说明全222.docx新

1、个人资料整理仅限学习使用摘要甲醇最早由木材和木质素干馏制的，故俗称木醇，这是最简单的饱和脂肪组醇类的代表物。 无色、透明、高度挥发、易燃液体。略有酒精气味。分子式 C-H4-O。 近年来，世界甲醇的生产能力发展速度较快。甲醇工业的迅速发展，是由于甲醇是多种有机产品的基本原料和重要的溶剂，广泛用于有机合成、染料、医药、涂料和国防等工业。由甲醇转化为汽油方法的研究成果，从而开辟了由煤转换为汽车燃料的途径。近年来碳一化学工业的发展，甲醇制乙醇、乙烯、乙二醇、甲苯、二甲苯、醋酸乙烯、醋酐、甲酸甲酯和氧分解性能好的甲醇树脂等产品，正在研究开发和工业化中。甲醇化工已成为化学工业中一个重要的领域。本设计选择

2、了以 50 万 t/a 甲醇精馏的产量作为生产计算与设计的任务，本设计从工艺角度对其主要设备进行了物料衡算、热量衡算、等工艺计算。对主要设备进行了机械设。关键词：甲醇精馏1/44个人资料整理仅限学习使用ABSTRACTMethanol is a kind of very important organic chemical raw materials, is also a kind of fuel, is a chemical carbon based products, in the national economy occupies very important position. In

3、recent years, with the development of methanol subordinate products, especially the popularization and application of the methanol fuel, methanol demand increases. In order to meet the needs of economic development, methanol, carried out the 200000 t/a of methanol project. The design of the main con

4、tent is process demonstration, and the material balance calculations and heat balance calculations, etc. This design with the situation of China, with advanced technology and are easy, economy, environment protection principle, the coal for raw materials 。 Use of GSP gasification process the gasific

5、ation。 NHD purification process synthesis gas purification 。 Low voltage of mean temperature tube synthesis tower methanol synthesis。 Three tower distillation process refined methanol。 In addition to strictly control the three wastes emissions, make full use of waste heat, reduce the energy consumpt

6、ion and ensure safety and health personnelb5E2RGbCAP.Keywords： methanol synthesis；gas distillation；process flowp1EanqFDPw目录2/44个人资料整理仅限学习使用1、绪论1.1 简况1.1 1国内外发展现状国内研究现状国外研究现状甲醇的用途及在化学工业中的地位甲醇的性质1.2 甲醇精馏工艺流程1.2 1 甲醇精馏工艺分类双塔精馏甲醇精馏工艺比较及选择甲醇精馏工艺主要设备选择2、甲醇精馏装置主要设备工艺设计及计算2.1 主要设备加压精馏塔工艺计算物料衡算热量衡算加热介质的选择冷却介

7、质的选择冷凝器的热负荷3/44个人资料整理仅限学习使用理论塔板数计算最小回流比计算相对挥发度计算物性参数计算2.2 主要设备加压精馏塔的设计计算填料的选择塔径计算填料层高度和压降计算液体分布器的设计计算液体收集器及再分布器设计计算塔体厚度及封头厚度的确定塔内管径计算及选型裙坐的设计计算塔釜设计计算手孔及人孔设计校核3、四塔甲醇精馏装置工艺设计3.1 预精馏系统3.2 加压精馏系统3.3 回收精馏系统4/44个人资料整理仅限学习使用1、绪论1.1 简况国内外研究现状和发展趋势国内研究现状我国是煤丰富的国家，甲醇原料采用天然气和煤的较多。目前产量几乎各占一半。生产工艺有单产甲醇和联产甲醇两种。联产

8、甲醇除在合成氨装置联产甲醇外，还可利用化工厂尾气或结合城市煤气联产甲醇。我国以天然气为原料合成甲醇技术主要有：一段蒸汽转化工艺和中国成达公司的纯氧两段转化工艺。自86年我国就开发了低压甲醇合成和精馏技术，目前国内广泛采用的管壳式副产蒸汽合成塔和两塔精馏就源于该开发，后又推广了“U”形冷管合成塔，精馏也从两塔发展到三塔，既可生产 GB338-2004优等品精甲醇，又可生产美国OM一232KAA级精甲醇，含醇污水的处理工艺已取得突破性进展，污水处理后可回收利用，故甲醇装置在正常生产时实现了无含醇污水排放。DXDiTa9E3d国外研究现状在世界基础有机化工原料中，甲醇消费量仅次于乙烯、丙烯和苯，是一

9、种很重要的大宗化工产品。甲醇作为基础有机化工原料，用来生产甲醛、甲胺、醋酸等各种有机化工产品。根据对汽车代用能源的预测，甲醇是必不可少的替代品之一。甲醇制烯烃的预期经济效益可以和以石脑油和轻柴油为原料制烯烃大体相近。甲醇制烯烃的技术开发，将有效改善乙烯、丙烯等产业对石油轻烃原料资源的过度依赖，开辟出一条新的烯烃生产途径。因此，甲醇工业的发展具有战略意义。RTCrpUDGiT目前，国外以天然气为原料生产的甲醇占92%，以煤为原料生产的甲醇 2 3 %，因此国外公司的甲醇技术均集中于天然气制甲醇。国5/44个人资料整理仅限学习使用际上广泛采用的先进的甲醇生产工艺技术主要有：DAVY(原 I C I

10、 、TOPSOE、Uhde、Lurgi 公司甲醇技术等，不同甲醇技术的消耗及能耗差异不大，其主要的差异在于所采用的主要设备甲醇合成塔的类型不同。 5PCzVD7HxA主要发展趋势主要发展趋势有以下几点：生产的原料转向天然气、烃类加工尾气。从甲醇生产的实际情况核算，采用天然气为原料比用固体为原料的投资可降低5O ；采用乙炔尾气则经济效果更为显著。目前国际上，生产甲醇的原料以天然气为主约占 9O ，以煤为原料只占 2 。国内近年来以煤为原料生产甲醇的比例在逐步上升，这与中国的能源结构有关。jLBHrnAILg生产规模大型化，单系列最大规模达225万吨年，即单系列Et 产7500公吨。规模扩大后，可

11、降低单位产品的投资和成本。xHAQX74J0X充分回收系统的热量。产生经济压力的蒸汽，以驱动压缩机及锅炉给水泵、循环水泵的透平，实现热能的综合利用。LDAYtRyKfE采用新型副产中压蒸汽的甲醇合成塔，降低能耗。采用节能技术，如氢回收技术、预转化、工艺冷凝液饱和技术、燃烧空气预热技术等，降低甲醇消耗。甲醇的用途及在化学工业中的地位目前，甲醇在有机合成工业中，是仅次于烯烃和芳烃的重要基础有机原料。随着技术的发展和能源结构的改变，甲醇又开辟了许多新的用途。甲醇是较好的人工合成蛋白的原料，蛋白转化率较高，发酵速度快，无毒性，价格便宜。甲醇用途广泛，是基础的有机化工原料和优质燃料。主要应用于精细化工，

12、塑料等领域，用来制造、氯甲烷、6/44个人资料整理仅限学习使用甲氨、硫酸二甲脂等多种有机产品，也是农药、医药的重要原料之一。甲醇在深加工后可作为一种新型清洁燃料，也加入掺烧。甲醇是容易输送的清洁燃料，可以单独或与汽油混合作为汽车燃料，用它作为汽油添加剂可起节约芳烃，提高辛烷值的作用，汽车制造也将成为耗用甲醇的巨大部门，甲醇的消费已超过其传统用途，潜在的耗用量远远超过其化工用途，渗透到国民经济的各个部门。特别是随着能源结构的改变，甲醇有未来主要燃料的候补燃料之称，需用量十分巨大。Zzz6ZB2Ltk我国目前甲醇的产量还较低，但近年来发展速度较快，近五年来甲醇的生产规模有了突飞猛进的发展。从我国能

13、源结构出发，甲醇由煤制的技术已经成熟，近几年由煤制甲醇的工艺已经全面工业化生产，将来在我国甲醇有希望替代石油燃料和石油化工的原料，蕴藏着潜在的巨大市场。我国甲醇工业无疑将迅速发展起来 dvzfvkwMI1甲醇工业的迅速发展，是因为甲醇是多种有机产品的基本原料和重要溶剂，广泛的应用在化工、医药、轻工、纺织及运输等行业，甲醇在有机合成工业中，是仅次于烯烃和芳烃的重要基础原料。近年来，随着技术的发展和能源结构的改变，基础又有了很多新用途。甲醇是较好的人工合成蛋白的原料，蛋白转化率较高，发酵速度快，无毒性，价格便宜。目前甲醇的深加工产品已达 120多种，我国以甲醇为原料的一次加工产品已有近 30种。在

14、化工生产中，甲醇可用于制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲胺、甲基叔丁基醚 MTBE）、聚乙烯醇 PVA）、硫酸二甲酯、对苯二甲酸二甲酯 DMT）、二甲醚、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲醇等 rqyn14ZNXI以甲醇为中间体的煤基化学品深加工产业：从甲醇出发生产煤基化学品是未来 C1化工发展的重要方向。比如神华集团发展以甲醇为中间体的煤基化学品深加工，利用先进成熟技术，发展 “甲醇醋酸及其衍生物 ”；利用国外开发成功的 MTO或 MTP先进技术，发展 “甲醇烯烃及7/44个人资料整理仅限学习使用衍生物 ”的2大EmxvxOtOco甲醇是非常易于运输的清洁燃料，可以单独与汽油混合作为汽车燃料。近几年，汽车工业

15、在我国获得了飞速发展，随之带来能源供应问题。石油作为及其重要的能源储量是有限的，而甲醇燃料以其安全、廉价、燃烧充分，利用率高、环保的众多优点，替代汽油已经成为车用燃料的发展方向之一。我国政府已充分认识到发展车用替代燃料的重要性，并开展了这方面的工作。 SixE2yXPq5随着 C1化工的发展，由甲醇为原料合成乙二醇、乙醛和乙醇等工艺正日益受到重视。甲醇作为重要原料在敌百虫、甲基对硫磷和多菌灵等农药生产中，在医药、染料、塑料和合成纤维等工业中都有着重要的地位。甲醇还可经生物发酵生成甲醇蛋白，用作饲料添加剂，有着广阔的应用前景。特别是近年来碳一化学工业的发展，甲醇制乙醇、乙烯、乙二醇、甲苯、二甲苯

16、、乙酸乙烯、甲酸甲酯和氧分解性能好的甲醇树脂等产品正在研究开发和工业化中。甲醇化工已成为化学工业的一重要领域。6ewMyirQFL目前，甲醇的消费一超过其传统用途，潜在的消耗量远远超过其化工用途，渗透到国民经济的各个部门。特别是随着能源结构的改变，甲醇有未来主要原料的候补原料之称，需用量十分巨大。今后甲醇的发展速度将更为迅速。 kavU42VRUs甲醇的性质甲醇 Methanol ，Methylalcohol）又名木醇，木酒精，甲基氢氧化物，是一种最简单的饱和醇。化学分子式为CH3OH，结构式如下：y6v3ALoS89H|H-C-OH8/44个人资料整理仅限学习使用|H分子结构： C 原子以

17、sp3 杂化轨道成键， 0 原子以 sp3 杂化轨道成键。分子为极性分子。最早从木材干馏得到故又称木醇或木精。甲醇是无色有酒精气味易挥发的液体。熔点-93.9 、沸点64.7 、密度0.7914 克 / 厘 M320）、能溶于水和许多有机溶剂。甲醇有毒，误饮 5 10 毫升能双目失明，大量饮用会导致死亡。禁酒的国家，把甲醇掺入酒精中成变性酒精，使其不能饮用。甲醇易燃，其蒸气与空气能形成爆炸混合物，甲醇完全燃烧生成二氧化碳和水蒸气，同时放出热量： 2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O。M2ub6vSTnP工业上用一氧化碳和氢气的混合气合成气）在一定的条件下制备甲醇：甲醇可用做溶剂和燃料，也是

18、一种化工原料，主要用于生产甲醛 HCHO）：工业酒精里含有甲醇，但是工业酒精的主要成分还是乙醇。 0YujCfmUCw甲醇有较强的毒性，对人体的神经系统和血液系统影响最大，它经消化道、呼吸道或皮肤摄入都会产生毒性反应，甲醇蒸气能损害人的呼吸道粘膜和视力。急性中毒症状有：头疼、恶心、胃痛、疲倦、视力模糊以至失明，继而呼吸困难，最终导致呼吸中枢麻痹而死亡。慢性中毒反应为：眩晕、昏睡、头痛、耳鸣、现力减退、消化障碍。甲醇摄入量超过 4 克就会出现中毒反应，误服一小杯超过10 克就能造成双目失明，饮入量大造成死亡。致死量为30 毫升以上，甲醇在体内不易排出 , 会发生蓄积，在体内氧化生成甲醛和甲酸也都

19、有毒性。在甲醇生产工厂，中国有关部门规定，空气中允许甲醇浓度为5mg/m3，在有甲醇气的现场工作须戴防毒面具，废水要处理后才能排放，允许含量小于 200mgLeUts8ZQVRd甲醇的中毒机理是，甲醇经人体代谢产生甲醛和甲酸俗称蚁酸），然后对人体产生伤害。常见的症状是，先是产生喝醉的感觉，9/44个人资料整理仅限学习使用数小时后头痛，恶心，呕吐，以及视线模糊。严重者会失明，乃至丧命。失明的原因是，甲醇的代谢产物甲酸会累积在眼睛部位，破坏视觉神经细胞。脑神经也会受到破坏，产生永久性损害。甲酸进入血液后，会使组织酸性越来越强，损害肾脏导致肾衰竭。 sQsAEJkW5T甲醇中毒，通常可以用乙醇解毒法

20、。其原理是，甲醇本身无毒，而代谢产物有毒，因此可以通过抑制代谢的方法来解毒。甲醇和乙醇在人体的代谢都是同一种酶，而这种酶和乙醇更具亲和力。因此，甲醇中毒者，可以通过饮用烈性酒 酒精度通常在 60 度以上）的方式来缓解甲醇代谢，进而使之排出体外。而甲醇已经代谢产生的甲酸，可以通过服用小苏打 。从合成单元来的粗甲醇经泵加压再经粗甲醇预热器预热后进入预精馏塔 ( 常压操作 。为了提高预精馏塔后甲醇的稳定性并尽可能回收甲醇，塔顶采用两级冷凝，经部分冷凝后的大部分甲醇、水及少量杂质留在液相作为回流返回塔，二甲醚等轻组分( 初馏分 及少量的甲醇、水由塔顶逸出，塔底含水甲醇则由泵送至主精馏塔。主精馏塔操作压

21、力稍高于预精馏塔，但也可以认为是常压操作，塔顶得到精甲醇产品，塔底排出的含微量甲醇及其它重组分的废水送往水处理系统。TIrRGchYzg个人资料整理仅限学习使用图 1.1 双塔精馏工艺流程三塔精馏三塔流程是目前甲醇生产装置应用最广泛的精馏工艺( 见图 1.2 ，与双塔流程最大不同是将精馏过程分为加压精馏和常压精馏，充分利用加压精馏塔冷凝器的高品位热能作为常压精馏塔再沸器的热源，减少蒸汽供应量，以达到节能降耗的目的。由合成单元送来的粗甲醇经预热器预热后进入预精馏塔，溶解在粗甲醇中的低沸点杂质在预精馏塔塔顶精馏出并送入燃料管网；从预精馏塔塔底来的物料经泵加压后，送人加压精馏塔。加压精馏塔塔顶为 9

22、999( 体积分数 以上的甲醇蒸气，冷凝后的甲醇进入回流槽，一部分作为精甲醇产品送到精甲醇 昆合罐，另一部分返回加压精馏塔塔顶作为回流。在加压精馏塔塔底排出的甲醇水溶液送至常压精馏塔。常压精馏塔下部设杂醇油采出口，抽出含甲醇、水的异丁基油，以保证低于水沸点的杂质( 主要是醇类 分离出塔。常压精馏塔塔底采出的废水送往废水处理系统。7EqZcWLZNX11/44个人资料整理仅限学习使用图 1.2 三塔精馏工艺流程四塔精馏 3+1 塔）四塔精馏工艺流程见 =0.79馏出液甲醇质量分数=3.094/(3.094+0.05556=0.98釜残液甲醇质量分数 =0.181根据物料衡算方程FDWFxFD x

23、D W xW计算出 D=1148.443 kmol/hW=362.047 kmol/h塔顶气相、液相，进料和塔底的温度分别为：t LD ， t VD ， tW ， t F表 2.1常压下甲醇 - 水的气液平衡与温度关系液相甲醇摩尔百分数 (x气相甲醇摩尔百分数 (y温度 /C00100.05.3128.3492.97.6740.0190.39.2643.5388.915/44个人资料整理仅限学习使用13.1554.5585.020.8362.7381.628.1867.7578.033.3369.1876.746.2077.5673.852.9279.7172.759.3781.8371.36

24、8.4984.9270.085.6289.6268.087.4191.9466.910010064.7注：摘自化工原理课程设计P710 表 19-382）。查表 2-1 ，用内插法解得16/44个人资料整理仅限学习使用塔顶：解得解得塔釜：解得精馏段平均温度： =提馏段平均温度： = =相对挥发度计算进料温度 0.6MPa） t F，取泡点进料q=1。塔顶温度为120tD120。在 tF120温度下，根据安托因公式计算出甲醇和水的饱和蒸汽压，注：水的安托因常数为 A=7.1827， B=1722.632，C=232.7987。 HbmVN777sLBlg PAtC式中 P - 饱和蒸汽压， KP

25、a；t- 物系温度，。代入数据得，水的饱和蒸汽压PB =130.652kpa。甲醇的安托因常数为 A=18.5875，B=3626.55，C=-34.29ln PBAT C式中 P - 饱和蒸汽压， mmHg；T- 物系温度， K 。代入数据得，甲醇的饱和蒸汽压PA =442.77 kpa.17/44个人资料整理仅限学习使用最小回流比确定泡点进料 q=1， ,结合相平衡方程用作图法求最小回流比Rmin由于进料为泡点进料 q=1，所以画 q 线与平衡线交点，用交点坐标 x,y 求最小回流比18/44个人资料整理仅限学习使用图 2.1 由甲醇 -水的平衡数据绘制x-y 图操作回流比可取为最小回流比

26、的1.1 2.0 倍，所以取R 1.2Rmin1.2 0.3869=0.4642所以，回流比确定为R0.4642物料衡算表R=0.4642LR D0.4642 1148.443=533.107kmol/hLLq F533.107+11510.4896=2143.597kmol/hV VL+D=533.107+1148.443=1681.55kmol/h表 2-2 物料衡算表物料流量 kmol/h ）组成物料物流kmol/h ）进料 F1510.4896甲醇 0.87精馏段上升1681.55水 0.13蒸汽量 V塔顶产品 D1148.443甲醇 0.98提馏段上升1681.55水 0.02蒸汽量

27、 V塔底残液 W362.047甲醇 0.181精馏段下降533.107水 0.819液体量 L19/44个人资料整理仅限学习使用提馏段下降2143.597液体量 L热量衡算加热介质的选择常用的加热剂有饱和水蒸汽和烟道气。饱和水蒸汽是一种应用最广的加热剂。由于饱和水蒸汽冷凝时的传热膜系数很高，可以通过改变蒸汽的压力准确地控制加热温度。燃料燃烧所排放的烟道气温度可达 1001000，适用于高温加热。缺点是烟道气的比热容及传热膜系数很低，加热温度控制困难。本设计选用 0.7MPa温度为 180）的低压蒸汽作为加热介质，水蒸汽易获得、清洁、不易腐蚀加热管，不但成本会相应降低，塔结构也不复杂。V7l4j

28、RB8Hs冷却介质的选择常用的冷却剂是水和空气，应因地制宜加以选用。受当地气温限制，冷却水一般为1035.如需冷却到较低温度，则需采用低温介质，如冷冻盐水、氟利昂等。本设计选用32的冷却水 ,选升温 10，即冷却水的出口温度为42.83lcPA59W9根据计算所得，t D =120， tW =136注：下标 1 为甲醇，下标 2 为水。冷凝器的热负荷QCV IVDILD其中I VD -塔顶上升蒸汽的焓I LD - 塔顶馏出液的焓20/44个人资料整理仅限学习使用对于全凝器作热量衡算 忽略热量损失）因塔顶馏出液几乎为纯甲醇，故其焓可近似按纯甲醇进行计算，则全凝器的热负荷为塔顶温度为65下，甲醇的

29、汽化热为953.4809kJ/kg）mZkklkzaaPQC953.48091681.55 32.04=5.14 107kJ/htD120下，水的比热容为C pc4.265kJ / kg CQCWCC pct2t11205158.3kg/h3.再沸器的热负荷和加热蒸汽消耗量在 tW =136下，甲醇的汽化热为1025.26kJ/kg，水的汽化热为2254.24kJ/kg选用 0.7MPa700kpa， 180）低压蒸汽为加热介质再沸器的热负荷为QBV IVWILW因釜残液几乎为水，故其焓可按纯水进行计算，即I VWI LWrB 2254.24 18.02=40621.40kJ/kmol则 QB

30、 1681.55 40621.40=6.83107 kJ/h加热蒸汽消耗量为WcQBcpc t 2t1由附录查得 P 为 700kpa时水的汽化热为2071.5 kJ/kg。则QB6.83 107Wh2071 .532971.27kg/hr理论塔板数计算应用图解法求理论塔板数21/44个人资料整理仅限学习使用RxDyx精馏段操作线方程为R 1R 1xD0.98截距 R10.464210.669xD连接 xD ， xD ）， 0， R1 ）与 q 线交于 d 点，连接 0.98320.97780.97180.96530.95840.9510表 2-6 甲醇在不同温度下的密度温度 /1020304

31、05060密度 /(g/ cm30.80080.79150.78250.77400.76500.7555表 2-7 水在不同温度下的黏度23/44个人资料整理仅限学习使用温度 /8090100110120130黏度 / mPa s0.35650.31650.28380.25890.23730.2177表 2-8 甲醇在不同温度下的黏度温度 /10152065.3171.8698.52黏度 / mPa s0.6860.6380.5910.3320.2950.225用内插法可以计算出水和甲醇在塔顶、塔底和进料温度下的密度和黏度举例：90806580水0.96530 .97180.9718水3545

32、365530.9405 g/ cm水0.51460.5229水 0.52290.1641mPa s表 2-9水和甲醇在不同温度下的密度温度 /tD120tW136t F120水密度 /(g/ cm3 0.94050.93660.954124/44个人资料整理仅限学习使用甲醇密度 /(g/ cm 30.69470.68920.7135表 2-10 水和甲醇在不同温度下的黏度温度 /tDtW136t F120120水黏度 /( mPa s 0.19190.17200.2603甲醇黏度 /( mPa s 0.14730.13130.2022塔顶条件下的流量和物性参数M M 1 xDM 21 xD32

33、.04 0.98+18.02 1-0.98）=31.76kg/kmolV1MV31.761681.55=53406.03kg/hL1ML31.76533.107=16931.48kg/h由xD0.98a1 =0.9887， a2 =1- a1 =0.01131a1a20.98870.01130.69470.94053L121.4352cm /g所以33L0.6968g/ cm =696.8kg/ m25/44个人资料整理仅限学习使用Vp M101.325 31.96RT8.314273.15 12230.9707kg/ mL1 xD2 1xD0.19190.98+0.1473=20.558kg

34、/kmolVpM101.325 27.42RT8.314 273.15 13230.6151kg/ m由于xW=0.181a1=0.2821，a2=0.71791a1a20.28210.71790.68920.93663L121.1758cm /g所以L0.8505g/ cm3=850.5kg/ m3L1xW21 xW0.13130.181+0.1720=29.0958kg/kmolp M101 . 32528 .44V0.9323kg/ m3RT8.314273 .15 123由于 xF =0.79a1 =0.87， a2 =0.131a1a20.870.13L120.71350.95411.356cm3/g所以L0.7375g/ cm3=737.5kg/ m3V2V21681.55 29.0958=48926.04kg/h精馏段：L2 M L 29.0958 533.107=15511.17kg/h提馏段：L2 M L 29.0958 2143.597=62369.67kg/h27/44个人资料整理仅限学习使用L 1 xF