年产15万吨甲醇三塔精馏工艺设计

年产15万吨甲醇三塔精馏工艺设计

摘要：甲醇作为重要的有机化工原料和优质燃料，其用途广泛，主要应用于精细化工，塑料，农业等领域。正因为其在工业生产中的重要地位，往往对其纯度有较高要求，但合成反应条件如温度、压力、催化剂等的作用使合成反应偏离主反应方向生成各种副产物，成为甲醇中的杂质，所以为了获得高纯度的甲醇，需进行精馏除质。

本设计通过对单、双、三塔三种工艺设计进行比较，最终选用先进、高效和能耗较低的三塔工艺并使用F1重型浮阀塔为精馏系统的主设备。通过物料衡算，得出为了满足生产每年需16.64万吨含92%的粗甲醇；通过对常压塔的工艺尺寸计算，得出塔高为31.88米，塔径为1.4米，精馏段塔板数为20块，提馏段塔板数为30板，等主要参数并对部分设备进行校核。通过核算就本设计在生产中的可行性进行分析，最终表明本设计在生产中是可行的。

关键词：甲醇三塔精馏常压塔工业设计

摘要 I

Abstract II

主要符号说明 III

第一章甲醇生产及其精馏工艺的选择 1

1.1 甲醇的性质及用途 1

1.1.1 甲醇的性质 1

1.1.2 甲醇的用途 2

1.1.3甲醇发展及前景 3

1.2 甲醇精馏工艺的比较与选择 4

1.2.1 甲醇精馏的重要性 4

1.2.2 甲醇精馏工艺概述 4

1.2.3 甲醇工艺流程的选择 5

第二章工艺计算 7

2.1 物料衡算 7

2.1.1 设计任务与摩尔衡算 7

2.1.2 预塔物料衡算 8

2.1.3 加压塔的物料衡算 8

2.1.4 常压塔的物料衡算 8

2.2 热量衡算 9

2.2.1 塔顶冷凝器的热量衡算 9

2.2.2 全塔的热量衡算 11

2.2.3 塔釜冷凝再沸器的热量衡算 13

第三章常压精馏塔设计 14

3.1 塔板数的确定 14

3.1.1 平均相对挥发度α的计算 14

3.2 理论塔板层数的求取 15

3.3 全塔效率和实际塔板层数的求取 17

3.4 精馏段和提馏段的数据的计算18

3.5 精馏塔的塔体工艺尺寸 22

3.5.1 塔径的计算 22

3.5.2 精馏塔有效高度的计算 24

3.6 塔板主要工艺尺寸的计算 25

3.7 塔板布置 27

3.8 浮阀个数及排列 27

3.9 浮阀塔板流体力学的验算 28

3.9.1 精馏段流体力学的验算 28

3.9.2 提馏段流体力学的验算 31

3.10 塔板负荷性能图 32

3.10.1 精馏段负荷性能图 32

3.10.2 提馏段负荷性能图 35

3.11 塔体壁厚计算 37

3.12 接管设计 38

3.12.1 塔顶蒸气出口管的直径DV 38

3.12.2回流管的直径DR 38

3.12.3 进料管的直径DF 39

3.12.4 塔底出料管的直径Dw 39

3.12.5 再沸器返塔连接管直径DV 39

3.13 常压塔工艺计算汇总 40

结论 41

致谢 42

参考文献 43

附录 44

结论

国内甲醇精馏工艺主要有单塔精馏工艺、双塔精馏工艺、三塔精馏工艺几种，本设计采用F1型重阀浮阀精馏塔组成的三塔精馏工艺流程。在保证纯度要求的基础上，三塔精馏以其节能明显优益于其他工艺，其优点明显：第一，生产能力大；第二，操作弹性大；第三，塔板的效率高；第四，气体的压强降及液面落差比较小；第五，塔的造价低。所以，本设计采用了这个工艺，并通过计算与校核证明本设计工艺是可行的，并用试差法通过Excel快捷地计算出特定组成的甲醇—水溶液的泡点温度及相对挥发度，采用逐板计算法计算出理论塔板数，并进一步对甲醇三塔精馏工艺进行物料衡算、热量衡算，对主要设备常压精馏塔进行设计，得出如下结论：

（1）对于预塔，塔顶初馏物量577.68㎏/h，塔底甲醇流出量20911.89㎏/h；对于加压塔，塔顶馏出液量537.00kmol/h，釜底流出量462.87kmol/h；对于常压塔，塔顶馏出液量14.15kmol/h，釜底流出量48.72kmol/h。

（2）常压精馏塔进料热量为778968.55kJ/h，塔顶出料带出热量为11776374.73 kJ/h，塔釜出料带出热量为922304.54( kJ/h，热损失为588818.74 kJ/h。

（3）常压精馏塔塔板数为50，进料位置在第21块板，塔高为31.9 m，，塔径为1.4m，壁厚为6mm，浮阀个数为366，操作弹性为4.74，板效率为46.4%。

甲醇三塔精馏工艺中，加压精馏塔冷凝潜热作为常压塔再沸器热源，既节省了水蒸气，又减少了冷凝水的用量，在产能得到保证的情况下，功耗也得到了有效地控制。

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