甲醇精餾裝置工藝設(shè)計(jì)節(jié)能流程節(jié)能流程節(jié)能流程節(jié)能流程.doc

西安石油大學(xué)成人高等教育畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 成人高等教育 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目1Mt/a甲醇精餾裝置工藝設(shè)計(jì)（節(jié)能流程）學(xué) 生 秦娟寧 指導(dǎo)教師 評(píng) 閱 人 教 學(xué) 站 彬縣職業(yè)教育中心 專 業(yè) 應(yīng)用化工 完成日期 成人高等教育畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書論文題目1Mt/a甲醇精餾裝置工藝設(shè)計(jì)（節(jié)能流程）學(xué)生姓名秦娟寧教學(xué)站專業(yè)班級(jí)09工藝（6）班內(nèi)容與要求設(shè)計(jì)（論文）起止時(shí)間20 年 月 日至20 年 月 日指導(dǎo)教師簽名學(xué)生簽名 年 月 日1Mt/a甲醇精餾裝置工藝設(shè)計(jì)（節(jié)能流程）摘要：本文提出兩種新工藝，目的是使預(yù)塔使用二次蒸汽作為熱源，通過運(yùn)用計(jì)算機(jī)對現(xiàn)有工藝和新工藝進(jìn)行穩(wěn)態(tài)模擬和對比，證實(shí)了新工藝的可行性，同時(shí)得到了新工藝節(jié)能的定量數(shù)據(jù)，為進(jìn)一步的工業(yè)應(yīng)用提供依據(jù)。關(guān)鍵詞： 甲醇 精餾 節(jié)能 模擬目錄1 概述 1.1有機(jī)化合物. 1.2醇類. 1.3甲醇的概念.2 甲醇 2.1甲醇的結(jié)構(gòu).分子式.2.2甲醇的物理性質(zhì). 2.3甲醇的化學(xué)性質(zhì) 2.4甲醇的備置.3 分離技術(shù) 3.1分離技術(shù)的概念. 3.2分離技術(shù)的分類. 3.2.1蒸餾 3.2.2分餾. 3.2.3精餾. 3.2.4萃取.4甲醇精餾裝置工藝設(shè)計(jì)4.1繪制精餾裝置圖.4.2繪制流程圖 4.2.1文字說明. 4.2.2甲醇制備如何進(jìn)行精餾.5進(jìn)行計(jì)算 5.1基礎(chǔ)數(shù)據(jù). 5.2模擬方法. 5.2.1熱力學(xué)方法. 5.2.2計(jì)算模塊的組織.5.3計(jì)算結(jié)果. 5.3.1三塔流程物料及熱量衡算. 5.3.2雙塔流程物料衡算. 5.4方案比較. 5.4.1能耗. 5.4.2塔徑. 5.4.3綜合.6結(jié)論參考文獻(xiàn)致謝前言甲醇是重要的化工原料，以其為原料可生產(chǎn)甲基叔丁醚.甲醛.乙酸.甲酸甲酯.甲胺.二甲醚等，甲醇制烯烴的技術(shù)最近也去得了一定進(jìn)展，甲醇還是一種清潔的燃料，除了直接摻入汽、柴油作為燃料外，燃料電池技術(shù)正越來越受到人們的關(guān)注。在合成甲醇生產(chǎn)過程中，粗甲醇的精餾提純是十分關(guān)鍵的一環(huán)，不僅決定著甲醇產(chǎn)品的質(zhì)量，而且該工序的能耗對甲醇生產(chǎn)成本有很大的影響。為了降低精餾工序的能耗，目前較大規(guī)模的甲醇裝置大多采用三塔雙效精餾工藝?，F(xiàn)有三塔雙效精餾工藝一般由預(yù)塔、加壓塔、常壓塔及預(yù)塔和加壓塔的進(jìn)料預(yù)熱器組成，其中加壓塔和常壓塔組成順流雙效精餾流程，而預(yù)塔仍使用水蒸氣作為熱源。1概述1.1有機(jī)化合物有機(jī)化合物（organic compound）主要由氧元素、氫元素、碳元素組成。與機(jī)體有關(guān)的化合物（少數(shù)與機(jī)體有關(guān)的化合物是無機(jī)化合物，如水），通常指含碳元素的化合物，但一些簡單的含碳化合物，如一氧化碳、二氧化碳、碳酸鹽、金屬碳化物、氰化物、碳酸（H2CO3）、硫氰化物等除外，其中心碳原子是以氫鍵結(jié)合。除含碳元素外，絕大多數(shù)有機(jī)化合物分子中含有氫元素，有些還含氧、氮、鹵素、硫和磷等元素。已知的有機(jī)化合物近8000萬種。早期，有機(jī)化合物系指由動(dòng)植物有機(jī)體內(nèi)取得的物質(zhì) 。 有機(jī)物是生命產(chǎn)生的物質(zhì)基礎(chǔ)。脂肪、氨基酸、蛋白質(zhì)、糖、血紅素、葉綠素、酶、激素等。生物體內(nèi)的新陳代謝和生物的遺傳現(xiàn)象，都涉及到有機(jī)化合物的轉(zhuǎn)變。此外，許多與人類生活有密切關(guān)系的物質(zhì)，例如石油、天然氣、棉花、染料、化纖、天然和合成藥物等，均屬有機(jī)化合物。1.2醇類分子中含有跟鏈烴基或苯環(huán)側(cè)鏈上的碳結(jié)合的烴基的化合物叫做醇。其官能團(tuán)為-OH。 烴分子中一個(gè)或幾個(gè)氫被羥基取代而生成的一類有機(jī)化合物。芳香烴的環(huán)上的氫被羥基取代而生成的化合物不屬醇類而屬酚類。醇根據(jù)所含羥基的多少，可分為一元、二元、三元或多元醇。一個(gè)碳原子上一般不能含有兩個(gè)羥基，同碳二醇不穩(wěn)定，容易失水形成羰基化合物。醇也可按照連接羥基的碳原子上氫的數(shù)目分為一級(jí)醇、二級(jí)醇和三級(jí)醇。 一般醇為無色液體或固體，含碳原子數(shù)低于12的一元正碳醇是液體，12或更多的是固體，多元醇（如甘油）是糖漿狀物質(zhì)。一元醇溶于有機(jī)溶劑，三個(gè)碳以下的醇溶于水。低級(jí)醇的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)比同碳原子數(shù)的烴高得多，這是由于醇分子中有氫鍵存在，發(fā)生締合作用。飽和醇不能使溴水褪色。醇化學(xué)性質(zhì)活潑，分子中的碳-氧鍵和氫-氧皆為極性鍵。以羥基為中心可進(jìn)行氫-氧鍵斷裂和碳-氧鍵斷裂兩大類反應(yīng)。另外，與羥基相連的碳原子容易被氧化，生成醛、酮或酸。 1.3甲醇的概念甲醇系結(jié)構(gòu)最為簡單的飽和一元醇，化學(xué)式CH3OH。又稱“木醇”或“木精”。是無色有酒精氣味易揮發(fā)的液體。有毒，誤飲510毫升能雙目失明，大量飲用會(huì)導(dǎo)致死亡?；瘜W(xué)式CH3OH CH4O 相對分子質(zhì)量32.04 它無色澄清液體。微有乙醇樣氣味。易揮發(fā)。易流動(dòng)。燃燒時(shí)無煙有藍(lán)色火焰。能與多種化合物形成共沸混合物。能與水、乙醇、乙醚、苯、酮類和其他有機(jī)溶劑混溶。溶解性能優(yōu)于乙醇，能溶解多種無機(jī)鹽類，如碘化鈉、氯化鈣、硝酸銨、硫酸銅、硝酸銀、氯化銨和氯化鈉等。相對密度(d204)0.7915。熔點(diǎn)-97.8。沸點(diǎn)64.7。折光率(n20D)1.3292。閃點(diǎn)(閉杯)12。易燃，蒸氣能與空氣形成爆炸性混合物，爆炸極限6.0%36.5%(體積)。有毒，一般誤飲15ml可致眼睛失明，一般致死量為100200ml。2 甲醇 2.1甲醇的結(jié)構(gòu).分子式化學(xué)分子式為CH3OH，結(jié)構(gòu)式如下： H | HCOH | H分子結(jié)構(gòu)： C原子以sp3雜化軌道成鍵，0原子以sp3雜化軌道成鍵。分子為極性分子。燃燒熱的值及其燃燒方程式CH3OH(l)+3/2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) H=725.76kJ/mol 2.2甲醇的物理性質(zhì)甲醇是一種無色、透明、易燃、易揮發(fā)的有毒液體，常溫下對金屬無腐蝕性（鉛、鋁除外），略有酒精氣味。易燃，其蒸氣與空氣能形成爆炸混合物，完全燃燒生成二氧化碳和水蒸氣，同時(shí)放出熱量。方程式：2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O 工業(yè)制法和儲(chǔ)備工業(yè)上用一氧化碳和氫氣的混合氣（合成氣）在一定的條件下制備甲醇。 甲醇可用做溶劑和燃料，也是一種化工原料，主要用于生產(chǎn)甲醛。2.3甲醇的化學(xué)性質(zhì)甲醇（Methanol，Methyl alcohol）又名木醇，木酒精，甲基氫氧化物，是一種最簡單的飽和醇。化學(xué)式為CH3OH.甲醇用途廣泛，是基礎(chǔ)的有機(jī)化工原料和優(yōu)質(zhì)燃料。主要應(yīng)用于精細(xì)化工，塑料等領(lǐng)域，用來制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲氨、硫酸二甲脂等多種有機(jī)產(chǎn)品，也是農(nóng)藥、醫(yī)藥的重要原料之一。甲醇在深加工后可作為一種新型清潔燃料，也加入汽油摻燒。甲醇的生產(chǎn)，主要是合成法，尚有少量從木材干餾作為副產(chǎn)回收。合成的化學(xué)反應(yīng)式為：H2 + CO CH3OH合成甲醇可以固體（如煤、焦炭）液體（如原油、重油、輕油）或氣體（如天然氣及其他可燃性氣體）為原料，經(jīng)造氣凈化（脫硫）變換，除去二氧化碳，配制成一定的合成氣（一氧化碳和氫）。在不同的催化劑存在下，選用不同的工藝條件。單產(chǎn)甲醇（分高壓法低壓和中壓法），或與合成氨聯(lián)產(chǎn)甲醇（聯(lián)醇法）。將合成后的粗甲醇，經(jīng)預(yù)精餾脫除甲醚，精餾而得成品甲醇。2.4甲醇的制備 甲醇的制備方法包括：（a)一種烴與蒸汽反應(yīng)生成含有H2 , CO和CO2的混合物；（b）所得到的氣體混合物在催化劑作用下反應(yīng)，生成粗甲醇液體；（c)蒸餾粗甲醇，從低沸點(diǎn)有機(jī)化合物中分離出精制甲醇，并分離出高沸點(diǎn)有機(jī)含酸廢水。所使用的原料烴用上述廢水增濕（該廢水預(yù)先用一種見金屬鹽或氫氧化物中和），然后再用步驟（a）中分離出的冷凝水增濕。 該方法的優(yōu)點(diǎn)：減少生成廢水的量，在其他方法中被焚燒的廢有機(jī)化合物能被循環(huán)使用，用于增濕并在步驟（a）中用于制備合成氣。因?yàn)樵鰸穹謨刹竭M(jìn)行，所以，在廢水增濕烴氣體過程中產(chǎn)生的霧氣能被冷凝水洗滌和中和，減少其腐蝕性。 3分離技術(shù)3.1分離的概念如水利科技（一級(jí)學(xué)科）；水力學(xué)、河流動(dòng)力學(xué)、海岸動(dòng)力學(xué)（二級(jí)學(xué)科）；水力學(xué)（水利）（三級(jí)學(xué)科）。 可定義為邊界層脫離繞流物體壁面的現(xiàn)象。 如 遺傳學(xué)（一級(jí)學(xué)科）；經(jīng)典遺傳學(xué)（二級(jí)學(xué)科）。定義為雜合體中成對的等位基因保持獨(dú)立，在形成配子時(shí)相互分開，隨機(jī)進(jìn)入不同的配子的遺傳現(xiàn)象。 3.2分離技術(shù)的分類3.2.1蒸餾蒸餾是一種熱力學(xué)的分離工藝，它利用混合液體或液-固體系中各組分沸點(diǎn)不同，使低沸點(diǎn)組分蒸發(fā)，再冷凝以分離整個(gè)組分的單元操作過程，是蒸發(fā)和冷凝兩種單元操作的聯(lián)合。與其它的分離手段，如萃取、Absorption等相比，它的優(yōu)點(diǎn)在于不需使用系統(tǒng)組分以外的其它溶劑,從而保證不會(huì)引入新的雜質(zhì)。指利用液體混合物中各組分揮發(fā)性的差異而將組分分離的傳質(zhì)過程。將液體沸騰產(chǎn)生的蒸氣導(dǎo)入冷凝管，使之冷卻凝結(jié)成液體的一種蒸發(fā)、冷凝的過程。蒸餾是分離混合物的一種重要的操作技術(shù)，尤其是對于液體混合物的分離有重要的實(shí)用意義。 蒸餾沸點(diǎn)差別較大的混合液體時(shí)，沸點(diǎn)較低者先蒸出，沸點(diǎn)較高的隨后蒸出，不揮發(fā)的留在蒸餾器內(nèi)，這樣，可達(dá)到分離和提純的目的。故蒸餾是分離和提純液態(tài)化合物常用的方法之一。3.2.2分餾分餾 與蒸餾相同，即分離幾種不同沸點(diǎn)的揮發(fā)性成分的混合物方法;混合物先在最低沸點(diǎn)下蒸餾,直到蒸氣溫度上升前將蒸餾液作為一種成分加以收集。蒸氣溫度的上升表示混合物中的次一個(gè)較高沸點(diǎn)成分開始蒸餾。然后將這一組分開收集起來。 分餾是分離提純液體有機(jī)混合物的沸點(diǎn)相差較小的組分的一種重要方法。石油就是用分餾來分離的。 分餾在常壓下進(jìn)行，獲得低沸點(diǎn)餾分，然后在減壓狀況下進(jìn)行，獲得高沸點(diǎn)餾分。 每個(gè)餾分中還含有多種化合物，可以再進(jìn)一步分餾。 分餾是利用分餾柱將多次氣化冷凝過程在一次操作中完成的方法。因此，分餾實(shí)際上是多次蒸餾。它更適合于分離提純沸點(diǎn)相差不大的液體有機(jī)混合物。 分餾的必要性：（1）蒸餾分離不徹底。（2）多次蒸餾操作繁瑣，費(fèi)時(shí)，浪費(fèi)極大。 分餾的原理：混合液沸騰后蒸氣進(jìn)入分餾柱中被部分冷凝，冷凝液在下降途中與繼續(xù)上升的 蒸氣接觸，二者進(jìn)行熱交換，蒸汽中高沸點(diǎn)組分被冷凝，低沸點(diǎn)組分仍呈蒸氣上升，而冷凝液中低沸點(diǎn)組分受熱氣化，高沸點(diǎn)組分仍呈液態(tài)下降。結(jié)果是上升的蒸汽中低沸點(diǎn)組分增多，下降的冷凝液中高沸點(diǎn)組分增多。如此經(jīng)過多次熱交換，就相當(dāng)于連續(xù)多次的普通蒸餾。以致低沸點(diǎn)組分的蒸氣不斷上升，而被蒸餾出來；高沸點(diǎn)組分則不斷流回蒸餾瓶中，從而將它們分離3.2.3精餾一種利用回流使液體混合物得到高純度分離的蒸餾方法，是工業(yè)上應(yīng)用最廣的液體混合物分離操作，廣泛用于石油、化工、輕工、食品、冶金等部門。精餾操作按不同方法進(jìn)行分類。根據(jù)操作方式，可分為連續(xù)精餾和間歇精餾；根據(jù)混合物的組分?jǐn)?shù)，可分為二元精餾和多元精餾；根據(jù)是否在混合物中加入影響汽液平衡的添加劑，可分為普通精餾和特殊精餾（包括萃取精餾、恒沸精餾和加鹽精餾）。若精餾過程伴有化學(xué)反應(yīng)，則稱為反應(yīng)精餾。精餾是將由揮發(fā)度不同的組分所組成的混合液，在精餾塔中同時(shí)多次地進(jìn)行部分汽化和多次部分冷凝，使其分離成較純態(tài)組分的過程。雙組分混合液的分離是最簡單的精餾操作。典型的精餾設(shè)備是連續(xù)精餾裝置，包括精餾塔、再沸器、冷凝器等。精餾塔供汽液兩相接觸進(jìn)行相繼傳質(zhì)，位于塔頂?shù)睦淠魇拐魵獾玫讲糠掷淠?部分凝液作為回流液返回塔頂,其余餾出液是塔頂產(chǎn)品。位于塔底的再沸器使液體部分汽化，蒸氣沿塔上升，余下的液體作為塔底產(chǎn)品。進(jìn)料加在塔的中部,進(jìn)料中的液體和上塔段來的液體一起沿塔下降,進(jìn)料中的蒸氣和下塔段來的蒸氣一起沿塔上升。在整個(gè)精餾塔中，汽液兩相逆流接觸，進(jìn)行相際傳質(zhì)。液相中的易揮發(fā)組分進(jìn)入汽相，汽相中的難揮發(fā)組分轉(zhuǎn)入液相。對不形成恒沸物的物系，只要設(shè)計(jì)和操作得當(dāng)，餾出液將是高純度的易揮發(fā)組分，塔底產(chǎn)物將是高純度的難揮發(fā)組分。進(jìn)料口以上的塔段，把上升蒸氣中易揮發(fā)組分進(jìn)一步提濃，稱為精餾段；進(jìn)料口以下的塔段，從下降液體中提取易揮發(fā)組分,稱為提餾段。兩段操作的結(jié)合,使液體混合物中的兩個(gè)組分較完全地分離，生產(chǎn)出所需純度的兩種產(chǎn)品。當(dāng)使 n組分混合液較完全地分離而取得n個(gè)高純度單組分產(chǎn)品時(shí)，須有n-1個(gè)塔。 精餾過程的節(jié)能精餾過程的核心在于回流，而回流必須消耗大量能量。降低能耗是精餾過程發(fā)展的重大課題。除了選擇經(jīng)濟(jì)上合理的回流比外，主要的節(jié)能措施有：熱泵精餾。將塔頂蒸氣絕熱壓縮（見熱力學(xué)過程）升溫后，重新作為再沸器的熱源(見熱泵蒸發(fā))；多效精餾。精餾裝置由壓力依次降低的若干個(gè)精餾塔組成，前一精餾塔塔頂蒸氣用作后一精餾塔再沸器的加熱蒸氣（見多效蒸發(fā)）；采用高效精餾塔，可用較小的回流比；采用高效換熱器，可降低傳熱溫度差，這樣就可以減少有效能失。采用電子計(jì)算機(jī)對過程進(jìn)行有效控制，減小操作裕度，確保過程在最低能耗下進(jìn)行。3.2.4萃取萃取，又稱溶劑萃取或液液萃取（以區(qū)別于固液萃取,即侵?。?，亦稱抽提（通用于石油煉制工業(yè)），是一種用液態(tài)的萃取劑處理與之不互溶的雙組分或多組分溶液，實(shí)現(xiàn)組分分離的傳質(zhì)分離過程，是一種廣泛應(yīng)用的單元操作。 利用相似相溶原理。 利用化合物在兩種互不相溶（或微溶）的溶劑中溶解度或分配系數(shù)1的不同，使化合物從一種溶劑內(nèi)轉(zhuǎn)移到另外一種溶劑中。經(jīng)過反復(fù)多次萃取，將絕大部分的化合物提取出來。 4甲醇精餾裝置工藝設(shè)計(jì)4.1繪制精餾裝置圖. 精餾裝置圖 4.2繪制甲醇精餾工藝流程圖4.2.1文字說明粗甲醇03在換熱器C-01中被加壓塔塔底餾出液加熱后進(jìn)入加壓精餾塔E-01的中不進(jìn)行精餾，塔頂餾出物在換熱器C-02中將常壓精餾塔的釜液加熱蒸發(fā)后一部分回到塔頂，一部分（05）作為產(chǎn)品。塔底餾出液經(jīng)熱交換后進(jìn)入常壓精餾塔E-02中部進(jìn)行精餾。塔頂餾出物06與05 一樣作為產(chǎn)品。塔底餾出液一部分經(jīng)加熱蒸發(fā)后回到塔底，一部分（07）作為廢水進(jìn)入廢水處理系統(tǒng)。側(cè)提物08中主要含有甲醇.水和雜醇，進(jìn)入回收塔E-03的中部進(jìn)行甲醇蒸餾回收。塔頂餾出物11中主要含有甲醇，被送入粗甲醇儲(chǔ)罐，重新進(jìn)入甲醇精餾系統(tǒng)。塔底和側(cè)提物合并后進(jìn)入雜醇油罐或進(jìn)入廢水處理系統(tǒng)。4.2.2甲醇制備如何進(jìn)行精餾一種高純度甲醇的制備方法，包括如下步驟：粗甲醇依次送入預(yù)精餾塔、加壓塔和復(fù)合常壓塔進(jìn)行精餾，分別由加壓塔塔頂和復(fù)合常壓塔塔頂獲得精制純化的甲醇。采用本發(fā)明的方法，可將純度為95.50(wt)的合成甲醇精制為高純度的甲醇，質(zhì)量符合規(guī)定的指標(biāo)。本發(fā)明流程簡單，具有廣泛的應(yīng)用前景。 一種高純度甲醇的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：粗甲醇依次送入由規(guī)整填料預(yù)精餾塔(1)、加壓塔(2)和復(fù)合常壓塔(6)進(jìn)行精餾，分別由復(fù)合加壓塔(2)塔頂和復(fù)合常壓塔(6)塔頂獲得精制純化的甲醇。5進(jìn)行計(jì)算5.1基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 粗甲醇的組成見表1。初始條件：物料（粗甲醇）總流率為13431kg/h.溫度40.壓力為4bar(G). 表1 粗甲醇組成 （wt%）組分名稱CO2COH2CH4N2(CH3)2OArCH3OHH2O異丁醇組成0.570.020.000.050.010.020.0394.075.180.05各精餾塔壓力見表2。 表2 精餾塔壓力 （bar（G）塔頂壓力塔底壓力雙塔流程預(yù)精餾塔0.50.8主精餾塔0.51.2預(yù)精餾塔0.50.8 三塔流程加壓塔5.66.0常壓塔0.030.085.2模擬方法 計(jì)算機(jī)模擬是研究化工工藝過程的有效途徑，采用化工流程模擬軟件PRO/II來模擬甲醇精餾系統(tǒng)。5.2.1熱力學(xué)方法 物系主要組分為甲醇和水，另外還有二甲醚.少量的CO2.CO.H2.CH4.N2.Ar等氣體及高沸物（主要為異丁醇）。正確模擬一個(gè)化工過程，使用適當(dāng)?shù)臒崃W(xué)方法和數(shù)據(jù)是非常重要的。醇水系統(tǒng)屬于強(qiáng)非理想液體混合物，這里所用的化工流程模擬軟件PRO/II提供一組專門的熱力學(xué)方法，即把特殊的醇數(shù)據(jù)庫與NRTL方程相結(jié)合來計(jì)算K值。NRTL方程是基于局部組成的理論而導(dǎo)出的液體活度系數(shù)方程，它已成功地應(yīng)用于許多強(qiáng)非理想混合物和部分混溶系數(shù)。當(dāng)使用液體活度方法時(shí)，組分的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)逸度是純液體的逸度，對于超臨界氣體以及水中的微量溶質(zhì)，使用無限稀釋下定義的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)會(huì)更方便，因此選用亨利定律以便更準(zhǔn)確方便地模擬不凝氣在甲醇及水中的溶解度。此外，三塔流程中加壓塔的操作壓力為5.66.0bar(G),選用修改后的非理想氣體狀態(tài)方程SRKM來計(jì)算逸度系數(shù)。5.2.2計(jì)算模塊的組織甲醇精餾系統(tǒng)主要是串聯(lián)計(jì)算即三塔串聯(lián)和雙塔串聯(lián)。常規(guī)塔的塔頂冷凝器相當(dāng)于一塊理論板，可以作為塔系的一部分一次性解出，但是甲醇精餾工藝的特點(diǎn)是預(yù)精餾塔的塔頂兩極冷凝。這種冷凝方式顯然不同于每塊塔板的蒸餾過程，因此，采用撕裂回流的方法，把塔頂冷凝器作為一個(gè)獨(dú)立的單元模塊來模擬，計(jì)兩臺(tái)串聯(lián)換熱器的液相產(chǎn)品經(jīng)過分離罐后作為塔頂進(jìn)料引入塔系，以此模擬回流。對于三塔精餾，加壓塔塔頂冷凝器同時(shí)作為常壓塔塔釜再沸器，如果嚴(yán)格規(guī)定分離要求分別計(jì)算兩塔，由于計(jì)算值與設(shè)計(jì)值存在的誤差，常壓塔再沸器熱負(fù)荷與加壓塔頂冷凝器負(fù)荷不一定相等，而且只能核算而無法進(jìn)行流程的優(yōu)化研究。因此，加壓塔同樣采用預(yù)精餾塔的模擬方法，單獨(dú)計(jì)算塔頂冷凝器，并規(guī)定其熱負(fù)荷絕對值等于常壓塔再沸器的熱負(fù)荷。計(jì)算結(jié)果表明，這種方法模擬雙效精餾是簡單可行的。5.3計(jì)算結(jié)果5.3.1三塔流程物料及熱量衡算 由三塔流程物熱平衡設(shè)計(jì)值與計(jì)算值的結(jié)果對比見表3和表4。由表3可知，各物流點(diǎn)的溫度.壓力.組成以及塔頂冷凝器.塔釜再沸器負(fù)荷的計(jì)算值均與設(shè)計(jì)值吻合較好，說明該方法完全可以對甲醇精餾系統(tǒng)進(jìn)行模擬。 表3 三塔流程物料衡算結(jié)果 （wt%）物流名稱相態(tài) （物流號(hào)）粗甲醇液（11）預(yù)精餾后甲醇液（12）加壓塔塔底甲醇水液（13）精甲醇?xì)猓?4）甲醇精餾污水液（15）精甲醇液（16）設(shè)計(jì)值計(jì)算值設(shè)計(jì)值計(jì)算值設(shè)計(jì)值計(jì)算值設(shè)計(jì)值計(jì)算值設(shè)計(jì)值計(jì)算值設(shè)計(jì)值計(jì)算值CO20.570.570.000.000.000.000.000.000.000.000.000.00CO0.020.020.000.000.000.000.000.000.000.000.000.00H20.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.00CH40.050.050.000.000.000.000.000.000.000.000.000.00N20.010.010.000.000.000.000.000.000.000.000.000.00(CH3)2O0.020.020.000.000.000.000.000.000.000.000.000.00Ar0.030.030.000.000.000.000.000.000.000.000.000.00CH3OH94.0794.0794.6797.6990.7090.7790.9090.914.164.7999.9099.93H2O5.185.185.285.269.229.140.100.0995.0094.290.100.07異丁醇0.050.050.050.050.080.0910ppm0.000.840.9210ppm0.00總流量，kg/g134311343113243132407537753715948159397277271250012500溫度，40.0040.0082.0081.51125.00125.75122.00121.18105.00105.004.004.00壓力，bar（G）4.004.000.800.806.006.005.605.608.008.000.030.03 表4 三塔流程熱量衡算結(jié)果 （Gcal/h）塔頂冷凝器 塔釜再沸氣設(shè)計(jì)值計(jì)算值設(shè)計(jì)值計(jì)算值預(yù)精餾塔0.880.881.241.29加壓塔3.703.534.204.18常壓塔4.113.973.703.53 注：設(shè)計(jì)值指國內(nèi)某裝置的設(shè)計(jì)值。5.3.2雙塔流程物料衡算 用同樣的熱力學(xué)方法，采用三塔精餾中的粗甲醇進(jìn)了，產(chǎn)品仍然是40.12500kg/h的精甲醇，將三塔流程改為典型的雙塔流程進(jìn)行模擬。由于甲醇三塔精餾模擬效果比較理想，所以雙塔精餾的模擬也應(yīng)該是可信的，結(jié)果見表5。 計(jì)算結(jié)果表明，精甲醇的質(zhì)量達(dá)到三塔流程的要求，產(chǎn)量也基本符合要求。因此，可以用PRO/II軟件的計(jì)算來對兩種工藝方法進(jìn)行比較分析。 表5 雙塔流程物料衡算結(jié)果 （wt%）物流名稱粗甲醇預(yù)精餾后甲醇主精餾塔頂甲醇精餾污水精甲醇相態(tài) （物流號(hào)）液（1）液（2）液（3）液（4）液（5）CO20.570.000.000.000.00CO0.020.000.000.000.00H20.000.000.000.000.00CH40.050.000.000.000.00N20.010.000.000.000.00(CH3)2O0.020.000.000.000.00Ar0.030.000.000.000.00CH3OH94.0794.7099.976.7299.94H2O5.185.250.0392.380.06異丁醇0.050.050.000.900.00總流量，kg/g1343113243074612497溫度，40.0081.5175.00117.7240.00壓力，bar（G）4.000.800.531.300.565.4方案比較 為了準(zhǔn)確全面考察雙塔流程和三塔流程的綜合經(jīng)濟(jì)性能，選擇合理的精餾工藝路線，采用同樣的進(jìn)料組成并保證同樣的分離要求，分別就1Mt/a.0.5Mt/a.0.25Mt/a三種生產(chǎn)規(guī)模的甲醇精餾工藝設(shè)計(jì)的比較分析。5.4.1能耗雙塔流程與三塔流程在不同規(guī)模下的甲醇精餾裝置能耗比較見表6。 表6 能耗比較 （t/h）生產(chǎn)規(guī)模（Mt/a） 1 0.5 0.25雙塔三塔雙塔三塔雙塔三塔預(yù)精餾塔塔頂冷卻水 88.4 88 44.2 44 22.1 22塔底蒸汽 2.56 2.56 1.28 1.28 0.64 0.64主精餾塔或加壓塔塔頂冷卻水 691.8 0 345.9 0 173.0 0塔底蒸汽 13.6 8.4 6.8 4.2 3.4 2.1 常壓塔塔頂冷卻水 396.9 198.5 99.2塔底蒸汽 0 0 0 產(chǎn)品冷卻水 29.9 40.9 14.9 20.5 7.5 10.3 冷卻總耗冷卻水 810.1 525.8 405.0 263.0 202.6 131.5總耗蒸汽 16.16 10.96 8.08 5.48 4.04 2.74注：冷卻水的消耗是指33的冷卻水被加熱到43；蒸汽是指3.5bar(G)的低壓蒸汽。 比較結(jié)果表明：（1） 兩種流程中預(yù)精餾塔的分離要求及操作條件完全相同，所以能耗相同。（2） 不論是三塔流程，還是雙塔流程，單位時(shí)間所耗用的冷卻水量以及消耗的蒸汽量與生產(chǎn)規(guī)模成正比，幾同一個(gè)流程不同規(guī)模的噸甲醇能耗是相同的。（3） 三塔流程所有的冷卻水量和蒸汽量大大小于雙塔流程。究其原因：雙效精餾中的常壓塔不需外界供熱，從而降低了熱能消耗；以1Mt/a為例，三塔流程加壓塔和常壓塔的回流量小，見表7，因此耗用的蒸汽量及冷卻水量均相對較小。說明三塔流程是一種節(jié)能型工藝。 表7 回流量比較 （Kmol/h） 三塔流程 雙塔流程加壓塔 常壓塔 主精餾塔 319.5 233.9 8375.4.2塔徑 在假定塔板數(shù)和板間距不變的情況下，運(yùn)用化工模擬軟件PRO/II中提供的塔水力學(xué)計(jì)算模塊對不同規(guī)模不同流程的各塔的塔徑作了粗略估算，見表8。PRO/II軟件長期的使用經(jīng)驗(yàn)證明，雖然計(jì)算的塔徑并不一定能代表實(shí)際裝置的塔徑，但作為研究數(shù)據(jù)完全可以說明問題。 表8 精餾塔塔徑比較 （mm）規(guī)模（Mt/a）1 0.5 0.25 雙塔三塔雙塔三塔雙塔三塔預(yù)精餾塔914 914 762 762 610 610主精餾塔或加壓塔1829 1219 1372 914 1067 762常壓塔13721067 762 由表8可知：（1） 塔徑的變化與生產(chǎn)模式不成比例。生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大一倍，塔徑擴(kuò)大的最大幅度僅為33%。（2） 在設(shè)備材質(zhì)相同，塔結(jié)構(gòu)，塔板數(shù)和板間距不變的情況下，塔徑可以作為衡量塔設(shè)備投資的表證因素。倆中劉政預(yù)精餾塔操作條件相同，故塔徑相同。由于三塔流程中的加壓精餾塔采用了加壓操作，并于塔頂采出部分精甲醇產(chǎn)品，只有塔底甲醇和睡進(jìn)入進(jìn)入常壓塔，所以三塔流程中的兩個(gè)主精餾塔塔徑均小于雙塔流程主塔塔徑。從整體流程來看，曾加一個(gè)塔