1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

甲醇-水体系精馏采用筛板塔提高效率途径的研究

摘要：

甲醇是工业生产中最基本的有机原料之一，随着近年来化学化工工艺的发展，越来越多的甲醇下游衍生品被开发并广泛运用于化工、医药、轻纺等领域，这就导致了它在国民经济中占有了很重要的地位。众所周知，甲醇与水互溶，所以甲醇精馏是甲醇生产中必不可少的单元操作,也是甲醇生产中重点研究与攻关的课题之一，故对甲醇的质量提出了更高的要求。基于此，我们准备设计对甲醇-水体系进行精馏的筛板塔，探索如何调整工艺或者设备来达到提高其效率的目的。

关键词：甲醇-水体系；效率

1、研究背景

目前就国内外工业化应用较多的甲醇精馏技术而论，多采用板式精馏塔进行精馏提纯。常用板式塔类型有很多，如：筛板塔、泡罩塔、舌型塔、浮阀塔等。而筛板塔是最早应用于工业生产的设备之一，五十年代之后，通过大量的工业实践逐步改进了设计方法和结构。近年来与浮阀塔一起成为化工生产中主要的传质设备。筛板精馏塔属于板式塔，筛板精馏塔具有结构简单，造价低，板上液面落差小，气体压降小，生产能力大，气体分散均匀，传质效率高的优点，是化工生产中常见的单元操作设备之一。而且人们对筛板塔的研究越来越深入，生产经验越来越丰富，积累的设计数据比较完整，因此设计筛板塔比较合适。本次设计就是针对甲醇#8212;水体系，而进行的甲醇精馏工段筛板塔的设计及其辅助设备的选型。

2、筛板塔的优点

1.分离效率高

2.产物单体质量好

3.生产能力大，操作弹性好

4.塔压力降和塔顶塔釜间温差小

5.防自聚能力强

6.耗能降低

此外，我查阅了一些文献，筛板塔属于板式塔的一种，主要结构在于他的喷射罩体，物料经过喷射罩体会产生提升-混合-撞击-泡罩喷射的运动，从而气液分离，他们的相对表面积会比浮阀塔大，相应的就会有很高的传质效率，并且在一定程度上，会降低物沫夹带的出现。

3、精馏原理

精馏塔是利用回流使液体混合物得到高纯度分离的蒸馏方法，是工业上应用最广的液体混合物分离操作。在本次设计中，利用甲醇和水沸点不同的性质，加热甲醇（沸点64.5℃）和水（沸点100.0℃）的混合物时,由于甲醇的沸点较低（即挥发度较高）,所以甲醇易从液相中汽化出来。若将汽化的蒸汽全部冷凝，即可得到甲醇组成高于原料的产品，依此进行多次汽化及冷凝过程，即可将甲醇和水分离。经过多次部分汽化部分冷凝，最终在汽相中得到较纯的易挥发组分，而在液相中得到较纯的难挥发组分。汽液两相在精馏塔内接触进行传质，位于塔顶的全凝冷凝器使蒸汽得到部分冷凝，冷凝液作为回流液返回塔设备中，其余馏出液作为塔顶产品进入储罐；而位于塔底的再沸器使液体部分汽化，蒸汽沿塔上升，余下的作为塔底产品回收。甲醇-水原料液从塔设备中部经过莲蓬头进料。此过程气液传质，甲醇进入气相沿塔上升，水进入液相沿塔下降。

4、筛板的选择

导向筛板目前被广泛应用于石油、化工、轻工、香料等领域，是一种普遍的筛板形式。导向筛板塔从导向孔喷出的水平气体可以均匀稳定的推动板上液流前进，大大的增加了塔的精馏效率，提高了传质效率和生产能力；并且他可以使含固率较大的物料均匀流动，从而解决液泛、雾沫夹带的问题。这种塔板还具有结构简单、维修方便等特点。具体结构如图1。

5、填料的选择及其参数

而板式精馏塔设计的主要内容之一，就是填料的选择。目前公认的金属丝网高效填料有BX（500型）、CY（700型），他们具有理论板数高，压降低的特点，非常适合像甲醇-水这样的难分离物系。我阅读了一篇关于北京化工大学对于填料的选择论文，在论文中主要选择的填料是：

1.金属鲍尔环填料，它采用金属薄板冲扎制成，在环壁上开出了两排带有内伸舌叶的窗孔，每排窗有五个舌叶弯入环内，指向环心，在中心处几乎相搭，上下两层窗孔的位置相互错开，一般开孔的总面积约为整个环面积的35%左右。

而它的材质主要分为三种：陶瓷、金属、塑料等。根据材质不同，他们的参数也存在一定的差异：

陶瓷鲍尔环

塑料鲍尔环

金属鲍尔环

2.金属阶梯环填料，阶梯环（CMR）它的高约为直径的一半，一边有锥形翻边，环壁上开有窗孔，并有弯曲叶片伸向环心。由于高度减小及锥形翻边的特殊结构，不但改善了填料层内气液分布，而且增加了气液接触点，有利于液体汇聚分散及膜表面的不断更新，使传质得到强化，一般阶梯环填料较鲍尔环填料的通量可提高10－20%，压降低30－40%，分离效率视具体工艺均有不同程度的提高。几何特性参数如下：

3.金属环矩鞍材料， 环矩鞍填料（国外称为Intalox）是兼顾环形和鞍形结构特点而设计出的一种新型填料，该填料一般以金属材质制成，故又称为金属环矩鞍填料。环矩鞍填料将环形填料和鞍形填料两者的优点集于一体，其综合性能优于鲍尔环和阶梯环，在散装填料中应用较多。

新型高效填料在化工技术改进中占有重要的位置，一般可以很容易的达到大幅度节能、降耗的效果，在甲醇精馏及合成的工艺流程中，已经发挥了巨大的作用。据不完全统计，2010-2013年中，新型高效填料在化工企业中已经改造塔器200余座，取得了很大的经济效益。

6、结论

1、高效导向筛板在甲醇精馏过程中，可以提高分离效率，降低塔压降，从而提高产量，为企业带来巨大的经济效益；

2、新型高效填料具有通量大、效率高、压降小的特点，在精馏过程中可以达到大规模扩产节能、降耗的效果；

3、高效导线筛板与新型高效填料在化工及甲醇精馏过程中得到了证实和广泛应用，因此，在此次设计中，我会参考这些文献来进行我的设计。

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2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

解决的问题

设计内容为甲醇精馏塔设计设计，要求年生产量为3万吨。年运行时间330天，合计7920小时，其生产能力为每小时3.8吨。因年产量小于4万吨，则采用两塔式，精馏塔选用筛板塔。要求塔出口处甲醇含量不低于98%；塔顶压力为常压；回流比：r=2rmin；进料方式自选。设计包含甲醇精馏工艺与方法分析、物料衡算、设备型号材料选择、尺寸设计计算及强度校核等内容。