50万吨年甲醇精馏系统毕业设计

1. 模拟在永城地区设计年产50万吨甲醇精馏线，年开车时间8000小时，工艺采用以煤制气为原料合成粗甲醇，经预精馏塔、加压精馏塔和常压精馏塔分离后得到精甲醇的新节能型三塔工艺流程开发的。

2．计算条件： ①原料气组成

Wt%

CH3OH 95

H2O 3.72

CH3CH2OH

0.1

轻馏分 1.11

杂醇 0.07

②精甲醇收率：99.6% ③废水中甲醇含量：50ppm 3.设计要求：

①编写计算说明书，其中包括综述，工艺路线选择，物料衡算与工艺计算，主要塔设备计算，热量衡算等。

②图纸（7－8张）：甲醇精馏带控制点工艺流程图，平面布置图，工段主要物料管道图，精馏塔图，1到2个主要设备图等

③说明书可以电脑打字，图纸均为CAD绘图。

摘 要

甲醇最早由木材和木质素干馏制的，故俗称木醇，这是最简单的饱和脂肪组醇类的代表物。无色、透明、高度挥发、易燃液体。略有酒精气味。分子式 C-H4-O。近年来，世界甲醇的生产能力发展速度较快。甲醇工业的迅速发展，是由于甲醇是多种有机产品的基本原料和重要的溶剂，广泛用于有机合成、染料、医药、涂料和国防等工业。由甲醇转化为汽油方法的研究成果，从而开辟了由煤转换为汽车燃料的途径。近年来碳一化学工业的发展，甲醇制乙醇、乙烯、乙二醇、甲苯、二甲苯、醋酸乙烯、醋酐、甲酸甲酯和氧分解性能好的甲醇树脂等产品，正在研究开发和工业化中。甲醇化工已成为化学工业中一个重要的领域。

本设计选择了以50万t/a甲醇精馏的产量作为生产计算与设计的任务，参考了河南永城永煤集团龙宇煤化工甲醇厂甲醇精馏的工艺，本设计从工艺角度对其生产过程和主要设备进行了物料衡算、塔设备简捷法计算、热量衡算、换热器设计等工艺计算。

关键词：甲醇，精馏，物料衡算，热量衡算

目 录

1总 论 .............................................................................................................................. 1 1.1 概况 ......................................................................................................................... 1 1.1.1 甲醇的性质和用途 .......................................................................................... 1 1.1.2甲醇精馏工艺技术比较 ................................................................................... 4 1.1.3 甲醇精馏工艺的概况 ...................................................................................... 7 1.2 精馏的目的和原理和精馏塔的操作和调节 ......................................................... 8 1.2.1 粗甲醇的组成与精制要求[1] ........................................................................... 8 1.2.2 工艺原理[7] ..................................................................................................... 10 1.2.3 影响因素[7] ..................................................................................................... 13 1.2.4 精馏塔的产品质量控制和调节[7] ................................................................. 14 1.3 甲醇的主要技术规格[1] ........................................................................................ 15 1.3.1 甲醇的一般性质 ............................................................................................ 16 1.3.2 甲醇的沸点和蒸汽压 .................................................................................... 17 1.3.3 甲醇-水系统的性质 ....................................................................................... 16 1.4 甲醇精馏工艺流程说明 ....................................................................................... 19 1.4.1 预精馏系统 .................................................................................................... 19 1.4.2 加压精馏系统 ................................................................................................ 19 1.4.3 常压精馏系统 ................................................................................................ 20 1.4.4 回收精馏系统 ................................................................................................ 20 2.甲醇精馏生产工艺设计及计算 .................................................................................. 20 2.1 计算参数 ............................................................................................................... 20 2.2预精馏塔工艺计算 ............................................................................................... 21 2.2.1物料衡算 ......................................................................................................... 21 2.2.2全塔高度和塔径的确定[5] .............................................................................. 22 2.3加压精馏塔工艺计算[3] ........................................................................................ 23 2.3.1物料衡算 ......................................................................................................... 23 2.3.2热量衡算[3] ...................................................................................................... 27 2.3.3理论塔板数计算[7] .......................................................................................... 29 2.3.4精馏塔主要尺寸的设计计算 ......................................................................... 30 2.3.5填料的选择 ..................................................................................................... 34 2.3.6塔径设计的计算 ............................................................................................. 34 2.3.7填料层高度的计算 ......................................................................................... 37 2.3.8全塔高度的确定[5] .......................................................................................... 38

2.4常压精馏塔工艺计算 ........................................................................................... 39 2.4.1物料衡算 ......................................................................................................... 39 2.4.2热量衡算[3] ...................................................................................................... 42 2.4.3理论塔板数计算[7] .......................................................................................... 44 2.4.4精馏塔主要尺寸的设计计算 ......................................................................... 45 2.4.5填料的选择 ..................................................................................................... 50 2.4.6塔径设计的计算 ............................................................................................. 51 2.4.7填料层高度的计算 ......................................................................................... 52 2.4.8全塔高度的确定[5] .......................................................................................... 53 2.5回收精馏塔工艺计算 ........................................................................................... 55 2.5.1物料衡算 ......................................................................................................... 55 2.5.2热量衡算[3] ...................................................................................................... 58 2.5.3理论塔板数计算[7] .......................................................................................... 60 2.5.4精馏塔主要尺寸的设计计算 ......................................................................... 62 2.5.5填料的选择 ..................................................................................................... 67 2.5.6塔径设计的计算 ............................................................................................. 68 2.5.7填料层高度的计算 ......................................................................................... 69 2.5.8全塔高度的确定 ............................................................................................. 70 2.5.9筒体的厚度和封头的厚度确定 ..................................................................... 72 2.6粗甲醇预热器[2] .................................................................................................... 73 2.6.1计算定性温度，确定物理常数 ..................................................................... 73 2.6.2求温差修正系数 ............................................................................................. 74 2.6.3计算所需的传热面积 ..................................................................................... 75 2.6.4分别计算管程和壳程的传热系数 ................................................................. 76 2.6.5管壁温度tW .................................................................................................... 78 2.6.6计算管、壳程的压力降 ................................................................................. 78 2.7泵的选型 ............................................................................................................... 80 2.7.1泵的类型、系列和型号的确定 ..................................................................... 80 2.7.2轴封型式的确定[10] ........................................................................................ 81 参考文献 ......................................................................................................................... 82 附录 ................................................................................................................................. 83 致 谢 ............................................................................................................................. 84

中国矿业大学2009届本科生毕业设计 第1页

1总 论

1.1 概况

1.1.1 甲醇的性质和用途

甲醇性质

甲醇（Methanol，Methylalcohol）又名木醇，木酒精，甲基氢氧化物，是一种最简单的饱和醇。化学分子式为CH3OH，结构式如下：

H | H--C--OH | H

分子结构：C原子以sp3杂化轨道成键，0原子以sp3杂化轨道成键。分子为极性分子。最早从木材干馏得到故又称木醇或木精。甲醇是无色有酒精气味易挥发的液体。熔点-93.9℃、沸点64.7℃、密度0.7914克/厘米3（20℃）、能溶于水和许多有机溶剂。甲醇有毒，误饮5～10毫升能双目失明，大量饮用会导致死亡。禁酒的国家，把甲醇掺入酒精中成变性酒精，使其不能饮用。甲醇易燃，其蒸气与空气能形成爆炸混合物，甲醇完全燃烧生成二氧化碳和水蒸气，同时放出热量：2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O。

工业上用一氧化碳和氢气的混合气（合成气）在一定的条件下制备甲醇：甲醇可用做溶剂和燃料，也是一种化工原料，主要用于生产甲醛（HCHO）：工业酒精里含有甲醇，但是工业酒精的主要成分还是乙醇。

甲醇有较强的毒性，对人体的神经系统和血液系统影响最大，它经消化道、呼吸道或皮肤摄入都会产生毒性反应，甲醇蒸气能损害人的呼吸道粘膜和视力。急性中毒症状有：头疼、恶心、胃痛、疲倦、视力模糊以至失明，继而呼吸困难，最终导致呼吸中枢麻痹而死亡。慢性中毒反应为：眩晕、昏睡、头痛、耳鸣、现力减退、消化障碍。甲醇摄入量超过4克就会出现中毒反应，误服一小杯超过10克就能造成双目失明，饮入量大造成死亡。致死量为30毫升以上，甲醇在体内不易排出,会发生蓄积，在体内氧化生成甲醛和甲酸也都有毒性。在甲醇生产工厂，中国有关部门规定，空气中允许甲醇浓度为5mg/m3，在有甲醇气的现场工作须戴防毒面具，废水要处理后才能排放，允许含量小于200mg／L

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