【正文】 DSn=430073= mm2σt=10610610/（1+）=qt=（322272）/（432100）=已知 Tt＞Ts，pt＞ps Tt、Ts分別為管壁溫度和殼壁溫度； Mpa；ps為殼程壓力 Mpa，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)。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。來(lái)自脫碳裝置的新鮮氣（40℃，）與循環(huán)氣一起經(jīng)甲醇合成氣壓縮機(jī)（C7001），經(jīng)過(guò)入塔氣預(yù)熱器（E7001）加熱到225℃，進(jìn)入甲醇合成塔（R7001）內(nèi)，甲醇合成氣在催化劑作用下發(fā)生如下反應(yīng)：CO + 2H2 = CH3OH + QCO2 + 3H2 = CH3OH + H2O + Q甲醇合成塔（R7001）為列管式等溫反應(yīng)器，管內(nèi)裝有XNC98型甲醇合成催化劑，管外為沸騰鍋爐水。日前各工程公司的氨合成塔均采用二床(四床)內(nèi)換熱式合成塔。固定管板列管合成塔雖然可用于大型化，但受管長(zhǎng)、設(shè)備直徑、管板制造所限。這種塔型碳轉(zhuǎn)化率較高但僅能在出塔氣中副產(chǎn)0. 4MPa的低壓蒸汽。按換熱器的形式分為列管式、螺旋板式、波紋板式等多種形式。這部分空氣作為燃料，大部分氣體進(jìn)入透平壓縮機(jī)加壓返回合成塔，合成塔副產(chǎn)的蒸汽及外部補(bǔ)充的高壓蒸汽一起進(jìn)入過(guò)熱器加熱到50 ℃，帶動(dòng)透平壓縮機(jī)，透平后的低壓蒸汽作為甲醇精餾工段所需熱源。 ②蒸汽轉(zhuǎn)化。一般認(rèn)為CO2在3~5%左右為宜。氫氣過(guò)量同時(shí)還能抑制高級(jí)醇、高級(jí)烴和還原物質(zhì)的生成，減少H2S中毒，提高粗甲醇的濃度和純度。排放量過(guò)多，增加新鮮氣的消耗量，損失原料氣的有效成分。但實(shí)際生產(chǎn)中也不能太大，否則會(huì)帶來(lái)一系列的問(wèn)題： （1）提高空速，意味著循環(huán)氣量的增加，整個(gè)系統(tǒng)阻力增加，使得壓縮機(jī)循環(huán)功耗增加。 空速的大小意味著氣體與催化劑接觸時(shí)間的長(zhǎng)短，在數(shù)值上，空速與接觸時(shí)間互為倒數(shù)。 甲醇合成反應(yīng)為分子數(shù)減少的反應(yīng)，因此增加壓力有利于反應(yīng)向甲醇生成方向移動(dòng)，使反應(yīng)速度提高，增加裝置生產(chǎn)能力，對(duì)甲醇合成反應(yīng)有利。下面圍繞溫度、壓力、氣體的組成及空間速度對(duì)甲醇合成反應(yīng)的影響來(lái)討論工藝條件的選擇。添加Al2O3助催化劑使催化劑活性更高，而且Al2O3價(jià)廉、無(wú)毒，用Al2O3代替C r2O3的銅基催化劑更好。鋅鉻催化劑一般采用共沉淀法制造。合成甲醇工業(yè)的進(jìn)展，很大程度上取決于催化劑的研制成功以及質(zhì)量的改進(jìn)。 不同溫度下甲醇反應(yīng)的平衡常數(shù) 反應(yīng)溫度/℃平衡常數(shù)/ Kp 0 100 200102 300104 400105 3甲醇合成的催化劑甲醇合成是是典型的氣—固相催化反應(yīng)過(guò)程。 一氧化碳和氫氣合成甲醇是一個(gè)氣相可逆反應(yīng)，壓力對(duì)反應(yīng)起著重要作用，用氣體分壓來(lái)表示的平衡常數(shù)可用下面公式表示：Kp=將合成后的粗甲醇經(jīng)預(yù)精鎦脫除甲醚，再精鎦而得成品甲醇。甲醇主要用于生產(chǎn)甲醛，消耗量要占到甲醇總產(chǎn)量的一半，甲醛則是生產(chǎn)各種合成樹(shù)脂不可少的原料。本設(shè)計(jì)本著符合國(guó)情、技術(shù)先進(jìn)和易得、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的原則，采用煤炭為原料；利用GSP氣化工藝造氣；NHD凈化工藝凈化合成氣體；低壓下利用列管均溫合成塔合成甲醇；三塔精餾工藝精制甲醇；此外嚴(yán)格控制三廢的排放，充分利用廢熱，降低能耗，保證人員安全與衛(wèi)生。設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是進(jìn)行工藝論證，物料衡算和熱量衡算等。甲醇是重要有機(jī)化工原料和優(yōu)質(zhì)燃料，廣泛應(yīng)用于精細(xì)化工，塑料，醫(yī)藥，林產(chǎn)品加工等領(lǐng)域。在不同的催化劑存在下，選用不同的工藝條件可單產(chǎn)甲醇（分高、中、低壓法），或與合成氨聯(lián)產(chǎn)甲醇（聯(lián)醇法）。 但是低溫反應(yīng)速率太慢，所以甲醇生產(chǎn)選用高活性的銅基催化劑，使反應(yīng)溫度控制在220～280℃. 表11沒(méi)有催化劑的存在，合成甲醇反應(yīng)幾乎不能進(jìn)行。1. 鋅鉻催化劑（ZnO/ C r2O3）鋅鉻催化劑是最早用于工業(yè)合成甲醇的，1966年以前的甲醇合成幾乎都用鋅鉻催化劑。C r2O3的添加可以提高銅在催化劑的分散度，同時(shí)又能阻止分散的銅晶粒在受熱時(shí)被燒結(jié)、長(zhǎng)大，延長(zhǎng)催化劑的使用壽命。3. 銅基催化劑的中毒和壽命銅基催化劑對(duì)硫的中毒十分敏感，一般認(rèn)為其原因是H2S和Cu形成CuS，也可能生成Cu2S，反應(yīng)如下： Cu+H2S→CuS+ H24甲醇合成的工藝條件甲醇合成反應(yīng)為放熱、體積縮小的可逆反應(yīng)，溫度、壓力及氣體組成對(duì)反應(yīng)進(jìn)行的程度及速度有一定的影響。另外為了延長(zhǎng)催化劑壽命，反應(yīng)初期宜采用較低溫度，使用一段時(shí)間后再升溫至適宜溫度。所以工廠對(duì)壓力的選擇要在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等方面綜合考慮。由于醇凈值降低的程度比空速增大的倍數(shù)要小，從而合成塔的生產(chǎn)強(qiáng)度在增加空速的情況下有所提高，因此可以增大空速以增加產(chǎn)量。 合成系統(tǒng)中惰性氣體含量，取決于進(jìn)入合成系統(tǒng)中新鮮氣中惰性氣體的多少和從合成系統(tǒng)排放的氣量的多少。但由生產(chǎn)實(shí)踐證明，當(dāng)CO含量高時(shí)，溫度不易控制，且會(huì)導(dǎo)致羰基鐵聚集在催化劑上，引起催化劑失活，同時(shí)由于CO在催化劑的活性中心的吸附速率比H2要快得多，所以要求反應(yīng)氣體中的氫含量要大于理論量，以提高反應(yīng)速度。在CO2濃度4%以前，CO2對(duì)時(shí)空產(chǎn)率的影響成正效應(yīng)，促進(jìn)CO合成甲醇，自身也會(huì)合成甲醇；但如果CO2含量過(guò)高，就會(huì)因其強(qiáng)吸附性而占據(jù)催化劑的活性中心，因此阻礙反應(yīng)的進(jìn)行，會(huì)使時(shí)空產(chǎn)率下降，同時(shí)也降低了CO和H2的濃度，從而降低反應(yīng)速度，影響反應(yīng)平衡，而且由于存在大量的CO2，使粗甲醇中的水含量增加，在精餾過(guò)程中增加能耗。低壓法甲醇合成工藝流程8熱交換器；9分離器；4壓縮機(jī)器；6甲醇合成塔；7加熱爐；10中間儲(chǔ)罐；11閃蒸塔；12輕餾分塔；13精餾塔n ICI低壓合成基本工藝過(guò)程： ①天然氣脫硫。分離粗甲醇后的氣體適當(dāng)放空，控制系統(tǒng)中的惰性氣體含量。按催化劑筐內(nèi)反應(yīng)惹得移出方式可分為冷管型連續(xù)換熱式和冷激型多段換熱式兩大類。如1984年ICI公司提出的逆流式冷管型及1993年提出的并流冷管TCC型合成塔和國(guó)內(nèi)林達(dá)公司的U形冷管型。這樣就大大提高轉(zhuǎn)化率，降低循環(huán)量和能耗，然而使合成塔的結(jié)構(gòu)更復(fù)雜。（5）多床內(nèi)換熱式合成塔 這種合成塔由大型氨合成塔發(fā)展而來(lái)。這種塔內(nèi)甲醇合成反應(yīng)接近最佳溫度操作線，反應(yīng)熱利用率高，雖然設(shè)備復(fù)雜、投資高，但是由于這種塔在國(guó)內(nèi)外使用較多，具有豐富的管理和維修經(jīng)驗(yàn)，技術(shù)也較容易得到；外加考慮到設(shè)計(jì)的是年產(chǎn)20萬(wàn)噸的甲醇合成塔（日產(chǎn)量為650噸左右），塔的塔徑和管板的厚度不會(huì)很大，費(fèi)用也不會(huì)很高，所以本設(shè)計(jì)采用了固定管板列管合成塔。弛放氣減壓后去燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)；甲醇膨脹槽（V7003）頂部排出的膨脹氣去燃料氣系統(tǒng)。封頭內(nèi)徑為4300+273=4446，原整后取4500由封頭厚度計(jì)算公式： S=PcDi/（2[σ] ）式中：Pc—— ； Di=4500mm；Ф= [σ] t =190Mpa（取殼體溫度為50℃）S=4500（2190）=取C2=1mm ；C1=1mm，原整后取S=76mm，所以封頭為DN450076。（4） 殼體直徑的確定 殼體直徑； Di=a（b1）+2L式中：Di——換熱器內(nèi)徑，mm； b——正六角形對(duì)角線上的管子數(shù)查有關(guān)表取為29； L——最外層管子的中心到殼壁邊緣的距離，取L=2do所以，Di=32（291）+2225=996mm ，取Di=1000mm （5）殼體厚度的計(jì)算殼體材料選用20R鋼，計(jì)算壁后的公式為：S=PcDi/（2[σ] tФPc）式中：Pc——計(jì)算壓力，=； Di=1000mm；Ф=[σ]t =132Mpa（取殼體溫度為50℃）S=1000（2132）=取 C2=1mm ；C1=1mm，原整后取S=28mm（6）換熱器封頭的確定 上下封頭均采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，封頭為DN100028。（11）支座 選用型號(hào)JB/471292 鞍座 BI 1000 F 。支撐軸承采用可傾式軸承，上推軸承采用金斯伯雷軸承，來(lái)提高機(jī)組的抗振性能及穩(wěn)定性能。(3)適用溫區(qū)寬,使用壽命長(zhǎng)。7設(shè)計(jì)結(jié)果評(píng)價(jià)經(jīng)過(guò)一段時(shí)間以來(lái)的資料查詢、文獻(xiàn)搜索、設(shè)計(jì)整理，在老師的指導(dǎo)和同學(xué)的幫助下，我順利完成了本次