【導(dǎo)讀】年產(chǎn)15萬噸甲醇合成工藝設(shè)計(jì)

　　

【正文】 據(jù)年產(chǎn) 24萬噸／年甲醇， 甲醇合成工段甲醇合成塔出塔氣中， 甲醇質(zhì)量流量為(按甲醇回收率為 90％計(jì) )： 甲醇的質(zhì)量流量 = 1000150000 ?? ? =甲醇的摩爾流量 = =因反應(yīng)器出口中含甲醇 ％左右 ,又由理想氣體狀態(tài)方程 ,5MPa,225℃ 時(shí) PRTnvm? m ol/ )( m L?? ???? 混合氣體積流量 h/??? （ 2）甲醇合成 氣熱量流量 甲醇合成反應(yīng)熱與溫度關(guān)系式為： ?rQ = 一 — + 310? T 一 112926 310? 3T 其中， T為絕對(duì)溫度， K在 275℃ 時(shí)， Q= 98648． 3 J／ mol， 甲醇合成過程中其單位時(shí)間產(chǎn)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(jì)算 取殼程流體的出口氣化率 eX =0． 024，計(jì)算循環(huán)水流量 q ： 23 e0 ??? 0 2 9 9 9 0 1 2 40 2 8 8 5 5 1 3 2 2 7 2 0q 3 ?? ?? h/ 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(nèi)的總傳熱系數(shù)取為289W/( Cm??2 ) 由公式 Q=KA mt? 得 A=mtKQ? = 3 6 0 0302 8 9 .7 8 1 0 0 066 4 1 5 6 1 4 5 .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(shè)備參數(shù)計(jì)算 傳熱管數(shù)的確定 傳熱管選用 ?? ，長(zhǎng)度 9000mm 的雙相不銹鋼換熱鋼管，材質(zhì)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(nèi)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(jì)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(zhì)選用和筒體相同。封頭內(nèi)徑為 2500+2? 43= 2586mm,圓整后取 2600mm,由封頭厚度計(jì)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(jì)算 在操作壓力下，每平方米脹接周邊所產(chǎn)生的力 Ldopfqp ??? 式中： f= 2a do?? =? 22 ?? = P= L=100mm 則 pq = ??? = 溫差應(yīng)力導(dǎo)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( 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(nèi)。 26 表 設(shè)備的參數(shù) 項(xiàng)目 管子 殼體 材質(zhì) 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(jìn)出口接管取接管內(nèi)鍋爐水流速為 s/ ?? 接管內(nèi)徑 D1 =14??V D1 = m2 0 7 6 8125 1 54???? 取 D1 =200mm，管程流體進(jìn)出口接管取接管內(nèi)流速為 s/m172 ?? ，接管內(nèi)徑 D2為 4 6 3 6 0 0 0 3 7 842 ????D 取管程接管內(nèi)徑為 500mm。 塔體工藝設(shè)計(jì)參數(shù)驗(yàn)算 熱流量核算 27 （ 1）傳熱系數(shù)計(jì)算 管外沸騰數(shù) 0? =535C FGCGLLSLLLPLS d)p g( ??? ）（）（ ???? ? =( K?2m ) 管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) iii red0 2 PR??? qm =， G=（ m2 s ），雷諾系數(shù) Re 按下式計(jì)算 6200Re ?? liGd? ??? ? iipir CP ?? )/( 5 8 2 KmWi ??? 總傳熱系數(shù) Kc 按以下公式計(jì)算 mwOioOC AAAARRAAK ????????????????????????? i0ioi11 Kc =(m2 .℃ ) 傳熱面積核算 需要傳熱面積 Ac =mt??CK? Ac = 3 ??? 實(shí)際傳熱面積 A實(shí) = 面積裕度 H=(A實(shí) Ac )/Ac H=()/=30％ 所以換熱面積合適。 28 表 合成塔設(shè)計(jì)匯總表 筒體 內(nèi)徑（ mm） 2500 列管 數(shù)目 2687 厚壁（ mm） 23 管長(zhǎng) 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(jié) 論 通過了解 國內(nèi)外制取甲醇的生產(chǎn)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)， 以及 國內(nèi)外制甲醇的生產(chǎn)方法，并 將其 進(jìn)行對(duì)比、分析。 最終 本次設(shè)計(jì)選用氣相低壓法合成甲醇， 重點(diǎn)說明了低壓法生產(chǎn)甲醇的優(yōu)化工藝過程，此工藝工藝特點(diǎn)： ，設(shè)備投資低，設(shè)備易維護(hù) 。 低壓法為生產(chǎn)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(chǎn)成本等方面具有顯著的優(yōu)越性。 對(duì)該工藝過程進(jìn)行了全工藝的物料衡算和熱量衡算，同時(shí)進(jìn)行了主體反應(yīng)設(shè)備的計(jì)算與選型。主要設(shè)計(jì)結(jié)果有以下幾個(gè)方面： ， 粗甲醇中甲醇含量 %， 年產(chǎn)甲醇15 萬噸時(shí)，每年以 300 個(gè)工作日計(jì)算，需時(shí)產(chǎn)粗甲醇 。 ，可知甲醇合成塔中放熱量為 。 合成塔的設(shè)計(jì)選型， 采用管殼式反應(yīng)器 ，在塔內(nèi)列管中裝填催化劑，管間為沸騰水，原料氣進(jìn)入塔內(nèi)列管中發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)。 進(jìn)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(shè)計(jì)基本滿足要求，需經(jīng)過進(jìn)一步的完善才能用于生產(chǎn)。 30 參考文獻(xiàn) [1] 沈佩芝 雷玉萍 甲醇市場(chǎng)狀況及科技開發(fā)進(jìn)展 [J] 化工進(jìn)展 2020 [2] 張子鋒 張凡軍甲醇生產(chǎn)技術(shù) [M] 北京化學(xué)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(shù) 2020 [4] 段至誠 赫文秀 甲醇的生產(chǎn)工藝及發(fā)展現(xiàn)狀 [J] 內(nèi)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(jìn)展 [期刊論文 ] [J]； 2020(2). 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