55万吨年甲醇精馏工段工艺设计—预精馏塔工艺设计及分析

55万吨/年甲醇精馏工段工艺设计—预精馏塔工艺设计及分析

摘要

甲醇是C1化工中特别重要的一个基本有机产品，在生产和设计的过程中，甲醇精馏系统是甲醇生产的极为关键的组成部分。结合实际的流程工艺数据和装置运行资料，并且应用模拟软件Aspen Plus对甲醇精馏系统进行模拟、分析、对比，为工艺厂家的流程选择和各设计单位的工艺设计提供基础研究和工程支持。

本设计是关于甲醇精馏的工段及其预塔塔设备的设计。文中详细介绍了甲醇精馏的流程、分类等，着重介绍了四塔流程。按照课程设计任务书上的要求，文中具体内容包括：甲醇及精馏的相关内容；甲醇精馏流程介绍；精馏全流程的物料衡算；Aspen对全流程的模拟及分析；预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；预塔设计；Aspen Plus流程模拟

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安徽建筑工业学院本科生毕业设计 ( 论文 )

Abstract

Methanol is particularly important in the C1 chemical industry of a basic organic products, in the production and design process, the methanol distillation system is critical methanol production part. Process with the actual process data and device operating data, and application of simulation software Aspen Plus simulation methanol distillation system, analysis, comparison, selection process for process manufacturers and the design units of study provide the basis for process design and engineering support.

This design is on the methanol distillation section in their pre-Tata equipment design. This paper describes the process of methanol distillation, classification, focusing on four tower process. Curriculum design tasks in accordance with the requirements of the book, the specific content of the text include: methanol and distillation of relevant content; methanol distillation process introduction; distillation of the whole process material balance; Aspen on the whole process of simulation and analysis; pre-distillation tower and tower accessories selection device calculates.

Keywords：Methanol distillation; Four-column process; Pre-run column design; Aspen Plus process simulation

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前言

甲醇是重要的有机基本产品，用途非常广泛。甲醇的产品质量、能耗指标是甲醇精馏系统的关键因素。甲醇精馏工艺对整个甲醇生产流程的生产能力、产品质量、能源消耗与原料消耗、环境保护都有重大影响。精馏过程占总能耗的很大部分，甲醇生产能耗其中约60%就用于精馏过程。

国内一些甲醇生产装置，甲醇精馏能耗较高、产品收率较低、甚至一些装置的甲醇产品质量较差。同时，国内甲醇产能的扩张很迅速，但是目前新项目设计还是沿袭以往设计为主、没有足够的甲醇精馏系统设计应用理论研究基础。因此，对甲醇精馏工艺作系统的研究对于甲醇精馏系统的合理设计、通过设备改造和调整工艺来降低甲醇精馏的能耗、提高甲醇产品质量和收率有突出的现实意义。

精馏是甲醇生产中的一个重要的化工单元操作，直接关系到产品的质量、环境保护、能耗和生产成本等问题，所以节省精馏过程中的能耗和水耗是推动甲醇生产进一步发展的重要技术环节，越来越引起人们的重视。化工企业生产中精馏、吸收、冷冻等等单元操作都离不开水，因此节约用水，成为企业的当务之急，同时这也是建设节约型社会的需要。

甲醇精馏是甲醇生产装置的最后一道工序，其能耗约占甲醇生产总能耗的20％左右，甲醇精馏技术的好坏直接关系到精甲醇的质量，因此选择适合企业生产需要的精馏技术，是降低成本、节能降耗、提高企业经济效益和市场竞争力的重要举措。本文主要对于单塔、双塔、三塔和四塔的甲醇精馏工段的流程研究，总结出四塔精馏有明显的优势。甲醇四塔精馏虽然设备一次性投资很高，但是无论是甲醇回收率还是操作费用都大大降低。因此，四塔精馏流程分离甲醇合理、可靠且具有较强的实用价值。

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目录

摘要 ..................................................................................................... i Abstract ............................................................................................... ii 前言 ................................................................................................... iii 第一章 文献综述................................................................................ 1 1.1 课题的工艺背景 ..................................................................... 1

1.1.1 课题的提出 ........................................................................ 1 1.1.2 国内外发展现状 .................................................................. 1 1.1.3 课题的研究目标 .................................................................. 2

1.2 甲醇的简介 ............................................................................. 2

1.2.1 甲醇产品的性质与用途 ........................................................ 2 1.2.2 甲醇的生产工艺 .................................................................. 3

1.3 甲醇精馏原理 ......................................................................... 3

1.3.1 预精馏塔的作用 .................................................................. 3 1.3.2 加碱对甲醇精馏的改善 ........................................................ 4 1.3.3 萃取精馏在甲醇精馏中的应用 ............................................... 5 1.3.4 加压塔的节能效应 ............................................................... 5 1.3.5 回流比的选择 ..................................................................... 5 1.3.6 甲醇精馏塔的选择 ............................................................... 6

1.4 甲醇的精馏过程 ..................................................................... 6

1.4.1 工艺流程概述 ..................................................................... 6 1.4.2 甲醇精馏的典型工艺流程 ..................................................... 6

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1.4.3 工艺流程的选择[14] ............................................................ 10 1.4.4 影响精馏操作的因素与调节[15] .............................................11

1.5 Aspen Plus工艺流程模拟 ...................................................... 14

1.5.1 Aspen Plus软件的发展史 ..................................................... 14 1.5.2 Aspen Plus的独特优势 ........................................................ 14 1.5.3 Aspen Plus工艺流程模拟 ..................................................... 17

第二章 甲醇精馏工段物料衡算 ....................................................... 19 2.1 操作条件............................................................................... 19 2.2 甲醇精馏工段物料衡算[16] .................................................... 19

2.2.1 预塔的物料衡算 ................................................................ 20 2.2.2 加压塔的物料衡算 ............................................................. 23 2.2.3 常压塔的物料衡算 ............................................................. 26 2.2.4 回收塔的物料衡算 ............................................................. 30

第三章 ASPEN PLUS工艺流程模拟 ............................................... 33 3.1 四塔实际模拟 ....................................................................... 33 3.2 整个四塔甲醇的回收率 ........................................................ 37 3.3 加压塔、常压塔、回收塔采出甲醇的浓度 .......................... 37 第四章 预精馏塔工艺设计及其附件选型 ........................................ 39 4.1 设计依据............................................................................. 39

4.1.1 预精馏塔设计已知条件 ..................................................... 39 4.1.2 塔板工艺条件计算[17] ......................................................... 40 4.1.3 塔径计算.......................................................................... 40

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4.1.4 塔高计算.......................................................................... 41 4.1.5 塔板的工艺尺寸 ................................................................ 43 4.1.6 塔板流体力学验算 ............................................................. 48

4.2预精馏塔附件选型................................................................. 54 4.2.1 管口设计 ...................................................................... 55 4.2.2 设备管口表 .................................................................. 56 结 论 ................................................................................................ 58 参考文献........................................................................................... 59 附 录 ................................................................................................ 59 致 谢 ................................................................................................ 60

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第一章 文献综述

1.1 课题的工艺背景

1.1.1 课题的提出

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，在化工、医药、轻工、纺织等行业具有广泛的用途，具有举足轻重的作用。随着我国国民经济的高速发展、甲醇衍生物及下游产品生产的迅速发展和甲醇燃料的应用，甲醇需求量越来越大。为了获得高纯度、高质量的甲醇产品，甲醇精馏成为甲醇生产企业的重要后处理工序，其能耗约占甲醇生产总能耗的20% 左右， 甲醇精馏技术的好坏直接关系到精甲醇的质量，因此选择适合企业生产需要的精馏技术，是降低成本、节能降耗、提高企业经济效益和市场竞争力的重要举措[1-2]。

因此，对甲醇精馏工艺作系统的研究对于甲醇精馏系统的合理设计、通过设备改造和调整工艺来降低甲醇精馏的能耗、提高甲醇产品质量和收率有突出的现实意义。本设计通过查阅国内外文献和实际生产中的工艺资料，对比已有的工艺流程和工艺条件进行甲醇精馏工段的创新和整合设计，提出了甲醇精馏系统的工艺设计原则和设备节能设计原则。 1.1.2 国内外发展现状

一、国外大规模甲醇合成技术现状[3]

甲醇精馏是甲醇生产中重点研究与攻关的课题之一，多年来世界各国对此开展了大量的工作，特别是世界著名的英国ICI、法国的Lurgi 和日本三菱瓦斯等均开发出了自己独特的精馏技术。在倡导节约能源的当今社会，低压法是一种主要的现代甲醇合成生产工艺。据说，利用能够代表国外甲醇生产水平的英国ICI公司和德国Lurgi公司技术的国外生产设备占据了至少70%，现在拥有最高生产能力的单一反应器是Lurgi联合反应器。

二、国内的甲醇合成技术

我国的精馏技术也在逐年改进，产品甲醇的质量也相应得到了提高。目前，

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国内甲醇精馏工艺主要分为双塔精馏工艺、带有高锰酸钾反应的精馏工艺和三塔精馏工艺。带有高锰酸钾反应的精馏工艺需要对粗甲醇中的还原性物质进行处理后再精馏，工艺复杂，该工艺主要用于对甲醇质量要求相当严格的场合。由于双塔精馏和三塔精馏工艺完全能够保证工业上对精甲醇质量的要求，因此一般不必采用带高锰酸钾反应的精馏工艺。目前我国使用较广泛的是双塔精馏与三塔精馏流程工艺。

1.1.3 课题的研究目标

本论文的研究目标是：55万吨/年甲醇精馏工段工艺设计—预精馏塔工艺设计及分析

(1) 根据生产任务，进行精馏工段的物料衡算和热量衡算；

(2) 对预精馏塔的操作因素进行分析，并进行工艺设计、设备设计及其附件设备的选型；

(3) 利用Auto CAD 软件，绘制甲醇精馏工段的物料流程图、带控制点的工艺流程图、预塔的设备图、?0.000平面的精馏工段设备布置图。

1.2 甲醇的简介

1.2.1 甲醇产品的性质与用途

甲醇是一种透明、无色、易燃、有毒的液体，略带酒精味。其理化性质为：无色、透明、高度挥发、易燃液体。熔点-97.8℃。沸点64.5℃。闪点12.22℃。自燃点463.89℃。蒸气密度1.11。蒸气压13.33KPa(100mmHg，21.2℃)。能与水、乙醇、乙醚、苯、酮、卤代烃和许多其他有机溶剂相混溶。遇热、明火或氧化剂易着火。

甲醇是主要广泛应用于精细化工，塑料，医药，林产品加工等领域的基本有机化工原料，可开发出100多种高附加值化工产品，尤其深加工后作为一种新型清洁燃料和加入汽油掺烧，其发展前景越来越广阔。目前甲醇主要下游产品为甲醛、醋酸、甲醇汽油、二甲醚等。

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1.2.2 甲醇的生产工艺

目前生产甲醇的方法主要是合成法，尚有少量从木材干馏作为副产回收。合成甲醇可以固体(如煤、焦炭)液体(如原油、重油、轻油)或气体(如天然气及其他可燃性气体)为原料，经造气净化(脱硫)变换，除去二氧化碳，配制成一定的合成气(一氧化碳和氢)。在不同的催化剂存在下，选用不同的工艺条件。单产甲醇(分高压法低压和中压法)，或与合成氨联产甲醇(联醇法)。将合成后的粗甲醇，经预精馏脱除甲醚，精馏而得成品甲醇。高压法为BASF最先实现工业合成的方法，但因其能耗大，加工复杂，材质要求苛刻，产品中副产物多，今后将由ICI低压和中压法及Lurgi低压和中压法取代。

1.3 甲醇精馏原理

甲醇的精馏过程是利用粗甲醇中各组分的挥发度不同，且不形成共沸物，通过多次部分汽化和部分冷凝的方法，以达到分离各组分的目的。甲醇精馏的目的，是实现甲醇与水及有机物等杂质的分离，生产出合格的精甲醇产品。

本课题研究四塔甲醇精馏工段工艺，包括预精馏塔、加压塔、常压塔以及回收塔。在预精馏塔中除去溶解性气体及低沸点杂质，在加压塔和常压塔中除去水及高沸点杂质，在回收塔中回收废水中的甲醇，从而制得合格的精甲醇产品（GB338-1992 标准）。粗甲醇经换热后进入预精馏塔，脱除轻组分后,塔底甲醇及高沸点组分通过泵提压后送入加压塔，加压塔顶部出来的气体进入常压塔再沸器换热后，再以回流的方式全部返回加压塔，从加压塔塔顶第2块填料位置采出产品，加压塔塔釜液送入常压塔，常压塔塔顶馏出精甲醇产品，塔釜液送入汽提塔处理，常压塔提馏段侧线采出杂醇油送往回收塔处理，回收塔塔釜液与来自常压塔塔釜液一并送往汽提塔处理[4]。 1.3.1 预精馏塔的作用

预塔精馏的主要作用有，第一，脱除粗甲醇中的二甲醚；第二，加水萃取，脱除与甲醇沸点相近是的轻馏分；第三，除去其他轻组分有机杂质。通过预精馏 后，二甲醚和大部分轻组分基本脱除干净。即脱除粗甲醇中的低沸点杂质和可与

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甲醇形成共沸物的杂质，它们一般由二氧化碳、醚类、胺类、烃类、酯类、醛酮类物质组成。二氧化碳、醚类、胺类等低沸物可随不凝气一起放空。

对预塔的作用国内外有不同的看法，主要有两种观点：一种认为预塔对保证甲醇的质量有重要作用,国外大都持这种观点，它们的预塔比较高。国内亦有不少厂家的预塔较高，如大庆、吉林、兰州、太原等化肥厂，以及80年代末、90年代初投建的小联醇厂；另一种观点认为铜基触媒的选择性好，粗甲醇中杂质少，预塔高度不必太高，甚至将预塔冷凝器直接垂直安放在塔顶，回流量没有计量，早期的小联醇就是这样[5]。 1.3.2 加碱对甲醇精馏的改善

在甲醇合成过程中，当合成气的水分含量高时，易发生如下反应[6] ： CO+ H2O ?HCOOH 在合成过程中还可能发生如下副反应： 2CO + H2 ?CH3COOH CH3OH + CO? CH3COOH

在甲醇精馏过程中虽无化学反应，但作为原料的粗甲醇中可能存在一些酸类和酯。加碱处理使得一些难分离的杂质，在预精馏塔分解。

加碱的目的：处理粗甲醇中的酸类、酯类。

加碱的作用：(1)加碱易于分离杂质，可降低负荷；(2)增加精甲醇的产量,控制精甲醇的酸度和碱度指标；(3)蒸汽消耗降低，残液中甲醇含量降低；(4)腐蚀性降低，设备使用寿命增加。

例如加入NaOH后，羧酸与NaOH反应生成羧酸钠：

RCOOH + NaOH →RCOONa+H2 O调节了粗甲醇的pH值。 在碱存在下，酯发生皂化反应，生成羧酸盐： RCOOR′ +NaOH → RCOO Na + R′OH

羧酸钠溶于水，易于分离。加碱处理使得一些难分离的杂质，在预精馏塔分解。

加碱操作注意事项：(1)严格控制预塔塔底温度不要过高，以免CH3OH 与NaOH发生反应(一般预塔塔底温度75℃―78℃)；(2)严格检测预后pH值、调节碱

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一套完整的基于状态方程和活度系数方法的物性模型(共105种)Aspen Plus数据库包括5000多种纯组分的物性数据及下列数据库 Aspen Plus是唯一获准与DECHEMA数据库接口的软件。该数据库收集了世界上最完备的气液平衡和液液平衡数据，共计二十五万多套数据。

用户也可以把自己的物数据与Aspen Plus系统连接。高度灵活的数据回归系统（DRS）此系统可使用实验数据求取物性参数，可以回归实际应用中任何类型的数据，计算任何模型参数，包括用户自编的模型。可以使用面积式或点测试方法自动检查汽液平衡数据的热力学一致性。

性质常数估算系统（PCES）能够通过输入分子结构和易测性质（例如沸点）来估算短缺的物性参数。

Redlich-Kwong-UNIFAC状态方程可用于非极性、极性和缔合组分体系。 2）Aspen Plus模拟固体系统

Aspen Plus在煤的净化和液化、流化床燃烧、高温冶金和湿法冶金，以及固体废物、聚合物、生物和食品加工业中都得到了应用。

Aspen Plus中固体性质数据有两个来源：一是Solid数据库，它广泛收集了约3314种纯无机和有机物质的热化学数据；二是和CSIRO数据库的接口。第10版已合并成新的SOLIDS数据库，这些数据在模拟冶金、陶瓷矿产业及其它含有固体处理的过程时是必不可少的。还具有一套通用的处理固体的单元操作模型，包括破碎机、旋风分离器、筛分、文杜里洗涤器、静电沉淀器、过滤洗涤机和倾析器。此外，Aspen Plus中所有的单元操作都适合于处理固体，例如闪蒸和加热器模型能计算固体的能量平衡，而反应器模型RGIBBS可用最小GIBBS自由能来判断在平衡状态下是否有固相存在。

3）Aspen Plus模拟电解质系统

许多公司已经用Aspen Plus模拟电解质过程，如酸水汽提、苛性盐水结晶与蒸发、硝酸生产、湿法冶金、胺净化气体和盐酸回收等。

Aspen Plus提供Pitzer活度系数模型和陈氏模型（由本公司的陈超群博士开发)计算物质的活度系数，包括强弱电解质、盐类和含有机化合物的电解质系统。这些模型已广泛地在工业中应用，计算结果准确可靠。

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电解质系统有三个电解质物性参数数据库：水数据库包括纯物质的各种离子和分子溶质的性质；固体和Barin数据库包括盐类组分性质；一些特殊的电解质系统和应用于酸性气体交互过程的数据包是由本公司应用部门和用户一起开发的。

模拟电解质过程的功能在整套Aspen Plus都可以应用。用户可以用数据回归系统（DRS）确定电解质物性模型参数。所有Aspen Plus的单元操作模型均可处理电解质系统。例如，Aspen Plus闪蒸和分馏模型可以处理有化学反应过程的电解质系统。

4）Aspen Plus具有完整的单元操作模型库

Aspen Plus有一套完整的单元操作模型，可以模拟各种操作过程,由单个原油蒸馏塔的计算到整个合成氨厂的模拟。

由于Aspen Plus系统采用了先进的PLEX数据结构，对于组分数、进出口物流数、塔的理论板数以及反应数目均无限制，这是Aspen Plus的一项独特优点，非其它过程模拟软件所能比拟。

此外，所有模型都可以处理固体和电解质。单元操作模型库约由50种单元操作模型构成。

用户可将自身的专用单元操作模型以用户模型（USER MODEL）加入到Aspen Plus系统之中，这为用户提供了极大的方便性和灵活性。

5）Aspen Plus具有完整的单元操作模型—分馏模型

Aspen Plus的多级严格分离模型是基于内外两层结构（双层）、结合最新的联立方程和求解法编制而成。双层法是由AspenTech总裁J. Boston博士首创的。他自1981年起一直担任本公司总裁。此法必须提供初值，在大范围内应用十分可靠。

RADFRAC模型能严格地模拟多级气液平衡操作，包括吸收、汽提、有再沸器的吸收和汽提、萃取和共沸蒸馏，以及高度非理想体系的分馏过程。RADFRAC能严格计算任一塔板上两个液相的存在，也可以简单地假设第二液相为纯水。MULTIFRAC可以有效地计算互连的多塔分馏系统，如原油蒸馏、减压塔、催化裂化分馏塔、吸收塔、解吸塔、空气分馏塔以及有热交换的塔系统。

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Aspen Plus还有经过工业考验的能处理反应的分离模型，该模型可在塔的任意塔板处或所有塔板上处理速率控制反应、化学平衡反应，以及气、液相反应。反应速率可由置入内部的幂律表示式或由用户提供的反应动力学程序来计算。Aspen Plus的简捷算法蒸馏模型需要输入的数据较少，也具有设计和核算两种型式。在不需要高度精确计算的情况下可以使用这些模型。

6）Aspen Plus具有完整的单元操作模型—反应器模型 Aspen Plus的反应器模型可应用于很广泛的范围。

简单的化学计量模型（RSTOIC）只需要规定化学计量或反应中一个关键组分的转化率即可应用。

已知反应动力学的情况下，可以用更精确的模型，如连续搅拌釜式反应模型（RCSTR）或活塞流反应模型（RPLUG）。

RBATCH反应模型可处理单相或两相的动态反应，可选用连续进料和出料。 RGIBBS是根据GIBBS自由能极小的基本原理，它能描述单相化学平衡、相平衡，也能同时描述化学平衡和相平衡，可以处理固、液多相系统。RGIBBS能自动决定实际存在的相数。 1.5.3 Aspen Plus工艺流程模拟

流程模拟就是将一个由许多个单元过程组成的化工流程用数字模型进行描述，并且在计算机上通过改变各种有效条件得到所需要的结果，如操作条件等。

在Aspen Plus中关于精馏的模块有：

(1)简捷法模型：包括DSTWU(简捷法精馏设计模型)、Distl(简捷法精馏核算模型)、SCFrac(简捷法多塔蒸馏模型)。

(2)严格法模型：MultiFrac(严格法多塔精馏模型)、PetroFrac(严格法分馏塔)、RateFrac(精馏的核算与设计模型)、Extract(严格萃取塔模型)。

其中RateFrac是一个基于流率的非平衡的模型，用于模拟各种类型的多级气一液精馏操作，可用于一般精馏、吸收、再沸吸收、汽提、再沸汽提、萃取和共沸蒸馏。适用于两相系统、窄沸程和宽沸程系统以及液相具有强的非理想程度系统。其构成包括任意组输人、任意组侧线、任意组加热器(或热流)和任意组倾析器。

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对于精馏模拟必须确定以下条件：

(1)进料性质(包括进料的组成、温度、压力、进料量、相数等)和进料位置。 (2)出料性质(包括相数等)和出料位置。

(3)塔的性质，如塔板数、塔的压力分布、回流比、气相产品占塔顶总产品比率或塔顶出料、塔底出料、回流量等。

其它如侧线出料、加热器和再沸器的热负荷、蒸气组分初值、塔板效率、回流温度、填料性质或塔板性质等，都可以由模拟者根据要求设定。

对于一个模拟过程来说，准确无误地选择物性是模拟结果好坏的关键。Aspen Plus为单元操作计算提供了热力学性质和传递性质，在典型的Aspen Plus模拟中，常用的物理性质参数有逸度系数、烩、密度、嫡和自由能。

ASPEN PLUS模拟思路如下：

通过物料恒算得出塔顶采出量D，通过DSTWU模块进行四塔的简捷计算，得出Actual reflux ratio（即回流比R）、Number of stages(即塔板数)、Feed stage（进料板）的数值，考虑到实际情况，用以上值乘一适当的安全系数做为实际四塔的模拟数据，结合物料恒算的结果，在RadFrac模型下进行整个四塔的实际模拟。

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第二章 甲醇精馏工段物料衡算

2.1 操作条件

1．原料为粗甲醇，成份及含量如下表：

表2.1 粗甲醇组成

成分 N2和Ar CO2 CH3OH CH3OCH3 C2H5OH C4H9OH H2O 合计

含量（wt%） 0.02 1.69 90.29 0.20 0.15 0.15 7.50 100 2. 粗甲醇中甲醇回收率不小于99%(重量百分含量)。

3．精馏工段产品为精甲醇，其甲醇含量不小于99.95%(重量百分含量)。

2.2 甲醇精馏工段物料衡算[16]

按年55万吨精甲醇计算，而粗甲醇中含甲醇量为90.29%。 年工作日按330天计，则精甲醇每日，每小时产量为

550000330 = 1666.67吨/日 = 69.44吨/时 = 69444.4千克/时

每小时所需粗甲醇的量

69444.490.29% = 76912.6千克/时

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表2.4 加压塔塔模拟结果

加压塔 Temperature C Pressure bar Vapor Frac Mole Flow kmol/hr Mass Flow kg/hr Volume Flow cum/hr Enthalpy Gcal/hr Mass Flow kg/hr CH30H C2H5OH C4H9OH H2O Mass Frac CH30H C2H5OH C4H9OH H2O Mole Flow kmol/hr CH30H C2H5OH C4H9OH H2O Mole Frac CH30H C2H5OH

FEED 102 10 0 2496.335 75374 106.7657 -141.145 69095.35 113.061 113.061 6052.532 0.9167 0.0015 0.0015 0.0803 2156.389 2.454164 1.52532 335.9666 0.863822 0.000983 25

D 128.292 8 0 985.8554 31591.63 48.30645 -53.2691 31562.75 23.25134 0 5.628855 0.999086 0.000736 0 0.000178 985.0383 0.504706 0 0.312449 0.999171 0.000512 L 132.6216 8.1 0 1510.479 43782.37 65.17628 -85.6334 37532.59 89.80966 113.061 6046.903 0.857254 0.002051 0.002582 0.138113 1171.35 1.949458 1.52532 335.6541 0.775483 0.001291 安徽建筑工业学院本科生毕业设计 ( 论文 )

C4H9OH H2O

0.000611 0.134584 0 0.000317 0.00101 0.222217 表2.5 加压塔塔模拟结果

2.2.3 常压塔的物料衡算

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图2.3 常压塔简捷计算流程图

设置参数如下： ① 定义流股条件：

温度(Temperature) 90℃ 压力(Pressure) 1.8 bar

定义进料流量(Total flow) 43782 kg/hr 定义每个组分流量或分率Composition(Mass-Frac)

Component CH3OH C2H5OH C4H9OH H2O

② Blocks

定义回流比与最小回流比值(Reflux ratio) 输入-2

定义再沸器和冷凝器的压力(Pressure) Condenser 1.3 bar

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Value 0.857 0.002 0.003 0.138

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Reboiler 1.6 bar 定义轻重关键组分的回收率(Key component recoveries) 轻关键组分(Light key)： Comp CH3OH Recov 0.958 重关键组分(Heavy key)： Comp H2O Recov 0.000016 定义冷凝器类型(Condenser specifications)： 选择Total condenser ( Distillate vapor fraction：0 ) ③ 确定物料计算方法 Base method：NRTL-RK 常压塔简捷计算模拟列于下表：

表2.6 常压塔塔模拟结果

常压塔 Temperature C Pressure bar Vapor Frac Mole Flow kmol/hr Mass Flow kg/hr Volume Flow cum/hr Enthalpy Gcal/hr Mass Flow kg/hr CH30H C2H5OH C4H9OH H2O Mass Frac

FEED 90 1.8 1 1510.044 43782 25329.72 -74.7753 37521.17 87.564 131.346 6041.916 28

D 71.01238 1.3 0 1154.197 36993.61 50.29015 -64.3926 36958.36 35.1523 0.000455 0.096671 L 104.6026 1.6 0 355.8465 6788.394 7.685974 -23.577 562.8176 52.4117 131.3455 6041.819 55万吨/年甲醇精馏工段工艺设计—预精馏塔工艺设计及分析

CH30H C2H5OH C4H9OH H2O Mole Flow kmol/hr CH30H C2H5OH C4H9OH H2O Mole Frac CH30H C2H5OH C4H9OH H2O

0.857 0.002 0.003 0.138 1170.994 1.900713 1.772005 335.3773 0.77547 0.001259 0.001173 0.222098 0.999047 0.00095 1.23E-08 2.61E-06 1153.429 0.763035 6.14E-06 0.005366 0.999334 0.000661 5.32E-09 4.65E-06 0.082909 0.007721 0.019349 0.890022 17.56491 1.137677 1.771999 335.3719 0.049361 0.003197 0.00498 0.942462 表2.7 常压塔塔模拟结果

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安徽建筑工业学院本科生毕业设计 ( 论文 )

2.2.4 回收塔的物料衡算

图2.4 回收塔简捷计算流程图

设置参数如下： ① 定义流股条件：

温度(Temperature) 80.5℃ 压力(Pressure) 1.4 bar

定义进料流量(Total flow) 6788 kg/hr 定义每个组分流量或分率Composition(Mass-Frac)

Component CH3OH C2H5OH C4H9OH H2O

② Blocks

Value 0.083 0.008 0.019 0.89

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55万吨/年甲醇精馏工段工艺设计—预精馏塔工艺设计及分析

定义回流比与最小回流比值(Reflux ratio) 输入-2

定义再沸器和冷凝器的压力(Pressure) Condenser 1.0 bar Reboiler 1.2 bar 定义轻重关键组分的回收率(Key component recoveries) 轻关键组分(Light key)： Comp CH3OH Recov 0.985 重关键组分(Heavy key)： Comp H2O Recov 0.00001 定义冷凝器类型(Condenser specifications)： 选择Total condenser ( Distillate vapor fraction：0 ) ③ 确定物料计算方法 Base method：NRTL-RK 回收塔简捷计算模拟列于下表：

表2.8 回收塔塔模拟结果

回收塔 Temperature C Pressure bar Vapor Frac Mole Flow kmol/hr Mass Flow kg/hr Volume Flow cum/hr Enthalpy Gcal/hr Mass Flow kg/hr CH30H C2H5OH C4H9OH

FEED 80.5 1.4 0 355.8462 6788 7.464199 -23.7482 563.404 54.304 128.972 31

D 64.70013 1 0 18.29532 599.869 0.805185 -1.03322 554.9529 44.71434 0.141328 L 101.5437 1.2 0 337.5508 6188.131 6.793029 -22.5781 8.45106 9.589656 128.8307 安徽建筑工业学院本科生毕业设计 ( 论文 )

H2O Mass Frac CH30H C2H5OH C4H9OH H2O Mole Flow kmol/hr CH30H C2H5OH C4H9OH H2O Mole Frac CH30H C2H5OH C4H9OH H2O 6041.32 0.083 0.008 0.019 0.89 17.58321 1.178753 1.739977 335.3442 0.049412 0.003313 0.00489 0.942385

0.060413 0.925124 0.07454 0.000236 0.000101 17.31946 0.970594 0.001907 0.003353 0.946661 0.053052 0.000104 0.000183 6041.26 0.001366 0.00155 0.020819 0.976266 0.263748 0.208158 1.738071 335.3409 0.000781 0.000617 0.005149 0.993453 表2.9 回收塔塔模拟结果

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55万吨/年甲醇精馏工段工艺设计—预精馏塔工艺设计及分析

第三章 ASPEN PLUS工艺流程模拟

3.1 四塔实际模拟

图3.1 四塔模拟流程图

1）四塔中预塔的有关数据

表3.1 四塔-预塔模拟数据结果列表

预塔 Temperature C Pressure bar Vapor Frac Mole Flow kmol/hr Mass Flow kg/hr Volume Flow cum/hr Enthalpy MMkcal/hr YUANLIAO SHUI-HL YUTADING YUTADI 69 1.5 0.019962 2524.881 76912.6 1041.844 -145.57 40.00222 1.3 0 17.20761 310 0.316531 -1.16984 12.61759 1.3 1 35.51324 1538.194 643.2115 -3.03204 73.62751 1.32 0 2506.575 75684.41 101.7222 -143.657 33

安徽建筑工业学院本科生毕业设计 ( 论文 )

Mole Flow kmol/hr CH4O H2O CO2 DIMET-01 N-BUT-01 NITRO-01 ARGON ETHAN-01 2167.282 320.1974 29.53485 3.339015 1.556456 0.274556 0.192532 2.504261

0 17.20761 0 0 0 0 0 0 2.141633 0.031081 29.53475 3.338691 2.01E-33 0.274556 0.192532 4.00E-10 2165.14 337.3739 0.000103 0.000323 1.556456 1.69E-15 2.73E-13 2.504261

2）四塔中加压塔的有关数据

表3.2 四塔-加压塔模拟数据结果列表

加压塔 Temperature C Pressure bar Vapor Frac Mole Flow kmol/hr Mass Flow kg/hr Volume Flow cum/hr Enthalpy MMkcal/hr Mole Flow kmol/hr CH4O H2O CO2 DIMET-01

JIAYAJIN JIAYADI JIAYADIN 73.89723 9.5 0 2506.575 75684.41 101.7699 -143.628 2165.14 337.3739 0.000103 0.000323 34

133.6889 8.1 0 1520.642 44092.77 65.79689 -86.1378 1179.223 337.3739 2.22E-22 2.83E-20 128.2849 8 0 985.9328 31591.63 48.30855 -53.4192 985.9171 5.24E-06 0.000103 0.000323

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