年产22万吨甲醇精馏工段工艺设计_毕业论文设计

目录摘要 (1)ABSTRACT (2)第1章前言 (3)1.1 甲醇的性质 (3)1.1.1 甲醇的物理性质 (3)1.1.2 甲醇的化学性质 (3)1.2 甲醇的用途 (3)1.3 甲醇工业的发展及现状 (4)1.3.1 甲醇的消费量 (4)1.3.2 世界甲醇工业发展概况 (4)1.3.3 中国甲醇工业发展概况与发展前景 (6)1.4 甲醇精馏方法的选择 (7)1.4.1 甲醇精馏的概述 (7)1.4.2 甲醇精馏方法 (8)第2章精馏工艺流程的设计 (9)2.1 甲醇精馏工艺流程比较 (9)2.1.1 铜基催化剂合成粗甲醇的单塔精馏 (9)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 (14)第3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 (15)3.1.2 主塔的物料平衡计算 (16)3.2 能量衡算 (17)3.2.1 预塔的热量衡算 (17)3.2.2 加压塔的热量衡算 (20)3.2.3 常压塔的热量衡算 (21)3.2.4 精馏系统能量结果汇总 (23)第4章常压精馏塔设计 (25)4.1 基础数据 (25)4.2 塔板数的计算 (26)4.2.1 处理能力 (26)4.2.2 最小理论板数Nm (26)4.2.3 最小回流比 (27)4.2.4 进料位置 (27)4.2.5 实际理论板数 (28)4.2.6 全塔效率的估算 (28)4.3 精馏段与提馏段的体积流量 (28)4.3.1精馏段 (28)4.3.2 提馏段 (30)4.4 塔径计算 (32)4.4.1 精馏段 (32)4.4.2 提馏段 (33)4.5 塔内件设计 (33)4.5.1 溢流堰的设计 (33)4.5.2 降液管的设计 (34)4.5.3 塔板布置及浮阀数目与排列 (35)4.6 塔板流体力学验算 (36)4.6.1 汽相通过浮阀塔的压降 (36)4.6.2 液泛 (37)4.6.3 雾沫夹带 (37)4.7 塔板负荷性能图 (38)4.7.1 雾沫夹带线 (38)4.7.2 液泛线 (38)4.7.3 液相负荷上限线 (39)4.7.4 漏液线 (39)4.7.5 液相负荷下限线 (39)4.8 常压塔工艺计算汇总 (40)4.9 常压塔主要尺寸确定 (42)4.9.1 塔高设计 (42)4.9.2 接管设计 (42)第5章结论 (45)参考文献 (46)致谢 (47)摘要甲醇精制就是通过精馏操作，将粗甲醇进行提纯。

本设计需要将原料粗甲醇精制到含醇量99.95%的纯度。

根据现代对甲醇精馏工艺设计的了解，甲醇三塔精馏技术以其能耗低、产品质量好的优点领先于其他工艺。

所以本设计以三塔精馏工艺为依据，通过对粗甲醇进行物料衡算、能量衡算，设备选型，以及对主要设备常压塔的工艺尺寸计算，对提纯粗甲醇有更深刻的认识。

关键词：甲醇，工艺设计，三塔精馏，常压塔ABSTRACTMethanol is refined through distillation operation, will be refining the crude methanol. This design need to be material crude methanol refining to the alcohol content of 99.95% purity. According to the modern understanding of the methanol distillation process design, methanol tower distillation technology for its low energy consumption, product quality good advantage ahead of other technology. So this design was based on three tower distillation process, based on the crude methanol for material balance, energy balance, equipment selection, and the size calculation of main equipment of atmospheric tower technology, the purification of crude methanol has a more profound understanding.Key words：methanol, process design, three-tower-distillation, atmospheric tower第1章前言1.1 甲醇的性质1.1.1 甲醇的物理性质甲醇是最简单的饱和一元醇，化学式为：CH3OH，在常温常压下，单质甲醇是无色、易挥发、有酒精气味的有毒液体。

能与水、醇类、乙醚、苯、酯类、卤代烃和许多其他有机溶剂互溶，但是不与脂肪烃类化合物混溶。

它相关的部分物理性质如表1-1。

项目数值项目数值液体密度kg/m3（20℃）804.8 熔点/℃-97.5 气体密度kg/m3（100℃） 3.984 闪点（闭环）℃9.4气体粘度（100℃）12.3 沸点℃64.6液体粘度（20℃）0.580 表面张力mN/m（20℃）22.07表1-1 甲醇的部分物理性质[1]1.1.2 甲醇的化学性质甲醇为最简单的饱和脂肪醇，其化学性能活泼，易燃烧。

相关反应诸多，例如其氧化反应、酯化反应、卤化反应、脱水反应、甲基化反应等等。

1.2 甲醇的用途甲醇是很重要的有机化工原料和溶剂，当前，世界上甲醇的生产能力为每年近千万吨，其中将近30%至40%的甲醇用于生产甲醛。

此外，在合成材料、医药、农药、香料、染料和油漆等工业中，甲醛是不可缺少的溶剂和原料。

甲醇在能源方面的用途早在上世纪90年代就得到了快速的发展，例如甲醇制备甲基叔丁基醚燃料电池[2]、燃料甲醇[3]等。

此外，甲醇低压羰基化制备乙酸的技术在近年来也发展很快，已经成为生产乙酸的主要方法[4]。

以甲醇为原料制得的人工蛋白称为甲醇蛋白。

含有丰富的维生素和蛋白质，营养价值超过粮食和大豆油饼，成本比鱼粉便宜，无毒，收率高[5]。

上世纪80年代以来，甲醇的非化工用途受到人们的重视，并为甲醇的用途开辟一个新的领域。

甲醇和燃料油相比是一类廉价、辛烷值高（高达110）、热效率高、对环境的污染小的液体燃料。

甲醇若直接作为汽车发动机的燃料，虽然热值只有汽油的一半，但它使汽车行驶一样的里程消耗的甲醇和汽油之比不是2：1，而仅为1.07：1[6]，其热效率高出汽油90%以上。

可见，甲醇作发动机的燃料，经济上是合理的，所以可以代替汽油作为轮船、机车、飞机的燃料，也可以做发电厂轮机的燃料。

甲醇还可以与汽油掺混燃烧，作为汽车的燃料[4]。

1.3 甲醇工业的发展及现状1.3.1 甲醇的消费量80年代以来，世界的甲醇总需求量增长很快，平均年增长率约8%。

市场的需求必然导致甲醇产量的迅速增加。

1982年全世界的甲醇产量不足1.2×103kt，而1990年超过了1.7×103kt，更甚者1995年达到了2.5×103kt [7]，同年世界甲醇的消费总量为2.39×103kt。

预计到2015年达到约7200万吨[8]。

我国甲醇的消费增长也很快，从1957年的1.664kt，到1970年的83kt，再到1990年的660kt、1991年的780kt[9]，而1995年已经达到1133.8kt，1996年达到1081.8kt[10]，2005年7200kt，2008年实际产量达到11260kt，到了2009年全年产量达到近11160kt[11]，新增甲醇装置18套，新增产能约为850万吨，而且各地还在筹划建设的甲醇产能高达4320万吨，其中相当一部分是配套生产其他煤化工产品的[8]。

1.3.2 世界甲醇工业发展概况甲醇最早是由木材和木质素干馏而制得的，俗称木醇。

到了1661年，德国的Robert Boyle发现焦木酸含有一种“中性物质”，称它为木醇（Wood Alcohol）。

木材在较长时间加热炭化的过程中，会产生可凝和不可凝挥发性物质，被称之为焦木酸的可凝性液体中含有甲醇、焦油和乙酸。

除去焦油的焦木酸可以通过精馏分离出天然的甲醇和乙酸，这是生产甲醇的最古老的方法。

美国在20世纪的70年代初才完全摒弃了这一方法。

1934年，Damds 和P’eligt一起从焦木酸中分离出了甲醇，并且测定了甲醇的分子量。

甲醇的大规模工业化生产是以20世纪20年代高压法合成甲醇作为标志。

1913年，德国BASF公司在高压合成氨的实验装置上进行一氧化碳和氢气合成含氧化合物的研究，于1923年在德国Leuna建成世界上第一座年产3000吨合成甲醇生产装置，并成功投产。

该装置采用了Zn-Cr氧化物作为催化剂，一氧化碳和氢气作为原料，压力30至35MPa，温度300至400℃条件下进行。

1965年采用这样的方法生产的甲醇已经达到了298.8万吨。

高压法甲醇生产装置成功投产后，引起了世界各国广泛重视，纷纷开展甲醇实验室研究进行合成和工业生产开发。

1927年，美国的Commerical Solvent公司建成世界第一座以一氧化碳和氢气作为原料合成甲醇的工业装置，并且投入工业生产。

该装置所采用的催化剂为Zn-Cr氧化物或者Cu-Zn-Cr氧化物，反应的压力为31.6Mpa，产物组成为68%甲醇和32%水。

由于经济方面的原因，该装置1951年停止使用。

高压法合成甲醇的工业投资很大，生产成本太高。

为此，世界各国一直在探求可以降低合成压力的工业生产方法。

英国ICI公司和德国的Lurgi公司分别成功研制出了中低压甲醇合成催化剂，降低了反应的压力，极大促进了甲醇生产的高速发展。

与此同时，世界其他的化学公司也相继开发自己的中低压甲醇合成工艺，建设甲醇合成装置，但是ICI和Lurgi中低压法合成工艺发展的最快。

到了1982年，世界各国所采用ICI中低压法生产的甲醇年总量达到1028万吨，占世界甲醇总量的近50%，装置的规模一般为年产5.0~82.5万吨；而采用Lurgi低压法已经建成以及正在建设的甲醇生产装置的总生产能力达到了606万吨，占了世界甲醇总生产能力近30%，装置规模一般为年产4.5~81万吨。

随着甲醇合成技术不断发展和规模的不断扩大，原料也发生了很大的变化，由原来以煤和焦炭气化生产路线发展到目前以天然气和煤作为主要的合成路线。