【正文】 最后再一次感謝所有在設(shè)計(jì)中曾經(jīng)幫助過(guò)我的良師益友和同學(xué) 。 其次，我要感謝幫助過(guò)我的同學(xué)，他們也為我解決了不少我不太明白的設(shè)計(jì)商的難題。 首先我要感謝我的老師在課程設(shè)計(jì)上給予我的指導(dǎo)、提供給我的支持和幫助，這是我能順利完成這次報(bào)告的主要原因，更重要的是老師幫我解決了許多技術(shù)上的難題，讓我能把系統(tǒng)做得更 加完善。 在編寫的過(guò)程中我對(duì)本設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)作了多次修改，但限于時(shí)間和水平，紕漏在所難免，懇請(qǐng)老師們指正。既符合環(huán)保要求，還降低了生產(chǎn)綜合成本。 XNC98 催化劑是一種高活性、高選擇性，穩(wěn)定性好的催化劑，與其他催化劑相比， 具有優(yōu)越的綜合性能 。 （ 2）在合成工段的物料衡算和熱量衡算上，從實(shí)際出發(fā)采用了合理的設(shè)計(jì)條件和參 數(shù)，經(jīng)過(guò)精準(zhǔn)計(jì)算，對(duì)主要設(shè)備都有了初步的選型和設(shè)計(jì)，達(dá)到了設(shè)計(jì)任務(wù)的要求。 同時(shí)，本設(shè)計(jì)在應(yīng)用傳統(tǒng)工藝的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了一定的改進(jìn)和創(chuàng)新： （ 1） 煤氣化工藝選用 GSP 工藝技術(shù) ， 其兼有 shell 和 Texaco 的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，代表著未來(lái)氣流床加壓氣化技術(shù)的發(fā)展方向。本次設(shè)計(jì)按照指 定設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)來(lái)編寫，工藝先進(jìn)可行，節(jié)能環(huán)保，具有一定的成本優(yōu)勢(shì)。 支座 支座采用裙座，裙座座體厚度為 50mm，基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)徑 2200mm，外徑 2400mm，基地腳螺栓公稱直徑 M30，數(shù)量為 6 個(gè)。拉桿 Ф12，共 12 根，材料 Q235A鋼；定距管 Ф25。 管子拉脫力 （１）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 51 合成塔技術(shù)特性表 [18] 項(xiàng)目 管子 殼體 材質(zhì) 00Cr18Ni5Mo3Si2 18MnMoNbR E/MPa 106 106 尺寸 Ф329000 Ф202035 管子數(shù) 1549 管間距 /mm 40 管殼壁溫差 /℃ 20 管子與管壁連接方式 開(kāi)槽脹接 脹接長(zhǎng)度 L=100 qp=（ 32100） = （２）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） 1549= As=DSn=20203 5=219800 mm2 σt=10610610/（ 1+） = qt=（ 322272） /（ 432100） = MPa 已知 Tt＞ Ts （ Tt、 Ts 分別為管壁溫度和殼壁溫度）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) [19]。封頭內(nèi)徑 2020mm。 合成塔殼體直徑 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： ? ?12D a b L? ? ? ? 式中： a = 40 b= 5 4 ???? n L = 125mm 所以， D= 1 9 4 21 2 52)(40 ????? mm ，取 D=2020 mm 合成塔殼體厚度 殼體材料選用 18MnMoNbR 鋼 (GB6654)，計(jì)算壁后的公式為： S=PcDi/（ 2「 σ」 tФPc） 式中： Pc—5MPa ； Di=2020mm； Ф= [σ]250=190Mpa（取殼體溫度為 250℃ ） S=20205/（ 2190） = 取 C2=2mm ； C1=，原整后取 S=35mm。 傳熱管選用 Ф32，長(zhǎng)度 9000mm 的鋼管，標(biāo)準(zhǔn) GB4237，鋼號(hào)為00Cr18Ni5Mo3Si2。 可得： Q 熱損失 =( Q 入 ＋ Q 反反 )5%=(+)5% =（５）沸騰水吸收熱量的確定 Q 傳 = Q 入 ＋ Q 反應(yīng) － Q 出 － Q 熱損失 = ＋ － － =又： Q 傳 =G 熱水 r 熱水 查《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》得， 4MPa 下水的氣化潛熱為 ，即，水蒸氣密度為 所以： G 熱水 = = kg/h 時(shí)產(chǎn)蒸氣： = 太原理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院《化工設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 21 入塔氣換熱器的熱量計(jì)算 （１）入換熱器的被加熱氣體熱量 表 418 入換熱器被加熱氣體各組分熱容和顯熱統(tǒng)計(jì)表 組分 CO CO2 H2 N2 CH4 Ar CH3OH 合計(jì) 流量： Nm3/h 比熱：kJ/kmol℃ 熱量： kJ/h℃ 入換熱器的被加熱氣體熱量 C1=（ h.℃ ），溫度為 40℃ ，可得： Q 入 =40=（２）出換熱器的被加熱氣體熱量 出換熱器的被加熱氣體顯熱與入合成塔氣體的顯熱相等，可得： Q 出 =（３）入換熱器的熱氣體熱量 入換熱器的加熱氣體顯熱與出合成塔氣體的顯熱相等，可得： Q’入 =（４）出換熱器的熱氣體熱量 熱損失以 5%計(jì)，故： Q 損 =Q 出 5%=被加熱氣體吸收的熱量： Q 吸 = Q 出 － Q 入 ＋ Q 損 =－ ＋ =出換熱器的加熱氣體顯熱量： Q’出 = Q’入 － Q 吸 =－ = kJ/h （５）出換熱器的加熱氣體的溫度 假設(shè)出換熱器的熱氣體各組分熱容與出合成塔時(shí)相同，則： C2= + = kJ/℃ 太原理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院《化工設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 22 出口溫度為： =℃ 水冷器熱量的計(jì)算 （１）水冷器入口氣體顯熱 水冷器入口氣體的顯熱 與 入塔氣換熱器出口加熱氣體的顯熱相等，可得： Q 入 =（２）水冷器出口氣體顯熱 表 419 入水冷器被冷卻氣體各組分熱容和顯熱統(tǒng)計(jì)表 組分 CO CO2 H2 N2 比熱 kJ/kmol℃ 流量 m3/h 21261 熱量 kJ/h℃ 組分 CH4 Ar CH3OH 合計(jì) 比熱 kJ/kmol℃ 流量 m3/h 熱量 kJ/h℃ 水冷器出口氣體顯熱 C3= kJ/（ ）；出口溫度 40℃ ， Q 出 =40=12813843kJ/h （３）出水冷器的粗甲醇液體熱量 表 420 出水 冷器被冷卻氣體各組分熱容和顯熱統(tǒng)計(jì)表 氣體 CH3OH (CH3)2O C4H9OH H2O 合計(jì) 氣體流量 m3/h 液體質(zhì)量 kg/h 汽化熱 kJ/kg 冷凝放熱量 kJ/h 液體比熱容 kJ/kg℃ 液體顯熱 kJ/h.℃ 太原理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院《化工設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 23 粗甲醇中各組分液體顯熱 C4=（ h .℃ ），粗甲醇溫度 40℃ Q 顯 =40=（４）水冷器冷卻水吸熱 由水冷器熱平衡方程可得： Q 吸 = Q 入 +Q 放 － Q 顯 － Q 出 ，故： Q 吸 =+－ － 12813843 Q 吸 =（５）冷卻水用量 假設(shè)入口冷卻水溫度 20℃ ，出口冷卻水溫度 35℃ ，平均比熱容 kJ/(kg.℃ ) 故冷卻水用量： Q=（（ 35－ 20） ） = 第五章 主要設(shè)備的計(jì)算和選型 甲醇合成塔的設(shè)計(jì)選型 傳熱面積 傳熱溫差為 20℃ ，傳熱量為 ，合成塔內(nèi)的總傳熱系數(shù)取為（ m2.℃ ）。 所以： Q 入 = +220 = （２）出塔氣熱量計(jì)算 出塔氣（除 CH3OH）熱容見(jiàn)下表： 表 416 5MPa， 250℃ 下出塔氣除 (CH3OH)熱容表 組分 CO CO2 H2 N2 Ar 流量： m3/h 21261 比熱： kJ/kmol℃ 熱量： kJ/h℃ 組分 CH4 C4H9OH (CH3)2O H2O 合計(jì) 流量： m3/h 比熱： kJ/kmol℃ / 熱量： kJ/h℃ 查得 250℃ 時(shí)甲醇的焓值為 ，流量為 。 由弛放氣的組成可得出下表： 表 48 弛放氣組成 氣體 CH3OH H2 CO CO2 N2 Ar CH4 組成 % % % % % % % 氣量 m3/h 表 49 新鮮氣組成表 氣體 H2 CO CO2 N2 Ar CH4 組成 % % % % % % 氣量 m3/h （４）循環(huán)氣氣量的確定 G 出塔 =G 新鮮氣 +G 循環(huán)氣 +G 生成 － G 消耗 即： G 出塔 =G 循環(huán) ++－ = G 4+ 測(cè)得：已知出塔氣中甲醇含量為 %，有： 太原理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院《化工設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 17 （ G 循環(huán)氣 %+++） / G 出塔 = 解得： G 循環(huán)氣 =； G 出塔 = 表 410 循環(huán)氣組成表 （５）入塔氣和出塔氣組成的確定 G 入塔 = G 循環(huán)氣 +G 新鮮氣 =+ = m3/h 表 411 甲醇生產(chǎn)入塔氣流量及組成 組分 CO CO2 H2 N2 CH4 Ar CH3OH 合計(jì) 流量：Nm3/h 組成(V)% 100 又由 G 出塔 = G 入塔 G 消耗 ＋ G 生成 ，得： 表 412 出 塔氣組成表 氣體 H 2 CO CO2 N2 Ar CH3OH 組成 % 氣量 m3/h 氣體 CH4 (CH3)2O C4H9OH H2O 合計(jì) 組成 % 10－ 4 100 氣量 m3/h 氣體 CH3OH H 2 CO CO2 N2 Ar CH4 組成 % % % % % % % 氣量 m3/h 太原理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院《化工設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 18 （６）甲醇分離器出口氣 體組成確定 分離器出口氣體組分 =循環(huán)氣氣體組分 +弛放氣氣體組分；則分離器出口氣體中 CO氣量 =循環(huán)氣中 CO+弛放氣中 CO；由此可算的其他氣體的氣量： 表 413 分離器出口氣體組成表 組分 CH3OH H2 CO CO2 N2 Ar CH4 出氣 組成 (V)% 分離器出口液體組分 =出塔氣氣體組分－出口氣氣體組 分 表 414 分離器出口液體組成表 氣體 CH3OH (CH3)2O C4H9OH H2O 合計(jì) 氣體 m3/h 質(zhì)量 kg/h 組成 % 100 甲醇合成主要設(shè)備熱量衡算 合成塔熱量計(jì)算 已知：合成塔入塔氣為 220℃ ，出塔氣為 250℃ ，熱損失以 5%計(jì)。 忽略原料氣帶入份，根據(jù)反應(yīng)（２）、（３）、（４）得反應(yīng)（５）生成的水的量為： ? =，即在 CO 逆變換中生成的 H2O 為，即 m3/h。 太原理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院《化工設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 12 第四章 工藝計(jì)算 合成工段物料衡算 設(shè)計(jì)條件及參數(shù) 已知：年產(chǎn) 10 萬(wàn)噸精甲醇，每年以（ 330）個(gè)工作日計(jì)。 合格的鍋爐給水來(lái)自變換裝置；循環(huán)冷卻水 來(lái)自界區(qū)外部。 從甲醇分離器（ V7002）出來(lái)的循環(huán)氣在加壓前排放一部分弛放氣，以保持整個(gè)循環(huán)回路惰性氣體恒定。分離出的粗甲醇進(jìn)入甲醇膨脹槽（ V7003），被減壓至 后送至精餾裝置。副產(chǎn)蒸汽確保了甲醇合成塔內(nèi)反應(yīng)趨于恒定，且反應(yīng)溫度也可通過(guò)副產(chǎn)蒸汽的壓力來(lái)調(diào)節(jié)。 第三章 工藝流程 來(lái)自脫碳裝置的新鮮氣（ 40℃ ，