【正文】 化法：2CH4+O2→2CH3OH.②由一氧化碳和氫氣合成甲醇，③液化石油氣氧化法2．本設(shè)計的合成工藝以投資成本，生產(chǎn)成本，產(chǎn)品收率為依據(jù)，選擇中壓法為生產(chǎn)甲醇的工藝，用CO和H2在加熱壓力下，在催化劑作用下合成甲醇，其主要反應(yīng)式為： CO+ H2→CH3OH經(jīng)過凈化的原料氣，經(jīng)預(yù)熱加壓，于5 Mpa、220 ℃下，從上到下進(jìn)入Lurgi反應(yīng)器，在銅基催化劑的作用下發(fā)生反應(yīng)，出口溫度為250 ℃左右，甲醇7%左右，因此，原料氣必須循環(huán)，則合成工序配置原則為圖22。分離粗甲醇后的氣體適當(dāng)放空，控制系統(tǒng)中的惰性氣體含量。甲醇合成反應(yīng)器實際是甲醇合成系統(tǒng)中最重要的設(shè)備。甲醇合成塔主要由外筒、內(nèi)件和電加熱器三部分組成。根據(jù)內(nèi)件的催化劑筐和換熱器的結(jié)構(gòu)形式不同，甲醇內(nèi)件份為若干類型。按催化劑筐內(nèi)反應(yīng)惹得移出方式可分為冷管型連續(xù)換熱式和冷激型多段換熱式兩大類。目前，國內(nèi)外的大型甲醇合成塔塔型較多，歸納起來可分為五種： （1）冷激式合成塔這是最早的低壓甲醇合成塔，是用進(jìn)塔冷氣冷激來帶走反應(yīng)熱。但碳的轉(zhuǎn)化率低，出塔的甲醇濃度低，循環(huán)量大，能耗高，又不能副產(chǎn)蒸汽，現(xiàn)已經(jīng)基本被淘汰。冷管的結(jié)構(gòu)有逆流式、并流式和U型管式。如1984年ICI公司提出的逆流式冷管型及1993年提出的并流冷管TCC型合成塔和國內(nèi)林達(dá)公司的U形冷管型。日前大型裝置很少使用。這樣可較大地提高傳熱系數(shù)，更好地移走反應(yīng)熱，縮小傳熱面積，多裝催化劑，—，是大型化較理想的塔型。代表塔型有Lurgi公司的合成塔和三菱公司套管超級合成塔，該塔是在列管內(nèi)再增加一小管，小管內(nèi)走進(jìn)塔的冷氣。這樣就大大提高轉(zhuǎn)化率，降低循環(huán)量和能耗，然而使合成塔的結(jié)構(gòu)更復(fù)雜。在日產(chǎn)超過2000t時，往往需要并聯(lián)兩個。隨著合成壓力增高，塔徑加大，管板的厚度也增加。管板下面還有一段逆?zhèn)鳠岫危簿褪沁M(jìn)塔氣225℃，管外的沸騰水卻是248℃，不是將反應(yīng)熱移走而是水給反應(yīng)氣加熱。（5）多床內(nèi)換熱式合成塔 這種合成塔由大型氨合成塔發(fā)展而來。針對甲醇合成的特點采用四床（或五床)內(nèi)換熱式合成塔。這種塔型結(jié)構(gòu)簡單，造價低，不需特種合金鋼，轉(zhuǎn)化率高，適合于大型或超大型裝置，但反應(yīng)熱不能全部直接副產(chǎn)中壓蒸汽。合成塔的選用原則一般為：反應(yīng)能在接近最佳溫度曲線條件下進(jìn)行，床層阻力小，需要消耗的動力低，合成反應(yīng)的反應(yīng)熱利用率高，操作控制方便，技術(shù)易得，裝置投資要底等。這種塔內(nèi)甲醇合成反應(yīng)接近最佳溫度操作線，反應(yīng)熱利用率高，雖然設(shè)備復(fù)雜、投資高，但是由于這種塔在國內(nèi)外使用較多，具有豐富的管理和維修經(jīng)驗，技術(shù)也較容易得到；外加考慮到設(shè)計的是年產(chǎn)20萬噸的甲醇合成塔（日產(chǎn)量為650噸左右），塔的塔徑和管板的厚度不會很大，費用也不會很高，所以本設(shè)計采用了固定管板列管合成塔。反應(yīng)放出大量的熱，通過列管管壁傳給鍋爐水，產(chǎn)生大量中壓蒸汽（），減壓后送至蒸汽管網(wǎng)。甲醇合成塔（R7001）出來的合成氣（255℃，），經(jīng)入塔氣預(yù)熱器（E7001），甲醇水冷器（E7002A，B），進(jìn)入甲醇分離器（V7002），粗甲醇在此被分離。甲醇分離器（V7002）分離出的混合氣與新鮮氣按一定比例混合后升壓送至甲醇合成塔（R7001）繼續(xù)進(jìn)行合成反應(yīng)。弛放氣減壓后去燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)；甲醇膨脹槽（V7003）頂部排出的膨脹氣去燃料氣系統(tǒng)。汽包（V7001）排污，經(jīng)排污膨脹槽（V7006）膨脹減壓后就地排放。由公式Q = kA△Tm 得 A = Q/（K△Tm）=（10）=6362㎡（2）催化劑用量的確定 入塔氣空速12000h1，所以。由公式A =dLn 得 n = A/（dL）=6362/（9）=8338其中因要安排拉桿需要減少12根，實際管數(shù)為8326根。封頭內(nèi)徑為4300+273=4446，原整后取4500由封頭厚度計算公式： S=PcDi/（2[σ] ）式中：Pc—— ； Di=4500mm；Ф= [σ] t =190Mpa（取殼體溫度為50℃）S=4500（2190）=取C2=1mm ；C1=1mm，原整后取S=76mm，所以封頭為DN450076。（8）折流板的確定折流板為弓形 h=3/4Di=3/44300=3225mm，折流板數(shù)量為5，間距取1500mm折流板最小厚度為22mm，材料為Q235A鋼。（9）管板的確定 管板直徑4300，厚度100mm，管板通過焊接在筒體和封頭之間。 筒體內(nèi)徑(mm)4300列管數(shù)目8338壁厚(mm)73 管長9000封頭（半球型）半徑(mm)4500 尺寸(mm)Ф32壁厚(mm)76折流板 數(shù)目5拉桿尺寸(mm)Ф32高度(mm)3225數(shù)目12間距(mm)1500［22］（1） 傳熱面積的確定 兩股流體的進(jìn)出口溫度為：熱 →40℃ 冷 35 ← 20 ℃故傳熱推動力：△Tm = （（－35）－（40－20））/㏑（（－35）/（40－20））=℃總傳熱系數(shù)為K=（m2.℃）由公式Q=AK △Tm 可得 A=Q/（K△Tm）=（）=260 m2 （2）管子數(shù)n的確定 設(shè)計選用Ф25，材質(zhì)20號鋼，管長6m，由公式A=n=A/（）=260/（6）=690根，其中安排拉桿需要減少4根，實際管數(shù)為686根。（4） 殼體直徑的確定 殼體直徑； Di=a（b1）+2L式中：Di——換熱器內(nèi)徑，mm； b——正六角形對角線上的管子數(shù)查有關(guān)表取為29； L——最外層管子的中心到殼壁邊緣的距離，取L=2do所以，Di=32（291）+2225=996mm ，取Di=1000mm （5）殼體厚度的計算殼體材料選用20R鋼，計算壁后的公式為：S=PcDi/（2[σ] tФPc）式中：Pc——計算壓力，=； Di=1000mm；Ф=[σ]t =132Mpa（取殼體溫度為50℃）S=1000（2132）=取 C2=1mm ；C1=1mm，原整后取S=28mm（6）換熱器封頭的確定 上下封頭均采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，封頭為DN100028。（7） 容器法蘭的選擇 材料選用16MnR鋼，跟據(jù)JB47032000標(biāo)準(zhǔn)，DN1000mm的長頸對焊法蘭。（9）折流板的設(shè)計。材料為Q235A鋼；拉桿選用Ф12，共四根，材料為Q235AF鋼。（11）支座 選用型號JB/471292 鞍座 BI 1000 F 。在現(xiàn)代化大型合成氨工業(yè)和石油化工企業(yè)中多采用離心壓縮機，其壓強可達(dá)幾十萬MPa，流量可達(dá)幾十萬m3/h。通過對壓縮機輸送介質(zhì)﹑排氣壓力和排氣量的考慮，設(shè)計最終選用的是沈陽鼓風(fēng)機廠設(shè)計的BCL456+2BCL407離心壓縮機。該離心壓縮機是在引進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，采用自行開發(fā)的多項科研成果研制完成的。支撐軸承采用可傾式軸承，上推軸承采用金斯伯雷軸承，來提高機組的抗振性能及穩(wěn)定性能。機組為獨立的氣路系統(tǒng)，潤滑油系統(tǒng)采用強制供油，并配有先進(jìn)的獨立的自控和保安裝置，確保機組的安全運行。外　　觀：　　有色金屬光澤的圓柱體堆積密度：　　～外型尺寸：　　5(～5)mm徑向抗壓強度：≥200N/cm催化劑活性和壽命：在該催化劑質(zhì)量檢驗規(guī)定的活性檢測條件下，其活性為：230℃時：催化劑的時空收率≥ kg/()250℃時：催化劑的時空收率≥ kg/()在正常情況下，使用壽命為2年以上。(2)低溫活性好，日產(chǎn)量高。(3)適用溫區(qū)寬,使用壽命長。隨著可調(diào)溫區(qū)的增加，催化劑的使用壽命也相應(yīng)延長。75%負(fù)荷下合成系統(tǒng)未發(fā)現(xiàn)結(jié)蠟,粗甲醇質(zhì)量符合設(shè)計要求。50%負(fù)荷下，C型催化劑CO2加入量最高不超過670kg/h，而XCN98型催化劑則最高可達(dá)900kg/h。7設(shè)計結(jié)果評價經(jīng)過一段時間以來的資料查詢、文獻(xiàn)搜索、設(shè)計整理，在老師的指導(dǎo)和同學(xué)的幫助下，我順利完成了本次設(shè)計。合成甲醇催化劑選用上，通過綜合比較國內(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，選用目前相對先進(jìn)的四川天一科技股份有限公司研制的XNC98型催化劑。在編寫的過程中我對本設(shè)計說明書作了多次修改，但限于時間和水平，紕漏在所難免，懇請老師們指正。同時也要感謝大學(xué)四年教導(dǎo)過我的各位老師以及給予我?guī)椭?