1 绪论
1.1 甲醇的国内外发展
甲醇作为及其重要的有机化工原料，是碳一化学工业的基础产品，在国民经济中占有重要地位。长期以来，甲醇都是被作为农药，医药，染料等行业的工业原料，但随着科技的进步与发展，甲醇将被应用于越来越多的领域。
1.1.1生产的发展
[1] 世界甲醇工业的发展
总体上说，世界甲醇工业从90年代开始经历了1991-1998的供需平衡，1998-1999的供大于求，从2000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2004年甲醇生产能力为4226.5万t/a[2]以下是最近几年的甲醇需求统计。
全球主要地区甲醇消费构成
造甲醛的甲醇用量随年份成增长趋势，而MTBE 的需求量则逐年降低。亚洲需求量增长比较迅速，与此相反，北美地区需求则在减少。
[2] 我国甲醇工业发展
我国的甲醇工业经过十几年的发展，生产能力得到了很大提高。1991年，我国的生产能力仅为70万吨，截止2004年底，我国甲醇产能已达740万吨，117家生产企业共生产甲醇440.65万吨，2005年甲醇产量达到500万吨，比2004年增长22.2%，进口量99.1万吨，因此下降3.1%。
1.1.2生产技术的发展
[1] 装置大型化
于上世纪末相比，现在新建甲醇规模超过百万吨的已不再少数。在2004--2008年新建的14套甲醇装置中平均规模为134万t/a，其中卡塔尔二期工程项目高达230万t/a。最小规模的是智利甲醇项目，产能也达84万t/a，一些上世纪末还称得上经济规模的60万t/a装置因失去竞争力而纷纷关闭。
[2]二次转化和自转化工艺
合成气发生占甲醇装置总投资的50%-60%，所以许多工程公司将其视为技术改进重点。已经形成的新工艺在主要是Syenetix(前ICI)的先进天然气加热炉转化工艺(AGHR),Lurgi的组合转化工艺(CR)和Tops e的自热转化工艺(ATR)
[3] 新甲醇反应器的合成技术
大型甲醇生产装置必须具备与其规模相适应的甲醇反应器和反应技术。传统甲醇合成反应器有ICI的冷激型反应器，Lungi的管壳式反应器，Topsdpe的径向流动反
应器等，近期出现的新合成甲醇反应器有日本东洋工程的MRF--Z反应器等，而反应技术方面则出现了Lurgi推出的水冷一气冷相结合的新流程。
[4] 引入膜分离技术的反应技术
通常的甲醇合成工艺中，未反应气体需循环返回反应器，而KPT则提出将未反应气体送往膜分离器，并将气体分为富含氢气的气体，前者作燃料用，后者返回反应器。
[5] 液相合成工艺
传统甲醇合成采用气相工艺，不足之处是原料单程转化率低，合成气净化成本高，能耗高。相比之下，液相合成由于使用了比热容高，导热系数大的长链烷烃化合物作反应介质，可使甲醇合成在等温条件下进行。
1.2 甲醇的用途及在化学工业中的地位
甲醇工业的迅速发展，是因为甲醇是多种有机产品的基本原料和重要溶剂，广泛的应用在化工、医药、轻工、纺织及运输等行业，甲醇在有机合成工业中，是仅次于烯烃和芳烃的重要基础原料。近年来，随着技术的发展和能源结构的改变，基础又有了很多新用途。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。目前甲醇的深加工产品已达120多种，我国以甲醇为原料的一次加工产品已有近30种。在化工生产中，甲醇可用于制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲胺、甲基叔丁基醚（MTBE）、聚乙烯醇（PVA）、硫酸二甲酯、对苯二甲酸二甲酯（DMT）、二甲醚、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲醇等
以甲醇为中间体的煤基化学品深加工产业：从甲醇出发生产煤基化学品是未来C1化工发展的重要方向。比如神华集团发展以甲醇为中间体的煤基化学品深加工，利用先进成熟技术，发展“甲醇－醋酸及其衍生物”；利用国外开发成功的MTO或MTP先进技术，发展“甲醇－烯烃及衍生物”的2大系列。
甲醇是非常易于运输的清洁燃料，可以单独与汽油混合作为汽车燃料。近几年，汽车工业在我国获得了飞速发展，随之带来能源供应问题。石油作为及其
重要的能源储量是有限的，而甲醇燃料以其安全、廉价、燃烧充分，利用率高、环保的众多优点，替代汽油已经成为车用燃料的发展方向之一。我国政府已充分认识到发展车用替代燃料的重要性，并开展了这方面的工作。
随着C1化工的发展，由甲醇为原料合成乙二醇、乙醛和乙醇等工艺正日益受到重视。甲醇作为重要原料在敌百虫、甲基对硫磷和多菌灵等农药生产中，在医药、染料、塑料和合成纤维等工业中都有着重要的地位。甲醇还可经生物发酵生成甲醇蛋白，用作饲料添加剂，有着广阔的应用前景。特别是近年来碳一化学工业的发展，甲醇制乙醇、乙烯、乙二醇、甲苯、二甲苯、乙酸乙烯、甲酸甲酯和氧分解性能好的甲醇树脂等产品正在研究开发和工业化中。甲醇化工已成为化学工业的一重要领域。
目前，甲醇的消费一超过其传统用途，潜在的消耗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，甲醇有未来主要原料的候补原料之称，需用量十分巨大。今后甲醇的发展速度将更为迅速。
1.3甲醇的性质
分子式 CH
OH ，相对分子质量 32.04 。
3
1.3.1 物理性质
常温常压下纯甲醇是无色透明、易流动、易挥发的可燃液体，密度比水小，具有与乙醇相似的气味，具有很强的毒性和良好的溶解性。
在标准状况下，甲醇的饱和蒸汽压并不高，但随着温度的升高却急剧增高。
⑴甲醇的物理常数
沸点：64.5～64.7 ℃ (0.1013 MPa)
凝固点：-97～97.8 ℃
自燃点：473～461 ℃
相对密度：0.7915 (20 ℃)
粘度：液体：0.0005945Pa.S (20 ℃)
气体：0.0000114Pa.S (65 ℃)
闪点：12～16 ℃
折光系数：1.32874 (20 ℃)
膨胀系数：0.00119 1/ ℃
表面张力：0.00221kg/m (20 ℃)
蒸汽压力： -44 ℃ 131.45 Pa 20 ℃ 11825.48 Pa -20 ℃ 839.9 Pa 50 ℃ 50888.2 Pa
0 ℃ 3572.98 Pa 64.5 ℃ 101323.2 Pa
10 ℃ 6679.3 Pa 100 ℃ 320634.6 Pa
⑵甲醇的热力学常数
临界压力：0.076985 Pa
临界温度：240 ℃
燃烧热：726.55 kJ/mol (25 ℃)
蒸发潜热：1129.5 kJ/kg
液体热容：2.49～2.53 kJ/kg (20～25 ℃）
气体热容：1.63 kJ/kg (77 ℃)
1.3.2 化学性质
甲醇不具酸性，也不具碱性，对酚酞和石蕊试液均呈中性
⑴氧化反应
完全氧化：CH
3OH+2
3
O
2
→CO
2
+2H
2
O +726.55 kJ/mol
不完全氧化：CH
3OH+2
1
O
2
→HCHO+H
2
O +159 kJ/mol
⑵脱氢反应
CH
3OH→HCHO+H
2
-86.38 kJ/mol
⑶与有机酸反应
CH
3OH+CH
3
COOH→CH
3
COOCH
3
+H
2
O
⑷与无机酸反应
CH
3OH+HCl→CH
3
Cl+H
2
O
CH
3OH+H
2
SO
4
→CH
3
SO
2
OH+H
2
O
⑸与氨反应生成甲胺
CH
3OH+NH
3
→CH
3
NH
2
+H
2
O+20.75 kJ/mol
2CH
3OH+NH
3
→(CH
3
)
2
NH+2H
2
O+60.88 kJ/mol
3CH
3OH+NH
3
→(CH
3
)
3
N+3H
2
O+407.35 kJ/mol
⑹与苯作用生成甲苯
CH
3OH+C
6
H
6
→C
6
H
5
CH
3
+H
2
O
⑺与CO 作用生成醋酸
CH
3OH+CO→CH
3
COOH
⑻与乙炔作用
CH
3OH+C
2
H
2
→CH
3
OCHCH
2
⑼与金属Na作用
2CH
3OH+2Na→2CH
3
ONa+H
2
⑽与苯胺作用，生成二甲基苯胺
2CH
3OH+ C
6
H
5
NH
2
→C
6
H
5
N(CH
3
)
2
+2H
2
O
甲醇在工业上的用途远不止这些，还有许多重要的用途正在研究开发中。例如,甲醇可以裂解制氢用于燃料电池，甲醇通过ZSM-5分子筛催化剂转化为汽油已经工业化，甲醇加一氧化碳加氢可以合成乙醇，甲醇可以裂解制烯烃等。随着科学技术的发展，以甲醇为原料生产各种有机化工产品的新运用领域正在不断的被开发出来，其地位将会更加重要。
1.4 甲醇的生产方法
1.4.1 由CO和H2合成甲醇
用CO和H
2
在加热压力下，在催化剂作用下合成甲醇。其中包括高压法（340～420 ℃，30～50 MPa 用Zn-Cr催化剂）；中压法（235～275 ℃，10 MPa左右，用Cu-Zn-Al 催化剂）；低压法（220～280 ℃，5 MPa左右，用Cu-Zn-Cr催化剂）及联醇（220～270 ℃，10～13 MPa）。
1.4.2 其他合成方法
⑴甲烷直接氧化法
在催化剂作用下发生，2CH
4+O
2
→2CH
3
OH
⑵液化石油气氧化法
2车间布置
2.1设计依据
2.1.1常用的设计规范和规定
[1]建筑设计防火规范GBJ16-871
[2]煤油化工企业设计防火规定YHS01-78
[3]工业企业设计卫生标准TJ36-79
[4]工业企业噪声卫生标准
[5]化工企业爆炸和火灾危险场所电力设计技术规定CD90A4-83
[6]中华人民共和国爆炸危险场所电气安全规程
2.1.2基础资料
[1]工艺和仪表流程图、管道和仪表流程图
[2] 物料衡算数据及物料性质
[3]设备一览表
[4]公用系统消耗用量，供排水，供电、供热、冷冻压缩空气和外观资料
[5]车间定员表
[6]厂区总平面布置草图
2.2车间布置
2.2.1车间组成
车间组成包括生产、辅助、生活等三部分，各部分划分如下
生产部门：原料工段，生产工段，成品工段，回收工段和控制室
辅助本部门：压缩空气、真空泵房，变电配电室，通风空调室，车间化验室，机修仪修电修室和储藏室
生活部门:办公室，休息室和厕所
2.2.2车间布置要考虑的问题
[1]最大限度的满足工艺生产包括设备维修的要求
[2]有效利用车间建筑面积和土地
[3]要为车间的技术经济指标先进合理以及节能等要求创造条件
[4]要考虑车间的发展和厂房的扩建
[5]车间中所采取的劳动保护、防腐措施是否符合要求
[6]本车间与其他车间在总平面布置图上的位置，力求室、使他们之间输送管
线最短，联系最方便
[7]建筑地区的气象、地质、水文等条件
[8]人流货流不要交错
2.3车间布置的技术问题
2.3.1厂房安排
像15万吨合成这样，生产规模较大，车间内各工段的生产特点有显著差异，需要严格分开。并且这种产品易燃易爆，有明火设备，厂房安排需采用单体式，即把原料处理、成品包装、生产工段、回收工段和控制室以及特殊设备，独立设计，分散成许多单体。
[1]厂房层数
厂房一般都设计为高单层的，这样的厂房利用率，建设费用较低，并且利于移动、拆装和改建操作，以适用工艺流程变化的需要。
[2]厂房布置
厂房平面布置其外形一般有长方形、L型和T型。其各种形状都有其有缺点，我们要根据费用、路线、采光、通风和交通等方面综合考虑。
厂房的宽度问题，生产厂房为了尽可能的利用自然采光和通风以及建筑经济上的要求，一般单层厂房的宽度不宜超过30m，厂房中的柱子布置既要便于设备排列和工人操作，又要有利于交通运输，因此单层厂房为单跨的，场内没有柱子。厂房内的安全出口，一般不宜少于两个。
2.3.2设备布置
小型的设备，一般采用室内设计，但大型设备宜采取露天布置。
露天布置的优点：
<1>节约建筑面积，节省基建投资
<2>节约土地施工工程量，加快基建进度
<3>降低厂房耐火等级，降低厂房造价
<4>有利于防火、防爆和防毒
<5>对厂房的扩建改建具有较大的灵活性
2.3.3塔的设备布置
<1>大型塔设备多数露天布置，用裙式支座直接安装于基础上。
<2>多个塔可按流程成排布置，也可根据条件具体布置，并尽可能处于同一中心
线上
<3>塔与塔的净距离一般为2m左右，塔群于框架的净距离一般为1.5m左右
<4>塔上设置公用平台，平台的宽度不小于1.2m，最下层平台高度应高出地面2.1m
以上。上下层平台最大间距为8m
<5>塔上每个人孔处需设置操作平台，以便检修塔板用
<6>塔的安装高度必须考虑塔釜泵的净正吸入压头等
<7>确定塔的管口方位
3 设计路线及催化剂
3.1设计条件
[1]粗甲醇的精馏过程，对产品质量控制要求甲醇和水分离彻底，还要降低精
甲醇中有机杂质的含量。
[2]在预精馏塔操作中，要维持适当的负荷，适宜的回流比和合理的塔内温度
分布与稳定，最关键的是进行好萃取精馏操作。
[3]主精馏塔要维持正常的操作参数提高塔的分离效率，还要控制好塔温，防
止重组分上升，连续有效采出重组分
[4]防止精馏塔加水浑浊
[5]防止精甲醇水分超标
3.2设计路线
粗醇中能溶于甲醇的烷烃类杂质大都能与甲醇形成共沸物，集中在预塔的顶部（回流冷凝液中较多），严重影响精醇的质量。为了去掉这部分杂质，在操作时加20%左右的冷凝水（占入料量），于预塔回流液收集槽中进行萃取。由于水的加入把回流液稀释，使溶于液内的烃类呗萃取出来，形成油状物和回流液分层，浮于液面上，从槽内引出即为甲醇油。对于不溶于水的烃类，可以从回流液中采出，即为低沸点初馏物。这样能更好的使预后甲醇液中低沸点杂质脱除干净。
本设计采取双塔流程，轻馏分在预塔分离出来，精甲醇、高沸点物和残液在主塔分离出来。从主塔回流液踩出的低沸点物引回预塔，进一步回收甲醇。
3.3催化剂
低压合成甲醇的过程中，所有反应都是在催化剂作用下进行的，各工序使用催化剂见表3—1
表 3—1 甲醇合成工序催化剂
3.3.1 铜基催化剂(CuO,ZnO,Al2O3的组合)
铜基催化剂大多数采用共沉淀法制备，使用需进行还原，使用温度在280 ℃左右。温度过高会造成其失活。因此使用中应防止温度过大的波动。目前，国内有C-207系，C-301系和CNJ-202系；国外有英国I.C.I的51-1型，前苏联的CHM-1型和BASF等。
3.3.2 催化剂失活机理
催化剂中毒，一般认为是“毒素”在催化剂表面生成薄膜，使表面失去活性，能
使铜基催化剂中毒的毒素有：CS
2，H
2
S，Cl
2
，Br
2
，P，As，Pb等。
3.3.3 催化剂的使用和维护
资料显示，每吨催化剂约能生产500～600吨粗甲醇，催化剂成本中，催化剂占5～7%。
因此正确使用催化剂，延长其寿命是必要的，具体方法如下：
1 加强进料气净化
2 正确制订和严格执行催化剂的还原方案
3 减少摩擦，
4 撞击，
5 填充均匀
6 选用合适的反应器
7 控制合成塔生产负荷
4 甲醇精馏工艺的计算
4.1预塔物料及热量平衡
4.1.1物料衡算
预塔操作条件：入塔粗醇中含轻馏分0.7%(以二甲醚计)，甲醇含量93.4%，水含量5.9%（包括乙醇、烷烃等杂质）。精甲醇耗碱量0.1kg/t,将烧碱配置成含NaOH8%~10%溶液连续补入预塔中。
[1]进料量
(1) 粗醇的流量=150000000kg/300×24h=20833kg/h
(2) 甲醇=粗醇的流量×甲醇含量=20833kg/h×93.4%=19458kg/h
(3) 水=粗醇的流量×粗甲醇的含水量=20833kg/h×5.9%=1229.1kg/h
(4）烧碱=粗甲醇的流量×碱耗量=20.833×0.1=2.08 kg/h
(5）烧碱带水量=碱液量-烧碱量=2.083/10%-2.08=18.75 kg/h
(6) 软水（蒸汽冷凝水）量：按粗醇量的20%计算。
粗醇的流量×20%-补入烧碱带入的水量=20833×20%-18.75=4147.85 kg/h (7）轻馏分量=粗醇的流量*轻馏分含量=20833×0.7%=145.8 kg/h
(8）主塔来的低沸点物量=预塔进料×3%=20833×3%=625 kg/h
[2]出料量
（1）甲醇 19458 kg/h
(2)水(包括乙醇、烷烃等) 1229.1+18.75+4147.85=7200.21 kg/h （3）烧碱 2.08kg/h
（4）轻馏分 145.8 kg/h
（5）初馏物 625 kg/h
预塔物料衡算图
表一预塔全塔物料平衡表
4.1.2热量衡算
预塔操作条件：
塔顶温度62℃；塔底温度78℃；进料温度65℃；回流液温度60℃；回流比=回流量/进料量=0.75
[1]预塔全塔热量平衡计算
（1）带入热量：Q 入热=Q 粗甲醇+Q 软水+Q 回流液+Q 低沸点物+Q 加热蒸汽
表二 预塔物料带入热量
入热186679.43389583.6334505.71076756.975668.992424855.96103850加热
蒸
=7521900.62+Q 加热
（2）带出热量：：Q 出热=Q 二甲醚+Q 预后甲醇+Q 回流液+Q 初馏物+Q 热损失
表三 预塔物料带出热量
出热入热
=24387905+0.05Q 入热
因Q 入热=Q 出热
故7521900.62+Q
加热=24387905+0.05Q
入热
得 Q
加热
=18149578.33kJ/h
则由塔底部循环蒸发器加入的蒸汽量为
18149578.33/2118.62=8566.7kg/h
每吨粗甲醇脱除轻馏分所需的蒸汽量为
塔底蒸汽量/粗醇的流量=8379.84/20833
=0.41t/t
表四预塔热量平衡表
4.1.3冷却水用量的计算
从预塔蒸馏出来的甲醇蒸汽含轻馏分和初馏分，进预塔冷凝器，通过冷却水用量控制冷却温度，达到分离甲醇、轻馏分和初馏分的目的。甲醇作为回流液返回系统，轻馏分以气态形式排除，初馏物采出后进油水槽。
[1]热量衡算
（1）物料带入热Q
入热=Q
预后甲醇
+Q
回流液
+Q
初馏物
=100173.348+17700002.9+758068.75 =18558245 kJ/h
（2）物料带出热Q
出热=Q
二甲醚
+Q
回流液
+Q
初馏物
+Q
热损失
其中Q
回流液
=回流量×甲醇比热容×温度
=14593.5×2.68×62
=2346634.8 kJ/h
Q
初馏物
=初馏分量×甲醇比热容×温度
=625×2.68×62
=103850 kJ/h
Q
二甲醚
=轻馏分量×（二甲醚比热容×温度+二甲醚气冷凝热） =145.8×（2.64×62+523.38）
=100173.348 kJ/h
Q
热损失=0.05Q
入热
=0.05×25671478.93
=1283573.95 kJ/h
于是Q
出热
=2424855.96+103850+100173.348+1283573.95 =3912453.258kJ/h
[2]冷却水用量
物料带入热量与物料带出热量之差，所余热量由水冷却。冷却水进冷凝器温度为31℃；出冷凝器温度为40℃。
于是Q
余热
=Q
入热
-Q
出热
=18558245-3912453.258
=14645791.74 kJ/h
则用水量G
1
=14645791.74 /(40-31)×1000×4.187
=388.66/h
每吨粗醇脱除轻馏分需冷却水用量为
G’
1= G
1
/粗醇流量=388.66/20.833=18.66t/ 主
4.2主塔物料及热量平衡
4.2.1进料量：包括预后甲醇和回流液
（1）主塔进料量=预塔总出料量-轻馏分-预塔出馏物
=25626.58-145.8-625
=24855.78 kg/h
(2)回流液量：回流比取进料量的2倍，即29187 kg/h
总进料量=主塔进料量+回流液量
=24855.78+29187=54042.78 kg/h
4.2.2出料量
精馏工序所有产品都在主塔中全部分离完成。主要有精甲醇、低沸点物、高沸点采出、残液和不凝性气体放空。
从物料平衡角度看，粗醇中的甲醇就是精甲醇，但实际生产中预塔出馏物采出、主塔高沸点物采出与残液中含的甲醇，应从精甲醇中除掉，剩余部分才是成品精甲醇。
在以铜基催化剂的双塔精馏工艺中合成粗甲醇的高沸点杂质容易在主塔内积累，被提到塔的上层，在成品采出时易混到精甲醇中，影响成品甲醇的纯度和使甲醇浑浊。所以在操作过程中必须连续从塔的中下部采出，采出量为预塔进料的2-3%，计算时以3%计算。
（1）高沸点采出量：物中含甲醇83%,水及其它高沸物为17%。则采出量为预塔进料量×3%=20833×3%=625kg/h
其中含甲醇=625×83%=518.75 kg/h
含水=625×17%=106.25 kg/h
（2）低沸点采出量：物中含甲醇97.93%-99%，油溶性性杂质1-2.07%，计算时以100%甲醇计，占预塔进料的3%。其采出量为
预塔进料×3%=20833×3%=625kg/h
（3）残液排放量：包括水、碱、甲醇及高沸点物等，其中甲醇含1%，计算时以水计。
设残液排放量为X kg/h,则方程式为
X=预后甲醇中的水量+碱量+残液中甲醇含量-高沸点物采出甲醇中水含量=5395.7+2.08+0.01X-106.25
解的 X=5344.98kg/h
其中含甲醇=1%X=53.45kg/h
（4）成品精甲醇量：即采出精甲醇量
精甲醇量=预后甲醇量-低沸点物采出量-高沸点物采出量中甲醇含量-残液中甲醇含量 =19458-625-518.75-53.45
=18260.8 kg/h
4.2.3物料衡算
表五主塔进出物料平衡表
油水槽和残液中，所以在双塔工艺中提高粗醇的质量，加强精馏操作，减少预塔出馏物和主塔低沸点物、高沸点物的采出，可以大幅度减低甲醇成本，从而提高甲醇的产量。
主塔物料衡算图
4.2.4热量平衡
已知条件：塔顶温度66℃，塔底温度112℃，回流液温度63℃，进料温度86℃，成品精甲醇温度67℃，高沸物温度74℃，低沸物温度63℃。
[1]主塔全塔热量平衡计算
（1）带入热量：Q
入热=Q
预后甲醇
+Q
回流液
+Q
加热蒸汽
（2）带出热量：Q
出热=Q
成品精甲醇
+Q
残液
+Q
回流液
+Q
热损失
表六主塔全塔带入热量计算表
一、精馏 1.1概念 一种利用回流使液体混合物得到高纯度分离的蒸馏方法，是工业上应用最广的液体混合物分离操作，广泛应用于石油、化工、轻工、食品、冶金等部门。精馏操作按不同方法进行分类。根据操作方式，可分为连续精馏和间歇精馏；根据混合物的组分数可分为二元精馏和多元精馏。根据是否在混合物中加入影响汽液平衡的添加剂，可分为普通精馏和特殊精馏。（包括萃取精馏、恒沸精馏、加盐精馏）。若精馏过程伴有化学反应，则成为反应精馏。1.2精馏原理 双组分混合液的分离是最简单的精馏操作。典型的精馏设备是连续精馏装置（图1），包括精馏塔、再沸器、冷凝器等精馏塔供汽液两相接触进行相际传质，位于塔顶的冷凝器使蒸汽得到部分冷凝，部分分凝液作为回流液返回塔顶，其余馏出液是塔顶产品。位于塔底的再沸器使液体部分汽化，蒸汽沿塔上升，余下的液体作为塔底产品。进料加在塔的中部,进料中的液体和上塔段来的液体一起沿塔下降,进料中的蒸气和下塔段来的蒸气一起沿塔上升。在整个精馏塔中，汽液两相逆流接触，进行相际传质。液相中的易挥发组分进入汽相，汽相中的难挥发组分转入液相。对不形成恒沸物的物系，只要设计和操作得当，馏出液将是高纯度的易挥发组分，塔底产物将是高纯度的难挥发组分。进料口以上的塔段，把上升蒸气中易挥发组分进一步提浓，称为精馏段；进料口以下的塔段，从下降液体中提取易挥发组分,称为提馏段。两段操作的结合,使液体混合物中的两个组分较完全地分离，生产出所需纯度的两种产品。当使n组分混合液较完全地分离而取得n个高纯度单组分产品时，须有n-1个塔。 精馏之所以能使液体混合物得到较完全的分离，关键在于回流的应用。回流包括塔顶高浓度易挥发组分液体和塔底高浓度难挥发组分蒸气两者返回塔中。汽液回流形成了逆流接触的汽液两相，从而在塔的两端分别得到相当纯净的单组分产品。塔顶回流入塔的液体量与塔顶产品量之比，称为回流比，它是精馏操作的一个重要控制参数，它的变化影响精馏操作的分离效果和能耗。 1.3工业上的应用 化工生产中所处理的原料、中间产物、粗产品等几乎都是混合物，而且大部分是均相物系。为进一步加工和使用，常需要将这些混合物分离为较纯净或几乎纯态的物质。精馏是分离均相液体混合物的重要方法之一，属于气液相间的相际传质过程。在化工生产中，尤其在石油化工、有机化工、高分子化工、精细化工、医药、食品等领域更是广泛应用。 1.4分类 工业上精馏过程有多种分类方法，见下表
甲醇-水分离过程板式精馏塔的设计 1.设计方案的确定 本设计任务为分离甲醇和水混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。设计中采用泡点进料，将原料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷凝冷却后送至储罐。该物系属易分离物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的1.8倍。塔釜采用间接蒸汽加热①。 2.精馏塔的物料衡算 2.1.原料液及塔顶、塔顶产品的摩尔分率 甲醇的摩尔质量M A=32.04kg/kmol 水的摩尔质量M B=18.02 kg/kmol x F= 0.46/32.04 0.324 0.46/32.040.54/18.02 = + x D= 0.95/32.04 0.914 0.95/32.040.05/18.02 = + x W= 0.03/32.04 0.0171 0.03/32.040.97/18.02 = + 2.2.原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 M F=0.324*32.04(10.324)*18.0222.56 +-=kg/kmol M D=0.914*32.04(10.914)*18.0230.83 -=kg/kmol M W=0.0171*32.04(10.0171)*18.0218.26 +-=kg/kmol 2.3.物料衡算 原料处理量F= 30000*1000 184.7 24*300*22.56 =kmol/h 总物料衡算184.7=D+W 甲醇物料衡算184.7*0.324=0.914D+0.0171W 联立解得D=63.21 kmol/h W=121.49 kmol/h 3.塔板数的确定 3.1.理论塔板层数N T的求取 3.1.1.由手册查的甲醇-水物系的气液平衡数据
目录 设计任务书 一、概述 1、精馏操作对塔设备的要求和类型 (4) 2、精馏塔的设计步骤 (5) 二、精馏塔工艺设计计算 1、设计方案的确定 (6) 2、精馏塔物料衡算 (6) 3、塔板数的确定 (7) 的求取 (7) 3.1理论板层数N T 3.2实际板层数的求取 (8) 4、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 4.1操作温度的计算 (11) 4.2平均摩尔质量的计算 (11) 4.3平均密度的计算 (12) 4.4液相平均表面张力计算 (12) 4.5液体平均粘度计算 (13) 5、精馏塔塔体工艺尺寸计算 5.1塔径的计算 (14) 5.2精馏塔有效高度的计算 (15) 6、塔板主要工艺尺寸计算 6.1溢流装置计算 (16) 6.2塔板的布置 (17) 6.3浮阀计算及排列 (17) 7、浮阀塔流体力学性能验算 (19) 8、塔附件设计 (26) 7、精馏塔结构设计 (30)
7.1设计条件 (30) 7.2壳体厚度计算………………………………………………… 7.3风载荷与风弯矩计算………………………………………… 7.4地震弯矩的计算………………………………………………… 三、总结 (27) 化工原理课程设计任务书 一、设计题目: 甲醇-水溶液连续精馏塔设计 二、设计条件: 年产量: 95%的甲醇17000吨 料液组成(质量分数): (25%甲醇，75%水) 塔顶产品组成(质量分数): (95%甲醇，5%水) 塔底釜残液甲醇含量为6% 每年实际生产时间: 300天/年,每天24小时连续工作 连续操作、中间加料、泡点回流。 操作压力：常压 塔顶压力4kPa(表压) 塔板类型：浮阀塔 进料状况：泡点进料 单板压降：kPa 7.0 厂址：安徽省合肥市 塔釜间接蒸汽加热，加热蒸汽压力为0.5Mpa 三、设计任务 完成精馏塔的工艺设计,有关附属设备的设计和选型,绘制精馏塔系统工艺流程图和精馏塔装配图,编写设计说明书. 设计内容包括： 1、 精馏装置流程设计与论证 2、 浮阀塔内精馏过程的工艺计算 3、 浮阀塔主要工艺尺寸的确定 4、 塔盘设计 5、 流体力学条件校核、作负荷性能图 6、 主要辅助设备的选型 四、设计说明书内容 1 目录 2 概述(精馏基本原理) 3 工艺计算 4 结构计算 5 附属装置评价 6 参考文献 7 对设计自我评价 摘要：设计一座连续浮阀塔，通过对原料，产品的要求和物性参数的确定及对主
化学与化学工程学院 《化工原理》专业课程设计 设计题目常压甲醇－水筛板精馏塔设计 姓名：潘永春 班级：化工101 学号： 2010054052
指导教师：朱宪 荣 课程设计时间2013、6、8——2013、6、20 化工原理课程设计任务书 专业：化学与化学工程学院：化工101 姓名：潘永春 学号 20100054052 指导教师朱宪荣 设计日期： 2013 年6月8日至 2013年6月20日 一、设计题目：甲醇－水精馏塔的设计 二、设计任务及操作条件： 1、设计任务 生产能力（进料） 413.34Kmol/hr 操作周期 8000小时/年 进料组成甲醇0.4634 水0.5366（质量分率下同） 进料密度 233.9Kg/m3 平均分子量 22.65 塔顶产品组成 >99% 塔底产品组成 <0.04% 2、操作条件 操作压力 1.45bar （表压） 进料热状态汽液混合物液相分率98% 冷却水 20℃ 直接蒸汽加热低压水蒸气 塔顶为全凝器，中间汽液混合物进料，连续精馏。 3、设备形式筛板式或浮阀塔
4、厂址齐齐哈尔地区 三、图纸要求 1、计算说明书（含草稿） 2、精馏塔装配图（1号图，含草稿） 一．前言5 1.精馏与塔设备简介 5 2.体系介绍 5 3.筛板塔的特点 6 4.设计要求: 6 二、设计说明书7 三．设计计算书8 1.设计参数的确定8 1.1进料热状态8 1.2加热方式8 1.3回流比（R）的选择8 1.4 塔顶冷凝水的选择 8 2.流程简介及流程图 8 2.1流程简介8 3.理论塔板数的计算与实际板数的确定9 3.1理论板数计算9 3.1.1物料衡算9 3.1.2 q线方程9 3.1.3平衡线方程10 3.1.4 Rmin和R的确定10 3.1.5精馏段操作线方程的确定10 3.1.6精馏段和提馏段气液流量的确定10 3.1.7提馏段操作线方程的确定10 3.1.8逐板计算10 3.1.9图解法求解理论板数如下图: 12 3.2实际板层数的确定12 4精馏塔工艺条件计算12 4.1操作压强的选择12 4.2操作温度的计算13
设计条件如下： 操作压力：105.325 Kpa（绝对压力） 进料热状况：泡点进料 回流比：自定 单板压降：≤0.7 Kpa 塔底加热蒸气压力：0.5M Kpa（表压） 全塔效率：E T=47% 建厂地址：武汉 [ 设计计算] （一）设计方案的确定 本设计任务为分离甲醇- 水混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。设计中采用泡点进料，将原料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷却后送至储罐。 该物系属易分离物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的2 倍。塔釜采用间接蒸气加热，塔底产品经冷却后送至储罐。 （二）精馏塔的物料衡算 1、原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 甲醇的摩尔质量：M A=32 Kg/Kmol 水的摩尔质量：M B=18 Kg/Kmol x F=32.4% x D=99.47% x W=0.28% 2、原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 M F= 32.4%*32+67.6%*18=22.54 Kg/Kmol M D= 99.47*32+0.53%*18=41.37 Kg/Kmol M W= 0.28%*32+99.72%*18=26.91 Kg/Kmol 3、物料衡算 3 原料处理量：F=（3.61*10 3）/22.54=160.21 Kmol/h 总物料衡算：160.21=D+W 甲醇物料衡算：160.21*32.4%=D*99.47%+W*0.28% 得D=51.88 Kmol/h W=108.33 Kmol/h （三）塔板数的确定 1、理论板层数M T 的求取 甲醇-水属理想物系，可采用图解法求理论板层数 ①由手册查得甲醇-水物搦的气液平衡数据，绘出x-y 图（附表） ②求最小回流比及操作回流比 采用作图法求最小回流比，在图中对角线上，自点e（0.324 ，0.324）作垂线ef 即为进料线（q 线），该线与平衡线的交战坐标为（x q=0.324,y q=0.675） 故最小回流比为R min= （x D- y q）/（ y q - x q）=0.91 取最小回流比为：R=2R min=2*0.91=1.82 ③求精馏塔的气、液相负荷 L=RD=1.82*51.88=94.42 Kmol/h V=（R+1）D=2.82*51.88=146.30 Kmol/h
1.4.2 甲醇精馏的典型工艺流程甲醇精馏产生工艺有多种，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) (1) 单塔流程描述 采用铜系催化剂低压法合成甲醇,由于粗甲醇中不仅还原性杂质的含量大大减少,而且二甲醚的含量几十倍地降低,因此在取消化学净化的同时,可将预精馏及甲醇-水-重组分的分离在一台主精馏塔内同时进行,即单塔流程,就能获得一般工业上所需要的精甲醇。单塔流程更适用于合成甲基燃料的分离,很容易获得燃料级甲醇。 单塔流程(见图1.1)为粗甲醇产品经过一个塔就可以采出产品。粗甲醇塔中部加料口送入,轻组分由塔顶排出,高沸点的重组分在进料板以下若塔板处引出,水从塔底排出,产品甲醇在塔顶以下若干块塔板引出。 (2) 双塔流程描述 双塔工艺是由脱醚塔,甲醇精馏塔或者主塔组成。主塔在工厂中产量在100万吨/年以下,仅仅能提供简单的过程,所以设备和投资较低。 传统的工艺流程，是最早用于30MPa压力下以锌铬催化剂合成粗甲醇的精制。主要步骤有：中和、脱醚、预精馏脱轻组分杂质、氧化净化、主精馏脱水和重组分，最终得到精甲醇产品。在传统工艺流程上，取消脱醚塔和高锰酸钾的化学净化，只剩下双塔精馏(预精馏塔和主精馏塔)。其高压法锌铬催化剂合成甲醇和中、低压法铜系催化剂合成甲醇都可适用。 从合成工序来的粗甲醇入预精馏塔，此塔为常压操作。为了提高预精馏塔后甲醇的稳定性，并尽可能回收甲醇，塔顶采用两级冷凝。塔顶经部分冷凝后的
大部分甲醇、水及少量杂质留在液相作为回流返回塔，二甲醚等轻组分(初馏分)及少量的甲醇、水由塔顶逸出，塔底含水甲醇则由泵送至主精馏塔。主精馏塔操作压力稍高于预精馏塔，但也可以认为是常压操作，塔顶得到精甲醇产品，塔底含微量甲醇及其它重组分的水送往水处理系统（见图1.2）。 (3) 三塔流程描述 三塔工艺是由脱醚塔，加压精馏塔和常压精馏塔组成，形成二效精馏与二甲醇精馏塔甲醇产品的镏出物的混合物。三塔流程（见图1.3）的主要特点是，加压塔塔顶冷凝潜热用作常压塔塔釜再沸器的热源，形成双效精馏二效精馏，因此热量交换在加压塔顶部和常压塔底部之间进行。这种形式节省大约30%~40%的能源，同时降低了循环冷却水的速度。 从合成工序来的粗甲醇入预精馏塔，在塔顶除去轻组分及不凝气，塔底含水甲醇由泵送加压塔。加压塔操作压力为57bar(G)，塔顶甲醇蒸气全凝后，部分作为回流经回流泵返回塔顶，其余作为精甲醇产品送产品储槽，塔底含水甲醇则进常压塔。同样，常压塔塔顶出的精甲醇一部分作为回流，一部分与加压塔产品混合进入甲醇产品储槽。 (4) 四塔流程描述 四塔流程（见图1.4）包含预精馏塔、加压精馏塔、常压精馏塔和甲醇回收塔。粗甲醇经换热后进入预精馏塔，脱除轻组分后(主要为不凝气、二甲醚等)，塔底甲醇及高沸点组分加压后进入加压精馏塔，加压精馏塔顶的气相进入冷凝蒸发器，利用加压精馏塔和常压精馏塔塔顶、塔底的温差，为常压塔塔底提供热源，同时对加压塔塔顶气相冷凝。冷凝后的精甲醇进入回流罐，一部分作为加压塔回流，一部分作为精甲醇产品出装置，加压塔塔底的甲醇、高沸组分、
甲醇精馏工艺流程 由合成工序闪蒸槽来的粗甲醇在正常情况下直接进入本工序的粗甲醇预热器（E11101）预热至65℃后进入预精馏塔（T11101）（在非正常情况下，粗甲醇来自甲醇罐区粗甲醇储槽，经粗甲醇泵加压后进粗甲醇预热器预热。粗甲醇预热器的热源来自常压塔再沸器出来的精甲醇冷凝液温度。）预精馏塔（T11101）作用是除去溶解在粗甲醇中的气体和沸点低于甲醇的含氧有机物，以及C10以下的烷烃。预精馏塔顶部出来的甲醇蒸汽温度为73.6℃，压力为0.0448MPa，塔顶出来进入预塔冷凝器Ⅰ（E11103），塔顶蒸汽中所含的大部分甲醇在第一冷凝器中被冷凝下来，流入预塔回流槽（V11103)经预塔回流泵（P11102AB）打回流。未冷凝的少部分甲醇蒸汽，低沸点的组分和不凝气进入塔顶冷凝器Ⅱ（E11104）继续冷凝，冷凝液可进入网流槽也可作为杂醇采出，不凝气经排放槽中的脱盐水吸收其中的甲醇后放空排放。用不凝气的排放量控制预精馏塔（T11101）塔顶压力，排放槽吸收液达到一定浓度后作为杂醇送入杂醇储槽或返回粗甲醇储槽重新精馏。预塔再沸器（E11102）的热源采用0.5MPa的低压饱和蒸汽。蒸汽冷凝液回冷凝液水槽（V11112）经冷凝水泵（P11110AB）送往动力站循环使用。为中和粗甲醇中的少量有机酸，在配碱槽中加入定量固体NaOH配置碱溶液储存在配碱槽（V11101）中。经碱液泵（P11101AB）进入扬碱器（V11110AB）再进入预塔回流槽（V11103）经过预塔回流泵（P11102AB）沿预精馏塔（T11101）进料管线加入预塔，控制预塔塔釜溶液PH值为9—10，预精馏塔（T11101）塔釜维持一定液位，塔釜甲醇溶液经加压塔进料泵（P11103AB）加压后进入加压塔进料预热器（E11105）预热后的甲醇进入加压塔（T11102）进料口，塔顶出来的甲醇气体温度121℃压力约0.574MPa 进过常压塔再沸器（E11107）将甲醇冷凝下来，冷凝后的甲醇液进入加压塔回流槽（V11111）。回流槽中的甲醇一部分经加压塔回流泵（P11104AB）后打回流入加压精馏塔（T11102），其余部分经粗甲醇预热器（E11101）与粗甲醇换热降温后再经精甲醇冷却器（E11110）冷却作为产品送往精甲醇中间槽（V11106）。加压塔再沸器的热源采用0.5MPa饱和蒸汽，蒸汽冷凝液回冷凝液水槽（V11112）经P11110AB冷凝水泵送往动力站循环使用。 常压塔部分：加压精馏塔（T11102）塔釜维持一定液位，甲醇溶液靠自压进入常压精馏塔（T11103）进料口，从常压精馏塔（T11103）塔顶出来的甲醇蒸汽温度气体温度为66℃，压力为0.008MPa,经常压塔冷凝器（E11108）冷凝，冷凝下来的甲醇进入常压塔回流槽（V11104），一部分经常压塔回流泵（P11105AB）打回流进入精馏塔（T11103），其余作为产品进入精甲醇冷却器（E11110）冷却到40℃送往精甲醇中间槽（V11106）,另有一部分
化工原理课程设计 一、设计题目 甲醇-水连续精馏塔的设计 二、设计条件 1、常压操作：p=１atm 2、进精馏塔的料液含甲醇61％（质量）,其余为水 3、产品的甲醇含量不得低于99％(质量) 4、残液中甲醇含量不得高于３%（质量） 5、生产能力为日处理（24h）66.5吨粗甲醇 三、设计内容 3.１:设计方案的确定及流程说明 ３.1.１:选择塔型 精馏塔属气—液传质设备。气—液传质设备主要有板式塔和填料塔两大类。该塔设计生产时日要求较大,由板式塔与填料塔比较知：板式塔直径放大时，塔板效率较稳定,且持液量较大,液气比适应范围大，因此本次精馏塔设备选择板式塔。 筛板塔是降液管塔板中结构最简单的，制造维修方便，造价低,相同条件下生产能力高于浮阀塔，塔板效率接近浮阀塔。本次设计为分离甲醇与水,所以由各方面条件考虑后，本次设计应用筛板塔。 ３.1.２：精馏方式 由设计要求知,本精馏塔为连续精馏方式 3．1.3：装置流程的确定 为获取也液相产品，采用全凝器。 含甲醇61％(质量分数)的甲醇-水混合液经过预热器,预热到泡点进料。进入精馏塔后分离，塔顶蒸汽冷凝后有一部分作为产品经产品冷却器冷却后流入甲醇贮存罐，一部分回流再进入塔中，塔底残留液给再沸器加热后，部分进入塔中，部分液体作为产品经釜液冷却器冷却后流入釜液贮存罐。 3.1．4:操作压强的选择 常压操作可减少因加压或减压操作所增加的增、减压设备费用和操作费用，提高经济效益，在条件允许下常采用常压操作，因此本精馏设计选择在常压下操作。 3．1.5:进料热状态的选择 泡点进料时，塔的操作易于控制，不受环境影响。饱和液体进料时进料温度不受季节、气温变化和前段工序波动的影响,塔的操作比较容易控制。此外，泡点进料,提馏段和精馏段塔径大致相同,在设备制造上比较方便。冷液进塔虽可减少理论板数，使塔高降低，但精馏釜及提馏段塔径增大，有不利之处。所以根据设计要求,可采用泡点进料，q＝1。 3.1．６：加热方式 本次采用间接加热,设置再沸器 3.1.7:回流比的选择 选择回流比,主要从经济观点出发，力求使设备费用和操作费用最低，一般经验值为：Ｒ＝(1.2~2)Rｍｉn 经后面简捷法计算对应理论板数N时,可知,R=２Rmin时,理论板数最少，所以回流比选择为最小回流比的2倍。
甲醇合成原理方法与工艺 图1煤制甲醇流程示意图 煤气经过脱硫、变换，酸性气体脱除等工序后，原料气中的硫化物含量小于0.1mg／m3。进入合成气压缩机，经压缩后的工艺气体进入合成塔，在催化剂作用下合成粗甲醇，并利用其反应热副产3.9MPa中压蒸汽，降温减压后饱和蒸汽送入低压蒸汽管网，同时将粗甲醇送至精馏系统。 一、甲醇合成反应机理 自CO加氢合成甲醇工业化以来，有关合成反应机理一直在不断探索和研究之中。早期认为合成甲醇是通过CO在催化剂表面吸附生成中间产物而合成的，即CO是合成甲醇的原料。但20世纪70年代以后，通过同位素示踪研究，证实合成甲醇中的原子来源于CO2，所以认为CO2是合成甲醇的起始原料。为此，分别提出了CO和CO2合成甲醇的机理反应。但时至今日，有关合成机理尚无定论，有待进一步研究。 为了阐明甲醇合成反应的模式，1987年朱炳辰等对我国C301型铜基催化剂，分别对仅含有CO或CO2或同时含有CO和CO2三种原料气进行了甲醇合成动力学实验测定，三种情况下均可生成甲
醇，试验说明：在一定条件下，CO和CO2均可在铜基催化剂表面加氢生成甲醇。因此基于化学吸附的CO连续加氢而生成甲醇的反应机理被人们普遍接受。 对甲醇合成而言，无论是锌铬催化剂还是铜基催化剂，其多相(非匀相)催化过程均按下列过程进行： ①扩散——气体自气相扩散到气体一催化剂界面； ②吸附——各种气体组分在催化剂活性表面上进行化学吸附； ③表面吸附——化学吸附的气体，按照不同的动力学假说进行反应形成产物； ④解析——反应产物的脱附； ⑤扩散——反应产物自气体一催化剂界面扩散到气相中去。 甲醇合成反应的速率，是上述五个过程中的每一个过程进行速率的总和，但全过程的速率取决于最慢步骤的完成速率。研究证实，过程①与⑤进行得非常迅速，过程②与④的进行速率较快，而过程③分子在催化剂活性界面的反应速率最慢，因此，整个反应过程的速率取决于表面反应的进行速率。 提高压力、升高温度均可使甲醇合成反应速率加快，但从热力学角度分析，由于CO、C02和H2合成甲醇的反应是强放热的体积 缩小反应，提高压力、降低温度有利于化学平衡向生成甲醇的方向移动，同时也有利于抑制副反应的进行。 二、甲醇合成的主要反应 (1)甲醇合成主要反应 CH3OH CO+2H CO2CH3OH+H2O 同时CO2和H2发生逆变换反应 CO 2CO+H2O
摘要 甲醇最早由木材和木质素干馏制的，故俗称木醇，这是最简单的饱和脂肪组醇类的代表物。无色、透明、高度挥发、易燃液体。略有酒精气味。分子式 C-H4-O。近年来，世界甲醇的生产能力发展速度较快。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的溶剂，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，从而开辟了由煤转换为汽车燃料的途径。近年来碳一化学工业的发展，甲醇制乙醇、乙烯、乙二醇、甲苯、二甲苯、醋酸乙烯、醋酐、甲酸甲酯和氧分解性能好的甲醇树脂等产品，正在研究开发和工业化中。甲醇化工已成为化学工业中一个重要的领域。 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是至关重要的。 本计为分离甲醇－水混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。设计中采用泡点进料，将原料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔。塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分加回流至塔，其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐，设计对其生产过程和主要设备进行了物料衡算、塔设备计算、热量衡算、换热器设计等工艺计算。 关键字：精馏泡点进料物料衡算
目录 1精馏塔的物料衡算 (2) 1.1原料液及塔顶和塔底的摩尔分率 (2) 1.2原料液及塔顶和塔底产品的平均摩尔质量 (2) 1.3物料衡算 (3) 2塔板数确定......................................... N的求取 (3) 2.1理论板层数 T 2.1.1求最小回流比及操作回流比 (3) 2.1.2求精馏塔的气、液相负荷............. 错误!未定义书签。 2.1.3求操作线方程 (4) 2.2实际板层数的求取........................ 错误!未定义书签。 3 精馏塔的工艺条件及有关物性数据计算 3.1操作压力 (5) 3.2操作温度 (5) 3.3平均摩尔质量计算 (5) 3.4平均密度计算 (6) 3.5液体平均表面力的计算 (8) 3.6液体平均粘度............................ 错误!未定义书签。4精馏塔的塔体工艺尺寸计算. (9) 4.1塔径的计算.............................. 错误!未定义书签。 4.1.1精馏段塔径计算...................................... 4.1.2 提馏段踏进计算..................................... 4.2精馏塔有效高度的计算 (12) 5 塔板主要工艺尺寸的计算 (13) 精馏段 5.1溢流装置计算............................ 错误!未定义书签。 l............................. 错误!未定义书签。 5.1.1堰长 W h (1) 5.1.2溢流堰高度 W
煤气化制甲醇工艺流程 1 煤制甲醇工艺 气化 a）煤浆制备 由煤运系统送来的原料煤干基（<25mm）或焦送至煤贮斗，经称重给料机控制输送量送入棒磨机，加入一定量的水，物料在棒磨机中进行湿法磨煤。为了控制煤浆粘度及保持煤浆的稳定性加入添加剂，为了调整煤浆的PH值，加入碱液。出棒磨机的煤浆浓度约65%，排入磨煤机出口槽，经出口槽泵加压后送至气化工段煤浆槽。煤浆制备首先要将煤焦磨细，再制备成约65%的煤浆。磨煤采用湿法，可防止粉尘飞扬，环境好。用于煤浆气化的磨机现在有两种，棒磨机与球磨机；棒磨机与球磨机相比，棒磨机磨出的煤浆粒度均匀，筛下物少。煤浆制备能力需和气化炉相匹配，本项目拟选用三台棒磨机，单台磨机处理干煤量43～ 53t/h，可满足60万t/a甲醇的需要。 为了降低煤浆粘度，使煤浆具有良好的流动性，需加入添加剂，初步选择木质磺酸类添加剂。 煤浆气化需调整浆的PH值在6～8，可用稀氨水或碱液，稀氨水易挥发出氨，氨气对人体有害，污染空气，故本项目拟采用碱液调整煤浆的PH值，碱液初步采用42％的浓度。 为了节约水源，净化排出的含少量甲醇的废水及甲醇精馏废水均可作为磨浆水。 b）气化 在本工段，煤浆与氧进行部分氧化反应制得粗合成气。 煤浆由煤浆槽经煤浆加压泵加压后连同空分送来的高压氧通过烧咀进入气化炉，在气化炉中煤浆与氧发生如下主要反应： CmHnSr+m/2O2—→mCO+（n/2-r）H2+rH2S CO+H2O—→H2+CO2 反应在6.5MPa（G）、1350～1400℃下进行。 气化反应在气化炉反应段瞬间完成，生成CO、H2、CO2、H2O和少量CH4、H2S等气体。 离开气化炉反应段的热气体和熔渣进入激冷室水浴，被水淬冷后温度降低并被水蒸汽饱和后出气化炉；气体经文丘里洗涤器、碳洗塔洗涤除尘冷却后送至变换工段。 气化炉反应中生成的熔渣进入激冷室水浴后被分离出来，排入锁斗，定时排入渣池，由扒渣机捞出后装车外运。 气化炉及碳洗塔等排出的洗涤水（称为黑水）送往灰水处理。 c）灰水处理 本工段将气化来的黑水进行渣水分离，处理后的水循环使用。 从气化炉和碳洗塔排出的高温黑水分别进入各自的高压闪蒸器，经高压闪蒸浓缩后的黑水混合，经低压、两级真空闪蒸被浓缩后进入澄清槽，水中加入絮凝剂使其加速沉淀。澄清槽底部的细渣浆经泵抽出送往过滤机给料槽，经由过滤机给料泵加压后送至真空过滤机脱水，渣饼由汽车拉出厂外。 闪蒸出的高压气体经过灰水加热器回收热量之后，通过气液分离器分离掉冷凝液，然后进入变换工段汽提塔。 闪蒸出的低压气体直接送至洗涤塔给料槽，澄清槽上部清水溢流至灰水槽，由灰水泵分别送至洗涤塔给料槽、气化锁斗、磨煤水槽，少量灰水作为废水排往废水处理。 洗涤塔给料槽的水经给料泵加压后与高压闪蒸器排出的高温气体换热后送碳洗塔循环
《化工设备设计基础》课程设计 题目：甲醇精馏塔的设计 年级：2011级 专业：化学工程与工艺 学号：0116 姓名：高鑫政 指导老师：徐琼 湖南师范大学树达学院 2014 年6 月4 日《化工设备机械基础》课程设计成绩评定栏 设计任务：甲醇精馏塔的设计 完成人：高鑫政学号：0116 评定基元评审要素评审内涵满分评分 设计说明书， 40% 格式规范 设计说明书是否符合 规定的格式要求 10 内容完整 设计说明书是否包含 所有规定的内容 10 设计方案 选材是否合理标准件 选型是否符合要求 10 工艺计算 过程 工艺计算过程是否正 确、完整和规范 10 设计图纸， 30% 图纸规范 图纸是否符合规范、标 注清晰 10 与设计吻合 图纸是否与设计计算 的结果完全一致 15
图纸质量设计图纸的整体质量 的全面评价 5 答辩成绩， 30% PPT质量 PPT画面清晰，重点突 出 10 内容表述答辩表述是否清楚10 回答问题回答问题是否正确10 100 评阅人签名：总分： 评分说明：储罐设计作品的总分=（设计说明书成绩+设计图纸成绩）*0.9+答辩成绩 塔设备设计作品的总分=设计说明书成绩+设计图纸成绩+答辩成绩 设计任务书(十六) 题目：甲醇精馏塔的设计 设计内容： 根据给定的工艺参数设计一筛板塔，具体包括塔体、裙座材料的选择；塔体及封头的壁厚计算及其强度、稳定性校核、筒体和裙座的水压试验应力校核、裙座结构设计及强度校核；塔设备的结构设计；基础环、地脚螺栓计算等 已知工艺参数： 塔体内径/mm 2000 塔高/mm 31000 计算压力/MPa 1.2 设计温度/o C 200 设置地区长沙地震设防烈度8 场地土类Ⅱ类设计地震 分组第二组设计基本地震 加速度 0.2g 地面粗糙度B类塔盘数52 塔盘存留介质100
年产28万吨甲醇精馏工段工艺设计 Design of an annual output of 280000 tons of Methanol Distillation Process 目录 摘要 .................................................................................................................. 错误！未定义书签。Abstract ......................................................................................................... 错误！未定义书签。第一章绪论.. (1) 1.1 甲醇的性质 (1) 1.1.1 甲醇的物理性质 (1) 1.1.2 甲醇的化学性质 (1) 1.2 甲醇的用途 (1) 1.3 甲醇工业的发展及现状 (2) 1.3.1 甲醇的消费量 (2) 1.3.2 世界甲醇工业发展概况 (2) 1.3.3 中国甲醇工业发展概况与发展前景 (5) 1.4 甲醇精馏方法的选择 (6) 1.4.1 甲醇精馏的概述 (6) 1.4.2 甲醇精馏方法 (7)
第二章精馏工艺流程的设计 (8) 2.1 甲醇精馏工艺流程比较 (8) 2.1.1 铜基催化剂合成粗甲醇的单塔精馏 (8) 2.1.2 铜基催化剂合成粗甲醇的双塔精馏 (9) 2.1.3 铜基催化剂合成粗甲醇的三塔精馏 (10) 2.2 精馏设备的选择 (11) 2.2.1 精馏塔的介绍和选择 (11) 2.2.2 其他部分设备的介绍 (15) 第三章工艺计算 (15) 3.1 物料衡算 (15) 3.1.1 预精馏塔的物料衡算 ........................................................ 错误！未定义书签。 3.1.2 主塔的物料平衡计算 ........................................................ 错误！未定义书签。 3.2 能量衡算................................................................................ 错误！未定义书签。 3.2.1 预塔的热量衡算................................................................. 错误！未定义书签。 3.2.2 加压塔的热量衡算............................................................. 错误！未定义书签。 3.2.3 常压塔的热量衡算............................................................. 错误！未定义书签。 3.2.4 精馏系统能量结果汇总 .................................................... 错误！未定义书签。第四章精馏塔设计...................................................................... 错误！未定义书签。 4.1 基础数据................................................................................ 错误！未定义书签。 4.2 塔板数的计算........................................................................ 错误！未定义书签。 4.2.1 处理能力............................................................................. 错误！未定义书签。 4.2.2 最小理论板数..................................................................... 错误！未定义书签。 4.2.3 最小回流比......................................................................... 错误！未定义书签。 4.2.4 进料位置 (16)
《化工原理课程设计》报告 10000kg/h 甲醇~水 精馏装置设计
一、概述 (3) 1.1 设计依据 (3) 1.2 技术来源 (3) 1.3 设计任务及要求 (3) 二、计算过程 (4) 1 设计方案及设计工艺的确定 (4) 1.1 设计方案 (4) 1.2.设计工艺的确定 (4) 1.3、工艺流程简介 (4) 2. 塔型选择 (5) 3. 操作条件的确定 (5) 3.1 操作压力 (5) 3.2 进料状态 (5) 3.3加热方式的确定 (6) 3.4 热能利用 (6) 4. 有关的工艺计算 (6) 4.1精馏塔的物料衡算 (9) 4.1.1 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 (9) 4.1．2 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 (10) 4.1.3物料衡算 (10) 4.2 塔板数的确定 (10) 4.2.1 理论板层数NT的求取 (10) 4.2.3 热量衡算 (12) 4.3 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (14) 4.3.1 操作压力的计算 (14)
4.3.3 平均摩尔质量的计算 (15) 4.3.4 平均密度的计算 (15) 4.3.5 液相平均表面力的计算 (16) 4.3.6 液体平均粘度的计算 (17) 4.4 精馏塔的塔底工艺尺寸计算 (18) 4.4.1塔径的计算 (18) 4.4.2 精馏塔有效高度的计 (19) 4.5 塔板主要工艺尺寸的计算 (19) 4.5.1溢流装置的计算 (19) 4.5.2 塔板布置 (21) 4.6 筛板的流体力学验算 (24) 4.6.1 塔板压降 (24) 4.6.2 液面落差 (25) 4.6.3 液沫夹带 (26) 4.6.4 漏液 (26) 4.6.5 液泛 (27) 4.7 塔板负荷性能图 (27) 4.7.1、液漏线 (27) 4.7.2、液沫夹带线 (28) 4.7.3、液相负荷下限线 (29) 4.7.4、液相负荷上限线 (29) 4.7.5、液泛线 (29) 5.热量衡算 (32) 5.1塔顶换热器的热量衡算 (33)
1 岗位生产任务及意义 (1) 2 生产原理和工艺流程 (1) 2.1精馏原理 (1) 2.2工艺流程 (2) 3 生产操作方法 (3) 3.1正常生产时操作方法 (3) 3.2单体设备的开停车与倒车 (5) 3.3系统开车与停车 (6) 3.4停车 (8) 4 建立以岗位责任制为中心的八项管理制度 (9) 5 不正常情况及事故处理 (9) 6 安全技术要点及保安措施 (13) 7 附表 (13) 7.1设备名称代号规格性能一览表 (13) 7.2分析化验项目频次表 (20) 7.3仪表自调一览表 (20) 7.4现场仪表一览表 (21) 7.5DCS系统仪表一览表 (23)
1 岗位生产任务及意义 本岗位的任务就是脱除粗甲醇中的二甲醚等轻组分及水、乙醇等其它重组分，生产美国AA级和GB338—92高纯度级的精甲醇，经中间贮槽送往甲醇罐区，同时副产杂醇油及预塔轻馏分。废水经气提塔处理达到排放标准排放。本操作法规定了甲醇精馏岗位的生产任务，生产原理和工艺流程，正常生产操作方法和工艺指标，系统的开车与停车，异常情况及处理，安全技术要点及保安措施等内容。 本操作法适用于甲醇精馏岗位和总控岗位的工艺操作技术。 2 生产原理和工艺流程 2.1 精馏原理 甲醇精馏是根据在相同温度下，同一液体混合物中不同组分的挥发度不同,经多次部分气化和多次部分冷凝最后得到较纯的组分，实现混合物分离的操作过程。如图： 轻组分Y和重组分X混和液X f进入第一分离器，若将第一级溶液部分气化得到气相产品冷凝液，然后再将冷凝液在第二级分离器中部分气化，再经第二级冷凝器冷凝得溶液中的组分Y2必大于Y1，这种部分气化，这种部分气化部分冷凝的次数（即级数）越多，所得轻组分Y浓度越高，最后几乎可得到纯态的易挥发组分.同理，若将从各分离器所得溶液产品进行多次部分气化和分离，那么这种级数愈多，得到的溶液组分X浓度越高，最后可得到几乎纯态的难挥发组分。 就是根据这种原理，每一塔数相当一级分离器，经多次的部分气化和冷凝，会在预精馏塔中将粗甲醇中的轻组分从塔顶中除去,在加压塔和常压塔中，在塔顶得到较高纯度的精甲醇，常压塔底排出精馏残液。 给料就是在塔的适当位置将物料加入塔内,塔顶设有冷凝器,将塔顶甲醇蒸汽冷凝为液体,一部分作为回流液,一部分作为产品采出。在塔底部装有再沸器提供热量，这样蒸汽沿塔
目录 设计任务书(委托书) (2) 前言 (3) 工艺流程图 (4) 主机(精馏塔)的设计和计算 (5) 1、平衡关系图 (5) 2、R min,R的选取及N的确定 (7) 3、物料衡算 (8) 4、塔型的选择及依据 (11) 5、塔径D,塔高Z及压降△P的计算 (12) 6、计算结果列表 (15) 辅机(辅助设备)的选型计算 (16) 1、储槽(原料液储槽) 的选型计算 (16) 2、换热器的选型计算 (17) 3、泵的选型计算 (19) 4、流量计,温度计,压力计的选择 (21) 5、接管的选择 (21) 设备一览表 (23) 选用符号说明 (24) 参考文献 (25) 后记 (25)
前言 甲醇俗称木醇，是最简单的饱和脂肪族醇类的代表。分子式为CH3OH,分子量。为有特殊气味的易挥发、易燃烧的液体。有毒，人饮后能致盲。比重（20℃），沸点℃，能与水和多数有机溶剂混溶.是多种有机产品的基本原料和重要的溶剂，广泛的运用于有机合成、燃料、医药、涂料和国防等工业。随着技术的发展和能源结构的改变，甲醇有开辟了许多新的用途，如用于人工合成蛋白,可以单独或与汽油混合作为汽车燃料等。正在研究开发和工业化中，甲醇化工已成为化学工业中的一个重要的领域。 甲醇的精馏本设计中就是要将粗甲醇精制成一定纯度的精甲醇以及使排出的废水中甲醇的含量达到预定的要求。本次委托设计的精馏塔的设计要求如下：年处理量为85000吨，粗甲醇的质量浓度为％，要求出塔是甲醇的质量浓度为％，塔釜排放的废水中甲醇的质量浓度为％。由于塔顶出塔时甲醇的浓度较高，产品的质量较好，可直接送罐场；而塔釜排出液甲醇的浓度很低，可节省成本（现今甲醇市场价为1100~1300元每吨），提高经济效率，而且符合环保要求,无须再进行处理，可直接排放地沟。由于出塔的浓度要求较高，塔釜排放的釜液甲醇的含量要低，故所要求的塔分离效率要高，塔板效率也要高，采用填料塔则造价比相同处理量的板式塔更低，操作弹性大，生产能力大，压力降小等优点；且在本项设计中，物料的物性对精馏塔的操作没有影响，料液处理量也不是特别大，总的来说很适合采所以本设计采用填料塔代替传统的板式塔。 总的来说本设计符合设计要求，而且合理正确。
摘要： 填料塔为连续接触式的气液传质设备，与板式塔相比，不仅结构简单，而且具有生产能力大，分离填料材质的选择，可处理腐蚀性的材料，尤其对于压强降较低的真空精馏操作，填料塔更显示出优越性。本文以甲醇-水的混合液为研究对象，因甲醇-水系统在常压下相对挥发度相差较大，较易分离，所以此设计采用常压精馏。根据物料性质、操作条件等因素选择填料塔，此设计采用泡点进料、塔底再沸器和塔顶回流的方式，将甲醇—水进行分离的填料精馏塔。通过甲醇—水的相关数据，对全塔进行了物料衡算和热料衡算，得出精馏产品的流量、组成和进料流量、组成之间的关系，进而得到精馏塔的理论板数。分析了进料、塔顶、塔底、提馏段、精馏段的流量及其物性参数。对精馏段和提留段的塔径及填料层高度进行了计算，以确定塔的结构尺寸。对塔内管径、液体分布器、筒体壁厚进行了选型计算，从而得到分离甲醇—水混合物液的填料精馏塔。 关键词：填料塔；流量；回流比；理论板数；工艺尺寸
第一章：设计任务书 (1) 一、设计题目 (1) 二、操作条件 (1) 三、填料类型 (1) 四、设计内容 (2) 第二章：工艺设计计算 (2) 一、设计方案的确定 (2) 二、精馏塔的物料衡算 (3) 三、理论塔板数的确定 (3) 四、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (8) 五、精馏塔塔体工艺尺寸的计算 (10) 六、填料层压降的计算 (13) 七、筒体壁厚的计算 (14) 八、管径的计算 (14) 九、液体分布器简要设计 (16) 第三章：结论 (18) 一、设计感想 (18) 二、全章主要主要符号说明 (19) 三、参考资料： (20)
第一章：设计任务书 一、设计题目 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 甲醇溶液，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。为使废甲醇溶液重复利用，拟建立一套填料精馏塔，以对废甲醇溶媒进行精 馏得到含水量≤0.3%（质量分数）的甲醇溶媒。设计要求废甲醇溶媒的处理量为 4t/h,塔底废水中甲醇含量≤0.5%（质量分数）。 二、操作条件 1、操作压力为常压 2、进料热状态自选（饱和） 3、回流比自选 4、塔底加热蒸汽压力0.3MPa（表压） 三、填料类型 因甲醇溶媒中含有少量的药物固体微粒，应选用金属散装填料，以便定期拆卸和清理。填料类型和规格自选。