40萬噸年甲醇精餾工段及加壓塔第二冷卻器設計畢業論文(已修改)

　

【正文】 摘 要本文對雙塔流程、三塔流程和四塔流程工藝進行了闡述,顯示了四塔流程的優越性。對甲醇精餾工段全流程進行物料衡算,著重預精餾塔的工藝設計。應用ASPEN PLUS化工模擬系統中的和DSTUW、RADFRAC塔精餾模塊對預精餾塔進行模擬。通過本課題的設計了解甲醇精餾的發展歷程和國內外的研究現狀，熟悉甲醇精餾工藝流程、技術設備等。通過對甲醇精餾工藝流程的物料衡算和能量衡算及換熱器的設計與選型掌握甲醇精餾工業生產中各塔的作用、進出料情況、塔板數等相關參數的計算。最后繪制出工藝流程圖、帶控制點的物料流程圖、設備圖和設備布置圖。關鍵詞:甲醇精餾 。預精餾塔。工藝設計。Aspen Plus。流程模擬 Abstract this paper employed two columns rectification process,three columns rectification process and four columns rectification process were discussed in methanol rectification technology ,showed the advantage of the four columns rectification the work section of methanol distillation39。 mass balance,pressed on the process planning of the fore distillation tower .The fore distillation tower of methanol were simulated by using the RADFRAC、DSTUW rectification modules of ASPEN PLUS chemical industry simulation system .Understanding of this issue through the design development process and the methanol distillation research status at home and abroad, familiar with the methanol distillation process, and technical equipment. Methanol distillation process through the material balance and energy balance and heat exchanger design and selection of control in the industrial production of methanol distillation tower role, access to material conditions, plate number and other relevant parameters of the calculation. Finally draw the process flow chart, flow chart with a control point of materials, equipment layout drawings and equipment.Keywords: Methanol Distillation 。 fore distillation tower。 process planning 。Aspen Plus。Process Simulation目錄摘 要 I前言 1第一章 綜述 2 2 2 甲醇的用途 2 甲醇在新技術中的應用 3 粗甲醇的組成 4 5 5[4] 7[5] 8[7] 12 12 國內外甲醇工業現狀 12 國內外甲醇生產工藝技術 13 18 18 18 19 19 20第二章 四塔流程工藝條件的設計 24 24 24 24 ASPEN PLUS工藝流程模擬 30 30 35 整個四塔甲醇的回收率 40 加壓塔、常壓塔、回收塔采出甲醇的濃度 40第三章 加壓塔二冷的設計 41 41[18] 41 41 工藝結構尺寸 42 44 波形膨脹節 49 設備主要附件的選擇[17] 50 接管及法蘭的選型 50 換熱管的選擇 53 左管箱短節的選擇 53 左管箱封頭的選擇 53 左管箱隔板的選擇 53 左管箱法蘭和密封墊片的選型 53 右管板 54 右管箱設計 54 鞍座的選型 55 設計結果一覽表 55結論 56致 謝 59參考文獻 57前言甲醇是結構最為簡單的飽和一元醇，化學式CH3OH。用途廣泛，是基礎的有機化工原料和優質燃料。甲醇的產品質量、能耗指標是甲醇精餾系統的關鍵因素。近幾年，全球甲醇需求量不斷上升，2000年全球甲醇生產能力為3803萬t,需求量為3020萬t,預計到2005年產能將達4294萬t，需求量為3481萬t；到2010年,世界甲醇產能將達5099萬t，需求量為4226萬t。甲醇精餾工藝對整個甲醇生產流程的生產能力、產品質量、能源消耗與原料消耗、環境保護都有重大影響。選擇適合企業生產的甲醇精餾工藝不僅可以節能降耗,更能為企業帶來良好的經濟效益。 甲醇精餾系統工藝基本分為：帶有高錳酸鉀反應的精餾流程、單塔精餾系統、雙塔精餾系統、三塔精餾系統、四塔精餾系統。國內現在基本都是雙塔精餾系統和三塔精餾系統，但它們都有著不足之處，與雙塔流程相比，三塔流程利用蒸汽潛熱的多重效用．充分達到節能的目的，但對于甲醇產品濃度要求很高時，其總投資增加。對甲醇精餾工藝作系統的研究對于甲醇精餾系統的合理設計、通過設備改造和調整工藝來降低甲醇精餾的能耗、提高甲醇產品質量和收率有突出的現實意義。本文在經查閱國內外文獻后，對甲醇四塔精餾系統進行了物料衡算及熱量衡算，來驗證四塔精餾的合理性及優越性。在此基礎之上對于甲醇四塔精餾系統提出了改進方案，對于甲醇工業的發展具有重要的意義。第一章 綜述甲醇系結構最為簡單的飽和一元醇，化學式CH3OH， 又稱“木醇”或“木精”，是無色有酒精氣味易揮發的液體。有毒，誤飲5～10毫升能雙目失明，大量飲用會導致死亡。甲醇是一種無色、透明、易燃、易揮發的有毒液體，常溫下對金屬無腐蝕性（鉛、鋁除外），略有酒精氣味。，(20/4℃)， ℃，℃，℃，℃，(100mmHg ℃)，蒸氣與空氣混合物爆炸極限6～ %（體積比），能與水、乙醇、乙醚、苯、酮、鹵代烴和許多其他有機溶劑相混溶，遇熱、明火或氧化劑易燃燒。 甲醇的用途甲醇是一種重要的有機化工原料，主要用于生產甲醛，消耗量要占到甲酵總產量的一半，甲醛則是生產各種合成樹脂不可少的原料。用甲醇作甲基化試劑可生產丙烯酸甲酯、對苯二甲酸二甲酯、甲胺、甲基苯胺、甲烷氯化物等；甲醇羰基化可生產醋酸、醋酐、甲酸甲酯等重要有機合成中間體，它們是制造各種染料、藥品、農藥、炸藥、香料、噴漆的原料，目前用甲醇合成乙二醇、乙醛、乙醇也日益受到重視。 甲醇也是一種重要的有機溶劑，其溶解性能優于乙醇，可用于調制油漆。一些無機鹽如碘化鈉、氯化鈣、硝酸銨、硫酸銅、硝酸銀、氯化銨、氯化鈉都或多或少地能 溶于甲醇。作為一種良好的萃取劑，甲醇在分析化學中可用于一些物質的分離，還用于檢驗和測定硼。 甲醇還是一種優良燃料可作能源。在汽車燃油中可直接添加35％的甲酵，目前直接將甲醇當燃料已引起世界各國的興趣，它已被某些發電站作燃料。 1985年5月加拿大政府曾宣布過一項全國計劃，試驗用甲醇做公共汽車和運輸卡車的燃料。1987年我國在北京順義也建成投產第一座年產萬噸的甲醇汽油廠，甲醇汽油中50%的汽油、40％的甲醇和10％的添加劑組成。前些年我國汽車用“高比例甲醇汽油”的研制和應用也取得成果，并通過鑒定。使用這種燃料汽車發動機無需改裝，燃料辛烷值高，造成空氣污染遠比柴油、汽油要小，該項科技成果對緩解我國燃油短缺，促進煤炭深加工和環境保護有重要意義。在宇宙航空 中甲醇能作火箭燃料。甲醇可作為防凍劑使用，嚴冬時節在汽車水箱中添加適量甲醇，能使水箱中循環冷卻水不凍，在禁酒國家中甲醇用作酒精變性劑，將甲醇摻在乙醇之中得到變性乙醇，具有一定毒性使之不宜飲用。甲醇經微生物發酵可生產甲醇蛋白，富含維生素和蛋白質，具有營養價值高而成本低的優點，是頗有發展前景的飼料添加劑,能廣泛用于牲 畜、家禽、魚類的飼養。 甲醇在新技術中的應用① 以甲醇為原料生產低碳烯烴(MTO/MTP) [2]甲醇制烯烴的MTO工藝和甲醇制丙烯的MTP工藝是目前重要的C1化工技術，是以煤基或天然氣基合成的甲醇為原料，生產低碳烯烴的化工工藝技術，是以煤替代石油生產乙烯、丙烯等產品的核心技術。隨著我國國民經濟的發展及對低碳烯烴需求的日漸攀升，作為乙烯生產原料的石腦油、輕柴油等原料資源，面臨著越來越嚴重的短缺局面。因此，加快甲醇制烯烴工藝的工業應用問題引起了各方面的重視。石油資源短缺已成為我國乙烯工業發展的主要瓶頸之一，國民經濟的持續健康發展要求我們必須依托自身的資源優勢發展石化基礎原料生產，國際油價的節節攀升使MTO/MTP項目的經濟性更具競爭力。甲醇制低碳烯烴(MTO/MTP)項目將成為眾多煤化工項目產業鏈中的重要一環。② 甲醇生長促進劑[3]國外研究實踐表明，用甲醇生長促進劑噴施在不同的農作物上，可以大量增產。另外噴施甲醇生長促進劑后，農作物還會保持枝葉鮮嫩、茁壯茂盛，有利于干旱地區農作物的生長，近幾年來，甲醇生長促進劑的肥效作用已經引起國內外專家的高度重視。③ 甲醇蛋白無論從甲醇下游產品開發，還是從飼料工業需求角度分析，甲醇蛋白都是十分重要且極具市場潛力和發展前景的產品。以甲醇為原料經微生物發酵生產的甲醇蛋白被稱為第二代單細胞蛋白。據中國農科院飼料研究所的有關專家分 析，到2010年和2020年，，供需缺口分別為 ，如果到2010年10%的蛋白質缺口由甲醇蛋白頂替，則需求量為380萬噸。這個數字如果能夠實現，對甲醇工業的意義將十分重大。 粗甲醇的組成甲醇合成生產的粗甲醇除含有甲醇和水外，還含有醇、醛、酮、酸、醚、酯、烷烴、胺、羰基鐵等幾十種微量雜質。按照文獻[1]粗甲醇組分有40多種。常見的24個組分及其在常壓下的沸點見表1。 粗甲醇中各個組分沸點Table 1 Boiling point of each po nent in crude methanol組分沸點／℃組分沸點／℃氫氣一252．80甲酸甲酯31．8O氮氣一195．80正戊烷36．07一氧化碳一191．50丙酮56．29氬氣一185．80甲醇64．70二氧化碳一78．40正己烷68．74二甲醚一24．84乙酸乙酯77．10乙醇78．32正丁醇l17．66異丙醇82．33異戊醇119．00正丙醇97．21正辛烷125．67正庚烷98．43正戊烷137．98異丁醇99．50正壬烷150．80水100正癸烷174．10由表1可以看出，粗甲醇中較難分離的組分分為2類：①沸點與甲醇較接近的組分，如丙酮與甲醇的沸點差為8．41℃ ，正己烷與甲醇的沸點差為4．04℃；②能與甲醇形成共沸物，共沸物的沸點與甲醇沸點較為接近，分離難度大，見表2。表2 與甲醇形成共沸物的物質沸點和共沸物的沸點 Table 2 Boiling points of both chemical pounds and azeotrope with methanol 化合物沸點共沸物沸點甲醇質量分數丙酮乙酸甲酯甲酸乙酯丁酮丙酸丙酯甲酸丙酯乙醛縮二甲醇乙基丙烯酸酯甲酸異丁酯環己烷二丙醚國內通行的精甲醇指標通常有美國聯邦AA級甲醇技術規格(OM232E)和精甲醇質量國家標準 (GB3382004)。美國聯邦AA級標準和國家優等品標準都對甲醇的水溶性、醛酮質量分數等指標要求十分嚴格，所以對于預塔脫除烷烴、酯類、醛酮等雜質就顯得尤為重要。甲醇精制的三種流程（雙塔、高質量三塔精餾、節能型三塔精餾） 精甲醇中的乙醇含量多少，與粗甲醇中的乙醇含量有關。粗甲醇中乙醇的含量又與合成條件有關，如壓力、溫度、催化劑使用前后期、合成氣組份和原料結構等等。低壓法(包括輕油為原料用銅系催化劑的高壓法)制得的粗甲醇中含乙醇100~ 1000ppm ,而以煤為原料的中壓法(聯醇)和高壓法(亦用銅催化劑)制得的粗甲醇中含乙醇的量可高達400~2000ppm。所以精甲醇中的乙醇含量差距也較大，一般為 100~600ppm ,有時可能高達1000ppm。這是因為雙塔精餾系統，在采出產品的主蒸餾塔塔釜幾乎全部為水，乙醇的揮發度又與甲醇比較接近，因而乙醇不可能在塔釜中濃縮，從而有部份乙醇隨著甲醇升向塔頂，粗甲醇中相當數量的乙醇轉移至精甲醇中。據國內甲醇生產經驗，利用雙塔常壓精餾方法，也可將精甲醇中乙醇的含量降至100ppm，滿足了甲醇特殊用途的需要。但根據蒸餾原理和流程特點，在操作中應采取如下措施。（1）在預蒸餾塔中脫除輕組份時，結合流程特點，嚴格控制塔頂回流系統的冷凝溫度，盡可能脫除部份乙醇。（2）提高主蒸餾塔回流比，將沸點高于甲醇的乙醇組份大部份壓至塔的下部，使其濃集于入料口附近或接近塔釜的提餾段內，以提高塔頂精甲醇的