甲醇精馏工艺设计.doc

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II引 言 1第1章概述. 2第2章甲醇工艺流程 精馏反应设计方案的选择 精馏原理以及塔设备的选择 5 精馏原理 5 进行精馏反应的塔设备的选择 7 塔板的类型与选择 工艺流程简介 11第3章精馏塔设备的主要计算 设计任务和基本的物性数据 设计方案的确定及流程说明 13 精馏塔的物料衡算 13 塔板数的确定 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 18 操作压力的计算 18 操作温度计算 18 平均摩尔质量计算 18 平均密度计算 19 液体平均表面张力的计算 19 液体平均粘度 精馏塔的塔体工艺尺寸计算 20 塔径的计算 20 精馏塔有效高度的计算 塔板主要工艺尺寸的计算 21 溢流装置计算 塔板布置 塔板的流体力学验算 24 塔板压降 24 液面落差 25 液沫夹带 25 漏液 25 液泛 塔板负荷性能图 26 漏液线 26 液沫夹带线 27 液相负荷下限线 28 液相负荷上限线 28 液泛线 筛板塔设计计算结果 精馏塔接管尺寸计算 32 塔顶蒸气出口管的直径 32 回流管的直径 32 进料管的直径 32 塔底出料管的直径 33结论. 错误!未定义书签。致谢. 错误!未定义书签。参考文献 错误!未定义书签。附录 错误!未定义书签。30kt/a 甲醇精馏工艺设计摘要:甲醇作为极其重要的有机化工原料,是碳一会化学工业的基础产品,在国民经济中占有重要的地位。在化工生产中,甲醇可用于制造甲醛、醋酸、***甲烷、甲***等。在世界范围内的所有化工产品中,其产量仅次于乙烯、丙烯、苯,居第四位。广泛用于有机中间体,是碳一化学的基础产品,并还用作溶剂和工业及民用燃料等。本文论述了甲醇的精馏工段。在抗生素类药物生产过程中,需要用甲醇溶媒洗涤晶体,洗涤过滤后产生废甲醇溶媒,含有少量的药物固体微粒。为使废甲醇溶媒重复利用,拟建立一套板式精馏塔,详细介绍了各种精馏工艺,根据各个工艺的优缺点和本设计的需要,选择了与设计需,要相适应的工艺和设备,并进行了计算。在甲醇精馏中选用了常压、单塔操作方式,选择的是筛板精馏塔,塔的有效高度是8米,。本设计分离效果良好,工艺流程简单,投资少,具有较高的是实用价值。关键词:甲醇 化工原料 筛板塔 塔径 精馏ITheDesignof30kt/aMethanolDistillationProcessAbstract:hemicalrawmaterial,methanolisthebasicproductofcarbonchemistryindustry,,themethanolcanbeusedinthemanufactureofformaldehyde,aceticacid,methylchloride,,ItsproductionisSecondonlytotheethylene,propylene,benzene,,,,,itchoosesanddesignsthetechnologyandequipmentneededandcalculates..Inmethanolrectification,,:methanol;chemicalrawmaterials;sieveplatetower;diameterofthecolumn;rectificationII引 言甲醇用途广泛,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、***甲烷、甲氨、硫酸二甲酯等多种有机产品,也是农药、医药的重要原料之一。我国甲醇消费结构与国外类似,最大消费领域是甲醛生产,消费比例约为40%,在抗生素类药物生产过程中,需要用甲醇溶媒洗涤晶体,洗涤过滤后产生废甲醇溶媒,其组成为含甲醇 46%、水54%(质量分数),另含有少量的药物固体微粒。由于甲醇消费市场的不断扩大,促使了甲醇生产工艺和提纯工艺的不断改进,使其成本生产规模日益扩大,生产成本不断下降。因此如果能有一套分离效率高,所花成本又低的工艺设备来有效进行废甲醇溶媒的甲醇分离是具有极为重要的经济意义的。基于以上各种原因以及需求现状,为使废甲醇溶媒重复利用,节约资源。由于筛板塔结构简单,造价低廉,气体压降小,板上液面落差也较小,生产能力及板效率较高,所以做下面的板式塔精馏工艺设计。1第1章概述甲醇是最简单的化学品之一,是重要的化工基础原料和清洁液体燃料, 广泛应用于有机合成、染料、医药、农药、涂料、汽车和国防等工业中。甲醇最早由木材和木质素干馏制得,故俗称木醇。木材在长时间加热碳化过程中, 产生可凝和不可凝的挥发性物质,这种被称为焦木酸的可凝性液体中含有甲醇、 乙酸和焦油。除去焦油的焦木酸可通过精馏分离出天然甲醇和乙酸。 生产1Kg的甲醇大约需要60-80Kg的木材。这是生产甲醇的最古老的方法[1]。甲醇是一种无色、透明、易燃、易挥发的有毒液体,常温下对金属无腐蚀性(铅、铝除外),略有酒精气味。分子量 ,(20/4℃),熔点-℃,℃,,℃,℃,,(℃),蒸气与空气混合物爆炸极限为6~%(体积比),能与水、乙醇、***、苯、***、卤代烃和许多其他有机溶剂相混溶,遇热、明火或氧化剂易燃烧。燃烧反应式为:CHOH+O →CO +H O3 2 2 2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、***甲烷、甲氨、硫酸二甲酯等多种有机产品,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, 也加入汽油燃烧。甲醇和氨反应可以制造一甲***。甲醇的生产,主要是合成法,尚有少量从木材干馏作为副产回收。合成的化学反应式为: 2H2+CO→CH3OH。合成甲醇可以固体(如煤、焦炭)液体(如原油、重油、轻油)或气体(如天然气及其他可燃性气体)为原料,经造气净化(脱硫)变换,除去二氧化碳,配制成一定的合成气(一氧化碳和氢)。在不同的催化剂存在下,选用不同的工艺条件[2]。单产甲醇(分高压法低压和中压法),或与合成氨联产甲醇(联醇法)。将合成后的粗甲醇,经预精馏脱除甲醚,精馏而得成品甲醇。高压法为BASF最先实现工业合成的方法,但因其能耗大,加工复杂,材质要求苛刻,产品中副产物多,今后将由ICI低压和中压法及Lurgi低压和中压法取代3。2甲醇生产过程比较简单,原料来源多样,煤、石脑油和天然气均可制甲醇。甲醇用途广泛,它的下游产品多达几百种。近年来由于世界各国环保意识的加强,特别是美国国会于1990年11月15日通过清洁空气法修正案以后,甲醇的身价备增,全球甲醇的需求增长加快。据全国化学工程技术委员会副主任、中石化宁波工程有限公司副总工程师唐宏青介绍,国内煤基甲醇每吨产品能耗为50~60吉焦,,耗水22~30吨。以天然气为原料生产的甲醇每吨产品能耗约为40吉焦,耗天然气900~1150立方米,耗水16~20吨。我国小型联醇装置每吨产品耗能则高达70吉焦。而国外大型甲醇装置基本都以天然气为原料,并且每吨产品能耗只有25~30吉焦,耗天然气760~920立方米,耗水10~15吨。未来甲醇生产装置将具有一下特点:低投资成本为前提的大型、单列装置;可靠性较高的先进技术;环境污染小的生产技术。甲醇作为一种原材料用于甲醛的生产中,甲醛后来又用为多羟基化合物的原材料。因为在废液中分离的甲醇和甲醛有很高的产品收率,所以在用于分离那些混合物的时候被认为是更经济和节约的方法,并且可以被用在各自工艺流程的原材料[4]。这种精心研究的分离技术是精馏。 这种精馏工艺的主要目标是: 通过实验室精馏学****到关于分离的知识; 通过比较试验数据来模拟系统和完善模型; 估计分离流程的设备规格和费用。合成甲醇,首先是制备原料氢和碳的氧化物。 一般以含碳氢或含碳的资源如天然气、石油气、石脑油、重质油、煤和乙炔尾气等,用蒸汽转化或部分氧化加以转化,使其生成主要由氢、一氧化碳、二氧化碳组成的混合气体,甲醇合成气要求(H-CO)/(CO+CO)=。合成气中还含有未经转化的甲烷和少2 2 2量氮,显然,甲烷和氮不参加甲醇合成反应,其含量越低越好,但这与制备原料气的方法有关;另外,根据原料不同,原料气中还可能含有少量有机和无机硫的化合物。为了满足氢碳比例,如果原料气中氢碳不平衡,当氢多碳少时(如以甲烷为原料),则在制造原料气时,还要补碳,一般采用二氧化碳。、原料预热器,再沸器、冷凝器、釜液冷却器和产品冷却器等设备。精馏过程按操作方式的不同,分为连续精馏和间歇精馏两种流程。连续精馏具有生产能力大,产品质量稳定等优点,工业生产中以连续精馏为主。间歇精馏具有操作灵活,适应性强等优点,适合于小规模、多品种或多组分物系的初步分离。精馏是通过物料在塔内的多次部分气化与多次部分冷凝实现分离的,热量自塔釜输入,由冷凝器和冷却器中的冷却介质将余热带走。在此过程中,热能利用率很低,为此,在确定装置流程时应考虑余热的利用。譬如,用原料作为塔顶产品冷却器的冷却介质,既可将原料预热,又可节约冷却介质。另外,为保持塔的操作稳定性,流程中除用泵直接送入塔原料外也可采用高位槽送料,以免受泵操作波动的影响。塔顶冷凝装置可采用全凝器、分凝器-全凝器两种不同的设置。工业上以采用全凝器为主,以便于准确地控制回流比。塔顶分凝器对上升蒸汽有一定的增浓作用,若后续装置使用气态物料,则宜用分凝器。总之,确定流程时要较全面、合理的兼顾设备、操作费用、操作控制及安全诸因素。操作压力的选择:精馏过程按操作压力不同,分为常压精馏、减压精馏和加压精馏。一般除热敏性物系外,凡通过常压精馏能够实现分离要求,并能用江河水或循环水将馏出物冷凝下来的物系,都应采用常压精馏;对热敏系物系或者混合物泡点过高的物系,则宜采用减压蒸馏;对常压下馏出物的冷凝温度过低的物系,需提高塔压或者采用深井水、冷冻盐水作为冷却剂;而常压下呈气态的物系必须采用加压精馏。℃,而将其加热到102℃以上就会发生聚合,故苯乙烯应采用减压蒸馏;脱丙烷塔操作压力提高到1765KPa时,冷凝温度约为50℃,便可用江河水或者循环水进行冷却,则运转费用减少;石油气常压呈气态,必须采用加压精馏。进料热状况的选择:精馏操作有五种进料热状况,进料热状况不同,影响塔内各层塔板的气、液相负荷。工业上多采用接近泡点的液体进料和液体进料,4通常用釜残液预热原料。若工艺要求减少塔釜的加热量,以避免釜温过高,料液产生聚合或结焦,则应采用气态进料。加热方式的选择:蒸馏大多采用间接蒸汽加热,设置再沸器。有时也可采用直接蒸汽加热,例如精馏釜残液中的主要组分是水,且在低浓度下轻组分的相对挥发度较大时(如乙醇与水混合液)宜用直接蒸汽加热,其优点是可以利用压力较低的加热蒸汽以节省操作费用,并省掉间接加热设备。但由于直接蒸汽的加入,对釜内溶液起一定稀释作用,在进料条件和产品纯度、轻组分收率一定的前提下,釜液浓度相应降低,故需要在提馏段增加塔板以达到生产要求。回流比的选择:回流比是精馏操作的重要工艺条件,其选择的原则是使设备费和操作费用之和最低。设计时,应根据实际需要选定回流比,也可参考同类生产的经验值选定。必要时可选用若干个R值,利用简捷法求出对应理论板数N,作出N-R曲线,从中找出适宜操作回流比R,也可作出R对精馏操作费用的关系线,从中确定适宜回流比R。 精馏原理精馏是多级蒸馏过程。精馏是利用混合液中组分挥发度的差异,实现组分高纯度分离的多级蒸馏操作,即同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程。为了使废液中的甲醇和水得到较好的分离,使废甲醇溶媒重复利用,应对废甲醇溶媒进行精馏。溶液的气液平衡是蒸馏过程的热力学基础,是精馏操作分析和过程计算的重要依据。气液平衡可用气液平衡方程或相图表示。精馏是利用混合液中组分挥发度的差异,实现组分高纯度分离的多级蒸馏操作,即同时进行多次部分汽化和部分冷凝和部分冷凝的过程。精馏过程原理可以用如图2-1所示物系的t-x-y相图来说明。5