【正文】 ............................................ 48 風(fēng)載荷計算 ................................................ 51 風(fēng)力計算 ............................................ 51 風(fēng)彎矩的計算 ........................................ 53 最大彎矩 ............................................ 54 各種載荷引起的軸向力 ...................................... 55 筒體和裙座危險截面的強(qiáng)度和穩(wěn)定性校 ........................ 58 筒體的強(qiáng)度與穩(wěn)定性校核 .............................. 58 裙座的穩(wěn)定性校核 .................................... 59 筒體和裙座水壓試驗應(yīng)力校核 ................................ 59 筒體水壓試驗應(yīng)力校核 ................................ 59 北方民族大學(xué)化學(xué)與化學(xué)工 程學(xué)院過程裝備與控制工程專業(yè) 2021 屆本科畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計 4 裙座水壓試驗應(yīng)力校核 ................................ 61 裙座基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計 ........................................... 62 地腳螺栓的計算 ........................................... 64 主要符號說明 ...................................................... 65 結(jié) 論 ............................................................ 67 致 謝 ............................................................. 68 參考文獻(xiàn) .......................................................... 69 外文翻譯 .......................................................... 71 附錄 .............................................................. 92 北方民族大學(xué)過程裝備與控制工程專業(yè) 2021 屆本科畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計 1 第一章 前 言 焦?fàn)t煤氣制甲醇工藝技術(shù) 2021 年底，世界上第一套 8 萬 t/ a 焦?fàn)t煤氣制甲醇項目在云南曲靖建成投產(chǎn)以來，目前國內(nèi)已有近 10 套焦?fàn)t煤氣制甲醇裝置已投入商業(yè)運(yùn)行，單套裝置設(shè)計規(guī)模多為 10～ 20萬 t/a。 首先，將來自焦化廠經(jīng)過預(yù)處理的焦?fàn)t煤氣送進(jìn)儲氣罐緩沖穩(wěn)壓、壓縮增壓，接著進(jìn)行加氫轉(zhuǎn)化精脫硫，使其總硫體積分?jǐn)?shù) ≤0. 110 － 6，此即焦?fàn)t煤氣的凈化；然后通過催化或非催化 方法將焦?fàn)t煤氣中的 CH CmHn轉(zhuǎn)化為合成甲醇的有效氣體組分 (H2 + CO)，再通過補(bǔ)碳（即用煤炭制氣、壓縮、脫硫、脫碳，制成碳多氫少的水煤氣加進(jìn)原料氣中）調(diào)整原料氣的氫碳比，就制成了氫碳比符合甲醇合成所需的合成氣；將合成氣壓縮增壓后送入甲醇合成塔進(jìn)行合成反應(yīng)，生成粗甲醇，然后對粗甲醇進(jìn)行精餾，就制成了煤基清潔能源和用途廣泛的有機(jī)化工原料精甲醇。 據(jù)粗略統(tǒng)計，隨著我國焦化工業(yè)的飛速發(fā)展，每年焦?fàn)t煤氣的放散量已超過 250億 m3。隨著當(dāng)前國內(nèi)甲醇熱的升溫，有富裕焦?fàn)t煤氣的企業(yè)正在考慮用焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)甲醇。其中的脫硫、壓縮、甲醇合成、精餾等工藝相對成熟。 在甲醇熱的今天，利用焦?fàn)t煤氣制甲醇，不僅開拓了合成甲醇的工藝路線，同時充分利用了焦?fàn)t煤氣。 北方民族大學(xué)過程裝備與控制工程專業(yè) 2021 屆本科畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計 2 甲醇合成工藝簡介 合成工藝說明 甲醇的合成工藝按合成壓力主要分為 高壓、中壓和低壓法。高壓法的缺點(diǎn)是能耗高、設(shè)備復(fù)雜、產(chǎn)品質(zhì)量差，現(xiàn)已淘汰。經(jīng)典的低壓法使用活性較高的銅鋅基催化劑，合成壓力為 5～ 10MPa，合成溫度為 220～ 280℃ 低壓法相對于高壓法設(shè)備簡單、物料和動力消耗低、產(chǎn)品質(zhì)量好、節(jié)省造價，具有明顯的優(yōu)越性，是目前合成甲醇的主要方法。其他還有德國的林德技術(shù)、丹麥的托普索技術(shù)、日本東洋公司的 MRF 技術(shù)等。 甲醇合成反應(yīng)是強(qiáng)放熱反應(yīng)，采用合適的甲醇反應(yīng)器結(jié)構(gòu)來保證催化劑床層溫度相對恒定，是甲醇合成過程高效、穩(wěn)定進(jìn)行的關(guān)鍵?？刹捎煤铣伤p塔串聯(lián)流程，其單程轉(zhuǎn)化率高，循環(huán)氣量小，能耗低，造價低。管殼式甲醇反應(yīng)器利用管間沸騰水副產(chǎn)中壓蒸汽及時移走反應(yīng)熱來保持催化劑床層溫度的穩(wěn)定，既有利于 合成反應(yīng)的進(jìn)行，又保護(hù)了合成催化劑。 合成甲醇是一個多相催化反應(yīng)過程，受催化劑選擇性的限制以及合成壓力、合成溫度、合成氣組成等合成條件的影響，反應(yīng)過程中 CO、 CO2與 H2除生成甲醇外，還發(fā)生一系列副反應(yīng)，生成烴、高碳醇、醛、酸、酯、醚及單質(zhì)碳等逾 40 種副產(chǎn)品，合成產(chǎn)物是甲醇和水及多種有機(jī)雜質(zhì)的混合物，即粗甲醇。分離和閃蒸出的氣體大部分送合成氣壓縮工段與新鮮合成氣混合加壓后進(jìn)入合成塔循環(huán)反應(yīng)，小部分作為弛放氣，主要用作轉(zhuǎn)化加熱爐的燃料。 工藝流程說明 本工藝流程為焦?fàn)t氣制 甲醇 生產(chǎn)工藝，是將 來自焦化廠經(jīng)過預(yù)處理的焦?fàn)t煤氣送進(jìn)儲氣罐緩沖穩(wěn)壓、壓縮增壓，接著進(jìn)行加氫轉(zhuǎn)化精脫硫，即焦?fàn)t煤氣的凈化；然后通過催化或非催化方 法將焦?fàn)t煤氣中的 CH CmHn轉(zhuǎn)化為合成甲醇的有效氣體組分 (H2 + CO)，再通過補(bǔ)碳調(diào)整原料氣的氫碳比，就制成了氫碳比符合甲醇合成所需的合成氣；將合成氣壓縮增壓后送入甲醇合成塔進(jìn)行合成反應(yīng)，生成粗甲醇，然后對粗甲醇進(jìn)行精餾，就制成了煤基清潔能源和用途廣泛的有機(jī)化工原料精甲醇 。 水洗塔的作用 在甲醇合成 工段生產(chǎn)工藝 中， 水洗塔主要是利用來自甲醇精餾的甲醇洗滌液（精餾殘液）來吸收經(jīng)過甲醇分離器分離后尾氣中殘余的甲醇成分，從而提高甲醇的收率。理論和實踐證明，少量水蒸氣進(jìn)入觸媒層可以抑制副反應(yīng)的發(fā)生。 北方民族大學(xué)過程裝備與控制工程專業(yè) 2021 屆本科畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計 5 第二章 設(shè)計方案簡介 裝置流程的確定 該吸收過程可采用簡單的一步吸收流程，同時考慮到資源的有效利用，應(yīng)對吸收后的水進(jìn)行再生處理。 吸收劑的選擇 吸收過程是依靠氣體溶質(zhì)在吸收劑中的溶解度來實現(xiàn)的，因此，吸收劑性能的優(yōu)劣，是 決定吸收操作效果的關(guān)鍵之一，選擇吸收劑是應(yīng)著重考慮以下幾個方面。 根據(jù)所需處理的混合氣體，可采用甲醇洗滌液（精餾殘液）為吸收劑，其中含甲醇 ，水 （均為摩爾分?jǐn)?shù)），其廉價易得，物理化學(xué)穩(wěn)定，選擇性好，符合吸收過程對吸收劑的基本要求。對塔內(nèi)填料的一般要求是：具有較大的比面積和較高的空隙率，較低的壓降，較高的傳質(zhì)效率；操作彈性大、性能穩(wěn)定，能滿足物系的腐蝕性、污堵性、熱敏性等特殊要求；填料強(qiáng)度高，便于塔的檢修，經(jīng)濟(jì)合理。環(huán)壁上開有窗口，環(huán)內(nèi)有一層互相交錯的十字形翅片，翅片的角度是 45 度角。由于兩端形狀不對稱，在填料中各環(huán)相互呈點(diǎn)接觸，增大了填料的空隙率，使填料的表面積得以充分利用，因此可使壓降降低，傳質(zhì)效果提高。 0 .9 6 1 8 0 .0 4 3 2 1 8 .5 6 ( / )M k g k m o l? ? ? ? ? 則質(zhì)量流量為： 1 2 4 .5 5 1 8 .5 6 2 3 1 1 .5 7 ( / ) 2 .3 1 ( / )mLq k g h t h? ? ? ? 吸收劑平均密度為： 39。 考慮到填料塔的壓力降，可以取塔的操作壓力為 ，依此可以計算出 混合氣體的密度為： 63 34 . 9 6 1 0 9 . 0 3 8 1 0 1 5 . 5 2 3 ( / )8 . 3 1 4 3 4 3 . 1 5G PM k g mRT??? ? ?? ? ?? 液相密度為： ( / )L kg m? ? 液相粘度可由文獻(xiàn) [2]式（ 3— 5）和式（ 3— 6）計算 計算如下： 查文獻(xiàn)得 30℃時水的粘度為： mPa s 則由文獻(xiàn) [2]式（ 3— 5），得 北方民族大學(xué)過程裝備與控制工程專業(yè) 2021 屆本科畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計 9 lgL AATB? ?? （ 3— 1） 式中， 181。 s T—— 溫度， K A,B—— 液體粘度常數(shù) 則 lg 07 lg 60 AABAAB???? → 水的粘度常數(shù)為 A= B= 所以， 70℃時水的粘度為： 8 2 2 .1 1 8 2 2 .1 1l g 0 .4 1 2 63 4 3 .1 5 2 9 2 .7 3L? ? ? ? ? → mPa s? ?? 查文獻(xiàn) [2]表（ 3— 14），得 甲醇的液體粘度常數(shù)為： A=， B= 則， 70℃時甲醇的粘度為： 5 5 5 .3 0 5 5 5 .3 0l g 0 .5 1 2 33 4 3 .1 5 2 6 0 .6 4L? ? ? ? ? → mPa s? ?? 則由文獻(xiàn) [2]式（ 3— 6），得 液相混合物粘度為： 11331nm i ii x????? （ 3— 2） 式中， 181。 s 181。 s 則 1 1 13 3 30 . 9 6 ( 0 . 3 8 7 ) 0 . 0 4 ( 0 . 3 0 7 )0 . 6 9 9 6 0 . 0 2 7 0 0 . 7 2 6 6m? ? ? ? ?? ? ? 北方民族大學(xué)過程裝備與控制工程專業(yè) 2021 屆本科畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計 10 → 181。 s 即為液相粘度 塔底液泛氣速計算 利用文獻(xiàn) [1]式（ 6— 11）貝因 — 霍根關(guān)聯(lián)式計算液泛氣速，計算公式如下： 1 142 3lg t V VFLLL V Lau AKg ?? ??? ? ? ??? ??? ? ? ??? ???? ??? ? ? ????? ? ? ? ????? （ 3— 3） 式中， uF—— 泛點(diǎn)氣速， m/s； g—— 重力加速度，取 。 ? —— 填料層空隙率， m3/m3； ,VL??—— 氣相，液相密度， kg/m3； 181。 s ,VL??—— 氣相，液相的質(zhì)量流量， kg/h； A ， K—— 關(guān)聯(lián)常數(shù) 因選擇散裝填料，金屬階梯環(huán)，故 由文獻(xiàn) [3]表（ 5— 10）查得 A=, K= 又ω L=則 112 4832 3 1 1 .5 7 1 5 .5 2 3l g 0 .1 0 6 1 .7 56 0 5 .2 2 9 9 1 .4 61 .3 4 9 0tVF LLaug? ????????? ? ? ? ??????? ? ? ? ???? ? ? ??? ?????? → 2 3 0 .0 4 4 8tVF LLaug ? ??????? ????????? → 30. 230. 20. 04 48 9. 81 0. 95 99 1. 4610 9. 2 15 .5 23 0. 38 40. 52 ( / )LFt V Lguams????? ? ????? ? ????? 北方民族大學(xué)過程裝備與控制工程專業(yè) 2021 屆本科畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計 11 即，泛點(diǎn)氣速為 取空塔氣速 0 .8 5 0 .8 5 0 .5 2 0 .4 4 2 ( / )Fu u m s? ? ? ? 塔徑計算 塔徑的計算公式為 uVsD ?4?， m （ 3— 4） 式中， Vs — 氣體的體積流量， 3/ms u — 適宜的空塔氣速， ms