【導(dǎo)讀】年產(chǎn)24萬噸甲醇合成工藝設(shè)計

　　

【正文】 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?。其特點為 ① 床層溫度平穩(wěn) ② 能準(zhǔn)確，靈敏的控制反應(yīng)溫度 ③ 以較高位能回收反應(yīng)熱 ④ 出口甲醇含量較高 ⑤ 設(shè)備緊湊，開工方便 ⑥ 可避免石蠟等副產(chǎn)物生成 ⑦ 避免羰基化合物生成 ⑧ 壓降小，所需外部能量少 傳熱面積的確定 4Mpa 時水蒸汽的溫度為 250℃，即視為殼程出塔溫度，即殼程水的定性溫度為 T1?2 20250? ?135℃ 管程混合物為 T22220250?? ?235℃ 平均傳熱溫差為 22025020250ln )220250()20250(TTln2121 ??????? ????? TTT M ℃ (3 13) 傳熱量 Q 傳 = kJ/h 合成塔內(nèi)總傳熱系數(shù)取 K=2800W/m2.℃ 1 傳熱面積為 A= ???? MTKQ 傳m2 (314) 傳熱管數(shù)的確定 傳熱管選用Ф 32 ，長度 10000mm的鋼管，材質(zhì)為 00Cr18Ni5Mo3Si2 鋼。 由公式 A = d L n (315) 得 n = A/（ d L） =（ 10 ） = ?655（根） 傳熱管 按正三角形 排列，管子總根數(shù)應(yīng)選為 721 根，六角形的層數(shù)為 14 層，對角線上的管數(shù)為 29 根 [8]。 因需要安排拉桿 12 根，實際管數(shù)為 709 根。 合成塔殼體內(nèi)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（ 倍換熱管外徑），殼體直徑： Di=ai（ b1） +2L (316) 式中 b 為位于管對角線上的管數(shù) 即 b=29 (根 ) L 為管束中心線上的最外層管至殼體內(nèi)壁的距離，此處取 L=32mm ai 為管的中心距，即 ai=a+32=72mm 則 Di=72（ 291） +2 32=2080mm 圓整后取 2200mm 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： δ =PcDi/（ 2[σ ] tФ Pc） (317) 式中： Pc—— 4 = ； Di=2200mm； Ф = [σ ]t =190Mpa δ =2200 （ 2 190 ） = 取 C2=1mm ； C1=1mm 圓整后取 δ =34mm 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)徑取為 2200mm 由封頭厚度計算公式： δ =PcDi/（ 2[σ ] tФ ） (318) 式中： Pc—— = ； Di=2200mm； Ф = [σ ] t =190Mpa δ =2200 （ 2 190 ） = 取 C2=1mm ； C1=1mm 圓整后取 δ =42mm 折流板的確定 折流板為弓形 h=3/4Di (319) =3/4 2200 =1650mm 折流板數(shù)量為 4，間距取 20xxmm，折流板厚度為 24mm，材料為 Q235A 鋼 管板的確定 管板直徑 2200，厚度 50mm，管板通過焊接在筒體和封頭之間。 定距管的確定 定距管選用Ф 35 7 的鋼管，材質(zhì)為 00Cr18Ni5Mo3Si2 鋼。 支座的確定 依據(jù) JB/T 472592 支座選用 A 型耳式支座，裙座高度 600，基地腳螺栓 公稱直徑 M30，數(shù)量為 36 個。 合成塔設(shè)計匯總見表 名 稱 規(guī) 格 換熱面積 /m2 傳熱管 Ф32 00Cr18Ni5Mo3Si2 鋼 709 跟 筒體 Ф 2200 34 13MNiMoNbR 鋼 半球形封頭 Ф 2200 42 13MNiMoNbR 鋼 折流板 δ =4mm Q235A 鋼 4 塊 管板 Ф2200 50 Q235A 鋼 定距管 Ф 35 7 00Cr18Ni5Mo3Si2 鋼 支座 A 型耳式支座 結(jié) 論 甲醇 是一種極重要的有機化工原料，也是一種燃料，是碳一化學(xué)的基礎(chǔ)產(chǎn)品，在國民經(jīng)濟中占有十分重要的地位。近年來，隨著甲醇下屬產(chǎn)品的開發(fā)，特別是甲醇燃料的推廣應(yīng)用，甲醇的需求大幅度上升。為了滿足經(jīng)濟發(fā)展對甲醇的需求，開展了此 24 萬 t/a 的甲醇項目。本設(shè)計介紹了甲醇生產(chǎn)方法中的木材干餾法，液相法和氣相法中的高、中、低壓法，從國內(nèi)外現(xiàn)狀考慮，本設(shè)計采用氣相低壓法。 本設(shè)計采用德國 lurgi 公司的甲醇合成工藝，合成塔選用該工藝中管殼式合成塔，對合成工段進行了工藝計算，包括物料衡算及能量衡算；設(shè)備計算包括對合成塔設(shè)備選型及指 標(biāo)計算。 Lurgi 低壓法甲醇合成工藝的特點在于 較低壓力和較低溫度下合成甲醇，可以降低對設(shè)備的要求，簡化壓縮系統(tǒng)，節(jié)省動力消耗，可以節(jié)省投資和降低生產(chǎn)成本。催化劑床層溫差較小、單程轉(zhuǎn)化率較高（可達 50%）、催化劑使用壽命較長（ 4 年～ 5 年 ）、熱能利用合理、設(shè)備緊湊，開停車方便，合成反應(yīng)過程中副反應(yīng)少，甲醇質(zhì)量高，并副產(chǎn)中壓蒸汽。 在合成塔的物料衡算中，消耗 ，生成 ，進塔新鮮氣量 ，循環(huán)氣量 ，入塔氣量 ，出塔氣量 ，醇后氣氣量 ；能量衡算中，入塔氣總熱量，出塔氣總熱量 ，反應(yīng)熱 210847840 kJ，熱損失 kJ，總傳熱量 kJ，副產(chǎn) m3 中壓蒸汽；合成塔選用管殼式反應(yīng)器，管外是 4MPa 的沸水，管內(nèi)是 合成氣，設(shè)計壓力取操作壓力的 倍，計算得塔體直徑 2200mm，壁厚 34mm，采用半球形封頭，壁厚 42mm。 由于時間短、工藝復(fù)雜，加上首次進行這樣的大型設(shè)計，經(jīng)驗不足且水平有限，在本次設(shè)計中，缺點、錯誤在所難免，敬請各位老師指正。 參考文獻 [1] 馮元琦 , 李關(guān)云 .甲醇生產(chǎn)操作問答 ,第二版 [M].北京 :化學(xué)工業(yè)出版社 ,20xx. 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