安徽建筑工业学院本科生毕业设计 ( 论文 )
4.1.4 塔高计算.......................................................................... 41 4.1.5 塔板的工艺尺寸 ................................................................ 43 4.1.6 塔板流体力学验算 ............................................................. 48
4.2预精馏塔附件选型................................................................. 54 4.2.1 管口设计 ...................................................................... 55 4.2.2 设备管口表 .................................................................. 56 结 论 ................................................................................................ 58 参考文献........................................................................................... 59 附 录 ................................................................................................ 59 致 谢 ................................................................................................ 60
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55万吨/年甲醇精馏工段工艺设计—预精馏塔工艺设计及分析
第一章 文献综述
1.1 课题的工艺背景
1.1.1 课题的提出
甲醇在世界基础有机化工原料中，消费量仅次于乙烯、丙烯和苯，居第四位，在化工、医药、轻工、纺织等行业具有广泛的用途，具有举足轻重的作用。随着我国国民经济的高速发展、甲醇衍生物及下游产品生产的迅速发展和甲醇燃料的应用，甲醇需求量越来越大。为了获得高纯度、高质量的甲醇产品，甲醇精馏成为甲醇生产企业的重要后处理工序，其能耗约占甲醇生产总能耗的20% 左右， 甲醇精馏技术的好坏直接关系到精甲醇的质量，因此选择适合企业生产需要的精馏技术，是降低成本、节能降耗、提高企业经济效益和市场竞争力的重要举措[1-2]。
因此，对甲醇精馏工艺作系统的研究对于甲醇精馏系统的合理设计、通过设备改造和调整工艺来降低甲醇精馏的能耗、提高甲醇产品质量和收率有突出的现实意义。本设计通过查阅国内外文献和实际生产中的工艺资料，对比已有的工艺流程和工艺条件进行甲醇精馏工段的创新和整合设计，提出了甲醇精馏系统的工艺设计原则和设备节能设计原则。 1.1.2 国内外发展现状
一、国外大规模甲醇合成技术现状[3]
甲醇精馏是甲醇生产中重点研究与攻关的课题之一，多年来世界各国对此开展了大量的工作，特别是世界著名的英国ICI、法国的Lurgi 和日本三菱瓦斯等均开发出了自己独特的精馏技术。在倡导节约能源的当今社会，低压法是一种主要的现代甲醇合成生产工艺。据说，利用能够代表国外甲醇生产水平的英国ICI公司和德国Lurgi公司技术的国外生产设备占据了至少70%，现在拥有最高生产能力的单一反应器是Lurgi联合反应器。
二、国内的甲醇合成技术
我国的精馏技术也在逐年改进，产品甲醇的质量也相应得到了提高。目前，
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国内甲醇精馏工艺主要分为双塔精馏工艺、带有高锰酸钾反应的精馏工艺和三塔精馏工艺。带有高锰酸钾反应的精馏工艺需要对粗甲醇中的还原性物质进行处理后再精馏，工艺复杂，该工艺主要用于对甲醇质量要求相当严格的场合。由于双塔精馏和三塔精馏工艺完全能够保证工业上对精甲醇质量的要求，因此一般不必采用带高锰酸钾反应的精馏工艺。目前我国使用较广泛的是双塔精馏与三塔精馏流程工艺。
1.1.3 课题的研究目标
本论文的研究目标是：55万吨/年甲醇精馏工段工艺设计—预精馏塔工艺设计及分析
(1) 根据生产任务，进行精馏工段的物料衡算和热量衡算；
(2) 对预精馏塔的操作因素进行分析，并进行工艺设计、设备设计及其附件设备的选型；
(3) 利用Auto CAD 软件，绘制甲醇精馏工段的物料流程图、带控制点的工艺流程图、预塔的设备图、?0.000平面的精馏工段设备布置图。
1.2 甲醇的简介
1.2.1 甲醇产品的性质与用途
甲醇是一种透明、无色、易燃、有毒的液体，略带酒精味。其理化性质为：无色、透明、高度挥发、易燃液体。熔点-97.8℃。沸点64.5℃。闪点12.22℃。自燃点463.89℃。蒸气密度1.11。蒸气压13.33KPa(100mmHg，21.2℃)。能与水、乙醇、乙醚、苯、酮、卤代烃和许多其他有机溶剂相混溶。遇热、明火或氧化剂易着火。
甲醇是主要广泛应用于精细化工，塑料，医药，林产品加工等领域的基本有机化工原料，可开发出100多种高附加值化工产品，尤其深加工后作为一种新型清洁燃料和加入汽油掺烧，其发展前景越来越广阔。目前甲醇主要下游产品为甲醛、醋酸、甲醇汽油、二甲醚等。
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55万吨/年甲醇精馏工段工艺设计—预精馏塔工艺设计及分析
1.2.2 甲醇的生产工艺
目前生产甲醇的方法主要是合成法，尚有少量从木材干馏作为副产回收。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。高压法为BASF最先实现工业合成的方法，但因其能耗大，加工复杂，材质要求苛刻，产品中副产物多，今后将由ICI低压和中压法及Lurgi低压和中压法取代。
1.3 甲醇精馏原理
甲醇的精馏过程是利用粗甲醇中各组分的挥发度不同，且不形成共沸物，通过多次部分汽化和部分冷凝的方法，以达到分离各组分的目的。甲醇精馏的目的，是实现甲醇与水及有机物等杂质的分离，生产出合格的精甲醇产品。
本课题研究四塔甲醇精馏工段工艺，包括预精馏塔、加压塔、常压塔以及回收塔。在预精馏塔中除去溶解性气体及低沸点杂质，在加压塔和常压塔中除去水及高沸点杂质，在回收塔中回收废水中的甲醇，从而制得合格的精甲醇产品（GB338-1992 标准）。粗甲醇经换热后进入预精馏塔，脱除轻组分后,塔底甲醇及高沸点组分通过泵提压后送入加压塔，加压塔顶部出来的气体进入常压塔再沸器换热后，再以回流的方式全部返回加压塔，从加压塔塔顶第2块填料位置采出产品，加压塔塔釜液送入常压塔，常压塔塔顶馏出精甲醇产品，塔釜液送入汽提塔处理，常压塔提馏段侧线采出杂醇油送往回收塔处理，回收塔塔釜液与来自常压塔塔釜液一并送往汽提塔处理[4]。 1.3.1 预精馏塔的作用
预塔精馏的主要作用有，第一，脱除粗甲醇中的二甲醚；第二，加水萃取，脱除与甲醇沸点相近是的轻馏分；第三，除去其他轻组分有机杂质。通过预精馏 后，二甲醚和大部分轻组分基本脱除干净。即脱除粗甲醇中的低沸点杂质和可与
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甲醇形成共沸物的杂质，它们一般由二氧化碳、醚类、胺类、烃类、酯类、醛酮类物质组成。二氧化碳、醚类、胺类等低沸物可随不凝气一起放空。
对预塔的作用国内外有不同的看法，主要有两种观点：一种认为预塔对保证甲醇的质量有重要作用,国外大都持这种观点，它们的预塔比较高。国内亦有不少厂家的预塔较高，如大庆、吉林、兰州、太原等化肥厂，以及80年代末、90年代初投建的小联醇厂；另一种观点认为铜基触媒的选择性好，粗甲醇中杂质少，预塔高度不必太高，甚至将预塔冷凝器直接垂直安放在塔顶，回流量没有计量，早期的小联醇就是这样[5]。 1.3.2 加碱对甲醇精馏的改善
在甲醇合成过程中，当合成气的水分含量高时，易发生如下反应[6] ： CO+ H2O ?HCOOH 在合成过程中还可能发生如下副反应： 2CO + H2 ?CH3COOH CH3OH + CO? CH3COOH
在甲醇精馏过程中虽无化学反应，但作为原料的粗甲醇中可能存在一些酸类和酯。加碱处理使得一些难分离的杂质，在预精馏塔分解。
加碱的目的：处理粗甲醇中的酸类、酯类。
加碱的作用：(1)加碱易于分离杂质，可降低负荷；(2)增加精甲醇的产量,控制精甲醇的酸度和碱度指标；(3)蒸汽消耗降低，残液中甲醇含量降低；(4)腐蚀性降低，设备使用寿命增加。
例如加入NaOH后，羧酸与NaOH反应生成羧酸钠：
RCOOH + NaOH →RCOONa+H2 O调节了粗甲醇的pH值。 在碱存在下，酯发生皂化反应，生成羧酸盐： RCOOR′ +NaOH → RCOO Na + R′OH
羧酸钠溶于水，易于分离。加碱处理使得一些难分离的杂质，在预精馏塔分解。
加碱操作注意事项：(1)严格控制预塔塔底温度不要过高，以免CH3OH 与NaOH发生反应(一般预塔塔底温度75℃―78℃)；(2)严格检测预后pH值、调节碱
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