年产3万吨甲醇精馏工艺设计毕业论文(编辑修改稿)

年产3万吨甲醇精馏工艺设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

工业对发挥我国丰富的煤炭资源优势，以此补充我国油气资源的不足与满足对 化工产品的需求，保障能源安全，推动煤炭清洁利用，促 进我国经济的可持续发展发挥了重要作用。 随着经济的快速发展， 甲醇的用途很广，也必然会存在浪费，对环境造成的污染非常严重，而且， 可用资源越来越少， 因此，对于废甲醇的回收意义重大，关于这一课题的研究也越来越多。 由于废甲醇中含有多种固体杂质和水分，需要精制。 精制过程包括精馏与预处理固体颗粒。 精馏主要是除去易挥发组分，以及难以挥发的组分，如水等 [2]。 作为 有机化工原料，作为 精细化工。 农药、医药的重要原料之一。 对甲醇纯度的要求很高。 因此，本设计研究甲醇精馏有非常重要的意义，由于产量小，选用单塔流程进行工艺设计， 单塔流程 操作方便、运行稳定。 因此，本设计的工艺设计很有价值。 2 第一章 文献综述 本课题研究的目的和意义 随着经济的快速发展，甲醇作为 基础的有机化工原料和优质燃料， 在石油化工、医药、轻纺、生物化工以及能源、交通运输等行业均有广泛用途，在国民经济中占有十分重要的地位 [1]。 甲醇的消耗量也逐渐增大， 80年代以来，世界的甲醇总需求量增长很快，平均年增长率约 8%。 我国甲醇的消费增长也很快，市场的需求必然导致甲醇产量的迅速增加。 因此，存在一个很严重的问题就是甲醇废水的污染和浪费。 ， 随着现代社会对环境保护的要求越来越高，可用资源越来越少，搞好废水废液的回收利用十分重要。 甲醇废水回收的重要意义在于利用技改方式把它转化成能源，进行充分利用变废为宝、化害为利，既节约了自然资源和能源，又达到了生产创利的目的，真正实现了社会效益、环境效益、经济效益的统一，为同类行业生产废水的综合利用提供了可行的实践经验。 甲醇的简介 甲醇的性质 甲醇是最简单的饱和一元醇，化学式为： CH3OH，在常温常压下，单质甲醇是无色、易挥发、有酒精气味的有毒液体。 能与水、醇类、乙醚、苯、酯类 、卤代烃和许多其他有机溶剂互溶，但是不与脂肪烃类化合物混溶。 常温下对金属无腐蚀性（铅铝除外）易燃其蒸汽与空气易形成爆炸混合物，完全燃烧生成二氧化碳和水蒸气，同时放出热量。 甲醇又名木醇，木酒精，甲基氢氧化物，是一种最简单的饱和醇。 甲醇为最简单的饱和脂肪醇，其化学性能活泼，易燃烧。 相关反应诸多，例如其氧化反应、酯化反应、卤化反应、脱水反应、甲基化反应等等。 甲醇的用途 甲醇用途广泛，是基础的有机化工原料和优质燃料。 也是一种新型的清洁能源。 在石油化工、医药、轻纺、生物化工以及能源、交通运输等行业 均有广泛用途，在国民经济中占有十分重要的地位 [1]。 甲醇 主要应用于精细化工，塑料等领域， 生产酚醛树脂、甲醛塑料等高分子材料和粘合剂等精细化工产品。 甲醇作为化工基本原料， 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。 作为新一代燃料， 甲醇是一种 易燃易挥发的无色透明液体，具有与传统液体燃料极为相近的燃烧性能，辛烷值高，抗爆性能好，产品的运输、储存、分装加注和使用也与汽油、柴油燃料极 3 为相似。 由甲醇转化生产的二甲醚具有清洁、动力性能好、污染少、易储存 等特点，综合性能远优于液 化气、天然气、甲醇、乙醇等产品，其作为替代柴油燃料的市场空间广阔。 还是重要的溶剂，亦可掺入汽油作替代燃料使用。 20世纪 80 年代以来，甲醇用于生产汽油辛烷值添加剂甲基叔丁基醚，甲醇汽油，甲醇燃料以及甲醇蛋白等产品，大大促进了甲醇生产的发展和市场需要。 甲醇工业的发展及现状 甲醇的消费量 80年代以来，世界的甲醇总需求量增长很快，平均年增长率约 8%。 市场的需求必然导致甲醇产量的迅速增加。 1982 年全世界的甲醇产量不足 103kt，预计到 20xx 年达到约 7200 万吨 [3]。 我国甲醇的消费增长 也很快，从 1957 年的 ，到 1970 年的 83kt，到了 20xx 年全年产量达到近 11160kt[4]，新增甲醇装置 18 套，新增产能约为 850 万吨，而且各地还在筹划建设的甲醇产能高达 4320 万吨。 世界甲醇工业的发展 甲醇装置正向大型化发展，国外一共有甲醇生产装置进 110 套，每套的年平均生产能力都超过 ，年总达到了 64Mt，在其中年生产能力超过 的装置近 32 套，总生产能力约为 30Mt，目前正建设的大型装置的总生产能力可达 26Mt。 在未来的几年内，更多超大规模的甲醇生产装置 的集中投产，必将对国际甲醇生产和消费市场产生重大的影响。 总体上说，世界甲醇工业从 90 年代开始经历了 19911998 的供需平衡， 19981999 的供大于求，从 20xx 年初至今的供求基本平衡三个基本阶段。 [1]据 Nexant Chen Systems 公司的最新统计，全球 20xx 年甲醇生产能力为 万 t/a[6] 我国甲醇工业发展 中国甲醇工业开始于 20 世纪 50 年代，我国的甲醇工业发展是伴随着能源与美化工工业的发展而崛起的。 特别是近年来，由于国际油价的节节攀升，煤化工工业对发挥我国丰富的煤炭 资源优势，以此补充我国油气资源的不足与满足对化工产品的需求，保障能源安全，推动煤炭清洁利用，促进我国经济的可持续发展发挥了重要作用。 按照规划的目标，到 2020 年我国甲醇的生产能力可达到 6000 至 7000 万吨。 甲醇可作为“功能”储备来补充石油的不足，国家标准委连续发布了甲醇燃料及 M85 甲醇汽油两个国家标准， M15 甲醇汽油等系列的国家标准也即将颁布，这些国家标准的颁布和实施必将进一步促进和加快甲醇燃料的规范发展。 假设甲醇生产的战略储备对于调节甲醇的市场价格、促进煤化工的长期发展和保证我国能源的安全均有重要意义。 4 甲醇精馏的方法 物理 精馏方法，就是利用甲醇、水、有机物杂质的挥发度不同、沸点不同，通过精馏方法将杂质、水、甲醇进行分离。 将粗甲醇精馏为纯组分。 化学精馏方法，当采用蒸馏的方法不能将杂质降低至精甲醇所要求的指标时，则需要用化学净化的方法破坏掉这些杂质。 例如废甲醇中含有还原性杂质，虽然采取萃取蒸馏的方法分离，但残留在甲醇中的部分将继续影响其高锰酸钾值，若不除去继续蒸馏，则必然会造成精馏设备的复杂性、增加甲醇的损失、增加能耗等。 所以必须采取化学方法进行预处理。 本设计是对进行过预处理除去废甲醇中的固体颗粒 之后的精馏工段，采用物理精馏方法， 其分离的原理如下：精馏是将沸点不同的组分所组成的混合液，在精馏塔中，同时多次部分气化和多次部分冷凝，使其分离成纯态组分的过程。 对于由沸点不同的组分组成的混合液，加热到一定温度，使其部分气化，并将气相与液相分离。 因低沸点组分易于气化，则所得气相中低沸点组分含量高于液相中的含量，而液相中高沸点组分含量，较气相中高。 若将气相混合蒸汽再部分冷凝下来，将冷凝液再加热到一定温度，使其部分气化，并将气相与液相分离，则所得气相冷凝液中的低沸点组分又高于原气相冷凝液。 如此反复，低沸点组分不断 提高。 到最后制得接近纯态的低沸点组分。 工艺流程的选择 甲醇精馏生产工艺有多种，分为单塔精馏，双塔精馏，三塔精馏与四塔精馏 (即三塔加回收塔 )。 在甲醇精馏流程的选择上，往往以规模的大小来确定装置。 通常年产 4 万吨以下 ( 包括 4 万吨 ) 的甲醇装置选择单塔流程，年产 4 万吨以上的采用三塔四塔流程。 本设计甲醇的年生产能力是 3万吨 ，选用了单塔流程。 下面比较其他流程对选择单塔流程的原因做进一步阐述。 首先，双塔精馏流程简单、操作方便和运行稳定，产量大。 但从国内双塔常压精馏现状来看，能耗较高，以及精甲醇中乙醇 含量较高，是两个比较突出的问题。 不少工厂每蒸馏 1 吨精甲醇要耗能 105 kJ，即消耗两吨以上的蒸汽，因此降低能耗是十分必要的。 其次，三塔精馏与双塔精馏在流程上的区别在于三塔精馏采用了两个主精馏塔，较双塔流程多 1 个加压塔。 这样，在同等的生产条件下，降低了主精馏塔的负荷，并且常压塔利用加压塔塔顶的蒸汽冷凝热作为加热源，所以，三塔精馏既节约蒸汽，又节省冷却水。 突出的优点是能耗小，操作费用低，产量大。 但是三塔流程比一塔流程复杂，投资大，操 5 作难度大。 四塔流程在三塔的基础上加了甲醇回收塔。 回收塔设有侧线抽出， 主要抽出物为高沸点醇类，以保证回收塔塔顶精甲醇质量和塔底废水中总醇含量要求，塔底废水送生化处理。 四 塔精馏和三塔精馏一样节约蒸汽，节省冷却水。 但是缺点也是流程更复杂，成本高，操作难度大。 最后，单塔流程适合与产量小， 纯度要求不太高的上游生产流程 的甲醇精馏设计，其优点是节约投资，而且减少了热能的损耗。 流程简单、操作方便、运行稳定。 综上，本设计选择单塔流程。 单塔工艺流程的描述 本设计是对进行过预处理除去废甲醇中的固体颗粒之后的精馏工段。 下图是单塔精馏的工艺流程图。 图 甲醇 精馏工艺的单塔流程 单塔精馏工艺流程图，本设计精馏工段为分离甲醇－水混合物。 单塔流程 为废甲醇产品经过一个塔就可以采出产品。 废甲醇不断地以连续式从塔中部加料口送入精馏塔内，馏出液和残液不断地排出，加料板下部为提馏段，上部为精馏段，底部的釜称为蒸馏釜。 原 6 料液不断地由泵经预热器 E0101 预热至指定的温度而于提馏段的最上层塔板（加料板），加入塔内。 进料在此处与精馏段的回流汇合，再逐层下流而入蒸馏釜中。 在逐层下降的同时，液体和上升蒸汽互相作用，从液体中分离出易挥发组分，因而下流至塔底的液体几乎全为难挥发的组分。 塔底液 体的一部分称为残液，不断地被引出，入贮槽 V0102，剩余部分则送入蒸馏釜内间接蒸汽被加热气化。 蒸汽自塔底上升，依次经过所有的塔板，使蒸汽中易挥发组分逐渐增浓，而后进入冷凝器 E0103 中。 一部分蒸汽在此冷凝所得液体送回塔顶做为回流，其余部分蒸汽则进入冷凝冷却器 E0105，在此将蒸汽全部冷凝并将馏出液冷却，馏出液经观测罩流入贮槽 V0103。 有时也可使从塔顶逸出的蒸汽在冷凝器内全部冷凝，再将所得馏出液分为两部分：一部分作为回流送回塔顶，另一部分则送入冷却器加以冷却。 塔设备的选择 精馏设备所用的设备及其附属 装置，总称为精馏装置，其核心为精馏塔。 常用的精馏塔有板式塔和填料塔两类，通称塔设备，和其他传质过程一样，精馏塔对塔设备的要求大致有：生产能力大，效率高，流体阻力小，有一定的操作弹性，结构简单，造价低，安装检修方便。 能满足某些工艺的特性：腐蚀性，热敏性，起泡性等。 常用板式塔类型有很多，如：筛板塔、泡罩塔、舌型塔、浮阀塔等。 筛孔塔板是在泡罩塔板的基础上发展起来的，它吸收了泡罩塔板的优点。 板式塔在工业上最早使用的是泡罩塔 (1813 年 )、筛板塔 (1832年 )，其后，特别是在本世纪五十年代以后，随着石油、化学工业生产 的迅速发展，相继出现了大批新型塔板，如 S 型板、浮阀塔板、多降液管筛板、舌形塔板等。 目前从国内外实际使用情况看，主要的塔板类型为浮阀塔、筛板塔及泡罩塔，而前两者使用尤为广泛。 筛板塔也是传质过程常用的塔设备，它的主要优点有： ⑴ 结构比浮阀塔更简单，易于加工，造价约为泡罩塔的 60％，为浮阀塔的 80％左右。 ⑵ 处理能力大，比同塔径的泡罩塔可增加 10～ 15％。 ⑶ 塔板效率高，比泡罩塔高 15％左右。 ⑷ 压降较低，每板压力比泡罩塔约低 30％左右。 筛板塔的缺点是： ⑴ 塔板安装的水平度要求较高，否则气液接触不匀。 ⑵ 操作弹性较小 (约 2～ 3)。 ⑶ 小孔筛板容易堵塞。 近些年来采用大孔径的筛板可以避免堵塞，而且由于气速提高，生产能力大大增加。 本设计采用筛板塔。 7 第二章 精馏塔物料衡算及热量衡算 前面对甲醇以及单塔流程做了详细的介绍，本设计用的原料为废甲醇，是在抗生素类药物生产过程中，需用甲醇溶媒洗涤晶体，洗涤过后产生的废甲醇，其组成为含甲醇 46%、水 54%（质量分数），含有少量的药物固体颗粒，下面对经过预处理除去药物固体颗粒之后的废甲醇精馏 过程进行物料及热量衡算。 精馏塔的物料衡算 原料液及塔顶和塔底的摩尔分率 甲醇的摩尔质量 AM =水的摩尔质量 BM = 3 2 Fx Dx Wx 原料液及塔顶和塔底产品的平均摩尔质量 FM =+() = DM =+() = WM =+() = 物料衡算 原料处理量 hk m o lF /8 4 .6 0 0 103 7   总物料衡算 F=D+W 甲醇物料衡算 WD 8 4 . 6 9  联立解得 D= W= 质量衡算 ∵ ＝ D＋ W ＝ ＋ 8 解得 ： D＝。