毕业设计（论文）1mta甲醇精馏装置工艺设计（节能流程）

1、 成人高等教育 毕业设计论文题 目1Mt/a甲醇精馏装置工艺设计节能流程学 生 指导教师 评 阅 人 教 学 站 彬县职业教育中心 专 业 应用化工 完成日期 成人高等教育毕业设计论文任务书论文题目1Mt/a甲醇精馏装置工艺设计节能流程学生姓名秦娟宁教学站专业班级09工艺6班内容与要求设计论文起止时间20 年 月 日至20 年 月 日指导教师签名学生签名 年 月 日1Mt/a甲醇精馏装置工艺设计节能流程摘要：本文提出两种新工艺，目的是使预塔使用二次蒸汽作为热源，通过运用计算机对现有工艺和新工艺进行稳态模拟和比照，证实了新工艺的可行性，同时得到了新工艺节能的定量数据，为进一步的工业应用提供依据。

2、关键词： 甲醇 精馏 节能 模拟目录1 概述.2 甲醇.3 别离技术. 3.2.1蒸馏 3.2.2分馏. 3.2.3精馏. 3.2.4萃取.4甲醇精馏装置工艺设计4.1绘制精馏装置图.4.2绘制流程图 4.2.1文字说明. 4.2.2甲醇制备如何进行精馏.5进行计算 5.1根底数据. 5.2模拟方法. 热力学方法. 计算模块的组织.计算结果. 三塔流程物料及热量衡算. 双塔流程物料衡算. 5.4方案比拟. 能耗. 塔径. 综合.6结论参考文献致谢前言甲醇是重要的化工原料，以其为原料可生产甲基叔丁醚.甲醛.乙酸.甲酸甲酯.甲胺.二甲醚等，甲醇制烯烃的技术最近也去得了一定进展，甲醇还是一种清洁的燃

3、料，除了直接掺入汽、柴油作为燃料外，燃料电池技术正越来越受到人们的关注。在合成甲醇生产过程中，粗甲醇的精馏提纯是十分关键的一环，不仅决定着甲醇产品的质量，而且该工序的能耗对甲醇生产本钱有很大的影响。为了降低精馏工序的能耗，目前较大规模的甲醇装置大多采用三塔双效精馏工艺。现有三塔双效精馏工艺一般由预塔、加压塔、常压塔及预塔和加压塔的进料预热器组成，其中加压塔和常压塔组成顺流双效精馏流程，而预塔仍使用水蒸气作为热源。1概述有机化合物organic compound主要由氧元素、氢元素、碳元素组成。与机体有关的化合物少数与机体有关的化合物是无机化合物，如水，通常指含碳元素的化合物，但一些简单的含碳化

4、合物，如一氧化碳、二氧化碳、碳酸盐、金属碳化物、氰化物、碳酸H2CO3、硫氰化物等除外，其中心碳原子是以氢键结合。除含碳元素外，绝大多数有机化合物分子中含有氢元素，有些还含氧、氮、卤素、硫和磷等元素。的有机化合物近8000万种。早期，有机化合物系指由动植物有机体内取得的物质 。 有机物是生命产生的物质根底。脂肪、氨基酸、蛋白质、糖、血红素、叶绿素、酶、激素等。生物体内的新陈代谢和生物的遗传现象，都涉及到有机化合物的转变。此外，许多与人类生活有密切关系的物质，例如石油、天然气、棉花、染料、化纤、天然和合成药物等，均属有机化合物。分子中含有跟链烃基或苯环侧链上的碳结合的烃基的化合物叫做醇。其官能团

5、为-OH。 烃分子中一个或几个氢被羟基取代而生成的一类有机化合物。芳香烃的环上的氢被羟基取代而生成的化合物不属醇类而属酚类。醇根据所含羟基的多少，可分为一元、二元、三元或多元醇。一个碳原子上一般不能含有两个羟基，同碳二醇不稳定，容易失水形成羰基化合物。醇也可按照连接羟基的碳原子上氢的数目分为一级醇、二级醇和三级醇。 一般醇为无色液体或固体，含碳原子数低于12的一元正碳醇是液体，12或更多的是固体，多元醇如甘油是糖浆状物质。一元醇溶于有机溶剂，三个碳以下的醇溶于水。低级醇的熔点和沸点比同碳原子数的烃高得多，这是由于醇分子中有氢键存在，发生缔合作用。饱和醇不能使溴水褪色。醇化学性质活泼，分子中的碳

6、-氧键和氢-氧皆为极性键。以羟基为中心可进行氢-氧键断裂和碳-氧键断裂两大类反响。另外，与羟基相连的碳原子容易被氧化，生成醛、酮或酸。 甲醇系结构最为简单的饱和一元醇，化学式CH3OH。又称“木醇或“木精。是无色有酒精气味易挥发的液体。有毒，误饮510毫升能双目失明，大量饮用会导致死亡。化学式CH3OH CH4O 相对分子质量32.04 它无色澄清液体。微有乙醇样气味。易挥发。易流动。燃烧时无烟有蓝色火焰。能与多种化合物形成共沸混合物。能与水、乙醇、乙醚、苯、酮类和其他有机溶剂混溶。溶解性能优于乙醇，能溶解多种无机盐类，如碘化钠、氯化钙、硝酸铵、硫酸铜、硝酸银、氯化铵和氯化钠等。相对密度(d2

7、04)0.7915。熔点-97.8。沸点64.7。折光率(n20D)1.3292。闪点(闭杯)12。易燃，蒸气能与空气形成爆炸性混合物，爆炸极限6.0%36.5%(体积)。有毒，一般误饮15ml可致眼睛失明，一般致死量为100200ml。2 甲醇 化学分子式为CH3OH，结构式如下： H | HCOH | H分子结构： C原子以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。燃烧热的值及其燃烧方程式CH3OH(l)+3/2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) H=甲醇是一种无色、透明、易燃、易挥发的有毒液体，常温下对金属无腐蚀性铅、铝除外，略有酒精气味。易燃，其蒸气与空气能

8、形成爆炸混合物，完全燃烧生成二氧化碳和水蒸气，同时放出热量。方程式：2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O 工业制法和储藏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，也是一种化工原料，主要用于生产甲醛。甲醇Methanol，Methyl alcohol又名木醇，木酒精，甲基氢氧化物，是一种最简单的饱和醇。化学式为CH3OH.甲醇用途广泛，是根底的有机化工原料和优质燃料。主要应用于精细化工，塑料等领域，用来制造甲醛、醋酸、氯甲烷、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，也参加汽油掺烧。甲醇的生产

9、，主要是合成法，尚有少量从木材干馏作为副产回收。合成的化学反响式为：H2 + CO CH3OH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。 甲醇的制备方法包括：a)一种烃与蒸汽反响生成含有H2 , CO和CO2的混合物；b所得到的气体混合物在催化剂作用下反响，生成粗甲醇液体；c)蒸馏粗甲醇，从低沸点有机化合物中别离出精制甲醇，并别离出高沸

10、点有机含酸废水。所使用的原料烃用上述废水增湿该废水预先用一种见金属盐或氢氧化物中和，然后再用步骤a中别离出的冷凝水增湿。 该方法的优点：减少生成废水的量，在其他方法中被燃烧的废有机化合物能被循环使用，用于增湿并在步骤a中用于制备合成气。因为增湿分两步进行，所以，在废水增湿烃气体过程中产生的雾气能被冷凝水洗涤和中和，减少其腐蚀性。 3别离技术如水利科技一级学科；水力学、河流动力学、海岸动力学二级学科；水力学水利三级学科。 可定义为边界层脱离绕流物体壁面的现象。 如 遗传学一级学科；经典遗传学二级学科。定义为杂合体中成对的等位基因保持独立，在形成配子时相互分开，随机进入不同的配子的遗传现象。 蒸馏

11、蒸馏是一种热力学的别离工艺，它利用混合液体或液-固体系中各组分沸点不同，使低沸点组分蒸发，再冷凝以别离整个组分的单元操作过程，是蒸发和冷凝两种单元操作的联合。与其它的别离手段，如萃取、Absorption等相比，它的优点在于不需使用系统组分以外的其它溶剂,从而保证不会引入新的杂质。指利用液体混合物中各组分挥发性的差异而将组分别离的传质过程。将液体沸腾产生的蒸气导入冷凝管，使之冷却凝结成液体的一种蒸发、冷凝的过程。蒸馏是别离混合物的一种重要的操作技术，尤其是对于液体混合物的别离有重要的实用意义。 蒸馏沸点差异较大的混合液体时，沸点较低者先蒸出，沸点较高的随后蒸出，不挥发的留在蒸馏器内，这样，可到

12、达别离和提纯的目的。故蒸馏是别离和提纯液态化合物常用的方法之一。分馏分馏 与蒸馏相同，即别离几种不同沸点的挥发性成分的混合物方法;混合物先在最低沸点下蒸馏,直到蒸气温度上升前将蒸馏液作为一种成分加以收集。蒸气温度的上升表示混合物中的次一个较高沸点成分开始蒸馏。然后将这一组分开收集起来。 分馏是别离提纯液体有机混合物的沸点相差较小的组分的一种重要方法。石油就是用分馏来别离的。 分馏在常压下进行，获得低沸点馏分，然后在减压状况下进行，获得高沸点馏分。 每个馏分中还含有多种化合物，可以再进一步分馏。 分馏是利用分馏柱将屡次气化冷凝过程在一次操作中完成的方法。因此，分馏实际上是屡次蒸馏。它更适合于别离

13、提纯沸点相差不大的液体有机混合物。 分馏的必要性：1蒸馏别离不彻底。2屡次蒸馏操作繁琐，费时，浪费极大。 分馏的原理：混合液沸腾后蒸气进入分馏柱中被局部冷凝，冷凝液在下降途中与继续上升的 蒸气接触，二者进行热交换，蒸汽中高沸点组分被冷凝，低沸点组分仍呈蒸气上升，而冷凝液中低沸点组分受热气化，高沸点组分仍呈液态下降。结果是上升的蒸汽中低沸点组分增多，下降的冷凝液中高沸点组分增多。如此经过屡次热交换，就相当于连续屡次的普通蒸馏。以致低沸点组分的蒸气不断上升，而被蒸馏出来；高沸点组分那么不断流回蒸馏瓶中，从而将它们别离精馏一种利用回流使液体混合物得到高纯度别离的蒸馏方法，是工业上应用最广的液体混合物

14、别离操作，广泛用于石油、化工、轻工、食品、冶金等部门。精馏操作按不同方法进行分类。根据操作方式，可分为连续精馏和间歇精馏；根据混合物的组分数，可分为二元精馏和多元精馏；根据是否在混合物中参加影响汽液平衡的添加剂，可分为普通精馏和特殊精馏包括萃取精馏、恒沸精馏和加盐精馏。假设精馏过程伴有化学反响，那么称为反响精馏。精馏是将由挥发度不同的组分所组成的混合液，在精馏塔中同时屡次地进行局部汽化和屡次局部冷凝，使其别离成较纯态组分的过程。双组分混合液的别离是最简单的精馏操作。典型的精馏设备是连续精馏装置，包括精馏塔、再沸器、冷凝器等。精馏塔供汽液两相接触进行相继传质，位于塔顶的冷凝器使蒸气得到局部冷凝,

15、局部凝液作为回流液返回塔顶,其余馏出液是塔顶产品。位于塔底的再沸器使液体局部汽化，蒸气沿塔上升，余下的液体作为塔底产品。进料加在塔的中部,进料中的液体和上塔段来的液体一起沿塔下降,进料中的蒸气和下塔段来的蒸气一起沿塔上升。在整个精馏塔中，汽液两相逆流接触，进行相际传质。液相中的易挥发组分进入汽相，汽相中的难挥发组分转入液相。对不形成恒沸物的物系，只要设计和操作得当，馏出液将是高纯度的易挥发组分，塔底产物将是高纯度的难挥发组分。进料口以上的塔段，把上升蒸气中易挥发组分进一步提浓，称为精馏段；进料口以下的塔段，从下降液体中提取易挥发组分,称为提馏段。两段操作的结合,使液体混合物中的两个组分较完全地

16、别离，生产出所需纯度的两种产品。当使 n组分混合液较完全地别离而取得n个高纯度单组分产品时，须有n-1个塔。 精馏过程的节能精馏过程的核心在于回流，而回流必须消耗大量能量。降低能耗是精馏过程开展的重大课题。除了选择经济上合理的回流比外，主要的节能措施有：热泵精馏。将塔顶蒸气绝热压缩见热力学过程升温后，重新作为再沸器的热源(见热泵蒸发)；多效精馏。精馏装置由压力依次降低的假设干个精馏塔组成，前一精馏塔塔顶蒸气用作后一精馏塔再沸器的加热蒸气见多效蒸发；采用高效精馏塔，可用较小的回流比；采用高效换热器，可降低传热温度差，这样就可以减少有效能失。采用电子计算机对过程进行有效控制，减小操作裕度，确保过程

17、在最低能耗下进行。萃取萃取，又称溶剂萃取或液液萃取以区别于固液萃取,即侵取，亦称抽提通用于石油炼制工业，是一种用液态的萃取剂处理与之不互溶的双组分或多组分溶液，实现组分别离的传质别离过程，是一种广泛应用的单元操作。 利用相似相溶原理。 利用化合物在两种互不相溶或微溶的溶剂中溶解度或分配系数1的不同，使化合物从一种溶剂内转移到另外一种溶剂中。经过反复屡次萃取，将绝大局部的化合物提取出来。 4甲醇精馏装置工艺设计4.1绘制精馏装置图. 精馏装置图 绘制甲醇精馏工艺流程图文字说明粗甲醇03在换热器C-01中被加压塔塔底馏出液加热后进入加压精馏塔E-01的中不进行精馏，塔顶馏出物在换热器C-02中将常

18、压精馏塔的釜液加热蒸发后一局部回到塔顶，一局部05作为产品。塔底馏出液经热交换后进入常压精馏塔E-02中部进行精馏。塔顶馏出物06与05 一样作为产品。塔底馏出液一局部经加热蒸发后回到塔底，一局部07作为废水进入废水处理系统。侧提物08中主要含有甲醇.水和杂醇，进入回收塔E-03的中部进行甲醇蒸馏回收。塔顶馏出物11中主要含有甲醇，被送入粗甲醇储罐，重新进入甲醇精馏系统。塔底和侧提物合并后进入杂醇油罐或进入废水处理系统。甲醇制备如何进行精馏一种高纯度甲醇的制备方法，包括如下步骤：粗甲醇依次送入预精馏塔、加压塔和复合常压塔进行精馏，分别由加压塔塔顶和复合常压塔塔顶获得精制纯化的甲醇。采用本创造的

19、方法，可将纯度为95.50(wt)的合成甲醇精制为高纯度的甲醇，质量符合规定的指标。本创造流程简单，具有广泛的应用前景。 一种高纯度甲醇的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：粗甲醇依次送入由规整填料预精馏塔(1)、加压塔(2)和复合常压塔(6)进行精馏，分别由复合加压塔(2)塔顶和复合常压塔(6)塔顶获得精制纯化的甲醇。5进行计算 粗甲醇的组成见表1。初始条件：.压力为4bar(G). 表1 粗甲醇组成 wt%组分名称CO2COH2CH4N2(CH3)2OArCH3OHH2O异丁醇组成各精馏塔压力见表2。 表2 精馏塔压力 barG塔顶压力塔底压力双塔流程预精馏塔主精馏塔预精馏塔 三塔流程加压

20、塔常压塔方法 计算机模拟是研究化工工艺过程的有效途径，采用化工流程模拟软件PRO/II来模拟甲醇精馏系统。5.2.1热力学方法CO2.2.CH4.N2.Ar等气体及高沸物主要为异丁醇。正确模拟一个化工过程，使用适当的热力学方法和数据是非常重要的。醇水系统属于强非理想液体混合物，这里所用的化工流程模拟软件PRO/II提供一组专门的热力学方法，即把特殊的醇数据库与NRTL方程相结合来计算K值。NRTL方程是基于局部组成的理论而导出的液体活度系数方程，它已成功地应用于许多强非理想混合物和局部混溶系数。当使用液体活度方法时，组分的标准态逸度是纯液体的逸度，对于超临界气体以及水中的微量溶质，使用无限稀释

21、下定义的标准状态会更方便，因此选用亨利定律以便更准确方便地模拟不凝气在甲醇及水中的溶解度。此外，三塔流程中加压塔的操作压力为5.66.0bar(G),选用修改后的非理想气体状态方程SRKM来计算逸度系数。计算模块的组织甲醇精馏系统主要是串联计算即三塔串联和双塔串联。常规塔的塔顶冷凝器相当于一块理论板，可以作为塔系的一局部一次性解出，但是甲醇精馏工艺的特点是预精馏塔的塔顶两极冷凝。这种冷凝方式显然不同于每块塔板的蒸馏过程，因此，采用撕裂回流的方法，把塔顶冷凝器作为一个独立的单元模块来模拟，计两台串联换热器的液相产品经过别离罐后作为塔顶进料引入塔系，以此模拟回流。对于三塔精馏，加压塔塔顶冷凝器同时

22、作为常压塔塔釜再沸器，如果严格规定别离要求分别计算两塔，由于计算值与设计值存在的误差，常压塔再沸器热负荷与加压塔顶冷凝器负荷不一定相等，而且只能核算而无法进行流程的优化研究。因此，加压塔同样采用预精馏塔的模拟方法，单独计算塔顶冷凝器，并规定其热负荷绝对值等于常压塔再沸器的热负荷。计算结果说明，这种方法模拟双效精馏是简单可行的。三塔流程物料及热量衡算 由三塔流程物热平衡设计值与计算值的结果比照见表3和表4。由表3可知，各物流点的温度.压力.组成以及塔顶冷凝器.塔釜再沸器负荷的计算值均与设计值吻合较好，说明该方法完全可以对甲醇精馏系统进行模拟。 表3 三塔流程物料衡算结果 wt%物流名称相态 物流

23、号粗甲醇液11预精馏后甲醇液12加压塔塔底甲醇水液13精甲醇气14甲醇精馏污水液15精甲醇液16设计值计算值设计值计算值设计值计算值设计值计算值设计值计算值设计值计算值CO2COH2CH4N2(CH3)2OArCH3OHH2O异丁醇10ppm10ppm总流量，kg/g134311343113243132407537753715948159397277271250012500温度，压力，barG 表4 三塔流程热量衡算结果 Gcal/h塔顶冷凝器 塔釜再沸气设计值计算值设计值计算值预精馏塔加压塔常压塔 注：设计值指国内某装置的设计值。双塔流程物料衡算 用同样的热力学方法，采用三塔精馏中的粗甲醇进

24、了，产品仍然是40.12500kg/h的精甲醇，将三塔流程改为典型的双塔流程进行模拟。由于甲醇三塔精馏模拟效果比拟理想，所以双塔精馏的模拟也应该是可信的，结果见表5。 计算结果说明，精甲醇的质量到达三塔流程的要求，产量也根本符合要求。因此，可以用PRO/II软件的计算来对两种工艺方法进行比拟分析。 表5 双塔流程物料衡算结果 wt%物流名称粗甲醇预精馏后甲醇主精馏塔顶甲醇精馏污水精甲醇相态 物流号液1液2液3液4液5CO2COH2CH4N2(CH3)2OArCH3OHH2O异丁醇总流量，kg/g1343113243074612497温度，压力，barG 为了准确全面考察双塔流程和三塔流程的综合

25、经济性能，选择合理的精馏工艺路线，采用同样的进料组成并保证同样的别离要求，分别就1Mt/Mt/a.0.25Mt/a三种生产规模的甲醇精馏工艺设计的比拟分析。能耗双塔流程与三塔流程在不同规模下的甲醇精馏装置能耗比拟见表6。 表6 能耗比拟 t/h生产规模Mt/a 1双塔三塔双塔三塔双塔三塔预精馏塔塔顶冷却水 88 44 22塔底蒸汽主精馏塔或加压塔塔顶冷却水 0 0 0塔底蒸汽 常压塔塔顶冷却水 塔底蒸汽 0 0 0 产品冷却水 冷却总耗冷却水总耗蒸汽注：冷却水的消耗是指33的冷却水被加热到43；蒸汽是指3.5bar(G)的低压蒸汽。 比拟结果说明：（1） 两种流程中预精馏塔的别离要求及操作条件

26、完全相同，所以能耗相同。（2） 不管是三塔流程，还是双塔流程，单位时间所耗用的冷却水量以及消耗的蒸汽量与生产规模成正比，几同一个流程不同规模的吨甲醇能耗是相同的。（3） 三塔流程所有的冷却水量和蒸汽量大大小于双塔流程。究其原因：双效精馏中的常压塔不需外界供热，从而降低了热能消耗；以1Mt/a为例，三塔流程加压塔和常压塔的回流量小，见表7，因此耗用的蒸汽量及冷却水量均相对较小。说明三塔流程是一种节能型工艺。 表7 回流量比拟 Kmol/h 三塔流程 双塔流程加压塔 常压塔 主精馏塔 837塔径 在假定塔板数和板间距不变的情况下，运用化工模拟软件PRO/II中提供的塔水力学计算模块对不同规模不同流

27、程的各塔的塔径作了粗略估算，见表8。PRO/II软件长期的使用经验证明，虽然计算的塔径并不一定能代表实际装置的塔径，但作为研究数据完全可以说明问题。 表8 精馏塔塔径比拟 mm规模Mt/a1 双塔三塔双塔三塔双塔三塔预精馏塔914 914 762 762 610 610主精馏塔或加压塔1829 1219 1372 914 1067 762常压塔13721067 762 由表8可知：（1） 塔径的变化与生产模式不成比例。生产规模扩大一倍，塔径扩大的最大幅度仅为33%。（2） 在设备材质相同，塔结构，塔板数和板间距不变的情况下，塔径可以作为衡量塔设备投资的表证因素。俩中刘政预精馏塔操作条件相同，故塔径相同。由于三塔流程中的加压精馏塔采用了加压操作，并于塔顶采出局部精甲醇产品，只有塔底甲醇和睡进入进入常压塔，所以三塔流程中的两个主精馏塔塔径均小于双塔流程主塔塔径。从整体流程来看，曾加一个塔系统，投资也增加综合与双塔流程相比，三塔流程利用蒸汽潜热的多重效用，充分到达节能目的，但其总投资增加。为了正确评价流程的经济性能，