【文章內(nèi)容簡介】 － － － － － － %+= m3/h 同理得其他氣體氣量 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 = += m3/h 即 ；同理可算 得 其他氣體的氣量。 表 14 分離器出口 氣體組成 氣體 CH3OH H 2 CO CO2 N2 Ar CH4 組成 % % % % % % % 氣 m3/h 量 kmol/h 表 15 入塔氣組成 氣體 CH3OH H 2 CO CO2 N2 Ar CH4 組成 % % % % % % % 氣 m3/h 量 kmol/h 原料計(jì)算 合成氣 總含 C 量 a=+++=每立方米天然氣中 C 含量 ： b= ?1001 （ ??????? ）=則每小時天然氣用量 C=a/b≈ 104m3/h 燃料用天然氣 103 m3/h， 總用量 104 m3/h 六、 能量衡算 合成工段 熱衡算 年產(chǎn) 30 萬噸甲醇生產(chǎn)車間工藝初步設(shè)計(jì) 17 合成塔的熱平衡計(jì)算 計(jì)算公式 全塔熱平衡方程式為：∑ Q1 + ∑ Qr = ∑ Q2 + ∑ Q3+ Q （ 1） 式中： Q1—— 入塔氣各氣體組分焓， kJ/h； Qr —— 合成反應(yīng)和副反應(yīng)的反應(yīng)熱， kJ/h； Q2 —— 出塔氣各氣體組分焓， kJ/h； Q3 —— 合成塔熱損失， kJ/h； Q—— 沸 騰水吸收熱量， kJ/h。 ∑ Q1=∑（ G1 Cm1 Tm1） （ 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=∑（ G2 Cm2 Tm2） （ 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： Qr Qr2 、 Qr Qr Qr5 、 Qr —— 分別為甲醇、 甲烷、 二甲醚、異丁醇、辛烷 、水的 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 通過計(jì)算可以得到 ， 225℃ 時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 16甲醇合成塔入塔熱量 氣體 CH3OH H 2 CO CO2 N2 Ar CH4 年產(chǎn) 30 萬噸甲醇生產(chǎn)車間工藝初步設(shè)計(jì) 18 熱容 kJ/（ ） 氣量 kmol /h 入塔熱量 kJ/（ ） 入塔熱量合計(jì)為 kJ/（ ） 所以∑ Q1= ＝ 108 kJ/h 塔內(nèi)反應(yīng)熱的計(jì)算 忽略甲醇合成塔中的反應(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 17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) ∑ Q1= 108 kJ/h 塔出口氣體總熱量計(jì)算 表 18 甲醇合成塔出塔氣體組分熱容和熱量 氣體 H 2 CO CO2 N2 Ar CH3OH 熱容 kJ/（ ） 氣量 kmol/h 出塔熱量 kJ/（ ） 氣體 CH4 （ CH3O） 2 C4H9OH C18H18 H2O 合計(jì) 熱容 kJ/（ ） 氣量 kmol/h 出塔熱量 kJ/（ ） 出塔氣體溫度 255℃即 Q2= ＝ 108kJ/h 全 塔熱量損失的確定 年產(chǎn) 30 萬噸甲醇生產(chǎn)車間工藝初步設(shè)計(jì) 19 全塔熱損失為 4%,即 Q3=(∑ Q1 + ∑ Qr) 4%=( 108+ 108) 4%= 107 kJ/h 沸騰水吸收熱量的確定 由公式 (1)可得 Q=∑ Q1 + ∑ Qr －∑ Q2 ∑ Q3= 108kJ/h 表 19 全塔熱平衡表 氣體 氣體顯熱 反應(yīng)熱 損失熱 蒸汽吸收熱 合計(jì) 入塔氣體 kJ/h 108 108 108 出塔氣體 kJ/ 108 107 108 108 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 20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)：入換熱器的被加熱氣體熱量為 kJ/（ ），入口溫度為 40℃， = 108 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，即 108kJ/h 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，即 108kJ/h 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顯熱 = 108－ 108= 108kJ/h ，所以 年產(chǎn) 30 萬噸甲醇生產(chǎn)車間工藝初步設(shè)計(jì) 20 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 = 108－ 108= 108kJ/h 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相同，則出口溫度為 108/ 105= 即 ℃ 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—— 氣體冷凝放熱 ， 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。 水冷器入口氣體顯熱的確定 水冷器入口氣體的顯熱 =入塔氣換熱器出口加熱氣體的顯熱，即 108kJ/h 水冷器出口氣體顯熱的確定 表 21水冷器出口氣體各組分熱容和熱量 氣體 CH3OH H 2 CO CO2 N2 Ar CH4 熱容 kJ/（ ） 氣量 kmol /h 熱量 kJ/（ ） 合計(jì)： 水冷器出口氣體顯熱 kJ/（ ）；出口溫度 40℃， 出口氣體顯熱 = ＝ 108 kJ/h 出水冷器的粗甲醇液體熱量的確定 表 22粗甲醇中液體組分氣化熱和液體熱容 組分 （ CH3O） 2 C4H9OH C18H18 H2O CH3OH 年產(chǎn) 30 萬噸甲醇生產(chǎn)車間工藝初步設(shè)計(jì) 21 氣化熱 KJ/kg 液體比熱容 KJ/(kg.℃ ) 表 23出塔氣在水冷器中冷凝放熱量 組分 （ CH3O） 2 C4H9OH C18H18 H2O CH3OH 冷凝量 kg /h 39060 放熱量 KJ/h 合計(jì)：水 冷器中冷凝放熱量為 107KJ/h 表 24粗甲醇中各組分液體顯熱 組分 （ CH3O） 2 C4H9OH C18H18 H2O CH3OH 液體比熱容 KJ/(kg.℃ ) 熱量 KJ/（ h .℃） 合計(jì)：粗甲醇 中各組分液體顯熱 = KJ/（ h .℃），粗甲醇溫度 40℃ 即 ， ＝ 107KJ/h 水冷器冷卻水吸熱的確定 由水冷器熱平衡方程可得 Q5 = Q1+Q2－ Q3－ Q4 即 Q5 = 108+ 107－ 107－ 108= 107 KJ/h 冷卻水用量的確定 入口冷卻水溫度 20℃，出口冷卻水溫度 35℃，平均比熱容 KJ/(kg.℃ ) )2035( 7?? ?= 105 kg/h 即 907t/h 流程中并用了兩個相同的水冷器，所以每個水冷器用水量為 ，吸收熱量為 107 KJ/h，既 107 w 。 七 、 設(shè)備 工藝計(jì)算 與選型 本設(shè)備設(shè)計(jì)以“甲醇合成塔”的設(shè)計(jì)為例，說明明設(shè)備設(shè)計(jì)選型過程和步驟。 甲醇合成塔的設(shè)計(jì) [8] 年產(chǎn) 30 萬噸甲醇生產(chǎn)車間工藝初步設(shè)計(jì) 22 傳熱面積的確定 合成塔選用列管式 合成塔， 傳熱量為 108J/h，合成塔內(nèi)的總傳熱系數(shù)取為 300W/（ m2.℃）。 由公式 Q = kA△ Tm 得 A = Q/（ K△ Tm） = 108 /（ 300 36） =（ ㎡ ） 催化劑用量的確定 入塔氣空速 12021h1 ，入 塔 氣量 ，所以催化劑體積為（ m3） 傳熱管數(shù)的確定 傳熱管選用Ф 32 ，長度 12021mm 的鋼管，材質(zhì)為 00Cr18Ni5Mo3Si2 鋼。 由公式 S = d L n 得 n = S/（ d L） =（ 12 ） =9347 其中因要安排拉桿需要減少 32 根，實(shí)際管數(shù)為 9315 根。 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 = = =