【導讀】本文的設計的課題是年產量為五萬噸甲醇工藝的合成工段，針對課題進行設計，總體上說，世界甲醇工業(yè)從90年代開始。平衡三個基本階段。我國的甲醇工業(yè)經過十幾年的發(fā)展，生產能力也得到了很大提高。甲醇的市場入手闡明甲醇的重要性。個預精餾塔和兩個主精餾塔。根據(jù)現(xiàn)實情況和地理環(huán)境對廠址進行選擇，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，及其如何運用靈敏度。分析主要設備，確定最佳的操作條件。根據(jù)國標150，國標151和AspenPlus的。設備計算結果對壓力容器，換熱器等設備進行了選型。國家安全標準，對非工藝條件中的環(huán)境，安全，貯存，運輸方面進行了確定。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。遇明火會引起回燃，屬危險性類別；試劑甲醇常密封保存在棕色瓶中置于較冷處。甲醇在常溫下無腐蝕性，但對于鉛、鋁例外。

　　

【正文】 2 3 4 5 6 由表 411 可以做出甲醇合成反應器的溫度分布曲線， 由表 412 可以得到反應器內 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 的熱點溫度為 247 度左右，大約在距離反應管進口 處，與 管外冷卻介質的溫差達到 17℃，比出口溫度高 6℃。 沈陽化工學院學士學位論文 第四章 設備計算 圖 416 甲醇合成反應器的溫度分布曲線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 沈陽化工學院學士學位論文 第四章 設備計算 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 甲醇合成反應器內各組分的摩爾組成分布曲線 沈陽化工學院學士學位論文 第四章 設備計算 甲醇合成反應器的靈敏性校核 應用 Aspen plus 中 靈敏度分析對反應器管長進行靈敏度校核可以得到一氧化碳、二氧化碳、氫氣的轉化率以及反應器出口甲醇的含量隨反應器管長隨變化的關系曲線圖如下 : 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 反應管長度靈敏性分析 從圖中可以得到 CH4O 的含量和 CO、 H2的轉化率是隨著管長的增加而增加的，但是 CO2的轉化率卻是出現(xiàn)了峰值后下降，我們設定反應管長度為 6m,從圖中來看 還是可以的。 甲醇合成反應器的設計計算 催化劑選擇 C301 型，基礎數(shù)據(jù)如下表。 表 413 C301 型催化劑的基礎數(shù)據(jù)表 溫度 壓力 形狀 高 直徑 當量直徑 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= 由于甲醇合成反應器的殼體直徑過大，已經超過了國內最大公稱直徑 （ 2600mm,GB 1511999） ，國外最大公稱直徑（ 2540mm， TEMA1999） ，又考慮到安裝和運輸?shù)膯栴}，所以采用殼體直徑為 。 通過模擬可以得到傳熱系數(shù)校核所需要的基礎數(shù)據(jù)，列表 如下。 表 414 總傳熱系數(shù)核算基礎數(shù)據(jù)表 項目 單位 反應器入口 反應器出口 摩爾流量 kmol/hr 質量流量 kg/hr 體積流量 cum/hr 溫度 C 200 壓力 MPa 氣相分數(shù) 1 1 液相分數(shù) 0 0 摩爾焓 kJ/kmol 質量焓 kJ/kg 摩爾熵 J/kmolK 體積熵 J/kgK 密度（摩爾） kmol/cum 密度（質量） kg/cum 平均分子量 kg/kmol ① 管間傳熱系數(shù) 根據(jù)模擬結果可知反應器總放熱量 Q= 設蒸汽壓力 , 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 管內傳熱系數(shù) 根據(jù)下式可知： ???????? ????????? ?? tptreptfb dDLdPRd x p/ ?? 需要計算雷諾數(shù) Rep和普朗特數(shù) Pr 表 415 雷諾數(shù)計算表 催化劑當量直徑 Dp m 質量流量G kg/h kg/s 粘度η Nsec/sqm Nh/sqm 管截面積 m2 質量 流量G kg/m2h kg/m2s 064 . 6 9 E096 8 7 3 ?????? EGDR Pep ? 表 416 普朗特數(shù)計算表 恒壓熱容 Cp J/kmolK kJ/kmolK 粘度η Nsec/sqm Nh/sqm 導熱率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 取經驗值如下： 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=，與設定的 470 watt/m2K相差不大。 甲醇合成反應器的附屬設備結構計算 1. 汽包 汽包是低壓魯奇法合成甲醇很重要的附屬設備。汽包的體積根據(jù)熱量衡算確定。 設計依據(jù)：反應器殼層中冷料為 230℃ ， 的沸騰水， 根據(jù)生產實際，反應器出口冷卻水的汽化率取 左右 。