【導(dǎo)讀】本文的設(shè)計(jì)的課題是年產(chǎn)量為五萬(wàn)噸甲醇工藝的合成工段，針對(duì)課題進(jìn)行設(shè)計(jì)，總體上說(shuō)，世界甲醇工業(yè)從90年代開(kāi)始。平衡三個(gè)基本階段。我國(guó)的甲醇工業(yè)經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展，生產(chǎn)能力也得到了很大提高。甲醇的市場(chǎng)入手闡明甲醇的重要性。個(gè)預(yù)精餾塔和兩個(gè)主精餾塔。根據(jù)現(xiàn)實(shí)情況和地理環(huán)境對(duì)廠址進(jìn)行選擇，最終定為大。連石油化工廠附近。文中介紹了甲醇工藝模擬參數(shù)的選取方法，及其如何運(yùn)用靈敏度。分析主要設(shè)備，確定最佳的操作條件。根據(jù)國(guó)標(biāo)150，國(guó)標(biāo)151和AspenPlus的。設(shè)備計(jì)算結(jié)果對(duì)壓力容器，換熱器等設(shè)備進(jìn)行了選型。國(guó)家安全標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)非工藝條件中的環(huán)境，安全，貯存，運(yùn)輸方面進(jìn)行了確定。頭式換熱器,原因是物料前后溫差較大,所以選取浮頭式換熱器。甲醇蒸汽和空氣混合能形成爆炸性混合物，遇明火、高熱能引起爆炸。遇明火會(huì)引起回燃，屬危險(xiǎn)性類(lèi)別；試劑甲醇常密封保存在棕色瓶中置于較冷處。甲醇在常溫下無(wú)腐蝕性，但對(duì)于鉛、鋁例外。

　　

【正文】 2 3 4 5 6 由表 411 可以做出甲醇合成反應(yīng)器的溫度分布曲線， 由表 412 可以得到反應(yīng)器內(nèi) 各組分的摩爾組成 分布曲線，如 圖所示。 從圖 416 中可以清楚的得到催化劑 床層 的熱點(diǎn)溫度為 247 度左右，大約在距離反應(yīng)管進(jìn)口 處，與 管外冷卻介質(zhì)的溫差達(dá)到 17℃，比出口溫度高 6℃。 沈陽(yáng)化工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 設(shè)備計(jì)算 圖 416 甲醇合成反應(yīng)器的溫度分布曲線B l o c k B 1 ( R P l u g ) P r o f i l e s P r o ce s s S t r e a mR e a c t o r l e n g t h M I X E D m e t e rTEMPERATURE C0 . 0 0 . 2 5 0 . 5 0 . 7 5 1 . 0 1 . 2 5 1 . 5 1 . 7 5 2 . 0 2 . 2 5 2 . 5 2 . 7 5 3 . 0 3 . 2 5 3 . 5 3 . 7 5 4 . 0 4 . 2 5 4 . 5 4 . 7 5 5 . 0 5 . 2 5 5 . 5 5 . 7 5 6 . 0205.0210.0215.0220.0225.0230.0235.0240.0245.0250.0T e m p e r a t u r e M I X E D 沈陽(yáng)化工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 設(shè)備計(jì)算 B l o c k B 1 ( R P l u g ) P r o f i l e s P r o ce s s S t r e a mR e a c t o r l e n g t h M I X E D m e t e r 0 . 0 0 . 2 5 0 . 5 0 . 7 5 1 . 0 1 . 2 5 1 . 5 1 . 7 5 2 . 0 2 . 2 5 2 . 5 2 . 7 5 3 . 0 3 . 2 5 3 . 5 3 . 7 5 4 . 0 4 . 2 5 4 . 5 4 . 7 5 5 . 0 5 . 2 5 5 . 5 5 . 7 5 6 . 00.010.0150.020.0250.030.0350.040.0450.050.0550.5750.580.5850.590.5950.60.6050.610.6150.620.6250.630.6350.640.6450.1250.1260.1270.1280.1290.130.1310.1320.1330.1340.1350.1360.1370.1380.0540.0560.0580.060.0620.0640.0660.0680.070.0720.0740.0760.078M o l e f r a c t i o n M I X E D C OM o l e f r a c t i o n M I X E D C O 2M o l e f r a c t i o n M I X E D H 2M o l e f r a c t i o n M I X E D C H 4 O 圖 417 甲醇合成反應(yīng)器內(nèi)各組分的摩爾組成分布曲線 沈陽(yáng)化工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 設(shè)備計(jì)算 甲醇合成反應(yīng)器的靈敏性校核 應(yīng)用 Aspen plus 中 靈敏度分析對(duì)反應(yīng)器管長(zhǎng)進(jìn)行靈敏度校核可以得到一氧化碳、二氧化碳、氫氣的轉(zhuǎn)化率以及反應(yīng)器出口甲醇的含量隨反應(yīng)器管長(zhǎng)隨變化的關(guān)系曲線圖如下 : S e n s i t i v i t y S 1 R e s u l t s S u m m a r yV A R Y 1 B 1 P A R A M L E N G T H M E T E R 0 . 0 0 . 5 1 . 0 1 . 5 2 . 0 2 . 5 3 . 0 3 . 5 4 . 0 4 . 5 5 . 0 5 . 5 6 . 0 6 . 5 7 . 0 7 . 5 8 . 0 8 . 5 9 . 0 9 . 5 1 0 . 00.00:0.0150.020.0250.030.0350.040.0450.050.0550.060.0650.00.00:0.020.030.040.050.060.070.080.090.10.110.120.130.140.150.160.170.180.190.20.00:0.020.030.040.050.060.070.080.090.10.110.120.130.140.00.050.10.150.20.250.30.350.40.450.51 S 2 / S 1 1 S 4 / S 3 1 S 6 / S 5 S 7 圖 421A 反應(yīng)管長(zhǎng)度靈敏性分析 從圖中可以得到 CH4O 的含量和 CO、 H2的轉(zhuǎn)化率是隨著管長(zhǎng)的增加而增加的，但是 CO2的轉(zhuǎn)化率卻是出現(xiàn)了峰值后下降，我們?cè)O(shè)定反應(yīng)管長(zhǎng)度為 6m,從圖中來(lái)看 還是可以的。 甲醇合成反應(yīng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算 催化劑選擇 C301 型，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如下表。 表 413 C301 型催化劑的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表 溫度 壓力 形狀 高 直徑 當(dāng)量直徑 顆粒密度 孔隙率 堆積密度 空速 ℃ Mpa mm mm m Kg/m3 Kg/m3 /h 220260 圓柱形 5 5 3630 04528 1600 10000 根據(jù) 322 13. 36 7m24556 ???????????? LNrV C ? 根據(jù) 21 5 7 2 . 5 7 5 m2 4 5 ?????? LNDA i? 根據(jù) 2 0 0 5 0 . 3 3 k g1 3 . 3 6 71 5 0 0 ???? CVm ? 殼體 直徑 通常按下式確定殼體直徑 ? ? 39。21 bntD c ??? t’ 為管心距大約 ，取 t’ =48mm nc為中心排管數(shù) ， ???? Nn c b’ 管束中心線上最外層管的中心至殼體內(nèi)壁的距離，一般 b’ =（ 1～ ） d0=51mm。 所以 ? ? mD 6 9 5 4 ?????? 圓 整為 D= 由于甲醇合成反應(yīng)器的殼體直徑過(guò)大，已經(jīng)超過(guò)了國(guó)內(nèi)最大公稱(chēng)直徑 （ 2600mm,GB 1511999） ，國(guó)外最大公稱(chēng)直徑（ 2540mm， TEMA1999） ，又考慮到安裝和運(yùn)輸?shù)膯?wèn)題，所以采用殼體直徑為 。 通過(guò)模擬可以得到傳熱系數(shù)校核所需要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，列表 如下。 表 414 總傳熱系數(shù)核算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表 項(xiàng)目 單位 反應(yīng)器入口 反應(yīng)器出口 摩爾流量 kmol/hr 質(zhì)量流量 kg/hr 體積流量 cum/hr 溫度 C 200 壓力 MPa 氣相分?jǐn)?shù) 1 1 液相分?jǐn)?shù) 0 0 摩爾焓 kJ/kmol 質(zhì)量焓 kJ/kg 摩爾熵 J/kmolK 體積熵 J/kgK 密度（摩爾） kmol/cum 密度（質(zhì)量） kg/cum 平均分子量 kg/kmol ① 管間傳熱系數(shù) 根據(jù)模擬結(jié)果可知反應(yīng)器總放熱量 Q= 設(shè)蒸汽壓力 , 根據(jù)公式 : Kh l / m1 0 5 3 . 3 1 k c 5 7 2 . 5 7 53186400. 433????????????????? Wf PAQ? ② 管內(nèi)傳熱系數(shù) 根據(jù)下式可知： ???????? ????????? ?? tptreptfb dDLdPRd x p/ ?? 需要計(jì)算雷諾數(shù) Rep和普朗特?cái)?shù) Pr 表 415 雷諾數(shù)計(jì)算表 催化劑當(dāng)量直徑 Dp m 質(zhì)量流量G kg/h kg/s 粘度η Nsec/sqm Nh/sqm 管截面積 m2 質(zhì)量 流量G kg/m2h kg/m2s 064 . 6 9 E096 8 7 3 ?????? EGDR Pep ? 表 416 普朗特?cái)?shù)計(jì)算表 恒壓熱容 Cp J/kmolK kJ/kmolK 粘度η Nsec/sqm Nh/sqm 導(dǎo)熱率λ f Watt/mK kcal/mhK 平均分子量 M kg/kmol 0 . 4 1 56 3 3 2 2 9 8 ????? EMCP fPr ?? 所以： 9 6 1 0 00 3 0 0 3 0 x p6/0 3 14 1 . 6 9 E60 3 1 2 3 4 x p/??????? ?????????????????????? ???????????tptreptfb dDLdPRd?? ③ 污垢熱阻 取經(jīng)驗(yàn)值如下： 表 417 污垢熱阻數(shù)據(jù) 污垢系數(shù) Rc m2hK/kJ m2hk/kcal 管導(dǎo)熱系數(shù) λ s kJ/mhK kcal/mhk ④ 總傳熱系數(shù) 根據(jù)公式 : csfb RK ???? ???? 111 可以得到總傳熱系數(shù) : KhK c a l /m 29 4 7 0 0 0 0 5 9 6 1 0 01/1 ??????? ????K 所以 K=，與設(shè)定的 470 watt/m2K相差不大。 甲醇合成反應(yīng)器的附屬設(shè)備結(jié)構(gòu)計(jì)算 1. 汽包 汽包是低壓魯奇法合成甲醇很重要的附屬設(shè)備。汽包的體積根據(jù)熱量衡算確定。 設(shè)計(jì)依據(jù)：反應(yīng)器殼層中冷料為 230℃ ， 的沸騰水， 根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際，反應(yīng)器出口冷卻水的汽化率取 左右 。