毕业论文（设计）-年产4万吨工业甲醇—精馏生产车间设计

海南大学毕业设计题目年产4万吨工业甲醇精馏生产车间设计学号20100411310071姓名王晓明年级2010级学院材料与化工学院系别化工系专业化学工程与工艺指导教师张美苍完成日期2014/4/25摘要甲醇,简单饱和脂肪醇，其分子式为CH3OH。甲醇是重要的化工原料和清洁燃料，用途广泛，在国民经济生产中中占有十分重要的地位。近年来，随着甲醇下游产品的开发特别是甲醇燃料的应用，国内外对于甲醇的需求日益增长。故而，经过分析比较各种生产原料、合成工艺后，本设计采用煤为原料年产4万吨工业甲醇，以供应国内需求。本设计遵循“技术先进、工艺成熟、经济合理、安全环保”等原则，在充分论证国内外各种先进生产方法、工艺流程和设备配置基础上，选用以原料气经双效法三塔精馏工艺路线生产甲醇。设计的重点是生产工艺设计论证、工艺计算及设备设计选型。此外，在设计中充分考虑环境保护和劳动安全，以减少“三废”排放，加强“三废”治理，确保安全生产，消除并尽可能减少工厂生产对职工的伤害。关键词煤；精馏；设计ABSTRACTMETHANOL,SIMPLESATURATIONOFFATTYALCOHOLS,ITSMOLECULARFORMULAFORCH3OHMETHANOLISIMPORTANTCHEMICALRAWMATERIALSANDCLEANFUEL,AWIDERANGEOFUSES,INTHENATIONALECONOMYINTHEPRODUCTIONOFANIMPORTANTPOSITIONINRECENTYEARS,WITHTHEDEVELOPMENTOFCARBINOLDOWNSTREAMPRODUCTSESPECIALLYTHEAPPLICATIONOFMETHANOLFUEL,BOTHATHOMEANDABROADTHEGROWINGDEMANDFORMETHANOLSO,AFTERANALYSISCOMPARINGKINDSOFRAWMATERIAL,PRODUCTIONSYNTHESISPROCESS,THISDESIGNUSESTHENATURALGASASRAWMATERIALWITHTHEANNUALPRODUCTIONCAPACITYOF40000TONSMETHANOL,TOSUPPLYDOMESTICDEMANDTHISDESIGNFOLLOWTHE“ADVANCEDTECHNOLOGY,THECRAFTISMATURE,THEECONOMICANDREASONABLE,SAFEENVIRONMENTALPROTECTION“PRINCIPLE,INTHEFULLDISCUSSIONVARIOUSDOMESTICANDINTERNATIONALADVANCEDPRODUCTIONMETHOD,TECHNOLOGICALPROCESSANDEQUIPMENTBASEDONCONFIGURATION,CHOOSETOTHEGASMATERIALTHREETOWERDISTILLATION“PRODUCEMETHANOLPROCESSROUTEDESIGNISTHEFOCUSOFTHEPRODUCTIONPROCESSDESIGNARGUMENTATION,PROCESSCALCULATIONANDDESIGNOFEQUIPMENTTYPESELECTIONINADDITION,INTHEDESIGNOFFULLYCONSIDERINGENVIRONMENTALPROTECTIONANDLABORSAFETY,TOREDUCEEMISSIONS“THREEWASTES“,STRENGTHENINGOF“THREEWASTES“TREATMENT,ENSURETHESAFETYINPRODUCTION,ELIMINATEANDREDUCEPRODUCTIONFACTORYTOTHEWORKERSDAMAGEKEYWORDSCOALDISTILLATIONDESIGN目录总论11概述111甲醇的性质112甲醇用途213甲醇在国民经济中的重要性214甲醇的市场需求215设计的目的和意义316设计的依据3161海南大学材料与化工学院2010届毕业设计选题3162设计的基础资料317设计的指导思想318设计的范围装置组成及建设规模4181设计的范围4182生产和辅助车间设置4183建设规模419原料煤规格5110产品质量标准52工艺流程设计521粗甲醇的精馏6211精馏原理6212精馏工艺和精馏塔的选择63工艺流程1131甲醇合成工艺流程1132甲醇精馏工艺流程1233氨吸收制冷流程134合成工段工艺计算1441合成工段物料衡算15411设计条件及参数155精馏工段工艺计算1651精馏工段物料衡算16511预精馏塔物料衡算16512加压塔物料衡算18513常压塔物料衡算2152精馏工段的热量衡算23521预精馏塔热量衡算23522预塔冷凝器热量衡算26523加压塔热量衡算27524常压塔热量衡算296主要设备的计算与选型3261物料衡算33611原料液及其塔顶、塔底产品的摩尔分率33612原料液及其塔顶与塔底产品的平均摩尔质量33613全塔物料衡算3462塔板数的确定34621最小回流比的估算34622实际回流比35623最少理论塔板数的计算35624理论板数35625进料板位置36626苯塔的工艺条件及有关物性数据的计算37627平均摩尔质量3763液相和气相平均密度38631液相平均密度38632气相平均密度39633液相平均表面张力39634液相平均粘度4064精馏塔塔体和塔板主要尺寸计算41641塔高和塔径41642塔板主要工艺尺寸的计算4465塔板的流体力学验算47651阻力和单板压降校验47652液面落差49653雾沫夹带校验49654漏液校验50655液泛校验5066负荷性能图51661精馏段负荷性能图516611漏液线（气相负荷下限线）516612液体流量下限线526613液体流量上限线526614雾沫夹带线536615液泛线536616操作弹性55662提馏段负荷性能图556621漏液线（气相负荷下限线）556622液体流量下限线556623液体流量上限线556624雾沫夹带线566625液泛线566626操作弹性5767预塔冷却器工艺计算57671初选换热器57672核算压降59673核算总传热系数6068循环压缩机的选择6169精馏段设备设计61691设计条件62692精馏塔设备选择627车间设计6471厂区布置原则6472厂房的整体布置6573车间设备布置设计65731车间设计要求65732合成车间6574精馏车间668三废处理和生产安全6681三废处理66811甲醇生产对环境的污染66812处理方法6782生产安全68821甲醇的火灾、爆炸危险性68822预防甲醇火灾、爆炸的措施69823生产过程中职业危险、危害因素的分析70824主要防范措施72825自动控制及安全联锁73826劳动保护防范措施73827中毒事故处理措施74致谢76参考文献76总论1概述11甲醇的性质化学名称为甲醇，别名甲基醇、木醇、木精。分子式CH3OH，分子量3204。是有类似于乙醇气味的无色透明、易燃、易挥发的液体。甲醇是最常用的有机化学溶剂之一，能与水和多种有机溶剂互溶，但不能与脂肪烃类化合物互溶。甲醇是最简单的饱和脂肪醇，具有脂肪醇的化学性能，其化学性很活泼，如氧化反应、氨化反应、酯化反应、羟基化反应、卤化反应、脱水反应、裂解反应等。其主要物理性质如下表表11甲醇的主要物理性质项目数值项目数值液体密度KGM37931临界常数蒸汽密度KGM3143临界温度TC240沸点6465临界压力PCMPA797熔点978生成热KJMOL1闪点气体2520122开杯法160液体2523873闭杯法120燃烧热KJMOL1自燃点气体76409在空气中473液体72616在氧气中461蒸发潜热647KJMOL135295表面张力MNM1245熔融热971KJMOL13169黏度MPAS热导率JMSK21103液体黏度2005945空气中最大允许浓度GM3005蒸汽黏度150140空气中爆炸极限临界体积VCMLMOL1118下限60临界压缩系数ZC0224上限36512甲醇用途甲醇是最简单的饱和醇，也是重要的化学工业基础原料和清洁液体燃料，它广泛用于有机合成、医药、农药、涂料、染料、汽车和国防等工业中。用于制造甲醛和农药（杀虫剂、杀虫螨）、医药（磺胺类、合霉素类）等的原料、合成对苯二甲酸二甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯的原料之一、醋酸、氯甲烷、甲胺和硫酸二甲酯等多种有机产品。等，并用作有机物的萃取剂和酒精的变性剂等。用作基本有机原料、溶剂及防冻剂。主要用于制甲醛、香精、染料、医药、火药、防冻剂等。是基础的有机化工原料和优质燃料。主要应用于精细化工，塑料等领域，用来制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲氨、硫酸二甲脂等多种有机产品，也是农药、医药的重要原料之一。甲醇在深加工后可作为一种新型清洁燃料，也加入汽油掺烧。13甲醇在国民经济中的重要性甲醇是由CO和H2合成的，主要生产原料为煤、焦碳、天然气、焦炉气、石油等。甲醇产品目前是全世界需求量巨大的重要基础化工产品和基本化工原料，同时也是新一代的能源燃料，其产量仅次于合成氨而居于第二大化工原料产品。甲醇在石油化学工业、医药工业、轻纺工业、生物化工以及能源、交通运输行业均有广泛用途，在国民经济中占有十分重要的地位。14甲醇的市场需求随着国民经济的日益增长，国内对于作为重要化工原料的甲醇的需求不断的增加，我国是石油比较贫乏的国家，对外进口困难，另外从长远利益看，甲醇成为汽油的替代品已经成为必然，动力燃料将成为本世纪甲醇用量最大的领域，这使得国内对甲醇的需求大幅度的提升。15设计的目的和意义我国石油资源短缺，能源安全已经成为不可回避的现实问题，寻求替代能源已成为我国经济发展的关键。甲醇作为石油的补充已成为现实，发展甲醇工业对我国经济发展具有重要的战略意义。煤在世界化石能源储量中占有很大比重（我国情况更是如此），而且煤制甲醇的合成技术很成熟。随着石油和天然气价格的迅速上涨，煤制甲醇更加具有优势。本设计遵循“工艺先进、技术可靠、配置科学、安全环保”的原则；结合甲醇的性质特征设计一座年产4万吨工业甲醇精馏生产车间工艺设计。通过设计可以巩固、深化和扩大所学基本知识，培养分析解决问题的能力；还可以培养创新精神，树立良好的学术思想和工作作风。通过完成设计，可以知道甲醇的用途；基本掌握煤制甲醇的生产工艺；了解国内外甲醇工业的发展现状；以及甲醇工业的发展趋势。16设计的依据161海南大学材料与化工学院2010届毕业设计选题年产4万吨工业甲醇精馏生产车间设计任务书，见附件。162设计的基础资料（1）工艺流程资料参阅某化学工程公司的甲醇合成厂的工艺流程资料和参考由房鼎业主编的甲醇工学。17设计的指导思想以设计任务书为基础，适应我国甲醇工业发展的需要。加强理论联系实际，扩大知识面；培养独立思考、独立工作的能力。整个设计应贯彻节省基建投资，充分重视技术进步，降低工程造价，节能环保等思想，设计生产高质量甲醇产品。18设计的范围装置组成及建设规模181设计的范围（1）物料衡算、热量衡算、设备选型（2）年产4万吨工业甲醇精馏生产车间设计（4）安全环保措施（5）编写设计说明书（6）绘制设计图纸设计重点工艺流程的设计，工艺计算，精馏塔、水冷器设计计算与选型182生产车间设置1设生产车间4个煤气化车间包括原料煤的贮存、备煤加工处理、粉煤气化和空分。净化车间包括脱硫（常压粗煤气脱硫、变换气脱硫）、一氧化碳变换、脱二氧化碳及精脱硫。合成车间包括压缩、甲醇合成。精馏车间甲醇精馏和甲醇贮罐区。动力车间包括全厂供排水、锅炉供热、软水脱盐水、供电。183建设规模生产能力年产4万吨工业甲醇，年开工日为330天，日产为12121吨，建设期2年。工作制度合成车间日工作小时为24小时，每日3班轮流替换，每班8小时连续生产，共4个班。厂址选择该厂建设在某煤矿附近，计划占地约85亩；厂房基建部分由某工程设计院设计。19原料煤规格原料煤的元素分析为C675；H40；O102；N065；S（可燃）173；S（不可燃）034；CL/（MG/KG）229；F/（MG/KG）104；NA/（MG/KG）2180；K/（MG/KG）292。110产品质量标准本产品（精甲醇）执行国家GB33892标准，具体指标见下表表1甲醇GB33892指标项目优等品一等品合格品色度（铂钴），号510密度（200C），G/CM30791079207910793640655温度范围0,101325PA，沸程（包括646010C），081015高锰酸钾试验，MIN503020水溶性试验澄清水分含量，0100150001500030005酸度（以HCOOH计），或碱度（以NH3计），000020000800015羰基化合物含量（以CH2O计），00020005001蒸发残渣含量，0001000300052工艺流程设计图1煤制甲醇的简单工艺流程采用GSP气化工艺将原料煤气化为合成气；通过变换和NHD脱硫脱碳工艺将合成气转化为符合甲醇合成条件的原料气；第三步就是甲醇的合成，将原料气加压到514MPA，加温到225后输入列管式等温反应器后，在XNC98型催化剂的作用下合成甲醇，生成的粗甲醇送入精馏塔精馏，得精甲醇。然后利用三塔精馏工艺将得到的粗甲醇精制得到精甲醇。21粗甲醇的精馏在甲醇合成时，因合成条件如压力、温度、合成气组成及催化剂性能等因素的影响，在产生甲醇反应的同时，还伴随着一系列的副反应。所得产品除甲醇为，还有水、醚、醛、酮、酯、烷烃、有机酸等几十种有机杂质。由于甲醇作为有机化工的基础原料，用它加工的铲平种类很多，因此对甲醇的纯度均有一定的要求。甲醇的纯度直接影响下游产品的质量、消耗、安全生产及生产过程中所用的催化剂的寿命。所以粗甲醇必须提纯。211精馏原理精馏是将沸点不同的组分所组成的混合液，在精馏塔中，同时多次部分气化和多次部分冷凝，使其分离成纯态组分的过程。其分离的原理如下对于由沸点不同的组分组成的混合液，加热到一定温度，使其部分气甲醇合成合成气净化甲醇精馏煤制合成气化，并将气相与液相分离。因低沸点组分易于气化，则所得气相中低沸点组分含量高于液相中的含量，而液相中高沸点组分含量，较气相中高。若将气相混合蒸汽再部分冷凝下来，将冷凝液再加热到一定温度，使其部分气化，并将气相与液相分离，则所得气相冷凝液中的低沸点组分又高于原气相冷凝液。如此反复，低沸点组分不断提高。到最后制得接近纯态的低沸点组分。212精馏工艺和精馏塔的选择甲醇精馏按工艺主要分为三种双塔精馏工艺技术、带有高锰酸钾反应的精馏工艺技术和三塔精馏工艺技术。双塔精馏工艺技术由于具有投资少、建设周期短、操作简单等优点，被我国众多中、小甲醇生产企业所采用。其在联醇装置中得到了迅速推广。带有高锰酸钾反应的精馏工艺技术仅在单醇生产中用锌铬为催化剂的产品中有应用。近年来随着甲醇合成铜基催化剂的广泛应用和气体净化水平的提高。粗甲醇生产中的副反应减少和杂质的降低，此工艺流程己经很少采用。三塔精馏工艺技术是为减少甲醇在精馏中的损耗和提高热利用率，而开发的一种先进、高效和能耗较低的工艺流程。近年来在大、中型企业中得到了推广和应用。2121双塔精馏工艺国内中、小甲醇厂大部分都选用双塔精馏工艺传统的主、预精馏塔几乎都选用板式结构。双塔精馏工艺流程见下图。来自合成工段含醇90的粗甲醇，经减压进入粗甲醇贮槽。经粗甲醇预热器加热到45后进入预精馏塔。甲醇的精馏分2个阶段先在预塔中脱除轻馏分主要是二甲醚；后进入主精馏塔，进一步把高沸点的重馏分杂质脱除，主要是水、异丁基油等。从塔顶或侧线采出经精馏甲醇冷却器冷却至常温后，就可得到纯度在999以上的符合国家指标的精甲醇产品。该工艺具有流程简单，运行稳定，操作方便，一次投资少的特点。该工艺适合于原料粗甲醇中二甲醚等轻组分、还原性杂质量较低的粗甲醇加工。水甲醇1预精馏塔；2主精馏塔图2甲醇双塔工艺流程2122三塔精馏工艺近年来，许多企业原有甲醇双塔精馏装置己不能满足企业的需要。随着生产的强化，不仅消耗大幅度上升，而且残液中的甲醇含量也大大超过了工艺指标。对企业的达标排放构成了较大的威胁。甲醇三塔精馏工艺技术是为了减少甲醇在精馏过程中的损耗，提高甲醇的收率和产品质量而设计的。预精馏塔后的冷凝器采用一级冷凝，用以脱除二甲醚等低沸点的杂质，控制冷凝器气体出口温度在一定范围内。在该温度下，几乎所有的低沸点馏分都为气相，不造成冷凝回流。脱除低沸点组分后，采用加压精馏的方法，提高甲醇气体分压与沸点，减少甲醇的气相挥发，从而提高了甲醇的收率。作为一般要求的精甲醇经加压精馏塔后就可以达到合格的质量。如作为特殊需要，则再经过常压精馏塔的进一步提纯。生产中加压塔和常压塔同时采出精甲醇，常压塔的再沸器热量由加压塔的塔顶气提供，不需要外加热源。粗甲醇预热器的热量由精甲醇提供，也不需要外供热量。因此该工艺技术生产能力大，节能效果显著，特别适合较大规模的精甲醇生产。粗甲醇甲醇甲醇釜液图3三塔工艺流程1预精馏塔2加压精馏塔3常压精馏塔2123双塔与三塔精馏技术比较（1）工艺流程。三塔精馏与双塔精馏在流程上的区别在于三塔精馏采用了2台主精馏塔其中1台是加压塔和1台常压塔，较双塔流程多1台加压塔。这样，在同等的生产条件下，降低了主精馏塔的负荷，并且常压塔利用加压塔塔顶的蒸汽冷凝热作为加热源，所以三塔精馏既节约蒸汽，又节省冷却水。（2）蒸汽消耗。在消耗方面,由于常压塔加压塔的蒸汽冷凝热作为加热源，所以三塔精馏的蒸汽消耗相比双塔精馏要低。（3）产品质量。三塔精馏与双塔精馏在产品质量上最大的不同是三塔精馏制取的精甲醇中乙醇含量低，一般小于50106,而双塔精馏制取的精甲醇中乙醇含量为400106500106，三塔精馏制取的精甲醇纯度可达9999，含有的有机杂质相对较少。（4）设备投资。三塔精馏的流程较双塔精馏流程要复杂，所以在投资方面，同等规模三塔精的设备投资要比双塔精馏高出2030。（5）操作方面。由于双塔精馏具有流程简单,运行稳定的特点,所以在操作上较三塔精馏要方便简单。表5双塔精馏与三塔精馏的投资与操作费用比较表项目双塔精馏三塔精馏生产规模T/A1052510525投资1001001001131223129操作费用1001001006466771能耗10010010060604612注投资、操作费用、能耗为相对数通过上述比较可知，虽然三塔精馏技术的一次性投入要比双塔精馏高出2030,但是从能源消耗、精甲醇质量上都要优于双塔精馏，特别是能耗低的优点十分突出。随着三塔精馏生产规模的扩大，能耗还有进一步下降的空间。而双塔精馏技术仅在生产规模低于5万T/A时具有一定得优势。本设计中甲醇产量为20万T/A，远大于5万T/A，综合考虑各项因素，所以设计采用三塔精馏工艺。2124精馏塔的选择精馏塔市粗甲醇精馏工序的关键设备，它直接制约着生产装置的产品质量、消耗、生产能力及对环境的影响。所以要根据企业的实际条件选择合适的高效精馏塔。目前常用的精馏塔主要有四种塔型泡罩塔，浮阀塔，填料塔和新型垂直筛板塔。其各自结构及特点如下（1）泡罩塔泡罩塔十多层板式塔，每层塔板上装有一个活多个炮罩。该类型塔塔板效率高，操作弹性大，塔阻力小，但单位面积的生产能力低，设备体积大，结构复杂，投资较大。该塔已经逐渐被其他塔代替。（2）浮阀塔浮阀塔的塔板结构与泡罩相似，致使浮阀代替了泡罩及其伸气管。该类型塔板效率高，操作弹性大，操作适应性强，单位面积生产能力大，造价较低。但浮阀易损坏，维修费用高，安装要求高。目前该塔仍被广泛使用，但有使用逐渐减少的趋势。（3）填料塔填料塔是在塔内装填新型高效填料，如不锈钢网波纹填料，每米填料相当5块以上的理论板。塔总高一般为浮阀塔的一半。该塔生产能力大，压降小，分离效果好，结果简单，维修量极小，相对投资较小，是目前使用较多的塔型之一。（4）新型垂直筛板新型垂直筛板的传质单元，是由塔板开有升气孔及罩于其上的帽罩组成。该塔传质效率高，传质空间利用率好，处理能力大，操作弹性大，结构简单可靠，投资小，板液面梯度小，液面横向混合好无流动传质死区。综合比较上面四种塔，可以知道填料塔和新型垂直筛板性质更加优越，所以设计选用了填料塔。2125生产工艺参数预塔塔顶放空温度40，入塔温度65，预精馏后甲醇比重维持在087，预精馏塔塔底温度82；加压塔塔底釜液压强06MPA，温度125，塔顶气体压强06MPA，温度115，常压塔塔顶气体压强013MPA，温度76。3工艺流程31甲醇合成工艺流程来自脱碳装置的新鲜气（40，34MPA）与循环气一起经甲醇合成气压缩机（C7001）压缩至514MPA后，经过入塔气预热器（E7001）加热到225，进入甲醇合成塔（R7001）内，甲醇合成气在催化剂作用下发生如下反应CO2H2CH3OHQCO23H2CH3OHH2OQ甲醇合成塔（R7001）为列管式等温反应器，管内装有XNC98型甲醇合成催化剂，管外为沸腾锅炉水。反应放出大量的热，通过列管管壁传给锅炉水，产生大量中压蒸汽（39MPA饱和蒸汽），减压后送至蒸汽管网。副产蒸汽确保了甲醇合成塔内反应趋于恒定，且反应温度也可通过副产蒸汽的压力来调节。甲醇合成塔（R7001）出来的合成气（255，49MPA），经入塔气预热器（E7001），甲醇水冷器（E7002A，B），进入甲醇分离器（V7002），粗甲醇在此被分离。分离出的粗甲醇进入甲醇膨胀槽（V7003），被减压至04MPA后送至精馏装置。甲醇分离器（V7002）分离出的混合气与新鲜气按一定比例混合后升压送至甲醇合成塔（R7001）继续进行合成反应。从甲醇分离器（V7002）出来的循环气在加压前排放一部分弛放气，以保持整个循环回路惰性气体恒定。弛放气减压后去燃气发电系统；甲醇膨胀槽（V7003）顶部排出的膨胀气去燃料气系统。合格的锅炉给水来自变换装置；循环冷却水来自界区外部。汽包（V7001）排污，经排污膨胀槽（V7006）膨胀减压后就地排放。蒸汽弛放气新鲜气图8合成工艺流程32甲醇精馏工艺流程来自甲醇合成装置的粗甲醇（40，04MPA），通过预塔进料泵（P8002A,B），经粗甲醇预热器加热至65，进入预精馏塔（T8001），预塔再沸器（E8004）用04MPA的低压蒸汽加热，低沸点的杂质如二甲醚等从塔顶排出，冷却分离出水后作为燃料；回收的甲醇液通过预塔回流泵（P8003A,B）作为该塔回流液。预精馏塔（T8001）底部粗甲醇液经加压塔进料泵（P8004A,B）进入加压精馏塔（T8002），加压塔再沸器（E8005）以13MPA低压蒸汽作为热源，加压塔塔顶馏出甲醇气体（06MPA，122）经常压塔再沸器（E8007A，B）后，甲醇气被冷凝，精甲醇回到加压塔回流槽（V8004），一部分精甲醇经加压塔回流泵（P8005A，B），回到加压精馏塔（T8002）作为回流液，另一部分经加压塔甲醇冷却器（E8006）冷却后进入精甲醇计量槽（V8007A，B）中。加压精馏塔（T8002）塔底釜液（06MPA，125）进入常压精馏塔（T8003），进一步精馏。常压塔再沸器（E8007A，B）以加压精馏塔（T8002）塔顶出来的甲醇气作为热源。常压精馏塔（T8003）顶部排出精甲醇气（013MPA，67），经常压塔冷凝冷却器（E8008）冷凝冷却后一部分回流到常压精馏塔（T8003），另一部分打到精甲醇计量槽（V8007A，B）内贮存。产品精甲醇由精甲醇泵（P8008A，B）从精甲醇计量槽（V8007A，B）送至甲醇罐区装置。为防止粗甲醇中含有的甲酸、二氧化碳腐蚀设备，在预塔进料泵（P8002A，B）后的粗甲醇溶液中配入适量的烧碱溶液，用来调节粗甲醇溶液的PH值。甲醇精馏系统各塔排出的不凝气去燃料气系统。由常压精馏塔（T8003）底部排出的精馏残液经废水冷却器（E8009）冷却至40后，由废水泵（P8007A，B）送到生化处理装置。由甲醇精馏来的精甲醇贮存到精甲醇贮槽（V9101A，B）中。精甲醇贮槽为两台10000M3的固定顶贮罐，贮存量按15天产量计。当甲醇外运时，启动精甲醇泵（P9101A,B），将甲醇输送到甲醇装卸栈台，通过火车鹤管进入火车槽车，通过汽车鹤管进入汽车槽车。甲醇装卸栈台共设有12台火车鹤管和6台汽车鹤管，根据精甲醇泵（P9101A,B）的能力，至少有三台槽车同时装料。二甲醚图9精馏工艺流程33氨吸收制冷流程由净化装置（NHD脱硫脱碳工段）及醋酸装置来的气氨（15，022MPAA），进入本装置，经过冷器（E2503）与出工段的液氨换热，升到238进入吸收器（R2501AB、R2502AB），被由溶液热交换器（E2502A，B）来的稀氨水（47）吸收为浓氨水（37）。其吸收反应热由冷却水带出。浓氨水由氨水泵（P2501A、B）加压，经溶液热换热器，与来自精馏塔塔釜稀氨水（140）换热，升到114，进入精馏塔（T2501A、B）中部进行精馏。蒸出的气氨经塔顶回流冷凝器，进入氨冷凝器（E2504AD），冷凝为液氨，进入液氨贮槽，然后液氨经过冷器换热，过冷到169送到用户。来自NHD脱硫工段的变换气（182），进入本工段再沸器（E2501A，B）后，再经冷凝液分离器（V2504A，B）后返回到变换甲烷工段，为精馏氨水提供热源。由精馏塔出来的氨水，经（立式）膜式再沸器，蒸出气氨及稀氨水混合液，返回到精馏塔。稀氨水由塔底出来进入溶液热交换器。整个装置形成气氨吸收，浓氨水精馏，冷凝液氨的循环系统，为用户提供冷量。来自合成、净化的循环水装置的循环冷却水，分别进入吸收器，冷凝器，塔顶回流冷却器，分别移出氨的反应热和冷凝热。4合成工段工艺计算设计任务是年产4万吨工业甲醇精馏生产车间工艺设计，采用的工艺为德国鲁奇公司1971年开发的LURGI低压甲醇合成工艺，该工艺合成压力为4053到5066MPA，温度为230到290，新鲜气与循环气的比为15。为便捷计算，取合成压力为50MPA，合成温度为270。41合成工段物料衡算411设计条件及参数厂设计为年产4万吨工业甲醇，开工时间为每年330天，采用连续操作，则每小时生产精甲醇H/KG51024310通过三塔高效精馏工艺，精甲醇的纯度可达到9995，符合精甲醇国家一级标准。三塔精馏工艺中甲醇的收率达97。则入预精馏塔的粗甲醇中甲醇量505051/097520671KG/H。由粗甲醇的组成通过计算可得下表粗甲醇和新鲜原料气的组成含量及摩尔质量见表21和表23表21粗甲醇组成组分CH3OHCH32OC4H9OHH2O含量（WT）9312052054582表22新鲜气组成组分COCO2H2CH4N2含量（V）24253056750210410表23各物质的摩尔质量组分COCO2H2CH4N2CH3OHCH32OC4H9OHH2O摩尔质量（G/MOL）28442162832467418根据粗甲醇各组分及含量，算得各组分的量为甲醇即5206719312484849KG/HL4848493215152LKMOL/H二甲醚5206710522707KG/HA270746059KMOL/H异丁醇5206710542812KG/HI281274038KMOL/H水520671158230303KG/HW30303181684KMOL/H上述计算结果见表24表24粗甲醇物料表组分CH3OHCH32OC4H9OHH2O合计KG/H4848492707281230303520671WT931205205458210000KMOL/H15152059038168416933MOL8948035023994100005精馏工段工艺计算51精馏工段物料衡算这次设计，粗甲醇精馏采用三塔精馏工艺，此流程预塔的作用是除去以二甲醚为主的轻组分，第一精馏塔加压和第二精馏塔常压都采出产品。第一精馏塔4采出的产品纯度为约为997，第二精馏塔采出的产品纯度可达9995。511预精馏塔物料衡算5111预塔进料衡算预塔进料（除回流液）包括粗甲醇、碱液、软水三部分，其中粗甲醇的组成及流量见表24，碱液的加入量因精甲醇而定，每生产1吨精甲醇约消耗碱01千克，由表24知，精甲醇的产量为505051KG/H,故耗碱量为50505101051KG/H310向预塔中加入碱液是将氢氧化钠配制成质量分数为5的碱液加入，加碱液时会带入少量的水，碱液带入的水量为05196KG/H软水加入量按粗甲醇的20计，故软水加入量为52067102969103165KG/H现将预塔进料列为表格，见表31表31预塔进料及组成物料粗甲醇（KG/H）碱液（KG/H）软水（KG/H）合计（KG/H）甲醇（KG/H484849484849水（KG/H）30303969103165134437烧碱（KG/H）051051二甲醚（KG/H）27072707异丁醇（KG/H）28122812合计（KG/H）5206711021031656248565112预塔回流物料衡算预塔回流液与进料之比为34，塔顶温度控制在68，回流液中甲醇大约占92，水约占8，不凝物二甲醚作为轻组分由塔顶馏出。预塔回流流量及组成见表32表32预塔回流流量及组成组分CH3OHH2O合计KG/H43115137491468642WT920080010000KMOL/H13473208315556MOL8661133910000计算如下，以甲醇为例，预塔回流液为进料的75，故回流液质量流量为624856075468642KG/H其中甲醇占92，水占8，甲醇的质量流量为468642092431151KG/H水的质量流量为46864241821837491KG/H则甲醇和水的摩尔流量分别为431151/3213473KMOL/H；37491/182083KMOL/H得回流液摩尔流量为13473208315556KMOL/H则甲醇的摩尔含量为（13473/15556）10086615113预塔塔釜出料衡算预塔塔釜出料包括进料中全部的甲醇、水、异丁醇、烧碱，物料流量及组成见表33表33预塔塔釜出料流量及组成组分CH3OHH2OC4H9OHNAOH合计KG/H48484913444372821051622149WT7793216104500110000KMOL/H15152746903800122660MOL66873296017000510000由于预塔塔釜出料的质量流量和摩尔流量都已知，计算总量及其各自的含量很容易，故在此略计算。预塔塔顶采出的轻组分为二甲醚，流量为2707KG/H。512加压塔物料衡算预精馏塔内粗甲醇加水经脱除轻馏分后的甲醇称为预后甲醇，全部进入加压塔进行精馏。5121加压塔进料衡算加压塔进料的预后甲醇为预塔塔釜出料，因此其流量和组成与预塔塔釜出料流量和组成相同，在此不做计算，具体见表33。5122加压塔回流物料衡算加压塔回流流量与进料流量之比为21，其中加压塔采出的甲醇纯度约为997，还含有03的水，回流液与塔顶采出精甲醇组成一样，其物料衡算见表34表34加压塔塔回流流量及组成组分CH3OHH2O合计KG/H124056537331244298WT997003010000KMOL/H3876820738975MOL994705310000计算如下，以甲醇为例，加压塔回流液质量流量为62214921244298KG/H其中甲醇和水的质量流量分别为124429899701240565KG/H；124429812405653733KG/H甲醇和水的摩尔流量分别为1240565/3238768KMOL/H；3733/18207KMOL/H回流液摩尔流量为3876820738975KMOL/H甲醇的摩尔含量为（38768/38975）10099475123加压塔塔顶馏出物衡算加压塔塔顶流出物的组成与回流液组成一样，只是流量不同，加压塔与常压塔精甲醇采出的比例为21，则加压塔塔顶采出纯甲醇的质量流量为484849323233KG/H23摩尔流量为323233/3210101KMOL/H水的质量流量为030973KGH23097摩尔流量为973/18054KMOL/H具体物料衡算结果见下表35表35加压塔塔馏出物流量及组成组分CH3OHH2O合计KG/H323233973324206WT997003010000KMOL/H1010105410155MOL994705310000由于甲醇和水的质量流量及摩尔流量已知，用分量除以总量即可求的各自对应的百分含量，相对简单，故在此不做计算。5124加压塔塔釜物料衡算加压塔塔釜采出物料大部分水、部分甲醇及全部异丁醇和烧碱。采出甲醇和水的量为塔顶馏出后的甲醇和水，即为甲醇484849323233161616KG/H；水130405947133464KG/H摩尔流量分别为甲醇161616/325051KMOL/H；水133464/187415KMOL/H异丁醇和烧碱的质量流量及摩尔流量已知，具体衡算结果见表36表36加压塔塔釜出料流量及组成组分CH3OHH2OC4H9OHNAOH合计KG/H1616161334642812051297943WT5424448009400210000KMOL/H5051741503800112505MOL4039593003100110001由于塔釜各组分的质量流量及摩尔流量已知，用分量除以总量即可求的各自对应的百分含量，相对简单，在此不做计算。513常压塔物料衡算5131常压塔进料衡算常压塔进料即为加压塔塔釜出料，因此其流量及组成与加压塔塔釜出料流量及组成相同，在此不做计算，具体见表36。5132常压塔回流物料衡算常压塔回流流量与进料流量之比为41，其中常压塔采出的甲醇纯度约为9995，还含有005的水，回流液与塔顶采出精甲醇组成一样，其物料衡算见表37表37常压塔塔回流流量及组成组分CH3OHH2O合计KG/H11911765961191772WT999500510000KMOL/H3722403337257MOL999100910000计算如下，以甲醇为例，常压塔回流液质量流量为29794341191772KG/H其甲醇和水的质量流量分别为119177299951191176KG/H；11917721191176596KG/H则甲醇和水的摩尔流量分别为甲醇1191176/3237224KMOL/H；水596/18033KMOL/H得回流液摩尔流量为3722403337257KMOL/H则甲醇的摩尔含量为（37224/37257）10099915133常压塔塔顶馏出物衡算常压塔塔顶流出物的组成与回流液组成一致，只是流量不同，加压塔与常压塔精甲醇采出的比例为21，则加压塔塔顶采出纯甲醇的质量流量为4896KG/H3则摩尔流量为161616/325051KMOL/H水的质量流量为005081KGH1095摩尔流量为081/18005KMOL/H具体物料衡算结果见表38表38常压塔塔馏出物流量及组成组分CH3OHH2O合计KG/H161616081161697WT999500510000KMOL/H50510055056MOL9992000810000由于甲醇和水的质量流量及摩尔流量已知，用分量除以总量即可求的各自对应的百分含量，相对简单，在此不做计算。5134常压塔塔釜物料衡算常压塔塔釜采出物料为水、异丁醇、烧碱，几乎没有甲醇。采出水的量为塔顶馏出后的水，即为133464081133383KG/H则摩尔流量分别为133383/187410KMOL/H由于异丁醇和烧碱的质量流量及摩尔流量已知，具体衡算结果见表39表39常压塔塔釜出料流量及组成组分H2OC4H9OHNAOH合计KG/H1333832812051136246WT979020700410001KMOL/H74100380017449MOL99470510019999塔釜各组分的质量流量及摩尔流量已知，用分量除以总量即可求的各自对应的百分含量，相对简单，在此不做计算。52精馏工段的热量衡算521预精馏塔热量衡算5211预塔入热衡算预精馏塔操作温度进料温度为65，预精馏塔塔顶及回流液温度控制在68，预精馏塔塔底82，软水及5碱液的温度与进料温度一样为65。带入预塔热量QQQ入热液相热介质（QQQQ）Q粗甲醇软水碱液回流液热介质常压下65时查相关资料各物质的比热如下C264KJ/KMOL；C268KJ/KMOL二甲醚甲醇C4183KJ/KMOL；C295KJ/KMOL水异丁醇C36987KJ/KMOL碱液68时，水和甲醇的比热分别为C41785KJ/KMOL；C268KJ/KMOL水甲醇除塔釜热介质外各液相的流量及组成在物料衡算中已求出，易知入塔液相带入预塔的热量，见表310310预塔液相入塔热量衡算组分温度流量KG/H比热甲醇6548484926884460696二甲醚652707264464521异丁醇652812295539201水653030341838239234软水65103165418328052248碱液651024187277598回流甲醇6843115126878572958回流水6837491418510641146合计1093498211106计算示例，以甲醇为例，Q甲醇G甲醇C甲醇T4848492686584460696KJ/H有上述计算结果易知Q84460696464521539201823923493710KJ/H粗甲醇5Q2805004827759828310KJ/H碱水5Q785729581064114689210KJ/H回流液塔釜加热介质采用常压饱和水加热，提供的热量是Q，入塔热量热介质为Q21110Q入热6热介质5212预塔出热衡算带出预塔的热量QQQQ出热塔顶塔釜热损（Q，Q，Q，）（QQQ）Q水甲醇水甲醇异丁醇碱水热损其塔顶带出热量包括塔顶上升气相冷凝带出的热量和饱和液体带出的热量。碱液量相对很少浓度很低，所以碱液视为水处理并将其二者称为“碱水”。常压下，68时查相关资料知各液相物质的比热及汽化热如下C（气相）2583KJ/KMOL；二甲醚C2680KJ/KMOL；甲醇C4185KJ/KMOL；水H233608KJ/KG；水H52338KJ/KG；水H104675KJ/KG甲醇塔釜液在82时的热容如下C4195KJ/KMOL；碱水C2950KJ/KMOL；异丁醇C2680KJ/KMOL甲醇预塔带出的热量（不包括热损）具体见表311出热部分塔顶塔釜组分二甲醚甲醇水甲醇异丁醇碱水KG/H2707468642374914848492812134437KG/H2707468642374914848492812134437KJ/KG52338104675233608686868828282KJ/H61714735759563329825116410655041668022346278055有上述计算结果易知617147357595633298251164680KJ/HQ塔顶61010655041668022346278055154KJ/H塔釜则带出的热量为666801540831/HQKJ出热塔顶塔釜热损以入塔热的4计，则带出总热量为63Q出热入热由于，故联解上述两式知出热入热65810/HQKJ热介质则易知68310/HJ出热入热得544/K出热入热预精馏塔全塔热量衡算见表312表312预精馏塔全塔热平衡表入热项目入热数值（KJ/H）出热项目出热数值（KJ粗甲醇入热937510塔顶蒸汽680610软水及碱液283塔底预后粗甲醇154回流液入热8925热损失3455加热蒸汽658610合计868合计869610522预塔冷凝器热量衡算物料带入预塔塔顶冷凝器的热量即为塔顶蒸汽带出的热量，则6801/HQKJ入物料带出的热量包括气态二甲醚、回流液及冷却水带走的热量，即Q出二甲醚回流液损冷却水回流液带出的热量即为入预塔回流液带入的热量，即589210/HQKJ回流液气态二甲醚带出的热量为473687510/HKJ二甲醚冷凝器的热损失以入热的4计，则65402/Q入损由得入出Q入二甲醚回流液损冷却水645580175089217059/HKJ设冷却水温度从30上升到45，则冷却水的用量为641089310G/HCWK（43）7综上列预塔冷凝器热量平衡表，见表313表313预塔冷凝器热量平衡表热项目入热数值（KJ/H）出热项目出热数值（KJ二甲醚475410回流液8925热损失272蒸汽入热680610冷却水559610合计6806合计680523加压塔热量衡算5231加压塔入热衡算加压塔操作条件进料温度82，加压塔塔顶控制在115，塔釜125，由上述计算可知，与常压塔换热后加压塔塔顶回流液温度降为1125；操作压力为06MPA。由于压力较低，故物质比热取该温度下常压时的比热，影响很小。带入加压塔热量QQQQ入热进料回流加热常压下上述各物质在不同温度下的比热都已查出，由此易知各物流带入常压塔的热量，具体见表320到表321320进料粗甲醇入塔热量衡算组分温度流量KG/H比热热量KJ/H甲醇824848493323132114565碱水8213448841846097107异丁醇822812312719423由上述计算结果易知Q1321145654609710771942317910KJ/H进料6321塔顶回流液热量衡算组分温度流量KG/H比热甲醇11251240565350488472469水112537334211768042由上述计算结果易知Q488472469176804249010KJ/H回流6综上可知入塔热量为Q1791049010Q入热6加热66910Q（KJ/H）6加热5232加压塔出热衡算带出加压塔热量QQQQ出热塔顶塔釜热损115和125时各液相物质的比热均已查出，且115时液态甲醇和水的冷凝热分别为H104675KJ/KG；H221900KJ/KG甲醇水由此知各物流带出加压塔的热量，具体见表322到表323322塔顶气相出塔热量衡算组分温度流量KG/H比热KJ/KG甲醇11515637983501046752266334252水115470642122190012721024由上述计算结果易知Q22663342521272102422810KJ/H塔顶7表323塔釜液相出塔热量衡算组分温度流量KG/H比热甲醇12516161638778181740碱水12513351542671096738异丁醇125281237311311447由上述计算结果易知Q7818174071096738131144715110KJ/H塔釜6热损失按入塔热的4计，则Q4Q综上可知，出塔热为热损入热QQQQ2281015110004Q出热塔