【基于三塔精馏工艺的甲醇生产工艺设计6400字（论文）】

基于三塔精馏工艺的甲醇生产工艺设计目录TOC\o"1-2"\h\u16834第一章绪论 2113131.1甲醇的性质 2250331.2甲醇的地位，发展与前景 223938第二章工艺选择 4254142.1甲醇精馏工艺简述 415331第三章物料及热量衡算 9138923.1物料衡算 9134783.2热量衡算 916990第四章预精馏塔的选型及计算 1019017预精馏塔的计算结果如下表 1031808第五章安全与环保 10128975.1工艺主要副产物 10287645.2三废的产生及防治 112053第六章自动控制 12133586.1概述 12241826.2自动控制系统分类 12314306.3本设计自动控制说明（部分） 127697第七章经济技术对比分析 15118857.1甲醇精馏工艺的对比选择 159683结论 1616543参考文献 17摘要放眼整个化工行业，甲醇是最基本且最重要的有机产品。随着大规模煤化工厂的建设，能源消耗水平和产品质量是各企业甲醇产品市场竞争的关键，也是新厂技术选择的决策标准。甲醇有着极其广泛的用途，在精密化工方面有着不能代替的作用。由于其在化工行业的重要作用，业内对其纯度有着极高要求，粗甲醇中有着各种各样挥发度各异的杂质，为了获取高纯度，满足精制甲醇的市场需要，

在此进行对粗甲醇的精馏除杂设计。本设计经过多种工艺过程(单塔精馏工艺、双塔精馏工艺、三塔精馏工艺和四塔精馏工艺)的比较和抉择,

，采用了含有双效换热且性价比最为合适的的三塔精馏工艺。选用板式塔（浮阀塔）作为整个系统的主设备。经过物料计算得出了年产270kt精甲醇所需要的粗甲醇含量。对预精馏塔进行设备选型，计算其工艺尺寸，并对其主要参数进行校核。最后对设计的经济发展可行性进行数据分析，证明本次毕业设计在生产中的现实技术可行性。

关键词：三塔精馏工艺预精馏塔甲醇第一章绪论甲醇的性质作为最基础的有机化合物之一，甲醇的物理性质如下表：表1：甲醇的物理性质表化学式CH3OH/CH₄O中毒剂量100mg/kg分子量32.04致死剂量0.3～1g/kg沸点64.7℃用途甲醛和农药别称木醇，木精制作方式一氧化碳与氢气反应性状无色透明液体熔点-97.8℃饱和蒸汽压12.3（20℃）燃烧热723KJ/mol临界温度240℃临界压力7.95MPa黏度0.5525（mPa·s，25℃）电导率1.5×10-9临界密度0.273g/cm临界体积117cm/mol1.2甲醇的地位，发展与前景在我国很多的生产工艺中，都会应用到甲醇，例如在生产农药，生产医药和生产火药的和相关化学药剂的生产中都会涉及到，甲醇的应用几乎渗透到化工行业的方方面面。近几年,随着甲醇生产流程的改进，以及我国经济的高速增长，以致于甲醇需求直线上升，甲醇工业也有着急速的上升。另外，与甲醇有关联的下级产品，比如二甲醚，乙醇等，这些二级产品的发展也与甲醇的发展息息相关。二十一世纪初，全世界甲醇需求量达到四千万吨，全球甲醇需求的增长速率已经超越了百分之四，二十一世纪一十年代全球甲醇产量已经达到五千万吨左右，需求量大约为4300万吨左右。并且甲醇在整个世界上的生产方式，消费格局发生了翻天覆地的变化。在发达国家，比如美国等，他们甲醇生产技术已经领先于世界，成为主要的生产国。一个世纪以内，中国的甲醇技术略落后于西方但是需求量却越发增长，尤其是最近几十年，中国的甲醇进口量，进口花费一直都居高不下，这也从侧面反映了国内的生产甲醇成本较高，工艺技术比不上欧美国家，还无法与国外资本相抗衡。增加甲醇的工艺水平，减少资本花销，是中国目前急需解决的棘手问题。

第二章工艺选择2.1甲醇精馏工艺简述现在国际上甲醇精馏工艺主要有五种：第一种是单塔精馏技术，在精馏过程中，全程应用一台机器来进行生产。第二种是双塔精馏工艺，双塔精馏工艺主要是指在主精馏塔中又设置了加装脱醚塔来进行生产。第三种是三塔精馏工艺，三塔精馏工艺是现阶段在化工行业中最为青睐和欢迎的一项内容，三塔是指预精馏塔（脱硫，除醚塔）、加压（精馏）塔和常压（精馏）塔，此流程可有效节能，符合节能环保的要求。第四种是四塔甲醇精馏工艺，四塔是指预精馏塔（脱硫，除醚塔）、加压塔、常压塔和回收塔。四塔精馏工艺不仅能够实现对生产废料和废水的处理，更能够实现对甲醇的进一步回收利用[16]。除了上述四种外工艺，还有一种近年来出现的五塔工艺，其在四塔的基础上进一步加强了分离能力[2]。2.1.1单塔精馏工艺如图1所示，单塔甲醇精馏工艺是指仅使用一个精馏塔完成工艺流程，直接从其塔顶精馏段采出。粗甲醇从进料板进入，二甲醚等轻组分由塔项排出，工艺产品精甲醇在精馏段的塔板引出，异丁醇等重组分在提馏段引出，水从塔釜排出。图1：单塔精馏工艺2.1.2双塔精馏工艺如图2所示，双塔甲醇精馏工艺使用的主要设备是预精馏塔（脱硫，除醚塔）和精馏塔，其大致工艺流程为：将粗甲醇加入贮槽，之后由泵（粗甲醇）和流量控制加入到粗甲醇预热器，接着经过粗甲醇过滤器对其进行过滤，从预精馏塔的进料口进入到第一次精馏当中。第一次精馏结束后，塔釜采出料加入主精馏塔，之后在第二个精馏塔塔顶处采出精甲醇[11]。图2：双塔精馏工艺2.1.3三塔精馏工艺如图3所示，三塔精馏工艺流程是由预精馏塔（脱硫，除醚塔）、加压塔、常压塔组成的精馏工艺系统。其中，预精馏塔的作用与双塔甲醇精馏工艺中的预精馏塔作用相同，主要是为了脱除低沸物。预精馏塔塔釜液经过再沸器后进入加压塔，经过加压塔精馏后，根据合适的比例，从加压塔塔顶采出一部分精甲醇，经过冷却后得到产品。加压塔塔釜液经过精馏后，由于本身温度足够高，所以可以无需预热直接加入常压塔。之后经过常压塔精馏，从常压塔塔顶采出剩余精甲醇，精冷却后得到甲醇产品，从提馏段采出异丁醇等高沸物，从塔釜收集水以及剩余残夜[15]。图3：三塔精馏工艺2.2.4四塔精馏工艺如图4所示，四塔甲醇精馏工艺是在三塔甲醇精馏工艺的设计基础上，将常压塔提馏段采出液通入一个精馏塔，称为回收塔（甲醇回收塔），进一步提升了原料利用率[13]。其中，低压蒸汽为提供预精馏塔和加压塔再沸器，加压塔塔顶气相作为常压塔再沸器提的热源。四塔甲醇精馏工艺虽然增加1个汽提塔，但是仍属于双效流程[11]。图4：四塔精馏工艺2.2.5五塔精馏工艺如图5所示，五塔甲醇精馏过程的主要设备包括预精馏塔（脱硫，除醚塔）、常压塔、低压塔、高压塔和终塔组成。粗甲醇经泵加压送至预塔，预塔塔顶气相经过冷凝器冷凝后送至回流槽重新回流到预塔，底部的釜液被泵入常压塔。常压塔、低压塔、高压塔、终塔、釜液依次后送，塔顶气相经过冷凝器冷凝后，一部分液体回流，另一部分液体作为产品采出。其中，低压蒸汽作为热源，为终塔和高压塔再沸器提供热量。终塔的塔顶气相作为热源，为预塔再沸器提供热量。高压塔的塔顶气相作为热源，为低压塔再沸器的提供热量。低压塔的塔顶气相作为常压塔再沸器的热源。终塔与预塔、低压塔与常压塔、高压塔与低压塔形成了三组热集成模式，故称为三效节能流[13]。本设计使用的是较为常见的三塔工艺，具体分析见第七章。图5：五塔精馏工艺

第三章物料及热量衡算3.1物料衡算经物料衡算得，年生产270kt精甲醇需要287294.4t的含93.98%的粗甲醇。具体物料平衡如下表：表2：主塔物料衡算结果汇总表成分加压塔进料加压塔出料常压塔顶出料常压塔釜出料甲醇3750015007.50422286.143206.353氢氧化钠3.753.75水9634.3169634.316异丁醇7.9087.908合计47145.97415007.50422286.1439852.3273.2热量衡算各设备处各物料热量衡算如下表表3：热量衡算结果汇总表物流预塔加压塔常压塔带入热量kJ/h进料10347699.6113218513.257635316.42回流2022948.4716007378.957645038.495加热16917516.7168958452.47111349440合计29288164.7998184344.67126629794.9带出热量kJ/h塔顶出料14605243.377392197.37115986671.2塔釜出料13218513.2515882930.064311633.913热损失1464408.244909217.2346331489.746合计29288164.7998184344.67126629794.9预精馏塔的选型及计算预精馏塔的计算结果如下表表4：预精馏塔设计结果汇总表精馏段提馏段气相流量（m³/s）0.1670.164液相流量（m³/s）0.17612实际塔板数1215有效高度（m）21.125塔径（m）0.4塔板间距（m）0.5安全与环保5.1工艺主要副产物在整个甲醇生产环节中，存在二甲醚等副产物。通过减少碱金属的带入，选择适宜的反应温度，运用高活性的催化剂，减少入塔杂质的带入，以便得到更优良，更适合于市场的的产品。5.2三废的产生及防治5.2.1废气的产生及防治本次设计存在工艺气体二甲醚等，为保护装置与设备、保证人身安全以及减少废气的泄露从而对环境的污染，在工艺流程结尾设置火炬。生产过程中，如若系统出现事故时，可将流程中产生的工艺气体送至火炬燃烧。待装置与设备恢复正常时，再重新接通工艺气。甲醇生产的硫回收装置，可以将整个工艺流程中排放的硫化物处理,几乎可以回收全部尾气，工艺尾气排放合格。除上述所述废气外，本次设计还存在还有锅炉废气，其中主要含有硫化物，氮化物和烟尘等大气污染物，为减少烟气中硫化物排放量，采用湿法（石灰石，石膏）的工艺进行脱硫。并且为了成功降低氮化物的排放量，还可利用“低氨燃烧”等工艺技术。锅炉废气必须经过合格的处理之后，可由烟囱排至大气，排放污染物必须通过相关法律规定。5.2.2废水的产生及防治为保护水资源，化工厂应最大幅度的重复利用水资源，因此中国的煤制甲醇以及其余的企业，大都有废水的循环利用与处理的方案，这些方案在保护环境的同时，还减轻了污水处理工段的负担。面对污染较重的水域，可以利用灰水处理装置,对工艺流程中产生的废水进行处理后，方可进行循环利用。少量无法处理的废水送至废水处理段。5.2.3废渣的产生及防治废渣的危害远不及废气废水，其对人和装置的直接危害较小，可以将废渣暂时储存在垃圾回收站，之后定期派垃圾回收车清理废渣，防止污染周围环境。如果垃圾回收车不能短期回收废渣，要用布遮盖废渣，防止遇到风雨天气，导致污染物蔓延。如果回收站内有含硫，碳，氮过高的物质，应选取不同的方式处理。面对煤制甲醇的废催化剂，其中大部分含有贵金属。催化剂的处理方式根据其毒性有所不同，面对低毒性的催化剂，可以经过其他工艺处理去除毒性后，之后便可以重新利用；面对高毒性的催化剂，在允许范围内，稀释其毒性后，直接移交环保部门。锅炉排放的炉渣、飞灰等送水泥厂以及送往建材企再次利用。不能回收利用的无毒害垃圾垃圾应交予相关环卫部门统一处置。自动控制6.1概述随着科技的发展，人们对生产精度的要求越来越高，人工控制往往不能满足一些对流量、压力等的精确控制。这时候往往需要利用自动控制来提高控制精度，以便得到高优质的产品。自动控制主要时是为了保证生产安全顺利进行的前提下，提高生产产品质量，提高劳动者生产率和为资本的可观经济效益。为国家，人民节约能源，改善劳动者的劳动条件以及保护生存环境。管理人员必须对生产过程的各种物理量[（例如：μ（黏度）V(流量)P(压力)T(温度)F(物位)H（湿度）pH值等)]进行必要的控制。将这一过程自动化后，称之为自动控制。6.2自动控制系统分类1.按被调参数分类：Ⅰ：流量调整；Ⅱ：温度调整；Ⅲ：压力调整；Ⅳ：物位调整；2.按控制规律分类：Ⅰ：比例调整；Ⅱ：比例微分调整；Ⅲ：比例积分调整；Ⅳ：比例微分积分调整；3.按信号种类分类：气动调节系统，电动调节系统6.3本设计自动控制说明（部分）本设计的自动控制主要体现在液位控制，为了进行规范性，安全性的操作和控制,需要充分了解并测量生产过程中主要介质的物理参数的变化，保证其数据远离危险范围,也以便为接下来的甲醇生产操作和液位的自动控制提供数据根据。为了证明工艺是否盈利，需要进行经济可行性核算，检测一段时间内流过某一处的压力与质量（体积）流量。所以，液位，流量，压力等是自动控制生产过程中检测产品（甲醇）是否达到质量合格，生产过程是否达到生产安全，工艺流程是否达到经济达标所必需的重要参数。在精馏操作中，精馏塔的原料是由上一工段提供的，进料流量出现变化通常难免。当进料流量的变量化较大时,有时候会对精馏塔的正常操作会造成巨大的影响。为了避免精馏塔操作出现剧烈变化的情况,使其平稳、安全运行,要求平稳进料,这就需要对精馏塔的进料流量进行调节和控制。本次设计中，向常压精馏塔进料流量的自动控制方案如图6所示。当精馏塔内的液位上升到一定的高度，精馏塔上的液位指示控制表会反馈到进料管道上的电控阀门以控制其开与关。图6：液位自动控制

经济技术对比分析7.1甲醇精馏工艺的对比选择现在国际上甲醇精馏工艺主要有五种，但是国内工厂目前多以双塔或三塔工艺进行甲醇精馏，故本设计从这两种方法中进行选择。7.1.1产品质量双塔甲醇精馏工艺所能生产的精甲醇产品中，副产物含量较多[12]，仅仅只能满足最基本的质量要求。造成不合格的原因主要是指异丁醇与水，甲醇与二甲醚的分离程度较差，未能达到高质量要求。在传统的双塔甲醇精馏工艺之中，要想使生产的甲醇品质达到双A级别的优秀标准,会导致工艺流程中的能耗和收率均低于正常水准，缺乏经济性[15]。三塔甲醇精馏工艺极大程度上弥补了双塔甲醇精馏工艺的不足之处，三塔工艺生产的精甲醇质量比双塔工艺的质量要好,二甲醚等杂质的含量明显降低。国内外多家化工厂的报告显示,三塔甲醇精馏工艺生产的精甲醇，在普遍情况下，其质量与品质可以够达到美国双A级别的优秀标准[9]。7.1.2能量消耗众所周知，精馏能量耗量极其高，且内能利用率极低。三塔精馏工艺虽然不能完全利用热能但是可以在一定范围内合理利用热量。三塔工艺采用2个主要的精馏塔，即加压塔和常压塔。加压塔塔进行加压精馏,操作压力在0.56MPa左右，高压导致液体的沸点升高，顶部气相甲醇液化温度约为一百二十摄氏度，其高于常压塔塔釜液残液的沸点温度，因此可以不经过再沸器即可替代为常压塔再沸器的热源。三塔精馏的这种双效换热方式较双塔精馏工艺可约节约更多的热量[3]。7.1.3投资与操作费用比较三塔工艺与双塔工艺相比，在主要设备方面，增加了一个加压塔及部分设备（管道，泵，阀门等），装置投资费用一定会升高。但按照经验，计算可知，一样规模的三塔甲醇工艺的设备一定要比双塔工艺的设备在投资花费上多花费出百分之二十左右，但是其运行费用同样可以减少百分之二十左右。具体花费相对数如下表，以年产两10万t为例：表5：双塔于三塔花费相对表由上述可得，经过多方面的衡算与抉择，决定使用三塔工艺。结论本次设计选择三塔方案进行甲醇精馏，对甲醇精馏工艺中的三塔精馏工艺工艺的物料、热量平衡进行计算，再根据所得结果对预精馏塔进行工艺计算，通过对设计结果的流体力学校核，结合各种相关文献以及书本所学知识，验证了预精馏塔的设计符合要求。甲醇三塔精馏工艺的优越性在于不仅可以减少内能的消耗，而且有着极大的生产处理量，以下的条件下，三塔甲醇精馏工艺的操作弹性高，托盘效率也高。加压精馏塔与常精馏压塔之间进行双效换热，即其热流体为加压塔塔顶采出的甲醇蒸汽，冷流体为常压塔塔釜的再沸器中的再沸液，甲醇蒸汽为再沸液提供热量，在节省了冷却水的消耗同时，也减少了蒸汽的消耗，同时效率也得到提高。对于目前的国内环境来讲，多数甲醇生产企业还是采用双塔以及三塔精馏工艺，其中甲醇三塔精馏工艺属于受众范围较大，对于国内大部分企业都是优先选择方案，在保证产品纯度的前提下，在原有设备上进行优化和修改，使整个生产工艺流程更加节能环保。参考文献【1】张先春.大型煤化工甲醇精馏过程模拟与仿真研究[J].当代化工研究,2020(6):273-512【2】张学宁.关于对甲醇精馏工艺的研究[J].工艺技术,2020(17):048-000【3】高翔.关于甲醇精馏工艺技术改进的探讨[J].工艺技术,2020(12):037-003【4】乔洁,刘伟.甲醇精馏单效与双效工艺的能耗分析与对比[J].江西化工,2020(4):332-700【5】叶田友.甲醇精馏工艺参数的优化[J].山西化工,2020(2):032-202【6】潘建东.甲醇精馏工艺及塔器优化设计研究[J].云南化工,2020(9):710-015【7】王许.甲醇精馏塔差压测量仪表的缺陷分析与故障处理[J].煤化工与甲醇,2020(5):572-600【8】李建.甲醇精馏装置闪蒸气增加回收甲醇的节能改造与效益分析[J].煤化工与甲醇,2019(12):1003–6490【9】柴小飞,徐贺,贺朋.甲醇精馏装置提质增效技术应用分析[J].煤化工与甲醇,2020(6):342-000【10】高亭.甲醇精馏装置性能提升措施[J].氮肥与合成气,2020(4):2096-3548【11】周鹏刚.精甲醇及MTO级甲醇精馏工艺技术分析[J].技术与信息,2020(3):273-512【12】王庚妮.两套甲醇精馏系统杂醇油控制比较[J].氮肥技术,2020(5):277-527【13】乔洁,顾朝晖.三塔、四塔、五塔甲醇精馏工艺技术对比分析[J].氮肥与合成气,2020(6):332-000【14】刘艳,