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1、安徽建筑工业学院材料与化学工程学院毕业论文开题报告题 目：55万吨/年甲醇精馏工段工艺设计-常压塔冷却器设计及分析 专 业： 化学工程与工艺 姓 名： 张志国 学 号： 08206040101 指导教师： 杨明娣 2012 年 3 月 毕 业 论 文（设 计）开 题 报 告一、课题的目的与意义甲醇系结构最为简单的饱和一元醇，化学式CH3OH，又称“木醇”或“木精”。甲醇是无色有酒精气味易挥发的液体，有毒，误引5-10ml能双目失明，大量饮用会导致死亡。甲醇用于制造甲醛和农药等，并用作有机物的萃取剂和酒精的变性剂等。甲醇是极为重要的有机化工原料，在化工、医药、轻工、纺织及运输等行业都有广泛的应用
2、，其衍生物产品发展前景广阔。目前甲醇的深加工产品已达120多种，我国以甲醇未原料的一次加工产品已有近30种。在化工生产中，甲醇可用于制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲胺、甲基叔丁基醚（MTBE）、聚乙烯醇(PVA)、硫酸二甲酯、对苯二甲酸二甲酯（DMT）、二甲醚、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯等。1 以甲醇为中间体的煤基化学品深加工产业：从甲醇出发生产煤基化学品是未来Cl化工发展的重要发展方向。比如神话集团发展以甲醇为中间体的煤基化学品深加工，利用先进成熟技术，发展“甲醇-醋酸及其衍生物”；利用国外开发成功的MTO或MTP先进技术，发展“甲醇-烯烃及衍生物”的2大系列。2 作为替代燃料：近几年，汽车工业在
3、我国获得了飞速发展，随之带来能源供应问题。石油作为极其重要的能源储量是有限的，而甲醇燃料以安全、廉价、燃烧充分，利用率高、环保的众多优点，替代汽油成为车用燃料的发展方向之一。我国政府已充分认识到发展车用替代燃料的重要性，并开展了这方面的工作。随着Cl化工的发展，由甲醇为原料合成乙二醇、乙醛和乙醇等工艺正日益受到重视。甲醇作为重要原料在敌百虫、甲基对硫磷和多菌灵等农药生产中，在医药、染料、塑料和合成纤维等工业中都有着重要的地位。3甲醇还可经生物发酵生成甲醇蛋白，用作饲料添加剂，有着广阔的应用前景。 二、研究现状和前景展望甲醇行业近年发展迅速，全球生产能力维持逐年递增走势；中国甲醇工业在良好的宏观
4、经济及下游需求增长下也维持稳定快速的增长局面。2005年之前年增长不足二成，2006、2007年增速较快，4两年年均增速50%，产能也达到了两千万吨以上；近几年虽然产能增速有所放缓，然2010年产增长率拉高至38%，2011年产能有突破4500吨的可能，供给压力进一步加大。甲醇作为最有希望代替汽油的并且将成为21世纪有竞争力的可选清洁燃料，具有巨大的发展前景。专家认为，首先必须开拓甲醇作为车用燃料的用途，即发展甲醇汽车才能使甲醇取得较好的经济效益。甲醇汽油是符合我国国情的替代能源之一，不仅符合国家节能减排政策的要求，而且因甲醇汽油可部分替代石油，在一定程度上相当于扩大了我国战略储备。同时，推广
5、甲醇汽油，一方面可以释放我国每年2000多万吨的甲醇产能，改变我国甲醇产能过剩的局面，提高甲醇生产企业的开工率。另一方面，甲醇汽油的生产成本低，甲醇汽油价格更为优惠，从普通百姓的角度讲，更经济实惠。我国现在提出了四个石油替代路径：天然气替代、电动力替代、生物燃料替代和煤基燃料替代，煤基燃料替代包括煤制天然气、甲醇、二甲醚、合成油等。煤基醇醚燃料更具有大规模、基地化推广的现实性，是最实用、经济的选择。因为甲醇在我国已经有一定规模的产能，另外甲醇的投资成本低，无论甲醇汽油生产技术还是甲醇车辆生产技术都已经非常成熟了。甲醇汽油如果作为车用燃料比其他替代能源都有优势，因为甲醇汽油是一种液体燃料，好多特
6、性和汽油雷同，但比汽油更安全、更环保、更节能。另外，甲醇汽油可直接利用现状所有中石油和中石化的输配系统进行快速推广，推广渠道会相对快捷一些，推广成本也非常小。5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。选择适合企业生产的甲醇精馏工艺不仅可以节能降耗,更能为企业带来良好的经济效益。甲醇精馏系统工艺基本分为：带有高锰酸钾反应的精馏流程、单塔精馏系统、双塔精馏系统、三塔精馏系统、四塔精馏系统。6国内现在基本都是双塔精馏系统和三塔精馏系统，但它们都有着不足之处，与双塔流程相比，三塔流程利用蒸汽潜热的多重效用充分达到节能的目的，但对于甲醇产品浓度要求很
7、高时，其总投资增加。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。7三、课题主要内容、拟解决的问题、研究特色和创新之处1主要内容首先介绍了甲醇的性质及用途，因甲醇和其下游产品用途广泛，故甲醇需求量大，产量大。甲醇的大型化生产导致甲醇精馏能耗越来越大，因此研究先进的甲醇精馏工艺成为必要。其次介绍了现有的甲醇精馏工艺，通过比较各种精馏工艺，采用四塔精馏工艺进行本次甲醇精馏的毕业设计，因为五塔精馏工艺没有工业化，四塔精馏工艺与双塔和三塔工艺相比，有以下优点：（1）在粗甲醇精馏系统中，一般流程都会考虑废热的回收
8、利用，如采用蒸汽冷凝水或残液等来加热冷进料。这里主要指多效利用热源蒸汽的潜热，根据精馏塔塔顶与塔底或塔底与塔底的温差，四塔精馏用加压精馏塔塔底液作为进料的热源，同时用塔顶蒸汽作为常压精馏塔塔底再沸器热。这样以来，就能大大减少蒸汽消耗和冷却水消耗。（2）预塔精馏的主要作用是脱除粗甲醇中的低沸点杂质和可与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。8（3）利用NaOH处理在精馏过程中难以分离的杂质，例如粗甲醇中的酸类、酯类等，使其生成较容易被脱出的盐。粗甲醇中含有的有机酸，对设备，管道腐蚀厉害，经过碱的中和作用，
9、减轻了腐蚀，延长了设备、管道的使用寿命。例如羧酸与NaOH反应生成羧酸钠：RCOOH + NaOH RCOONa+H2 O还调节了粗甲醇的pH值。在碱存在下，酯发生皂化反应，生成羧酸盐：RCOOR+NaOH RCOONa + ROH羧酸钠溶于水，易于分离。加碱处理使得一些难分离的杂质【9】，在预精馏塔分解。控制塔底温度在指标范围内，塔中部、顶部温度也在指标范围内变化，不会超高。由于组分的变化，蒸气分压也发生变化，塔底、塔顶压力下降到指标的下限【10】，便于化工操作8。从回流液收集槽视镜和塔底视镜观察，油状漂浮物减少了许多。杂质在进塔之前得以分离、分解，比不用碱处理容易和完全，且大大降低了主塔负
10、荷，使精馏塔的工艺也比较容易控制，生产稳定性得到提高。甲醇精馏系统选定之后，对工艺进行计算【11】，包括物料衡算、热量衡量。其中物料衡算根据进料量是塔顶出料量与塔底出料量之和的原理分别对四个塔进行计算。能量衡算需要化工模拟软件辅助。最后对工艺中涉及的设备之常压精馏塔塔顶冷凝器进行设计与选型。2需解决的问题查阅资料，完成文献综述，包括甲醇的性质、用途和生产概况，介绍甲醇精馏原理、工艺和选定设计工艺流程，以及甲醇残液的回收技术；根据设计任务书数据完成物料衡算，使用Aspen Plus软件进行能量衡算；根据所学的化工原理和机械设备基础课程完成设备计算及选型；使用AutoCAD绘制物料流程图、带控制点
11、的工艺流程图和换热器设备图。3特色和创新 本设计所选定的四塔甲醇精馏系统具有高纯度、低能耗、低成本的优点。本设计的目的是在获得高纯度甲醇产品的前提下，通过优化换热器网络，根据不同精馏塔之间温差，合理利用能量，从而降低能耗，减少生产成本，同时降低排出物中杂质的组分。四、研究方法、步骤和措施1.查阅与甲醇相关的中文文献资料，阅读后归纳出结论，并完成文献综述；其中文献综述，包括甲醇的性质、用途和生产概况。查阅一篇与甲醇精馏相关的英文文献，并翻译。2.介绍甲醇精馏原理、工艺和选定设计工艺流程，甲醇残液回收技术。3. 对全流程进行物料衡算；对常压塔冷却器进行工艺设计和设备设计。4.设计中出现难以解决的问
12、题，通过小组讨论、查阅资料、咨询指导老师等方法进行问题的深刻探讨，并查明解决方法。五、参考文献1.沈佩芝，雷玉萍甲醇市场状况及科技开发进展J化工进展，2003，22 (1)：94982.程立泉，沈佩芝甲醇热点下游产品的开发应用J化工进展，2004，23 (10)： l13811413萧任坚，粗甲醇精馏浅谈J，中氮肥，1997(1):1-5.4 .che-jen Yan,Robert B.Jackson. Chain，s growing methanol economy5.刘生鹏，何寿林甲醇精馏的模拟与分析J湖北化工，1999(5)：36386.余金华，张戈，甲醇合成工艺及其合成催化剂的发展趋势
13、J，化工催化剂及甲醇技术，2001（6）：13. 7.申晓天，邢志田.甲醇三塔精馏技术浅谈J,科技信息，2011（10）：7-98.姜立清，加碱对甲醇精馏改善分析J,化学工程师，2008（02）：33-379 赵琛琛 工业系统流程模拟利器ASPEN PLUS 电站系统工程 2003.3 VOL.19 NO.257-5910. Anna Lee Tonkovich , Kai Jarosch, Ravi Arora, Laura Silva,Steve Perry, Jeff McDaniel, Frank Daly, Bob LittVelocys Inc., 7950 Corporate Boulevard, Plain City, OH, USA11.董大勤.化工设备机械基础M，化学工业出版社，2003六、指导教师意见指导教师： 年 月 日七、所在专业审查意见负责人： 年 月 日八、学院审查意见负责人： 年 月 日
