【正文】 反應熱kJ/h108105104106107則合成塔每小時生成的反應熱： 合成塔出塔熱量計算查《化學化工物性數(shù)據(jù)手冊》、： 組分氣體定壓熱容氣體CH3OHH 2COCO2N2ArCH4熱容kJ/（kmol 水冷器的熱量衡算 入水冷器的熱量由工藝流程得：出換熱器的出合成塔氣體等于入水冷器的熱量即： 出水冷器的熱量出換熱器的出合成塔氣體經水冷器進一步冷卻后，溫度由85℃降至40℃。 合成塔的壁厚設計合成塔殼體材質采用18MnMoNbR低合金鋼鋼材，壁厚的計算公式： 其中封頭與殼體采用雙面對接焊，100%無損檢測，故焊接系數(shù)殼程通入的是飽和水蒸氣，查得240℃，取設計壓力，外徑，查得在255℃下的許用應力為（插值法），由此計算得合成塔殼體的計算壁厚：，取附加厚度C =，則名義壁厚，圓整后去厚度為65mm。(3)合成塔殼體材質采用18MnMoNbR低合金鋼鋼材，壁厚的計算公式： 其中封頭與殼體采用雙面對接焊，100%無損檢測，故焊接系數(shù)殼程通入的是合成氣，取設計壓力，外徑，查得在225℃下的許用應力為，由此計算得合成塔殼體的計算壁厚：，取附加厚度C =，則名義壁厚，圓整后去厚度為40mm。汽包采用管殼式換熱器，殼體與換熱管材質為16MnR，采用浮頭式換熱器，108KJ，107W，取傳熱系數(shù) 熱源： 224℃ → 200℃ 冷源 ：200℃ ← 100℃ 平均溫差：由 得：傳熱面積由《典型化工單元操作設備設計》附表查得所需型號F1200Ⅵ，具體參數(shù)如下： 選定換熱器相關參數(shù)項目規(guī)格項目規(guī)格殼程/mm1200管子尺寸/mmφ25公稱壓強/Mpa管長/m9公稱面積/m2中心排管子數(shù)21管程數(shù)6管子排列方法三角形 加熱器的選型，升溫至100℃，107KJ，106W，取傳熱系數(shù) 熱源： 200℃ → 100℃ 冷源 ：100℃ ← 50℃ 平均溫差：由 得：傳熱面積由《典型化工單元操作設備設計》附表查得所需型號F1200Ⅵ，具體參數(shù)如下： 選定換熱器相關參數(shù)項目規(guī)格項目規(guī)格殼程/mm1200管子尺寸/mmφ25公稱壓強/Mpa管長/m6公稱面積/m2中心排管數(shù)22管程數(shù)2管子排列方法三角形 分離器的設計采用絲網除沫分離器，其具有比表面積大，質量輕，空隙大以及使用方便等優(yōu)點。 進料組成由物料衡算得：在貯罐中粗甲醇中的組分分為液體和氣體，各組成含量： 粗甲醇組成氣體CH3OH(CH3)2OC4H9OHH2Omol組成%含量kmol/h 溶解在粗甲醇中的氣體組分含量氣體H 2COCO2N2ArCH4組成%含量kmol/h溶解在粗甲醇中的氣體組分，在加熱條件下會分離出來，塔頂用水進行萃取以回收氣體帶出的部分甲醇，各組分除二氧化碳微溶于水外，其余組分均不溶或難溶于水。由《甲醇生產工藝學》知1米的高效絲網填料相當于5塊理論版。查得C20=，,則，則空塔氣速塔徑，截面積實際空塔氣速提餾段有效高度全塔有效高度Z=+= 塔板工藝尺寸計算 精餾段塔板工藝參數(shù)(1)堰長 (2)溢流堰高度，取E=，則取板上清夜高度hL=,則(3)弓形降液管寬度Wd和截面積Af 由lw/D=,查得Af/AT=,Wd/D=,故 停留時間 設計合理（4）降液管底隙高度 ，取， 則，（5）采用分塊式塔板，由塔徑選用6塊塔板，邊緣寬度，無效區(qū) （6）開孔面積 其中 故開孔面積： 取篩孔直徑d0=10mm，取正三角形孔中心距t=3d0=30mm，則開孔數(shù)目開孔率，通過孔氣速 提餾段塔板參數(shù) 提餾段雙溢流塔板參數(shù)塔徑截面積板間距弓形降液管降液管面積比值比值D/mmAT/m2HT/mm堰長/Lw管寬/Wd管寬/W’dAf/m2Af/ATLw/D22008001320220250（7）篩板流體力學驗算干板阻力 ,采用7mm碳素鋼鋼板，查得C0=，校正,則氣體通過液層阻力， 浮動因子，查充氣系數(shù)關聯(lián)圖得，故液體表面張力產生的阻力氣體通過每一層塔板液柱高度 塔板壓降液沫夾帶量，其中 液沫夾帶量在允許范圍內漏液氣速 =穩(wěn)定系數(shù)甲醇與水為不易發(fā)泡物系，取， ，不會發(fā)生液泛現(xiàn)象 熱量衡算塔頂全凝器熱負荷,%為甲醇，可近似看做純甲醇，則再沸器熱負荷 以進料焓為基準， 假設熱損失為10%，則, 解得,則蒸汽消耗量為：熱負荷為Q=107W，取傳熱系數(shù) 熱源 ： 200℃ → 150℃ 冷源 ： 132℃ ← ℃ 平均溫差：由 得：傳熱面積由《典型化工單元操作設備設計》附表查得所需型號G1100Ⅵ，具體參數(shù)如下： 選定換熱器相關參數(shù)項目規(guī)格項目規(guī)格殼程/mm1100管子尺寸/mmφ25公稱壓強/Mpa4管長/m9公稱面積/m2管數(shù)830管程數(shù)6管子排列方法三角形加壓塔進料泵選型 進料的質量： 則體積流量： 加壓塔進料泵參數(shù)型號轉速/rpm流量m3/h揚程/H效率/%軸功率/kw汽蝕余量/mIS10080125290012074取進料速度u=，進料管管徑：選用公稱直徑為150mm的無縫鋼管，管外徑為159mm，選用榫槽面帶頸平焊法蘭，公稱直徑為150mm，外徑285mm，螺栓孔數(shù)為8，螺紋型號為M20，選型：法蘭SO—TG 150— HG20592—97塔頂回流泵選型 回流液體積： 回流泵參數(shù)型號轉速/rpm流量m3/h揚程/H效率/%軸功率/kw汽蝕余量/mIS808016029006036。將此溫度代入各組分安托因公式求得相應的平衡常數(shù)： ， ，則假設的溫度符合要求，℃。型號轉速/rpm流量m3/h揚程/H效率/%軸功率/kw汽蝕余量/m100F92A2960687 甲醇精餾工段的設計 預精餾塔的設計由粗甲醇貯槽出來的粗產品經換熱器加熱到泡點后進入預精餾塔，預精餾塔采用絲網波紋板填料。(7)所設計的換熱器管、殼壁溫差所產生的軸向力:壓力作用在殼體上的軸向力： 其中 則 壓力作用在管子上的軸向力:則 根據(jù)GB1511999《管殼式換熱器》： 條件成立，故本設計的換熱器不需安裝膨脹節(jié)。 支座支座采用裙座，裙座座體厚度為75mm，基礎環(huán)內徑4000mm，外徑4800mm，基礎環(huán)厚度為23mm，地腳螺栓公稱直徑M30，數(shù)量為24個。因需設置拉桿18根，故實際換熱管數(shù)為7317根。k）104105105104104104104則每小時的熱量： 合成氣帶進換熱器的總熱量： 合成氣出換熱器的熱量由工藝流程可知，合成氣出換熱器的熱量與入合成塔的熱量相等，則合成氣出換熱器的熱量為： 換熱器的熱量衡算 入換熱器的出合成塔氣熱量由工藝流程可知，在忽略管路熱損失的條件下，入換熱器的出合成塔氣熱量與合成塔出塔氣的熱量相等，即入換熱器的出合成塔氣熱量為： 出換熱器的出合成塔氣熱量由換熱器的熱量衡算得：出合成塔氣進入換熱器后能量降低，降低的這部分能量用于入換熱器的合成氣的加熱，即合成氣熱量的增值等于出合成塔氣熱量的減少值。k） 由 得入塔氣中各組分的熱量： 各組分帶進合成塔的熱量氣體CH3OHH 2COCO2N2ArCH4熱容kJ/（kmol4 物料衡算 合成過程的反應方程主反應：CO+2H2CH3OH （） CO2+3H2=CH3OH +H2O ()副反應：2CO+4H2(CH3)2O+H2O （）CO+3H2CH4+H2O （）4CO+8H2C4H9OH+3H2O （）CO2+H2CO+ H2O （） 由于合成反應中甲醇主要由一氧化碳合成，二氧化碳主要發(fā)生逆變反應生成一氧化碳，且入塔氣中二氧化碳的含量一般不超過5%，所以計算中忽略反應（2）。反應器為列管式反應器，管程走反應氣。貧液經貧富液換熱器II（E3003）冷卻到57℃，然后由貧液泵II（P3002A,B）(G)送入貧富液換熱器I（E3002）；而在貧液進入貧富液換熱器I前面有一旁路，(G)進入溶液過濾器（M3001A,B），過濾后的貧液再返回貧液泵II的入口。凝固點22~ 29℃，閃點151℃，蒸汽壓（25℃）,密度（25℃），黏度（25℃）。另一部分水煤氣進入有機硫水解槽（R2003）脫硫，出來的240℃的水煤氣分成兩部分，一部分去調節(jié)變換爐出口變換氣中CO含量，使CO含量為19%（干基）左右。熱粗煤氣和熔渣一起通過反應室底部的排渣口進入下部的激冷室。(6)碳轉化率高達99%以上，冷煤氣效率高達80%以上。GSP氣化技術的主要特點如下： (1)采用干粉煤作為氣化原料，根據(jù)后續(xù)化工產品的要求，煤粉可用氮氣，操作十分安全。硫在煤中主要以有機硫、單質硫、硫化物和硫酸鹽四種形式存在。煤中除了含有碳、氫、氧、氮、硫五種元素之外，還含有水分、灰分及焦油的等揮發(fā)性物質。生產中合理的氫碳比應比化學計量比略高一些，按化學計量比，f值約為2，實際上控制得略高于2，即保持略高的氫含量。甲醇合成反應是分子數(shù)減少的過程，因此提高反應壓力有利于平衡，同時由于壓力高，組分的分壓也提高了，因而催化劑的生產強度也相應提高[13]。銅基催化劑與鋅鉻催化劑比較的主要優(yōu)缺點如下表所示： 甲醇單塔精餾工藝流程 甲醇雙塔精餾工藝流程 甲醇三塔精餾工藝流程 甲醇四塔精餾工藝流程2 甲醇合成催化劑及合成工藝選擇 催化劑選擇 銅基催化劑和鋅鉻催化劑的比較種類優(yōu)點缺點適用的生產工藝銅基催化劑活性溫度低選擇性高耐熱性差耐毒性差中低壓法鋅鉻催化劑耐熱性高耐毒性好活性溫度高高壓法 國內外常用銅基催化劑的特性對比催化劑型號組分/％操作條件CuOZnOAl2O3壓力/MPa溫度/℃英國ICI 513603010190～270德國LG10451324210～240美國C792220～330丹麥LMK4010220～270中國C302系列51324210～280中國XCN9852208~200～290本次設計采用由西南化工研究設計院開發(fā)的XNC98，該催化劑是納米級特殊載體制成的負載型催化劑，具有密度小、孔容大、孔分布合理、機械強度好、抗燒結性強、活性高、穩(wěn)定性和選擇性好的特點。（4） 四塔流程描述四塔流程包含預精餾塔、加壓精餾塔、常壓精餾塔和甲醇回收塔。（2）雙塔流程描述從合成工序來的粗甲醇入預精餾塔，此塔為常壓操作。此類還原性物質除了異丁醛、丙烯醛、二異丙基甲酮、甲酸外，還有丙烯、甲酸甲酯、甲胺、丙醛等，其中以烯類最甚粗甲醇中的胺、酸、金屬以及不溶物殘渣的存在，會增加其電導率。由于n(H2)/n(CO)比例的失調，醇分離差及氧化鋅的脫水作用，可能生成二甲醚；n(H2)/n(CO)比例太低是，催化劑中存在堿金屬，可能生成高級醇；反應溫度過高時，會生成醚、醛、酮的羰基化合物；