【正文】 化工學(xué)院《化工設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)說明書 14 表 44 合成反應(yīng)中消耗原料情況表 消耗 方式 單 位 消耗物料量 合計(jì)消耗 CO H2 CO2 N2 等 反應(yīng) ① kmol/h m3/h 反應(yīng) ② kmol/h m3/h 反應(yīng) ③ kmol/h m3/h 反應(yīng) ④ kmol/h m3/h 反應(yīng) ⑤ kmol/h （ ） m3/h （ ） 氣體溶解 m3/h 擴(kuò)散損失 m3/h 合計(jì) m3/h 消耗組成 %（ V） 100 注：括號(hào)內(nèi)的為生成量；反應(yīng) ⑤ 項(xiàng)不包括擴(kuò)散甲醇和弛放氣中甲醇消耗的原料氣量 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)說明書 15 表 45 合成反應(yīng)中生成物料情況表 生成 方式 單 位 生成物料量 生成合計(jì) CH4 CH3OH C4H9OH (CH3)2O H2O 反應(yīng) ① kmol/h m3/h 反應(yīng) ② kmol/h m3/h 反應(yīng) ③ kmol/h m3/h 反應(yīng) ④ kmol/h m3/h 反應(yīng) ⑤ kmol/h m3/h 擴(kuò)散損失 m3/h （ ） 合計(jì) m3/h 4 Kg/h 生成組成 %（ kg） 100 （３）新鮮氣和弛放氣氣量的確定 表 46 弛放氣組成表 氣體 CH3OH H2 CO CO2 N2 Ar CH4 組成 % % % % % % % CO 的各項(xiàng)消耗總和 = 新鮮氣中 CO 的量，即： +%G+%G=+%G 同理 原料氣中其他各氣體的量 =該氣體的各項(xiàng)消耗總和，由此可得新鮮氣體中各氣體流量，如下表： 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)說明書 16 表 47 新鮮氣組成表 組分 氣量 （ m3/h） 新鮮氣 （ m3/h） CO +%G + CO2 +%G H2 +%G N2 +%G Ar +%G CH4 +%G 新鮮氣中惰性氣體（ N2 + Ar）百分比保持在 %，反應(yīng)過程中惰性氣體的量保持不變，（ N2 + Ar） =+%G，則 + =（ +%G） /% 解得 G=，即弛放氣的量為 ，由 G可得到新鮮氣的量 m3/h。 合成甲醇的化學(xué)反應(yīng)為： 主反應(yīng) CO+2H2=CH3OH+（ 1） 副反應(yīng) 2CO+4H2=(CH3)2O+H2O+（ 2） CO+3H2=CH4+H2O+ kJ/mol 式（ 3） 4CO+8H2=C4H9OH+3H2O+ kJ/mol 式（ 4） CO2+H2=CO+H2O kJ/mol 式（ 5） 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)說明書 19 （１）入塔氣熱量計(jì)算 通 過計(jì)算可以得到 ， 220℃ 時(shí)各入塔氣氣體的熱容，根據(jù)入塔氣各氣體組分量，算的甲醇合成塔入塔熱量如下表： 表 415 5MPa， 220℃ 下入塔氣（除 CH3OH）熱容表 組分 CO CO2 H2 N2 CH4 Ar 合計(jì) 流量： m3/h 比熱：kJ/kmol℃ 熱量： kJ/h℃ 5 查得 220℃ 時(shí)甲醇的焓值為 ，流量為 。 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)說明書 20 所以： Q 出 =+250 = （３）塔內(nèi)反應(yīng)熱的計(jì)算 甲醇合成塔 中按反應(yīng) ① ,② ,③ ,④ ,⑤ 生成的熱量如下表： 表 417 甲醇合成塔內(nèi)反應(yīng)熱統(tǒng)計(jì)表 氣體 反應(yīng) ① 反應(yīng) ② 反應(yīng) ③ 反應(yīng) ④ 反應(yīng) ⑤ 合計(jì) 生成熱kJ/mol 生成量kmol /h 反應(yīng)熱 kJ/h 2641726 （４）全塔熱量損失的確定 假設(shè)全塔熱損失為 5%。 由公式 Q = kS△ Tm 得 S= Q/（ K△ Tm） = /（ 20） = ㎡ 催化劑用量 入塔氣空速取 12020h1，入塔氣量 故催化劑體積為： 。 由公式 dLn? 得 n= 1 53 790 1 17 2 .4 7 ????dLS 根 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)說明書 24 其中因要安排拉桿需要減少 12 根，實(shí)際管數(shù)為 1549 根。 合成塔封頭 上下封頭均采用半球形封頭，材質(zhì)選用和筒體相同。 由封頭 厚度計(jì)算公式： S=PcDi/（ 2[σ] ） 式中： Pc— MPa ； Di=2020mm； Ф= [σ] t =190MPa（取殼體溫度為 250℃ ） S=20205/（ 21905） = 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)說明書 25 取 C2=2mm ； C1=1mm，原整后取 S=35mm，所以封頭為 DN202035。 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)說明書 26 折流板 折流板為弓形 h=3/4Di=3/42020=1500mm，折流板數(shù)量為 5，間距取 710mm 折流板最小厚度為 25mm，材料為 Q235A 鋼。 管板 管板直徑 2020，厚度 100mm，管板通過焊接在筒體和封頭之間。 合成塔設(shè)計(jì)匯總表 表 52 合成塔設(shè)計(jì)匯總表 名稱 項(xiàng)目 型號(hào)規(guī)格 名稱 項(xiàng)目 型號(hào)規(guī)格 筒體 內(nèi)徑 (mm) 2020 列管 數(shù)目 1549 壁厚 (mm) 35 管長(zhǎng) 9000 封頭 （半球型） 半徑 (mm) 2020 尺寸 (mm) Ф32 壁厚 (mm) 35 折流板 數(shù)目 5 拉桿 尺寸 (mm) Ф32 長(zhǎng)度 (mm) 1500 數(shù)目 12 間距 (mm) 710 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)說明書 27 甲醇合成工段設(shè)備一覽表 表 53 甲醇合成工段設(shè)備一覽表 序號(hào) 名稱 編號(hào) 型號(hào)規(guī)格 數(shù)量 材料 備注 1 汽輪機(jī) M0401 蒸汽壓力： 1 驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī) 2 壓縮機(jī) C04011,2,3 2 3 冷卻器 E0401 F=， L=4500 1 CS/SS 4 氣液分離器 V0401 ? 1200mm， L=6000mm 1 CS/SS 5 冷卻器 E0402 F=209m2， L=4500 1 CS/SS 6 氣液分離器 V0402 ? 1200mm， L=6000mm 1 CS/SS 7 循環(huán)氣緩沖罐 V0403 ?2020mm， H =6000mm V= m3 1 16MnR 8 入塔預(yù)熱器 E04031,2 F= m2， L=6000 2 15CrMoR+ 0Cr18Ni10Ti 9 甲醇合成塔 R0401 ? 2020mm 列管： ? 32? ， L=8000 催化劑 m3 1 S31803+ 15CrMoR+ 13MnNiMoNbR1 10 合成氣包 V0404 ? 2800mm， L=7200mm 1 16MnR 11 甲醇水冷器 E0404 A,B,C F=209m2， L=4500 3 16MnR+ 0Cr18Ni10Ti 12 甲醇分離器 V0405 ? 2400mm， H =8000mm V=36 m3 1 16MnR+ 0Cr18Ni10Ti 13 閃蒸槽 V0406 ? 3000mm， H =8000mm 1 16MnR 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)說明書 28 結(jié) 論 經(jīng)過一段時(shí)間以來的資料查詢、文獻(xiàn)搜索、設(shè)計(jì)整理，在老師的指導(dǎo)和同學(xué)的幫助下，我順利完成了本次課程設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)中的機(jī)械設(shè)備經(jīng)復(fù)核，符合標(biāo)準(zhǔn)。 考慮到我國(guó)煤炭品種多，品質(zhì)較差的實(shí)際情況，而 GSP 工藝技術(shù)對(duì)煤種適應(yīng)性廣； 雖然目前國(guó)內(nèi) GSP 應(yīng)用相對(duì)要少，但由于其本身技術(shù)的優(yōu)越性，故具有廣闊的應(yīng)用前景。 （ 3）合成甲醇催化劑選用上，通過綜合比較國(guó)內(nèi)外各種常用催化劑，并本著技術(shù)先進(jìn)投資節(jié)省的原則，選用目前相對(duì)先進(jìn)的 四川天一科技股份有限公司研制的XNC98 型催化劑。 （ 4）在 “三廢處理 ”中，根據(jù)實(shí)際情況，最大限度地回收利用，變廢為寶。 本設(shè)計(jì)的一系列對(duì)傳統(tǒng)工藝的改進(jìn)使得其能量消耗大為減少，生產(chǎn)過程的穩(wěn) 定性和連續(xù)性大為提高，符合現(xiàn)代工藝綠色高效生產(chǎn)的要求。 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)說明書 29 參考文獻(xiàn) ［ 1］ 《化工設(shè)計(jì)》王靜康主編 1995 年版 化學(xué)工業(yè)出版社出版 ［ 2］ 《化工原理》（上、下） 2020 年版天津大學(xué)化工原理教研室編 天津科學(xué)技術(shù)出版社出版 ［ 3］曾紀(jì)龍 . 大型煤制甲醇的氣化與合成工藝選擇 . “2020年中國(guó)碳一化下與潔凈煤技術(shù)應(yīng)用 (石河子 )國(guó)際研討會(huì) ”摘要，第 7 期 . ［ 4］李瓊玖 , 唐嗣榮 , 顧 子樵 , 周述志 , 趙沛華 . 近代甲醇合成工藝與合成塔技術(shù) (下 ) [J]. 化肥設(shè)計(jì) , 2020, 42(1):3～ 8. ［ 5］李瓊玖 , 唐嗣榮 , 顧子樵 , 周述志 , 趙沛華 . 近代甲醇合成工藝與合成塔技術(shù) (上 ) [J].化肥設(shè)計(jì) , 2020, 41(6):5～ 10. ［ 6］陳文凱 , 吳玉塘 , 梁國(guó)華 , 于作龍 . 合成甲醇催化劑的研究進(jìn)展 .石油化工 , 1997年 , 第 26 卷 . ［ 7］唐志斌 , 王小虎 , 付超 , 于新玲 . 新型低壓甲醇合成催化劑 XNC98 的工業(yè)應(yīng)用 .石化技術(shù)與應(yīng)用 , 第 5 期 , 第 23 卷 . ［ 8］宋維端 , 房鼎業(yè) . 甲醇工學(xué) .第 1 版 .化學(xué)工業(yè)出版社 , 1991. ［ 9］楊春生 , 韓福順編 . 中小型合成氨廠生產(chǎn)操作問答， 2020: 326～ 327. ［ 10］楊春生 , 韓福順編 . 中小型合成氨廠生產(chǎn)操作問答 . 2020: 328～ 329. ［ 11］宋維端 , 房鼎業(yè) .甲醇工學(xué) . 第 1 版 . 化學(xué)工業(yè)出版社 , 1991. ［ 12］梁紅濤主編 . 最新化工生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)與化工產(chǎn)品檢測(cè)技術(shù)手冊(cè) . 銀聲音像出版社 , 2020. ［ 13］刁玉瑋 , 王立業(yè)編著 . 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ) . 第 5 版 . 大連理工大學(xué)出版社 , 2020. ［ 14］劉道德等編著 . 化工廠的設(shè)計(jì)和改造 . 第二版 . 中南大學(xué)出版社 , 2020. ［ 15］劉道德等編著 . 化工廠的設(shè)計(jì)和改造 . 第二版 . 中南大學(xué)出版社 , 2020. ［ 16］胡松濤 . 甲醇工業(yè)污水深度處理及回用的研究 . 黑龍江大學(xué)碩士學(xué)位論文 , 2020. 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)說明書 30 致 謝 在這次課程設(shè)計(jì)的撰寫過程中，我得到了許多人的幫助。在此期間，我不僅學(xué)到了許多新的知識(shí)，而且也開闊了視野，提高了自己的設(shè)計(jì)能力。同時(shí)也感謝學(xué)院為我提供良好的做畢業(yè)設(shè)計(jì)的環(huán)境