45万吨年甲醇精馏系统毕业设计(编辑修改稿)

45万吨年甲醇精馏系统毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

61 计算管、壳程的压力降 62 泵的选型 64 泵的类型、系列和型号的确定 64 轴封型式的确定 65 参考文献 66 英文翻译 67 致 谢 69 兰州理工大学石油化工学院毕业设计 第 1 页 1 总 论 概况 甲醇的用途 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，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，也加入 汽油 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。 [1] 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。 甲醇汽油是指把甲醇部分添加在汽油里，用甲醇燃料助溶剂复配的 M系列混合燃料。 其中： M15(在汽油里添加 15％甲醇 )清洁甲醇汽油为车用燃料，分别应用于各种汽油发动机，可以在不改变现行发动机结构的条件下，替代成品汽油使用，并可与成品油混用。 甲醇混合燃料的热效率、动力性、启动性、经济性良好，具有降低排放、节省石油、安全方便等特点。 世界 各国根据不同国情，研发了 M M M1 M M50、 N8 M100 等不同掺和比的甲醇汽油。 目前，商用甲醇主要为 M85(85％甲醇 +15％汽油 )和 M100，M100 性能优于 M85，具有更大的环境优越性。 [2] 甲醇精馏工艺技术比较 工业上粗甲醇精馏的工艺流程，随着粗甲醇合成方法不同而有差异，其精制过程的复杂程度有较大差别，但基本方法是一致的。 首先，总是以蒸馏兰州理工大学石油化工学院毕业设计 第 2 页 的方法在蒸馏塔的顶部，脱除较甲醇沸点低的轻组分，这时，也可能有部分高沸点的杂质和甲醇形成共沸物，随轻组分一并除去。 然后，仍以蒸馏的方法在塔的底部或底侧脱除水和重组分，从而获得纯净甲醇组分。 其次，根据精甲醇对稳定性或其他特殊指标的要求，采取必要的辅助方法。 近年来，由于催化剂、粗甲醇合成条件以及制取原料气的改进，粗甲醇的精馏过程相应有较大的变更。 加上新型精馏设备的使用，对工艺流程也产生一定影响。 在决定粗甲醇精馏的工艺流程时，应对这些条件进行综合考虑，并结合到过程中能源消耗的降低，自动化程度的提高，对精甲醇质量的特殊要求等等，合理选择适当的精馏方法。 甲醇精馏按工艺主要分为 3种 : 双塔精馏工艺技术、带有高锰酸钾反应的精馏工艺技术和我国自行开 发的三塔精馏工艺技术。 双塔精馏工艺技术由于具有投资少、建设周期短、操作简单等优点 , 被我国众多中、小甲醇生产企业所采用，尤其在联醇装置中得到了迅速推广。 带有高锰酸钾反应的精馏工艺技术仅在单醇生产中用锌铬为催化剂的产品中有应用。 近年来 ,随着甲醇合成铜基催化剂的广泛应用和气体净化水平的提高 , 粗甲醇生产中的副反应减少和杂质的降低 , 此工艺流程已经很少采用。 三塔精馏工艺技术是为减少甲醇在精馏中的损耗和提高热利用率而开发的一种先进、高效和能耗较低的工艺流程 ,近年来在大、中型企业中得到了推广和应用。 精馏塔按内件 可分为板式精馏塔和填料型精馏塔。 传统的精馏塔大都是以浮阀为主的板式塔 , 随着新型板式塔的开发成功 , 又出现了导向浮阀、斜孔筛板等结构 , 但由于板式塔开孔率低 , 介质传质、传热效率差 , 总体效果并不太理想。 效率较高的填料塔是最近几年才出现的 , 采用以高效丝网波纹填料和配套的分布器为核心的精馏技术。 相同规模的装置三塔精馏与双塔精馏相比投资增加 20%以上 , 但运行费用一般可节省 20%。 企业选择哪种精馏工艺技术 ,主要取决于企业甲醇实际生兰州理工大学石油化工学院毕业设计 第 3 页 产能力、预期生产规模、甲醇市场行情 , 以及企业的公用工程水、电、汽的富裕程度等。 一般说来 ,甲醇生产规模在 5万 t/a以下时宜选择双塔精馏工艺 , 因为双塔精馏工艺投资省、建设周期短、装置简单 , 易于操作和管理 ,虽然消耗高于三塔精馏工艺技术 , 但在 5万 t/a生产规模以下时其经济技术指标较占优势。 5万 t/a 以上的企业宜选择三塔精馏工艺 , 因为随着生产规模的扩大 , 三塔精馏工艺的节能、高效优势才能体现出来。 在每万吨甲醇的消耗投资方面三塔精馏低于双塔精馏工艺。 [3] 另外 , 三塔精馏工艺在双塔精馏装置进行增产、降耗的技术改造中有比 较广阔的应用 , 是企业扩大现有生产规模较经济、有效的技术措施。 在原有双塔流程中仅增加 1台加压塔和部分设备 , 装置生产能力就能翻 1倍；比双塔流程节约能耗 20%以上；由于增加了乙醇等产品的采出 , 产品质量符合国际 AA标准 , 有更广阔的销售市场和更高的产品售价；由于两流程近似 ,操作和管理方法易于接受。 三塔精馏工艺是一项企业进行增产降耗技术改造的非常适合的、较好的技术方案。 【 4】 不论采用何种精馏工艺流程 , 精馏塔都是该装置的核心设备 , 其决定着装置能耗的高低和产品质量的好坏。 填料型精馏塔工艺 , 其核心设备主、 预塔都选用新型填料型精馏塔 , 塔内采用高效的、经特殊工艺处理的不锈钢丝网波纹填料和配套的新型气液分布器，该塔具备以下优点： (1) 塔板效率高 采用甲醇精馏专用不锈钢丝网波纹填料 , 空隙率 0. 85 m2/ m3 , 理论塔板数 8～ 10块 /m , 经特殊工艺处理后 , 具有优良的传质、传热性兰州理工大学石油化工学院毕业设计 第 4 页 能和液体均布能力强等优点。 这样可减少理论塔板数 ,降低精馏塔的高度 ,单位生产能力大。 生产控制中采用的较小回流比 , 提高了精甲醇质量 , 降低了泵的扬程 , 节省了电耗。 (2) 结构简单 ,易于维修和安装 精馏塔内填料分层安装 ,结 构简单 ,设备体积小 , 物料在系统中停留时间缩短 ,产品质量提高。 (3) 操作弹性大 由于丝网填料具有的优良传质、传热性能 ,能迅速适应物料各种工艺参数的变化 , 易于操作 ,控制手段简单 ,稳定区域大， 可保证系统有较大的弹性 , 产品质量稳定。 传统双塔精馏工艺与填料型三塔精馏工艺的投资和单耗 (吨甲醇消耗 ) 比较见表 11。 表 11 传统双塔与填料型三塔精馏工艺比较 项 目 投资（相对数） 蒸汽 /t 循环水 / m3 电 / 双塔精馏工艺 100 ～ 150～ 180 40 三塔精馏工 艺 123 ～ 60～ 80 30 填料型甲醇精馏工艺 , 由于采用了先进的甲醇精馏专用丝网规整填料和配套的新型分布器 , 加之在系统热量的分配上合理优化 , 从而使能耗大为降低。 双塔精馏能耗达到传统的板式三塔消耗水平 , 三塔精馏能耗比传统的板式三塔降低 15%以上 , 5万 t/a甲醇生产企业年运行费用可节省 200万元以上。 甲醇精馏填料型三塔工艺技术和甲醇精馏专用丝网规整填料的成功开发 , 为众多大、中型甲醇生产企业的增产、降耗提供了技术 , 为企业大幅度降低甲醇生产成本、提高产品质量和扩大市场占 有率提供了可能 , 具有着明显的经济效益和社会效益。 综上所述，因此本设计也才用填料型三塔甲醇精馏工艺技术。 甲醇精馏工艺的概况 工序任务 甲醇精馏是甲醇合成的下游工序，其目的就是对合成装置来的粗甲醇 进行精制，将甲醇中的杂质进行脱除，以生产符合标准的优等级精甲醇产品。 装置工艺特点 目前，总体来说甲醇精馏的工艺大体可分为两塔工艺流程和三塔工艺流程，根据塔内件的不同可分为塔盘精馏、填料精馏和复合型精馏。 本甲醇精馏装置采用的是以规整填料为塔内件的三塔精馏工艺， 精馏用汽为低压蒸汽。 各塔再沸器 蒸汽冷凝液用作粗甲醇预热器热源，以节约能量。 另外为了减少甲醇的损失，增加了一个塔 ,以对污水中的甲醇进行回收处理，兰州理工大学石油化工学院毕业设计 第 5 页 故现在一般叫 3+1 塔工艺流程。 精馏的主要设备是精馏塔，而塔的内件是实现气液接触和热质传递的主要元件，常用的塔内件分塔盘和填料两种。 填料是最早使用的塔内件，当初使用在小塔径的塔里，由于其设计、制造、安装难度不大，应用十分广泛。 随着化学工业的发展，精馏塔的内径越来越大，于是气液分布不均问题显得突出，效率大幅下降，直径大于 2 米的塔的效率已相当低，沟流和边界效应严重，为解决这些问题，人们开发了板式塔，但 是板式塔的结构复杂、制造和安装精度要求高，因而人们又加紧了对填料塔放大技术的攻关，在解决了气液分布等问题后，大型装置又开始使用填料塔。 目前的填料分为散堆填料和规整填料。 设计的甲醇精制采用的是规整填料精馏工艺技术，该技术的好坏取决于气液接触程度，即取决于液体在填料表面分布的均匀程度，气体的分布较容易，液体分布均匀很难，故液体分布器是填料塔的一个关键部件，它是决定着填料塔的放大效应。 采用槽式液体分布器和槽 盘式液体分布器可以较好地解决抗堵、防夹带等问题，压降小、负荷弹性大。 采用规整填料为塔内件的 3+1 塔精馏工 艺，其特点是： 精甲醇产品的质量好，甲醇回收率高； 能耗低。 比两塔工艺减少蒸汽消耗约 30%左右； 操作的灵敏性比板式塔好，但其稳定性不如板式塔好； 采取了萃取精馏和共沸精馏工艺，有效解决了微量难分离组分的脱除问题； 分离效率高，操作弹性大，生产能力大。 精馏的目的和原理和精馏塔的操作和调节 粗甲醇的组成与精制要求 甲醇合成不论采用锌铬催化剂或铜基催化剂，均受其选择性的限制，且受合成条件压力、温度、合成气组成的影响，在生产甲醇反应的同时，还伴随 着一系列副反应，其产品系主要由甲醇以及水、有机杂质等组成的混合溶液，故称为粗甲醇。 以色谱分析或色谱 质谱联合分析测定粗甲醇的组成有 40 多种，包含了醇、醛、酮、醚、酸、烷烃等等。 如有氮的存在，还发现有易挥发的胺类。 其它含有少量生产系统中带来的羰基铁，及微量的催化剂等杂质。 下表 12列出了粗甲醇中部分有机物，具有一定的代表性。 表 12 按沸点顺序排列的粗甲醇组分 兰州理工大学石油化工学院毕业设计 第 6 页 组 分 沸点， ℃ 组 分 沸点， ℃ 组 分 沸点， ℃ 二甲醚 甲醇 异丁醇 乙醛 异 丙烯醚 正丁醇 甲酸甲酯 正己烷 异丁醚 二乙醚 乙醇 二异丙基酮 正戊烷 甲乙酮 正辛烷 丙醛 正戊醇 异戊醇 丙烯醛 正庚烷 4甲基戊醇 醋酸甲酯 水 正戊醇 丙酮 甲基异丙酮 正壬烷 异丁醛 醋酐 正癸烷 为了精馏过程中便于处理，上述组成大致可分为几组： （表中 1～ 15 组分，甲醇，乙醇例外）； ； ； （表中 16～ 30）；。 由于轻馏分、重组分和乙醇在经过预精馏塔精馏后，含量较小，所以在后面的三个塔计算过程中均用甲醇 水双组分精馏。 粗甲醇中这些杂质组分的含量多少，可视为衡量粗甲醇的质量标准。 显然，精甲醇的质量和精制过程中的损耗，与粗甲醇的质量关系极大。 从精制角度考虑，甲醇合成过程中副反应越少越好，从而提高粗甲醇的质量，就可能在容易获得高质量精甲醇的同时，又降低了精制中 物料和能量的消耗。 决定粗甲醇质量的主要因素无疑是催化剂，铜系催化剂的选择性显然处于优越的地位，反应温度也低，副反应少，因此制得的粗甲醇含杂质较少。 同 时，粗甲醇中所含杂质的种类和数量，又与原料气的组成和合成条件及 设备的材质有 .[5] 虽然各种杂质 的含量不多，但正是由于这些杂质的超量存在，使得甲醇合成所得的粗甲醇不能直接用作有机化工的基础原料。 如：生产甲醛是目前甲醇的主要用途之一，但如果甲醇中的烷烃含量超标，在甲醇氧化、脱氢时由于没有过量空气，便生成碳黑覆于催化剂的表面，影响催化剂的活性 ；高级醇可使生产的甲醛产品的酸值不合格；甲醇中的水由于在甲醇蒸发汽化时不易挥发，在蒸发器中浓缩积累， 使甲醇浓度降低，可引起原料配比失调而发生爆炸；作为甲醇另一主要用途之一的醋酸生产，对甲醇中的乙醇含量有着较为严格的规定；甲醇还被用作生产塑料、涂料、香料、农药、医药、人造纤维等原料，都可能由于这些少量杂质的超量存在而影响产品的纯度和产品的性能。 兰州理。