1、年產5萬噸甲醇雙塔精餾工藝設計the two-tower-distillation process design of 50kt/a methanol 目 錄摘要iabstractii引言1第1章 綜 述21.1 甲醇的性質和用途21.1.1 甲醇的性質21.1.2 甲醇的用途31.2 甲醇的發展狀況31.2.1 甲醇的生產工藝發展31.2.2 甲醇市場狀況41.2.3 甲醇的發展方向5第2章 工藝流程62.1 甲醇精餾工藝的概況62.1.1 精餾原理62.1.2 甲醇精餾的任務62.1.3 甲醇精餾工藝流程的選擇62.1.4 甲醇精餾設備的選擇72.1.5 甲醇精餾操作壓強的選擇92.1.6

2、 甲醇精餾物料進料熱狀態的選擇92.1.7 甲醇精餾加熱方式的選擇92.2 甲醇雙塔工藝流程說明10第3章 工藝計算123.1 物料衡算123.1.1 預塔物料衡算123.1.2 主塔物料衡算133.2 熱量衡算143.2.1 預塔的熱量衡算143.2.2 主塔的熱量衡算163.2.3 精餾系統能量結果匯總18第4章 精餾塔和接管的設計194.1 設計任務和條件：194.2 設計方案的確定194.3 塔板數的確定194.3.1 各點的甲醇摩爾分數194.3.2 處理能力204.3.3 最小理論板數nmin204.3.4 最小回流比214.3.5 理論板數214.3.6 進料位置214.3.7

3、全塔效率的估算224.3.8 實際板數224.4 精餾塔的工藝條件及有關物性數據224.4.1 操作壓力及溫度224.4.2 平均摩爾質量的計算244.4.3 平均密度及體積流量的計算244.4.4 平均粘度的計算264.4.5 平均表面張力的計算274.5 精餾塔的塔體工藝尺寸計算284.5.1 塔徑計算284.5.2 塔總體高度計算294.5.3 塔體壁厚計算314.6 塔板主要工藝尺寸的計算324.6.1 溢流裝置的計算324.6.2 塔板布置及浮閥數目與排列344.7 塔板流體力學驗算354.7.1 汽相通過浮閥塔的壓降354.7.2 淹塔364.7.3 霧沫夾帶374.8 塔板負荷性

4、能圖374.8.1 霧沫夾帶線374.8.2 液泛線384.8.3 液相負荷上限線384.8.4 漏液線394.8.5 液相負荷下限線394.9 接管計算404.9.1 進料管404.9.2 回流管414.9.3 塔底出料管414.9.4 塔頂蒸汽出料管424.9.5 塔底蒸汽進氣管424.9.6 浮閥塔設計計算結果總表42結論44致謝45參考文獻46附錄.48年產5萬噸甲醇雙塔精餾工藝設計摘要：甲醇是無色、透明、高度揮發、易燃的液體，略有酒精氣味，分子式為ch3oh。甲醇在世界基礎有機化工原料中，消費量僅次于乙烯、丙烯和苯，居第四位，因此甲醇作為重要的有機化工原料，對其質量提出了更高的要求，

5、從而甲醇的精制過程就顯得非常重要，而通過精餾操作可以將粗甲醇進行精制。精餾是利用混合液中組分揮發度的差異，實現組分高純度分離的多級蒸餾操作，即同時進行多次部分汽化和部分冷凝的過程。為了得到更純的甲醇，應選擇合理的工藝流程路線和建立一套合理的板式精餾塔，以對粗甲醇進行精餾，得到高純度的精甲醇。本次設計通過對粗甲醇精餾生產的基本情況，甲醇精餾的現實意義、目的和基本原理進行了分析，選定了以年產5萬噸甲醇雙塔精餾的產量作為設計的任務。通過對甲醇雙塔精餾工藝進行了物料衡算、能量衡算和設備的選型，以及對主要設備浮閥塔工藝尺寸進行了計算和校核，得到塔高為19.125m，塔經為1.6m，塔板數為280塊。最后

6、繪制了工藝流程圖和主塔設備圖。關鍵詞：甲醇 精餾 浮閥塔 雙塔精餾the two-tower-distillation process design of 50kt/a methanol abstract：methanol is colorless, transparent and highly volatile, flammable liquid, slightly alcohol odor, and molecular formula is ch3oh. the consumption of methanol is second only to the of ethylene, propy

7、lene and benzene, ranking fourth in basic organic chemical raw materials in the world. so the quality is require higherly as an important organic chemical raw material, therefore methanol refining process is very important, and through the distillation operation crude methanol can be refined. distil

8、lation is according to the component differences in volatility in the mixture, multistage distillation to realize high purity components and separate operation, simultaneous multiple parts vaporization and condensation process. in order to get a more pure methanol, a reasonable technological and a s

9、et of plate column process should be established.this design were analyzed through to the basic situation of the crude methanol distillation production, realistic meaning, purpose and basic principle of methanol distillation, so the towers with annual output of 50000 tons of methanol distillation wa

10、s selected as a design task. throughthe energy balance, the material balance, equipment type selection of the twin towers, and the size calculation,the result can be obtained : the height of the tower is 19.125m;the diameter of the tower is 1.6m; the plate number is 280 pieces. finally draw the proc

11、ess flow diagram and main tower equipment was drawed.key words：methanol; distillation; float valve tower; the twin towers distillation 引 言甲醇是一種重要的有機化工原料，也是清潔代用燃料，在化工、醫藥、輕工、紡織等行業具有廣泛的用途。世界基礎有機化工原料中，甲醇消費量僅次于乙烯、丙烯和苯，居第四位，近年來，隨著科學技術的發展和能源結構的改變，甲醇有未來主要燃料的候補之稱。甲醇的生產一直以較快的速度發展，隨著合成氨聯產甲醇技術的日臻成熟，許多氮肥企業采取了合成氨

12、聯產甲醇來降低成本，調整產品結構，由于聯醇生產具有一些區別于單醇的特點，粗醇的精餾也與單醇生產有著較大的區別。單醇生產中脫除的還原性物質，所采用高錳酸鉀工藝在聯醇生產中可取消（由于聯醇中還原物質少），大大簡化了精餾工藝。聯醇壓力較低反應，溫度也較低，合成過程中歧化反應明顯減少，減少精餾塔的側線采出，可以減少甚至可取消。由于粗甲醇ph一般在7左右，不加堿液還可以滿足生產需要，聯醇生產的精餾大都采用雙塔精餾流程，通過預精餾塔脫除輕餾分雜質，通過主精餾塔脫除 輕餾分雜質，通過主精餾塔脫除重餾分雜質，在主精餾塔頂部得到99.95%的甲醇產品 。甲醇是一種高能耗產品，而精餾工序的能耗占總能耗的10%30

13、% ，所以精餾的節能降耗不容忽視。雙塔精餾每噸精甲醇耗蒸汽約為1.82.0t，不少工廠消耗蒸汽量在2.0t以上。雙塔精餾工藝投資省、建設周期短、裝置簡單易于操作和管理。雖然消耗高于三塔精餾工藝，但在年產5萬噸生產規模以下時其技術經濟指標較占優勢。而在年產5萬噸生產規模以上時，宜采用三塔精餾技術，雖然一次性投資較高，但是操作費用和能耗都相對較低。本次設計的主要內容是確定粗甲醇的精餾工藝流程，然后根據原理選用合理的精餾設備并進行設計；設計的意義是通過精餾分離使甲醇純度更高，并且通過這次的畢業設計，使我對這方面的知識有了很好的理解和應用，為以后的學習和工作做了更多的知識積累，同時也提高了自己認真思考

14、，細心分析并處理問題的能力。第1章 綜 述1.1 甲醇的性質和用途1.1.1 甲醇的性質甲醇是一種透明、無色、易燃、有毒的液體，略帶酒精味。甲醇最早從木材干餾得到故又稱木醇或木精甲醇又名；其物理化學性質為：熔點-97.8，沸點64.5，閃點12.22，自燃點463.89，相對蒸氣密度1.11(空氣=1)，蒸氣壓13.33kpa(100mmhg 21.2)；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、明火或氧化劑易著火；化學分子式為ch3oh，分子為極性分子。甲醇易燃，其蒸氣與空氣能形成爆炸混合物，甲醇完全燃燒生成二氧化碳和水蒸氣，同時放出熱量1。純甲醇為無色透明略帶乙醇氣

15、味的易揮發液體，沸點65，熔點-97.8，和水相對密度為0.7915(20/4)，甲醇能和水以任意比相溶，但不形成共沸物，能和多數常用的有機溶劑(乙醇、乙醚、丙酮、苯等)混溶，并形成恒沸點混合物。甲醇能和一些鹽如cacl2、mgcl2等形成結晶化合物，稱為結晶醇如cacl2ch3oh、mgcl26ch3oh，和鹽的結晶水合物類似，甲醇蒸氣能和空氣形成爆炸性混合物，爆炸極限6.036.5%（體積）。甲醇燃燒時無煙，火焰呈藍色。甲醇具有脂肪族伯醇的一般性質,連有羥基的碳原子上的三個氫原子均可被一一氧化,或脫氫生成甲醛,再氧化成甲酸,甲酸氧化的最終產物是二氧化碳和水。試劑甲醇常密封保存在棕色瓶中置于

16、較冷處。甲醇有較強的毒性，對人體的神經系統和血液系統影響最大，它經消化道、呼吸道或皮膚攝入都會產生毒性反應，甲醇蒸氣能損害人的呼吸道粘膜和視力。急性中毒癥狀有：頭疼、惡心、胃痛、疲倦、視力模糊以至失明，繼而呼吸困難，最終導致呼吸中樞麻痹而死亡。慢性中毒反應為：眩暈、昏睡、頭痛、耳鳴、現力減退、消化障礙。甲醇攝入量超過4克就會出現中毒反應，誤服一小杯超過10克就能造成雙目失明，飲入量大造成死亡。致死量為30毫升以上，甲醇在體內不易排出,會發生蓄積，在體內氧化生成甲醛和甲酸也都有毒性。在甲醇生產工廠，中國有關部門規定，空氣中允許甲醇濃度為5mg/m3，在有甲醇氣的現場工作須戴防毒面具，廢水要處理后

17、才能排放，允許含量小于200mg/l。甲醇的中毒機理是，甲醇經人體代謝產生甲醛和甲酸（俗稱蟻酸），然后對人體產生傷害。常見的癥狀是，先是產生喝醉的感覺，數小時后頭痛，惡心，嘔吐，以及視線模糊。嚴重者會失明，乃至喪命。失明的原因是，甲醇的代謝產物甲酸會累積在眼睛部位，破壞視覺神經細胞1。甲醇中毒，通常可以用乙醇解毒法。其原理是，甲醇本身無毒，而代謝產物有毒，因此可以通過抑制代謝的方法來解毒。甲醇和乙醇在人體的代謝都是同一種酶，而這種酶和乙醇更具親和力。因此，甲醇中毒者，可以通過飲用烈性酒（酒精度通常在60度以上）的方式來緩解甲醇代謝，進而使之排出體外。而甲醇已經代謝產生的甲酸，可以通過服用小蘇打

18、（碳酸氫鈉）的方式來中和。工業上用一氧化碳和氫氣的混合氣（合成氣）在一定的條件下制備甲醇。甲醇可用做溶劑和燃料，也是一種化工原料，主要用于生產甲醛（hcho）。工業酒精里含有甲醇，但是工業酒精的主要成分還是乙醇。1.1.2 甲醇的用途目前，甲醇在有機合成工業中，是僅次于烯烴和芳烴的重要基礎有機原料。甲醇為重要的化工原料，使用范圍非常廣泛。主要用于制造甲醛、纖維素、甲基化反應、萃取劑、橡膠加速劑，也可作染料、樹脂、人造革、火漆薄膜、玻璃紙、噴漆等的溶劑以及油漆、顏料去除劑、有機合成的中間體等，也可用作燃料、焊劑。隨著技術的發展和能源結構的改變，甲醇又開辟了許多新的用途。甲醇是較好的人工合成蛋白的

19、原料，蛋白轉化率較高，發酵速度快，無毒性，價格便宜。甲醇用途廣泛，是基礎的有機化工原料和優質燃料。主要應用于精細化工，塑料等領域，用來制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲氨、硫酸二甲脂等多種有機產品，也是農藥、醫藥的重要原料之一。甲醇在深加工后可作為一種新型清潔燃料，也加入汽油摻燒。甲醇是容易輸送的清潔燃料，可以單獨或與汽油混合作為汽車燃料，用它作為汽油添加劑可起節約芳烴，提高辛烷值的作用，汽車制造也將成為耗用甲醇的巨大部門，甲醇的消費已超過其傳統用途，潛在的耗用量遠遠超過其化工用途，滲透到國民經濟的各個部門。特別是隨著能源結構的改變，甲醇有未來主要燃料的候補燃料之稱，需用量十分巨大。我國目前甲醇的產量

20、還較低，但近年來發展速度較快，近五年來甲醇的生產規模有了突飛猛進的發展。從我國能源結構出發，甲醇由煤制的技術已經成熟，近幾年由煤制甲醇的工藝已經全面工業化生產，將來在我國甲醇有希望替代石油燃料和石油化工的原料，蘊藏著潛在的巨大市場。我國甲醇工業無疑將迅速發展起來。1.2 甲醇的發展狀況1.2.1 甲醇的生產工藝發展1923年德國basf公司首先用合成氣在高壓下實現了甲醇的工業化生產，直到1965年，這種高壓法工藝是合成甲醇的唯一方法。1966年英國ici公司開發了低壓法工藝，接著又開發了中壓法工藝。1971年德國的lurgi公司相繼開發了適用于天然氣渣油為原料的低壓法工藝。由于低壓法比高壓法在

21、能耗、裝置建設和單系列反應器生產能力方面具有明顯的優越性，所以從70年代中期起，國外新建裝置大多采用低壓法工藝。世界上典型的甲醇合成工藝主要有ici工藝、lurgi工藝和三菱瓦斯化學公司(mcc)工藝。目前，國外的液相甲醇合成新工藝具有投資省、熱效率高、生產成本低的顯著優點2。我國的甲醇生產始于1957年，50年代在吉林、蘭州和太原等地建成了以煤或焦炭為原料來生產甲醇的裝置。60年代建成了一批中小型裝置，并在合成氨工業的基礎上開發了聯產法生產甲醇的工藝。70年代四川維尼綸廠引進了一套以乙炔尾氣為原料的95 kt/a低壓法裝置，采用英國ici技術。1995年12月，由化工部第八設計院和上海化工設

22、計院聯合設計的200 kt/a甲醇生產裝置在上海太平洋化工公司順利投產，標志著我國甲醇生產技術向大型化和國產化邁出了新的一步。2000年，杭州林達公司開發了擁有完全自主知識產權的jw低壓均溫甲醇合成塔技術，打破長期來被ici、lurgi等國外少數公司所壟斷擁的局面，并在2004年獲得國家技術發明二等獎。2005年，該技術成功應用于國內首家焦爐氣制甲醇裝置上。南京國昌化工科技有限公司研發的gc型軸徑向低壓甲醇合成塔技術，通過了中國石油和化學工業協會組織的鑒定。專家認為該甲醇合成塔結構新穎、設計合理，屬國內首創，填補了我國軸徑向低壓甲醇合成塔的空白。該項目為我國甲醇工業提供了一種技術先進、造價低且

23、易于大型化的新型合成裝置。該技術已于2003年底在山東久泰化工科技有限公司年產5萬噸低壓甲醇裝置上首次運用成功。1.2.2 甲醇市場狀況自2002年初以來，我國甲醇市場受下游需求強力拉動，以及生產成本的提高，甲醇價格一直呈現一種穩步上揚走勢。甲醇市場價格最高漲幅超過100%，甲醇生產的利潤相當豐厚，效益好的廠家每噸純利超過了1000元/噸，因而甲醇生產廠家紛紛擴產和新建，使得我國甲醇的產能急劇增加。目前在建或擬建的大型甲醇項目主要有：中海石油化學有限公司在海南建設的年產180萬噸甲醇項目，其中第一期工程為年產60萬噸甲醇；山西焦化集團有限公司年產12萬噸的甲醇技術改造項目；內蒙古鄂爾多斯市華建

24、能源化工有限公司的年產100萬噸甲醇項目，其中第一期工程年產40萬噸甲醇；我國陜西榆林天然氣化學工業公司在陜西榆林的30萬噸/年甲醇裝置，建成后，甲醇生產能力將增加到73萬噸/年；山東兗州煤業股份有限公司在陜西榆林投資建設年產230萬噸甲醇工程，其中一期工程為年產60萬噸甲醇；哈爾濱氣化廠的年產25萬噸的新建甲醇裝置，新裝置建成后，該廠的甲醇生產能力將接近40萬噸/年；香港建滔化工集團與重慶長壽化工園合資建造的年產75萬噸甲醇項目，重慶化醫控股（集團）公司與日本三菱化工合資興建的年產85萬噸甲醇項目，屆時重慶的甲醇總產量將達到200萬噸，長壽化工園也將成為全國最大的天然氣化工基地。據粗略統計，

25、這些新建甲醇裝置如果全部建成投產，新增加的年產能至少在500萬噸以上，將對我國甲醇市場供求關系產生明顯的影響3。1.2.3 甲醇的發展方向以甲醇為中間體的煤基化學品深加工產業：從甲醇出發生產煤基化學品是未來c1化工發展的重要方向。比如神華集團發展以甲醇為中間體的煤基化學品深加工，利用先進成熟技術，發展“甲醇醋酸及其衍生物”，利用國外開發成功的mto或mtp先進技術，發展“甲醇烯烴及衍生物”的2大系列10。作為替代燃料：近幾年，汽車工業在我國獲得了飛速發展，隨之帶來能源供應問題。石油作為及其重要的能源儲量是有限的，而甲醇燃料以其安全、廉價、燃燒充分，利用率高、環保的眾多優點，替代汽油已經成為車用

26、燃料的發展方向之一。我國政府已充分認識到發展車用替代燃料的重要性，并開展了這方面的工作。隨著c1化工的發展，由甲醇為原料合成乙二醇、乙醛和乙醇等工藝正日益受到重視。甲醇作為重要原料在敵百蟲、甲基對硫磷和多菌靈等農藥生產中，在醫藥、染料、塑料和合成纖維等工業中都有著重要的地位。甲醇還可經生物發酵生成甲醇蛋白，用作飼料添加劑，有著廣闊的應用前景4。第2章 工藝流程2.1 甲醇精餾工藝的概況2.1.1 精餾原理精餾是根據在相同溫度下，同一液體混合物中不同組分的揮發度不同，經多次部分氣化和多次部分冷凝最后得到較純的組分，實現混合物分離的操作過程。輕組分y和重組分x的混和液xf進入第一分離器，若將第一級

27、溶液部分氣化得到氣相產品冷凝液，然后再將冷凝液在第二級分離器中部分氣化，再經第二級冷凝器冷凝得溶液中的組分y2必大于y1，這種部分氣化部分冷凝的次數(即級數)越多，所得輕組分y濃度越高，最后幾乎可得到純態的易揮發組分。同理，若將從各分離器所得溶液產品進行多次部分氣化和分離，那么這種級數愈多，得到的溶液組分x濃度越高，最后可得到幾乎純態的難揮發組分5。2.1.2 甲醇精餾的任務甲醇精餾是甲醇合成的下游工序，其基本任務是將甲醇合成工段送來的粗甲醇先在預塔內精餾脫除甲醚等輕的組分，然后進入主塔進行精餾，在塔底脫除重組分，在塔頂脫除輕組分，然后在塔頂合適位置采出合格的產品。2.1.3 甲醇精餾工藝流程

28、的選擇目前，總體來說甲醇精餾的工藝大體可分為雙塔工藝流程和三塔工藝流程。（1）雙塔精餾工藝該流程為我國以前老的甲醇裝置中采用是較廣的一種精餾流程。粗甲醇先經預精餾塔，經預精餾后的含水甲醇直接由泵輸送經熱交換器后再至主精餾塔，最終在主精餾塔將甲醇與水、重組份及殘余輕組份進行有效分離一得到精甲酵產品6。（2）三塔精餾工藝三塔流程是目前甲醇生產裝置應用最廣泛的精餾工藝，粗甲醇按次序分別進入預精餾塔、加壓塔和常壓塔逆行精餾，大部分輕組份在預精餾塔去除，加壓塔和常壓塔均采出產品，約各占一半。三塔精餾與雙塔精餾的區別在于三塔精餾采用了兩個主精餾塔，一個加壓操作，一個常壓操作，利用加壓塔的塔頂蒸汽冷凝熱作為

29、常壓塔的加熱源，既節約了蒸汽，也節約了冷卻用水。每精制1t精甲醇約節約1t蒸汽，所以三塔精餾的能耗較低。三塔精餾工藝流程具有精餾能耗低、操作穩定、產品質量好等突出優點，但操作相對比較復雜。雙塔精餾工藝投資省、建設周期短、裝置簡單易于操作和管理。雖然消耗高于三塔精餾工藝，但在年產5萬噸生產規模以下時其技術經濟指標較占優勢，其節能降耗途徑可以采用高效填料來達到降低蒸汽消耗的目的。在年產5萬噸生產規模以上時，宜采用三塔精餾技術，雖然一次性投資較高，但是操作費用和能耗都相對較低，生產實踐證明雙塔精餾流程簡單、操作方便、運行穩定，能滿足甲醇生產要求。本設計是年產5萬噸故采用雙塔精餾工藝7。2.1.4 甲

30、醇精餾設備的選擇甲醇精餾工段的設備有：粗醇貯槽，精醇貯槽，雜醇油槽，各溶液輸送壓力泵、主塔、預塔、冷凝器、水冷器、預熱器、再沸器、殘液槽、地下槽、回流液槽及所屬閥門、管道、儀表等。精餾的主要設備是精餾塔，精餾塔設備一般分為板式塔和填料塔。則兩塔比較如下： （1）填料塔操作范圍較小，對于液體負荷的變化特別敏感。當液體負荷較小時，填料表面不能很好地潤濕，傳質效果急劇下降；當液體負荷過大時，容易產生液泛。板式塔具有較大的操作范圍。（2）填料塔不宜處理含固體懸浮物的物料，而某些類型的板式塔（如大孔徑穿流板塔）可以有效地處理這種物系。另外，板式塔的清洗亦比填料塔方便。（3）當氣液接觸過程中需要冷卻以移除

31、反應熱或溶解熱時，填料塔因涉及液體均布問題而使結構復雜化，板式塔可方便地在塔板上安裝冷卻盤管。（4）填料塔直徑可以很小。板式塔直徑一般不小于0.6m。（5）板式塔的設計比較準確可靠。安全系數較小。（6）塔徑不大時，填料塔因結構簡單而造價便宜。（7）填料塔適用于易起泡物系和腐蝕性物系，因填料對泡沫有限制和破碎的作用，可以采用瓷質填料。（8）對熱敏性物系宜采用填料塔，因為填料塔內的滯液量比板式塔少，物料在塔內的停留時間相對短。（9）填料塔的壓降比板式塔的小，因而對真空操作更為適宜。 一般與填料塔相比，板式塔具有效率高、處理量大、重量輕及便于檢修等特點，但其結構較復雜，阻力降較大8。常用板式塔類型有

32、很多，如：篩板塔、泡罩塔、舌型塔、浮閥塔等，當前應用最廣泛的是篩板塔和浮閥塔。而浮閥塔具有很多優點，且加工方便，故有關浮閥塔的研究開發遠較其他形式的塔板廣泛，是目前新型塔板研開發的主要方向。近年來與浮閥塔一直成為化工生中主要的傳質設備，浮閥塔多用不銹鋼板或合金 。實際操作表明，浮閥在一定程度的漏夜狀態下，使其操作板效率明顯下降，其操作的負荷范圍較泡罩塔窄，但設計良好的塔其操作彈性仍可達到滿意的程度。篩板塔的主要優點有：（1）結構比浮閥塔更簡單，易于加工，造價約為泡罩塔的60，為浮閥塔的80左右。（2）處理能力大，比同塔徑的泡罩塔可增加1015。（3）塔板效率高，比泡罩塔高15左右，壓降較低，每

33、板壓力比泡罩塔約低30左右。但篩板塔的主要缺點有：塔板安裝的水平度要求較高，否則氣液接觸不勻；操作彈性較小(約23)；小孔篩板容易堵塞。由于過去對于篩板塔的性能研究并不充分，認為操作不易穩定，所以沒有普遍采用，直到20世紀的50年代初，對篩板塔結構和性能作了較充分的研究，認識到了只要設計合理和操作正確，同樣可以獲得較滿意的塔板效率，以及可觀的操作彈性，所以近年來篩板塔的應用又日漸廣泛9。浮閥塔是二十世紀五十年代初開發的一種新塔型。其特點是在篩板塔基礎上，在每個篩孔處安置一個可上下移動的閥片。當篩孔氣速高時，閥片被頂起、上升，孔速低時，閥片因自重而下降。閥片升降位置隨氣流量大小作自動調節，從而使

34、進入液層的氣速基本穩定。又因氣體在閥片下測水平方向進入液層，既減少液沫夾帶量，又延長氣液接觸時間，故收到很好的傳質效果。浮閥塔的特點有：（1）生產能力大，由于塔板上浮閥安排比較緊湊，其開孔面積大于泡罩塔板，生產能力比泡罩塔板大20%40%，與篩板塔接近。 （2）操作彈性大，由于閥片可以自由升降以適應氣量的變化，因此維持正常操作而允許的負荷波動范圍比篩板塔，泡罩塔都大。 （3）塔板效率高，由于上升氣體從水平方向吹入液層，故氣液接觸時間較長，而霧沫夾帶量小，塔板效率高。 （4）氣體壓降及液面落差小，因氣液流過浮閥塔板時阻力較小，使氣體壓降及液面落差比泡罩塔小。 （5）塔的造價較低，浮閥塔的造價是同

35、等生產能力的泡罩塔的50%80%，但是比篩板塔高20%30% 。但是，浮閥塔的抗腐蝕性較高（防止浮閥銹死在塔板上），所以一般采用不銹鋼作成，致使浮閥造價昂貴，推廣受到一定限制。隨著科學技術的不斷發展，高效率塔板的不斷被研制出來，浮閥塔的推廣并不是越來越廣。近幾十年來，人們對浮閥塔的研究越來越深入，生產經驗越來越豐富，積累的設計數據比較完整，因此設計浮閥塔比較合適10。國內常用的浮閥塔有三種，f1型，v-4型與t型。v-4型的特點是閥孔被沖壓成向下彎的噴咀形，氣體通過閥孔時因流道形狀漸變可減小阻力。t型閥則借助固定于塔板的支架限制閥片移動范圍。三類浮閥中，f1型浮閥最簡單，該類型浮閥已被廣泛使用

36、。綜上所述，由于本次設計是針對甲醇精餾體系，所以采用常壓板式f1型浮閥精餾塔的設計及其輔助設備的選型。2.1.5 甲醇精餾操作壓強的選擇精餾可以常壓，加壓或減壓條件下進行。確定操作壓力時主要是根據處理物料的性質，技術上的可行性和經濟上的合理性來考慮的。對于沸點低，常壓下為氣態的物料必須在加壓條件下進行操作。在相同條件下適當提高操作壓力可以提高塔的處理能力，但是增加了塔壓，也提高了再沸器的溫度，并且相對揮發度液會下降。對于熱敏性和高沸點的物料常用減壓蒸餾。降低操作壓力，組分的相對揮發度增加，有利于分離。減壓操作降低了平衡溫度，這樣可以使用較低位的加熱劑。但是降低壓力也導致了塔直徑的增加和塔頂冷凝

37、溫度的降低，而且必須使用抽真空設備，增加了相應的設備和操作費用11。本次任務主要是甲醇和水體系，甲醇-水這一類的溶液不是熱敏性物料，且沸點又不高，所以不需采用減壓蒸餾。這類溶液在常壓下又是液態，塔頂蒸氣又可以用普通冷卻水冷凝，因而也不需采用加壓蒸餾。所以為了有效降低設備造價和操作費用對這類溶液可采用常壓蒸餾。2.1.6 甲醇精餾物料進料熱狀態的選擇進料熱狀態有五種。原則上在供熱一定的情況下，熱量應盡可能由塔底輸入，使產生的氣相回流在全塔發揮作用，即宜冷也進料。但為使塔的操作穩定，免受季節氣溫的影響，常采用泡點進料。這樣，塔內精餾段和提留段上升的氣體量變化較小，可采用相同的塔徑，便于設計和制造。

38、但將原料預熱到泡點，就需要增設一個預熱器，使設備費用增加。綜合考慮各方面因素，決定采用泡點進料，即q=112。2.1.7 甲醇精餾加熱方式的選擇塔釜可采用間接蒸汽加熱或直接蒸汽加熱。直接蒸汽加熱的優點是，可利用壓強較低的加熱蒸汽，并省掉間接加熱設備，以節省操作費用和設備費用。但直接蒸汽加熱，只適用于釜中殘液是水或與水不互溶而易于分離的物料，所以通常情況下，多采用間接蒸汽加熱。2.2 甲醇雙塔工藝流程說明圖2.1甲醇雙塔精餾流程圖實際工藝流程敘述：來自合成工段的粗甲醇首先進入粗甲醇貯槽內，然后經過預塔給料泵加壓到0.24mpa后和適量的軟水混合，(控制預后比重為0.800.88)，再進入粗甲醇預

39、熱器，加熱至65左右進入預塔，加熱釜液至82左右為塔內溶液提供熱量，塔頂的氣體進入預塔冷凝器冷凝成50的液體后進入預回流槽，從預回流槽出來的液體經預回流泵加壓到0.24mpa后進入到預塔頂進行回流，為預塔提供必需的傳熱，傳質介質，用預塔回流量控制預塔頂在64左右。塔頂氣體中未被冷凝下來的氣體即輕組分進入排汽冷凝器進一步冷凝回收有用的甲醇組分，而其他輕組分則由自調閥控制壓力0.015mpa后放空。預塔底的液體經過主塔給料泵加壓到0.24mpa后，再經自調閥控制一定的預塔底液位后進入主塔，主塔下設主塔再沸器，用低壓蒸汽加熱釜液溫度為105，為主塔精餾提供必需的熱量，塔頂的氣相進入主塔冷凝器冷凝成5

40、0的液體，進入主回流槽內，再經主回流泵加壓至0.5mpa后返回塔頂進行回流，為主塔頂提供必需的傳質、傳熱介質。塔頂溫度用回流量控制在65，保持回流比為1.52.5之間，塔頂壓力0.06mpa，主塔冷凝器中未被冷凝下來的輕組分進入排氣冷凝器中進一步冷凝，回收有用的甲醇組分，未被冷凝的氣體放空處理。精甲醇產品由塔頂采出來(根據實際情況選擇不同的采出口)，采出的精甲醇首先進入產品冷卻器中冷卻到40后經過流量計進入精甲醇貯槽，計量液位，再經精甲醇泵加壓到0.24mpa后送往罐區外銷。主塔溶液中還有一部分沸點介于甲醇和水之間的物質，大多為異丁基油，由主塔采出，經雜醇油冷卻器冷卻到40后進入雜醇油貯槽計量

41、液位，再經雜醇油泵加壓到一定壓力后外送。主塔底的組分主要為水，經調節閥控制4060%的液位后進入殘液水冷器，冷卻到溫度40，然后進入殘液槽再經殘液泵加壓到2.5mpa后送往造汽使用或通過供水窨井流到污水處理培養細菌用。第3章 工藝計算3.1 物料衡算已知：年產5萬噸甲醇精餾，精甲醇的甲醇含量為99.95%，粗甲醇中含甲醇94.07%,年工作日以340天計。則每小時生產精甲醇的量為： 表3.1 粗甲醇組成表組分名稱co2coh2ch4n2(ch3)o2arch3ohh2oc4h9oh組成0.570.020.000.050.010.020.0394.075.180.05二甲醚由甲醇脫水形成，異丁醇

42、由co與h2的量控制不當而合成的副產物，水則是由于co2與h2合成甲醇時的產物，水的含量比較高。本次設計比二甲醚輕的按二甲醚計算。3.1.1 預塔物料衡算（1）進料 粗甲醇入料量為： 其中：二甲醚： 0.7% 45.596 甲 醇： 94.07% 6127.451水： 5.18% 337.41異丁醇： 0.05% 3.257堿液：為了防止工藝管路和設備的腐蝕，先以5%的氫氧化鈉溶液和粗甲醇中的酸性物質反應，使其呈弱堿性，每噸精甲醇的耗堿量按0.1計算13。則消耗純氫氧化鈉： 換成堿液： 堿液中的水： 軟水：軟水的加入量按精甲醇的20%計，那么需要補加軟水： 從主塔回流液中來的初餾物以入塔粗甲醇

43、2%計算，既：將以上計算結果列下表：表3.2 預塔進料組成表物料量：kg/hch3ohh2onaoh(ch3)2oc4h9oh合計粗甲醇6127.451337.4145.5963.2576513.714堿液11.6470.61312.26軟水1213.8431213.843初餾物130.274130.274合計6257.7251562.90.61345.5963.2577870.091（2）出料 塔底 ： 甲醇 6257.725塔底 ： 水 粗甲醇中水：337.41堿液帶水： 11.647 軟水： 1213.843 合計： 1562.9塔底異丁醇及高沸物： 3.257 塔頂二甲醚及低沸物： 4

44、5.596 將以上計算結果列與下表：表3.3 預塔出料流量及組成表物料量：kg/hch3ohh2onaoh(ch3)2oc4h9oh合計塔頂45.59645.596塔底6257.7251562.90.6133.2577824.495合計6257.7251562.90.61345.5963.2577870.0913.1.2 主塔物料衡算（1）進料 預后粗甲醇：7824.495（2）出料 釜殘液中甲醇含量約為1%從主塔回流液中采出預塔入料量2%到預塔收集槽，計算時以100%甲醇計算為： 殘液排放：包括水、堿、甲醇及高沸點物等，其中甲醇含1%，設殘液量為x，則：預后甲醇中水量堿量+高沸物+殘液中的甲

45、醇量 解得 釜殘液中甲醇為：塔頂甲醇為：釜液中： 甲醇 15.826 水 1562.9 naoh 0.613 高沸物 3.257根據以上計算得到表:表3.4 甲醇精餾塔物料平衡匯總（單位：kg/h）成分物料常壓塔出料常壓塔釜出料主塔回流液采出甲醇6257.7256111.62515.826130.274naoh0.6130.613水1562.91562.9高沸物3.2573.257合計7824.4956111.6251582.596130.2743.2 熱量衡算3.2.1 預塔的熱量衡算（1）帶入熱量 取回流液與進料量之比為1:4。表3.5 帶入熱量進熱項目粗甲醇軟水堿液回流液熱蒸汽成分二甲醚

46、甲醇水異丁醇水堿+水甲醇水流量kg/h45.5966127.451337.413.2571213.84312.261967.523溫度65656565787860比熱kj/kg2.964.1872.314.1874.262.86焓kj/kg1280.42118.6熱量kj/h58381.1181178921.57291827.819489.039396424.134073.753337626.947q蒸汽有：q入q粗甲醇q軟水q回流液q蒸汽58381.1181178921.57291827.819489.039396424.134073.753337626.947q蒸汽2067744.378q

47、蒸汽（2）帶出熱量表3.6 帶出的熱量出熱部分塔頂塔底熱損失成分二甲醚回流液甲醇水（堿液）以5%計液體比熱kj/kg2.642.933.2234.26流量kg/h45.5961967.5236127.4511226.103液體冷凝熱kj/kg523.381046.75溫度64648282熱量kj/h31567.9352428454.6131619399.515428302.35%q入那么：q出q二甲醚q回流液q預后甲醇q損31567.9352428454.6131619399.515428302.35%q人4507724.3635%q入根據能量守恒：q入q出 (3-1)既：q入4507724.

48、3635%q入則：q入q出4744973.014kj/h所以 q蒸汽2677228.636kj/h已知水蒸氣的汽化熱為2118.6kj/kg 則需要蒸汽量為： 根據以上計算的結果列出預塔熱量平衡表:表3.7 預塔熱量平衡表帶入熱量kj/h帶出熱量kj/h塔側粗甲醇入熱1329619.548塔頂二甲醚出熱31567.935塔頂加入冷凝殘液入熱400497.883塔頂回流甲醇蒸汽2428454.613塔頂回流液入熱337626.947塔底預后粗甲醇2047701.815加熱蒸汽2677228.636熱損失237248.651總入熱4744973.014總出熱4744973.014冷卻水用量計算假設

49、入口冷卻水的溫度為30，出口冷卻水的溫度40，平均比熱為4.187kj/kg，則：q入q甲醇q甲醇蒸汽1329619.5482428454.6133758074.161kj/hq出q二甲醚q回流液q損失31567.935337626.947237248.651606443.533kj/hq傳q入q出3758074.161606443.5333151630.628kj/h又因為:q傳g1水4.187（4030）3151630.628kj/h 所以得到 g1水75271.809kg/h3.2.2 主塔的熱量衡算設計的操作條件為：塔頂溫度65，塔釜溫度105，進料溫度70，回流液溫度為40，冷卻水進

50、口溫度30，出口溫度40，取回流比為1.8。（1）物料帶入熱量表3.8 物料帶入熱量表物料進料回流液再沸器加熱組分甲醇水堿甲醇流量kg/h6257.7251563.51310870.651溫度707040比熱kj/kg3.0564.1872.68熱量kg/h1338652.532458250.0251165333.787q加熱那么：q入q進料q回流液q加熱1338652.532+458250.025+1165333.787+ q加熱2962236.344+ q加熱（2）物料帶出熱量表3.9 物料帶出熱量表物料精甲醇回流液釜液熱損失成分甲醇甲醇甲醇水堿流量kg/h6111.62510870.65115.8261563.513溫度6565105105比熱 kj/kg2.962.963.514.187潛熱kj/kg1046.751046.75熱量kj/h7573220.11913470367.195832.672687375.0385%q入那么：q出q精甲醇q回流液q釜液q熱損失7573220.11913470367.19+5832.672+687375.038+5%q入21736795.02+5%q入 根據能量守恒 有 q入q出即： q入21736795.02+5%q入 則： q入q出22880836.86kj/h 所以 q蒸汽19627267.07kj/