【正文】 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= kJ/h （4） 塔出口氣體總熱量計算表26 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 氣量 kmol/h 出塔熱量kJ/（） 氣體 CH4 （CH3O）2 C4H9OH C18H18 H2O 合計熱容 氣量 kmol/h 出塔熱量kJ/（） 出塔氣體溫度255℃ Q2== kJ/h（5）全塔熱量損失的確定 全塔熱損失為4%,即Q3=(∑Q1 + ∑Qr)4%=(+)4%= kJ/h（6）沸騰水吸收熱量的確定 由公式(1)可得Q=∑Q1 + ∑Qr －∑ Q2 －∑Q3= kJ/h表27 全塔熱平衡表氣體 氣體顯熱 反應(yīng)熱 損失熱 蒸汽吸收熱 合計入塔氣體kJ/h 出塔氣體kJ/h 入塔氣換熱器的熱量計算（1）入換熱器的被加熱氣體熱量的確定表28 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：（），入口溫度為40℃， = kJ/h（2）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， kJ/h（3）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，（4）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=－=，所以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=－= kJ/h（5） 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 ℃ 水冷器熱量的計算（1）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。（2）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， kJ/h（3）水冷器出口氣體顯熱的確定表29 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： kJ/（）；出口溫度40℃， 出口氣體顯熱== kJ/h（4） 出水冷器的粗甲醇液體熱量的確定表30 粗甲醇中液體組分氣化熱和液體熱容組分 （CH3O）2 C4H9OH C18H18 H2O CH3OH 氣化熱KJ/kg 液體比熱容KJ/(kg.℃) 表31 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 放熱量KJ/h 合計： KJ/h表32 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：粗甲醇中各組分液體顯熱= KJ/（h .℃），粗甲醇溫度40℃， ，Q3==（5） 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 =+－－= KJ/h（6）冷卻水用量的確定 入口冷卻水溫度20℃，出口冷卻水溫度35℃， KJ/(kg.℃) /（（35－20））=流程中并用了兩個相同的水冷器， KJ/h， w 。5 主要設(shè)備的計算和選型［21］（1）傳熱面積的確定傳熱溫差為10℃，（m2.℃）。由公式Q = kA△Tm 得 A = Q/（K△Tm）=（10）=6362㎡（2）催化劑用量的確定 入塔氣空速12000h1，所以。（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）=6362/（9）=8338其中因要安排拉桿需要減少12根，實際管數(shù)為8326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 = = = L = 125mm所以 Di=40（）+2125= 圓整后取為4300 mm（5）合成塔殼體厚度的確定 殼體材料選用13MNiMoNbR鋼，計算壁后的公式為：S=PcDi/（2[σ] tФPc）式中：Pc—— ； Di=4300mm；Ф= [σ]t =190Mpa（取殼體溫度為50℃）S=4300（2190）=取C2=1mm ；C1=1mm，原整后取S=73mm（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4300+273=4446，原整后取4500由封頭厚度計算公式： S=PcDi/（2[σ] ）式中：Pc—— ； Di=4500mm；Ф= [σ] t =190Mpa（取殼體溫度為50℃）S=4500（2190）=取C2=1mm ；C1=1mm，原整后取S=76mm，所以封頭為DN450076。（7）管子拉脫力的計算 a 在操作壓力下，每平方米脹接周邊所產(chǎn)生的力qp=pf/（doL）式中：f=（）do2=402（）322= P=L=100mmδ表33項目管子殼體材質(zhì)ａ/（1/℃）E/MPa尺寸管子數(shù)管間距/mm管殼壁溫差/℃管子與管壁連接方式脹接長度00Cr18Ni5Mo3Si2106106Ф32900083384010開槽脹接L=10013MNiMoNbR106106Ф25430073 qp=（32100）=b 溫差應(yīng)力導(dǎo)致的每平方米脹接周邊上的拉脫力qt qt=σt（d02di2）/（4d0L ）式中：σt=a E（ttts）/（1+At/As）At=（do2di2）n=（322272）8338=As=DSn=430073= mm2σt=10610610/（1+）=qt=（322272）/（432100）=已知 Tt＞Ts，pt＞ps Tt、Ts分別為管壁溫度和殼壁溫度； Mpa；ps為殼程壓力 Mpa，所以可知qt與qp的作用力同向，則合拉力q=＜[q]，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=3/44300=3225mm，折流板數(shù)量為5，間距取1500mm折流板最小厚度為22mm，材料為Q235A鋼。拉桿Ф12，共12根，材料Q235AF鋼；定距管Ф25。（9）管板的確定 管板直徑4300，厚度100mm，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4000mm，外徑4500mm，基地腳螺栓公稱直徑M30，數(shù)量為6個。表34 合成塔設(shè)計匯總表 筒體內(nèi)徑(mm)4300列管數(shù)目8338壁厚(mm)73 管長9000封頭（半球型）半徑(mm)4500 尺寸(mm)Ф32壁厚(mm)76折流板 數(shù)目5拉桿尺寸(mm)Ф32高度(mm)3225數(shù)目12間距(mm)1500［22］（1） 傳熱面積的確定 兩股流體的進出口溫度為：熱 →40℃ 冷 35 ← 20 ℃故傳熱推動力：△Tm = （（－35）－（40－20））/㏑（（－35）/（40－20））=℃總傳熱系數(shù)為K=（m2.℃）由公式Q=AK △Tm 可得 A=Q/（K△Tm）=（）=260 m2 （2）管子數(shù)n的確定 設(shè)計選用Ф25，材質(zhì)20號鋼，管長6m，由公式A=n=A/（）=260/（6）=690根，其中安排拉桿需要減少4根，實際管數(shù)為686根。（3）管子的排列方式，管間距的確定 設(shè)計采用正三角形排列，取管間距為a=32mm 。（4） 殼體直徑的確定 殼體直徑； Di=a（b1）+2L式中：Di——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=2do所以，Di=32（291）+2225=996mm ，取Di=1000mm （5）殼體厚度的計算殼體材料選用20R鋼，計算壁后的公式為：S=PcDi/（2[σ] tФPc）式中：Pc——計算壓力，=； Di=1000mm；Ф=[σ]t =132Mpa（取殼體溫度為50℃）S=1000（2132）=取 C2=1mm ；C1=1mm，原整后取S=28mm（6）換熱器封頭的確定 上下封頭均采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，封頭為DN100028。材料選用20 R鋼。（7） 容器法蘭的選擇 材料選用16MnR鋼，跟據(jù)JB47032000標(biāo)準(zhǔn)，DN1000mm的長頸對焊法蘭。（8）管子拉脫力的計算 a 在操作壓力下，每平方米脹接周邊所產(chǎn)生的力qp=pf/（doL）式中：f=（）d02=322（）252=396 P=L=50表35項目管子殼體材質(zhì)ａ/（1/℃）E/MPa尺寸管子數(shù)管間距/mm管殼壁溫差/℃管子與管壁連接方式脹接長度20鋼106106Ф2560006903218開槽脹接L=5020R鋼106106Ф70020 qp=396/（2550）=b 溫差應(yīng)力導(dǎo)致的每平方米脹接周邊上的拉脫力qt qt=σt（do2di2）/（4doL ）式中：σt=a E（ttts）/（1+At/As）At=（do2di2）n=（252202）690=As=DSn=100020=62800 mm2σt=10610618/（1+）=qt=（252202）/（42550）=已知 Tt＞Ts，pt＞ps Tt、Ts分別為管壁溫度和殼壁溫度； Mpa； Mpa，所以可知qt與qp的作用力同向，則合拉力q=＜[q] =因此，拉脫力在許用范圍內(nèi)。（9）折流板的設(shè)計。 折流板為弓形，h=3/41000=750mm，折流板間距取400mm；最小厚度為10mm。材料為Q235A鋼；拉桿選用Ф12，共四根，材料為Q235AF鋼。（10）開空補強 換熱器封頭和殼體上的接管都需要