【以雙效法三塔精餾工藝路線生產(chǎn)高純度的甲醇工藝設(shè)計11000字（論文）】

以雙效法三塔精餾工藝路線生產(chǎn)高純度的甲醇工藝設(shè)計摘要甲醇,是簡單飽和脂肪醇，它的分子式為CH3OH。甲醇在化工原料和清潔燃料中的占比很大，用途十分廣泛。因此在國民經(jīng)濟生產(chǎn)中的地位十分重要。最近幾年，由于甲醇下游產(chǎn)品的開發(fā)尤其是甲醇燃料在各個方面的應(yīng)用，國內(nèi)外對于甲醇的需求日益增長。為了滿足國內(nèi)對于甲醇的需求，本次設(shè)計經(jīng)過分析比較各種生產(chǎn)原料、合成工藝后，采用煤為原料年產(chǎn)350kt工業(yè)甲醇。本次設(shè)計所遵循的原則是“技術(shù)要先進、工藝要成熟、經(jīng)濟要合理、注重安全環(huán)?！?。本次設(shè)計在充分論證國內(nèi)外各種先進的生產(chǎn)方法、工藝流程和設(shè)備配置的基礎(chǔ)上，選用以煤為原料氣，以雙效法三塔精餾工藝路線生產(chǎn)高純度的甲醇。設(shè)計的重點是對生產(chǎn)工藝設(shè)計論證、工藝計算及生產(chǎn)設(shè)備設(shè)計選型。在設(shè)計完成之后，對所設(shè)計的設(shè)備進行了校核，驗證設(shè)計是否合理可行。在設(shè)計的同時，重點考慮了整個工段的安全環(huán)保節(jié)能，并對精餾工段作出了技術(shù)經(jīng)濟評估。關(guān)鍵詞:三塔精餾工藝；預(yù)換熱器；甲醇精餾目錄TOC\o"1-3"\h\u31234第一章緒論 1117731.1甲醇的性質(zhì) 2112831.2甲醇的用途 2250051.3甲醇在國民經(jīng)濟中的重要性 21.4甲醇的市場需求21.5設(shè)計的目的和意義31.6原料煤規(guī)格31.7產(chǎn)品質(zhì)量標準330587第二章工藝介紹 4326852.1粗甲醇的精餾 42.1.1精餾原理52.1.2精餾工藝和精餾塔的選擇58652.1.2.1單塔精餾工藝 570292.1.2.2雙塔精餾工藝 678742.1.2.3三塔精餾工藝 643382.1.2.4四塔精餾工藝 7271452.1.2.5五塔精餾工藝 89215第三章物料及熱量衡算 9271013.1物料衡算 9129763.2熱量衡算 926597第四章預(yù)塔冷凝器的選型及計算 1115464第五章安全與環(huán)保 11145695.1工藝主要副產(chǎn)物 1146075.2三廢的產(chǎn)生及防治 1194385.2.1廢氣的產(chǎn)生及防治 11133215.2.2廢水的產(chǎn)生及防治 1122085.2.3廢渣的產(chǎn)生及防治 1214401第六章自動控制 13179546.1概述 1359906.2自動控制系統(tǒng)分類 13325936.3本設(shè)計自動控制說明（部分） 143866第七章經(jīng)濟技術(shù)對比分析 15146077.1單效與雙（多）效的對比選擇 15244387.2甲醇精餾工藝比較 16120017.2.1各項產(chǎn)品消耗對比 1695547.3.3各工藝裝置投資對比 1211070結(jié)論 18參考文獻19第一章緒論甲醇的性質(zhì)甲醇，別名為甲基醇、木醇和木精。分子式是CH3OH，分子量32.04。甲醇是有和乙醇類似氣味的無色的透明的易燃的易揮發(fā)的液體。甲醇還是最常用的有機化學(xué)溶劑之一，它可以與水和多種有機溶劑互溶，但是不能與脂肪烴類化合物互溶。因為甲醇是最簡單的飽和脂肪醇，因此具有脂肪醇的化學(xué)性質(zhì)。它的化學(xué)性很活潑，能夠發(fā)生氧化反應(yīng)、氨化反應(yīng)、酯化反應(yīng)、羥基化反應(yīng)、鹵化反應(yīng)、脫水反應(yīng)、裂解反應(yīng)等。1.2甲醇用途甲醇是重要的化學(xué)工業(yè)基礎(chǔ)原料和清潔液體燃料，它被廣泛用于有機合成、醫(yī)藥、農(nóng)藥、涂料、染料、汽車和國防等工業(yè)中。它也是制造甲醛和農(nóng)藥（如殺蟲劑、）、醫(yī)藥（磺胺類和合霉素類）等的原料。也是合成對苯二甲酸二甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯的原料之一。還可以合成醋酸、氯甲烷、和硫酸二甲酯等多種有機產(chǎn)品，并且還可以用作有機物的萃取劑和酒精的變性劑等。甲醇是基礎(chǔ)的有機化工原料和優(yōu)質(zhì)燃料。。1.3甲醇在國民經(jīng)濟中的重要性甲醇是由CO和H2合成的，主要生產(chǎn)原料為煤、焦碳、天然氣、焦爐氣、石油等。作為產(chǎn)量僅次于合成氨的第二大化工原料產(chǎn)品的甲醇在石油化學(xué)工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、輕紡工業(yè)、生物化工以及能源、交通運輸?shù)刃袠I(yè)都有廣泛的用途，是國民經(jīng)濟的命脈之一。由此決定了甲醇和甲醇產(chǎn)品是目前全世界需求量巨大的重要基礎(chǔ)化工產(chǎn)品和化工生產(chǎn)的基本原料。甲醇在經(jīng)過深加工之后，可以作為一種新型的清潔能源燃料，也可以加入汽油一起摻燒，是未來清潔能源的走向之一。1.4甲醇的市場需求隨著國民經(jīng)濟的迅速增長，國內(nèi)外對于作為重要化工原料和清潔能源的甲醇的需求都在不斷的增加。我國是一個貧油富煤的國家，想要對外進口甲醇及產(chǎn)品比較困難，而且從長遠利益來看，甲醇成為汽油的替代品已經(jīng)是一個必然趨勢，研究甲醇動力燃料將成為本世紀甲醇用量最大的領(lǐng)域，這使得國內(nèi)對甲醇的需求大幅度的提升。1.5設(shè)計的目的和意義我國石油資源非常短缺，如何保障能源安全已經(jīng)成為一個不可回避的現(xiàn)實問題。因此尋求替代能源已成為影響我國經(jīng)濟發(fā)展的關(guān)鍵因素。甲醇作為石油的替代品已成為現(xiàn)實，發(fā)展甲醇工業(yè)對于我國經(jīng)濟的發(fā)展具有非常重要的戰(zhàn)略意義。煤碳在世界化石能源的儲備中占有很大的比重，我國更是一個貧油富煤的國家。而且我國煤制甲醇的合成技術(shù)也很成熟，更有大力發(fā)展甲醇工業(yè)的必要性。隨著石油和天然氣價格的迅速上漲，導(dǎo)致煤制甲醇在經(jīng)濟和環(huán)保方面更加具有優(yōu)勢。本設(shè)計遵循“工藝要先進、技術(shù)要可靠、配置要科學(xué)、注重安全環(huán)保”的生產(chǎn)原則；結(jié)合甲醇的特征，完成了一座年產(chǎn)350kt噸工業(yè)甲醇—精餾生產(chǎn)車間的工藝設(shè)計。通過本次工藝設(shè)計，鞏固、深化和擴大了我所學(xué)基礎(chǔ)知識，培養(yǎng)了我分析問題解決問題的能力；還培養(yǎng)了我的創(chuàng)新精神，幫我樹立了良好的學(xué)術(shù)思想和工作作風(fēng)。通過完成本次設(shè)計，可以知道甲醇的性質(zhì)和用途；掌握煤制甲醇最基本的生產(chǎn)工藝；了解國內(nèi)外甲醇工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀和以及甲醇工業(yè)的發(fā)展趨勢。1.6原料煤規(guī)格原料煤的元素分析為：C67.5%；H4.0%；O10.2%；N0.65%；S（可燃）1.73%；S（不可燃）0.34%；Cl/（mg/kg）229；F/（mg/kg）104；Na/（mg/kg）2180；K/（mg/kg）292。

第二章工藝介紹及分析煤制合成甲醇的主要生產(chǎn)工藝組成流程大多數(shù)都基本均勻并包含以下4個主要的生產(chǎn)工藝組成流程:①氣化,即將甲醇原料用粗煤經(jīng)過多次高溫高壓氣化后蒸餾得到的粗煤氣合成甲醇空氣(主要的氧組成物分別有CO、CO2和H2);②高溫變換,即在原水氣和煤氣經(jīng)高溫變換后不再進行溫度調(diào)整后即可以變換得到適當?shù)难趸瘹溲鹾吞佳趸?③進行空氣凈化,即可以脫除大量co2和少量一些含硫的空氣雜質(zhì);④煤制甲醇的精餾合成與甲醇精餾,即在各種化學(xué)催化劑相互作用下可以進行精餾合成煤制甲醇并通過各種精餾物的獲取而制出各種可以進行精制的合成甲醇。其一般工藝流程如圖2.1所示［3-5］。圖2.1煤制甲醇工藝流程圖2.1粗甲醇的精餾在進行甲醇反應(yīng)和合成的工藝中,由于受到了合成時環(huán)境條件諸如壓力、溫度、合成空氣的組成和催化劑的性能等各種因素的影響,在使用了大量甲醇進行反應(yīng)之后,還會發(fā)生其他一系列的副反應(yīng)。因而制備出來的產(chǎn)品除了含甲醇以外,還包括了水、醚、醛、酮、酯、烷烴、有機酸等幾十種無機雜質(zhì)。由于甲醇是我國現(xiàn)代有機化工最基本的原料之一,由它們所加工出來的產(chǎn)品種類繁多,這就需要我們對于甲醇的純度都具有一些特殊的要求。甲醇的純度直接影響下游行業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量、生產(chǎn)率、安全和在生產(chǎn)環(huán)境中使用的催化劑和溶液的使用壽命。所以粗細的甲醇必須進行提純,才能得到更好的下游產(chǎn)品。2.1.1精餾原理餾冷凝法就是將兩種固定沸點不同純態(tài)組分之間所混合形成的兩種混合液,在一個精餾塔中,同時對這些沸點組分分別進行多次混合部件的高壓氣化和多次混合部件的液化冷凝,使其完全混合分離為一種不同純態(tài)的沸點組分。其中高等電子物質(zhì)分離法的原理主要有兩種:對于由溫度沸點不同的各組分所連接構(gòu)成的混合性硬質(zhì)液體,升溫時就需要把它們分別放入一定量的溫度,使其通過局部熔化進行液相氣化,并將這些液體氣相和液相混合進行加熱分離。因為低于高沸點的氣相組分很容易被液體氣化,則所需要獲取的和在氣化物相之中那些低于高沸點的氣相組分在水中的氣含量也就應(yīng)該遠遠不要高于液化氣相中的液化水蒸氣含量,而在液化氣相中高于低沸點的氣相組分在水中的氣含量也則應(yīng)該遠遠不要高于低于中沸點的氣相組分。如果將部分氣相與其混合的部分蒸汽再此再次進行部分冷凝,將冷凝液再次進行加熱至一定的物理溫度,使其中的局部部分液相氣化,并將其部分氣相和液相混合進行加熱分離,則這樣我們所得的部分氣相冷凝液在其中的低溫高沸點蒸汽組分又遠遠地要高于了我們原有的部分氣相冷凝液。這樣多次反復(fù),低至高沸點藥物組分溶于水溶液的藥物濃度不斷升高增加。至于未終制的低濃度沸點穩(wěn)態(tài)組分通常接近低于純態(tài)的沸點組分。2.1.2精餾工藝和精餾塔的選擇甲醇高壓精餾根據(jù)生產(chǎn)工藝主要用途可以仔細劃分大致為三類:一級雙塔高壓精餾甲酯工藝技術(shù)、帶有少量高錳酸鉀氧化反應(yīng)的二級甲醇高壓精餾甲酯工藝技術(shù)及三級雙塔高壓精餾甲醇工藝技術(shù)。雙塔甲醇精餾加工廠的甲醇制備生產(chǎn)工藝技術(shù)由于本身技術(shù)具有設(shè)備投入少、施工生產(chǎn)周期短、運行可靠操作簡便等多大優(yōu)勢,被目前以及我國眾多的中、小大型甲醇精餾制造加工廠所普遍推廣采用。它在通用聯(lián)醇器中已經(jīng)得以迅速廣泛推廣。這種只能帶有氧化高錳酸鉀氧化反應(yīng)的用在精餾產(chǎn)物制備中的工藝技術(shù)只有在硫酸單醇精餾制備中以氧化鋅鉻酸鉀作為反應(yīng)催化劑的精餾產(chǎn)物才能夠有廣泛應(yīng)用。近年來.隨著對乙基甲醇催化法有機合成銅基催化劑的普遍推廣應(yīng)用及對溫室氣體凈化應(yīng)用技術(shù)水平的不斷提升。粗硝基甲醇鹽的制備工藝過程對其中的各個成分副反應(yīng)量的明顯減少及其中雜質(zhì)元素含量的明顯降低,此工藝流程目前己經(jīng)極難廣泛采用。三塔石油精餾流程工藝技術(shù)就是為了有效減少石油甲醇在我國三塔石油精餾工藝過程利用中的主要能源綜合損耗及有效提高甲醇電能綜合利用率,而最新研制開發(fā)出一種先進、高效、能源消耗相對較低的精餾工藝技術(shù)流程。近年來已經(jīng)在大中型、小民營企業(yè)中分別得到了廣泛引入與推廣運用。2.1.2.1單塔流程描述采用白色銅體合金體系作為催化劑的高溫低壓反應(yīng)方式成功合成了乙基甲醇,由于在高濃度的甲醇細胞液和甲醇中不僅可以使得含有還原性和其他有毒化學(xué)雜質(zhì)的生物含量可以得到了很大程度減少,而且可以使得甲基二甲醚的生物含量幾十倍地迅速增加和大幅降低,因此在取消化學(xué)凈化的同時,它們主要可將甲醇預(yù)精煉蒸餾和新的甲醇-精餾水-一次再生物和甲醇-二次精餾組分等兩種原料同時在這樣一臺一個主要的精餾塔內(nèi)同時進行,也可說就是一個單塔的精餾流程,就是具有了一般生物化學(xué)和制藥工業(yè)上所必須同時需要的精餾和甲醇。單塔蒸餾流程較為適用于進行甲基甲烷燃料轉(zhuǎn)化合成和甲醇分離,很容易可以得到甲基燃料轉(zhuǎn)化等級高的甲醇。單塔生產(chǎn)流程主要是在泛指粗糙的甲醇公司生產(chǎn)的同類產(chǎn)品在在通過一個新單塔后便完全可以重新開始繼續(xù)生產(chǎn)新的同類商品。粗甲醇塔中部的甲醇加料組分嘴向產(chǎn)物塔頂向下送入,低濃度液體甲醇溶劑組分從進料塔頂向下直接排出,高濃度甲醇沸點重和高濃度液體甲醇加料組分從水在進料塔頂板以下若干個塔板干塊處被直接引出,水從進料塔底被直接引出,產(chǎn)品中的甲醇在進料塔頂以下若干塊處從塔板被直接引出.2.1.2.2雙塔流程描述雙塔的主要生產(chǎn)工藝一般認為是由甲醇脫醚塔,甲醇塔和精餾塔或甲醇主塔四至三部分共同組成。主塔在一個大型建筑工廠工程中的生產(chǎn)量一般控制在100萬噸/年以下,僅僅只是為能夠給專業(yè)人們生產(chǎn)提供簡易的一個生產(chǎn)工藝過程,所以生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)備投資相對比較低。這種基于傳統(tǒng)的生產(chǎn)技術(shù)流和生產(chǎn)流程,是最初廣泛應(yīng)用于30mpal的壓力下以氧化鋅鹽和鉻作為催化劑形式進行有機合成的粗羥基甲醇。主要的精餾步驟流程包括:中和、脫醚、預(yù)精和蒸餾一次脫輕及重組分去除雜質(zhì)、氧化餾分凈化、主動預(yù)精餾二次脫水及其他重組成餾分,最終通過生產(chǎn)精餾出精純的甲醇。在取代我國以往傳統(tǒng)的工藝流程上,取消了一個脫醚分餾塔及用于高錳酸鉀的所有化學(xué)物質(zhì)凈化,只是保留下一個雙塔式預(yù)精餾(兩個預(yù)精煉分餾塔及兩個主體預(yù)精餾塔)。其高溫低壓法硫酸鋅化銅鉻體系催化劑有機合成硫酸甲醇及中、低壓加熱法銅鉻體系金屬催化劑的有機合成氧化甲醇均在中可以廣泛應(yīng)用。從甲醇合成分餾階段中篩選出的粗粒度甲醇最后進入低溫預(yù)精煉分餾塔,此精煉塔精餾采用低溫常壓式精餾操作。為了大大提高塔頂預(yù)精度蒸餾高壓塔后剩余甲醇的工作溫度和化學(xué)穩(wěn)定性,并盡可能多有效地利用回收剩余甲醇,塔頂一般需要采用兩級冷凝。塔頂經(jīng)過一定一段時間高溫冷凝后的大多數(shù)液體甲醇、水和少量的固體雜質(zhì)甲醇殘存物保留在液體氣相中心并作為供水回流的甲醇返回精餾塔,二甲醚等輕質(zhì)固體組分(甲醇初餾至二級)及少量量的甲醇、水從返回塔頂中迅速逸出,塔底所有水中含水的部分甲醇則通過風(fēng)機泵送運輸至主要甲醇精餾塔。主動式精餾塔的精蒸操作塔頂壓力略低于其他預(yù)精煉蒸餾塔,但也有人認為可以據(jù)此確定這種精餾操作只是采用塔頂常壓式操作進行,塔頂操作時會檢測得到的是一種水中含有至少微量氨基甲醇和其它各種有機重組化學(xué)成份的精餾水,然后將其直接送往其他水處理工藝系統(tǒng)。圖2.2雙塔工藝流程圖2.1.2.3三塔流程描述三塔法精餾生產(chǎn)工藝主要特點是由常壓脫醚塔,加壓甲醇精餾塔和一效常壓甲醇精餾塔共同操作組成,形成一效甲醇精餾和常壓二甲醇乙醚精餾塔。二甲醇乙醚產(chǎn)品的常壓二效性精餾出液和加壓甲醇乙醚產(chǎn)品的常壓二效性精餾出液可以混合。三塔加壓流程的主要技術(shù)優(yōu)勢之一就是,加壓后三塔裝于塔頂?shù)母咝Ю淠裏崃繚摕峋s可以被直接用作傳統(tǒng)常壓塔塔釜潛熱再沸器的冷凝熱源,形成了雙效潛熱精餾二效潛熱精餾,因此冷凝熱量的高效交換處理可以在裝于加壓塔頂部與裝在常壓塔底部之間直接完成。這種節(jié)水方法的使用形式不僅可以大大節(jié)省30%~40%的維護資金,同時也大大減少了在水循環(huán)中用于冷卻水的能量消耗。從甲醇合成精餾過程中將提取來的含水細胞液用甲醇加壓放置泵送到預(yù)加壓精餾塔,在壓縮塔頂上加壓除去較輕的塔底組分和不足的凝氣,塔底所有組分含水細胞甲醇經(jīng)加壓泵送進入加壓精餾塔。加壓水泵塔在塔上進行操作時的塔頂壓力回流范圍一般為57bar(g),塔頂所有甲醇和水蒸氣完全被冷凝后,部分使用甲醇蒸氣作為常壓回流的水泵產(chǎn)品通過泵向塔頂回流輸送,其余部分作為精確的甲醇蒸氣制成的加壓產(chǎn)品輸送到塔頂原料庫并貯存在塔的儲槽,塔底所有較高含水量的甲醇則通過轉(zhuǎn)移輸送到塔頂常壓塔。同樣,常壓塔塔頂部中所排放的精氨基甲醇廢氣有一部分已經(jīng)可以直接作為燃料回流,一部分與放在加壓塔頂部中的化工產(chǎn)品進行混合后再直接進入到精甲醇化工產(chǎn)品中的貯存槽。圖2.3三塔工藝流程圖2.1.2.4四塔流程描述四級單塔精餾流程,包含高壓預(yù)精煉分餾塔、加壓壓縮精餾塔、常壓壓縮精餾塔以及二級甲醇溶液回收加壓精餾塔。粗細的甲醇經(jīng)過雙層高溫高壓換熱后全部進入塔頂預(yù)精煉蒸餾塔,脫除重量的甲醇甲酯組分后(主要特點是不含冷凝氣、二甲醚等),塔底的粗甲醇及其他高溫低沸點甲醇組分在高溫加壓后全部進入通過加壓常溫精餾塔,加壓常溫精餾塔提高塔頂?shù)臏囟葰庀嗬淠M入塔頂冷凝熱源蒸發(fā)器,利用通過加壓常溫精餾塔與通過常壓常溫精餾塔提高塔頂、塔底之間的相對溫度,為通過常壓常溫精餾塔提高塔底的塔頂溫度升高提供了一定的冷凝熱源,同時也可以有助于通過加壓常溫精餾塔提高塔頂?shù)臏囟葰庀嗬淠?。冷凝后的精沸點甲醇回收產(chǎn)品直接進入塔頂回流罐,一部分產(chǎn)品可以直接作為塔頂加壓罐對塔進行回流,一部分產(chǎn)品可以作為精沸點甲醇回收產(chǎn)品進入輸出輸送裝置,加壓塔塔底的高熱甲醇、高溫精沸點甲醇組分、水等產(chǎn)品可以直接運送進入塔頂常壓塔,常壓塔塔頂經(jīng)過蒸餾后可得到精甲醇回收產(chǎn)品,在塔頂進料板下方通過頂層設(shè)置一條側(cè)向管線將其進行抽出,吸取的物主要成分是高溫甲醇、水和高溫精沸點甲醇組分,進入高沸甲甲醇回收加壓塔再將其抽出回收到的精甲醇,塔底的部分廢水則直接運送進入生化系統(tǒng)進行處理,回收塔內(nèi)設(shè)有一條側(cè)向管線進行抽取,主要用于吸取的側(cè)線抽出物主要是高溫精沸點組分醇類,以利于保障了甲回收塔塔頂精沸點甲醇的利用質(zhì)量及回收塔底下的廢水中對于總醇類物含量的一定要求,塔底下的廢水直接運送生化后進行處理。圖2.4四塔工藝流程圖2.1.2.5五塔工藝流程描述五塔精餾是在原加壓塔前增加1個中壓塔以實現(xiàn)甲醇產(chǎn)能的增加。五塔甲醇精餾技術(shù)工藝主要由預(yù)塔、常壓塔、低壓塔、高壓塔、末塔組成,其工藝流程見圖2.5粗甲醇經(jīng)泵加壓送至預(yù)塔,預(yù)塔塔頂氣相冷凝后送至回流槽重新回流到預(yù)塔,塔底釜液經(jīng)泵加壓送至常壓塔。常壓塔、低壓塔、高壓塔、末塔的冷釜液依次后面輸送,塔頂部的氣相作為冷凝后的一部分再依次回流,一部分作為產(chǎn)品采出。其中,末塔和處于高壓塔上層再沸器的下層熱源分別指的是處于低壓塔的蒸汽,預(yù)塔上層再沸器的上層熱源分別指的是處于末塔和常溫塔頂?shù)纳蠈託庀?低壓的末塔上層再沸器的下層熱源分別指的是處于高壓塔和常溫塔頂?shù)南聦託庀?常壓塔上層再沸器的上層熱源分別指的是處于低壓的末塔和常溫塔頂?shù)纳蠈託庀唷８邏鹤冸娝透邔拥蛪核?、高層均為常壓塔、末塔與預(yù)塔形成了三組熱集成模式,故稱為三效節(jié)能流程。綜合來說考慮了技術(shù)能耗與設(shè)備投資的雙重影響,對于一些較小、中型使用甲醇石油精餾機的設(shè)備,三相雙塔甲醇精餾機的技術(shù)更加地需要具有其它的優(yōu)越性。所以本次工程設(shè)計主要采用三塔式空氣精餾處理技術(shù)。圖2.5五塔工藝流程圖綜合考慮能耗和投資等因素，對于大、中型甲醇精餾裝置，三塔精餾工藝更具有優(yōu)越性。所以本次設(shè)計選用三塔精餾工藝。第三章物料及熱量衡算3.1物料衡算經(jīng)物料衡算得，年生產(chǎn)350kt精甲醇需要360824.8t的含93.12%的粗甲醇。具體物料平衡如下表：表3-1主塔物料衡算結(jié)果匯總表成分加壓塔進料加壓塔出料常壓塔頂出料常壓塔釜出料甲醇42424.2514141.4214141.42氫氧化鈉4.424.424.42水11763.2611678.167.0716019.9異丁醇1325.76246.02246.02合計58813.8126070.0214148.4916270.343.2熱量衡算各設(shè)備處各物料熱量衡算如下表表3-2熱量衡算結(jié)果匯總表表3-2-1預(yù)精餾塔全塔熱平衡表入熱項目入熱數(shù)值kJ/h出熱項目出熱數(shù)值kJ/h粗甲醇入熱7673800.19塔頂蒸汽275000000軟水及堿液2656503.74塔底預(yù)后粗甲醇9411553.7回流液入熱8664775.19熱損失11400000加熱蒸汽273000000————合計2.848×10合計2.845×10表3-2-2加壓塔全塔熱平衡表入熱項目入熱數(shù)值kg/h出熱項目出熱數(shù)值kg/h進料粗甲醇11650000000塔頂氣象1550000000回流液4.680000000塔釜液相1550000000加熱蒸汽2.56000000000熱損失261000000000合計2.618000000000合計2641000000000表3-2-2常壓塔全塔熱平衡表入熱項目入熱數(shù)值出熱項目出熱數(shù)值粗甲醇1570000000塔頂氣相1.820000000回流液1310000000塔釜液相60100000加熱介質(zhì)5880000000加熱介質(zhì)導(dǎo)出熱5760000000———熱損失4300000合計8890000000合計8880000000預(yù)塔冷凝器的選型及計算預(yù)精餾塔的計算結(jié)果如下表表4-1預(yù)塔冷凝器設(shè)計結(jié)果匯總表外殼直徑1000mm公稱壓力4.0MPa公稱面積250m管子尺寸Φ19×2管子數(shù)n1148管長L/mm3000管中心距mm25管程數(shù)Np6管子排列方式正三角排列管程流通面積/m20.0338第五章安全與環(huán)保5.1工藝主要副產(chǎn)物在整個甲醇生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，存在二甲醚、乙醇、石蠟等烷烴物。通過控制入塔氣氣體質(zhì)量如減少鐵、鎳、及堿金屬的帶入，控制床層溫度穩(wěn)定、使用高活性的催化劑，減少入塔甲醇的帶入等可以減少副產(chǎn)物的生成。5.2三廢的產(chǎn)生及防治5.2.1廢氣產(chǎn)生及防止甲醇生產(chǎn)過程產(chǎn)生的廢氣主要有:(1)從一個甲醇管的膨脹槽隙中釋放出來的大量甲醇膨脹后的空氣,其中很有可能還會包括較多的有機二氧化碳和有機氮等毒物。(2)氣體精餾處理過程中應(yīng)干預(yù)塔頂所需要排放的不凝結(jié)性氣體。(3)另外的諸如精餾塔上的塔頂也包括少量的含醇不結(jié)晶的氣體。(4)鍋爐排放煙氣,煙氣中含粉塵。(5)在供煤工藝系統(tǒng)中的輸送、破碎、篩分、干燥等工序中所產(chǎn)生的灰塵。廢氣處理:甲醇塔在精餾脫硫系統(tǒng)中每個甲醇塔所需要排放的不同冷凝性脫硫氣體被其輸入輸送到甲醇燃料輪機空氣回收系統(tǒng)當中可以做為回收燃料;通過甲醇塔在膨脹粘性槽中所有的排放轉(zhuǎn)化出來的一些膨脹粘性空氣也被其輸送到了甲醇燃料輪機空氣回收系統(tǒng);將酸性脫硫工程施工重點區(qū)域的一些酸性脫硫氣體輸送到甲醇回收空氣系統(tǒng)。5.2廢水的產(chǎn)生及防治(1)從甲醇油水分離器中溶液排出的大量油水,各填料輸送機的泵閥在填料中所使用產(chǎn)生的油水漏液。(2)甲醇精餾后從塔底排出的廢液,這些廢物都是甲醇制品生產(chǎn)中對自然水源環(huán)境污染最為嚴重的廢物。(3)由氣化作業(yè)工段中的氣液分離而成的含有煤炭水。廢水處理:由我國常壓生化精餾塔底部廢液分流系統(tǒng)排出的隨機精餾殘液(生化廢水)一般主要采用以下兩種生化處理工藝方法:一種就是將精餾廢水在常壓冷卻器中隨機進行快速冷卻后,由精餾廢水隨機泵入至生化廢水處理廠的設(shè)備中再進行生化處理。5.2.3廢渣產(chǎn)生及防治廢渣主要分類包括氧化脫硫槽燃料排放的廢氧化脫硫劑、轉(zhuǎn)化爐燃料排放的廢復(fù)合氧化燃料催化劑、合成爐燃料排放的廢氧化合成燃料催化劑、這幾種分類廢渣的主要處理成分原料均為天然有機物,禁止隨地排放外排。煤氣化合物設(shè)備所同時排放的天然的煤氣化合物爐渣和使用燃煤燃氣蒸汽鍋爐所同時排放的燃煤鍋爐氣化爐渣、飛灰也同樣應(yīng)該被綜合考慮使用到進行綜合利用,例如用于運輸當?shù)氐膶Ｓ盟嗪吞展S或者可說是專用建材運輸公司可以用作運輸水泥、瓷器和陶工廠等材料作為專用建筑材料[20]。對不完全可以進行回收和再處理利用的,但是可能屬于危險廢物的催化劑、廢棄物吸附催化劑產(chǎn)品等會被企業(yè)委托銷售給其他具備大型危險廢物回收處理企業(yè)經(jīng)營或者管理從業(yè)資格的機關(guān)事業(yè)單位。生活污水垃圾將由當?shù)馗骷壄h(huán)保部門統(tǒng)一進行管理和綜合處置,污水處理綜合利用處理廠所在地排放的大量活性污泥需要做安全性的回填污水處理。自動控制6.1概述在工藝生產(chǎn)的整個過程中,對各行業(yè)工藝生產(chǎn)流程的各種物料物性變化的測量(或者我們叫做針對工藝流程變化的測量)都要具有一定的物理可靠性以及控制。有些產(chǎn)品是直接的它代表著產(chǎn)品生產(chǎn)的一個過程,對于一個產(chǎn)品的多少以及其中的質(zhì)量都可以起著一個決定性的重要影響。例如,一個大型的用于液體物料存放槽的貯藏槽,在其物料生產(chǎn)的工作過程中被廣泛地使用來直接充當一般的中間物料容器或者是一個成品罐,從前一個生產(chǎn)工序物料帶走流出來的大量物料連續(xù)不斷地被水流入槽中,而后一個槽中的大量物料液體再被水泵運輸一直到水泵送至槽的下一個生產(chǎn)工序后再對其進行物料加工或者進行包裝,當其物料流入來的量(或者者說是物料流出來的量)連續(xù)發(fā)生較大幅度波動后有時會直接造成引起整個貯藏槽內(nèi)部的物料內(nèi)部液位的較大幅度波動,嚴重的這種情況下還可能會直接造成整個水泵內(nèi)部溢出或者被水泵抽空,因此必須把整個貯藏槽內(nèi)的水在允許的波動范圍之內(nèi),才能夠可以直接使得槽內(nèi)物料均勻,保持連續(xù)均衡的進行生產(chǎn)。因此,為了有效確保企業(yè)生產(chǎn)安全和加工設(shè)備的生產(chǎn)順利開展,達到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn),提升企業(yè)勞動生產(chǎn)率和提高社會勞動經(jīng)濟效益,節(jié)約加工資金和降低能耗,改善加工勞動條件和工作環(huán)境,必須針對整個企業(yè)生產(chǎn)安全設(shè)備和加工過程環(huán)境中的各種化學(xué)參數(shù)(例例如:工作溫度、壓力、流量、物位、黏度、濕度、酸堿度(ph平均值)及各類加工物料的主要化學(xué)成分組成等)進行做好必要的合理調(diào)整。這也可能就是工業(yè)控制管理系統(tǒng)的基本內(nèi)涵。在各種化工器械、裝置和管道上,配置一些先進的自動化設(shè)備,替代了操作技術(shù)工人的一些部分直接疲勞,使得生產(chǎn)能夠在不同的程度上順利進行。這種部分或全部有效地用于管理化工企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營過程的自動化裝置而實施的辦法,稱之為化工企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營過程的自動化,簡稱之為"化工自動化"。實現(xiàn)化工自動化的目的是：1.加快了生產(chǎn)的速度，降低了生產(chǎn)的成本，提高了產(chǎn)品的數(shù)量和質(zhì)量。2.減輕勞動強度，降低勞動成本。3.確保生產(chǎn)安全。6.2自動控制系統(tǒng)分類1.按被調(diào)參數(shù)分類：流量調(diào)節(jié)、溫度調(diào)節(jié)、壓力調(diào)節(jié)、物位調(diào)節(jié)等；2.按控制規(guī)律分類：比例調(diào)節(jié)、比例微分調(diào)節(jié)、比例積分調(diào)節(jié)、比例微分積分調(diào)節(jié)；3.按被調(diào)參數(shù)的變化規(guī)律分類：定值控制系統(tǒng)：給定值為常數(shù)；隨動控制系統(tǒng)：給定值為變數(shù)，是隨機變化的；程序控制系統(tǒng)：按預(yù)定時間順序控制參數(shù)。4.按信號種類分類：氣動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，電動調(diào)節(jié)系統(tǒng)6.3本設(shè)計自動控制說明（部分）本設(shè)計的溫度自動控制主要表現(xiàn)在反應(yīng)器溫度的控制,,在化工反應(yīng)器的自動控制,為了能夠有效地實現(xiàn)反應(yīng)器的生產(chǎn)運行,就必須準確測量到反應(yīng)器生產(chǎn)的過程中所有各種介質(zhì)及其反應(yīng)器溫度,以便于為其生產(chǎn)運行及其控制工藝提供可靠性和依據(jù)。同時,為了經(jīng)濟核算,需要掌握在各工段的溫度變化和熱量流通。所以,溫度控制系數(shù)是為了在工業(yè)控制中和工業(yè)生產(chǎn)中為了能夠同時達到最佳的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)與安全高效生產(chǎn)和同時實現(xiàn)有效經(jīng)濟核算時所需要必須的一個重要物理參數(shù)。在溫度的波動當一個進料的流量發(fā)生變化較大時,溫度的波動和變化可能對精餾塔的運行和操縱都會產(chǎn)生巨大的不良影響。為了有效地避免精餾塔在操作過程中出現(xiàn)劇烈溫度波動和頻率變化等情況,使其平穩(wěn)、安全地運行,要求塔在工況下的進料和流量波動都是比較平穩(wěn)的,這就要求我們需要針對精餾塔溫度控制系統(tǒng)做好調(diào)節(jié)。精餾塔進料流量的簡單控制方案如下圖所示。經(jīng)濟技術(shù)對比分析7.1單效與雙（多）效的對比選擇精餾分離技術(shù)既已經(jīng)是目前對于我國化工行業(yè)產(chǎn)品分離制造運輸行業(yè)重要的一個原料分離產(chǎn)品運輸過程操作管理單位,同時也已經(jīng)是一個極度嚴重耗能的產(chǎn)品分離運輸單位。在運輸操作過程,為了有效減少其運輸能耗,我們通?？梢跃C合考慮同時采取多種管理措施。多效精餾的方法蒸蒸便是其中一種行之有效的精餾方法。多效多層精餾再蒸法主要原理是將一個精餾塔分層劃分可成為兩個大部分,即一是壓力低或高于精餾塔頂?shù)亩嗨?壓力高或低于再蒸塔的精餾塔頂多層蒸氣向另一部分的即壓力高或低于精餾塔的多層再沸器蒸氣提供一定熱量,同時高于塔頂?shù)亩鄬诱魵獗焕淠?。因此在多效蒸氣精餾中僅僅只是第一個是在塔的下層塔釜上就需要直接加熱,最后一個是在塔的上層塔頂多效蒸氣精餾需要間接冷卻和外介質(zhì)加熱才能對它進行直接冷凝,而其余的幾個塔則不一定一樣需要由于只有外界對它才能進行直接的蒸氣供熱和間接冷卻,所以多效蒸氣精餾需要相對于其他單塔而言才能具有極其明顯的隔熱節(jié)能環(huán)保效果。近年來隨著當前我國清潔能源的緊張及我國人們對環(huán)保保護意識的不斷提高,多效率的精餾化工技術(shù)在我國化工產(chǎn)品制造行業(yè)逐步發(fā)展得到廣泛重視。目前在石化工業(yè)中廣泛應(yīng)用的這種精餾處理方法主要是雙效爐式精餾,實際的精餾節(jié)能利用率約略僅為40%左右。所以本設(shè)計采用能耗較小的雙效精餾。7.2甲醇精餾的工藝比較7.2.1各項產(chǎn)品消耗對比甲醇精餾裝置主要消耗為低壓蒸汽、循環(huán)冷卻水、動力電等，甲醇精餾工藝不同，消耗不同醇收率不同［15］，生產(chǎn)成本也有較大區(qū)別，以35萬ｔ/ａ甲醇精餾裝置為例，各項消耗對比見表。由上表可知三塔能耗最低。7.2.2各工藝裝置投資對比甲醇精餾工藝不同，帶來的設(shè)備數(shù)量及規(guī)模不同。必然會引起裝置投資費用不同，新建裝置不僅要考慮運行成本，也要計算裝置投資及回收期，以6０萬ｔ/ａ甲醇精餾裝置為例對采用三塔、四塔、五塔甲醇精餾工藝的裝置投資進行對比結(jié)果見表3。由上表可知三塔投資最低。故從投資和產(chǎn)出來看選擇三塔精餾是最為合適的。結(jié)論本次設(shè)計選擇三塔方案進行甲醇精餾,通過對甲醇精餾的三塔工藝的物熱平衡計算,再根據(jù)所得結(jié)果對預(yù)塔冷凝器進行工藝計算,通過對設(shè)計結(jié)果的校核,結(jié)合各種相關(guān)文獻以及課本所學(xué)知識,驗證了預(yù)塔冷凝器的設(shè)計符合要求。。甲醇三塔精餾工藝的優(yōu)越性在于不僅節(jié)約能熱能的消耗,而且有著極大的生產(chǎn)處理量,同樣操作彈性高,塔板效率高。在加壓塔與常壓塔之間,采用雙效換熱器,以加壓塔頂后所采出的甲醇蒸氣為常壓塔塔釜的再沸液提供熱量,既有效節(jié)約了加壓塔冷卻水的使用量,也大大減少了再沸液中蒸汽的排放,同時效率也得到提高。對于目前的國內(nèi)環(huán)境來講,多數(shù)甲醇生產(chǎn)企業(yè)還是采用雙塔以及三塔精餾工藝,其中甲醇三塔精餾工藝屬于受眾范圍較大,對于國內(nèi)大部分企業(yè)都是優(yōu)先選擇方案,在保證產(chǎn)品純度的前提下,可以在原有設(shè)備上進行優(yōu)化改造,使整個生產(chǎn)工藝流程更加節(jié)能環(huán)保。參考文獻［1］徐振剛．中國現(xiàn)代煤化工近25年發(fā)展回顧反思展望［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2020，48(8):1－25.［2］崔