【導讀】年產15萬噸甲醇合成工藝設計

　　

【正文】 量為(按甲醇回收率為 90％計 )： 甲醇的質量流量 = 1000150000 ?? ? =甲醇的摩爾流量 = =因反應器出口中含甲醇 ％左右 ,又由理想氣體狀態(tài)方程 ,5MPa,225℃ 時 PRTnvm ? m o l/ 0 0 05 ) 7 32 5 5(3 1 m L?? ???? 混合氣體積流量 h/1 0 3 7 8 . 5 5 mh/k m o 1 6 6 1% 3v ??? （ 2）甲醇合成 氣熱量流量 甲醇合成反應熱與溫度關系式為： ?rQ = 一 — + 310? T 一 112926 310? 3T 其中， T為絕對溫度， K在 275℃ 時， Q= 98648． 3 J／ mol， 甲醇合成過程中其單位時間產熱量為： Φ= )4q. OCHTQ （ Φ==／ h= ， 即殼程鍋爐沸騰水需移走熱量 Φ= （ 3）鍋爐沸騰水流量計算 取殼程流體的出口氣化率 eX =0． 024，計算循環(huán)水流量 q ： 23 e0 ??? 0 2 9 9 9 0 1 2 8 8 5 5 1 3 2 2 7 2 0q 3 ?? ?? h/ 1 56010181 0 2 9 9 0q 3m ????? 傳熱面積的確定 傳熱溫度為 C30? ，傳熱量為 ，合成塔內的總傳熱系數(shù)取為289W/( Cm??2 ) 由公式 Q=KA mt? 得 A=mtKQ? = 3600302 8 9 .7 8 1000664156145. 8 ?? ? =2050 2m 催化劑用量的確定 入塔氣空速 12020 1?h ，入塔氣量 hm/3 ，所以催化劑體積為 = 3m 設備參數(shù)計算 傳熱管數(shù)的確定 傳熱管選用 ?? ，長度 9000mm 的雙相不銹鋼換熱鋼管，材質為00Cr18Ni5Mo3Si2 鋼 由公式 A=?d?L?n 得， n= LdA ?? = 2050 ?? =2687 合成塔殼體直徑的確定 合成塔內管 子分布采用正三角形排列，管間距 a=40mm,殼體直徑： LbaDi 2)1( ??? 式中： a=40 24 b= ? == L=125mm 所以， iD =40?（ ） +2 ??125 圓整后取為 2500mm 合成塔殼體厚度的確定 殼體材料選用 13MNiMoNbR 鋼，計算壁厚的公式為： δ=ctic PDP ?][2? 式中 : cP = iD =4300mm ?= t][? =190MPa(取殼體溫度為 C?50 ) 則 δ=2500? ??? = 取 2C =1mm， 1C =1mm,圓整后取 S=43mm 合成塔封頭的確定 上下封頭均采用半球形封頭，材質選用和筒體相同。封頭內徑為 2500+2?43= 2586mm,圓整后取 2600mm,由封頭厚度計算公式： δ=ctic PDP ???][4 式中 : cP = iD =2600mm ?= t][? =190MPa(取殼體溫度為 C?50 ) 則 S=2600? ??? = 取 2C =1mm， 1C =1mm,圓整后取 S=23mm,所以封頭為 DN2600?23 25 管子拉脫力的計算 在操作壓力下，每平方米脹接周邊所產生的力 Ldopfqp ??? 式中： f= 2a do?? =? 22 ?? = P= L=100mm 則 pq = ??? = 溫差應力導致的每平方米脹接周邊上的拉脫力 tq =Ld dd o iot ?? ?4 )(22? 式中： t? =ststAAttaE??1)( tA = )( 22io dd ??n= )2732( 22 ?? 2687 = 2mm sA =?D? nS =?4300?43 =337550 2mm t? =3 3 7 5 5 06 2 2 2 4 2 . 0 2 51 10101 8 66????? ? = 則 tq = 100324 )2732(1. 031 22?? ?? = 已知 st TT? ， st pp ? tT 、 ST 分別為管壁溫度和殼壁溫度； tp 為管程壓力 ； sp 為殼程壓力，所以可知 tq 與 pq 的作用力同向，則合拉力 q=? [q]，因此，拉脫力在許用 范圍內。 26 表 設備的參數(shù) 項目 管子 殼體 材質 00Cr18Ni5Mo3Si2 13MNiMoNbR a/(1/ C? ) ?10 6? ?? E/MPa ?106 ? 106 尺寸 ??? 320202 ?? 管子數(shù) 2687 管間距 /mm 40 管殼壁溫度 / C? 10 折流板的確定 折流板為弓形 h= D43 = 002643? =1950mm 取折流板間距 B==2500=750mm 折流板數(shù) NB = 7509000 殼程流體進出口接管取接管內鍋爐水流速為 s/ ?? 接管內徑 D1 =14??V D1 = 768 125154 ?? ?? 取 D1 =200mm，管程流體進出口接管取接管內流速為 s/m172 ?? ，接管內徑 D2為 3 6 0 0 0 3 7 842 ????D 取管程接管內徑為 500mm。 塔體工藝設計參數(shù)驗算 熱流量核算 27 （ 1）傳熱系數(shù)計算 管外沸騰數(shù) 0? =535C FGCGLLSLLLPLS d)p g( ??? ）（）（ ???? ? =( K?2m ) 管內表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) iii PR??? qm =， G=（ m2 s ），雷諾系數(shù) Re 按下式計算 620 0Re ?? liGd? ??? ? iipir CP ?? )/( 5 8 2 KmWi ??? 總傳熱系數(shù) Kc 按以下公式計算 mwOioOC AAAARRAAK ????????????????????????? i0ioi11 Kc =(m2 .℃ ) 傳熱面積核算 需要傳熱面積 Ac =mt??CK? Ac = 9 2 2 9 9 8 1 1 3 ??? 實際傳熱面積 A實 = 面積裕度 H=(A實 Ac )/Ac H=()/=30％ 所以換熱面積合適。 28 表 合成塔設計匯總表 筒體 內徑（ mm） 2500 列管 數(shù)目 2687 厚壁（ mm） 23 管長 9000 封頭 （半球形） 半徑（ mm） 2600 尺寸（ mm） 32? ? 厚壁（ mm） 23 折流板 數(shù)目 12 拉桿 尺寸（ mm） 32? 高度 (mm) 1950 數(shù)目 12 間距（ mm） 750 29 結 論 通過了解 國內外制取甲醇的生產現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢， 以及 國內外制甲醇的生產方法，并 將其 進行對比、分析。 最終 本次設計選用氣相低壓法合成甲醇， 重點說明了低壓法生產甲醇的優(yōu)化工藝過程，此工藝工藝特點： ，設備投資低，設備易維護 。 低壓法為生產甲醇的工藝，用 CO 和 H2 在加熱壓力下，在催化劑作用下合成甲醇 、能量消耗、生產成本等方面具有顯著的優(yōu)越性。 對該工藝過程進行了全工藝的物料衡算和熱量衡算，同時進行了主體反應設備的計算與選型。主要設計結果有以下幾個方面： ， 粗甲醇中甲醇含量 %， 年產甲醇15 萬噸時，每年以 300 個工作日計算，需時產粗甲醇 。 ，可知甲醇合成塔中放熱量為 。 合成塔的設計選型， 采用管殼式反應器 ，在塔內列管中裝填催化劑，管間為沸騰水，原料氣進入塔內列管中發(fā)生一系列化學反應。 進塔氣量為 Nm3/h，出塔氣量為 Nm3/h， 確定殼體直徑為2500mm，厚度為 23mm。 綜上所述，該設計基本滿足要求，需經過進一步的完善才能用于生產。 30 參考文獻 [1] 沈佩芝 雷玉萍 甲醇市場狀況及科技開發(fā)進展 [J] 化工進展 2020 [2] 張子鋒 張凡軍甲醇生產技術 [M] 北京化學工業(yè)出版社 2020 [3] 李 明 中國煤制甲醇的發(fā)展研究 [J] 潔凈煤技術 2020 [4] 段至誠 赫文秀 甲醇的生產工藝及發(fā)展現(xiàn)狀 [J] 內蒙古石油化工 2020 [5] 欒友順 葛慶杰 合成氣制甲醇銅基催化劑的研究新進展 [期刊論文 ] [J]； 2020(2). [6] 潘國昌 郭慶豐 化工設備設計 [M] 清華大學出版社 175 [7] 孫煦 孟夢 陳國安 交通運輸中的替代能源 —— 甲醇及其應用前景分析 [J] 汽車科技 2020(06) [8] 劉光啟 馬連湘 劉杰 化學化工物性數(shù)據(jù)手冊（無機卷） [M] 化學工業(yè)出版社 — 27 [9] 劉光啟 馬連湘 劉杰 化學化工物性數(shù)據(jù)手冊（有機卷） [M] 化學工業(yè)出版社 — 324 [10] 馮元琦 李關云 甲醇生產操作問答 (第二版 ) [11] 鄭廣儉 張志華 無機化工生產技術 [M] 北京化學工業(yè)出版社 2020 [12] 董大勤 化工設備機械基礎 [M] 化學工業(yè)出版社 2020 [13] 何銘新 錢可強編著 機械制圖第四版 ??M 高等教育出版社， [14] 張慶庚 李凡 李好管 煤化工設計基礎 [M] 化學工業(yè)出版社， 2020:254278. [15] 刁玉瑋 王立業(yè) 喻健良 化工設備基礎 [M] 大連理工出版社 2020:235276. [16] 陳英南 劉玉蘭編 化工單元設備的設計 [M] 華東理工大學出版社 2020 [17] 唐倫成 化工原理課程設計簡明教程 [M] 哈爾濱工程大學出版社 2020 [18] 劉道德 《化工設備的選擇與設計》 [M] 中南大學出版社 2020 [19]房鼎業(yè) 甲醇生產技術及進展 [M] 華東化工學院出版社 1990:7689 [20] Schmitt W M. [Biotechnical preparation system].. [J].Der Zahnarzt。 Colloquium med. dent,1983,27(9) [21]Le Touz233。 D. Canada39。s health system: future trends and prospects.. [J].Dimensions in health service,1984,61(1) 31 [22]Ellison G. A silicone delivery system for producing binge and continuous ethanol intoxication in rats.. [J].Pharmacology, Biochemistry and Behavior,1981,14(2) 32 附 錄 附錄 A 工藝流程圖 附錄 B 設備圖