年产40万吨甲醇精馏工艺设计

毕业设计（论文）任务书

设计（论文）题目：年产40万吨甲醇精馏工艺设

计

学院：专业：班级：晋艺

学生：指导教师：

1．设计（论文）的主要任务及目标

(1) 结合专业知识和工厂实习、分析选定合适的工艺参数。

(2) 进行工艺计算和设备选型能力的训练。

(3) 进行工程图纸设计、绘制能力的训练。

2．设计（论文）的基本要求和内容

(1) 本车间产品特点及工艺流程。

(2) 主要设备物料、热量衡算、结构尺寸计算及辅助设备的选型计算。

(3) 参考资料

3．主要参考文献

[1] 谢克昌、李忠.甲醇及其衍生物.北京.化学工业出版社.2002.5～7

[2] 冯元琦.联醇生产.北京.化学工业出版社.1989.257～268.

[3] 柴诚敬、张国亮。化工流体流动与传热。北京。化学工业出版社。2000.525-530

4．进度安排

设计（论文）各阶段名称起止日期

1 收集有关资料 2010-01-28~2010-02-11

2 熟悉资料，确定方案 2010-02-12~2010-02-26

3 论文写作 2010-02-27~2010-03-19

4 绘制设计图纸 2010-03-20~2010-04-03

5 准备答辩 2010-4-10

目录

摘要 (1)

第1章甲醇精馏的工艺原理 2

第1.1节基本概念 2

第1.2节甲醇精馏工艺 3

1.2.1 甲醇精馏工艺原理 3

1.2.2 主要设备和泵参数 3

1.2.3膨胀节材料的选用 6

第2章甲醇生产的工艺计算 7

第2.1节甲醇生产的物料平衡计算 7

第2.2 节生产甲醇所需原料气量 9

2.2.1生产甲醇所需原料气量 9

第2.3节联醇生产的热量平衡计算 15

2.3.1甲醇合成塔的热平衡计算 15

2.3.2甲醇水冷器的热量平衡计算 18

第2.4节粗甲醇精馏物料及热量计算 21

2.4.1 预塔和主塔的物料平衡计算 21

2.4.2 预塔和主塔的热平衡计算 25

第3章精馏塔的设计计算 33

第3.1节精馏塔设计的依据及任务 33

3.1.1设计的依据及来源 33

3.1.2设计任务及要求 33

第3.2节计算过程 34

3.2.1塔型选择 34

3.2.2操作条件的确定 34

3.2.2.1 操作压力 34

3.2.2.2进料状态 35

3.2.2.3 加热方式 35

3.2.2.4 热能利用 35

第3.3节有关的工艺计算 36

3.3.1 最小回流比及操作回流比的确定 36

3.3.2 塔顶产品产量、釜残液量及加热蒸汽量的计算 37 3.3.3 全凝器冷凝介质的消耗量 37

3.3.4热能利用 38

3.3.5 理论塔板层数的确定 38

3.3.6全塔效率的估算 39

3.3.7 实际塔板数 40

第3.4节精馏塔主题尺寸的计算 40

3.4.1 精馏段与提馏段的体积流量 40

3.4.1.1 精馏段 40

3.4.1.2 提馏段 42

第3.5节塔径的计算 43

第3.6节塔高的计算 45

第3.7节塔板结构尺寸的确定 46

3.7.1 塔板尺寸 46

3.7.2弓形降液管 47

3.7.2.1 堰高 47

3.7.2.2 降液管底隙高度h0 47

3.7.3进口堰高和受液盘 47

3.7.4 浮阀数目及排列 47

3.7.

4.1浮阀数目 48

3.7.

4.2排列 48

3.7.

4.3校核 49

第3.8节流体力学验算 49

3.8.1 气体通过浮阀塔板的压力降(单板压降) 49 3.8.1.1 干板阻力 49

3.8.1.2板上充气液层阻力 49

3.8.1.3由表面张力引起的阻力 50

第3.9节漏液验算 50

第3.10节液泛验算 50

第3.11节雾沫夹带验算 51

第3.12节操作性能负荷图 51 3.12.1雾沫夹带上限线 51

3.12.2液泛线 52

3.12.3 液体负荷上限线 52

3.12.4漏液线 52

3.12.5 液相负荷下限线 52

第3.13节操作性能负荷图 53

第3.14节各接管尺寸的确定 54 3.14.1 进料管 54

3.1

4.2釜残液出料管 55

第3.15节回流液管 55

第3.16节塔顶上升蒸汽管 55

第3.17节水蒸汽进口管 56

第4章辅助设备的计算及选型 57 第4.1节水冷排设计计算 58

第4.2节水冷排的设计选型 59 第4.3节预塔进料泵的选型 60 参考文献 62

附录 63

致谢 64

年产40万吨甲醇精馏工艺设计

摘要

目前，我国的甲醇市场随着国际市场的原油价格在变化，总体的趋势是走高。随着原油价格的进一步提升，作为有机化工基础原料——甲醇的价格还会稳步提高。国内又有一批甲醇项目在筹建。这样，选择最好的工艺利设备，同时选用最合适的操作方法就成为投资者关注的重点。

通过查阅资料最后采用中压法在265℃合成400kt/a的粗甲醇，并应用三塔精馏来对其进行精制。本设计说明书首先概述了甲醇的性质和发展历史，并介绍了我国甲醇工业的发展；对合成和精馏工段进行了物料和热量的工艺计算；对甲醇精馏塔做了详细的设计计算，最后对水冷排和预塔进料泵做了设计计算。

在上述工作的基础之上，参考相关的资料和标准对合成工段的设备和管道进行了合理布局；并编制了甲醇合成设备一览表，物料流程图，工艺管道及仪表流程图，设备平面布置图及管道布置图。

关键词：设计；工艺；合成；

第一章甲醇精馏的工艺原理

第1.1节基本概念

精馏是利用不同物质的挥发度不同，将液体混合物进行多次部分气化，同时又把产生的蒸汽多次部分冷凝，使混合物分离到所要求组分的操作过程。

精馏过程在精馏塔中进行，料液由塔的进料口连续加入塔内，塔顶设有冷凝器，将塔顶蒸汽冷凝为液体，冷凝液的一部分回流入塔顶，成为回流液，其余作为馏出液（塔顶产品）连续采出。自加料位置以上部分，上升蒸汽和回流液体之间进行着逆流接触和物质传递。塔底部装有再沸器（蒸馏釜）以加热液体产生蒸汽，蒸气沿塔上升，与下降的液体逆流接触并进行物质传递，塔底连续排出部分液体作为塔底产品。在塔的加料位置以上，上升蒸汽中所含的重组份向液相传递，而回流液中的轻组分向气相传递。如此物质交换的结果，上升蒸汽中轻组份的浓度逐渐提高，只要有足够的相间接触表面和足够的液体回流量，到达塔顶的蒸汽将成为高纯度的轻组分，塔的上半部完成了上升蒸气的精制（除去其中的重组份），因而成为精馏段。在塔的加料口位置以下下降液体中的轻组份被蒸出，重组份被提浓，故称之为提馏段。

精馏塔的操作应当掌握三个平衡。

1.1.1物料平衡

塔的总进料量（F）＝塔顶馏出物量（D）＋塔底排出物量（W）；

某一组分(x)的总进料量（Fxfi）＝塔顶采出量（Dxdi）+塔底排出量（Wwi）物料平衡的建立，是衡量精馏塔内操作的稳定程度，它表现在他的能力大小和产品质量的好坏，一般应当根据入料量（F）而适当采取馏出物量（D），保持塔内物料平衡，才能保证精馏塔内操作条件稳定，当塔的物料平衡被破坏时，精馏塔的温度、压力降都会发生大幅度波动，严重时引起液泛、雾沫夹带、传质效率降低等问题，系统不能正常运行。在粗甲醇精馏操作中，维持物料平衡的操作是最频繁的调节手段，操作时还必须同时考虑塔内的热量平衡。

1.1.2汽液平衡

汽液平衡影响到甲醇产品的质量和精馏损失等，主要是通过调节精馏塔的操作条件（温度、压力、负荷），来调整塔盘上面气液接触的情况以及塔板间各组分气相分压平衡等来达到经济的效果。汽液平衡是通过在每块板上气液互相接触进行传质和传热而实现的。汽液平衡和物料及热量平衡密切相关，塔内温度、压力、物料量的变化都将直接影响汽液平衡。

1.1.3热量平衡

热量平衡是塔设计和操作的重要依据，当精馏塔在正常运行时，塔内的温度和压力是稳定的，加入塔的热量和出塔的热量也是平衡的。入塔热量包括进料及回流的流量与温度、再沸器蒸汽流量，而出塔热量则包括塔顶、塔底出料的温度、流量、汽化热以及热损失等。正常操作中，多用塔顶回流量、再沸器的蒸汽量来调整塔的热量平衡。