年产3000吨甲醇精馏段工艺毕业设计

年产3000吨甲醇精馏工段工艺设计学院：专业：学生姓名：指导教师：1.设计年产3000吨甲醇精馏段，年开车时间7200小时，工艺采用以煤制气为原料合成粗甲醇，经预精馏塔、加压精馏塔和常压精馏塔分离后得到精甲醇的新节能型三塔工艺流程开发的2.计算条件：①原料气组成CH3OHH2OCH3CH2OH轻馏分杂醇Wt%953.720.11.110.07②精甲醇收集：99.6%③废水中甲醇含量：50ppm3.设计要求：①编写计算说明书，其中包括综述，工艺路线选择，物料衡算与工艺计算，主要塔设备计算，热量衡算等。②图纸（3张）：甲醇精馏段带控制点工艺流程图，平面布置图，工段主要物料管道图，精馏塔图，主要设备图等③说明书可以电脑打字，图纸均为CAD绘图摘要甲醇是一种极重要的有机化工原料，最早由木材和木质素干馏制得，故俗称木醇，是最简单的饱和脂肪组醇类的代表物，是碳一化学的基础产品。无色、透明、高度挥发、易燃液体、略有酒精味，分子式C-H4-O。甲醇工业的迅速发展，是由于甲醇是多种有机产品的基本原料和重要溶剂，广泛用于有机合成、染料、医药、涂料和国防等工业。由甲醇转化为汽油方法的研究成果，从而开辟了由煤转化为汽车燃料的途径。近年来，随着甲醇下属产品的开发，特别是甲醇燃料的推广应用，甲醇的需求大幅度上升。为了满足经济发展对甲醇的需求，开展了此3000t/a的甲醇项目。设计的主要内容是进行物料衡算，塔设备简捷法计算、热量衡算、换热器计算等工艺计算。本设计本着符合国情、技术先进和易得、经济、环保的原则，采用煤炭为原料；利用GSP气化工艺造气；NHD净化工艺净化合成气体；低压下利用列管均温合成塔合成甲醇；三塔精馏工艺精制甲醇；此外严格控制三废的排放，充分利用废热，降低能耗，保证人员安全与卫生。关键词：甲醇，精馏，物料衡算，热量衡算1.1.1甲醇的性质和用途甲醇性质甲醇（Methanol，Methylalcohol）又名木醇，木酒精，甲基氢氧化物，是一种最简单的饱和醇。化学分子式为CH3OH，结构式如下：H|H--C--OH|H分子结构：C原子以sp3杂化轨道成键，0原子以sp3杂化轨道成键。分子为极性分子。最早从木材干馏得到故又称木醇或木精。甲醇是无色有酒精气味易挥发的液体。熔点-93.9℃、沸点64.7℃、密度0.7914克/厘米3（20℃）、能溶于水和许多有机溶剂。甲醇有毒，误饮5～10毫升能双目失明，大量饮用会导致死亡。禁酒的国家，把甲醇掺入酒精中成变性酒精，使其不能饮用。甲醇易燃，其蒸气与空气能形成爆炸混合物，甲醇完全燃烧生成二氧化碳和水蒸气，同时放出热量：2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O。工业上用一氧化碳和氢气的混合气（合成气）在一定的条件下制备甲醇：甲醇可用做溶剂和燃料，也是一种化工原料，主要用于生产甲醛（HCHO）：工业酒精里含有甲醇，但是工业酒精的主要成分还是乙醇。甲醇有较强的毒性，对人体的神经系统和血液系统影响最大，它经消化道、呼吸道或皮肤摄入都会产生毒性反应，甲醇蒸气能损害人的呼吸道粘膜和视力。急性中毒症状有：头疼、恶心、胃痛、疲倦、视力模糊以至失明，继而呼吸困难，最终导致呼吸中枢麻痹而死亡。慢性中毒反应为：眩晕、昏睡、头痛、耳鸣、现力减退、消化障碍。甲醇摄入量超过4克就会出现中毒反应，误服一小杯超过10克就能造成双目失明，饮入量大造成死亡。致死量为30毫升以上，甲醇在体内不易排出,会发生蓄积，在体内氧化生成甲醛和甲酸也都有毒性。在甲醇生产工厂，中国有关部门规定，空气中允许甲醇浓度为5mg/m3，在有甲醇气的现场工作须戴防毒面具，废水要处理后才能排放，允许含量小于200mg／L甲醇的中毒机理是，甲醇经人体代谢产生甲醛和甲酸（俗称蚁酸），然后对人体产生伤害。常见的症状是，先是产生喝醉的感觉，数小时后头痛，恶心，呕吐，以及视线模糊。严重者会失明，乃至丧命。失明的原因是，甲醇的代谢产物甲酸会累积在眼睛部位，破坏视觉神经细胞。脑神经也会受到破坏，产生永久性损害。甲酸进入血液后，会使组织酸性越来越强，损害肾脏导致肾衰竭。甲醇中毒，通常可以用乙醇解毒法。其原理是，甲醇本身无毒，而代谢产物有毒，因此可以通过抑制代谢的方法来解毒。甲醇和乙醇在人体的代谢都是同一种酶，而这种酶和乙醇更具亲和力。因此，甲醇中毒者，可以通过饮用烈性酒（酒精度通常在60度以上）的方式来缓解甲醇代谢，进而使之排出体外。而甲醇已经代谢产生的甲酸，可以通过服用小苏打（碳酸氢钠）的方式来中和。甲醇用途目前，甲醇在有机合成工业中，是仅次于烯烃和芳烃的重要基础有机原料。随着技术的发展和能源结构的改变，甲醇又开辟了许多新的用途。甲醇是较好的人工合成蛋白的原料，蛋白转化率较高，发酵速度快，无毒性，价格便宜。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、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。甲醇在深加工后可作为一种新型清洁燃料，也加入汽油掺烧。甲醇是容易输送的清洁燃料，可以单独或与汽油混合作为汽车燃料，用它作为汽油添加剂可起节约芳烃，提高辛烷值的作用，汽车制造也将成为耗用甲醇的巨大部门，甲醇的消费已超过其传统用途，潜在的耗用量远远超过其化工用途，渗透到国民经济的各个部门。特别是随着能源结构的改变，甲醇有未来主要燃料的候补燃料之称，需用量十分巨大[1]。我国目前甲醇的产量还较低，但近年来发展速度较快，近五年来甲醇的生产规模有了突飞猛进的发展。从我国能源结构出发，甲醇由煤制的技术已经成熟，近几年由煤制甲醇的工艺已经全面工业化生产，将来在我国甲醇有希望替代石油燃料和石油化工的原料，蕴藏着潜在的巨大市场。我国甲醇工业无疑将迅速发展起来[13]。1.1.3甲醇精馏工艺的概况1、工序任务甲醇精馏是甲醇合成的下游工序，其目的就是对合成装置来的粗甲醇进行精制，将甲醇中的杂质进行脱除，以生产符合标准的优等级精甲醇产品。2、装置工艺特点目前，总体来说甲醇精馏的工艺大体可分为两塔工艺流程和三塔工艺流程，根据塔内件的不同可分为塔盘精馏、填料精馏和复合型精馏。本甲醇精馏装置采用的是以规整填料为塔内件的三塔精馏工艺，精馏用汽为低压蒸汽。各塔再沸器蒸汽冷凝液用作粗甲醇预热器热源，以节约能量。另外为了减少甲醇的损失，增加了一个塔,以对污水中的甲醇进行回收处理，故现在一般叫3+1塔工艺流程。精馏的主要设备是精馏塔，而塔的内件是实现气液接触和热质传递的主要元件，常用的塔内件分塔盘和填料两种。填料是最早使用的塔内件，当初使用在小塔径的塔里，由于其设计、制造、安装难度不大，应用十分广泛。随着化学工业的发展，精馏塔的内径越来越大，于是气液分布不均问题显得突出，效率大幅下降，直径大于2米的塔的效率已相当低，沟流和边界效应严重，为解决这些问题，人们开发了板式塔，但是板式塔的结构复杂、制造和安装精度要求高，因而人们又加紧了对填料塔放大技术的攻关，在解决了气液分布等问题后，大型装置又开始使用填料塔。目前的填料分为散堆填料和规整填料。设计的甲醇精制采用的是规整填料精馏工艺技术，该技术的好坏取决于气液接触程度，即取决于液体在填料表面分布的均匀程度，气体的分布较容易，液体分布均匀很难，故液体分布器是填料塔的一个关键部件，它是决定着填料塔的放大效应。采用槽式液体分布器和槽-盘式液体分布器可以较好地解决抗堵、防夹带等问题，压降小、负荷弹性大。采用规整填料为塔内件的3+1塔精馏工艺，其特点是：1、精甲醇产品的质量好，甲醇回收率高；2、能耗低。比两塔工艺减少蒸汽消耗约30%左右；3、操作的灵敏性比板式塔好，但其稳定性不如板式塔好；4、采取了萃取精馏和共沸精馏工艺，有效解决了微量难分离组分的脱除问题；5、分离效率高，操作弹性大，生产能力大。1.4甲醇精馏工艺流程说明1.4.1预精馏系统来自甲醇合成装置的粗甲醇（40℃、0.5MPaA），首先进入粗甲醇预热器E-15501的管程，被壳程的低压蒸汽冷凝液加热到70℃左右，然后进入预精馏塔C-15501的上部。预精馏塔C-15501顶部出来的气相，首先进入预精馏塔一级冷凝器E-15506的壳程，物料被管程的循环冷却水冷却到67.5℃,冷却下来的液体进入预精馏塔回流槽T-15501中；从预精馏塔一级冷凝器E-15506出来的气体进入预精馏塔二级冷凝器E-15515的壳程，物料被管程的循环冷却水冷却到40℃左右,冷凝下来的液体进入萃取槽T15508中，经工艺水萃取后，甲醇水溶液进入预精馏塔回流槽T-15501中，萃取出来的物料去杂醇油罐；二级冷凝器中出来的带有甲醇的不凝气，进排放槽T15506中，用水洗涤其中的甲醇后，不凝气去放空总管。回流槽T-15501中的甲醇溶液，经预精馏塔回流泵送入预精馏塔C-15501的顶部作回流液。预精馏塔塔釜的预后甲醇经液位控制后去加压精馏塔进一步精馏。低压蒸汽和加压精馏塔来的低压蒸汽冷凝液，分别进入预精馏塔C-15501的再沸器E-15510和E-15514，对管程的介质进行加热来为预精馏塔精馏提供热量，然后蒸汽冷凝液去E-15501加热粗甲醇。为了防止粗甲醇中的酸性物质对管道和设备造成腐蚀，向粗甲醇中加入少量5%左右的NaOH溶液，将粗甲醇的PH值控制在7.5~8左右。1.4.2加压精馏系统预精馏塔出来的预后甲醇，经加压精馏塔给料泵加压后，进入加压精馏塔进料/釜液换热器E-15513的管程，被壳程介质加热到泡点后，进入加压精馏塔C-15502的下部，塔顶出来的甲醇蒸汽进入冷凝器/再沸器E-15507的壳程，被管程的介质冷凝后进入加压精馏塔回流槽T-15502，回流槽中出来的冷凝液甲醇，部分经加压精馏塔回流泵加压后进入加压精馏塔顶作回流液，其余的甲醇液进入加压精馏塔精甲醇冷却器E-15502的壳程，被管程的循环冷却水冷却到40℃后，去中间罐区的精甲醇计量罐（或粗甲醇储罐）。出加压精馏塔釜液去常压精馏塔继续精馏。低压蒸汽进入加压精馏塔再沸器E-15511，为加压精馏塔精馏提供热量，被冷凝后的低压蒸汽冷凝液，去E-15501继续作加热介质用。1.4.4回收精馏系统常压精馏塔底出来的废水，含有2%左右的甲醇，经回收精馏塔进料泵加压后，进入回收精馏塔C-15504，塔顶出来的气相，进回收精馏塔冷凝器E-15509的壳程，被管程的循环冷却水冷却到45℃左右，进入回流槽T-15504，回流槽出来的液体经回收精馏塔回流泵加压后，部分进回收精馏塔顶部作回流液，其余去中间罐区的杂醇油储罐。低压蒸汽进入回收精馏塔再沸器E-15516的壳程，加热管程介质后为回收精馏塔精馏提供热量。蒸汽冷凝液去E-15501。回收精馏塔底出来的釜液，含有微量的甲醇和有机物，经废水冷却器E-15512中的循环冷却水冷却到60℃左右后，送出界区去污水生化处理装置。CH3OHH2OCH3CH2OH轻馏分杂醇Wt%703.720.11.110.072.甲醇精馏生产工艺设计及计算2.3加压精馏塔工艺计算[3]2.3.1物料衡算已知：F''=3000t/a，质量分率:Fx'=70%，D'x=99.7%，w'x=0.5%甲醇M=32.04kg/kmol，水M=18.02kg/kmol进料流量F'=3000kg/h，进料液、馏出液、釜残液的摩尔分数324.002.18/5404.32/4604.32/46Fx995.002.18/3.004.32/7.9904.32/7.99Dx003.002.18/5.9904.32/5.004.32/5.0Wx进料平均相对分子质量：kmolMF/kg56.22324.0102.1804.32324.0）（原料液：hkmolF/98.13256.223000总物料：DWDWF98.132①易挥发：003.0995.0324.098.132WDWxDxFxWDF②联立①、②得035.43Dkoml/h945.89Wkoml/h塔顶产品的平均相对分子质量：kmolM/kg970.31995.0102.1804.32995.0D