甲醇精馏毕业设计(共38页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上目录专心-专注-专业摘要甲醇是C1化工中非常重要的一个基本有机产品，在甲醇的合成工业生产中，甲醇精馏系统是甲醇生产的决定着产品质量的一个重要系统，也是影响甲醇生产成本的一项重要因素。通过实际的流程工艺数据和装置运行资料，结合模拟软件Aspen Plus对甲醇精馏系统进行模拟、分析、对比进行精馏系统的设计。本设计是关于甲醇精馏的工段的设计，通过对比，选取了四塔精馏的流程进行设计，主要详细的进行了加压塔工段的设计。介绍加压精馏全流程的物料衡算，Aspen对全流程的模拟及分析，加压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，精馏塔设计，Aspen Plu

2、s模拟ABSTRACTMethanol is a very important C1 Chemical basic organic products, in methanol synthesis industrial production. Methanol distillation system is methanol production decision is an important system of product quality, but also an important factor to affect the cost of methanol production. Asp

3、en Plus methanol distillation system simulation, analysis, comparison distillation system design process through the actual process data and unit operation information, combined with simulation software.This design is the design of methanol distillation section, select by contrast, the four-tower di

4、stillation process design, detailed the pressure of the design of the tower section. Introduce compression distillation process material balance, Aspen on the simulation and analysis of the whole process of calculation of pressure distillation column tower and tower accessories selection.Keyword：met

5、hanol distillation，distillation column design，Four-column process，Aspen Plus process simulation前言甲醇学名木醇，最早由木材和木质素干馏制的，是最简单的饱和脂肪组醇类的代表物。更是一种重要的有机基本产品，甲醇的能耗指标与产品质量都是甲醇精馏技术的关键因素。甲醇生产能耗其中约60%就用于精馏过程。对整个甲醇生产流程有着重大的影响。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，具有举足轻重的作用。随着我国国民经济的发展，甲醇在化工、医药、轻工、纺织等行业具有广泛的用途，对于甲醇的需求

6、量也变得越来越大。但国内一些的甲醇生产装置都还不是那么的完善，对于一些甲醇产品的质量也就差了许多。现在，国内甲醇产能的扩张非常迅速，但新项目的设计还是以以往的设计为主，没有足够的甲醇精馏系统设计应用理论研究基础，因此。为了使甲醇产品能够有更高的纯度更高的质量，甲醇精馏成为甲醇生产企业的重要的后处理工序，甲醇精馏技术的好坏直接关系到精甲醇的质量。因此，企业生产想要降低成本、节能降耗、提高企业经济效益和市场竞争力，就必须选择适合企业生产的精馏技术。因此，在研究甲醇精馏技术系统的研究与合理设计中，通过合理调整和改造来提高甲醇的纯度与质量有了较大的突出。甲醇的精馏，主要有单塔精馏，双塔精馏，三塔精馏和

7、四塔（3+1）精馏这几种方式，本文主要研究四塔的甲醇精馏工段的流程，四塔精馏技术虽然投资比较高，但甲醇的回收率与操作费用都大大降低。所以，四塔精馏技术具有较强的实用价值。现本文通过查阅文献和实际生产的资料，在此提出了甲醇精馏技术系统的工艺技术原则和设备技术原则。对于甲醇的生产与发展具有重要意义。在化工的设计计算中，有很多计算较为复杂， Aspen工程软件可以很好的解决这个问题，它能广泛应用于化工设计之中，对于流程的进行模拟运算，可以达到很好的效果。本次设计，也有部分采用到Aspen软件进行模拟。1概述1.1甲醇的概况1.1.1甲醇的发展概况甲醇是醇类中最简单的一元醇，甲醇又叫木醇。1661年英

8、国化学家R.波义耳首先在木材干馏后的液体产物中发现甲醇，故甲醇俗称木精、木醇。在自然界中，含有游离态甲醇的物质只有某些树叶或果实，而且含量甚少。1857年法国的M贝特洛在实验室用一氯甲烷在碱性溶液中水解也制得了甲醇。1923年德国BASF公司首先用合成气在高压下实现了甲醇的工业化生产，直到1965年，这种高压法工艺成为合成甲醇的唯一方法。1966年英国ICI公司开发了低压法工艺，接着又开发了中压法工艺。1971年德国的Lurgi公司相继开发了适用于天然气渣油为原料的低压法工艺。由于在能耗，装置建设和单系列反应器生产能力等的对比下，低压法比高压法更具有明显的优越性所以从70年代中期起，国外新建装

9、置大多采用低压法工艺。我国的甲醇生产始于1957年， 50年代在吉林、兰州和太原等地建成了以煤或焦炭为原料来生产甲醇的装置。60年代建成了一批中小型装置，并在合成氨工业的基础上开发了联产法生产甲醇的工艺。70年代四川维尼纶厂引进了一套以乙炔尾气为原料的95 kt/a低压法装置，采用英国ICI技术。1995年12月，由化工部第八设计院和上海化工设计院联合设计的200 kt/a甲醇生产装置在上海太平洋化工公司顺利投产，标志着 我国甲醇生产技术向大型化和国产化迈出新的一步。2000年，杭州林达公司开发了拥有完全自主知识产权的JW低压均温甲醇合成塔技术，打破长期来被ICI、Lurgi等国外少数公司所垄

10、断拥的局面，并在2004年获得国家技术发明二等奖。2005年，该技术成功应用于国内首家焦炉气制甲醇装置上。目前渭河二期就采用该技术，最近负荷提到了95%。甲醇生产发展的速度很快，近20年来，在原料路线、生产规模、技能降耗、过程控制与优化、产品市场及其它化工产品联合生产等各方面都有新的突破与进展。1.1.2甲醇的主要理化性质1.物理性质甲醇俗称木醇、木精，英文名为methanol，甲醇的分子式为CH3OH，相对分子质量为32.04。在常温常压下，纯甲醇是一种无色、透明、易燃、有毒、不流动、不挥发的液体，略带酒精味。可以和水、乙醇、乙醚等多种有机液体互溶。与大部分气体有良好的可溶性。表1-1 甲醇

11、的主要物理性质性 质数 据性 质数 据液体密度/kgm-3791.3蒸汽黏度(15)0.140蒸汽密度/kgm-31.43表面张力/mNm-124.5沸点/64.7蒸发潜热(64.7)/kJmol-135.295熔点/-97.8熔融热(-97.1)/kJmol-13.169闪点/生成热/kJmol-1 开杯法16.0 气体(25)-202.22 闭杯法12.0液体(25)-238.73自燃点/燃烧热/kJmol-1 在空气中473 气体764.09 在氧气中461 液体726.16临界常数热导率/J/(msK)2.110-3 临界温度（Tc）/240 临界压力(pc)/Mpa7.97空气中最大

12、允许浓度/(gm-3)0.054临界体积(Vc)/mLmol-1118空气中爆炸极限(体积分数)/%临界压缩系数(Zc)0.224 上限6.0黏度/mPas 下限36.5 液体黏度(20)0.5945表1-2 气体在甲醇中的溶解度 单位：m3/t CH3OH气体名称氢气一氧化碳二氧化碳甲烷乙烯乙炔溶解度0.100.254.00.602.5010.50甲醇的电导率取决于它含有的能电离的杂质，如胺、硫化物、酸、金属等。一般的工业生产甲醇都含有一定的有机杂质，一般的比电导率为110-6710-7-1cm-1。2.化学性质甲醇是一种最简单的饱和脂肪醇，具有脂肪醇的化学性能，其化学性质很活泼，能发生许多

13、种不同的化学反应如氧化反应、氨化反应、酯化反应、羰基化反应、卤化反应、脱水反应、裂解反应等。1.1.3甲醇的主要应用领域和后加工产品甲醇既是一种应用广泛的重要有机化工原料，又是一种性能优良的洁净能源和车用燃料。作为化工原料，可以用来生产甲醛、甲酸、甲酸甲酯、甲胺、乙酸、乙酸甲酯、丙烯酸甲酯、碳酸二甲酯、甲基丙烯酸甲酯、对苯二甲酸二甲酯、二甲醚、甲基叔丁基醚等一系列有机化工产品。随着C1化工的发展，由甲醇出发合成乙二醇、乙醛、乙醇等工艺日益受到重视。甲醇作为原料，在农药、医药、染料、三大合成材料等工业中有着重要的地位。甲醇还可经生物发酵生产甲醇蛋白，用作饲料添加剂。甲醇作为性能优良的洁净能源，可

14、直接用作汽车燃料，也可与汽油掺合使用;甲醇可直接用于发电装置发动机的燃料，或经分子筛催化剂转化为汽油;甲醇可与异丁烯反应生成甲基叔丁基醚，用作汽油添加剂。1.1.4甲醇产品质量要求一般工业上出于对甲醇产品的要求，规定了精甲醇中的杂质含量的指标。我国现行检查精甲醇质量的标准系根据我国甲醇国业生产与使用情况于2004年修订，国家技术监督局发布的甲醇国家标准（GB338-2004）。其技术要求如下工业甲醇为无特殊异臭味，无色透明液体，无可见杂质；工业甲醇技术指标见表1-3.。表1-3 工业甲醇技术指标项 目指 标优等品一等品合格品色度/hazen单位（铂-钴色号）510密度（20）/（g/cm3）0

15、.791-0.7920.791-0.793沸程（0，101.3kpa，在64.065.5范围内，包括64.60.1)/0.81.01.5高锰酸钾试验/min503020水混溶性试验通过实验（1+3）通过实验（1+9）-水的质量分数/%0.100.15-酸的质量分数（以hcooh计）/%或碱的质量分数（以nh3计） /%0.00150.00300.00500.00020.00080.0015羰基化合物的质量分数（以hcho计）/%0.0020.0050.010蒸发残渣的质量分数/%0.0010.0030.005硫酸洗涤试验/hazen单位(铂-钴色号)50-乙醇的质量分数/%供需双方协商-1.2

16、甲醇的发展前景甲醇是一种相当重要的化工原料，在化工行业、轻工行业、纺织行业、医药和运输等行业都有广泛的应用，其衍生物产品发展前景广阔。随着C1化工的发展，由甲醇为原料合成乙醛、乙醇、乙二醇、二甲醚等工艺正日益受到重视。以甲醇为原料在农药生产如敌百虫、甲基对硫磷和多菌作为重要原料，在医药、塑料、燃料和合成纤维等工业中都有着相当重要的地位。近几年，汽车工业在我国发展相当迅速，能源供应问题也就变得严重。以汽油作为燃料，而石油储量是有限的，故而需要找到相应的替代或添加剂，而甲醇燃料作为替代汽油，和作为汽油添加也是甲醇利用的一大方向。甲醇汽油的使用有着很大的优势，安全、廉价、利用率高、燃烧充分同时也是环

17、保较为清洁的燃料。我国政府已充分认识到发展车用燃料的重要性，并开展了这方面的工作。2.甲醇精馏的介绍2.1粗甲醇精馏简介粗甲醇的精制就是要脱除粗甲醇中所含的杂质，制备符合质量标准要求的精甲醇。粗甲醇制备成精甲醇，工业上主要采用精馏的方法，并且根据粗甲醇的组成不同，还会采用化学净化与吸附等方法。2.1.1甲醇精馏的基本原理粗甲醇的组成很复杂复杂的，用不同原料来源和不同生产方法生产出来的甲醇杂质成分也都是不同。通过各种定量和定性的分析我们可以知道粗甲醇除了甲醇、水之外，还有醇、醛、酮、酸、酯、烷烃等几十种微量杂质。在工业生产中，为了加工和回收的需要，要对液体成分进行分离，粗甲醇的分离就是通过混合液

18、体成分之间的组分挥发度的差异来进行分离的。把液体混合物进行多次部分气化，同时又把产生的蒸汽多次部分冷凝，使混合物分离为所要求的组分的操作过程称谓精馏。通过这样的方法，除去粗甲醇的大量水分和杂质。2.1.2精馏的工艺流程因为粗甲醇的合成方法不同而导致工业上甲醇的工艺流程有所差异，其精制上的复杂程度有一定的差别，但基本原理还是相同的。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和甲醇形成共沸物，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水和重组分，从而获得纯净甲醇组分。其次，根据精甲醇对稳定性或其他特殊指标的要求，采取必要的辅助方法。粗甲

19、醇的精馏典型的工艺流程有单塔精馏，双塔精馏，三塔精馏和四塔（3+1）精馏。单塔精馏的结构和流程简单，操作方便，投资最省，但是消耗的能源较多，规模小，而且分离的纯度较低，只能适用于燃料级的甲醇分离。相同规模的装置三塔精馏与双塔精馏相比投资增加20%以上, 但运行费用一般可节省20%。一般说来,甲醇生产规模在5万t/a以下时宜选择双塔精馏工艺, 因为双塔精馏工艺投资省、建设周期短、装置简单, 易于操作和管理,虽然消耗高于三塔精馏工艺技术, 但在5万t/a生产规模以下时其经济技术指标较占优势。5万t/a 以上的企业宜选择三塔精馏工艺, 因为随着生产规模的扩大, 三塔精馏工艺的节能、高效优势才能体现出

20、来。在每万吨甲醇的消耗投资方面三塔精馏低于双塔精馏工艺。四塔精馏是在三塔的同样设备下，加入了一个甲醇回收塔。本设计采用三塔甲醇精馏的工艺技术，为了减少甲醇的损失，增加了一个塔,为四塔精馏，通常也称为（3+1）精馏工艺，主要是对污水中的甲醇进行回收处理。2.1.3四塔精馏的介绍四塔精馏的流程含有预精馏塔、加压精馏塔、常压精馏塔和甲醇回收塔。粗甲醇从换热器经过后进入预精馏塔，在预精馏塔脱除去轻组分 (主要为不凝气、二甲醚等)之后，塔底组分（甲醇、水及部分的高沸点组分）经过加压后，进入加压精馏塔。加压精馏塔顶的气相进入冷凝蒸发器，为常压塔塔底提供热源，同时对加压塔塔顶气相冷凝，经过这样的热量利用，节

21、省热量的损耗，降低成本。经过冷凝之后，精甲醇进入回流罐，一部分作为加压塔回流，一部分作为精甲醇的产品。经过加压塔，从塔底的流出的组分包含有甲醇、部分高沸组分、水等进入常压塔精馏，常压塔从塔顶采出精甲醇产品，在常压塔的进料板下方设置侧线抽出，抽出物（主要为水、少量的甲醇和部分高沸点组分）进入甲回收塔再回收。选择四塔精馏装置，具有在能耗、操作稳定性、灵活性方面具有优势。图2-1 四塔精馏简要流程图2.2精馏的简要流程图介绍甲醇精馏所需的主要塔设备有预塔、加压塔、常压塔和甲醇回收塔。另外还需要有冷凝器，换热器、再沸器、冷却器等传热传质设备。收集槽、贮槽、输液泵等物料储存和传送设备。图2-1 甲醇精馏

22、简要流程粗甲醇预精馏塔加压精馏塔常压精馏塔甲醇回收塔塔底废水轻组分精甲醇（部分回流）侧线抽出物精甲醇（部分回流）侧线抽出物精甲醇（部分回流）2.2.1甲醇精馏流程说明从甲醇合成工号来的粗甲醇进入粗甲醇预热器与预塔再沸器、加压塔再沸器回收塔再沸器来的冷凝水进行换热后进入预塔，经粗甲醇预热器分离后，塔顶气相为二甲醚，甲酸甲酯，二氧化碳，甲醇等蒸汽，经二级冷凝后，不凝气通过火炬排放，冷凝液中补充脱盐水返回粗甲醇预热器作为回流液。塔釜为甲醇水溶液经增压后用加压塔精馏塔塔釜出料液在加压塔预热器中进行预热。然后进入加压塔。经加压塔分离后，塔顶气相为甲醇蒸汽。与常压塔塔釜液换热后部分返回加压塔打回流。部分采

23、出作为精甲醇产品。经冷却后送中间罐区产品罐，塔釜出料液在加压塔预热器中与进料换热后作为常压塔的进料。在常压塔中甲醇与轻重组分以及水得以彻底分离，塔顶气相为含微量不凝气的甲醇蒸汽，经冷凝后，不凝气通过火炬排放，冷凝液部分返回常压塔打回流，部分采出作为精甲醇产品，经冷凝器冷却后送中间罐区产品罐，塔下部侧线采出杂醇油作为回收塔的进料。塔釜出料液位含微量甲醇的水，经过增压后送污水处理厂。经甲醇回收塔分离后，塔顶产品为精甲醇，经冷却器冷却后部分返回回收塔回流，部分送精甲醇罐，底部的废水与常压塔塔底废水合并。2.2.2甲醇精馏PID图详见附录3.甲醇精馏生产的物料衡算及工艺计算粗甲醇的成分含量如下表表表3

24、-1 粗甲醇的组成成分含量（wt%）CH3OH91.29CH3OCH30.63杂醇0.26CH3CH2OH0.32H2O7.50合计100通过三塔高效精馏工艺，精甲醇的纯度可达到99.9%，三塔精馏工艺中甲醇的收率达99.6%。整个精馏工段的全塔物料衡算总物料 F=D+W易挥发组分 F =D+W式中 F原料液流量，kmol/h D塔顶产品（馏出液）流量 W塔底产品（釜残液）流量 xF原料液易挥发组分摩尔分数 xD馏出液易挥发组分摩尔分数 xW釜残液易挥发组分摩尔分数塔顶易挥发组分回收率=100%塔底难挥发组分回收率=100%本设计将生产精甲醇年产量20万吨，一年按330天连续生产。每年所需粗甲

25、醇总量为：/0.87=t每个小时精甲醇的生产量=/（330*24）*1000=25252.5kg/h每个小时所需要的粗甲醇量=/（330*24*0.9129）*1000=27968.3kg/h3.1甲醇精馏预精馏塔的工艺计算预精馏塔的目的是首先对从合成塔过来的粗甲醇进行初步精馏，主要目的是除去其中的轻馏分，将甲醇作为重组分留在塔底以作为后续塔的进料，通过后面的加压塔、常压塔和回收塔对甲醇精馏得到精甲醇，因为预精馏塔的主要产品是轻馏分，所以此塔的物料衡算应取轻馏分的量进行计算。3.1.1物料衡算进料成分中，有：粗甲醇的进料量为27968.3kg/h，粗甲醇的含水量=27968.3*7.50%=2

26、097.7kg/h，轻馏分含量= 27968.3*0.63%=176.2 kg/h，其它馏分的含量=27968.3*0.58=162.2kg/h。通过预精馏塔的精馏，其中，精馏塔的气相成分主要是二甲醚，液相为塔底成分，主要为甲醇和水。经过本次的分离之后，由于杂醇和乙醇的组成含量过少，则不做计算。由于馏分是多种物质的混合物，因此无法得到全部的物性参数以及轻馏分与重组分甲醇的平衡数据，所以无法计算对预精馏塔进行物料衡算和能量衡算，以及填料层高度，塔径的计算，但预精馏塔属于本设计第一个塔设备，也是关键设备之一，所以对预精馏塔的设备参数选取其它预脱塔的数据，并且进行分析。3.1.2预精馏塔的确定预精馏

27、塔主要采用碳钢制造，关于塔形的选择，早期广泛采用泡罩塔和浮动喷射塔，八九十年代起比较普遍的采用浮阀塔和导向浮阀塔。而填料塔在进来也越来越受青睐，它较为突出的优点是降低了造价的同时还保持着较高的传质效率。填料塔的流体流动阻力小，结构简单，所使用的材料少，安装方便，预精馏塔广泛采用该塔形。本次设计也是使用填料塔。选取塔径为2800mm。填料层高度的确定精馏段填料选择为TJW2型，精馏段填料高度为3650mm，提馏段填料选择为TJH50型，提馏段填料高度为11200mm，全塔填料高度为14850mm，即14.85m。塔顶空间是塔顶第一块塔板到塔顶切线距离。对于填料塔而言，塔顶空间即为第一层填料上线到

28、塔顶切线的距离。为了减少塔顶出口气体中携带液体量，塔顶空间一般取1.21.5m，以利于气体中的液滴自由沉降。本设计取塔顶空间为1.5m。塔内液体分布器高度，本设计选用的是槽式液体分布器和槽盘式液体分布器可以较好地解决抗堵、防夹带等问题，压降小、负荷弹性大。因填料分三段，则需两组液体分布器，确定液体分布器在塔内高度为1.41m，第二组高度为1.26m，其高度为1.41+1.26=2.67m。塔底空间是指塔底第一块板到塔底切线的距离。对于填料塔而言，塔底空间是指最后一层填料底线到塔底切线的距离。本设计取塔底空间为4.8m。裙式支座是由座圈、基础环和地脚螺栓座组成。座圈上开有人孔、引出管孔、排气孔和

29、排污孔。座圈焊固在基础环上，基础环的作用，一是将载荷传给基础，二是在它的上面焊制地脚螺栓座，地脚螺栓座是由两块筋板、一块压板和一块垫板组成，地脚螺栓正是通过地脚螺栓座将裙座牢牢地固定在基础上。裙座高度是指从塔底封头切线到基础环之间的高度，今以圆柱型裙座为例，可知裙座高度是由塔底封头切线到出料管中心线的高度h和出料管中心线至基础环的高度H两部分组成。h 的最小尺寸是由釜液出口管尺寸决定，H则应按工艺条件确定。本设计中采用圆柱型裙座，裙座高度选取7.5m。全塔高度=塔顶空间+塔内液体分布器高度+塔底空间+裙座高度+填料层高度 H=1.5+2.67+4.8+7.5+14.85=31.32m3.2甲醇

30、加压精馏塔的工艺计算3.2.1物料衡算通过预塔的精馏，甲醇的质量分率 =92.4% 水的质量分率 =7.6%，其成分中还含有乙醇和杂醇，由于含量较少，这里不做计算。通过加压塔的精馏，之后，加压塔出料甲醇含量78%。进料：有已知总进料流量 F=27327.2kg/h，其中水的进料量有2074.7kg/h，甲醇的进料量有25252.5kg/h。出料：出料的水量有2074.7kg/h，出料的甲醇含量为2074.7/（1-78%）*78%=7355.8kg/h已知有 =30.02kg/kmol =32.04kg/kmol =18.02kg/kmol 进料流量 F=27327.2kg/h,则进料的摩尔流

31、量有 =27327.2/30.02=904.9kmol/h甲醇的摩尔分率 =（0.92427327.2）/32.04）/904.9=0.87塔顶采出的精甲醇量D=入塔甲醇量-出料甲醇量=25252.5-7355.8=17896.7kg/h D=558.6kmol/h W=364.3kmol/h =0.63根据物料衡算方程 计算出 =0.998进料温度（1000kPa） 107.2，取泡点进料q=1塔顶温度为128.1在107.2温度下，根据安托因(Antoine)方程计算出甲醇和水的饱和蒸汽压：式中 -饱和蒸汽压，kPa； T-物系温度，K。其中水的安托因常数为A=7.，B=1657.459，

32、C=-46.13代入数据得，水的饱和蒸汽压=128.73kpa。甲醇的安托因常数为A=7.09498，B=1521.23，C=-39.18式中 -饱和蒸汽压，kpa； T-物系温度，K。代入数据得，甲醇的饱和蒸汽压=443.59kpa. 3.45回流比确定用Aspen软件模拟计算，模拟出来的结果如下图图2-1 Aspen 模拟精馏塔计算结果通过Aspen的计算，得出最小回流比为1.17，通常操作的回流比取最小回流比的1.22倍，这里实际回流比取最小回流比的1.2倍，即为1.40。理论理论塔板数为15.6块，实际塔板数需要33块也可以通过吉利兰关连图计算出实际塔板数。精馏塔的塔顶温度128.3，

33、塔底温度132.0塔顶温度下：=804.252kpa =130.652kpa 804.252/130.652=6.156塔底温度下：=945.304kpa =308.248kpa945.304/308.248=3.067全塔平均挥发度：4.3452.35558.6=1312.71kmol/h1372.71+1904.9=2217.61kmol/h=1312.71+558.6=1871.31kmol/h1871.31kmol/h表3-2物料衡算表物料流量（kmol/h）组成物料物流（kmol/h） 进料F 904.9 甲醇0.820 水0.18 塔顶产品D 558.6 甲醇0.994 水0.00

34、6塔底残液W 364.3 甲醇0.67 水0.33精馏段上升1871.31蒸汽量V提馏段上升1871.31蒸汽量V精馏段下降1312.7液体量L提馏段下降2217.6液体量L3.2.2热量衡算 1.加热介质和冷却剂的选择 加热介质的选择常用的加热剂有饱和水蒸汽和烟道气。饱和水蒸汽是一种应用最广的加热剂。由于饱和水蒸汽冷凝时的传热膜系数很高，可以通过改变蒸汽的压力准确地控制加热温度。燃料燃烧所排放的烟道气温度可达1001000，适用于高温加热。缺点是烟道气的比热容及传热膜系数很低，加热温度控制困难。本设计选用0.7MPa（温度为180）的低压蒸汽作为加热介质，水蒸汽易获得、清洁、不易腐蚀加热管，

35、不但成本会相应降低，塔结构也不复杂。冷却剂的选择常用的冷却剂是水和空气，应因地制宜加以选用。受当地气温限制，冷却水一般为1035.如需冷却到较低温度，则需采用低温介质，如冷冻盐水、氟利昂等。本次设计选用25的水。冷却水的出口温度为40。根据Aspen的计算结果，=128.3，=132.0注：下标1为甲醇，下标2为水。2.冷凝器的热负荷冷凝器的热负荷 其中 -塔顶上升蒸汽的焓 -塔顶馏出液的焓对于全凝器作热量衡算（忽略热量损失）因塔顶馏出液几乎为纯甲醇，故其焓可近似按纯甲醇进行计算，则全凝器的热负荷为（塔顶温度为128.3下，甲醇的汽化热为921.14kJ/kg）921.141871.3132.

36、04=5.867107 kJ/h128.3下，水的比热容为9.17106 kg/h3.再沸器的热负荷和加热蒸汽消耗量在=132.0下，甲醇的汽化热为900.2kJ/kg，水的汽化热为2254.24 kJ/kg选用0.7MPa（700kpa，180）低压蒸汽为加热介质再沸器的热负荷为因釜残液几乎为水，故其焓可按纯水进行计算，即2254.2418.02=40621.40kJ/kmol则 40621.401871.31=7.60107 kJ/h加热蒸汽消耗量为由附录查得P为700kpa时水的汽化热为2071.5 kJ/kg。则3.67104kg/h3.2.3精馏塔主要尺寸的设计计算1.精馏塔设计的主

37、要依据和条件表3-3 水在不同温度下的密度温度/60708090100110密度/(g/ cm3)0.98320.97780.97180.96530.95840.9510表3-4 甲醇在不同温度下的密度温度/102030405060密度/(g/ cm3)0.80080.79150.78250.77400.76500.7555表3-5 水在不同温度下的黏度温度/8090100110120130黏度/0.35650.31650.28380.25890.23730.2177表3-6甲醇在不同温度下的黏度温度/10152065.3171.8698.52黏度/0.6860.6380.5910.3320.

38、2950.225表3-7 水和甲醇在不同温度下的密度温度/128.3132.0107.2水密度/(g/ cm3)0.93760.93310.9531甲醇密度/(g/ cm3)0.69080.68510.7107表3-8 水和甲醇在不同温度下的黏度温度/128.2132.0107.2水黏度/()0.22140.20990.2624甲醇黏度/()0.14730.13130.20222.塔顶条件下的流量和物性参数32.040.998+18.02（1-0.998）=32.01kg/kmol32.011871.31=59900.6kg/h31.961312.7=42019.5kg/h0.998=0.99

39、9，=0.001 1.4472cm3/g所以 0.6920 g/ cm3=691.0 kg/ m3 0.9718 kg/ m30.22140.998+0.1472（1-0.998）=0.2213塔顶出料口质量流量：D=558.632.01=17880.79 kg/h表3-8 塔顶部数据结果表符号数值32.010.9718691.00.221317880.79558.63.塔底条件下的流量和物性参数塔底的计算同上方计算法，得32.040.63+18.02(1-0.63)=26.85kg/kmol0.88077 kg/ m3由于=0.67=0.75，=0.25 1.3627cm3/g所以 0.72

40、76 g/ cm3=733.9kg/ m30.13130.63+0.2099（1-0.63）=0.160426.851871.31=50244.67kg/h 26.852217.6=59542.56kg/h塔底质量流量：W=364.326.85=9781.56kg/h表3-9 塔底部数据结果表符号数值26.850.8808733.90.16049781.56364.34.进料条件下的流量和物性参数32.040.87+18.02(1-0.87)=30.22 kg/kmol 0.9683 kg/ m3由于=0.87=0.92，=0.081.378 cm3/g所以 0.7255 g/ cm3=725

41、.5 kg/ m31871.3130.22=56550.99kg/h 精馏段：30.221312.7=39663.78kg/h提馏段：30.222217.6=67015.9kg/h0.20220.87+0.2624(1-0.87)=0.2100进料质量流量：F= 27327.2kg/h表3-10 进料数据结果表符号数值30.220.9683725.50.210027327.2904.95.精馏段的流量和物性参数0.970kg/ m3 708.25kg/ m3 58225.8kg/h40841.6 kg/h0.21566.提馏段的流量和物性参数0.9245kg/ m3729.7kg/ m3 kg

42、/h63279.2 kg/h0.1852 7.体积流量塔顶：17.12m3/s塔底：15.85m3/s进料：16.22m3/s精馏段： 16.67m3/s提馏段：16.04m3/s表3-11 精馏段、提馏段数据结果表精馏段提馏段气相密度0.9700.925液相密度708.25729.7气相摩尔流量1871.311871.31气相质量流量59900.650244.7液相黏度/0.22130.2100液相摩尔流量1312.72217.6液相质量流量40841.663279.23.2.4加压塔精馏塔的选择和计算在加压塔的塔形选用中，通过对比填料塔和板式塔的优缺点后选用板式塔。填料塔比较不容易控制产品

43、的质量，而板式塔比较容易控制产品的质量，板式塔的塔板间距较小，比较容易控制采出点的布置位置。由于分离要求较高，需要更好的控制，故而选用板式塔。板式塔投资价高，但运行成本较低，周期较长。目前最常用的为浮阀塔。本次设计也以浮阀塔进行设计，浮阀塔板的主要优点是造价低、结构简单、操作弹性大生产能力大，塔板效率较高。1、塔径的计算，其中塔板总截面积，气体流道截面积，降液管截面积，通过计算，求得之后即可计算出塔径： u为适宜的气速， Vs为体积流量，塔板的计算中，通常是以夹带液泛发生的气速（泛点气速）作为上限。一般取这时，用索德尔斯和布朗（Souders and Brown）公式，可以计算出C由实验确定。实验研究表明，C 值与气、液流量及密度、板上液滴沉降高度以及液体的表面张力有关。在实际液相表面张力不同，按下式校正液相表面张力s=23.865 N/m,可通过下面的史密斯关系曲线来确定Ls=图3-2 史密斯（Smith, R. B）关系曲线常压塔和加压塔 hL=50100 mm；减压塔 hL=2530 mm。浮阀塔的塔板间距HT，在此先取