料。主要應(yīng)用于精細(xì)化工，塑料等領(lǐng)域，用來制造 甲醛 、 醋酸 、氯甲烷、甲氨、硫酸二甲脂等多種有機產(chǎn)品，也是農(nóng)藥、醫(yī)藥的重要原料之一。甲醇在深加工后可作為一種新型清潔燃料 ，也加入 汽油 摻燒。 甲醇是容易輸送的清潔燃料，可以單獨或與汽油混合作為汽車燃料，用它作為汽油添加劑可起節(jié)約芳烴，提高辛烷值的作用，汽車制造也將成為耗用甲醇的巨大部門，甲醇的消費已超過其傳統(tǒng)用途，潛在的耗用量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其化工用途，滲透到國民經(jīng)濟的各個部門。特別是隨著能源結(jié)構(gòu)的改變，甲醇有未來主要燃料的候補燃料之稱，需用量十分巨大。 我國目前甲醇的產(chǎn)量還較低，但近年來發(fā)展速度較快，近五 年來甲醇的生產(chǎn)規(guī)模有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。從我國能源結(jié)構(gòu)出發(fā)，甲醇由煤制的技術(shù)已經(jīng)成熟，近幾年由煤制甲醇的工藝已經(jīng)全面工業(yè)化生產(chǎn)，將來在我國甲醇有希望替代石油燃料和石油化工的原料，蘊藏著潛在的巨大市場。我國甲醇工業(yè)無疑將迅速發(fā)展起來。 醇的發(fā)展?fàn)顩r 醇的生產(chǎn)工藝發(fā)展 1923 年德國 司首先用合成氣在高壓下實現(xiàn)了甲醇的工業(yè)化生產(chǎn)，直到 1965 3 年，這種高壓法工藝是合成甲醇的唯一方法。 1966 年英國 司開發(fā)了低壓法工藝，接著又開發(fā)了中壓法工藝。 1971 年德國的 司相繼開 發(fā)了適用于天然氣渣油為原料的低壓法工藝。由于低壓法比高壓法在能耗、裝置建設(shè)和單系列反應(yīng)器生產(chǎn)能力方面具有明顯的優(yōu)越性，所以從 70 年代中期起，國外新建裝置大多采用低壓法工藝。世界上典型的甲醇合成工藝主要有 藝、 藝和三菱瓦斯化學(xué)公司 (藝。目前，國外的液相甲醇合成新工藝具有投資省、熱效率高、生產(chǎn)成本低的顯著優(yōu)點 2。 我國的甲醇生產(chǎn)始于 1957 年， 50 年代在吉林、蘭州和太原等地建成了以煤或焦炭為原料來生產(chǎn)甲醇的裝置。 60 年代建成了一批中小型裝置，并在合成氨工業(yè)的基礎(chǔ)上開發(fā)了聯(lián)產(chǎn)法生 產(chǎn)甲醇的工藝。 70 年代四川維尼綸廠引進(jìn)了一套以乙炔尾氣為原料的 95 kt/a 低壓法裝置，采用英國 術(shù)。 1995 年 12 月，由化工部第八設(shè)計院和上?；ぴO(shè)計院聯(lián)合設(shè)計的 200 kt/a 甲醇生產(chǎn)裝置在上海太平洋化工公司順利投產(chǎn)，標(biāo)志著我國甲醇生產(chǎn)技術(shù)向大型化和國產(chǎn)化邁出了新的一步。 2000 年，杭州林達(dá)公司開發(fā)了擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的 壓均溫甲醇合成塔技術(shù)，打破長期來被 國外少數(shù)公司所壟斷擁的局面，并在 2004 年獲得國家技術(shù)發(fā)明二等獎。 2005 年，該技術(shù)成功應(yīng)用于國內(nèi)首家焦?fàn)t氣制甲醇裝置 上。南京國昌化工科技有限公司研發(fā)的 軸徑向低壓甲醇合成塔技術(shù)，通過了中國石油和化學(xué)工業(yè)協(xié)會組織的鑒定。專家認(rèn)為該甲醇合成塔結(jié)構(gòu)新穎、設(shè)計合理，屬國內(nèi)首創(chuàng)，填補了我國軸徑向低壓甲醇合成塔的空白。該項目為我國甲醇工業(yè)提供了一種技術(shù)先進(jìn)、造價低且易于大型化的新型合成裝置。該技術(shù)已于 2003 年底在山東久泰化工科技有限公司 年產(chǎn) 5 萬噸 低壓甲醇裝置上首次運用成功。 醇市場狀況 自 2002 年初以來，我國甲醇市場受下游需求強力拉動，以及生產(chǎn)成本的提高，甲醇價格一直呈現(xiàn)一種穩(wěn)步上揚走勢。甲醇市場價格最高漲幅超 過 100%，甲醇生產(chǎn)的利潤相當(dāng)豐厚，效益好的廠家每噸純利超過了 1000 元 /噸，因而甲醇生產(chǎn)廠家紛紛擴產(chǎn)和新建，使得我國甲醇的產(chǎn)能急劇增加。 目前在建或擬建的大型甲醇項目主要有：中海石油化學(xué)有限公司在海南建設(shè)的年 產(chǎn)180 萬噸甲醇項目，其中第一期工程為年產(chǎn) 60 萬噸甲醇；山西焦化集團(tuán)有限公司年產(chǎn) 12萬噸的甲醇技術(shù)改造項目；內(nèi)蒙古鄂爾多斯市華建能源化工有限公司的年產(chǎn) 100 萬噸甲醇項目，其中第一期工程年產(chǎn) 40 萬噸甲醇；我國陜西榆林天然氣化學(xué)工業(yè)公司在陜西榆林的 30 萬噸 /年甲醇裝置，建成后，甲醇生產(chǎn)能力將增加到 73 萬噸 /年；山東兗州煤業(yè)股份有限公司在陜西榆林投資建設(shè)年產(chǎn) 230 萬噸甲醇工程，其中一期工程為年產(chǎn) 60 萬噸甲醇； 4 哈爾濱氣化廠的年產(chǎn) 25 萬噸的新建甲醇裝置，新裝置建成后，該廠的甲醇生產(chǎn)能力將接近 40 萬噸 /年；香港建滔化工集團(tuán)與重慶長壽化工園合資建造的年產(chǎn) 75 萬噸甲醇項目，重慶化醫(yī)控股（集團(tuán)）公司與日本三菱化工合資興建的年產(chǎn) 85 萬噸甲醇項目，屆時重慶的甲醇總產(chǎn)量將達(dá)到 200 萬噸，長壽化工園也將成為全國最大的天然氣化工基地。據(jù)粗略統(tǒng)計，這些新建甲醇裝置如果全部建成投產(chǎn)，新增加的年產(chǎn)能至少在 500 萬噸以上，將對我國甲醇市場 供求關(guān)系產(chǎn)生明顯的影響 3。 醇的發(fā)展方向 以甲醇為中間體的煤基化學(xué)品深加工產(chǎn)業(yè)：從甲醇出發(fā)生產(chǎn)煤基化學(xué)品是未來 工發(fā)展的重要方向。比如神華集團(tuán)發(fā)展以甲醇為中間體的煤基化學(xué)品深加工，利用先進(jìn)成熟技術(shù)，發(fā)展 “ 甲醇醋酸及其衍生物 ” ， 利用國外開發(fā)成功的 進(jìn)技術(shù)，發(fā)展 “ 甲醇烯烴及衍生物 ” 的 2 大系列 10。作為替代燃料：近幾年，汽車工業(yè)在我國獲得了飛速發(fā)展，隨之帶來能源供應(yīng)問題。石油作為及其重要的能源儲量是有限的，而甲醇燃料以其安全、廉價、燃燒充分，利用率高、環(huán)保的眾多優(yōu)點，替 代汽油已經(jīng)成為車用燃料的發(fā)展方向之一。我國政府已充分認(rèn)識到發(fā)展車用替代燃料的重要性，并開展了這方面的工作。隨著 工的發(fā)展，由甲醇為原料合成乙二醇、乙醛和乙醇等工藝正日益受到重視。甲醇作為重要原料在敵百蟲、甲基對硫磷和多菌靈等農(nóng)藥生產(chǎn)中，在醫(yī)藥、染料、塑料和合成纖維等工業(yè)中都有著重要的地位。甲醇還可經(jīng)生物發(fā)酵生成甲醇蛋白，用作飼料添加劑，有著廣闊的應(yīng)用前景 4。 5 第 2 章 工藝流程 醇精餾工藝的概況 餾原理 精餾是根據(jù)在相同溫度下，同一液體混合物中不同組分的揮發(fā)度 不同，經(jīng)多次部分氣化和多次部分冷凝最后得到較純的組分，實現(xiàn)混合物分離的操作過程。輕組分 Y 和重組分X 的 混和液 入第一分離器，若將第一級溶液部分氣化得到氣相產(chǎn)品冷凝液，然后再將冷凝液在第二級分離器中部分氣化，再經(jīng)第二級冷凝器冷凝得溶液中的組分 大于 種部分氣化部分冷凝的次數(shù) (即級數(shù) )越多，所得輕組分 Y 濃度越高，最后幾乎可得到純態(tài)的易揮發(fā)組分。同理，若將從各分離器所得溶液產(chǎn)品進(jìn)行多次部分氣化和分離，那么這種級數(shù)愈多，得到的溶液組分 X 濃度越高，最后可得到幾乎純態(tài)的難揮發(fā)組分 5。 醇精 餾的任務(wù) 甲醇精餾是甲醇合成的下游工序，其基本任務(wù)是將甲醇合成工段送來的粗甲醇先在預(yù)塔內(nèi)精餾脫除甲醚等輕的組分，然后進(jìn)入主塔進(jìn)行精餾，在塔底脫除重組分，在塔頂脫除輕組分，然后在塔頂合適位置采出合格的產(chǎn)品。 醇精餾工藝流程的選擇 目前，總體來說甲醇精餾的工藝大體可分為雙塔工藝流程和三塔工藝流程。 （ 1） 雙塔精餾工藝 該流程為我國以前老的甲醇裝置中采用是較廣的一種精餾流程。粗甲醇先經(jīng)預(yù)精餾塔，經(jīng)預(yù)精餾后的含水甲醇直接由泵輸送經(jīng)熱交換器后再至主精餾塔，最終在主精餾塔將甲醇與水、重組份及殘余輕組份進(jìn)行 有效分離一得到精甲酵產(chǎn)品 6。 （ 2） 三塔精餾工藝 三塔流程是目前甲醇生產(chǎn)裝置應(yīng)用最廣泛的精餾工藝，粗甲醇按次序分別進(jìn)入預(yù)精餾塔、加壓塔和常壓塔逆行精餾，大部分輕組份在預(yù)精餾塔去除，加壓塔和常壓塔均采出產(chǎn)品，約各占一半。 三塔精餾與雙塔精餾的區(qū)別在于三塔精餾采用了兩個主 精餾塔 ，一個加壓操作，一個常壓操作，利用加壓塔的塔頂蒸汽冷凝熱作為常壓塔的加熱源，既節(jié)約了蒸汽，也節(jié)約了冷卻用水。每精制 1t 精甲醇約節(jié)約 1t 蒸汽，所以三塔精餾的能耗較低。 三塔精餾工藝流程具有精餾能耗低、操作穩(wěn)定、產(chǎn)品質(zhì)量好等突出優(yōu)點，但操作相對比較復(fù)雜。 6 雙塔精餾工藝投資省 、 建設(shè)周期 短、裝置簡單易于操作和管理。雖然消耗高于三塔精餾工藝，但在 年產(chǎn) 5 萬噸生產(chǎn)規(guī)模以下時其技術(shù) 經(jīng)濟指標(biāo) 較占優(yōu)勢，其節(jié)能降耗途徑可以采用高效填 料來達(dá)到降低蒸汽消耗的目的。 在年產(chǎn) 5 萬噸生產(chǎn)規(guī)模以上時，宜采用三塔精餾技術(shù)，雖然一次性投資較高，但是操作費用和能耗都相對較低 ， 生產(chǎn)實踐證明雙塔精餾流程簡單、操作方便、運行穩(wěn)定，能滿足甲醇生產(chǎn)要求。 本設(shè)計是年產(chǎn) 5 萬噸故采用雙塔精餾工藝 7。 醇 精餾設(shè)備的選擇 甲醇精餾工段的設(shè)備有： 粗醇貯槽，精醇貯槽，雜醇油槽，各溶液輸送壓力泵、主塔、預(yù)塔、冷凝器、水冷器、預(yù)熱器、 再 沸器、殘液槽、地下槽、回流液槽及所屬閥門、管道、儀表等 。 精餾的主要設(shè)備是精餾塔，精餾塔設(shè)備一般分為板式塔和填料塔。則兩塔比較如下 ： （ 1） 填料塔操作范圍較小，對于液體負(fù)荷的變化特別敏感。當(dāng)液體負(fù)荷較小時，填料表面不能很好地潤濕，傳質(zhì)效果急劇下降；當(dāng)液體負(fù)荷過大時，容易產(chǎn)生液泛。板式塔具有較大的操作范圍。 （ 2） 填料塔不宜處理含固體懸浮物的物料，而某些類型的板式塔（如大孔徑穿流板塔）可以有效地處理這種物系。另外，板式塔的清洗亦比填料塔方便。 （ 3） 當(dāng)氣液接觸過程中需要冷卻以移除反應(yīng)熱或溶解熱時，填料塔因涉及液體均布問題而使結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，板式塔可方便地在塔板上安裝冷卻盤管。 （ 4） 填料塔直徑可以很小。板式塔直徑一般不小于 （ 5） 板式塔的設(shè)計比較準(zhǔn)確可靠。安全系數(shù)較小。 （ 6） 塔徑不大時，填料塔因結(jié)構(gòu)簡單而造價便宜。 （ 7） 填料塔適用于易起泡物系和腐蝕性物系，因填料對泡沫有限制和破碎的作用，可以采用瓷質(zhì)填料。 （ 8） 對熱敏性物系宜采用填料塔，因為填料塔內(nèi)的滯液量比板式塔少，物料在塔內(nèi)的停留時間相對短。 （ 9） 填料塔的壓降比板式塔的小，因而對真空操作更為適宜。 一般與填料塔相比，板式塔具有效率高、處理量大、重量輕及便于檢修等特點，但其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，阻力降較大 8。 常用板式塔類型有很多，如：篩板塔、泡罩塔、舌型塔、浮閥塔等 ，當(dāng)前 應(yīng)用最廣泛的是篩板塔和浮閥塔。 而浮閥塔具有很多優(yōu)點，且加工方便，故有關(guān)浮閥塔的研究開發(fā)遠(yuǎn) 7 較其他形式的塔板廣泛，是目前新型塔板研開發(fā)的主要方向。近年來與浮閥塔一直成為化工生中主要的傳質(zhì)設(shè)備，浮閥塔多用不銹鋼板或合金 。實際操作表明，浮閥在一定程度的漏夜?fàn)顟B(tài)下，使其操作板效率明顯下降，其操作的負(fù)荷范圍較泡罩塔窄，但設(shè)計良好的塔其操作彈性仍可達(dá)到滿意的程度。 篩板塔的主要優(yōu)點有： （ 1） 結(jié)構(gòu)比浮閥塔更簡單，易于加工，造價約為泡罩塔的 60 ，為浮閥塔的 80 左右。 （ 2） 處理能力大，比同塔徑的泡罩塔可增加 10 15 。 （ 3） 塔板效率高，比泡罩塔高 15 左右，壓降較低，每板壓力比泡罩塔約低 30 左右。 但篩板塔的主要缺點有：塔板安裝的水平度要求較高，否則氣液接觸不勻；操作彈性較小 (約 2 3)；小孔篩板容易堵塞。由于過去對于篩板塔的性能研究并不充分，認(rèn)為操作不易穩(wěn)定，所以沒有普遍采用，直到 20 世紀(jì)的 50 年代初，對篩板塔結(jié)構(gòu)和性能作了較充分的研究，認(rèn)識到了只要設(shè)計合理和操作正確，同樣可以獲得較滿意的塔板效率，以及可觀的操作彈性，所以 近年來 篩板塔的應(yīng)用又日漸廣泛 9。 浮閥 塔是二十世紀(jì)五十年代初開發(fā)的一種新塔型。其特點是 在篩板塔基礎(chǔ)上，在每個篩孔處安置一個可上下移動的閥片。當(dāng)篩孔氣速高時，閥片被頂起、上升，孔速低時，閥片因自重而下降。閥片升降位置隨氣流量大小作自動調(diào)節(jié)，從而使進(jìn)入液層的氣速基本穩(wěn)定。又因氣體在閥片下測水平方向進(jìn)入液層，既減少液沫夾帶量，又延長氣液接觸時間，故收到很好的傳質(zhì)效果。 浮閥塔的特點有： （ 1） 生產(chǎn)能力大，由于塔板上浮閥安排比較緊湊，其開孔面積大于泡罩塔板，生產(chǎn)能力比泡罩塔板大 20% 40%，與篩板塔接近。 （ 2） 操作彈性大，由于閥片可以自由升降以適應(yīng)氣量的變化，因此維持正常操作而允許的負(fù)荷波動范 圍比篩板塔，泡罩塔都大。 （ 3） 塔板效率高，由于上升氣體從水平方向吹入液層，故氣液接觸時間較長，而霧沫夾帶量小，塔板效率高。 （ 4） 氣體壓降及液面落差小，因氣液流過浮閥塔板時阻力較小，使氣體壓降及液面落差比泡罩塔小。 （ 5） 塔的造價較低，浮閥塔的造價是同等生產(chǎn)能力的泡罩塔的 50% 80%，但是比篩板塔高 20% 30% 。 8 但是，浮閥塔的抗腐蝕性較高（防止浮閥銹死在塔板上），所以一般采用不銹鋼作成，致使浮閥造價昂貴，推廣受到一定限制。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，高效率塔板的不斷被研制出來，浮閥塔的推廣并不是 越來越廣。近幾十年來，人們對浮閥塔的研究越來越深入，生產(chǎn)經(jīng)驗越來越豐富，積累的設(shè)計數(shù)據(jù)比較完整，因此設(shè)計浮閥塔比較合適 10。 國內(nèi) 常用的浮閥 塔 有三種， ， 與 T 型。 的特點是閥孔被沖壓成向下彎的噴咀形，氣體通過閥孔時因流道形狀漸變可減小阻力。 T 型閥則借助固定于塔板的支架限制閥片移動范圍。三類浮閥中， 浮閥最簡單，該類型浮閥已被廣泛使用 。 綜上所述，由于本次設(shè)計是針對甲醇精餾體系，所以采用常壓板式 浮閥精餾塔的設(shè)計及其輔助設(shè)備的選型。 醇 精餾操作壓強的選擇 精餾可以常 壓，加壓或減壓條件下進(jìn)行。確定操作壓力時主要是根據(jù)處理物料的性質(zhì)，技術(shù)上的可行性和經(jīng)濟上的合理性來考慮的。對于沸點低，常壓下為氣態(tài)的物料必須在加壓條件下進(jìn)行操作。在相同條件下適當(dāng)提高操作壓力可以提高塔的處理能力，但是增加了塔壓，也提高了再沸器的溫度，并且相對揮發(fā)度液會下降。對于熱敏性和高沸點的物料常用減壓蒸餾。降低操作壓力，組分的相對揮發(fā)度增加，有利于分離。減壓操作降低了平衡溫度，這樣可以使用較低位的加熱劑。但是降低壓力也導(dǎo)致了塔直徑的增加和塔頂冷凝溫度的降低，而且必須使用抽真空設(shè)備，增加了相應(yīng)的設(shè)備和操作 費用 11。 本次任務(wù)主要是甲醇和水體系，甲醇 沸點又不高，所以不需采用減壓蒸餾。這類溶液在常壓下又是液態(tài)，塔頂蒸氣又可以用普通冷卻水冷凝，因而也不需采用加壓蒸餾。所以為了有效降低設(shè)備造價和操作費用對這類溶液可采用常壓蒸餾。 醇 精餾物料進(jìn)料熱狀態(tài)的選擇 進(jìn)料熱狀態(tài)有五種。原則上在供熱一定的情況下，熱量應(yīng)盡可能由塔底輸入，使產(chǎn)生的氣相回流在全塔發(fā)揮作用，即宜冷也進(jìn)料。但為使塔的操作穩(wěn)定，免受季節(jié)氣溫的影響，常采用泡點進(jìn)料。這樣，塔內(nèi)精餾段和提留段上升的氣體量變化 較小，可采用相同的塔徑，便于設(shè)計和制造。但將原料預(yù)熱到泡點，就需要增設(shè)一個預(yù)熱器，使設(shè)備費用增加。綜合考慮各方面因素，決定采用泡點進(jìn)料，即 q=112。 醇 精餾加熱方式的選擇 塔釜可采用間接蒸汽加熱或直接蒸汽加熱。直接蒸汽加熱的優(yōu)點是，可利用壓強較低的加熱蒸汽，并省掉間接加熱設(shè)備，以節(jié)省操作費用和設(shè)備費用。但直接蒸汽加熱，只適 9 用于釜中殘液是水或與水不互溶而易于分離的物料，所以通常情況下，多采用間接蒸汽加熱。 醇雙塔工藝流程說明 圖 醇雙塔精餾流程圖 實際工藝流程敘述： 來自合成工段的粗甲醇首先進(jìn)入粗甲醇貯槽內(nèi)，然后經(jīng)過預(yù)塔給料泵加壓到 和適量的軟水混合， (控制預(yù)后比重為 再進(jìn)入粗甲醇預(yù)熱器，加熱至 65 左右進(jìn)入預(yù)塔 ， 加熱釜液至 82 左右為塔內(nèi)溶液提供熱量，塔頂?shù)臍怏w進(jìn)入預(yù)塔冷凝器冷凝成 50 的液體后進(jìn)入預(yù)回流槽，從預(yù)回流槽出來的液體經(jīng)預(yù)回流泵加壓到 進(jìn)入到預(yù)塔頂進(jìn)行回流，為預(yù)塔提供必需的傳熱，傳質(zhì)介質(zhì)，用預(yù)塔回流量控制預(yù)塔頂在 64 左右。塔頂氣體中未被冷凝下來的氣體即輕 組分進(jìn)入排汽冷凝器進(jìn)一步冷凝回收有用的甲醇組分，而其他輕組分則由自調(diào)閥控制壓力 放空。預(yù)塔底的液體經(jīng)過主塔給料泵加壓到 ，再經(jīng)自調(diào)閥控制一定的預(yù)塔底液位后進(jìn)入主塔，主塔下設(shè)主塔再沸器，用低壓蒸汽加熱釜液溫度為 105 ，為主塔精餾提供必需的熱量，塔頂?shù)臍庀噙M(jìn)入主塔冷凝器冷凝成 50 的液體，進(jìn)入主回流槽內(nèi)，再經(jīng)主回流泵加壓至 返回塔頂進(jìn)行回流，為主塔頂提供必需的傳質(zhì)、傳熱介質(zhì)。塔頂溫度用回流量控制在 65 ，保持回流比為 間，塔頂壓力 塔 冷凝器中未被冷凝下來的輕組分進(jìn)入排氣冷凝器中進(jìn)一步冷凝，回收有用的甲醇組分，未被冷凝的氣體放空處理。精甲醇產(chǎn)品由塔頂 采 出來 (根據(jù)實際情況選擇不同的采出口 )，采出的精甲醇首先進(jìn)入產(chǎn)品冷卻器中冷卻到 40 后經(jīng)過流量計進(jìn)入精甲醇貯槽，計量液位，再經(jīng)精甲醇泵 10 加壓到 送往罐區(qū)外銷。主塔溶液中還有一部分沸點介于甲醇和水之間的物質(zhì)，大多為異丁基油，由主塔采出，經(jīng)雜醇油冷卻器冷卻到 40 后進(jìn)入雜醇油貯槽計量液位，再經(jīng)雜醇油泵加壓到一定壓力后外送。主塔底的組分主要為水，經(jīng)調(diào)節(jié)閥控制 40 60%的液位后進(jìn)入殘液 水冷器，冷卻到溫度 40 ，然后進(jìn)入殘液槽再經(jīng)殘液泵加壓到 11 第 3 章 工藝計算 料衡算 已知：年產(chǎn) 5 萬噸甲醇精餾，精甲醇的甲醇含量為 粗甲醇中含甲醇 年工作日以 340 天計。 則每小時生產(chǎn)精甲醇的量為： 45 72434 050 000 表 甲醇組成表 組分名稱 O 2 (2 2O 成 甲醚由甲醇脫水形成，異丁醇由 量控制不當(dāng)而合成的副產(chǎn)物，水則是由于 成甲醇時的產(chǎn)物，水的含量比較高。本次設(shè)計比二甲醚輕的按二甲醚計算。 塔物料衡算 （ 1） 進(jìn)料 粗甲醇入料量為： 其中：二甲醚： 甲 醇： 水： 異丁醇： 堿液：為了防止工藝管路和設(shè)備的腐蝕，先以 5%的氫氧化鈉溶液和粗甲醇中的酸性物質(zhì)反應(yīng)，使其呈弱堿性，每噸精甲醇的耗堿量按 算 13。 則消耗純氫氧化鈉： 6 7 4 換成堿液： 6 1 堿液中的水： 軟水 ：軟水的加入量按精甲醇的 20%計，那么需要補加軟水： 從主塔回流液中來的初餾物以入塔粗甲醇 2%計算，既： 12 將以上計算結(jié)果列下表： 表 塔進(jìn)料組成表 物料量： kg/h 2O O 計 粗甲醇 液 水 餾物 計 2） 出料 塔底 ： 甲醇 塔底 ： 水 粗甲醇中水： 堿液帶水： 軟水： 合計： 1562.9 塔底異丁醇 及高沸物： 塔頂二甲醚及低沸物： 將以上計算結(jié)果列與下表： 表 塔出料流量及組成表 物料量： kg/h 2O O 計 塔頂 底 計 主塔物料衡算 （ 1） 進(jìn)料 預(yù)后粗甲醇： （ 2） 出料 釜殘液中甲醇含量約為 1% 13 從主塔回流液中采出預(yù)塔入料量 2%到預(yù)塔收集槽，計算時以 100%甲醇計算為： 殘液排放：包括水、堿、甲醇及高沸點物等，其中甲醇含 1%，設(shè)殘液量為 X ，則： X 預(yù) 后甲醇中水量堿量 +高沸物 +殘液中的甲醇量 6 2 解得 釜殘液中甲醇為： 8 2 8 2 塔頂甲醇為： 6 2 1 18 2 2 7 釜液中： 甲醇 水 1562.9 高沸物 根據(jù)以上計算得到表 : 表 醇精餾塔物料平衡匯總（單位： kg/h） 成分 物料 常壓塔出料 常壓塔釜出料 主塔回流液采出 甲醇 水 高沸物 合計 量衡算 塔的熱量衡算 （ 1） 帶入熱量 取回流液與進(jìn)料量之比為 1:4。 表 入熱量 14 進(jìn)熱項目 粗甲醇 軟水 堿液 回流液 熱蒸汽 成分 二甲醚 甲醇 水 異丁醇 水 堿 +水 甲醇 水 流量kg/h 溫度 65 65 65 65 78 78 60 比熱kJ/ 焓 kJ/ 量kJ/h 蒸汽 有： Q 入 Q 粗甲醇 Q 軟水 Q 回流液 Q 蒸汽 Q 蒸汽 Q 蒸汽 （ 2） 帶出熱量 表 出的 熱量 出熱部分 塔頂 塔底 熱損失 成分 二甲醚 回流液 甲醇 水（堿液） 以 5%計 液體比熱kJ/ 流量 kg/h 液體冷凝熱kJ/ 溫度 64 64 82 82 熱量 kJ/h %Q 入 那么： Q 出 Q 二甲醚 Q 回流液 Q 預(yù)后甲醇 Q 損 5%Q 人 15 5%Q 入 根據(jù)能量守恒： Q 入 Q 出 (3既： Q 入 5%Q 入 則： Q 入 Q 出 h 所以 Q 蒸汽 h 已知水蒸氣的汽化熱為 則需要蒸汽量為： 18 77 2 2 81 蒸汽 根據(jù)以上計算的結(jié)果列出預(yù)塔熱量平衡表 : 表 塔熱量平衡表 帶入熱量 kJ/h 帶出熱量 kJ/h 塔側(cè)粗甲醇入熱 頂二甲醚出熱 頂加入冷凝殘液入熱 頂回流甲醇蒸汽 頂回流液入熱 底預(yù)后粗甲醇 熱蒸汽 損失 入熱 出熱 卻水用量計 算 假設(shè)入口冷卻水的溫度為 30，出口冷卻水的溫度 40，平均比熱為 ：Q 入 Q 甲醇 Q 甲醇蒸汽 h Q 出 Q 二甲醚 Q 回流液 Q 損失 h Q 傳 Q 入 Q 出 h 又因為 :Q 傳 40 30） h 所以得到 h 塔的熱量衡算 設(shè)計的操作條件為：塔頂溫度 65 ，塔釜溫度 105 ，進(jìn)料溫度 70 ，回流液溫度為40 ，冷卻水進(jìn)口溫度 30 ，出口溫度 40 ，取回流比為 （ 1） 物料帶入熱量 表 料帶入熱量表 16 物料 進(jìn)料 回流液 再沸器加熱 組分 甲醇 水堿 甲醇 流量 kg/h 溫度 70 70 40 比熱 kJ/ 熱量 kg/h 加熱 那么： Q 入 Q 進(jìn)料 Q 回流液 Q 加熱 Q 加熱 Q 加熱 （ 2） 物料帶出熱量 表 料帶出熱量表 物料 精甲醇 回流液 釜液 熱損失 成分 甲醇 甲醇 甲醇 水堿 流量 kg/h 溫度 65 65 105 105 比熱 kJ/ 潛熱 kJ/ 熱量 kJ/h %Q 入 那么： Q 出 Q 精甲醇 Q 回流液 Q 釜液 Q 熱損失 %Q 入 %Q 入 根據(jù)能量守恒 有 Q 入 Q 出 即： Q 入 %Q 入 則： Q 入 Q 出 h 所以 Q 蒸汽 h 已知水蒸氣的汽化熱為 J/則需要蒸汽量： 6 2 7 2 6 72 蒸汽 冷卻水用量計算： 對于熱流體： Q 入 Q 產(chǎn)品精甲醇 +Q 回流液 h 17 Q 出 Q 精甲醇液 Q 回流液 40 h Q 傳 Q 入 （ 1 5%） Q 出 95% h 所以冷卻水的用量為： 1 2 2 3 4 930401 8 1 0 2 4 5 72 餾系統(tǒng)能量結(jié)果匯總 （ 1） 外加蒸汽總量為： G 蒸汽 汽 汽 h （ 2） 冷卻水總量為： G 水 h （ 3） 熱量平衡匯總見下表： 表 餾系統(tǒng)能量衡算總表 項目 物流 預(yù)塔 主塔 帶入熱量 kJ/h 進(jìn)料 流 熱 計 出熱量 kJ/h 塔頂出料 釜出料 損失 計 18 第 4 章 精餾塔和接管的設(shè)計 計任務(wù)和條件 ： （ 1） 產(chǎn)品甲醇含量達(dá)到 （ 2） 釜殘夜甲醇含量約為 1% （ 3） 生產(chǎn)能力為年產(chǎn) 5 萬噸精甲醇產(chǎn)品 （ 4） 操作條件： 單層塔板壓降： 頂溫度： 65 塔底溫度： 105 回流液溫度： 40 進(jìn)料溫度： 70 計方案的確定 本設(shè)計任務(wù)為分離甲醇和水的混合物。對于二元混合物的分離，應(yīng)采用常壓下的連續(xù)精餾裝置。本設(shè)計采用泡點進(jìn)料，將原料液通過預(yù)熱器加熱至泡點后送入精餾塔內(nèi)。塔頂上升蒸汽采用全冷器冷凝，冷凝液在泡點下一部分回流至塔內(nèi)，其余部分經(jīng)產(chǎn)品冷卻器冷卻后送入儲罐。該物系屬于易分離物系，最小回流比較小，故操作回流比取最小回流比的2 倍。塔釜采用間接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲槽。 板數(shù)的確定 點的甲醇摩爾分?jǐn)?shù) （ 1） 預(yù) 后甲醇中的甲醇摩爾分?jǐn)?shù) 6 5 5 7 （ 4 （ 2） 精甲醇中甲醇的摩爾分?jǐn)?shù) 9 9 （ 4 （ 3） 殘液中的甲醇摩爾分?jǐn)?shù) 19 （ 4 理能力 進(jìn)料量： hk m o F 2 4 水水（ 4 精餾段物料量： hk m o 2 6 50 0 5 0 5 2 （ 4 提餾段物料量 : hk m o 3 3 5 9 2 （ 4 小理論板數(shù) （ 1） 平均揮發(fā)度 查數(shù)據(jù)手冊得到以下數(shù)據(jù) 14： 甲醇的飽和蒸汽壓： 105 時為 0 時為 5 時為 的飽和蒸汽壓： 105 時為 0 時為 5 時為 下面公式計算： = （ 4 65