【正文】 ............................................ 62 填料的選擇 ..................................................................................................... 67 塔徑設(shè)計(jì)的計(jì)算 ............................................................................................. 68 填料層高度的計(jì)算 ......................................................................................... 69 全塔高度的確定 ............................................................................................. 70 筒體的厚度和封頭的厚度確定 ..................................................................... 72 粗甲醇預(yù)熱器 [2] .................................................................................................... 73 計(jì)算定性溫度，確定物理常數(shù) ..................................................................... 73 求溫差修正系數(shù) ............................................................................................. 74 計(jì)算所需的傳熱面積 ..................................................................................... 75 分別計(jì)算管程和殼程的傳熱系數(shù) ................................................................. 76 管壁溫度 Wt .................................................................................................... 78 計(jì)算管、殼程的壓力降 ................................................................................. 78 泵的選型 ............................................................................................................... 80 泵的類型、系列和型號的確定 ..................................................................... 80 軸封型式的確定 [10]......................................................................................... 81 參考文獻(xiàn) ......................................................................................................................... 82 附錄 ................................................................................................................................. 83 致 謝 ............................................................................................................................. 84 1 總 論 概況 甲醇的 性質(zhì)和 用途 甲 醇 性質(zhì) 甲醇（ Methanol， Methylalcohol）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)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。 最早從木材干餾得到故又稱木醇或木精。甲醇是無色有酒精氣味易揮發(fā)的液體。熔點(diǎn) ℃、沸點(diǎn) ℃、密度 克 /厘米 3（ 20℃）、能溶于水和許多有機(jī)溶劑。甲醇有毒，誤飲 5～ 10 毫升能雙目失明，大量飲用會導(dǎo)致死亡。禁酒的國家，把甲 醇摻入酒精中成變性酒精，使其不能飲用。甲醇易燃，其蒸氣與空氣能形成爆炸混合物，甲醇完全燃燒生成二氧化碳和水蒸氣，同時(shí)放出熱量： 2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O。 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（ HCHO）：工業(yè)酒精里含有甲醇，但是工業(yè)酒精的主要成分還中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 2 頁 是乙醇。 甲醇有較強(qiáng)的毒性，對人體的神經(jīng)系統(tǒng)和血液系統(tǒng)影響最大，它經(jīng)消化道、呼吸道或皮膚攝入都會產(chǎn)生毒性反應(yīng)，甲醇蒸氣能損害人的呼吸道粘膜和視力。急性中毒癥狀有：頭 疼、惡心、胃痛、疲倦、視力模糊以至失明，繼而呼吸困難，最終導(dǎo)致呼吸中樞麻痹而死亡。慢性中毒反應(yīng)為：眩暈、昏睡、頭痛、耳鳴、現(xiàn)力減退、消化障礙。甲醇攝入量超過 4 克就會出現(xiàn)中毒反應(yīng)，誤服一小杯超過 10 克就能造成雙目失明，飲入量大造成死亡。致死量為 30 毫升以上，甲醇在體內(nèi)不易排出 ,會發(fā)生蓄積，在體內(nèi)氧化生成甲醛和甲酸也都有毒性。在甲醇生產(chǎn)工廠，中國有關(guān)部門規(guī)定，空氣中允許甲醇濃度為 5mg/m3，在有甲醇?xì)獾默F(xiàn)場工作須戴防毒面具，廢水要處理后才能排放，允許含量小于 200mg／ L 甲醇的中毒機(jī)理是，甲醇經(jīng)人體代謝產(chǎn)生 甲醛和甲酸（俗稱蟻酸），然后對人體產(chǎn)生傷害。常見的癥狀是，先是產(chǎn)生喝醉的感覺，數(shù)小時(shí)后頭痛，惡心，嘔吐，以及視線模糊。嚴(yán)重者會失明，乃至喪命。失明的原因是，甲醇的代謝產(chǎn)物甲酸會累積在眼睛部位，破壞視覺神經(jīng)細(xì)胞。腦神經(jīng)也會受到破壞，產(chǎn)生永久性損害。甲酸進(jìn)入血液后，會使組織酸性越來越強(qiáng)，損害腎臟導(dǎo)致腎衰竭。 甲醇中毒，通?？梢杂靡掖冀舛痉?。其原理是，甲醇本身無毒，而代謝產(chǎn)物有毒，因此可以通過抑制代謝的方法來解毒。甲醇和乙醇在人體的代謝都是同一種酶，而這種酶和乙醇更具親和力。因此，甲醇中毒者，可以通過飲用烈性酒（ 酒精度通常在 60 度以上）的方式來緩解甲醇代謝，進(jìn)而使之排出體外。而甲醇已經(jīng)代謝產(chǎn)生的甲酸，可以通過服用小蘇打（碳酸氫鈉）的方式來中和。 甲醇用途 目前，甲醇在有機(jī)合成工業(yè)中，是僅次于烯烴和芳烴的重要基礎(chǔ)有機(jī)原料。隨著技術(shù)的發(fā)展和能源結(jié)構(gòu)的改變，甲醇又開辟了許多新的用途。甲醇是較好的人工合成蛋白的原料，蛋白轉(zhuǎn)化率較高，發(fā)酵速度快，無毒性，價(jià)格便宜。 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。 甲醇是容易輸送的清潔燃料，可以單獨(dú)或與汽油混合作為汽車燃料 ，用它作為汽油添加劑可起節(jié)約芳烴，提高辛烷值的作用，汽車制造也將成為耗用甲醇的巨大部門，甲醇的消費(fèi)已超過其傳統(tǒng)用途，潛在的耗用量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其化工用途，滲透到國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門。特別是隨著能源結(jié)構(gòu)的改變，甲醇有未來主要燃料的候補(bǔ)燃料之稱，需用量十分巨大 [1]。 我國目前甲醇的產(chǎn)量還較低，但近年來發(fā)展速度較快，近五年來甲醇的生產(chǎn)規(guī)模有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。從我國能源結(jié)構(gòu)出發(fā)，甲醇由煤制的技術(shù)已經(jīng)成熟，近幾年由煤制甲醇的工藝已經(jīng)全面工業(yè)化生產(chǎn)，將來在我國甲醇有希望替代石油燃料和石油化工的原料，蘊(yùn)藏著潛在的巨大市場。我國 甲醇工業(yè)無疑將迅速發(fā)展起來 [13]。 國內(nèi)外甲醇工業(yè)現(xiàn)狀 目前國內(nèi)甲醇裝置規(guī)模普遍較小，且多采用煤頭路線，以煤為原料的約占到 78%；單位產(chǎn)能投資高，約為國外大型甲醇裝置投資的 2 倍，導(dǎo)致財(cái)務(wù)費(fèi)用和折舊費(fèi)用高。這些都中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 3 頁 影響成本。據(jù)了解，我國有近 200 家甲醇生產(chǎn)企業(yè)，但其中 10 萬噸 /年以上的裝置卻只占20%，最大的甲醇生產(chǎn)裝置產(chǎn)能也就是 60 萬噸 /年，其余 80%都是 10 萬噸 /年以下的裝置。根據(jù)這樣的裝置格局，業(yè)內(nèi)普遍估計(jì)，目前我國甲醇生產(chǎn)成本大約在 1400 元 ~1800 元 /噸（約 200 美元 /噸）。一旦出現(xiàn)市場供過于求的 局面，國內(nèi)甲醇價(jià)格有可能要下跌到約 2021元 /噸，甚至更低。這對產(chǎn)能規(guī)模小、單位產(chǎn)能投資較高的國內(nèi)大部分甲醇生產(chǎn)企業(yè)來講會壓力劇增。 而以中東和中南美洲為代表的國外甲醇裝置普遍規(guī)模較大。目前國際上最大規(guī)模的甲醇裝置產(chǎn)能已達(dá)到 170 萬噸 /年。 2021 年 4 月底，沙特甲醇公司 170 萬噸 /年的巨型甲醇裝置在阿爾朱拜勒投產(chǎn)，使得該公司 5 套大型甲醇裝置的總產(chǎn)能達(dá)到 480 萬噸 /年。國外企業(yè)裝置規(guī)模大，公用設(shè)施分?jǐn)偼顿Y就少，且采用天然氣路線，單位產(chǎn)能投資大幅下降，成本競爭力大為增強(qiáng)。據(jù)石油和化工規(guī)劃院分析，目前國外天然 氣產(chǎn)地在建的大型甲醇生產(chǎn)裝置成本只有 60~80 美元 /噸。 不僅如此，國外大型甲醇裝置多以天然氣為原料，采用天然氣兩段轉(zhuǎn)化或自熱轉(zhuǎn)化技術(shù)，包括德國魯奇公司、丹麥托普索公司、英國卜內(nèi)門化工公司和日本三菱公司等企業(yè)的技術(shù)。相對煤基甲醇技術(shù)，天然氣轉(zhuǎn)化技術(shù)成熟可靠，轉(zhuǎn)化規(guī)模受甲醇規(guī)模影響較小，裝置緊湊，占地面積小。盡管近年來國際市場天然氣價(jià)格也在上漲，但國外甲醇生產(chǎn)企業(yè)依靠長期供應(yīng)協(xié)議將價(jià)格影響因素降至最低。 而我國大部分甲醇生產(chǎn)以煤為原料，氣化裝置規(guī)模有限和占地面積大的先天缺陷制約著甲醇生產(chǎn)裝置向大型化發(fā) 展。同時(shí)近年來煤炭價(jià)格的大幅度上漲對本來還具有一定成本優(yōu)勢的煤基甲醇產(chǎn)生較大影響，再加上煤基甲醇大多建在西部地區(qū)，運(yùn)輸費(fèi)用較高。種種因素進(jìn)一步削弱了煤基甲醇的價(jià)格競爭力。 國外大型甲醇裝置集中投產(chǎn)后，傳統(tǒng)的銷售渠道無法消化驟然增多的甲醇。 2021 年之前，國外甲醇以低價(jià)沖擊中國市場幾無懸念。 產(chǎn)品能耗： 60 吉焦 /噸 PK30 吉焦 /噸 現(xiàn)實(shí)是：國外甲醇生產(chǎn)規(guī)模大，技術(shù)先進(jìn)，管理嚴(yán)格，能耗低，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定；國內(nèi)大甲醇裝置的產(chǎn)品質(zhì)量已經(jīng)達(dá)到國際水平，但許多小甲醇或聯(lián)醇裝置產(chǎn)品質(zhì)量尚不穩(wěn)定。 據(jù)全國化學(xué) 工程技術(shù)委員會副主任、中石化寧波工程有限公司副總工程師唐宏青介紹，國內(nèi)煤基甲醇每噸產(chǎn)品能耗為 50～ 60 吉焦，耗煤 噸左右，耗水 22～ 30 噸。以天然氣為原料生產(chǎn)的甲醇每噸產(chǎn)品能耗約為 40 吉焦，耗天然氣 900～ 1150 立方米，耗水 16～20 噸。我國小型聯(lián)醇裝置每噸產(chǎn)品耗能則高達(dá) 70 吉焦。而國外大型甲醇裝置基本都以天然氣為原料，并且每噸產(chǎn)品能耗只有 25～ 30 吉焦，耗天然氣 760～ 920 立方米，耗水 10～15 噸。 另外，由于我國甲醇生產(chǎn)大多采用煤基路線，酸性氣體和灰渣排放量較大，需投入較多資金建設(shè)環(huán)保處理設(shè) 施。而國外以天然氣為原料的大型甲醇裝置，基本屬于清潔生產(chǎn)，對環(huán)境影響較小，環(huán)保投入也相應(yīng)較小。 運(yùn)輸成本： 55 美元 /噸 PK25 美元 /噸 許多業(yè)內(nèi)專家都向記者提到了國內(nèi)甲醇生產(chǎn)的一個(gè)先天不足：我國甲醇生產(chǎn)所需原料煤炭、天然氣主要集中在經(jīng)濟(jì)較落后、交通不便的西部，而我國甲醇市場消費(fèi)中心在華東和華南地區(qū)。西部甲醇運(yùn)到華東和華南地區(qū)需鐵路或公路的長途運(yùn)輸，運(yùn)輸費(fèi)用最高達(dá) 400元 /噸（約 55 美元 /噸）。甲醇產(chǎn)地與消費(fèi)地相距較遠(yuǎn)，導(dǎo)致交通運(yùn)輸成為今后我國甲醇發(fā)中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 4 頁 展的主要瓶頸。 而大甲醇裝置集中的中東和中南美洲 地區(qū)，同時(shí)也是世界上天然氣資源最為豐富的地區(qū)，資源地和甲醇生產(chǎn)裝置與沿海地區(qū)距離較近，生產(chǎn)裝置緊靠甲醇裝運(yùn)碼頭，甲醇產(chǎn)品全部采用海路運(yùn)輸，運(yùn)輸方便。據(jù)統(tǒng)計(jì)，從中東、中南美洲和澳洲地區(qū)將甲醇運(yùn)到亞洲主港地每噸產(chǎn)品的運(yùn)費(fèi)只有 25 美元左右，運(yùn)輸費(fèi)用較低。 而且，在物流方面，即使條件好的國內(nèi)甲醇企業(yè)也僅有廠內(nèi)儲運(yùn)和鐵路裝運(yùn)設(shè)施，國內(nèi)目前還沒有全國性更沒有世界性的甲醇中轉(zhuǎn)運(yùn)輸基地，沒有甲醇大型專用運(yùn)輸工具。而國外甲醇生產(chǎn)商大多在世界各地建有大型甲醇中轉(zhuǎn)基地和儲運(yùn)設(shè)施，擁有自己或長期租用的甲醇運(yùn)輸船隊(duì)。 投資模 式：單打獨(dú)斗 PK 合作運(yùn)營 如果談到國內(nèi)甲醇生產(chǎn)