【導(dǎo)讀】年產(chǎn)30萬噸甲醇工藝設(shè)計(jì)

　　

【正文】 水 熱 水 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 所以： 52858592. 11= = 3 0 8 2 1 . 5 2 /1 7 1 4 .9 9G K g h熱 水錯(cuò)誤 !未找到引用源。 即時(shí)產(chǎn)蒸汽： 33 0 8 2 1 .5 2 1 6 0 6 .9 61 9 .1 8 m? 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 冷凝器能量計(jì)算 查手冊得，粗甲醇中各組分的物理常數(shù)如表 表 粗甲醇中各組分的物理常數(shù) 23 組分 CH3OH (CH3)2O C4H9OH H2O 汽化熱 KJ/Kg 液體比熱容 KJ/(Kg℃ ) 假設(shè)，有相變物質(zhì)在低于沸點(diǎn)時(shí)全部冷凝，擴(kuò)散于氣相中的組分忽略不計(jì)。 （ 1）氣體冷凝放熱 Q 冷凝 =G△ Hr 式中 G冷凝液體流量； Kg/h △ Hr組分的汽化熱； KJ/Kg 根據(jù) 數(shù)據(jù)計(jì)算得出塔各組分及冷凝放熱量如表 表 出塔氣在冷凝器冷凝放熱量 組分 CH3OH (CH3)2O C4H9OH H2O 合計(jì) 冷凝量 Nm3/h Kg/h 放熱量 KJ/h （ 2）進(jìn)冷凝器氣體總熱量 Q入冷凝器 =Q出塔 = 出塔）（ TCG PF ??? =式中 FG 進(jìn)冷凝器各組分摩爾流量； Kmol/h PC 各氣體組分比熱容； J/(mol℃ ) 出塔T 出合成塔氣體溫度； ℃ （ 3）冷凝器出口氣體顯熱 冷凝器出口氣體顯熱 出冷凝器Q? = 出口）（ TCG PF ???? 式中 FG? 冷凝器出口氣體各組分摩爾流量； Kmol/h PC 出口氣體各組分比熱容； J/(mol℃ ) 出口T 冷凝器 出口氣體溫度； ℃ 根據(jù)表 各組分的流量及熱熔，計(jì)算冷凝器出口氣體顯熱，見下表 24 表 冷凝器出口氣體組分的顯熱 組分 CO CO2 H2 N2 CH4 CH3OH 合計(jì) 比熱容 J/(mol℃ ) 氣量 Nm3/h Kmol/h 熱 量 KJ/(h℃ ) 984798 852632 421236 456358 139889 因 冷凝器氣體出口溫度為 40℃ ， 所以出口氣體熱量為 出冷凝器Q? = 40= KJ/h （ 4）冷凝器出口液體帶走熱量 出冷凝器Q? 出冷凝器Q? = 出口）（ TCG PF ????? 式中 FG? 冷凝器出口液體各組分摩爾流量； Kmol/h PC 出口液體各組分比熱容； J/(mol℃ ) 出口T 冷凝器出口液體溫度； ℃ 根據(jù)表 和表 ，計(jì)算冷凝液體帶走熱量，列下表 表 冷凝器出口液體熱量 組分 CH3OH (CH3)2O C4H9OH H2O 合計(jì) 液 體 比 熱 容KJ/(Kg℃ ) 流量 Kg/h 熱量 KJ/(h℃ ) 因冷凝器液體出口溫度為 40℃ ，故液體帶走熱量： 出冷凝器Q? =40=于是，冷卻水帶走熱量： 25 冷卻水Q =＋ －（ ＋ ） =則冷凝器熱平衡如下表 表 冷凝器的熱平衡 熱量 氣體顯熱 液體帶熱 冷卻水帶熱 合計(jì) 帶入熱量 KJ/h 帶出熱量 KJ/h （ 5） 冷凝器用水量 已知條件：進(jìn)冷凝器 的冷卻水溫度 20℃ ，出冷凝器的冷卻水溫度為 35℃ 則：冷凝器需冷卻水量為 ? ?66400211. 1 1057244. 03 / 1057. 2 /3 5 2 0 4 . 1 8 7 K g h t h???? 流程中用一個(gè)水冷器，吸收的熱量為 ,即 第 四 章 主要設(shè)備計(jì)算及選型 設(shè)備是化工工藝運(yùn)作的載體 ,選擇合適的設(shè)備 ,對于提高生產(chǎn)率 ,降低原料、能量的消耗有著重要的作用。 合成系統(tǒng)主要設(shè)備的計(jì)算及選型 甲醇合成塔的設(shè)計(jì) 甲醇合成反應(yīng)器是甲醇合成生產(chǎn)的核心設(shè)備，由于合成反應(yīng)為可逆放熱反應(yīng)，故要求反 應(yīng)器設(shè)計(jì)能迅速移走反應(yīng)熱。目前世界上使用最多的是 公司的多段冷激爐和 Lurgi公司的副產(chǎn)蒸汽管殼型合成塔。本設(shè)計(jì)選用 Lurgi 管殼型反應(yīng)器。 如下圖。 26 蒸汽沸水圖31 Luigi管 殼式反應(yīng)器示意圖 圖 Lurgi 管殼列管式合成塔 該反應(yīng)器 [5]外型像一個(gè)列管式換熱器，催化劑填裝于管內(nèi)，管外為 4MPa 的沸水。反應(yīng)氣流經(jīng)反應(yīng)管，放出的熱量通過管壁傳給沸騰水，使其汽化，轉(zhuǎn)變?yōu)橥瑴囟日羝? （ 1）傳熱面積的確定 傳熱溫差為 10℃ ，傳熱量為 ，合成塔內(nèi)的總傳 熱系數(shù)取為 （ m2.℃ ）。 由公式 Q = kA△ Tm 得： A = Q/（ K△ Tm） =（ 10） =5067 m2 （ 2）催化劑用量的確定 入塔氣空速 12020h1，入塔氣量 m3/h，所以， 催化劑體積為 。 （ 3）傳熱管數(shù)的確定 傳熱管選用 Ф32 ，長度 9000mm 的鋼管，材質(zhì)為 00Cr18Ni5Mo3Si2 鋼。 由公式 A =dLn 得： n = A/（ dL） =5067/（ 9） =6641 其中因要安排拉桿需要減少 12 根，實(shí)際管數(shù)為 6629 根。 （ 4）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 = = = 27 L = 125mm 所以： Di=40（ ） +2125= 圓整后取為 3800 mm （ 5）合成塔殼體厚度的確定 殼體材料選用 13MnNiMoNbR 鋼，計(jì)算壁后的公式為： S=PcDi/（ 2[σ] tФPc） 式中： Pc= ； Di=3800mm； Ф= [σ]t =190Mpa（取殼體溫度為 50℃ ） S=3800（ 2190） = 查 《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》 [18]書可知：取 C2=1mm ； C1=，原整后取 S=65mm （ 6）合成塔封頭的確定 上下封頭均采用半球形 封頭，材質(zhì)選用和筒體相同。 封頭內(nèi)徑為 3800mm 由封頭厚度計(jì)算公式： 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 式中： Pc=錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ； Di=錯(cuò)誤 !未找到引用源。 3800mm； Ф=錯(cuò)誤 !未找到引用源。 [σ]t =190 MPa（取殼體溫度為 50℃ ） S =3800（ 4190） = 查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》 [18]書可知： 取 C2=1mm ； C1=，圓 整后取 S=32mm，考慮到與筒體的更好結(jié)合以及設(shè)備的耐用性取 S=65mm，所以封頭為 DN380065。 （ 7）管子拉脫力的計(jì)算 ① 在操作壓力下，每平方米脹接周邊所產(chǎn)生的力 0/ (3 .1 4 )pq p f d L? ? ? ? 式中： f=（ ） d0錯(cuò)誤 !未找到引用源。 =402（ ） 322= P= L=100mm 表 計(jì)算管子拉脫力的相關(guān)參數(shù) 28 項(xiàng)目 管子 殼體 材質(zhì) 00Cr18Ni5Mo3Si2 13MnNiMoNbR a/(1/℃ ) 106 106 E/MPa 106 106 尺寸 Ф329000 Ф380065 管子數(shù) 6629 管間距 /mm 40 管殼壁溫差 /℃ 10 管子與管壁連接方式 開槽脹接 脹接長度 L=100 5 . 1 4 5 8 1 . 3 5 / ( 3 . 1 4 3 2 1 0 0 ) 0 . 3 0pq M p a? ? ? ? ?錯(cuò)誤 !未找到引用源。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ② 溫差應(yīng)力導(dǎo)致的每平方米 脹接周邊上的拉脫力 ? ?2200( ) / 4t t iq d d d L?? ? ? ? 式中： 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 203 .1 4 ()4tiA d d n? ? ? ? ?2 2 23 . 1 4 3 2 2 7 6 6 2 9 1 5 7 1 9 3 1 . 14 mm? ? ? ? ?錯(cuò)誤 !未找到引用源。 23 . 1 4 3 . 1 4 3 8 0 0 6 5 7 9 5 9 9 0A s D S n m m? ? ? ? ? ? ? ? ?661 7 . 4 2 1 0 0 . 1 8 0 1 0 1 0 / 1 1 5 7 1 9 3 1 . 1 / 7 9 5 9 9 0 1 1t? ?? ? ? ? ? ? ? ? ?221 1 ( 3 2 2 7 ) / 4 3 2 1 0 0 0 . 2 5tq ? ? ? ? ? ?錯(cuò)誤 !未找到引用源。 已知 ,t s t sT T P P??錯(cuò)誤 !未找到引用源。 Tt、 Ts 分別為管壁溫度 和 殼壁溫度； pt 為管程壓力 Mpa； ps 為殼程壓力 MPa，可知 qt 與 qp 的作用力同向，則合拉力 q=[q]錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ，因此，拉脫力在許用范圍內(nèi)。 （ 8）折流板的確定 折流板為弓形 h=3/4Di=3/43800=2850mm，折流板數(shù)為 4，間距取 1518mm 折流板最小厚度為 50mm，材料為 Q235A 鋼。拉桿 Ф12，共 12 根，材 料 Q235AF 鋼；定距管 Ф25。 29 （ 9）管板的確定 管板直徑 3800，厚度 160mm，管板通過焊接在筒體和封頭之間。 （ 10）支座的確定 支座采用裙座，裙座座體厚度為 50mm，基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)徑 3490mm，外徑 3890mm，基地腳螺栓公稱直徑 M30，數(shù)量為 6 個(gè)。 表 合成塔設(shè)計(jì)匯總表 塔件 項(xiàng)目 尺寸 筒體 內(nèi)徑 (mm) 3800 壁厚 (mm) 65 封頭 內(nèi)徑 (mm) 3800 壁厚 (mm) 65 拉桿 尺寸 (mm) Ф32 數(shù)目 12 列管 數(shù)目 6629 管長 9000 折流板 尺寸 (mm) Ф32 數(shù)目 4 高度 (mm) 2850 間距 (mm) 1518 水冷器的工藝設(shè)計(jì) （ 1）傳熱面積的確定 兩股流體的進(jìn)出口溫度為：熱 →40 ℃ 冷 35 ← 20 ℃ 故傳熱推動(dòng)力： ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ?6 0 . 8 3 5 4 0 2 0 / l n 6 0 . 8 3 5 / 4 0 2 0 2 2 . 7 8mT? ? ? ? ? ? ? ? ℃ 總傳熱系數(shù)為 K=（ m2.℃ ） 由公式 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 30 可得 2/ ( ) 1 8 4 4 4 5 0 3 . 0 8 / ( 2 2 . 7 8 8 9 0 . 5 7 ) 9 0 9 . 1 7mA Q K T m? ? ? ? ?錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 2）管子數(shù) n 的確定 設(shè)計(jì)選用 Ф25 的無縫鋼管，材質(zhì) 20 號鋼，管長 6m，由公式 A=， 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 / ( 3 . 1 4 ) 0 9 0 . 1 7 / ( 3 . 1 4 0 . 0 2 6 ) 2 4 1 3n A d l? ? ? ? ?錯(cuò)誤 !未找到引用源。 根，其中安排拉桿需要減少 4 根，實(shí)際管數(shù)為 2409 根。 （ 3）管子的排列方式，管間距的確定 設(shè)計(jì)采用正三角形排列，取管間距為 32a mm? 。 （ 4）殼體直徑的確定 殼體直徑 :錯(cuò)誤 !未找到引用源。 式中： iD 錯(cuò)誤 !未找到引用源 。 —換熱器內(nèi)徑， mm； b—正六角形對角線上的管子數(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=2d0錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ； 所以 ： 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ? ?3 2 2 9 1 2 2 2 5 9 9 6 , 1 0 0 0iiD m m D m m? ? ? ? ? ? ? ?取 （ 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 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ——計(jì)算壓力，取 Pc 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 為 =； Di=1000mm； Ф=；