【正文】 02975 . 0 7 . 0 0012 . 0 68 . 21 0442 . 0 0442 . 0 5 2 5 2    w n h ow l h L h m 則出口堰高h(yuǎn) w 為： 003525 . 0 02975 . 0 065 . 0      OW L w h h h m ③弓形降液管寬度W d ： 因?yàn)?l w /D=,所以可以從弓形降液管的寬度與面積圖中讀出 A f /A T ≈,W d /D ≈； 沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 設(shè)備計(jì)算 42 則： m W d 15 . 0 1 15 . 0    07069 . 0 4 . 1 09 . 0 4 09 . 0 2 2     D A f m 2 ④降液管底隙高度 02925 . 0 006 . 0 03525 . 0 006 . 0 0      W h h m ⑤降液管底隙流速： 2942 . 0 02925 . 0 7 . 0 3600 68 . 21 3600 39。 （2）塔高 取總板效率為70%,則總實(shí)際板數(shù)為：48247。根據(jù)公式 2 . 0 20 ) 20 (  C C  計(jì)算得出C ，則最大允許氣速： m/s max    V V L C u   ，則適宜空塔速度為：      u u 塔徑 m 3600 785 . 0 785 . 0 4     u V u V D S s  按標(biāo)準(zhǔn)塔徑尺寸圓整，取D=1m，則 塔截面積 1 4 4 2 2      D A T m 2 沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 設(shè)備計(jì)算 41 實(shí)際空塔速度 3600   T s A V u m/s 安全系數(shù)： max   u u 。 欲求出塔徑應(yīng)先計(jì)算出適宜空塔速度。 3．進(jìn)料板位置的靈敏度分析 （1）進(jìn)料板位置的靈敏度分析的Aspen 模擬結(jié)果數(shù)據(jù)表 進(jìn)料位置的模擬數(shù)據(jù)一覽表 進(jìn)料位置 塔底C 2 H 4 O 2 的含量 塔頂CH 4 O 的含量 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 設(shè)備計(jì)算 39 （2） 進(jìn)料位置的Aspen 模擬結(jié)果數(shù)據(jù)示意圖 圖415 進(jìn)料板位置靈敏度分析示意圖 由以上的數(shù)據(jù)和示意圖可以得到，進(jìn)料板位置范圍為 3~10，綜合考慮去年產(chǎn) 8 萬(wàn)噸甲醇的合成所用的進(jìn)料位置為第10 塊板。管子選用正三角排列 沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 設(shè)備計(jì)算 34 73078 . 36 1115 1 . 1 1 . 1      n n c b=?0?6d 0 =?0?= m     m b n t D c 20588 . 1 03125 . 0 2 1 73078 . 36 032 . 0 2 1          故圓整：D= m 5．設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表 換熱器E302 的設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表 換熱器形式：管殼式換熱器 換熱面積/m 2 ：530 工藝參數(shù) 名稱 管程 殼程 物料名稱 碳?xì)浠旌衔?水 操作壓力/Pa 操作溫度/℃ 120 27 流量/kmol/h 6841 35000 流體密度/kg/m 3 傳熱量/Watt 總傳熱系數(shù)/W/m 2 ?0?5K 程數(shù) 1 1 推薦使用材料 碳素鋼、16MnR 16MnR 管子規(guī)格 Φ25 管間距/mm 32 折流板間距/m 殼體內(nèi)徑/mm 1200 精餾塔塔T401 精餾塔的設(shè)計(jì)依據(jù) 1．精餾塔設(shè)計(jì)依據(jù) 利用 Aspen plus 在原有的設(shè)計(jì)流程的基礎(chǔ)上對(duì)甲醇合成的精餾塔的設(shè)計(jì)和靈敏度的分析 2．精餾塔設(shè)計(jì)的物性數(shù)據(jù) 進(jìn)入反應(yīng)器R301 的物料數(shù)據(jù)表 序 號(hào) 組分 分子式 分子量 常壓 沸點(diǎn)℃ 組分 摩 爾 分率 溫度 ℃ 壓力 MPa 1 氮?dú)?N 2 2 氬氣 Ar 3 一氧化碳 CO 4 甲烷 CH 4 5 甲醇 CH 4 O 6 乙醇 C 2 H 6 O 7 二氧化碳 CO 2 8 甲酸甲酯 C 2 H 4 O 2 9 氫氣 H 2 10 水 H 2 O 100 沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 設(shè)備計(jì)算 35 精餾塔的設(shè)計(jì)的Aspen 的模擬流程圖 E401 13 14 T401 15 16 圖411 精餾塔T401 的ASPEN 模擬流程圖 精餾塔T401 的設(shè)計(jì)和靈敏度的分析 1．回流比的靈敏度分析 （1）回流比的靈敏度分析的Aspen 模擬結(jié)果數(shù)據(jù)表 回流比靈敏度分析一覽表 回流比 塔底C 2 H 4 O 2 的含量 塔頂CH 4 O 的含量 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 （2）回流比的靈敏度分析Aspen 模擬結(jié)果圖 沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 設(shè)備計(jì)算 36 圖412 回流比靈敏度分析示意圖 由以上的數(shù)據(jù)和示意圖可以得到回流比的取值范圍為15~30，綜合塔的設(shè)備和回流負(fù)載量等各個(gè)方面，最后得到年產(chǎn)8 萬(wàn)噸甲醇的合成塔所用的模擬回流比為16. 2．塔板數(shù)的靈敏度分析。這里取H T =600mm 折流板數(shù) 個(gè) 10 600 6000    T H l n （3）殼體的直徑   b n t D c 2 1 39。 4．換熱器其他參數(shù)的確定 （1）管子的間距p t 倍左右。   K K 。 模擬結(jié)果初選固定管板式換熱器規(guī)格尺寸 項(xiàng)目 數(shù)值 項(xiàng)目 數(shù)值 殼 徑 D/mm 1200 管 子 尺 寸/mm Φ25 管 程 數(shù) p N 1 管 長(zhǎng)L/m 6 管子總數(shù) n 1115 管子排列方法 正三角形排列 得出實(shí)際換熱面積 S=  dL n 2 165 . 525 6 025 . 0 14 . 3 1115 m     由以上數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)格法模擬，并校核。 換熱器E302 1．換熱器E302 的物性數(shù)據(jù) 換熱器的熱物料的物性數(shù)據(jù) 序 號(hào) 組分 分子式 分子量 常壓沸點(diǎn)℃ 摩爾流量 kmol/hr 摩爾分率 1 一氧化碳 CO 2 二氧化碳 CO 2 3 氫氣 H 2 4 甲烷 CH 4 5 氮?dú)?N 2 6 氬氣 Ar 7 甲醇 CH 4 O 8 水 H 2 O 100 9 乙醇 C 2 H 6 O 10 甲酸甲酯 C 2 H 4 O 2 所選用的冷物料為H2O，摩爾流量為35000kmol/hr。管程和殼程分別通過(guò)兩不同溫度的流體時(shí)，溫度較高的流體通過(guò)換熱管壁將熱量傳遞給溫度較低的流體，溫度較高的流體被冷卻，溫度較低的流體被加熱，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)兩流體換熱工藝目的。管箱和殼體主要決定管殼式換熱器的承壓能力及操作運(yùn)行的安全可靠性。管束是管殼式換熱器的核心，其中換熱管作為導(dǎo)熱元件，決定換熱器的熱力性能。它包括:固定管板式換熱器、 U 型管殼式換熱器、帶膨脹節(jié)式換熱器、浮頭式換熱器、分段式換熱器、套管式換熱器等。 5．換熱器的種類 換熱器的種類繁多，以管殼式換熱器為例，按其管板和殼體的組合結(jié)構(gòu)，分成固定管板式、U 型管式、浮頭式、插管式等，此次設(shè)計(jì)用的換熱器式固定管板式換熱器。換熱器在化工生產(chǎn)中，有時(shí)作為一個(gè)單獨(dú)的化工設(shè)備，有時(shí)作為某一工藝設(shè)備的組成部分，因此換熱器在化工生產(chǎn)中應(yīng)用是十分廣泛的。換熱器就是用來(lái)進(jìn)行這些熱傳遞過(guò)程的設(shè)備，通過(guò)這種設(shè)備，以便使熱量從溫度較高的流體傳遞到溫度較低的流體，以滿足工藝上的需要。這種設(shè)備統(tǒng)稱為換熱器。熱輻射的特點(diǎn)是：不僅有能量的傳遞，而且還有能量的轉(zhuǎn)移。 此外，流體流過(guò)固體表面時(shí)發(fā)生的對(duì)流和熱傳導(dǎo)聯(lián)合作用的傳熱過(guò)程，即是熱由流體傳到固體表面（或反之）的過(guò)程，通常稱為對(duì)流傳熱。 （2）熱對(duì)流（簡(jiǎn)稱對(duì)流） 流體各部分之間發(fā)生相對(duì)位移所引起的熱傳遞過(guò)程稱為熱對(duì)流。 3．傳熱的基本方式 根據(jù)載熱介質(zhì)的不同，熱傳遞有三種基本方式： （1）.熱傳導(dǎo)（又稱導(dǎo)熱） 物體各部分之間不發(fā)生相對(duì)位移，僅借分子、原子和自由電子等微觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)而引起的熱量傳遞稱為熱傳導(dǎo)。 應(yīng)予指出，熱力學(xué)和傳熱學(xué)既有區(qū)別又有聯(lián)系。此外，化工設(shè)備的保溫，生產(chǎn)過(guò)程中熱能的合理利用以及廢熱的回收利用等都涉及到傳熱的問(wèn)題，由此可見；傳熱過(guò)程普遍的存在于化工生產(chǎn)中，且具有極其重要的作用。 2．化學(xué)工業(yè)與熱傳遞的關(guān)系 化學(xué)工業(yè)與傳熱的關(guān)系密切。C) 壓力(MPa) 序號(hào) 組分 摩爾 質(zhì)量 摩爾 質(zhì)量 流 量 (kmol/s) 分率 流量 (kg/s) 分率 流 量 (kmol/s) 分率 流量 (kg/s) 分率 1 CO 2 CO 2 3 H 2 4 CH 4 5 N 2 6 AR 7 CH 4 O 8 H 2 O 9 C 2 H 6 O 1 0 C 2 H 6 O 2 總計(jì) 1 6 1 1 1 沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 設(shè)備計(jì)算 28 換熱器的設(shè)計(jì) 換熱器設(shè)計(jì)概述 1．熱量傳遞的概念 熱量傳遞是指由于溫度差引起的能量轉(zhuǎn)移，簡(jiǎn)稱傳熱。 設(shè)計(jì)高度取13m。 6．溫度、熱負(fù)荷隨管長(zhǎng)變化圖 圖45 溫度、熱負(fù)荷隨管長(zhǎng)變化圖 沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 設(shè)備計(jì)算 27 由上圖可以看出，℃，在反應(yīng)器催化劑的溫度范圍（230～285℃）內(nèi)。 4．催化劑的使用條件 根據(jù)5300 根9m長(zhǎng)的反應(yīng)管條件,設(shè)計(jì)催化劑(C 301 )的顆粒密度為1500kg/m 3 , 則添裝質(zhì)量約為42000kg。 2．管長(zhǎng)的靈敏度分析 管長(zhǎng)的靈敏度分析一覽表 管長(zhǎng) CO 轉(zhuǎn)化率 CO2 轉(zhuǎn)化率 出口CH3OH 含率 8 9 10 11 12 13 14 15 沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 設(shè)備計(jì)算 25 管長(zhǎng) m 0 . 0 7 0 . 0 8 0 . 0 9 0 . 1 0 . 1 1 0 . 1 2 0 . 1 3 0 . 0 4 0 . 0 5 0 . 0 6 0 . 0 7 0 . 0 8 0 . 0 9 0 . 1 0 . 1 1 0 . 1 2 0 . 1 3 0 . 1 4 0 . 1 5 0 . 1 6 0 . 1 7 0 . 1 8 0 . 2 5 0 . 3 0 . 3 5 0 . 4 0 . 4 5 0 . 5 0 . 5 5 0 . 6 0 . 6 5 0 . 7 CO轉(zhuǎn)化率 CO2轉(zhuǎn)化率 出口CH3OH含率 圖43 管長(zhǎng)的Aspen 模擬結(jié)果圖 由以上數(shù)據(jù)一覽表和結(jié)果圖，可以得到要滿足上述所說(shuō)的CO,CO 2 的轉(zhuǎn)化CH 3 OH 的產(chǎn)率可取管長(zhǎng)為9m。 化學(xué)反應(yīng)的方程式： O H OH CH H CO OH CH H CO Cat Cat 2 3 2 2 3 2 3 2         反應(yīng)速率方程式： ) / ( ) 1 ( ) 1 ( ) / ( ) 1 ( ) 1 ( 3 4 2 3 2 3 3 1 2 1 2 2 2 2 2 4 2 2 2 2 2 2 2 4 2 s m kmol P K P K P K P P K P P k r s m kmol P K P K P K P K P P k r H H CO CO CO CO O H O CH P H CO CO H H CO CO CO CO O CH P H CO CO        在SI 制下，速率方程式中各系數(shù)可表示為： 速率常數(shù)： ) / )( 10 997 . 6 exp( 10 296 . 6 ) / )( 10 043 . 5 exp( 10 175 . 6 3 3 7 20 2 3 3 7 16 1 Pa s m kmol RT k Pa s m kmol RT k      平衡常數(shù)： P=5Mpa T T K T T K P P ln 4263 . 4 1 10 9079 . 9 246 . 81 ln ln 2095 . 3 1 10 3818 . 1 707 . 75 ln 3 2 4 1          P=10Mpa T T K T T K P P ln 5112 . 9 1 10 3565 . 1 775 . 118 ln ln 013 . 7 1 10 6502 . 1 434 . 104 ln 4 2 4 1          吸附系數(shù)： T K CO 1 10 309 . 1 35763 . 5 ln 4    沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 設(shè)備計(jì)算 22 T K CO 1 10 257 . 2 64851 . 21 ln 3 2     T K H 1 10 585 . 1 19395 . 12 ln 3 2     反應(yīng)器R301 1．反應(yīng)器R301 的物性數(shù)據(jù) 進(jìn)入反應(yīng)器R301 的物料數(shù)據(jù)表 反應(yīng)器的設(shè)計(jì)Aspen 模擬流程圖 5 R301 1 2 3 圖41 反應(yīng)器R301 的Aspen 模擬流程圖 序 號(hào) 組分 分子式 分子量 常 壓 沸點(diǎn)℃ 摩爾分率 溫度 ℃ 壓力 MPa 1 一氧化碳 CO 210 2 二氧化碳 CO 2 3 氫氣 H 2 4 甲烷 CH 4 5 氮?dú)?N 2 6 氬氣 Ar 7 甲醇 CH 4 O 8 水 H 2 O 100 9 乙醇 C 2 H 6 O 10 甲酸甲酯 C 2 H 4 O 2 沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 設(shè)備計(jì)算 23 反應(yīng)器的設(shè)計(jì)