【二十万吨甲醇项目甲醇精馏工艺设计5100字（论文）】

PAGE—PAGE7—二十万吨甲醇项目甲醇精馏工艺设计摘要：目前甲醇生产受到社会广泛的关注，未来甲醇的需求量将不断增加，以甲醇为基础生产甲酸、乙酸、甲醛、硫酸二甲酯等产品使甲醇应用更为广泛。为提高甲醇生产效率并提高甲醇产品的质量，本次设计是对200kt/a甲醇生产项目中甲醇双效三塔精馏工段的初步设计，选择化学吸收法回收利用废气中的二甲醚气体。通过对甲醇三塔精馏过程的物料衡算和能量衡算得到各个设备物料衡算和能量衡算表，并对加压塔及其附属件进行了工艺设计和设备选型。关键词：甲醇生产、三塔精馏、吸收法1.绪论本项目采用甲醇双塔精馏改进后的双效三塔精馏工艺技术，其反应器形式为变压精馏，主要利用总厂生产的粗甲醇为原料，在一定温度和压力下分离粗甲醇中的杂质，经过气液分离和多级精馏最终得到符合要求的精甲醇产品。在节约能源、绿色生产、优产高产精甲醇方面具有积极探索的意义。选择20万吨甲醇精馏工艺设计，主要完成的内容：1.计算条件表1-1原料气组成CH3OHH2OCH3CH2OH轻馏分杂醇油wt%92.46.230.11.20.072.本项目通过双效三塔精馏技术对粗甲醇进行分离提纯，最终得到纯度高于99.95%的精甲醇产品。设计整体流程，利用CAD绘制PDF与PID图纸，根据计算结果和设计结果，绘制物料和能量平衡表以及设备选型结果一览表。3.根据计算和选型结果并结合实际生产情况和所选设备的国标对车间和设备进行布置，绘制车间平立面布置图，并对本项目环保指标进行评价。2.工艺的选择与优化2.1生产工艺的选择工业甲醇合成受合成反应的压力、温度、合成气的组成及不同类型催化剂等因素的制约，影响产品的组成，如水、二甲醚、正丁醇等含量，所以它是混合物，也称粗甲醇。在1个标准大气压下，粗甲醇中各成分的沸点列表如下：表2-1按沸点顺序排列的粗甲醇组分组分沸点/℃组分沸点/℃组分沸点/℃1.二甲醚-23.711.甲醇64.721.异丁醇101.72.乙醛20.212.乙丙烯醛67.522.正丁醇117.73.甲酸甲酯31.813.正己烷6923.异丁醚122.34.二乙醚34.614.乙醇78.424.二异丙基铜123.75.正戊烷36.415.甲乙酮79.625.正辛烷1256.丙醛4816.正戊醇9726.异戊烷1307.丙烯醛52.517.正庚烷9827.4-甲基戊醇1318.醋酸甲酯54.118.水10028.正戊醇1389.丙酮56.519.甲基异丙酮101.729.正壬烷150.710.异丁醛64.520.醋酐10330.正葵烷174由上表可知，由于粗甲醇中大部分组分含量极少，因此没必要对所有组分进行定量测定，但要对其主要组成范围有一定的了解，以便采取精制对策，有必要对粗甲醇所有组分进行定量测定，但要对其主要组成范围有一定的了解，以便采取精制对策。2.2工艺流程说明图2.1三塔精馏工艺流程图表2-2设备名称及代号汇总E0501预塔再沸器E0507常压塔冷凝器V0504排气液封槽T0502加压精馏塔P0505常压塔回流泵E0502预塔冷凝器E0508杂醇油冷凝器V0505冷凝液槽T0503常压精馏塔E0503预塔冷却器E0509常压塔再沸器V0507精甲醇槽P0501精甲醇泵E0504加压塔预热器V0501冷凝液槽V0508杂醇油槽P0502预塔回流泵E0505加压塔再沸器V0502排气液封槽V0509残液槽P0503加压塔进料泵E0506加压塔冷凝器V0503冷凝液槽T0501预精馏塔P0504加压塔回流泵1.粗甲醇(27326.8kg/h、65℃)和浓度为8%NaOH溶液(31.5625kg/h、65℃)经预塔进料泵升压由进料板进入预精馏塔,在塔顶处，蒸汽经过冷凝器冷凝后进入回流槽。2.剩余的不凝气、轻组分气体以及未被冷凝的甲醇蒸汽经不凝气冷凝器冷凝过后，甲醇被回收利用,不凝气排至放空总管,轻组分送至杂醇油罐。3.预塔回流槽中的甲醇液体经回流泵升压送回预精馏塔作为回流。4.预精馏塔塔底液体经加压塔进料泵升压送至加压塔精馏。在该塔塔顶处，蒸汽先进入塔底再沸器,然后进入塔顶冷凝器冷凝。冷凝后进入回流槽，然后经回流泵升压后分别送往：①塔顶回流②作为产品分离③剩余液体送到预塔回流罐进一步精馏。5.加压塔回流槽中累积的少量不凝气通过排气液封槽控制并排至放空总管。该塔塔底液体先进入加压塔预热器给进料供热，然后送到常压塔精馏。6.在常压塔塔顶处，蒸汽经冷凝器冷凝后进入回流槽.然后经回流泵升压后分别送往：1.塔顶回流,2.作为产品分离,3.剩下的液体送到预塔回流罐进一步精馏。7.常压精馏塔进料板下方第若干塔板处采出杂醇油，由杂醇油冷却器冷却后送往杂醇油罐，塔底液体中甲醇含量检测合格后将送往残液槽进行处理。2.3基础设计数据该项目产品数量及规格如下：表2-3主要产品的数量、规格产品名称产品规格产品规模（万吨/年）产品价格(元/吨)精甲醇99.95%202100下表是甲醇主要的理化性质：表2-4甲醇的理化性质熔点沸点相对密度(水=1)相对蒸汽密度（空气=1）燃烧热临界温度临界压力饱和蒸气压—97.8℃64.7℃0.791.1723KJ/kmol240℃7.95Mpa12.3kpa表2-5辅助原料的年需求量项目名称规格单位总需求量来源运输方式辅助原料软水﹥99.9%wt吨43984吨/年总厂提供管道辅助原料碱液﹥8%wt吨276.5吨/年总厂提供管道3.物料衡算与能量衡算3.1物料衡算每年按330日连续生产计算。精甲醇的甲醇含量99.95％，则精甲醇天产量为：200000/330=606.1吨/天；小时产量为：606.1/24×1000=25250kg/h。3.1.1预精馏塔物料衡算根据生产负荷及合成的粗甲醇含量计算，在常压下，粗甲醇（65℃）质量流量为27326.8kg/h，预精馏塔主要任务是除去其中的轻组分，所以预精馏塔的采出是轻馏分，物料衡算应取轻组分的量进行计算。生产负荷20万吨/年，进入预精馏塔精馏的甲醇质量分率为92.4％。通过各组分质量分数计算各组分的量：Mt＝M总×Wt％甲醇（CH3OH）的量：27326.8×92.4％=25250kg/h，以此计算其他组分的量，列入3-1表：表3-1进料组分量组分CH3OHH2OC2H5OH轻馏分杂醇油质量分数ωt％92.46.230.11.20.07组分量（kg/h）252501702.527.33327.919.131)进料A粗甲醇粗甲醇总量为：25250/92.4％=27326.8kg/hB碱液：为了调节粗甲醇的PH值，可加入8%的NaOH稀释液使塔底液体PH值保持在8左右，用量与精甲醇量的比例为0.1kg/t.氢氧化钠消耗量：0.1×25250/1000=2.525kg/h根据工艺选用8％氢氧化钠溶液，则氢氧化钠溶液用量：2.525/0.08=31.5625kg/hC软水：软水的加入量与精甲醇量的比例为1:5。软水量总需求量：25250×0.2-31.5625×（1-0.08）=5021kg/h以上计算结果列3-2表：表3-2进料组分量物料量kg/hCH3OHH2ONaOH轻馏分杂醇油合计粗甲醇252501702.5327.919.1327299.53碱液292.52531.525软水50215021合计252506752.52.525327.919.1332352.12）出料A塔底：甲醇25250kg/hB塔底：水甲醇含水1702.5kg/h碱液含水29kg/h软水：5021kg/hC塔底杂醇油：19.1kg/hD塔顶轻馏分：327.9kg/h以上结果列3-3表：表3-3出料组分量物料量kg/hCH3OHH2ONaOH轻馏分杂醇油合计塔顶327.9327.9塔底252506752.52.52519.132024.125合计252506752.52.525327.919.132352.0253.1.2加压精馏塔与常压精馏塔的物料衡算已知条件：取甲醇总量的40%作为加压塔采出量来计算，常压塔塔釜液含有甲醇1％。进料加压塔：预精馏塔后粗甲醇32024.4125kg/h常压塔：32024.125-25250×4/10×1/0.9995=21919.07kg/h出料加压塔：塔顶25250×4/10×1/0.9995=10105.05kg/h塔釜21919.07kg/h常压塔：塔顶21919.07-151.45-6752.5-2.525-19.1=14993.5kg/h塔釜中：甲醇151.45kg/h水6752.5kg/hNaOH2.525kg/h杂油醇19.1kg/h以上计算结果列3-4表：表3-4甲醇精馏塔物料平衡成分加压塔进料加压塔塔顶出料加压塔塔釜出料常压塔塔顶出料常压塔塔釜出料甲醇2525010105.0515144.9514993.5151.45NaOH2.5252.5252.525水6752.56752.56752.5杂油醇19.1319.1319.13合计32024.15510105.0521919.114993.56925.63.2热量衡算预精馏塔的热量衡算：1）进料带入热量轻馏分取二甲醚为关键组分，杂油醇取异丁醇为关键组分，设计的操作条件为：T塔顶=64℃，T回流=64℃，T塔底=82℃，T进料=65℃取回流量与进料量之比为1：4，预精馏塔热量出入列3-5：表3-5预精馏塔热量出入一览表进热项目进料成分二甲醚甲醇水+碱液异丁醇流量Kg/h327.9252506755.0619.13温度℃65656565比热Kj/Kg℃2.812.814.1872.95出热项目出料成分二甲醚甲醇水+碱液异丁醇流量Kg/h327.9252506755.0619.13温度℃64828282液体比热KJ/Kg℃2.812.814.1872.95热量变化KJ/h－921.41206192.5480818.59959.37热量计算公式：Q某=Wh某ⅹ×C某×△TQ甲醇=25250ⅹ2.81ⅹ（82-65）=1206192.5KJ/h预精馏塔各组分热量变化为如上表所示，由表中数据可知:总热负荷为：Q=1687049.06KJ/h3.2.1加压精馏塔的热量衡算设计的操作条件为：T塔顶=115℃，T回流=115℃，T塔底=141℃，T进料=100℃，R回流=1.55，T甲醇产品=40℃。常压精馏塔热量出入列3-6表：表3-6加压塔热量出入一览表进热项目进料成分甲醇水+碱液异丁醇流量Kg/h252506755.0619.13温度℃100100100比热Kj/Kg℃3.1654.1873.4出热项目出料成分精甲醇甲醇水+碱液异丁醇流量Kg/h10100151506755.0619.13温度℃115141141141液体比热KJ/Kg℃3.1653.664.1873.99热量变化KJ/h479497.52119674.381159621.312898.1热量计算公式：Q某=Wh某ⅹ×C某×△TQ甲醇=10100ⅹ3.165ⅹ（115-100）+15150ⅹ3.4125ⅹ（141-100）=2599171.88KJ/h加压精馏塔各组分热量变化为如上表所示，部分组分温度变化较大，比热容取平均值，由表中数据可知:总热负荷为：Q=3761691.29KJ/h3.2.2常压塔的热量衡算设计的操作条件为：T塔顶=65℃，T进料温度=70℃，T回流=40℃，T塔底=105℃，T进料=70℃，R回流比=2，T冷却水进口=25℃，T冷却水出口=35℃。物料进常压塔热量列3-7表：表3-7常压塔热量出入一览表进热项目进料成分甲醇水+碱液异丁醇流量Kg/h151506755.0619.13温度℃707070比热Kj/Kg℃2.854.1873.01出热项目出料成分精甲醇甲醇水+碱液异丁醇流量Kg/h14998.5151.56755.0619.13温度℃65105105105比热KJ/Kg℃2.853.1874.1873.45热量变化KJ/h－213728.6316005.6989920.272162.65热量计算公式：Q某=Wh某ⅹ×C某×△TQ甲醇=14998.5ⅹ2.85ⅹ（65-70）+151.5ⅹ3.0185ⅹ（105-70）=-197723.03KJ/h加压精馏塔各组分热量变化为如上表所示，部分组分温度变化较大，比热容取平均值，由表中数据可知:总热负荷为：Q=794359.89KJ/h3.2.3精馏系统热量结果汇总表3-8精馏系统热量变化汇总表项目预精馏塔加压塔常压塔二甲醚－921.4甲醇1206192.52599171.88－197723.03水+碱液480818.591159621.31989920.27异丁醇959.3728982162.65总热量1687049.063761691.19794359.894.设备选型与工艺计算结果汇总5.1冷凝器的选择汇总平均摩尔质量M;kg/Kmol蒸汽流量V:Kmol/h传热面积M:m2型号类型型号加压塔31.9972765.6200.13浮头式热交换器AES800-1.0-245-6/19-4Ⅱ常压塔31.99721404.35471浮头式热交换器AES1200-1.6-470-6/19-6Ⅱ预精馏塔31.9972213.22139.52浮头式热交换器AES800-4-145-6/25-6Ⅱ5.2塔釜再沸器的选择汇总平均摩尔质量M;kg/Kmol蒸汽流量V:Kmol/传热面积M:m2型号类型型号加压塔25.84765.699.21浮头式列管换热器AES600-1.0-130-6/19-4常压塔18.31383.767.17浮头式列管换热器AES600-1.0-70-4.5/25-2预精馏塔28.3241068.8124.2浮头式列管换热器AES700-1.0-125-6/25-25.3泵的选择汇总加压塔进料泵加压塔回流泵常压塔进料泵常压塔回流泵预精馏塔进料泵预精馏塔回流泵进料/回流量kg/h32005.061565521905.062999727299.56831.7进料液/回流液体积流量m3/h44.243226.5538.4135.378.98型号类型离心泵离心泵离心泵离心泵离心泵离心泵型号IH80-50-200IH65-50-160IH80-65-160IH80-50-200IH80-50-200IH50-32-1255.4预精馏塔工艺设计数据汇总塔顶进料板塔釜精馏段提馏段操作压力Kpa5058805469气相平均摩尔质量kg/kmol31.99731.25428.3331.625529.79液相平均摩尔质量kg/kmol31.9330.23528.3231.082329.28气相平均密度kg/m30.5980.72液相平均密度kg/m3749.035771.772798.037760.4784.9液相平均表面张力mN/m16.19522.2628.8419.22725.55液相平均黏度mpa·s0.31050.32120.33310.31590.3272塔径mm30003000实际空塔气速m/s2.251.76塔截面积m27.0657.065加压塔有效高度m总高度10.9m0.8m人孔三个7.515.5加压塔工艺设计数据汇总塔顶进料板塔釜精馏段提馏段操作压力Kpa880980944930962气相平均摩尔质量kg/kmol31.99723025.823127.91液相平均摩尔质量kg/kmol31.9327.3825.8429.6626.61气相平均密度kg/m38.618.26液相平均密度kg/m3653.27723.47750.36688.37737液相平均表面张力mN/m8.441622.342715.3924.67液相平均黏度mpa·s0.16140.17150.1750.16450.1733塔径mm13001300实际空塔气速m/s0.530.51塔截面积m21.3271.327加压塔有效高度m总高度12.4m0.8m人孔三个8.51.55.6常压塔工艺设计数据汇总塔顶进料板塔釜精馏段提馏段操作压力Kpa103105109104107气相平均摩尔质量kg/kmol31.997229.27614.7730.63722.023液相平均摩尔质量kg/kmol31.9325.818.30728.86522.0533气相平均密度kg/m31.0850.8026液相平均密度kg/m3737.03824.97965.06781895.015液相平均表面张力mN/m15.04936.12561.64625.58748.88液相平均黏度mpa·s0.2770.30970.35450.29340.3321塔径mm30003000实际空塔气速m/s1.271.235塔截面积m27.0657.065加压塔有效高度m总高度10.9m0.8m人孔三个5.535.7管径计算结果及管件选取汇总管件名称进料管塔顶蒸汽出料管塔釜出料管回流接管再沸器进口管加压塔管内物料流速,m/s1.7151.51.515计算管径,mm94.818.483.969245.5公称直径,mm1002510065250管件规格Φ108×4Φ35×2.5Φ108×4Φ76×3.5Φ273×7常压塔管件名称进料管塔顶蒸汽出料管塔釜出料管回流接管再沸器进口管管内物料流速,m/s1.3121.151..1512计算管径,mm8524.3847.0687.87976.37公称直径,mm10020501001000管件规格Φ108×4Φ25×2.5Φ57×3Φ108×4Φ1020×10预精馏塔管件名称进料管塔顶蒸汽出料管塔釜出料管回流接管再沸器进口管管内物料流速,m/s1.412.51.251.2512.5计算管径,mm94.423.8966.2284.221125.5公称直径,mm1002065801200管件规格Φ108×4Φ25×2.5Φ76×3.5Φ89×3.5Φ1220×105.结论本设计主要应用双效三塔精馏工艺对粗甲醇进行分离提纯，