毕业论文--年40万吨煤制甲醇精馏工艺设计

毕业论文--年40万吨煤制甲醇精馏工艺设计内容摘要：

要集中在预塔塔顶而大量进入二级冷凝器回流液。 这类物质如不在回流液中脱除，就会造成预塔塔釜出料杂质多，影响精甲醇的质量。 脱除这些杂质的方法主要是利用其不溶于水的特性。 在预塔加入萃取水可提高醛、酮类物质的相对挥发度，从而使其从塔顶采出。 [16] 回流比的选择 回流比对精馏塔操作影响很大，直接关系着培内各层扳上的物料浓度的改变和温度的分布。 一般情况下，选取适宜回流比为最小回比的 ～ 2倍。 两塔甲醇精馏甲醇主精馏塔的回流比为 ～。 其调节的依据是根据塔的负荷和精甲醇的质量。 为保持四塔精馏系统的稳定操作、降低能耗并减少投资，应选取：加压塔回流比 R1≥ ，常压塔回流比 R2≥2 ；两塔负荷比 Q1/Q2： － ；并在保持稳定生产、产品质量合格的基础上， R1， R2选取得尽量小。 四塔精馏工段工艺的物料衡算 甲醇精馏工段物 料衡算任务 已知： 原料是粗甲醇，成分及含量如下 表 粗甲醇组成 成分 含量（ wt%） CH3OH CH3OCH3 C4H9OH CH3OCCH3 H2O 合计 100 设计要求： （ 1）粗甲醇中甲醇回收率不小于 99%； （ 2）精馏工段产品为精甲醇，其甲醇含量不低于 % 甲醇精馏工段物料衡算计算原理 [18] 全塔物料衡算（通过全塔物料衡算，可以求出精馏产品的流量、组成之间的关系）。 连续精馏塔做全塔物料衡算，并以单位时间为基准，即 总物料 F D W?? 易挥发组分 F D WFx = Dx + x 式中 F— 原料液流量， kmol/h； D— 塔顶产品（馏出液）流量， kmol/h； W— 塔底产品（釜残液）流量， kmol/h； Fx — 原料液中易挥发组分的摩尔分数； Dx — 馏出液中易挥发组分的摩尔分数； Wx — 釜残液中易挥发组分的摩尔分数。 塔顶易挥发组分回收率 100%DFDxFx?? 塔底 难挥发组分回收率 (1 ) 100%(1 )WFWxFx???? 甲醇精馏工段物料衡算 以精甲醇年产 40 万吨计，粗甲醇中含甲醇 %，则每年所需粗甲醇总量为：400000/=428266t/y 年工作日以 330 天计，则精甲醇每日、每小时产量为： 400000/330=每日、每小时所需粗甲醇量为： 428266/330=1）粗甲醇组成 （ 1）甲醇含量： % （ 2）水含量： % （ 3）轻馏分含量：二甲醚 % （ 4）初馏分含量：异丁醇 % （ 5）高级烷烃：辛烷 % 2） 预塔物料衡算 (1)入料： ① 粗甲醇入料量： 54047kg/h ② 碱液 每吨精甲醇消耗 92%的 NaOH ，则消耗 10%的碱液量： %101 000 %928 050 5 ? ?? =则甲醇年消耗量： 24330=2984t 碱带入的水量 =（ ） =（相 当于加入的萃取水量） ③ 粗甲醇含水量 =54047=水量 =粗甲醇含水量 +碱液含水量 =+=④ 轻馏分量 =54047=227kg/h ⑤ 初馏物 =54047=⑥ 高级烷烃 =54047=总入料量 =粗甲醇量 +碱液量 =54047+=（ 2）出料 ① 甲醇： 50505 kg/h ② 水量： kg/h ③ NaOH: kg/h ④ 轻馏分： 227kg/h ⑤ 初馏物： ⑥ 高级烷烃： kg/h 其中： 气相 塔顶 =轻馏分 +高级烷烃 =227 += kg/h 液相 塔底 =甲醇 +水 +初馏物 +NaOH=50505+++=54388kg/h （ 3）预塔回流量 脱醚塔回流量回流比一般 R? 20,且考虑到节省能源的问题。 结合 ASPEN 简捷模拟取R= 则回流量 == 3）加压塔物料衡算 加压塔出料甲醇含量 %（即塔底甲醇含量） （ 1）入料： 总入料量 =出料液相 =54388kg/h 其中 : ①水量 =预出料水量 =②甲醇量 =预出料甲醇量 =50505kg/h ③ NaOH=预出料碱量 =④初馏物 =预出料初馏物 =（ 2） 出料： ①出料水量 =入料水量 =② NaOH=③初馏物 =④甲醇 =（出口水量 +NaOH+初馏物）出料甲醇含量 /（ 1出料甲 醇含量） =（ ++） （ ） =25491kg/h ⑤采出精甲醇量 =入塔甲醇量 出料甲醇量 =5050525491=25014kg/h ⑥总出料量 =总入料量 采出精甲醇量 =5438825014=29374kg/h 其中 塔顶：液相 =精甲醇量 =25014kg/h 塔底：液相 =粗甲醇量 =29374kg/h （ 3）回流量 为保持系统的稳定操作，降低能耗，并减少投资，应选取： 加压塔回流比 R1≥ 常压塔回流比 R2≥ 并且在保持稳定生产，产品质 量合格的基础上， R R2 选取的尽量小。 则取加压塔回流比 R= 回流量 =RD=25014= 4）常压塔物料衡算 （ 1）入料 总入料量 =加压塔塔底总出料量 =29374kg/h 其中 ①甲醇 =29374=②水 =③ NaOH=④初馏物 =（ 2）出料 ①侧线排出量 =初馏物 +水 +甲醇 初馏物 =则 侧线排出量 =其中： 甲醇 ==(占 %) 水 ==（ 占 %） 初馏物 =（占 %） ②塔底排出残液 其中： NaOH=水 =入料水 侧线排出 ==塔底排出残液中含甲醇量 =（残液中水 +NaOH） 残液甲醇含量 /（ 1残液中甲醇含量） =（ +） （ ） =残液总量 =水量 +NaOH+醇量 =++ =③塔顶 塔顶采出精甲醇 =入塔精甲醇 侧线排出 残液中含醇量 = =总出料量： 塔顶精甲醇 =塔侧线 =初馏物 +水 +甲醇 = 塔底残液 =NaOH+水 +甲醇 =（ 3）回流量 回流量 =RD =2= 5）回收塔物料衡算 （ 1）入料 入料量 =侧线排出量 =其中 甲醇 = 水 = 初馏物 =（ 2）出料： ①塔顶 采出精甲醇量 = =(精甲醇占入料精甲醇的 %) ②侧线抽出物 甲醇 =入料甲醇 塔顶甲醇 ==（甲醇占 %） 侧线抽出物 =其中 异丁醇 ==水 ==甲醇 =③塔底 其中 水 =入料水量 侧线出水 ==异丁醇 =入料异丁醇 侧线抽出异丁醇 ==总量 =水量 +异丁醇 =+=（ 3）回流液量 回流比： R 取 5 回流量 =DR=5= 6）粗甲醇中甲醇回收率 甲醇回收率 =（加压塔采出精甲醇量 +常压塔采出精甲醇量 +回收塔采出精甲醇量） /粗甲醇中精甲醇量 =（ 25014++） /=% 第三章 常压塔冷却器的设计 确定设计方案 两流体温度变化情况：精甲醇进口温度 71℃ ，出口温度 49℃ ；冷却水进口温度 25℃ ，出口温度 30℃。 该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时进口温度降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温和壳体壁温之差较大，因此初步确定选用带膨胀节的固定管板式换热器。 确定物性数据 [18] ⑴ 流体平均温度 Tm和 tm Tm1＝（ Ti＋ To） /2＝（ 71＋ 49） /2＝ 60℃ tm1＝（ ti＋ to） /2＝（ 25＋ 30） /2＝ ℃ ⑵ 平均温度下的物性数据 表 31 各组分物性数据 物料 项目 单位 数据 物料 项目 单位 数据 水 密度 kg/m3 994 甲 醇 密度 kg/m3 760 粘度 pa?s 粘度 pa?s 导热系数 W/(m?K) 6 导热系数 W/(m?K) 比热容 kJ/(kg?K) 比热容 kJ/(kg?K) 计算总传热系数 ⑴ 热负荷 Q Q = Q0 cp0 t0+Q0r =（ 7149） +? = ⑵ 平均传热温差 39。 == 2530 4971ln25304971????? = 12? ℃ ⑶ 冷却水用量 iw = tcQpi?0 = )2530( ?? ? =253532kg/h 总传热系数 K 管程传热系数 Re =iiiiud?? = ?? =13710 ia = )()( iipiiiiii cudd ??? ?? =? ) 100 0000 ()137 10( ?? =(m2? K) 壳程传热系数 假设壳程的传热系 ? 0 = 290W/(m2℃ )； 污垢热阻 siR =2 ℃ /W soR = m2 ℃ /W 管壁的导热系数 λ= 45W/(m?K) K =iiisiiso dadddRdbdRa 00001 1 ????? = 114 ????? ???? ? = W/(m2℃ ) 计算传热面积 S39。 =39。 mtKQ?= 3?? = 考虑 15%的面积裕度， S=S39。 == 工艺结构尺寸 管径和管内流速 选用 Φ25（碳钢），去管内流速 iu =管程数和传热管数 sn =udVi24?= )3600994/(253532 2 ?? ?=452(根 ) 按单程管计算，所需的传热管长度为 L = S/(πd0ns) =(452) = (m) 取传热管长 l=9m，则该换热器管程数为 Np = L/l =≈ 1(管程 ) 传热管总根数 N = 4521= 452（根） 平均传热温差校正及壳程数 平均传热温差校正系数 R = (7149)/(3025) = P = (3025)/(7125) = 按单壳程，多管程结构，温差校正系数查《化工原 理（上册）》第 232 页图 419,可得t??= 平均传热温差 mt? = t?? mt? 39。 =12=12℃ 传热管排列和分程方法 采用组合排列法，取管心距 t = ，则 t = 25 = ≈ 32 mm 横过管束中心线的管数 = = 452 =26(根 ) 壳体内径 采用多管程结构，取管板利用率 η= ，则壳体内径为。