年55万吨年甲醇精馏工段工艺设计—预精馏塔工艺设计及分析毕业论文.doc

摘要甲醇是C1化工中特别重要的一个基本有机产品，在生产和设计的过程中，甲醇精馏系统是甲醇生产的极为关键的组成部分。结合实际的流程工艺数据和装置运行资料，并且应用模拟软件Aspen Plus对甲醇精馏系统进行模拟、分析、对比，为工艺厂家的流程选择和各设计单位的工艺设计提供基础研究和工程支持。本设计是关于甲醇精馏的工段及其预塔塔设备的设计。文中详细介绍了甲醇精馏的流程、分类等，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；Aspen对全流程的模拟及分析；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；预塔设计；Aspen Plus流程模拟AbstractMethanol is particularly important in the C1 chemical industry of a basic organic products, in the production and design process, the methanol distillation system is critical methanol production part. Process with the actual process data and device operating data, and application of simulation software Aspen Plus simulation methanol distillation system, analysis, comparison, selection process for process manufacturers and the design units of study provide the basis for process design and engineering support.This design is on the methanol distillation section in their pre-Tata equipment design. This paper describes the process of methanol distillation, classification, focusing on four tower process. Curriculum design tasks in accordance with the requirements of the book, the specific content of the text include: methanol and distillation of relevant content; methanol distillation process introduction; distillation of the whole process material balance; Aspen on the whole process of simulation and analysis; pre-distillation tower and tower accessories selection device calculates.Keywords：Methanol distillation; Four-column process; Pre-run column design; Aspen Plus process simulation前言甲醇是重要的有机基本产品，用途非常广泛。甲醇的产品质量、能耗指标是甲醇精馏系统的关键因素。甲醇精馏工艺对整个甲醇生产流程的生产能力、产品质量、能源消耗与原料消耗、环境保护都有重大影响。精馏过程占总能耗的很大部分，甲醇生产能耗其中约60%就用于精馏过程。国内一些甲醇生产装置，甲醇精馏能耗较高、产品收率较低、甚至一些装置的甲醇产品质量较差。同时，国内甲醇产能的扩张很迅速，但是目前新项目设计还是沿袭以往设计为主、没有足够的甲醇精馏系统设计应用理论研究基础。因此，对甲醇精馏工艺作系统的研究对于甲醇精馏系统的合理设计、通过设备改造和调整工艺来降低甲醇精馏的能耗、提高甲醇产品质量和收率有突出的现实意义。精馏是甲醇生产中的一个重要的化工单元操作，直接关系到产品的质量、环境保护、能耗和生产成本等问题，所以节省精馏过程中的能耗和水耗是推动甲醇生产进一步发展的重要技术环节，越来越引起人们的重视。化工企业生产中精馏、吸收、冷冻等等单元操作都离不开水，因此节约用水，成为企业的当务之急，同时这也是建设节约型社会的需要。甲醇精馏是甲醇生产装置的最后一道工序，其能耗约占甲醇生产总能耗的20左右，甲醇精馏技术的好坏直接关系到精甲醇的质量，因此选择适合企业生产需要的精馏技术，是降低成本、节能降耗、提高企业经济效益和市场竞争力的重要举措。本文主要对于单塔、双塔、三塔和四塔的甲醇精馏工段的流程研究，总结出四塔精馏有明显的优势。甲醇四塔精馏虽然设备一次性投资很高，但是无论是甲醇回收率还是操作费用都大大降低。因此，四塔精馏流程分离甲醇合理、可靠且具有较强的实用价值。目录摘要iAbstractii前言iii第一章 文献综述11.1 课题的工艺背景11.1.1 课题的提出11.1.2 国内外发展现状11.1.3 课题的研究目标21.2 甲醇的简介21.2.1 甲醇产品的性质与用途21.2.2 甲醇的生产工艺31.3 甲醇精馏原理31.3.1 预精馏塔的作用41.3.2 加碱对甲醇精馏的改善41.3.3 萃取精馏在甲醇精馏中的应用51.3.4 加压塔的节能效应51.3.5 回流比的选择51.3.6 甲醇精馏塔的选择61.4 甲醇的精馏过程61.4.1 工艺流程概述61.4.2 甲醇精馏的典型工艺流程71.4.3 工艺流程的选择14101.4.4 影响精馏操作的因素与调节15121.5 Aspen Plus工艺流程模拟141.5.1 Aspen Plus软件的发展史141.5.2 Aspen Plus的独特优势151.5.3 Aspen Plus工艺流程模拟17第二章 甲醇精馏工段物料衡算192.1 操作条件192.2 甲醇精馏工段物料衡算16192.2.1 预塔的物料衡算202.2.2 加压塔的物料衡算242.2.3 常压塔的物料衡算272.2.4 回收塔的物料衡算31第三章 ASPEN PLUS工艺流程模拟343.1 四塔实际模拟343.2 整个四塔甲醇的回收率383.3 加压塔、常压塔、回收塔采出甲醇的浓度38第四章 预精馏塔工艺设计及其附件选型404.1 设计依据404.1.1 预精馏塔设计已知条件404.1.2 塔板工艺条件计算17414.1.3 塔径计算414.1.4 塔高计算424.1.5 塔板的工艺尺寸444.1.6 塔板流体力学验算494.2预精馏塔附件选型564.2.1 管口设计564.2.2 设备管口表57结 论58参考文献59附 录60致 谢61第一章 文献综述1.1 课题的工艺背景1.1.1 课题的提出甲醇在世界基础有机化工原料中，消费量仅次于乙烯、丙烯和苯，居第四位，在化工、医药、轻工、纺织等行业具有广泛的用途，具有举足轻重的作用。随着我国国民经济的高速发展、甲醇衍生物及下游产品生产的迅速发展和甲醇燃料的应用，甲醇需求量越来越大。为了获得高纯度、高质量的甲醇产品，甲醇精馏成为甲醇生产企业的重要后处理工序，其能耗约占甲醇生产总能耗的20% 左右， 甲醇精馏技术的好坏直接关系到精甲醇的质量，因此选择适合企业生产需要的精馏技术，是降低成本、节能降耗、提高企业经济效益和市场竞争力的重要举措1-2。因此，对甲醇精馏工艺作系统的研究对于甲醇精馏系统的合理设计、通过设备改造和调整工艺来降低甲醇精馏的能耗、提高甲醇产品质量和收率有突出的现实意义。本设计通过查阅国内外文献和实际生产中的工艺资料，对比已有的工艺流程和工艺条件进行甲醇精馏工段的创新和整合设计，提出了甲醇精馏系统的工艺设计原则和设备节能设计原则。1.1.2 国内外发展现状一、国外大规模甲醇合成技术现状3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。二、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。1.1.3 课题的研究目标本论文的研究目标是：55万吨/年甲醇精馏工段工艺设计预精馏塔工艺设计及分析(1) 根据生产任务，进行精馏工段的物料衡算和热量衡算；(2) 对预精馏塔的操作因素进行分析，并进行工艺设计、设备设计及其附件设备的选型；(3) 利用Auto CAD 软件，绘制甲醇精馏工段的物料流程图、带控制点的工艺流程图、预塔的设备图、0.000平面的精馏工段设备布置图。1.2 甲醇的简介 1.2.1 甲醇产品的性质与用途甲醇是一种透明、无色、易燃、有毒的液体，略带酒精味。其理化性质为：无色、透明、高度挥发、易燃液体。熔点-97.8。沸点64.5。闪点12.22。自燃点463.89。蒸气密度1.11。蒸气压13.33KPa(100mmHg，21.2)。能与水、乙醇、乙醚、苯、酮、卤代烃和许多其他有机溶剂相混溶。遇热、明火或氧化剂易着火。甲醇是主要广泛应用于精细化工，塑料，医药，林产品加工等领域的基本有机化工原料，可开发出100多种高附加值化工产品，尤其深加工后作为一种新型清洁燃料和加入汽油掺烧，其发展前景越来越广阔。目前甲醇主要下游产品为甲醛、醋酸、甲醇汽油、二甲醚等。1.2.2 甲醇的生产工艺目前生产甲醇的方法主要是合成法，尚有少量从木材干馏作为副产回收。合成甲醇可以固体(如煤、焦炭)液体(如原油、重油、轻油)或气体(如天然气及其他可燃性气体)为原料，经造气净化(脱硫)变换，除去二氧化碳，配制成一定的合成气(一氧化碳和氢)。在不同的催化剂存在下，选用不同的工艺条件。单产甲醇(分高压法低压和中压法)，或与合成氨联产甲醇(联醇法)。将合成后的粗甲醇，经预精馏脱除甲醚，精馏而得成品甲醇。高压法为BASF最先实现工业合成的方法，但因其能耗大，加工复杂，材质要求苛刻，产品中副产物多，今后将由ICI低压和中压法及Lurgi低压和中压法取代。1.3 甲醇精馏原理甲醇的精馏过程是利用粗甲醇中各组分的挥发度不同，且不形成共沸物，通过多次部分汽化和部分冷凝的方法，以达到分离各组分的目的。甲醇精馏的目的，是实现甲醇与水及有机物等杂质的分离，生产出合格的精甲醇产品。本课题研究四塔甲醇精馏工段工艺，包括预精馏塔、加压塔、常压塔以及回收塔。在预精馏塔中除去溶解性气体及低沸点杂质，在加压塔和常压塔中除去水及高沸点杂质，在回收塔中回收废水中的甲醇，从而制得合格的精甲醇产品（GB338-1992 标准）。粗甲醇经换热后进入预精馏塔，脱除轻组分后,塔底甲醇及高沸点组分通过泵提压后送入加压塔，加压塔顶部出来的气体进入常压塔再沸器换热后，再以回流的方式全部返回加压塔，从加压塔塔顶第2块填料位置采出产品，加压塔塔釜液送入常压塔，常压塔塔顶馏出精甲醇产品，塔釜液送入汽提塔处理，常压塔提馏段侧线采出杂醇油送往回收塔处理，回收塔塔釜液与来自常压塔塔釜液一并送往汽提塔处理4。1.3.1 预精馏塔的作用预塔精馏的主要作用有，第一，脱除粗甲醇中的二甲醚；第二，加水萃取，脱除与甲醇沸点相近是的轻馏分；第三，除去其他轻组分有机杂质。通过预精馏 后，二甲醚和大部分轻组分基本脱除干净。即脱除粗甲醇中的低沸点杂质和可与甲醇形成共沸物的杂质，它们一般由二氧化碳、醚类、胺类、烃类、酯类、醛酮类物质组成。二氧化碳、醚类、胺类等低沸物可随不凝气一起放空。对预塔的作用国内外有不同的看法，主要有两种观点：一种认为预塔对保证甲醇的质量有重要作用,国外大都持这种观点，它们的预塔比较高。国内亦有不少厂家的预塔较高，如大庆、吉林、兰州、太原等化肥厂，以及80年代末、90年代初投建的小联醇厂；另一种观点认为铜基触媒的选择性好，粗甲醇中杂质少，预塔高度不必太高，甚至将预塔冷凝器直接垂直安放在塔顶，回流量没有计量，早期的小联醇就是这样5。1.3.2 加碱对甲醇精馏的改善在甲醇合成过程中，当合成气的水分含量高时，易发生如下反应6 ： CO+ H2O HCOOH在合成过程中还可能发生如下副反应： 2CO + H2 CH3COOH CH3OH + CO CH3COOH在甲醇精馏过程中虽无化学反应，但作为原料的粗甲醇中可能存在一些酸类和酯。加碱处理使得一些难分离的杂质，在预精馏塔分解。加碱的目的：处理粗甲醇中的酸类、酯类。加碱的作用：(1)加碱易于分离杂质，可降低负荷；(2)增加精甲醇的产量,控制精甲醇的酸度和碱度指标；(3)蒸汽消耗降低，残液中甲醇含量降低；(4)腐蚀性降低，设备使用寿命增加。例如加入NaOH后，羧酸与NaOH反应生成羧酸钠： RCOOH + NaOH RCOONa+H2 O调节了粗甲醇的pH值。在碱存在下，酯发生皂化反应，生成羧酸盐： RCOOR +NaOH RCOO Na + ROH羧酸钠溶于水，易于分离。加碱处理使得一些难分离的杂质，在预精馏塔分解。加碱操作注意事项：(1)严格控制预塔塔底温度不要过高，以免CH3OH 与NaOH发生反应(一般预塔塔底温度7578)；(2)严格检测预后pH值、调节碱量加入，控制预后pH值在79之间，最好控制在8；(3)配制碱液时，要充分溶解，不能有颗粒状；(4)烧碱对人体皮肤有伤害，操作注意防护。1.3.3 萃取精馏在甲醇精馏中的应用为了提高精甲醇产品的水溶性和稳定性，在预塔加萃取水，由于粗甲醇中的甲醇一烷烃类的共沸混合物的沸点与甲醇的沸点较为接近，用普通精馏方法难以将其分离但甲醇与烷烃在结构上却不相同，加入水后，由于水和甲醇可以任何比例互溶，因此使烷烃杂质得以与甲醇分离，使粗甲醇精馏分离脱除杂质的效果大大提高，从而使产品的纯度提高。通过加入适量(一般为粗甲醇进料量的5% 10%)的萃取水，使甲醇在水中充分溶解，减少甲醇在预塔塔顶的损失，有利于提高甲醇的收率。萃取水过少，甲醇损失增加；萃取水过多，会增加能耗。精馏操作中，预后甲醇液密度(20)控制指标为0.8350.865g/mL，在粗甲醇质量稳定、杂质含量不高的情况下，可调节萃取水量，控制预后甲醇液密度在指标低限，有利于降低甲醇精馏蒸汽消耗7。1.3.4 加压塔的节能效应三塔与四塔甲醇精馏系统充分利用自身热量的回收利用，一是常压精馏塔再沸器采用加压精馏塔塔顶甲醇蒸汽来加热常压精馏塔釜液，二是精甲醇预热器采用加压精馏塔采出的精醇预热粗醇，因此蒸汽消耗低，随之冷却水用量大大减少。据测算，每吨精甲醇蒸汽消耗约为1.20.95t，与板式塔工艺全部依靠外来低压蒸汽提供热能相比，甲醇消耗要低0.30.4t8。1.3.5 回流比的选择回流比对精馏塔操作影响很大，直接关系着培内各层扳上的物料浓度的改变和温度的分布。一般情况下，选取适宜回流比为最小回比的1.32倍。两塔甲醇精馏甲醇主精馏塔的回流比为2.02.5。其调节的依据是根据塔的负荷和精甲醇的质量。为保持四塔精馏系统的稳定操作、降低能耗并减少投资，应选取：加压塔回流比R12.5，常压塔回流比R22；两塔负荷比Q1/Q2：0.590.79；并在保持稳定生产、产品质量合格的基础上，R1，R2选取得尽量小。1.3.6 甲醇精馏塔的选择对精馏过程来说，精馏设备是使过程得以进行的重要条件，它直接影响到生产装置的产品质量、生产能力、产品收率、能源消耗、三废处理等。按内件分，精馏塔可分为板式精馏塔和填料型精馏塔两种。传统的板式精馏塔，塔身高大，操作弹性小，结构复杂，安装和检修十分困难，具有开孔率低，传质、传热效果差的弊端。在生产过程中粗甲醇、水、电、蒸汽等消耗较高，而且控制点多，操作复杂，工艺指标反应滞后，产品质量不太稳定。随着新型板塔的开发，又出现了导向浮阀、斜孔筛板、垂直筛板等板式塔结构，使之在能耗、甲醇回收率等方面有了较大的改善。目前甲醇精馏使用较广泛的是填料塔，其塔内件一般采用经特殊工艺处理的不锈钢丝网波纹填料，配套新型气液分布器，可有效防止“壁流”的存在，具有比表面积大，液体均布能力强，塔体阻力小，传质、传热效率高，操作弹性大，安装检修方便等优点。与传统板式塔相比，相同生产规模下能使主、预塔的塔高降低1/3左右，只是设备造价较高。1.4 甲醇的精馏过程1.4.1 工艺流程概述常规甲醇精制流程可以分为两大部分，第一部分是预精馏部分，另一部分是主精馏部分。预精馏部分除了对粗甲醇进行萃取精馏脱出某些烷烃的作用之外，另外的还可以脱除二甲醚，和其它轻组分有机杂质。其底部的出料被加到主塔的中间入料板上，主塔顶部出粗甲醇，底部出废液，下部侧线出杂醇。9甲醇市场竞争非常激烈，特别是近年来，随着甲醇精馏技术的进步和计算机在该领域的广泛应用，老的工艺装置由于能耗过高，在市场竞争力下降，技术更新和技术进步成为必走之路。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）10。(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。图1.1 甲醇精馏工艺的单塔流程(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11。 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11。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）。图1.2 甲醇精馏工艺的双塔流程(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12。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13。图1.3 甲醇精馏工艺的三塔流程(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、水等进入常压塔，常压塔顶馏出精甲醇产品，在进料板下方设置侧线抽出，抽出物主要为甲醇、水和高沸点组分，进入甲回收塔再回收甲醇，塔底废水进入生化系统处理；回收塔设有侧线抽出，主要抽出物为高沸点醇类，以保证回收塔塔顶精甲醇质量和塔底废水中总醇含量要求，塔底废水送生化处理。 图1.4 甲醇精馏工艺的四塔流程1.4.3 工艺流程的选择14 工业上粗甲醇精馏的工艺流程，随着粗甲醇合成方法不同而有差异， 故其精制过程的复杂程度有较大差别，但基本方法是一致的。首先以蒸馏的方法在蒸馏塔的顶部，脱除较甲醇沸点低的轻组分，这时，也可能有部分高沸点的杂质与甲醇形成共沸物，随轻组分一并除去。然后，仍以蒸馏的方法在塔的底部或底侧脱除重组分，从而获得纯净的甲醇组分。选择工艺流程时，要综合考虑催化剂、粗甲醇合成条件、精馏过程中能源消耗、精甲醇的质量等，合理选择适当的精馏方法。在制定粗甲醇精馏的工艺流程时，应考虑下述原则。(1)根据粗甲醇的质量决定精馏过程的复杂程度。粗甲醇杂质的含量主要决定于催化剂本身的选择性，反应温度、压力对其影响不显著，采用铜系催化剂合成的粗甲醇杂质含量少，不必要再用化学净化方法进行处理。(2)在简化工艺流程的同时，还要考虑产品质量的特殊需要及蒸馏过程中甲醇的收率。(3)减少蒸馏的热负荷。(4)蒸馏工艺操作集中控制。(5)重视副产品的回收和排污的处理。采用四塔工艺流程，预塔的主要目的是除去粗甲醇中溶解的气体(如CO2、CO、H2 等)及低沸点组分(如二甲醚、甲酸甲酯)，加压塔及常压塔的目的是除去水及高沸点杂质( 如异丁基油)，同时获得高纯度的优质甲醇产品。另外，为减少废水排放，增设甲醇回收塔，进一步回收甲醇，减少废水中的甲醇含量。其主要特点如下：(1)利用加压塔塔顶蒸汽冷凝热作常压塔塔底再沸器热源，从而减少蒸汽消耗和冷却水消耗,形成双效精馏，总的能耗比二塔流程降低10% 20%。(2)预塔加萃取水，有效的脱除粗甲醇中溶解的气体CO2、CO、H2、和丙酮、烷烃等轻馏分杂质，使甲醇充分溶解在甲醇水溶液中，从而减少甲醇在预塔塔顶的损失。(3)由于预塔塔底的温度远低于加压塔的进料口处的温度，加压塔进料属于冷进料，而加压塔釜液温度又高于常压塔进料口处的温度，常压塔进料属于过热进料状态。无论是冷进料还是热进料对精馏塔分离都是不利的，需损失一定高度的的填料用于换热。设计的一台加压塔进料/釜液换热器，尽量降低进料和进料口处的温差，从而提高了加压塔和常压塔的分离效率。(4)在常压精馏塔提馏段杂醇油浓缩区设采出口，及时地将难分离的低沸点共沸物-杂醇油采出，从而有效地降低了常压塔的分离难度，减小了操作回流比，达到了节能、提高收率的目的；另外杂醇油采出后，能有效降低常压塔塔底废水中甲醇的含量。(5)增设的甲醇回收塔，操作弹性大，操作灵活，可回收甲醇，减少废水中的甲醇含量。不仅甲醇回收率增加，而且可以在粗甲醇杂质含量较高时从回收塔取出的甲醇用作燃料，避免杂质在系统累积而影响产品甲醇质量。综上所述，本课题研究采用四塔工艺流程，即包含预精馏塔、加压精馏塔、常压精馏塔和甲醇回收塔。1.4.4 影响精馏操作的因素与调节15一、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） 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。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。两塔甲醇精馏甲醇主精馏塔的回流比为2.02.5。其调节的依据是根据塔的负荷和精甲醇的质量。当塔的热负荷较低时，可以取较低的回流比比较经济，为保证精甲醇的质量，精馏段灵敏板的温度可以控制的略低；反之，则增大回流比，在照顾精甲醇质量的同时，为保持塔釜温度，灵敏板温度可控制略高。对粗甲醇精馏，回流比过大或过小，都会影响精馏操作的经济性和精甲醇的质量，一般在正常生产条件受到破坏或产品不合格时，才调节回流比；调节后尽可能保持塔釜的加热量稳定，使回流比稳定。在调节回流的同时，要注意板式塔的操作特点，防止液泛和严重漏液，都将会造成塔内操作温度的混乱。当改变回流比时，由于操作的变动，必然会引起塔内每层板上浓度(组成)和温度的改变，影响甲醇的质量和甲醇的收率，必须通过调节，控制塔内适宜的温度，达到新的平衡，在粗甲醇含量和产量确定的条件下，甲醇精馏系统正确的设计十分关键。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。二、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。1.5 Aspen Plus工艺流程模拟1.5.1 Aspen Plus软件的发展史Aspen Plus是大型通用流程模拟系统，源于美国能源部七十年代后期在麻省理工学院（MIT）组织的会战，开发新型第三代流程模拟软件。该项目称为“过程工程的先进系统”（Advanced System for Process Engineering，简称ASPEN），并于1981年底完成。1982年为了将其商品化，成立了AspenTech公司，并称之为Aspen Plus。该软件经过近20年来不断地改进、扩充和提高,已先后推出了十个版本,成为举世公认的标准大型流程模拟软件。全球各大化工、石化、炼油等过程工业制造企业及著名的工程公司都是Aspen Plus的用户。以Aspen Plus严格机理模型为基础,还逐步发展起来了针对不同用途、不同层次的Aspen工程套件(Aspen Engineering Suite,简称AES)产品系列。Aspen Plus是工程套件的核心，可广泛地应用于新工艺开发、装置设计优化，以及脱瓶颈分析与改造。此稳态模拟工具具有丰富的物性数据库，可以处理非理想、极性高的复杂物系；并独具联立方程法和序贯模块法相结合的解算方法，以及一系列拓展的单元模型库。此外还具有灵敏度分析、自动排序、多种收敛方法，以及报告等功能。1.5.2 Aspen Plus的独特优势1）Aspen Plus具有最完备的物性系统物性模型和数据是得到精确可靠的模拟结果