产30万吨甲醇精馏提纯的工段设计毕业设计.doc

毕业设计题目： 年产30万吨甲醇精馏提纯的工段设计 院 （系）： 化学化工学院 专 业： 化学工程与工艺 学 号： 姓 名： 指导教师： 完成日期： 2014.6 本科毕业设计 目录第一章 文献综述41.1 甲醇生产工艺进展及国内发展前景41.1.1甲醇简介41.1.2甲醇的用途81.1.3甲醇的安全性91.1.4甲醇国内外合成技术现状101.3影响精馏操作的因素与调节121.3.1影响精馏操作的主要因素简析121.3.2精馏塔的产品质量控制和调节131.4 Aspen Plus工艺流程模拟14第二章 物料衡算和能量衡算162.1操作条件162.2物料衡算162.2.1 预塔物料衡算172.2.2 加压塔的物料衡算182.2.3 常压塔的物料衡算292.2.4 回收塔的物料衡算372.2.5 四塔实际模拟452.4整个四塔甲醇的回收率552.5加压塔、常压塔、回收塔采出甲醇的浓度55第三章 预精馏塔工艺设计及其附件选型553.1 设计依据553.1.1 预精馏塔设计已知条件553.1.2 塔板工艺条件计算563.1.3 塔径计算573.1.4 塔高计算583.1.5 塔板的工艺尺寸603.1.6 塔板流体力学验算643.2 预精馏塔附件选型713.2.1 管口设计713.2.2 设备管口表73参考文献74附 录74致谢75年产30万吨甲醇精馏提纯的工段设计学生：xxx 指导老师：xxx摘要：本设计是关于甲醇精馏的工段及其预塔设备的设计，文中着重介绍了四塔流程。按照课程设计任务书上的要求，文中具体内容包括：甲醇及精馏的相关内容；甲醇精馏流程介绍；精馏全流程的物料衡算和能量衡算；Aspen对全流程的模拟及分析以及Radfrac模块中的Tray Sizing对加压、常压、回收塔的尺寸设计；预精馏塔的塔设备计算及塔附件选型等。关键词：甲醇；精馏；四塔流程；Aspen Plus流程模拟Annual output of 300000 tons of methanol distillation section designJ.W.L and J.G.CAbstract: This design is about the methanol distillation section and the preliminary design of tower equipment, this paper emphatically introduces the four processes. According to the requirements of the curriculum design task book, in this paper, the concrete content includes: methanol and distillation of the related content; The methanol distillation process is introduced; Distillation process of material balance and energy balance; Aspen simulation and analysis of the whole process and the Tray was Radfrac module Sizing on the size of the pressure, normal pressure, recovery tower into the tower design; In the process of the rectifying column tower equipment accessories selection calculation and tower, etc.Keywords : Methanol; distillation; Four-column process; Aspen Plus process simulation.第1章 文献综述1.1 甲醇生产工艺进展及国内发展前景1.1.1甲醇简介甲醇的分子式为CH3OH，其分子量为32.04。常温常压下，纯甲醇是无色透明的、易流动甲醇的电导率，主要决定于它含的、易挥发的可燃液体，具有与乙醇相似的气味，其一般性质列于表1-1。甲醇的密度、粘度和表面张力随温度改变如表1-3所示。有的能电离的杂质，如胺、酸、硫化物和金属等。工业生产的粗甲醇都含有一定量的有机杂质，其一般比电导率为110-7710-6。甲醇可以和水以及许多有机液体如乙醇、乙醚等无限地混合，但不能与脂肪族烃类相混合。它易于吸收水蒸汽、二氧化碳和某些其他物质，因此，只有用特殊的方法才能制得完全无水的甲醇。同样，也难以从甲醇中清除有机杂质，产品甲醇总有有机杂质约0.01以下。表1-1 甲醇的一般性质性质数据性质数据密度0.81009 gml(25)导热系数2.09103J/（cm.s，K）相对密度0.7913(d20)4表面张力0.00002255N/cm（22.55dyn/cm）（20）沸点64.564.7熔点一97.8折射率1.3287（20）闪点16 (开口容器)12(闭口容器)蒸发潜热35.295KJ/mol（64.7）自燃点473(空气中)461(氧气中)熔融热3.169KJ/mol临界温度240燃烧热727.038KJ/mol（25液体）742.738KJ/mol临界压力79.54106Pa(78.5atm)临界体积117.8mlmol生成热238.798KJ/mol（25液体）201.385KJ/mol（25气体）热容2.5l2.53J(g.)(20(225液体)，45J(mol.)(25气体)蒸汽压1.2879104Pa（96.6mmHg）（20）膨胀系数0.00119（20）粘度5.945104Pa.S（0.5945cp）（20）腐蚀性常温无腐蚀性（铅，铝例外）临界压缩系数0.224爆炸性6.036.5%（Vol）（在空气中爆炸范围）甲醇的沸点随压力变化如表1-2所示。表1-2甲醇的沸点压力mmHg1102040100200400760温度-44.0-16.2-6.05.021.234.849.964.7压力atm25102030405060温度84112.5138.0167.8186.5203.5214.0224.01mmHg=133.322 Pa 1at=9.80665104 Pa表1-3温度对性质的影响温度0102030405060密度g/cm30.81000.80080.79150.78250.77400.76500.7565粘度Cp0.8170.6900.5970.5100.4500.3960.350表面张力dyn/cm24.523.522.621.820.920.119.3 1Cp=106 PaS， 1dyn=106 N 表1-4 与甲醇生成共沸混合物的性质和共沸物的沸点化合物沸点共沸混合物沸点甲醇浓度丙酮CH3COCH356.455.712.0醋酸甲酯CH3COOCH357.054.019.0双甲氧基甲烷甲醛42.341.88.2丁酮CH3COC2H579.663.570.0甲酸炳酯HCOOC3H780.961.950.2二甲醚（CH3）2O38.938.810.0乙醛缩二甲醇64.357.524.2乙基丙烯酸酯43.164.384.4甲酸异丁酯HCOOC4H97.964.695.0环己烷C6H1280.864.261.0二内醚（C3H7）2O90.463.372.0丙酸甲酯C2H5COOCH379.862.44.7甲酸乙酯HCOOC2H354.150.916.01.1.2甲醇的用途甲醇结构最为简单的饱和一元醇有毒、易燃、化学性质较活泼。工业上合成甲醇几乎全部采用一氧化碳加压催化加氢的方法，工艺过程包括造气、合成净化、甲醇合成和粗甲醇精馏等工序。甲醇有很多用途，它是生产塑料、合成橡胶、合成纤维、农药和医药的原料。主要用于制造甲醛、醋酸、氯甲烷、对苯二甲酸二甲酯、甲胺和硫酸二甲酯等多种有机产品。用作涂料、清漆、虫胶、油墨、胶黏剂、染料、生物碱、醋酸纤维素、硝酸纤维素、乙基纤维素、聚乙烯醇缩丁醛等的溶剂。甲醇为清洗去油剂，MOS级主要用于分立器件，中、大规模集成电路，BV-级主要用于超大规模集成电路工艺技术。用作分析试剂，如作溶剂、甲基化试剂、色谱分析试剂。用于电子工业，常用作清洗去油剂。通常甲醇是一种比乙醇更好的溶剂，可以溶解许多无机盐。也可以从甲醇出发合成乙烯和丙烯，代替石油生产乙烯和丙烯的原料路线。由于甲醇用途广泛，属于大吨位产品，近年来发展势头迅猛。中国具有富煤、缺油、少气的能源资源特点，因地制宜地利用煤或者天然气为原料合成甲醇，进一步发展有机化学工业和燃料工业的路线是合理可行的，而由合成气合成甲醇是煤间接液化的成熟技术，是煤转化利用的重要途径。1.1.3 甲醇的安全性甲醇的毒性及常用急救方法；甲醇被人饮用后，就会产生甲醇中毒。甲醇的致命剂量大约是70毫升。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。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。甲醇也容易引发大火。一旦发生火灾，救护人员必须穿戴防护服和防毒面具。小火用二氧化碳、干粉、1211、抗溶泡沫、雾状水灭火，以使用大量水灭火效果较好。如果发生泄漏，救护人员首先必须切断所有火源，戴好防毒面具与手套，用水冲洗，对污染地面进行通风处理。1.1.4 甲醇国内外合成技术现状1.1.4.1 国外大规模甲醇合成技术现状甲醇精馏是甲醇生产中重点研究与攻关的课题之一，多年来世界各国对此开展了大量的工作，特别是世界著名的英国ICI、法国的Lurgi 和日本三菱瓦斯等均开发出了自己独特的精馏技术。在倡导节约能源的当今社会，低压法是一种主要的现代甲醇合成生产工艺。据说，利用能够代表国外甲醇生产水平的英国ICI公司和德国Lurgi公司技术的国外生产设备占据了至少70%，现在拥有最高生产能力的单一反应器是Lurgi联合反应器。1.1.4.2 国内的甲醇合成技术我国的精馏技术也在逐年改进，产品甲醇的质量也相应得到了提高。目前，国内甲醇精馏工艺主要分为双塔精馏工艺、带有高锰酸钾反应的精馏工艺和三塔精馏工艺。带有高锰酸钾反应的精馏工艺需要对粗甲醇中的还原性物质进行处理后再精馏，工艺复杂，该工艺主要用于对甲醇质量要求相当严格的场合。由于双塔精馏和三塔精馏工艺完全能够保证工业上对精甲醇质量的要求，因此一般不必采用带高锰酸钾反应的精馏工艺。目前我国使用较广泛的是双塔精馏与三塔精馏流程工艺。1.2四塔流程描述四塔流程（见图1.1）包含预精馏塔、加压精馏塔、常压精馏塔和甲醇回收塔。第一阶段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换热后进入加压精馏塔。第二阶段在加压精馏塔和常压塔中完成，主要获得精甲醇；预塔精馏塔底馏分送入加压精馏塔，加压精馏塔顶的气相进入冷凝器，利用加压塔和常压塔塔顶、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，一部分作为加压精馏塔回流，一部分作为精甲醇产品出装置；加压精馏塔主要有两个作用：为常压精馏塔塔提供热源及获得部分高纯度精甲醇。加压精馏塔塔底馏分再进入常压精馏塔，通过常压精馏塔获得绝大部分的精甲醇产品。第三阶段为甲醇回收系统，既要控制回收的精甲醇质量，还要控制塔底废水中总醇含量要求，塔底废水送生化处理。图1.1 甲醇精馏工艺的四塔流程 注释：T01预精馏塔；T02加压精馏塔；T03常压精馏塔；T04回收精馏塔 P01泵；E01换热器。1.3影响精馏操作的因素与调节1.3.1影响精馏操作的主要因素简析精馏塔操作的基本要求是在连续稳态和最经济的条件下处理更多的原料液，达到预定的分离要求（规定的xD和xw)或组分的回收率，即在允许范围内采用较小的回流比和较大的再沸器传热量。通常，对特定的精馏塔和物系，保持精馏稳态操作的条件是：塔压稳定；进出塔系统的物料平衡和稳定；进料组成和热状况稳定；回流比稳定；再沸器和冷凝器的传热条件稳定；塔系统与环境间热稳定等。由此可见，影响精馏操作的因素十分复杂，一下就其中主要因素予以分析。1.3.1.1物料平衡的影响和制约保持精馏装置的物料平衡是精馏塔稳定操作的必要条件。根据全塔物料衡算可知，对于一定的原料液流量F，只要确定了分离程度xD 和xw，馏出液流量D和釜残液流量W也就被确定了。而xD和xw决定于汽液平衡关系（）、xF 、q、R和理论塔板数NT系(适宜的进料位置），因此D和W或采出率D/F与W/F只能根据xD和xw确定，而不能任意增减，否则进出塔的两个组分的量不平衡，必然导致塔内组成变化，操作波动，使操作不能达到预期的分离要求。1.3.1.2回流比的影响回流比是影响精馏塔分离效果的主要因素，生产中经常用改变回流比来调节、控制产品的质量，直接关系着塔内各层扳上的物料浓度的改变和温度的分布。回流比增大时，精馏段和提留段内传质推动力均增加，因此在一定的精馏段理论塔板数下馏出液组成变大，釜残液组成变小。反之，当回流比减小时，xD减小而xw增大，使分离效果变差。回流比增加，使塔内上升蒸汽量及下降液体量均增加，若塔内汽液负荷超过允许值，则应减小原料液流量。回流比变化时，再沸器和冷凝器的传热量也相应发生变化。一般情况下，选取适宜回流比为最小回流比的1.32倍。1.3.1.3 进料组成和进料热状况的影响当进料状况(xF和q）发生变化时，应适当改变进料位置。一般精馏塔常设几个进料位置，以适应生产中进料状况的变化，保证在精馏塔的适宜位置下进料。如进料状况改变而进料位置不变，必然引起馏出液和釜残液组成的变化。1.3.2精馏塔的产品质量控制和调节精馏塔的产品质量通常是馏出液及釜残液的组成达到规定值。生产中某一因素的干扰（如热量、xF等发生变动）将影响产品的质量，因此应及时予以调节控制。在一定的压强下，混合物的泡点和露点都取决于混合物的组成，因此可以用容易测量的温度来预示塔内组成的变化。对于馏出液和釜残液也有对应的露点和泡点，通常可用塔顶温度反映馏出液组成，用塔底温度反映釜残液组成。但对高纯度分离时，在塔顶（或塔底）相当一段高度内，温度变化极小。对高纯度分离时，一般不能用测量塔顶温度来控制塔顶组成。分析塔内沿塔高的温度分布可以看到，在精馏段或提留段的某塔板上温度变化最显著，也就是说，这些塔板的温度对于外界因素的干扰反映最为灵敏，通常将它称之为灵敏板。因此生产上常用测量和控制灵敏板的温度来保证产品的质量。甲醇精馏塔进科量和组成改变时，都会破坏塔内物料平衡和气液平衡，引起塔温的波动，如不及时调节，将会导致精甲醇的质量不合格或者增加甲醇的损失。随着进料量的调节，各层塔板上的气液组成重新分配，可以控制一定的灵敏板温度与之相适应。粗甲醇的组成一般是比较稳定的，只是在合成催化剂使用的前后期随着反应温度的升高而变化较大。但是预精馏后的含水甲醇中，甲醇浓度总会有些小幅度波动。不论是其中甲醇浓度增加或降低，都会造成塔内物料不平衡，形成轻组分下降或重组分上升，引起塔釜温度降低或塔项温度升高，加大了甲醇损失或降低了精甲醇的质量。这时，在回流比仍属适宜的情况下，只需对精甲醇的采出量稍作调节，就可达到塔温稳定，物料和气液又趋平衡；如果粗甲醇的组分变化较大时，则需适当改变其进料板的位置，或是改变回流比，才能保证粗甲醇的分离效率。当合成催化剂后期生产的粗甲醇进行蒸馏时，有时为确保精甲醇的质量，以保证精馏塔进料位置降低，同时适当加大回流比。1.4 Aspen Plus工艺流程模拟流程模拟就是将一个由许多个单元过程组成的化工流程用数字模型进行描述，并且在计算机上通过改变各种有效条件得到所需要的结果，如操作条件等。在Aspen Plus中关于精馏的模块有：(1)简捷法模型：包括DSTWU(简捷法精馏设计模型)、Distl(简捷法精馏核算模型)、SCFrac(简捷法多塔蒸馏模型)。(2)严格法模型：MultiFrac(严格法多塔精馏模型)、PetroFrac(严格法分馏塔)、RateFrac(精馏的核算与设计模型)、Extract(严格萃取塔模型)。其中RateFrac是一个基于流率的非平衡的模型，用于模拟各种类型的多级气一液精馏操作，可用于一般精馏、吸收、再沸吸收、汽提、再沸汽提、萃取和共沸蒸馏。适用于两相系统、窄沸程和宽沸程系统以及液相具有强的非理想程度系统。其构成包括任意组输人、任意组侧线、任意组加热器(或热流)和任意组倾析器。对于精馏模拟必须确定以下条件：(1)进料性质(包括进料的组成、温度、压力、进料量、相数等)和进料位置。(2)出料性质(包括相数等)和出料位置。(3)塔的性质，如塔板数、塔的压力分布、回流比、气相产品占塔顶总产品比率或塔顶出料、塔底出料、回流量等。其它如侧线出料、加热器和再沸器的热负荷、蒸气组分初值、塔板效率、回流温度、填料性质或塔板性质等，都可以由模拟者根据要求设定。对于一个模拟过程来说，准确无误地选择物性是模拟结果好坏的关键。Aspen Plus为单元操作计算提供了热力学性质和传递性质，在典型的Aspen Plus模拟中，常用的物理性质参数有逸度系数、烩、密度、嫡和自由能。ASPEN PLUS模拟思路如下：通过物料恒算得出塔顶采出量D，通过DSTWU模块进行四塔的简捷计算，得出Actual reflux ratio（即回流比R）、Number of stages(即塔板数)、Feed stage（进料板）的数值，考虑到实际情况，用以上值乘一适当的安全系数做为实际四塔的模拟数据，结合物料恒算的结果，在RadFrac模型下进行整个四塔的实际模拟。第二章 物料衡算和能量衡算2.1操作条件原料为粗甲醇，成份及含量如下表： 表2-1粗甲醇组成成分N2和ArCO2CH3OHCH3OCH3C2H5OHC4H9OHH2O合计含量（wt%）0.021.6990.290.200.150.157.501.00注释 ：粗甲醇中甲醇回收率不小于99%(重量百分含量)，精馏工段产品为精甲醇，其甲醇含量不小于99.7%(重量百分含量)。2.2 物料衡算按年30万吨精甲醇计算，而粗甲醇中含甲醇量为90.29%。年工作日按330天计，则精甲醇每日每小时产量 每小时所需粗甲醇的量 2.2.1 预塔物料衡算图2.1 预塔简捷计算流程图设置参数如下： 图2.2 流股输入参数图2.3 模块输入参数图 2.4 模块运算结果 2.2.2 加压塔的物料衡算图 2.5 加压塔简捷计算流程图设置参数如下：图2.6 模块输入参数图2.7 换热器输入参数 加压塔简捷计算模拟列于下表： 图2.8 加压塔模拟结果 运用上述条件，运用Radfrac模块进行灵敏度分。物流连接和图 2.14相同。2.2.2.1 理论板数分析 图 2.9 理论板数与甲醇回收率关系图2.10 塔顶乙醇回收率与理论板数关系2.2.2.2 回流比分析图 2.11塔顶甲醇回收率与回流比关系图 2.12 塔顶乙醇回收率与回流比关系2.2.2.3 塔顶馏出量分析图 2.13塔顶甲醇回收率与塔顶回流比关系图 2.14塔顶乙醇回收率与塔顶回流比关系2.2.2.4 进料板位置分析图 2.15 进料板位置与能耗关系 运用上述条件，运用 Radfrac 模块中的 Tray Sizing 进行加压塔的尺寸设计，其输入数据如下图所示Tray Sizing 模拟输入参数 1Tray Sizing 模拟输入参数 2图2.16运行结果如下图所示图2.17运行后，得到的 profiles 结果如图所示 图 2.18 profiles 结果运用上述条件，运用 Radfrac 模块中的 Tray Rating 进行加压塔的尺寸校核，其输入数据如下图所示。 Tray Rating 模拟输入参数 1Tray Rating 模拟输入参数 2Tray Rating 模拟输入参数 3图2.19 运行后，得到塔板 profiles 结果，如图所示。图2.20运行结果 图2.21 profiles 结果经过 aspen 软件的模拟，并且对加压塔的尺寸设计和校核，可知加压塔的实际塔板数为 16、实际回流比 6、塔内径1.92m 以及具体的塔板的几何结构等。2.2.3 常压塔的物料衡算图2.22常压塔简捷计算流程图设置参数如下：图2.23 模块输入参数常压塔简捷计算模拟如下图： 图2.24 加压塔模拟结果运用上述条件，运用Radfrac模块进行灵敏度分。物流连接和图 2.22相同。计算结果如下图：2.2.3.1 理论板数分析图2.25 理论板数与塔顶甲醇回收率关系2.2.3.2 回流比分析图2.26 塔顶甲醇回收率与理论板数关系图2.27 塔顶乙醇回收率与理论板数关系2.2.3.3 塔顶馏出量分析图 2.28 塔顶馏出量与甲醇回收率关系图 2.29 塔顶馏出量与乙醇回收率关系2.2.3.4 进料板位置分析 图2.30 进料板位置与耗能关系运用上述条件，运用 Radfrac 模块中的 Tray Sizing 进行常压塔的尺设计，其输入数据如下图所示： Tray Sizing 模拟输入参数 1Tray Sizing 模拟输入参数 2图2.31运行结果如下图：图2.32 图 2.33 profiles 结果 运用上述条件，运用 Radfrac 模块中的 Tray Rating 进行常压塔的尺寸校核，其输入数据如下图所示。 Tray Rating 模拟输入参数 1Tray Rating 模拟输入参数 2图2.34运行后，得到塔板 profiles 结果，如图所示图2.35运行结果图2.36 profiles 结果经过 aspen 软件的模拟，并且对甲醇常压塔的尺寸设计和校核，可知加压塔的实际塔板数为 32、实际回流比 5、塔内径2.97m 以及具体的塔板的几何结构等。2.2.4 回收塔的物料衡算图2.37回收塔简捷计算流程图设置参数如下：图2.38模块输入参数常压塔简捷计算模拟如下图： 图2.39回收塔塔模拟结果运用上述条件，运用Radfrac模块进行灵敏度分。物流连接和图 2.37相同。2.2.4.1 理论板数分析图2.40 理论板数与塔顶甲醇质量分数2.2.4.2 回流比分析图2.41回流比与塔顶甲醇回收率关系图2.42回流比与塔顶乙醇回收率关系2.2.4.3 馏出量分析图2.43 塔顶馏出量与甲醇回收率关系2.2.4.4 进料板位置分析图2.44 进料板位置与耗能关系 运用上述条件，运用 Radfrac 模块中的 Tray Sizing 进行回收塔的尺寸设计，其输入数据如下图所示：Tray Sizing 模拟输入参数 1Tray Sizing 模拟输入参数 2图2.45运行结果如下图所示图2.46 图 2.47profiles 结果 运用上述条件，运用 Radfrac 模块中的 Tray Rating 进行回收塔的尺寸校核，其输入数据如下图所示。Tray Rating 模拟输入参数 1Tray Rating 模拟输入参数 2图2.48运行后，得到塔板 profiles 结果，如图所示图2.49运行结果图2.50 profiles 结果 经过 aspen 软件的模拟，并且对甲醇回收塔的尺寸设计和校核，可知加压塔的实际塔板数为22、实际回流比 13、塔内径1.175m 以及具体的塔板的几何结构等。2.2.5四塔实际模拟图2.51 四塔模拟流程图2.3.2.1四塔中预塔的有关数据表2-2 四塔-预塔模拟数据结果列表预塔进料塔顶塔釜Temperature C90.000 -89.970 73.480 Pressure bar1.500 1.300 1.320 Vapor Frac1.000 0.000 0.000 Mole Flow kmol/hr1377.210 19.360 1357.850 Mass Flow kg/hr41952.400 838.669 41113.731 Volume Flow cum/hr27284.175 0.707 54.989 Enthalpy MMkcal/hr-67.637 -1.759 -77.817 Mass Flow kg/hr N-BUT-0162.929 0.000 62.929 H2O3146.430 0.091 3146.339 DIMET-0183.905 83.821 0.084 CH4O37878.822 37.879 37840.943 ETHAN-0162.929 0.014 62.914 NITRO-014.195 4.195 0.000 ARGON4.195 4.195 0.000 CO2708.996 708.474 0.522 Mass frace N-BUT-010.002 0.000 0.002 H2O0.075 0.000 0.077 DIMET-010.002 0.100 0.000 CH4O0.903 0.045 0.920 ETHAN-010.002 0.000 0.002 NITRO-010.000 0.005 0.000 ARGON0.000 0.005 0.000 CO20.017 0.845 0.000 图 2.52 能量衡算2.3.2.2四塔中加压塔的有关数据表2-3 四塔-加压塔模拟数据结果列表加压塔进料塔顶塔釜Temperature C102.000 128.275 131.193 Pressure bar10.000 8.000 8.000 Vapor Frac0.000 0.000 0.000 Mole Flow kmol/hr1357.850 290.000 1067.850 Mass Flow kg/hr41113.731 9294.056 31819.675 Volume Flow cum/hr57.978 14.126 47.493 Enthalpy MMkcal/hr-76.775 -15.716 -59.957 Mass Flow kg/hr N-BUT-0162.929 0.000 62.929 H2O3146.339 1.871 3144.468 DIMET-010.084 0.083 0.000 CH4O37840.943 9281.336 28559.607 ETHAN-0162.914 10.249 52.665 NITRO-010.000 0.000 0.000 ARGON0.000 0.000 0.000 CO20.522 0.516 0.006 Mass frace N-BUT-010.002 0.000 0.002 H2O0.077 0.000 0.099 DIMET-010.000 0.000 0.000 CH4O0.920 0.999 0.898 ETHAN-010.002 0.001 0.002 NITRO-010.000 0.000 0.000 ARGON0.000 0.000 0.000 CO20.000 0.000 0.000 图 2.53冷凝器能量衡算图 2.54再沸器能量衡算2.3.2.3四塔中常压塔的有关数据表2-5 四塔-常压塔模拟数据结果列表常压塔进料塔顶塔釜Temperature C131.193 71.009 89.092 Pressure bar8.000 1.300 1.300 Vapor Frac0.000 0.000 0.000 Mole Flow kmol/hr1067.850 851.000 216.850 Mass Flow kg/hr31819.675 27267.480 4552.195 Volume Flow cum/hr47.493 36.835 5.362 Enthalpy MMkcal/hr-59.957 -47.500 -14.104 Mass Flow kg/hr N-BUT-0162.929 0.000 62.929 H2O3144.468 1.566 3142.902 DIMET-010.000 0.000 0.000 CH4O28559.607 27263.216 1296.392 ETHAN-0152.665 2.692 49.973 NITRO-010.000 0.000 0.000 ARGON0.000 0.000 0.000 CO20.006 0.006 0.000 Mass frace N-BUT-010.002 0.000 0.014 H2O0.099 0.000 0.690 DIMET-010.000 0.000 0.000 CH4O0.898 1.000 0.285 ETHAN-010.002 0.000 0.011 NITRO-010.000 0.000 0.000 ARGON0.000 0.000 0.000 CO20.000 0.000 0.000 图 2.55 冷凝器能量衡算图 2.55 再沸器能量衡算2.3.2.4四塔中回收塔的有关数据表2-15 四塔-回收塔模拟数据结果列表常压塔进料塔顶塔釜Temperature C89.092 64.219 89.076 Pressure bar1.300 1.000 1.000 Vapor Frac0.000 0.000 0.000 Mole Flow kmol/hr216.850 28.000 188.850 Mass Flow kg/hr4552.195 897.682 3654.513 Volume Flow cum/hr5.362 1.198 4.096 Enthalpy MMkcal/hr-14.104 -1.568 -12.543 Mass Flow kg/hr N-BUT-0162.929 0.000 62.929 H2O3142.902 0.128 3142.774 DIMET-010.000 0.000 0.000 CH4O1296.392 895.578 400.814 ETHAN-0149.973 1.976 47.997 NITRO-010.000 0.000 0.000 ARGON0.000 0.000 0.000 CO20.000 0.000 0.000 Mass frace N-BUT-010.014 0.000 0.017 H2O0.690 0.000 0.860 DIMET-010.000 0.000 0.000 CH4O0.285 0.998 0.110 ETHAN-010.011 0.002 0.013 NITRO-010.000 0.000 0.000 ARGON0.000 0.000 0.000 CO20.000 0.000 0.000 图 2.56冷凝器能量衡算图 2.57再沸器能量衡算2.4整个四塔甲醇的回收率甲醇进料质量流率：41952.40.9029 = 37878.82 kg/hr；甲醇在预塔中损失的量为1.182 kmol/hr 32 = 37.824 kg/hr；甲醇在回收塔损失的量为0.4kmol/hr 32 =12.8 kg/hr;则甲醇的回收率回收率满足要求。2.5 加压塔、常压塔、回收塔采出甲醇的浓度 加压塔采出甲醇的浓度=，达到其要求浓度99.7%； 常压塔采出甲醇的浓度达到其要求浓度99.7%；回收塔采出甲醇的浓度达到其要求浓度99.7%。 第三章 预精馏塔工艺设计及其附件选型3.1 设计依据3.1.1 预精馏塔设计已知条件根据物料衡算和给定的工艺参数，进行塔设备计算是进行工艺设计的必要步骤。已知设计条件 操作压力 0.13Mpa (塔顶表压)单板压降 0.7 Kpa回流比 R= 72塔板数 N=44全塔效率 ET=0.5原料液总量 41952.4kg/h原料液组成表3-1 原料液组成成分含量（wt%）N2和Ar0.02CO21.69CH3OH90.29CH3OCH30.20C2H5OH0.15C4H9OH0.15H2O7.50合计100此设计选用浮阀塔。3.1.2 塔板工艺条件计算采用Aspen plus对预塔进行模拟，可模拟出。实际塔板数N=44进料板位置NF=18回流比 R=72由物料衡算得塔顶D=838.669 kg/hr采用Aspen plus对预塔进行模拟，可以得出一下数据为：(一)平均摩尔质量 Mv=43.33 kg/kmol ML=30.28 kg/kmol精馏的气液相负荷 D= 838.669/43.33= 19.36 kmol/h L = RD =7219.36= 1393.59 kmol/h V = (R+1)D =7319.36=1412.94 kmol/h(二)平均摩尔密度 v= = =2.358 kg/m3 L =746.36 kg/m3(三)液体的平均表面张力 L = 23.865 mN/m3.1.3 塔径计算精馏段的汽、液体积流率为 = 7.22 m3/s= = 0.016 m3/s取塔板间距为0.45m，板上液层高度hl=0.07 m，则 HT-hl=0.45-0.07=0.38 m umax = 式(3.1) 查中国石化集团上海工程有限公司.化工工艺设计手册（第四版上册），北京:化学工业出版社，2009，图12-41，史密斯关联图，得C20 = 0.082 。因物系表面张力mN/m0.2 式(3.2）代入数据得 = = 0.085=1.61 m/s取安全系数0.60.8，取0.7，则空塔气速为=0.7 式(3.3) =0.71.61=1.12 m/s求塔径 式(3.4) =2.87 圆整后，得塔径D=3m，则取塔板间距HT=450 mm所有塔径截面为 式(3.5) m2/s 实际空塔气速=1.02 m/s3.1.4 塔高计算3.1.4.1塔顶空间指最上层塔板与塔顶间距。有利于出塔气体夹带的液滴沉降，通常取(1.52.0)HT。本文取2.0HT.即0.9 m。3.1.4.2塔底空间 塔底空间指塔内最下层塔板到塔底间距。其值有如下因素决定：塔底储液空间依储存液量停留38 min而定；再沸器安装方式及安装高度；塔底液面至最下层塔板之间要留有12 m的间距。取塔底空间1 m。 3.1.4.3人孔 为安装、检修的需要，一般每隔68层塔板设一人孔。人孔直径一般为450600 mm，其伸出塔体的筒体