【正文】 管內(nèi)裝有XNC98型甲醇合成催化劑，管外為沸騰鍋爐水。分離出的粗甲醇進(jìn)入甲醇膨脹槽（V7003）。合格的鍋爐給水來(lái)自變換裝置；循環(huán)冷卻水來(lái)自界區(qū)外部。加壓精餾塔（T8002）塔底釜液（，125℃）進(jìn)入常壓精餾塔（T8003），進(jìn)一步精餾。為防止粗甲醇中含有的甲酸、二氧化碳腐蝕設(shè)備，在預(yù)塔進(jìn)料泵（P8002A，B）后的粗甲醇溶液中配入適量的燒堿溶液，用來(lái)調(diào)節(jié)粗甲醇溶液的PH值。精甲醇貯槽為兩臺(tái)10000m3的固定頂貯罐，貯存量按15天產(chǎn)量計(jì)。其吸收反應(yīng)熱由冷卻水帶出。由精餾塔出來(lái)的氨水，經(jīng)（立式）膜式再沸器，蒸出氣氨及稀氨水混合液，返回到精餾塔。4 工藝計(jì)算 物料衡算 精餾工段工廠設(shè)計(jì)為年產(chǎn)精甲醇20萬(wàn)噸，開工時(shí)間為每年330天，采用連續(xù)操作， t/h。由反應(yīng)（3）、（4）、（5）、（6）得出反應(yīng)（2）、（7）生成的水分為；－－－3－8=由于合成反應(yīng)中甲醇主要由一氧化碳合成，二氧化碳主要發(fā)生逆變反應(yīng)生成一氧化碳，且入塔氣中二氧化碳的含量一般不超過(guò)5%，所以計(jì)算中忽略反應(yīng)（2）。出塔氣中CO=入塔氣中CO－反應(yīng)消耗的CO+反應(yīng)中生成的CO－－－－－－－%+=同理可得其它氣體量（10） 甲醇分離器出口氣體組成的確定分離器出口氣體組分=循環(huán)氣氣體組分+弛放氣氣體組分則分離器出口氣體中CO氣量=循環(huán)氣中CO+弛放氣中CO=+=；同理可算的其他氣體的氣量。流程中并用了兩個(gè)相同的水冷器，5 主要設(shè)備的計(jì)算和選型 甲醇合成塔的設(shè)計(jì)傳熱面積的確定傳熱溫差為10℃，（m2.℃）。合成塔殼體直徑的確定合成塔內(nèi)管子分布采用正三角形排列，管間距a=40mm，殼體直徑：Di=a（b1）+2L式中：a=40 b== = L=125mm所以 Di=40（）+2125= 圓整后取為4300mm合成塔殼體厚度的確定 殼體材料選用13MNiMoNbR鋼，計(jì)算壁后的公式為：S=PcDi/（2[σ] tФPc）式中：Pc——； Di=4300mm；Ф= [σ]t=190Mpa（取殼體溫度為50℃）S=4300（2190）=取C2=1mm；C1=1mm，原整后取S=73mm合成塔封頭的確定 上下封頭均采用半球形封頭，材質(zhì)選用和筒體相同。拉桿Ф12，共12根，材料Q235AF鋼；定距管Ф25。（3）管子的排列方式，管間距的確定 設(shè)計(jì)采用正三角形排列，取管間距為a=32mm 。支座的確定支座采用裙座，裙座座體厚度為50mm，基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)徑4000mm，外徑4500mm，基地腳螺栓公稱直徑M30，數(shù)量為6個(gè)。管子拉脫力的計(jì)算 a、在操作壓力下，每平方米脹接周邊所產(chǎn)生的力qp=pf/（doL）式中：f=（）do2=402（）322= P=L=100mmδ表23項(xiàng)目管子殼體材質(zhì)ａ/（1/℃）E/MPa尺寸管子數(shù)管間距/mm管殼壁溫差/℃管子與管壁連接方式脹接長(zhǎng)度00Cr18Ni5Mo3Si2106106Ф32900083384010開槽脹接L=10013MNiMoNbR106106Ф25430073qp=（32100）=b、溫差應(yīng)力導(dǎo)致的每平方米脹接周邊上的拉脫力qtqt=σt（d02di2）/（4d0L）式中：σt=aE（ttts）/（1+At/As）At=（do2di2）n=（322272）8338=As=DSn=430073=σt=10610610/（1+）=qt=（322272）/（432100）=已知 Tt＞Ts，pt＞psTt、Ts分別為管壁溫度和殼壁溫度；；，所以可知qt與qp的作用力同向，則合拉力q=＜[q]，因此，拉脫力在許用范圍內(nèi)。傳熱管數(shù)的確定 傳熱管選用Ф32 ，長(zhǎng)度9000mm的鋼管，材質(zhì)為00Cr18Ni5Mo3Si2鋼?！芉1=∑（G1Cm1Tm1） （2）式中：G1——入塔氣各組分流量，m3/h；Cm1——入塔各組分的比熱容，kJ/（）；Tm1——入塔氣體溫度，k；∑Q2=∑（G2Cm2Tm2） （3）式中：G2——出塔氣各組分流量m3/h；Cm2——出塔各組分的熱容，kJ/（）；Tm2——出塔氣體溫度，k；∑Qr=Qr1+Qr2+Qr3+ Qr4+ Qr5 +Qr6+ Qr7 （4）式中：QrQrQrQrQrQr——分別為甲醇、二甲醚、異丁醇、甲烷、辛烷的生成熱，kJ/h； Qr7——二氧化碳逆變反應(yīng)的反應(yīng)熱，kJ/h Qr=Gr△H （5）式中：Gr——各組分生成量，kmol/h；△ H——生成反應(yīng)的熱量變化，kJ/mol入塔熱量計(jì)算 ，225℃時(shí)各入塔氣氣體的熱容，根據(jù)入塔氣各氣體組分量，算的甲醇合成塔入塔熱量如下表：表15 甲醇合成塔入塔熱量氣體 CH3OH H 2 CO CO2 N2 Ar CH4熱容kJ/（） 氣量kmol /h 入塔熱量kJ/（） （） 所以∑Q1==忽略甲醇合成塔反應(yīng)(2)生成的熱量，按反應(yīng)(1)(3)(4)(5)(6)(7)生成的熱量如下表:表16 甲醇合成塔內(nèi)反應(yīng)熱氣體 CH3OH ( CH3 )2O C4H9OH C8H18 CH4 CO 生成熱kJ/mol －生成量kmol /h 反應(yīng)熱kJ/h －反應(yīng)熱合計(jì)=表17 甲醇合成塔出塔氣體組分熱容和熱量氣體熱容氣量出塔熱量/kJ/（） H 2 CO CO2 N2 Ar CH3OH CH4 （CH3O）2 C4H9OH C18H18 H2O 合計(jì)出塔氣體溫度255℃ Q2==全塔熱量損失的確定全塔熱損失為4%,即Q3=(∑Q1+∑Qr)4%=(+)4%=沸騰水吸收熱量的確定由公式(1)可得Q=∑Q1+∑Qr－∑Q2 －∑Q3=（2）入塔氣換熱器的熱量計(jì)算入換熱器的被加熱氣體熱量的確定表18 入換熱器被加熱氣體各組分熱容和顯熱氣體 CH3OH H 2 CO CO2 N2 Ar CH4熱容kJ/（） 氣量kmol /h 熱量kJ/（） 合計(jì)：（），入口溫度為40℃，= kJ/h出換熱器的被加熱氣體熱量的確定 出換熱器的被加熱氣體顯熱=入合成塔氣體的顯熱，入換熱器的熱氣體熱量的確定 入換熱器的加熱氣體顯熱=出合成塔氣體的顯熱，出換熱器的熱氣體熱量的確定 被加熱氣體吸收的熱量=出換熱器的被加熱氣體顯熱－入換熱器的被加熱氣體熱=－=，所以出換熱器的加熱氣體顯熱量=入換熱器的加熱氣體顯熱－被加熱氣體吸收的熱量=－=出換熱器的加熱氣體的溫度的確定 假設(shè)出換熱器的加熱氣體各組分熱容與出塔時(shí)相同，℃（3） 水冷器熱量的計(jì)算水冷器熱平衡方程Q1+Q2=Q3+Q4+Q5式中：Q1——入換熱器氣體顯熱，KJ/h；Q2——?dú)怏w冷凝放熱，KJ/h；Q3——出水冷器氣體顯熱，KJ/h；Q4——粗甲醇液體顯熱，KJ/h；Q5——冷卻水吸熱，KJ/h。（3） 粗甲醇中的溶解氣體量粗甲醇中氣體溶解量查表5Mpa、40℃時(shí)，每一噸粗甲醇中溶解其他組成如下表：表3 噸粗甲醇中合成氣溶解情況氣體H2COCO2N2ArCH4溶解量（m3/t粗甲醇）則粗甲醇中的溶解氣體量為：H2== m3/h CO==CO2==N2==Ar==CH4==（4） 粗甲醇中甲醇擴(kuò)散損失40℃時(shí),液體甲醇中釋放的溶解氣中,每立方米含有37014g的甲醇,假設(shè)減壓后液相中除二甲醚外,其他氣體全部釋放出，則甲醇擴(kuò)散損失G=（+++++）=，（5） 合成反應(yīng)中各氣體的消耗和生成情況表4 弛放氣組成氣體CH3OHH2COCO2N2ArCH4組成%%%%%%%表5 合成反應(yīng)中消耗原料情況消耗項(xiàng)單位消耗原料氣組分COCO2H2N2Ar反應(yīng)（1）m3/h反應(yīng)（3）m3/h反應(yīng)（4）m3/h反應(yīng)（5）m3/h反應(yīng)（6）m3/h反應(yīng)（7）m3/h（）注：括號(hào)內(nèi)的為生成量；反應(yīng)（1）項(xiàng)不包括擴(kuò)散甲醇和弛放氣中甲醇消耗的原料氣量表6 合成反應(yīng)中生成物情況生成項(xiàng)單位生成物組分CH4CH3OH（CH3O）2C4H9OHC18H18H2O反應(yīng)（1）m3/h反應(yīng)（3）m3/h反應(yīng)（4）m3/h反應(yīng)（5）m3/h反應(yīng)（6）m3/h反應(yīng)（7）m3/h表7 其他情況原料氣消耗消耗項(xiàng)單位消耗原料氣組分COCO2H2N2ArCH4粗甲醇中溶解m3/h擴(kuò)散的甲醇m3/h弛放氣m3/h%G%G%G%G%G%G馳放氣中甲醇m3/h%G%G注：G為馳放氣的量，m3/h。由粗甲醇的組成通過(guò)計(jì)算可得下表：表2 粗甲醇組成組分百分比產(chǎn)量甲醇% 二甲醚% kmol/h 即 m3/h高級(jí)醇（以異丁醇計(jì)）%高級(jí)烷烴（以辛烷計(jì)）%水%粗甲醇100%注；設(shè)計(jì)中的體積都為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下計(jì)算方法:粗甲醇=二甲醚=%=，高級(jí)醇（以異丁醇計(jì)）=%=，高級(jí)烷烴（以辛烷計(jì)）=%=，水=%=， 合成工段（1） 合成塔中發(fā)生的反應(yīng):主反應(yīng)CO+2H2=CH3OH （1） CO2+3H2=CH3OH+H2O （2） 副反應(yīng)2CO+4H2=（CH3O）2+H2O （3） CO+3H2=CH4+H2O （4） 4CO+8H2=C4H9OH+3H2O （5） 8CO+17H2=C18H18+8H2O （6） CO2+H2=CO+H2O （7） （2） 粗甲醇的合成工業(yè)生產(chǎn)中測(cè)得低壓時(shí)，（標(biāo)態(tài)）的甲烷。整個(gè)裝置形成氣氨吸收，濃氨水精餾，冷凝液氨的循環(huán)系統(tǒng)，為用戶提供冷量。蒸出的氣氨經(jīng)塔頂回流冷凝器，進(jìn)入氨冷凝器（E2504A～D），冷凝為液氨，進(jìn)入液氨貯槽，然后液氨經(jīng)過(guò)冷器換熱，℃送到用戶。甲醇裝卸棧臺(tái)共設(shè)有12臺(tái)火車鶴管和6臺(tái)汽車鶴管，根據(jù)精甲醇泵（P9101A,B）的能力，至少有三臺(tái)槽車同時(shí)裝料。由常壓精餾塔（T8003）底部排出的精餾殘液經(jīng)廢水冷卻器（E8009）冷卻至40℃后，由廢水泵（P8007A，B）送到生化處理裝置。常壓精餾塔（T8003）頂部排出精甲醇?xì)猓ǎ?7℃），經(jīng)常壓塔冷凝冷卻器（E8008）冷凝冷卻后一部分回流到常壓精餾塔（T8003），另一部分打到精甲醇計(jì)量槽（V8007A，B）內(nèi)貯存。圖7 合成工藝流程 甲醇精餾工藝流程來(lái)自甲醇合成裝置的粗甲醇（40℃，），通過(guò)預(yù)塔進(jìn)料泵（P8002A,B），經(jīng)粗甲醇預(yù)熱器加熱至65℃，進(jìn)入預(yù)精餾塔（T8001），預(yù)塔再沸器（E8004），低沸