山東輕工業學院2009屆本科畢業生畢業設計PAGEPAGE57年產量1000噸高壓法甲醇分離工段工藝設計作者姓名xxx專業化學工程與工藝指導教師姓名xxx專業技術職務講師目錄目錄……………Ⅰ摘要………………4ABSTRACT………5第一章總論……………………61.1概述…………………61.2文獻綜述……………71.2.1甲醇簡介………71.2.2甲醇工藝發展……………………91.2.3甲醇工藝簡介……………………91.2.4我國甲醇發展及市場需求………131.2.5世界甲醇發展及市場需求………151.2.6甲醇未來需求展望………………161.3設計任務的項目來源………………161.4原料規格及來源……………………161.5水、電、汽供應情況………………171.5.1給水、排水系統…………………171.5.2電力供應…………171.5.3蒸汽供應…………171.6貯存和運輸…………171.7節能…………………17第二章生產流程方案的確定………………192.1生產方案的確定……………………192.2生產流程簡述………192.2.1生產工藝流程簡圖………………192.2.2流程簡述…………19工藝計算……………193.1小時生產能力………193.2物料衡算和能量衡算………………193.2.1計算條件…………193.2.2物料衡算…………193.2.3熱量平衡計算……………………22第四章主要設備工藝計算和設備選型……254.1主要工藝操作數據…………………254.1.1化學控制…………254.1.2壓力控制…………254.1.3溫度控制…………254.2主要設備(主精餾塔)塔徑的工藝計算…………254.2.1理論塔板數計算………………254.2.2塔徑工藝計算…………………284.2.3水力學性能計算………………304.3塔體與裙座機械設計……………324.3.1設計條件…………324.3.2按計算壓力計算塔體與封頭厚度………………334.3.3設備載荷計算………………334.3.4風載荷與風彎矩計算……………364.3.5地震彎矩計算…………………374.3.6地震偏心彎矩計算………………394.3.7塔體水壓試驗和應力校核……394.3.8基礎環設計……………………404.3.9地腳螺栓計算…………………40第五章原材料、動力消耗定額及消耗量…335.1原料消耗…………425.2動力消耗…………42第六章經濟分析與投資概算………………426.1經濟分析……………426.2車間經費……………43第七章環境保護……………447.1環境保護……………447.2主要衛生、安全、環保等說明……44第八章設計心得與體會………44參考文獻……………46附錄………………47致謝…………………………48摘要甲醇是重要的化工原料，廣泛用于有機合成、燃料、醫藥、涂料和國防等工業，在國民經濟中有重要作用。甲醇的合成有高壓法、低壓法、中低壓法和聯醇法等。低壓法采用銅基系催化劑在低壓下將合成氣進行合成。中壓法是在低壓法基礎上進一步發展而來的。高壓法合成甲醇一般使用鋅鉻催化劑，在高溫高壓下合成甲醇。本設計是高壓法甲醇分離工段工藝設計。甲醇的分離主要是用精餾法，分為預精餾塔和主精餾塔。精餾時粗甲醇先經過預熱器加熱，進入預塔精餾并通蒸汽。塔頂出來的蒸汽，經過冷凝器被冷卻水冷卻，絕大部分冷凝下來送至塔內回流，另一部分經塔頂液封后放空或回收作為燃料。從預精餾塔出來的釜液進入主精餾塔經過塔底通入蒸汽，最后分離從塔上部得到精甲醇。根據設計任務要求,通過物料衡算得到1000噸精甲醇所需粗甲醇量、蒸汽量和冷卻水用量。根據物料及能量衡算計算所需的主設備(主精餾塔)尺寸，并對輔助設備進行設備選型。估算成本并采取安全環保措施。設計工程圖紙(主要工藝流程圖、設備平面立面布置圖、主要設備裝配圖及廠區平面布置圖),并對外文資料進行翻譯。關鍵詞：甲醇蒸汽冷卻水物料衡算熱量衡算精餾塔ABSTRACTMethanolisanimportantindustrialchemical,itiswidelyusedinorganicsynthe-sis,fuel,medicine,paintingandnationaldefenseandsoon.Itplaysanimportantroleinthenationaleconomy.Thereareseveralmethodsofsynthesizingmethanolsuchasthehighpressuredmethod,thelowpressuremethod,themesolowmethodandunitesmellowmethodandsoon.Thelowpressuremethodsynthetizesgasunderlowpress-urewithcopperbasedseriesascatalyst.Themesolowmethoddevelopsfromthelowpressuremethod.Pressesthelawisfurtherdevelopedinthelowpressurelawfound-ation.Thehigh-pressuredmethodusuallyuseszincchromeascatalysttosynthesizemethanolunderthehightemperatureandhighpressure.Thepaperdesignmainlydescribesthetechnologicaldesignofconstructionseparatingmethanolbyhighpressuredmethod,selectiveevaporationmethodiswidelyusedtoseparatemethanol,whichincludespre-rectifyingtowerandmainrectifyingtower.duringrectifying,thecrudemethanolisfirstlyheatedbypre-heater,andthengoesintopre-towerforrectifyingwithsteampassing.Thesteamfromthetopoftoweriscooledincondenserbycoolingwater.mostofthecoolsteamwasdeliveedintotowerforreflux,andtherestisblownoffafterfluidsealorisrecycledasfuel.Thecauldronfluidfrompre-rectifyingtowerentersthemainrectifyingtowerandpassesthebottomofthetowerwithsteampassing,finallyisseparatedfromthetowermethanol.Accordingtotherequestofthedesigntaskbymethanolbalance,wecalculatedtheamountofcudemethanol,steamandcooledwaterneededtoproduce1000tonsoffinemethylalcohol.Andaccordingtothematerialandtheenergygraduatedblance,wecalculatedthethesizeofmainequipmentneededl(mainrectifyingtower)choosetherightauxiliaryfatory,estimatecosts,takemeasuresforsecurityandenvironmentalprotection,designedthepictures(mainflowchart,thetplaneandstereoscopicarrangementchartofequipment,assemblydrawingmajorinstallationsandpicturesoffactoryarrangement),andtranslatedrelatedforeignmaterials.Keywords:methanol；steam；coolingwater；materialbalance；heatbalance；rectifyingtower第一章總論1.1概述甲醇又稱木醇或木精，是一種透明、無色、易燃、有毒的液體，略帶酒精味。熔點－97.8℃，沸點64.8℃，閃點12.22℃，自燃點47℃，相對密度0.7915g/(20℃/4℃)。其蒸汽遇空氣混合物易爆炸，爆炸極限下限6%—36.5%。能與水、乙醇、乙醚、苯、丙酮和大多數有機溶劑相混溶，在汽油中溶解度更大。甲醇易于吸收水蒸氣、二氧化碳和某些其他雜質，因此只有用特殊的方法才能制得完全無水的甲醇。同樣也難以從甲醇中清除雜質，產品甲醇中總含有有機雜質在0.01%以下。甲醇具有毒性，內服10ml有失明危險，30ml能致人死亡，空氣中允許含甲醇最高濃度為0.05mg/L。甲醇是假酒的主要成分，過多食用會導致失明，甚至死亡。甲醇是多種有機產品的基本原料、優質燃料和重要溶劑，主要用于制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲氨、硫酸二甲脂等多種有機產品并廣泛用于燃料、醫藥、涂料和國防行業等。其中生產甲醛用的甲醇量約占甲醇總量的一半以上。甲醇可開發出100多種高附加值化工產品，尤其深加工后作為一種新型清潔燃料和加入汽油摻燒，其發展前景越來越廣闊。甲醇化工已成為化工行業中的一個重要領域。甲醇的消費已超過其傳統的用途，潛在的耗用量已超過化工用途，滲透到國民經濟的各個部門。今后甲醇的發展速度更為迅速。中國石油和化學工業協會提供的調研報告顯示，2021年，我國甲醇生產、消費繼續同步增長。國家統計局的數據顯示，2021年國內共有甲醇生產企業142家，產能合計為1036萬t，產量為762.3萬t。其他途徑的數據顯示，除上述142家甲醇企業外，我國還有25個已投產的甲醇項目，產能合計308.4萬t，產量為112.4萬t。在這25個項目中，有的是2021年建成投產或者完成技術改造的，由于投產時間較晚，實際產量不大；有的是因為技術等方面的原因導致開工率不足，產量較低。綜合這兩部分數據可知：2021年我國共有甲醇生產企業167家，產能合計1344.4萬t，產量874.7萬t。2021年，我國進口甲醇112.7萬t，出口19萬t，凈進口量94萬t，表觀消費量968.4萬t，甲醇消費同比增長45%。由此可見，2021年國內甲醇供應存在著一定的缺口，需要進口來彌補。生產甲醇的方法有許多中，早期用的木材或木素質制甲醇的方法，今天在化學工業上已被淘汰。目前工業上幾乎都是用一氧化碳、二氧化碳加壓催化劑合成甲醇。典型的流程包括原料氣的制造、原料氣凈化、甲醇合成、粗甲醇精餾工序。甲醇的合成有高壓法、低壓法、中低壓法和聯醇法等。低壓法，采用銅基系高活性催化劑，可在低壓5MPａ下將CO2+H2合成氣或含有CO2的CO+H2合成氣進行合成。由于低壓法生產壓力低3，導致設備體積相當龐大，不利于甲醇生產大型化，因此此法生產受阻.中壓法是在低壓法基礎上進一步發展而來的高壓法合成甲醇，一般使用鋅鉻催化劑，在300℃到400℃、30MPａ高溫高壓下合成甲醇的工藝流程。此法能大規模生產甲醇，因此在我國得以大力發展和應用，其分離工藝也相當簡便精巧，前景較為廣闊。甲醇分離方法也有多種，包括物理凈化、化學方法、精餾等。一般是用精餾法分離合成的粗甲醇。甲醇的合成不論采用鋅鉻催化劑或童基催化劑，均受選擇性限制，且受合成條件壓力、溫度、合成氣等影響，在生產甲醇反應的同時，還伴隨著一系列副反應，其產品主要有甲醇及水、有機雜質組成的混合液，故稱粗甲醇。精餾的目的就是通過精餾的方法，除去粗甲醇中的水分和有機雜質，根據不同要求，制得不同純度的甲醇；大部分雜質難以清除，其中有些雜質降至甚微，不致影響甲醇的應用。精餾時采用的是雙精餾塔，分為預精餾塔和主精餾塔。精餾時粗甲醇先經過預熱器加熱，并通入冷凝水和氫氧化鈉溶液，進預精餾塔并在塔底通入蒸汽。塔頂出來的蒸汽含有甲醇、水及多種以輕主分為主的少量有機雜質，經過冷凝器被冷卻水冷卻，絕大部分冷凝下來，送至塔內回流，以輕組分為主的大部分有機雜質經塔頂液封槽后放空或回收作為燃料。從預精餾塔出來的釜液進入主精餾塔經過塔底通入蒸汽，最后分離從塔上部得到精甲醇，塔下部得到側餾分，從塔頂得到的輕組分和極少量的甲醇經液封溢流槽后，不凝性氣體排空另一部分經回流罐再次進入預精餾塔進行回流。1.2文獻綜述1.2.1甲醇簡介1、【英文名稱】Methanol【結構或分子式】

CHOH

【相對分子量或原子量】32.02【密度】相對密度0.7915g/(20℃/4℃)【熔點（℃）】－97.8℃【沸點（℃）】64.8℃甲醇又稱木醇或木精，是一種透明、無色、易燃、有毒的液體，略帶有醇香味。其蒸汽遇空氣混合物易爆炸，爆炸極限下限6%—36.5%。能與水、乙醇、乙醚、苯、丙酮和大多數有機溶劑相混溶，在汽油中溶解度更大。甲醇含有一個甲基和一個羥基。因為含有羥基，所以具有醇類的典型反應；因為又含有甲基，所以又能進行甲基化反應，甲醇可以與一系列物質發生反應產生許多衍生物。甲醇易于吸收水蒸氣、二氧化碳和某些其他雜質，因此只有用特殊的方法才能制得完全無水的甲醇。同樣也難以從甲醇中清除雜質，產品甲醇中總含有有機雜質在0.01%以下。甲醇具有毒性，內服10ml有失明危險，30ml能致人死亡，空氣中允許含甲醇最高濃度為0.05mg/L。甲醇是假酒的主要成分，過多食用會導致失明，甚至死亡。2.甲醇酸用途甲醇是多種有機產品的基本原料、優質燃料和重要溶劑，主要用于制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲氨、硫酸二甲脂等多種有機產品并廣泛用于燃料、醫藥、涂料和國防行業等。其中生產甲醛用的甲醇量約占甲醇總量的一半以上。甲醇可開發出100多種高附加值化工產品，尤其深加工后作為一種新型清潔燃料和加入汽油摻燒，其發展前景越來越廣闊。近年來，隨著技術的發展和結構能源的改變，甲醇喲開辟了許多新的用途。甲醇是較好的人工合成蛋白原料，蛋白轉化率較高，發展速度快，無毒性，價格便宜；目前，世界上已有年產10萬噸甲醇制蛋白的工業裝置在運行，年產30萬噸的裝置已經設計。甲醇是容易輸送的清潔燃料，可以單獨或者與汽油混合作為汽車燃料，用它作為汽油添加劑可以起到節約芳烴，提高辛烷值的作用，汽車制造業將成為好用甲醇的巨大部門；由甲醇轉化為汽油的研究成果，間接開辟了由媒轉化為汽車燃料的途徑。甲醇是直接合成乙酸的原料，孟山都公司實現了在較低壓力下甲醇和一氧化碳和成乙酸的工藝。甲醇可以直接用于還原鐵礦，得到高質量的海綿鐵。特別是，近年來的C1 化學工業發展，甲醇制乙醇、乙烯、乙二醇、甲苯、乙酸乙烯、乙酐、甲酸甲酯和氧分解性能好的甲醇樹脂等產品，正在研究開發和工業化中。甲醇化工已成為化工行業中的一個重要領域。甲醇的消費已超過其傳統的用途，潛在的耗用量已超過化工用途，滲透到國民經濟的各個部門。今后甲醇的發展速度更為迅速。1.2.2甲醇工藝發展甲醇生產工藝有兩種，即煤氣化工藝和天然氣制甲醇工藝。歐美國家主要采用天然氣為原料生產甲醇，該工藝具備投資低、無污染的優點，且無需過多考慮副產物銷路。但我國缺少廉價的天然氣資源，而煤儲量相對豐富，所以大部分甲醇產能來自煤氣化工藝。

1.2.3甲醇工藝簡介在1924年以前，甲醇幾乎全部是用木材或其廢料的分解蒸餾生產，甲醇的世界產量每年只有4500噸。用60-100g的木材干餾只能獲得大約1Kg甲醇，1立方米的白樺木只能制得5-6g甲醇，1立方米的針葉樹木只能得到2-3kg甲醇。這中“深林化學”的甲醇含有丙酮或其他雜質，要除去這些雜質比較困難。由于甲醇需要量與日俱增，木材干餾法不能滿足需要。因此人們開采使用化學法合成甲醇。生產甲醇的原料有合成氣法（CO+H2）方法和其它原料法。一氧化碳和氫氣為原料合成甲醇的方法有高壓、中壓和低壓法。高壓法合成甲醇，一般使用鋅鉻催化劑，在300℃到400℃、30MPａ高溫高壓下合成甲醇的工藝流程。用此法生產甲醇已有70多年的歷史，這是80年代以前世界各國生產甲醇的主要方法。此法能大規模生產甲醇，因此在我國得以大力發展和應用，其分離工藝也相當簡便精巧，前景較為廣闊。（2）中壓法隨著甲醇合成工業的迅速發展，新建廠的規模也日趨大型化，目前已建成的投產的裝置有日產超過5000噸的。（3）低壓法低壓法，采用銅基系高活性催化劑，可在低壓5MPａ下將CO2+H2合成氣或含有CO2的CO+H2合成氣進行合成。這種方法是70年代工業化的合成甲醇方法。低壓法成功的關鍵在于使用銅基催化劑，使甲醇反應能在較低溫度下進行。隨著石油工業的不斷發展和蒸汽透平技術的應用，在生產甲醇上也有廣闊的應用空間。以上三種方法基本相同，但使用的催化劑不同，因而操作壓力和溫度等級也不同，反應器的結構就有所不同。從合成理論上講，提高壓力對合成反應有利，因此傳統的合成法采用高壓法。用其他原料也可合成甲醇，其主要生產方法有：甲烷氧化生成甲醇，反應進行如下：這是將便宜原料轉化為貴重甲醇的最簡單方法。在通常情況下，容易發生甲醇深度氧化生成二氧化碳和水。液化石油氣氧化法液化石油氣是一只主要有丙烷和丁烷等組成的輕質混合物，來源于濕性天然氣或油田伴生氣，也可從煉油廠的副產物獲得。液化石油氣可以用空氣胡氧氣進行氧化，氧化的主要產品有甲醛、乙醛、甲醇和一部分作為溶劑的混合化學品。合成甲醇的化學反應有以下化學式：用氫氣和一氧化碳在催化劑作用下合成甲醇工業生產甲醇的主要方法。合成甲醇的化學反應方程式：主反應：(2)副反應：高壓法合成流程圖如圖1-1圖1-1高壓法合成甲醇生產流程圖高壓法合成甲醇流程示意圖入圖1-26654321圖1-2甲醇合成工藝流程示意圖1-新鮮氣壓縮機；2-熱交換器；3-甲醇合成塔；4-水冷卻器5-甲醇分離器；6-循環機低壓法合成甲醇流程如圖1-3圖1-3低壓甲醇合成流程高壓合成流程雖有所不同，但基本步驟是共同具備的。如圖1-2是最基本的流程示意圖，其流程是：新鮮氣又壓縮機壓縮到所需合成壓力與從循環機來的循環氣混合分為兩股，一股為主線進入熱交換器，將混合氣預熱到催化劑活性溫度，進入合成塔；另一股副線不經過熱交換器而是直接進入合成塔以調節進入催化層的溫度。經反應后的高溫氣體進入熱交換器與冷原料氣混熱后，進一步在冷卻器中冷卻，然后在分離器中分離出液態粗甲醇。為控制循環氣中惰性氣中液體含量，分離出水和甲醇后的氣體需小部分放空，大部分進入循環機增壓后返回循環系統，重新利用為反應的氣體。甲醇的合成不論采用鋅鉻催化劑或銅基催化劑，均受選擇性限制，且受合成條件壓力、溫度、合成氣等影響，在生產甲醇反應的同時，還伴隨著一系列副反應，其產品主要有甲醇及水、有機雜質組成的混合液，故稱粗甲醇。精餾的目的就是通過精餾的方法，除去粗甲醇中的水分和有機雜質，根據不同要求，制得不同純度的甲醇；大部分雜質難以清除，其中有些雜質降至甚微，不致影響甲醇的應用。精餾時采用的是雙精餾塔，分為預精餾塔和主精餾塔。高壓法合成經典的高壓工藝流程是采用往復式壓縮機壓縮氣體，壓縮機多極壓縮后，其體中夾帶的油水經有水分離器分離，大部分油水被分離出，剩余的油水經濾油器過濾。經壓縮后的合成氣同循環氣一起進入管式反應器，在350℃和30MPａXIA,CO和H2經過催化劑層，反應生成粗甲醇。含粗甲醇的氣體經冷卻器冷卻后，迅速送入粗甲醇分離裝置中，使粗甲醇冷凝；未反應的一氧化碳和氫氣經循環機加壓回反應循環裝置生產。生產冷凝的粗甲醇進入精餾裝置。精餾時粗甲醇先經過預熱器加熱，并通入冷凝水和氫氧化鈉溶液，進預精餾塔并在塔底通入蒸汽。塔頂出來的蒸汽含有甲醇、水及多種以輕主分為主的少量有機雜質，經過冷凝器被冷卻水冷卻，絕大部分冷凝下來，送至塔內回流，以輕組分為主的大部分有機雜質經塔頂液封槽后放空或回收作為燃料。從預精餾塔出來的釜液進入主精餾塔經過塔底通入蒸汽，最后分離從塔上部得到精甲醇，塔下部得到側餾分，從塔頂得到的輕組分和極少量的甲醇經液封溢流槽后，不凝性氣體排空另一部分經回流罐再次進入預精餾塔進行回流。粗甲醇雙塔精餾工藝流程圖粗甲醇雙塔精餾工藝流程圖預精餾塔；2-主精餾塔；3-再沸器；4-冷凝器；5-回流罐；6-液封；7-熱交換器粗甲醇冷凝水蒸汽冷凝液蒸汽高沸點物質精甲醇排空二甲醚，不凝性氣體回收或排空溶液精甲醇的質量要求，各國都對其制定了標準。我國精甲醇國家標準見表1-1指標一級品二級品外觀無色透明液體無可見雜質無色透明液體無可見雜質透明液體無可見雜質色度，號，小于或等于510密度0.791-0.7920.791-0.7930.791-0.793鎦程沸程℃64-65.564-65.564-65.5(760mmHg)蒸餾量，%98以上98以上98以上溫度范圍（64.60.1）℃小于或等于0.81.01.5高錳酸鉀實驗，min,大于或等于5020-水溶性實驗澄清澄清澄清水分含量，%，≤0.100.15-乙醇含量，%，≤0.01--游離酸含量（以HCOOH計），ppm≤151530游離堿含量（以NH3計），ppm≤2815羥基化物（以HCOH計），ppm≤2050100蒸發殘渣，ppm≤103050氣味無特殊異臭無特殊異臭-表1-1精甲醇國家標準1.2.4我國甲醇發展及市場需求近年來，中國甲醇市場非常火爆：甲醇價格持續高位，甲醇生產裝置開工率不斷提高，各地甲醇新建項目陸續開工。出現這種局面的原因，一是甲醇傳統消費領域，如甲醛、醋酸等產品的產量穩步提升，對甲醇的需求量逐步增加；二是新的消費領域，如醇醚燃料、甲醇制烯烴等由于發展前景廣闊，也引發了國內對甲醇裝置的投資熱。我國甲醇工業始于1957年。90年代以來甲醇工業發展很快。1996年甲醇總市場能力294萬噸，總生產量為141.19萬噸，總消耗量182萬噸；2021年總生產能力299.1萬噸，總產量為174萬噸，總消耗量197萬噸；2021年總生產能力300萬噸，總產量為148.9萬噸，總消耗量215萬噸。2021年，我國消費甲醇666萬t，進口甲醇136萬t，出口5.4萬t，凈進口130萬t，其中我國農藥、醫藥行業共消費甲醇74萬t，其他行業如染料、溶劑以及甲胺、氯甲烷等有機原料行業共消費甲醇112.4萬t。同年，國內甲醇產能720萬t，產量536萬t，開工率74.4%。2021年，我國甲醇產能只有348萬t，表觀消費量為329.4萬t。從2021年至2021年的5年間，我國甲醇產能年均增長率為15.6%，表觀消費量年均增長率為15.1%。目前，我國甲醇消費主要集中在甲醛、醋酸、醇醚等領域。中國石油和化學工業協會提供的調研報告顯示，2021年，我國甲醇生產、消費繼續同步增長。國家統計局的數據顯示，2021年國內共有甲醇生產企業142家，產能合計為1036萬t，產量為762.3萬t。其他途徑的數據顯示，除上述142家甲醇企業外，我國還有25個已投產的甲醇項目，產能合計308.4萬t，產量為112.4萬t。在這25個項目中，有的是2021年建成投產或者完成技術改造的，由于投產時間較晚，實際產量不大；有的是因為技術等方面的原因導致開工率不足，產量較低。綜合這兩部分數據可知：2021年我國共有甲醇生產企業167家，產能合計1344.4萬t，產量874.7萬t。2021年，我國進口甲醇112.7萬t，出口19萬t，凈進口量94萬t，表觀消費量968.4萬t，甲醇消費同比增長45%。由此可見，2021年國內甲醇供應存在著一定的缺口，需要進口來彌補。我國甲醇生產原料以煤為主，中國甲醇生產主要集中在華南、華東和華北地區，所占比例分別為27.11%、23.79%和16.63%，2021年全年國內精甲醇產量536.2萬t，較上年同期增長了21.62%。目前，中國甲醇生產企業大約有200家，但是整個甲醇生產格局呈現出規模小、分散化的分布特點。產能在10萬噸左右的只有中石化集團的四川維綸廠、大慶油田甲醇廠、上海焦化公司、榆林天然氣化工公司、長慶油田中國天然氣公司青海分公司等幾家。2021年，中國甲醇生產能力為1117萬t，甲醇進口量為112.8萬t，出口量為19萬噸，成為世界上第二大甲醇消費國。我國甲醇消費結構與國外類似，最大消費領域是甲醛生產，消費比例約為40%；其次是MTBE和醋酸，所占比例分別為6%和7%。近年來甲醇燃料方面的消費量發展較快，盡管國家尚未出臺相關政策法規和標準，但甲醇燃料消費已經成為驅動甲醇需求的主要動力之一。目前我國甲醇消費的主要地區是華東和華南地區，上述地區也是我國甲醛、MTBE、丙烯酸酯和醋酸等下游產品生產的集中地。對于甲醇燃料，消費地區主要集中在山西、河南等地。2021年，我國甲醇進口總量中，江蘇省進口比例占62.28%，廣東省所占比例為28.28%，福建省比例為4.11%，浙江省比例為3.34%。所有進口基本上全部集中在華東和華南地區，進口結構也在一定程度上反映了我國甲醇消費的地區分布。我國甲醇生產裝置中，大型少、中小型多大型裝置的場數約占12%，生產能力約占60%以上；中小型裝置約占88%以上，生產能力約占40%左右。從以上我國甲醇生產實際狀況出發，為了提高我國甲醇生產水平，特別是提高中小型甲醇生產技術：開工率低、消耗高、成本高的等，必須提高企業的管理水平，特別是操作工人的技術素質。1.2.5世界甲醇發展及市場需求世界甲醇發展迅速，1992-1996年總生產能力年均增長率大4.9%，總產量年均增值率為7.1%，總消費量年均增值率為6.7%。1996年總生產能力為2471.8萬噸，總消費量為2470.1萬噸，開工率為84.3%，甲醇迅速發展的原因在于全球性汽油無鉛化的要求，使MTBE快速增長。以及甲醇羥基化的迅速發展。1977年到2021年5年中，世界甲醇生產能力年均增值率為4.9%，總產量年均增值率為3.6%，總消費量年均增值率為3.7%，均比前5年有所下降。受石油和天然氣價格波動影響，2021年甲醇的價格和供求也浮動較大。2021年世界甲醇生產能力3620萬t/a（上年為3450萬t/a），生產能力利用率為79%，其中北美為91%，中東83%，歐洲和亞洲為65%。2021年全球甲醇需求為2850萬t，比2021年增長140萬t，推動消費增長的主要原因是美國MTBE生產開工率充足；中國大幅增加甲醇消費，新加坡和BP公司分別有50萬t和40萬t規模的醋酸裝置投產。2021年甲醇原料天然氣的價格由年初的2.5美元/1012Btu（1Btu=1.06kJ,下同）漲至年末5美元/1012Btu，受此影響美國的甲醇價格由113美元/t升至230美元/t.2021年現有生產能力的開工率將保持穩定，天然氣價格仍趨下降，幾處新的生產裝置將投產。大幅度的縮減須等到2021年，美國實施清潔空氣計劃，屆時將大量限制由甲醇制造的甲基叔丁基醚（MTBE）。2021年至2021年間美國的甲醇消費將由1053萬t降至760萬t，主要因為耗用甲醇最多的MTBE將由2021年的430萬t下降至2021年的59萬t。2021～2021年世界甲醇消費量及所占比例見表1。表１2021～2021年世界甲醇消費量及所占比例萬ｔ2021年比例／％2021年比例／％消費量消費量甲醛９６３３４．１１１３５３５．１ＭＴＢＥ７７７２７．６８２０２５．２醋酸２７３９．７３４８１０．７溶劑１１６４．１１３５４．１其他６９０２４．５８１９２４．９世界總計２８１９１００３２５７１００據美國《化學周刊》最新報道，截至2021年底世界甲醇的總生產能力接近4800萬t，06年總需求達3680萬t。世界甲醇生產主要集中在天然氣資源比較豐富的地區，如特立尼達、智利、新西蘭、沙特和俄羅斯，中國已成為世界甲醇主要生產地區，中國甲醇主要以煤炭為原料。其中亞太地區的生產能力為1410萬t/年，約占世界總生產能力的30%，中東及非洲地區的生產能力為1217萬t/年，約占總生產能力的25%，北美地區的生產能力僅為60萬t/年，約占總生產能力的1.2%，南美地區的生產能力為1256萬t/年，約占總生產能力的26%，世界其他地區的生產能力為854萬噸/年，約占世界總生產能力的17.8%。世界主要甲醇生產企業都是將甲醇作為商品銷售，自用量很少。同時大型甲醇生產企業都擁有自己的遠洋運輸船隊和儲運設施，以便將生產的甲醇運往世界各地銷售。1.2.6甲醇的未來需求及展望由于美國國內天然氣價格較高，加之對MTBE產品使用的限制，美國甲醇生產大幅下降，目前僅剩60萬t/年。未來幾年還將有大量產能陸續投產，預計到2021年中東地區甲醇產能將翻一番，中國產能到2021年也將翻番至2120萬t/年。甲醇制烯烴(MTO/MTP)和二甲醚(DME)將是未來驅動甲醇市場需求增長的主要動力，而我國將是甲醇需求的重點地區。預計到2021年，世界甲醇生產能力將達到約6400萬t，2021年達到約7200萬t，供應能力大于市場需求，競爭將會加劇，一些不具競爭力的小裝置或原料價格較高地區的甲醇裝置將關閉。根據未來甲醇裝置建設趨勢，世界甲醇的生產中心正在向南美、沙特、伊朗和我國轉移；同時這些國家和地區甲醇產品的目標市場主要是針對亞太地區和我國。雖然北美地區大量產能關閉，全球范圍來看，2021至2021年世界甲醇產能增速還將達到8.4%/年，會高過需求增速。今年初，由于世界范圍一系列甲醇裝置非計劃停工造成市場供應緊張，導致現貨價格大幅攀升，2月初曾高達1.45美元/加侖fob。最近幾周甲醇價格已回復到70美分/加侖fob。由于現貨價格走低，Methanex公司也調低了美國4月份合同價格54美分/加侖。總的來說，隨著各國對無鉛汽油的環保需要，甲醇的生產發展還是極為迅速的。同時甲醇作為C1化學的支柱產品，甲醇化工已成為化學工業的一個重要領域。甲醇的消費已滲透到國民經濟的各個部門。今后甲醇的發展更為迅速。1.3設計任務的項目來源由指導老師指定的課題。1.4原料規格及來源設計產品精甲醇所需的主要原料粗甲醇由本廠自己生產，其生產粗甲醇的原料合成氣可以購買也可自己生產。1.5水、電、汽供應情況1.5.1給水、排水系統生產用水主要為工序的冷卻用水。本生產線用水有自來水廠供應，水的用量不大，滿足該項目的要求。給水系統包括新鮮水輸水管，管網輸水管道等分支，一分支專門為循環水池和生產清洗供水，另一分支為純水裝置供水。消防用水管網另設。室內給水系統由入戶管，主管，支管，配水頭等組成。給水的水平主管鋪設在建筑物的下部，由下至上供水。生產用水中的冷卻水經貯水池自然冷卻或用冷卻塔冷卻后循環使用，少量的生產沖洗用水屬基本無污染水，可澄清后排放。生產線的排水系統由排水管網組成，排水管道把廢水從產生地點收集和輸送到總排水管，最后由總排水管輸送至污水澄清池。1.5.2電力供應本項目耗電不大，電力由本廠的小型熱電廠供應。1.5.3蒸汽供應本項目的蒸汽均由該廠的小型熱電廠供給。1.6貯存和運輸根據本項目原料，產品特點，按不同要求進行貯運以滿足要求。貯存甲醇通常采用立式不銹鋼制貯槽。貯槽設置在室內或車間要防止日光曝曬，以免引起甲醇揮發，影響成品產量。甲醇通常利用公路、鐵路運輸。1.7節能在工藝設計中一般采取三廢治理加節能降耗措施，主要有以下幾點：粗甲醇精餾過程中回收甲醇殘渣中的甲醇粗甲醇精餾過程中，殘液內甲醇含量達5%，按甲醇生產規模，精餾過程約有3500噸殘液被排放，則每年約有170噸甲醇隨同殘液一起排放，這樣既減少了產品甲醇量，又污染了環在精餾過程中，加入的粗甲醇在各層塔板中，反覆地進行熱質傳遞，易揮發組分甲醇從塔底向塔頂，不斷地從液相轉入氣相，通過塔頂冷凝獲得精甲醇，部分回流。不易揮發組分主要是水，不斷地從氣相轉入液相。在塔底的殘液中，除了水分和少量其他組分外，還殘留了3..5-7%，的甲醇。國內某廠通過圖1-4回收.圖1-4甲醇回收工藝流程圖1-循環泵；2-蒸發器；3-分離器；4-噴嘴；5-冷凝器；6-溢流管；7-液位計殘液經1循環泵加壓后，進入列管式蒸發器2，加熱到80°C，然后進入氣液分離器3，液體從噴嘴4出，使甲醇從殘液中釋放。甲醇蒸汽與水蒸汽同時在冷凝器5中冷卻，得到冷凝液中含甲醇25-40%，送入回流罐再去精餾，為蒸發的殘渣返回循環泵1循環蒸發，另一部分經管道6去生物氧化池進行氧化。經回收甲醇后的殘渣含甲醇量從5%可減少到0.8-1.0%。廠里除扣除回收成本，這部分利潤還是相當可觀的。通過殘渣甲醇回收，不僅增加了甲醇產量，而且減輕了殘渣液后繼生物氧化法處理負擔。第二章生產流程方案的確定2.1生產方案的確定本設計是高壓法甲醇分離工藝工段設計，主要用精餾法對粗甲醇進行分離。生產的粗甲醇經過預熱交換器后進入預精餾塔并在塔底通入蒸汽，經預精餾后的粗甲醇進入主塔精餾并在塔底通入蒸汽進行精餾。2.2生產流程簡述2.2.1生產工藝流程簡圖[5]甲醇精餾工藝流程簡圖如圖2-1圖2-1甲醇精餾工藝流程簡圖1-粗甲醇貯槽；2-預熱交換器；3-預精餾塔；4-主精餾塔；5-精甲醇貯槽2.2.2流程簡述精餾時采用的是雙精餾塔，分為預精餾塔和主精餾塔。生產冷凝的粗甲醇進入精餾裝置。精餾時粗甲醇先經過預熱器加熱，并通入冷凝水和氫氧化鈉溶液，進預精餾塔并在塔底通入蒸汽。塔頂出來的蒸汽含有甲醇、水及多種以輕主分為主的少量有機雜質，經過冷凝器被冷卻水冷卻，絕大部分冷凝下來，送至塔內回流，以輕組分為主的大部分有機雜質經塔頂液封槽后放空或回收作為燃料。從預精餾塔出來的釜液進入主精餾塔經過塔底通入蒸汽，最后分離從塔上部得到精甲醇，塔下部得到側餾分，從塔頂得到的輕組分和極少量的甲醇經液封溢流槽后，不凝性氣體排空另一部分經回流罐再次進入預精餾塔進行回流。第三章工藝計算3.1小時生產能力粗甲醇147公斤/時；精甲醇127公斤/時3.2物料衡算和能量衡算3.2.1計算條件高壓法鋅鉻催化劑合成粗甲醇的組成的百分比，主要物料數據見表3-1。物質甲醚甲醇異丁醇高級醇水百分比/%3.686.31.10.318.68表3-1粗甲醇組成的百分比3.2.2物料衡算計算依據按年產量1000噸精甲醇計，而粗甲醇中含甲醇86.3%，則每年所需粗甲醇總量：000/86.3%=1159噸/年年工作日按330天計，則精甲醇每日、每小時產量為：1000/330=3.03噸/日=0.127噸/時每日、每小時所需粗甲醇量為:1159/330=3.513噸/日=0.147噸/時=147公斤/時預精餾塔（脫醚塔）物料衡算預精餾塔平衡示意圖如下所示：軟水45.72軟水45.72粗甲醇147甲醚5.30脫醚后入料（以每小時計）：粗甲醇：147公斤/時其中：甲醚3.6%，則147*3.6%=5.30公斤/時甲醇86.3%，則147*86.3%=127公斤/時丁醇1.1%，則147*1.1%=1.62公斤/時高級醇0.31%，則147*0.31%=0.45公斤/時水8.68%，則147*8.68%=12.76公斤/時（2）堿液根據資料介紹：堿液濃度按2%計算時，每噸精甲醇耗0.811公斤92%濃度的NaOH，則0.127*0.811*92%=0.095公斤/預精餾塔示意圖（單位公斤/時）時純NaOH，折合成2%，則為：0.095/2%=4.75公斤/時。（3）軟水加入量或冷凝水加入量以精甲醇36%計，則127*36%=45.72公斤/時（4）初鎦物：4.37公斤/時（測定數據）總計：5.30+127+1.62+0.45+12.76+4.75+45.72=201.97公斤/時出料：（1）甲醚5.30公斤/時（2）甲醇127公斤/時（3）異丁醇1.62公斤/時（4）高級醇0.45公斤/時（5）堿液4.75公斤/時（6）水：a.粗甲醇帶水12.76公斤/時b.軟水45.72公斤/時（7）初鎦物4.37公斤/時總計：5.30+127+1.62+0.45+4.75+12.76+45.72+4.37=201.97公斤/時其中：氣相5.30公斤/時，液相196.67公斤/時.主精餾塔物料衡算主精餾塔物料平衡示意圖如下圖所示：脫醚后甲脫醚后甲醇精甲醇高沸點物質水(殘液)主精餾塔物料平衡示意圖入料：脫醚后粗甲醇196.67公斤/時回流液：回流比=（回流/入料）=2則196.67*2=393.34公斤/時總計：196.67+393.34=590.01公斤/時出料：（1）高沸點物采出量：異丁醇+高級醇+甲醇=（1.62+0.45）/30%=6.9公斤/時（其中甲醇70%，重組分30%）從主塔回流液中采出預塔入料量2%到預塔收集槽，其中含甲醇97.3%—99%油性雜質在1%—2.07%，其密度0.79—0.791g/ml,其量：147*2%=2.94公斤/時成品甲醇=預后甲醇量-殘液中甲醇量-高沸點物中甲醇量-初鎦物甲醇量=121.3-0.01x（x為殘液總量）由物料衡算知：121.3-0.01x+2.94+6.9+x=196.6公斤/時解之得：x=66.192公斤/時即精甲醇量：120.64公斤/時殘液總量：66.192公斤/時回流液量：393.34公斤/時總量：1120.64+66.192+6.9+2.94=196.6+393.34=590.01公斤/時3.2.3熱量平衡計算目的：根據預塔全塔熱量衡算，求出塔所耗蒸汽量和冷凝水量。它是建立在能量守恒定律基礎之上的。可用下列關系式表示：Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6其中：Q1——加料帶入設備量；Q4——物料帶出熱；Q2——加入介質帶入熱；Q5——消耗在各部件熱；Q3——物料帶入熱；Q6——熱量損失；上述關系式因過程不同又有不同的表現形式。一、預精餾塔熱量衡算設回流系數為0.736則回流量：147*0.736=108.19公斤/時塔操作為常壓，求塔底蒸汽加入量G=?軟水（包括NaOH液）：45.72+4.75=50.47公斤/時1、全塔熱量衡算入熱粗甲醇入熱：（物料147公斤/時，t=65℃）二甲醚：5.30*305.8=1620.74千卡/時其中：305.8為二甲醚的焓甲醇：129.07*0.64*65=5369.31千卡/時千卡/時其中，0.64為甲醇比熱水：12.76*1*65=829.4則Q1=1620.74+5369.31+829.4=7819.45千卡/時軟水（包括NaOH液）Q2=50.4*1*65=3280.55千卡/時塔底蒸汽加入量：Q3=？回流液：（t=55℃液相比熱取0.64）Q4=108.19*0.64*55=308.288千卡/時總入熱：Q1+Q2+Q3+Q4=7819.45+3280.55+308.288+Q3出熱：（1）脫醚后粗甲醇（物料196.67公斤/時，t=75℃）甲醇：129.07*0.64*75=6195.36千卡/時水：63.23*1*75=4742.25千卡/時則Q11=6195.36+4742.25=10937.61千卡/時（2）回流液【t=58℃，取比熱0.64千卡/公斤*度（同甲醇）】Q22=108.19*（0.64*58+267）=32902.74千卡/時其中267千卡/公斤——回流液潛化熱（3）甲醚（t=58℃）Q33=5.30*（58*0.63+125）=856.16千卡/時其中0.63千卡/公斤*度——二甲醚比熱，125千卡/公斤-二甲醚汽化潛熱；（4）熱損失（以5%計）Q44=Q出*5%=（10937.61+32902.74+856.16）*5%=2234.83千卡/時總出熱：Q11+Q22+Q33+Q44=1093.61+32902.74+856.16+2234.83=46931.34千卡/時又總出熱=總入熱，即11408.29+Q3=46931034解之得：Q3=35523.05千卡/時需3.5KPa表壓蒸汽量：G=35523.05/506=70.20公斤2、耗冷卻水量以預塔蒸餾出來的甲醇蒸汽含輕餾分和初餾分進入預塔冷凝器，通過冷卻水量控制冷卻溫度，達到分離甲醇輕餾分和初餾分目的。甲醇初鎦物作為回流液返回系統，輕餾分以氣態形式放空。熱量衡算Q入=Q22=32902.7千卡/時Q出=Q冷回+Q損=108.19*0.64*58+2234.83=6250.843千卡/時Q余=Q入-Q出=32902.74-6250.843=26651.90千卡/時冷卻水用量物料帶入熱與帶出熱之差，所余熱量用冷卻水冷卻。冷卻水進入冷凝器溫度為25℃，出冷凝器溫度為40℃，則用量G1=Q余/Cm△t=26651.9/1(40-25)=1776.8千卡/時二、主塔熱量衡算1、主精餾塔回流量393.34公斤/時，操作為常壓。求塔底加入蒸汽量G=?入熱：物料196.67公斤/時，t=90℃甲醇：129.07*0.64*90=7434.43千卡/時水.：63.23*1*90=5690.70千卡/時則Q1=7434.43+5690.70=13125.13千卡/時回流液：Q2=393.34*0.64*55=13845.57千卡/時塔底蒸汽加入量：Q3=？總入熱：Q1+Q2+Q3=26970.70+Q3出熱：精甲醇（t=64℃）Q11=120.64*0.64*64=4941.41千卡/時回流液：Q22=393.34*（0.64*58+267）+2.94*0.64*58=119731.7千卡/時殘液：Q33=66.192*1*105=6950.16千卡/時高沸點物質：Q44=1.62*0.7186*80+0.45*0.7*80+(6.9-1.62-0.45)*0.64*80=365.3千卡/時熱損失以5%計Q55=Q出1*5%=（Q11+Q22+Q33+Q44）*5%=131988.57*5%=6599.43千卡/時總出熱：Q出=138473.43千卡/時由Q出=Q入，即138473.43=26970.7+Q3解之得：Q3=111617.30千卡/時需3.5表壓蒸汽：G=111617.30/506=220.6公斤/時2、冷卻水用量主塔冷凝器冷卻水用量冷凝器的氣體出冷凝器的液體熱量之差，其中不凝性氣體放空，所以計算時和過程損失一起考慮。按Q1出的5%計。Q入=Q2=119731.7千卡/時Q出=13845.57+2.94*0.64*58+6599.43=20554.13千卡/時Q余=Q入-Q出=119731.7-20554.13=99177.57千卡/時則冷卻水用量G2=Q余/Cm△t=99177.57/1*(40-25)=6611.84公斤B．成品精甲醇耗冷卻水用量（1）Q入=120.64*0.64*64=4941.41千卡/時（2）精甲醇帶出熱Q出=120.64*0.64*40=3088.38千卡/時（3）熱損失Q損=3088.38*5%=154.42千卡/時則Q余=Q入-Q出-Q損=4941.41-3088.38-154.42=1698.61千卡/時此時冷卻水用量G3=Q余/Cm△t=1698.61/1*(40-25)=113.25千卡/時則有上計算知生產1000噸精甲醇消耗蒸汽總量為：70.20+220.60=290.80公斤=0.291噸消耗冷卻水量為：1776.80+6611.80=8501.90公斤=8.502噸第四章主要設備工藝計算和設備選型以主精餾塔為例進行工藝計算4.1主要工藝操作數據蒸餾過程選擇連續精餾，進料狀況為飽和液體進料。4.1.1化學控制成品精甲醇濃度大于等于98%成品中含小于等于0.2%回流比R=24.1.2壓力控制塔壓力為常壓入塔蒸汽壓力3.5KPa(表壓)4.1.3溫度控制預精餾塔塔頂55℃，塔底75℃主精餾塔塔頂55℃，塔底105℃冷卻水進入時20℃，離開時40℃4.2主要設備（主精餾塔）塔徑的工藝計算4.2.1理論塔板數計算1、求各點甲醇摩爾分率（1）預精餾后甲醇摩爾分率(2)精甲醇摩爾分率（3）釜液中甲醇摩爾分率2、處理能力（1）(2)精餾段處理物料量提鎦段物料量3、求平均揮發度查飽和蒸汽壓表，65℃時甲醇和水的飽和蒸汽壓分別是101.92和25.00，則65℃時甲醇和水的相對揮發度為：=101.92/25=4.0738查110℃時甲醇和水的飽和蒸汽壓分布是394.9和120.74，則110℃時，甲醇和水的相對揮發度為：=394.9/120.74=3.2707所以110℃和75℃時，甲醇和水平均相對揮發度為=塔板數計算甲醇產品純度=0.9968,殘液含甲醇=0.0056所以：產品中含雜質=1-0.9968=0.0032殘液中含水=1-0.0056=0.99444、最小理論板數計算混合液中，甲醇記為A組分，水記為B組分。由芬斯克方程㏒[]/㏒=㏒[（0.9968/0.0032）/(0.0056)]/㏒3.6516=8.432（1）求最小回流比[1/(-1)]*[/-1(1-)/(1-)]=(1/2.6516)*{(0.9968/0.5318)-[3.6516*(1-0.9968)/(1-0.5318)]}=0.6975選擇回流比為2，則X=(R-)/(R+1)=(2-0.6975)/(2+1)=0.4342由吉利蘭關聯圖所示Y —X關聯式得：Y=0.75*(1-)=0.75*(1-)=0.2827又Y=(N-)/(N+1)，得:N=（+Y）/(1-Y)=(8.432+0.2827)/(1-0.2827)=12.1493塊（2）求精餾段最小理論板數=㏒[]/㏒進料時溫度為90℃，90℃時甲醇和水的飽和增強壓分別為267.3和70.10F=267.3/70.10=3.8131.則==3.9427則=㏒[]/㏒=㏒[(0.9968/0.0032)/(0.5318/0.4682)]/㏒3.9427=4.0922精餾段與全塔理論板數之比得：5、塔板效率計算求平均揮發度和平均粘度平均溫差=0.5*（105+65）=85℃，查得85℃時甲醇與水的粘度分別為:=0.29*=0.321*則平均粘度：=*+(1-)=0.29**0.5318+0.321*(1-0.5318)=0.3045*所以*=0.3045**3.6516=1.1119查得、關聯圖查得塔效率為0.48，二對于篩板塔其效率的相對值為1.1，故=0.48*1.1=0.5286、實際塔板數計算已求得全塔理論板數N=12.1493，故實際板數為:=N/=12.1493/0.528=23.01≈24塊精餾段板數=5.8963，故實際板數==5.8963/0.528=11.17可取精餾段塔板數12塊，實際加料為地13塊。提鎦段板數24-12=12塊。4.2.2塔徑計算預計所設計的板式塔為小型，暫定采用單流板，板距=450mm1、塔徑計算（1）確定物料衡算首先由物料衡算求出塔內氣液負荷L=R*D=2*4.10=8.20V=(R+1)*D=3*4.10=12.30塔頂物料平均摩爾質量為：塔頂氣相密度為：ρ（2）確定氣相負荷因子C時所涉及的液相密度及表面張力按純甲醇計算。塔頂查65℃時，甲醇的液相密度ρ=755,σ=16.76.精餾段上升與下降的氣體流量與液體流量分別為：V*/ρ=12.30*31.9952/1.15=341.78=0.0949=L*/ρ=8.20*31.9952/755=0.347=0.0000964取板間距為450mm，氣液動能參數為：FP=由《化工原理》下冊，篩板塔氣體負荷因子關聯圖查得：=0.095C==0.09=0.092（3）塔徑計算最大允許空塔氣速為=2.3555選取空塔氣速為u=0.7*=0.7*2.3555=1.65取液泛分率為0.7，得出塔有效截面積:=(φ*)=0.0949/(0.7*2.3555)=0.0576取/A=0.12，則塔總截面積為A=0.0576（1-0.12）=0.0655則D==0.289，又塔徑計算值不是完整值時應予以圓整。根據我國壓力容器計算標準，直徑在1m以下間隔為100mm，直徑在1m以上間隔為200mm,故塔徑取為300mm,原來規定的板距450mm也合適用。由此得出塔截面積：A=0.785=0.785*0.3*0.3=0.071參考篩板塔規格數據推薦范圍上所列數據，估定規格為：降液管總截面積：=0.12*A=0.12*0.071=0.0085塔凈截面積：=0.88*A=0.88*0.071=0.0625塔板工作面積：=0.76*A=0.76*0.071=0.0540孔總面積：=0.10*A=0.1*0.071=0.0071孔徑：=5mm板厚：=2.5mm堰高：=50mm4.2.3水力學性能計算（1）修正氣速值分別為：u==0.0949/0.0625=1.52修正液泛分率值為：Φ=u/=1.52/2.3555=0.64(2)計算液沫夾帶分率根據FP=0.026及液泛分率0.64查出液沫夾帶分率為0.06塔板壓降：△=+干板壓降，已知=5/2.5=2.0在篩孔的孔留系數圖中可讀出=0.77所以/=m清液柱氣體通過泡沫層壓降L:已規定堰高=0.05m采用單流型，=0.12,從圖中可查得/D=0.76,/D=0.12.則=0.76*D=0.76*0.3=0.228m，=0.12*D=0.12*0.3=0.036m又，由此可查得弓形堰校正系數=1.038則堰液頭，由此可查得充氣系數為β=0.6.*β=（0.05+0.0038）*0.6=0.0323m清液柱總壓降△=+=0.0234+0.0323=0.0557m清液柱d.液面落差：篩板塔液面落差一般很小，可忽略不計。e.漏液點：前面已經確定堰高的值，且也算出了堰液頭的值，則=0.05+0.0038=0.0538m可得克服表面壓降可求得漏液點干板壓降：=0.0056+0.13*0.0538-0.0018=0.0108m又壓降與氣速平方成正比，即，故可得篩孔處氣速與漏液點氣速之比為：＞1.5f.降液管通過能力核算①降液管內液面高，先計算液體流過降液管時的壓頭損失。取降液管下沿與塔板面距離為40mm,則液體從降液管流出時所經過的縫隙截面積等于此距離乘以，即，液體體積流率=0.0000964液體通過降液管的壓頭損失：可以忽略不計。降液管內液面高：△+△=0.0557+0.05+0.0038+0+0=0.1095m以泡沫計，液面高應為（去液泡相對密度為Ф0.5），則：/Ф=0.1095/0.5=0.438m②液體在降液管停留時間t=＞5s三、計算結果（1）塔主要規格板型單流型溢流堰長0.2281m塔徑300mm溢流堰高50mm板距450mm孔總面積0.071降液管截面積0.0085孔徑5mm..降液管下沿與塔板距離40mm板厚2.5mm主要規格(2)水力學性能液泛分率0.64操作氣速/漏液點氣速1.53＞1.5液沫夾帶分率0.06降液管內泡沫液面高/板距0.438△/-液體在降液管內停留時間9.6s＞5s水力學性能4.3塔體與裙座的機械設計4.3.1設計條件（1）塔體內徑=300mm，塔高近似取H=12m.(2)計算壓力=0.108，設計溫度T＞50℃.(3)設計地區：基本風壓值，地震設防烈度為8度，場地土地為B類。（4）塔內裝有24層篩板，每塊板上介質層厚度為=50mm,介質密度為842。（5）安裝平臺扶梯一個，平臺寬度為900mm,高度為1000mm.由于塔徑較小可安裝手孔兩個不用安裝人孔。(6)塔體保溫層厚度為δ=100mm,保溫層材料密度為=300。（7）塔體與封頭、裙座、內件材料均選用Q-235B.查《化工設備機械基礎》附錄知，。，彈性模數。（8）塔體與裙座對接焊接，塔體焊縫接頭系數為ψ=0.85（雙面焊接局部無損傷焊接）。（9）塔體、裙座和封頭壁厚的附加裕度均取C=2mm.4.3.2按計算壓力計算塔體與封頭厚度塔體厚度計算封頭厚度計算ψ}=0.10.8*300/(2*113*0.85-0.108)=0.168mm考慮厚度附加量C=2mm,S+C=2.169mm,經圓整取=3mm.ψ}=0.108*300*1/(2*113*0.85-0.5*0.108)=0.169考慮厚度附加量C=2mm,S+C=2.169mm,經圓整取=3mm.查《化工設備設計基礎》得DN=300mm,厚度為3mm的橢圓形封頭曲面高度=75mm,直邊高度=25mm，計算得塔高為：（N-1）*=23*0.45+2*0.075+2*0.025=10.55m取整為H=11m,設計塔座為1m，則塔高H=12m.4.3.3設備質量載荷計算設備質量載荷計算筒體、封頭、裙座質量計算說明圓筒體質量：=22*24*0.45=037.6kg封頭質量：=2*2.90=5.80kg裙座質量：=22*1=22kg=++=265.4kg1.塔體圓筒高度為=10.8m2.查得DN=300mm,厚度為3mm的圓筒每米質量為22kg.3、查DN=300mm,厚度為3mm的橢圓形封頭質量為2.90kg.4、裙座高1m.(厚度按3mm計)塔內附件質量由《化工設備機械基礎》查得篩板塔盤每米的質量為65kg。=0.785*0.3*0.3*65*24=110.22kg保溫層質量=240.13kgρ為介質密度；封頭保溫質量平臺扶梯質量查得:平臺扶梯的質量=150龍式扶梯質量=kg/m龍式扶梯總高=11mn為平臺數量操作時物料質量=物料密度為842封頭容積為000530立方米塔板層數為N=24層塔釜圓筒部分深度為18m塔板上液層高0.05m附件質量按經驗取附件質量為：=0.25*265.466.35kg充氣質量數全塔質量匯總全塔操作質量全塔最大質量全塔最小質量將全塔分為3段，計算下列各質量載荷（計算略有近似值）各種質量載荷匯總塔段0－11－22－3合計塔段長度/mm50005000202112021平臺數0101塔板數813324134.9011020.5265.436.7459.7013.78110.2288.94111.1840.01240.130596.010596.0160.9899.0922.8182.9330.1630.166.0466.35267.69334.61120.4722.76351.721006.14103.191461全塔操作質量全塔最大質量全塔最小質量4.3.4風載荷與風彎矩計算以其中一段計算風載荷:(N)式中：-空氣動力系數對于圓筒=0.7，-風壓高變化系數，查得=1.0-10m高處的基本風壓值=400，-計算長度，=5m-脈動影響系數，由《化工設備機械基礎》表8-7查得=0.72-塔基本自震周期，對等直徑等厚度圓筒截面塔：=2.0s-脈動增大系數，由《化工設備機械基礎》查表得=2.69-振型系數，查表得=0.776-風振系數=1+-塔有效直徑，設籠式扶梯與塔頂管線成90°角，取一下a、b式中最大者。=400mm,取400mm,=100mm.a.=303+2*100+400+360=1023mmb．=303+2*100+360+400+2*100=1223mm由此取=1463mm=4286N以上述方法計算出各段風載荷列于下表：各段風載荷計算結果計算段平臺數154000.70.420.2252.691.2960.850011031601254000.70.720.7762.692.5031.05112011234286354000.70.7312.692.9641.50320011031934風彎矩計算截面計算式0-0=1601=57399N*mm573991-1==22319N*mm223192-2N*mm19344.3.5地震彎矩計算符號與取值塔總高度H=12021mm;全塔操作質量=1461kg;結構綜合影響系數=0.85重力加速度g=9.81;地震影響系數；查表得（B類土地近震）；查表得：（設計地震烈度8級）計算截面離地面高度為h:0-0截面：h=01-1截面：h=1000mm2-2截面：h=3000mm等直徑、等厚度的塔，＞15，按下列方法計算地震彎矩截面0-0=1-1==3.1985*10N*mmN*mm2-2==N*mm4.3.6地震偏心彎矩計算由于此塔設兩邊設計的冷凝器和再沸器較為對稱且精餾的物料較少，偏心質量可以忽略不計。4.3.7塔體水壓試驗和應力校核水壓試驗時各種載荷引起的應力實驗壓力和靜液柱引起的環向應力+靜液柱）/=(0.135+0.12)*(300+1)/(2*1)=38.38MPa=0.135MPa靜液柱壓力=r*H=1000*12=12021=0.12MPa有試驗壓力引起的軸向應力==10.13MPa水壓試驗時最大質量引起的軸向應力==-20.84MPa吊裝時應力校核==90.13MPa又K*B=94.03MPa,0.9*K*式中K取1.2為載荷組合系數，B按第五章求軸向應力時求取。有上知，﹤K*B=94.03MPa和0.9*K*，所以滿足要求。4.3.8基礎環設計基礎環尺寸基礎環應力校核計算式說明(1)(2)取兩者中的最大值。=0.0952MPa=0.125MPa取以上兩者中的最大值，則0.123MPa.選用75號混凝土，由表查得許用應力為：，而滿足要求。==160140=/(320*470)=1.0128*=57399式中：為基礎環抗彎斷面系數為基礎環截面積基礎環厚度計算式說明按有篩板時計算基礎環厚度=-=5.82mm圓整后取基礎環材料的許用應力。b==0.5[470-(300+2*3)]=82mm假設螺栓直徑為M24，查表得：l=120mm當b/l=82/120=0.683,查表得：=0.220*0.125*82*82=-184.91N*mmN*mm=0.05626*0.125*120*120=104.904N*mm取其中絕對值較大值N*mm4.3.9地腳螺栓計算計算式說明地腳螺栓最大拉應力取兩者中的最大值（1）=-0.0672MPa(2)=0.348MPa則取MPa地腳螺栓根徑選取地腳螺栓數n=2個==18.540mm查表得M24螺栓的根徑，雖滿足條件，但由于偏心質量在實際安裝中會占一定的質量帶來一定壓力，故應多安裝螺栓，可安裝8個。-地腳螺栓根徑n-地腳螺栓個數,n=8C=3mm第五章原料與動力消耗5.1原料消耗量本裝置為高壓法甲醇用精餾法分離粗甲醇量處理量為1159噸/年5.2動力消耗（1）新鮮水用量362.11噸/年（2）固體堿用量0.8816噸/年（3）3.5表壓蒸汽用量2303.14噸/年（4）20℃冷卻水用量63374.97噸/年第六章關于生產的經濟核算6.1經濟分析包括水、電、蒸汽、冷卻水費用，水由自來水公司供給，約1.28元/噸，電、蒸汽、水由該廠的熱電廠供給。6.2車間經費1.年折舊費：設折舊年限為20年，則年折舊