【正文】 型塔）為 1500 t/d。 以上三種方法的流程基本相同。從合成反應理論上講，提高壓力對合成反應有利，但在高活性銅基催化劑研制成功后，降低合成壓力就有了可能。 在甲醇合成技術方面。液相甲醇合成工藝逐漸成為研究熱點，目前還沒有大規(guī)模成熟的工業(yè)化應用的先例，將是未來我們研究的主要方向。這個流程是德國 Lurgi 公司開發(fā)的甲醇合成工藝，流程采用管殼式反應器，催化劑裝在管內，反應熱由管間沸騰水放走，并副產高壓蒸汽。 精甲醇中甲醇含量 (wt)： % 粗甲醇組成 (wt)： [Lurgi低壓合成工藝 ] 甲醇： % 輕組分 [以二甲醚 (CH3)2O 計 ]： % 重組分 [以異丁醇 C4H9OH 計 ]： % 水： % 所以：時產精甲醇： 10002 4 0 0 0 0 ??? Kg/h 時產粗甲醇： % % ?? Kg/h 根據粗甲醇組分，算得各組分的生成量為： 甲醇 (32)： Kg/h kmol/h Nm3/h 二甲醚 (46)： Kg/h kmol/h Nm3/h 異丁醇 (74)： 水 (18)： Kg/h kmol/h Nm3/h 合成甲醇的化學反應為 [1]： 主反應： CO+2H2? CH3OH+ KJ/mol （ 31） 副反應： 2CO+4H2? (CH3)2O+H2O+ KJ/mol （ 32） CO+3H2 ? CH4+H2O+ KJ/mol （ 33） 4CO+8H2? C4H9OH+3H2O+ KJ/mol （ 34） CO2+H2? CO+ KJ/mol （ 35） 生產中，測得每生產 1 噸粗甲醇生 成甲烷 Nm3,即 kmol，故 CH4 每小時生成量為： ?= Nm3 即 kmol/h， Kg/h。 MPa， 40℃時各組分在甲醇中的溶解度列表于表 表 ， 40℃時氣體在甲醇中的溶解度 [2] 溶解度 H2 CO CO2 N2 Ar CH4 Nm3/t 甲醇 0 Nm3/h 0 據測定： 35 ℃時液態(tài)甲醇中釋放 CO、 CO H2 等混合氣中每立方米含 g 甲醇，假定溶解氣全部釋放，則甲醇擴散損失為： (++++)? = kg/h 即 ， Nm3/h。 表 馳放氣組成 [2] 組分 H2 CO CO2 CH4 N2 Ar CH3OH H2O Mol% G 新鮮氣 ＝ G 消耗氣 +G 馳放氣 (36) =G 消耗氣 + G 新鮮氣 =+ G 新鮮氣 則 G 新鮮氣 ＝ Nm3/h 新鮮氣組成見表 表 甲醇合成新鮮氣組成 組分 H2 CO CO2 N2 總計 含量 Nm3 組成 mol% 100 測得：甲醇合成塔出塔氣中含甲醇 %。又知 醇后氣中含醇 %。 表 甲醇生產入塔氣流量及組成 單位： Nm3/h 組分 CO CO2 H2 N2 CH4 Ar CH3OH H2O 合計 流量：Nm3/h 組成(V)% 100 又由 G 出塔 = G 循環(huán)氣 G 消耗 ＋ G 生成 (310) 據表 、 、得表 。 表 甲醇分離器 出口氣體組成、流量：單位： Nm3/h 組分 CO CO2 H2 N2 CH4 Ar CH3OH C4H9OH (CH3)2O H2O 合計 損失 0 出氣 組成(V)% 100 出液kmol/h 組成mol% 100 重量 kg 組成(wt)% 100 粗甲醇貯罐氣流量及組成表 。 表 甲醇生產物料平衡匯總表 組分 新鮮氣 循環(huán)氣 入塔氣 出塔氣 醇后氣 CO CO2 H2 N2 Ar CH4 CH3OH C4H9OH (CH3)2O H2O 微量 合計 甲醇合成塔 分離器 貯 罐 冷凝器 表 甲醇生產物料平衡組成總表 組分 新鮮氣 循環(huán)氣 入塔氣 出塔氣 醇后氣 CO CO2 H2 N2 Ar CH4 CH3OH C4H9OH (CH3)2O H2O / 合計 100 100 100 100 100 根椐計算結果，可畫出甲醇生產物流圖，如圖 甲醇生產物流圖 1 新鮮氣 3 循環(huán)氣 2 入塔氣 6 馳放氣 5 醇后氣 7 粗甲醇 圖 甲醇生產物流圖 熱量衡算 合成塔能量計算 已知：合成塔入塔氣為 220 ℃ ，出塔氣為 250 ℃ ，熱損失以 5%計，殼層走 4MPa 的沸水。入塔氣熱容見 。 所以： Q 入 =? +?220 =+ = kJ 出塔氣熱容除 (CH3OH)見表 。 所以： Q 出 =? +?250 =+ = kJ 由反應式得 :Q 反應 =[ ?+ ?+ ? + ?+ ?()] ?1000 =(+++)?1000 =210847840 kJ Q 熱損失 =(Q 入 ＋ Q 反應 ) ?5% =(+210847840) ?5% = kJ 所以：殼程熱水帶走熱量 Q 傳 =Q 入 +Q 反應 Q 出 Q 熱損失 (311) =+ = kJ 又： Q 傳 =G 熱水 r 熱水 (312) 所以 :G 熱水 = = kg/h 即時產蒸氣： V= = m3 主要設備選型及計算 [617] 甲醇合成反應器是甲醇合成生產的核心設備，由于合成反應為可逆放熱反應，故要求反應器設計能迅速移走反應熱。本設計選用管殼型反應器。反應氣流經反應管，放出的熱量通過管壁傳給沸騰水，使其汽化，轉變?yōu)橥瑴囟日羝? 由公式 A = d L n (315) 得 n = A/（ d L） =（ 10 ） = ?655（根） 傳熱管 按正三角形 排列，管子總根數(shù)應選為 721 根，六角形的層數(shù)為 14 層，對角線上的管數(shù)為 29 根 [8]。 合成塔殼體內徑的確定 合成塔內管子分布采用正三角形排列，管間距 a=40mm（ 倍換熱管外徑），殼體直徑： Di=ai（ b1） +2L (316) 式中 b 為位于管對角線上的管數(shù) 即 b=29 (根 ) L 為管束中心線上的最外層管至殼體內壁的距離，此處取 L=32mm ai 為管的中心距，即 ai=a+32=72mm 則 Di=72（ 291） +2 32=2080mm 圓整后取 2200mm 合成塔殼體厚度的確定 殼體材料選用 13MNiMoNbR 鋼，計算壁后的公式為： δ =PcDi/（ 2[σ ] tФ Pc） (317) 式中： Pc—— 4 = ； Di=2200mm； Ф = [σ ]t =190Mpa δ =2200 （ 2 190 ） = 取 C2=1mm ； C1=1mm 圓整后取 δ =34mm 合成塔封頭的確定 上下封頭均采用半球形封頭，材質選用和筒體相同。 定距管的確定 定距管選用Ф 35 7 的鋼管，材質為 00Cr18Ni5Mo3Si2 鋼。 合成塔設計匯總見表 名 稱 規(guī) 格 換熱面積 /m2 傳熱管 Ф32 00Cr18Ni5Mo3Si2 鋼 709 跟 筒體 Ф 2200 34 13MNiMoNbR 鋼 半球形封頭 Ф 2200 42 13MNiMoNbR 鋼 折流板 δ =4mm Q235A 鋼 4 塊 管板 Ф2200 50 Q235A 鋼 定距管 Ф 35 7 00Cr18Ni5Mo3Si2 鋼 支座 A 型耳式支座 結 論 甲醇 是一種極重要的有機化工原料，也是一種燃料，是碳一化學的基礎產品，在國民經濟中占有十分重要的地位。為了滿足經濟發(fā)展對甲醇的需求，開展了此 24 萬 t/a 的甲醇項目。 本設計采用德國 lurgi 公司的甲醇合成工藝，合成塔選用該工藝中管殼式合成塔，對合成工段進行了工藝計算，包括物料衡算及能量衡算；設備計算包括對合成塔設備選型及指 標計算。催化劑床層溫差較小、單程轉化率較高（可達 50%）、催化劑使用壽命較長（ 4 年～ 5 年 ）、熱能利用合理、設備緊湊，開停車方便，合成反應過程中副反應少，甲醇質量高，并副產中壓蒸汽。 由于時間短、工藝復雜，加上首次進行這樣的大型設計，經驗不足且水平有限，在本次設計中，缺點、錯誤在所難免，敬請各位老師