煤化工課程設(shè)計(DOC30頁)

1、課程設(shè)計（煤化工工藝學(xué)）設(shè)計題目：130萬噸/年煤制甲醇合成工段設(shè)計學(xué) 院： 石油化工學(xué)院 學(xué)生姓名：學(xué) 號：專業(yè)班級：指導(dǎo)教師：2021年 6 月 銀川能源學(xué)院課程設(shè)計（煤化工工藝學(xué)）評審意見表指導(dǎo)教師評語： 第一名小組成員成績： 第二名小組成員成績：指導(dǎo)教師： 年 月 日課程設(shè)計總成績第一名小組成員成績：第二名成員小組成績：課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書設(shè)計題目130萬噸/年煤制甲醇合成工段設(shè)計學(xué)生姓名所在學(xué)院石油化工學(xué)院專業(yè)、年級、班設(shè)計要求1、根據(jù)設(shè)計要求選擇煤制甲醇的工藝流程并繪制工藝流程圖（合成工段）2、根據(jù)設(shè)計參數(shù)（原料氣組成、粗甲醇組成等）進(jìn)行合成塔的物料衡算、熱量衡算3、根據(jù)設(shè)計

2、參數(shù)進(jìn)行合成塔的設(shè)計并繪制合成塔設(shè)備簡圖4、根據(jù)設(shè)計參數(shù)進(jìn)行水冷器和換熱器的設(shè)計學(xué)生應(yīng)完成的工作1、根據(jù)設(shè)計要求選擇工藝流程并繪制工藝流程圖（合成工段）2、根據(jù)處理量及產(chǎn)品組成確定各產(chǎn)品收率，作出物料平衡3、根據(jù)產(chǎn)品收率，進(jìn)行合成反應(yīng)中各物質(zhì)的消耗和生成量的確定4、根據(jù)新鮮氣中惰性氣體百分?jǐn)?shù)，確定新鮮氣、弛放氣、循環(huán)氣的氣量，以及入塔氣、出塔氣、甲醇分離器出口氣體組成5、根據(jù)物料平衡以及各組分比熱容和反應(yīng)生成熱，進(jìn)行合成塔、換熱器、水冷器的熱量衡算6、根據(jù)熱量衡算進(jìn)行合成塔的換熱面積、換熱管數(shù)、直徑、壁厚、封頭等設(shè)計7、根據(jù)熱量衡算進(jìn)行水冷器的換熱面積、換熱管數(shù)、直徑、壁厚、封頭等設(shè)計（選作）

3、參考文獻(xiàn)1、謝克昌，房鼎業(yè).甲醇工藝學(xué)M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2021.6.2、候俠、王建強(qiáng).煤化工生產(chǎn)技術(shù).北京： 中國石化出版社，2021.1.3、郭樹才.煤化工生產(chǎn)技術(shù).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2021.工作計劃第1-2天：查閱文獻(xiàn)，收集資料，根據(jù)設(shè)計要求選擇煤制甲醇的工藝流程并繪制工藝流程圖；第3-4天：根據(jù)處理量及產(chǎn)品組成確定各產(chǎn)品收率，作出物料平衡，確定合成反應(yīng)各物質(zhì)消耗量和生成量，確定新鮮氣、弛放氣、循環(huán)氣的氣量，以及入塔氣、出塔氣、甲醇分離器出口氣體組成；第5-6天：根據(jù)各組分比熱容和反應(yīng)生成熱，進(jìn)行合成塔、換熱器、水冷器的熱量衡算；第7-8天：根據(jù)熱量衡算數(shù)據(jù)，進(jìn)行合成塔和水

4、冷器的換熱面積、換熱管數(shù)、直徑、壁厚、封頭等設(shè)計，并繪制合成塔設(shè)備裝配簡圖；第9天：整理設(shè)計資料，制作PPT，準(zhǔn)備答辯；第10天：答辯。任務(wù)下達(dá)日期：2021 年 5 月 22日 任務(wù)完成日期：2021 年 6月 2 日指導(dǎo)教師（簽名）：學(xué)生（簽名）： 130萬噸/年煤制甲醇合成塔摘 要：甲醇合成塔是甲醇裝置的核心設(shè)備之一，也是合成工段最關(guān)鍵的設(shè)備，合成塔為立式熱管殼式型反應(yīng)器，本設(shè)計按照130萬噸/年煤制甲醇合成塔項目依照參數(shù)進(jìn)行物料衡算和熱量衡算，然后設(shè)計出合成塔并繪制工藝流程圖。關(guān)鍵詞：煤制甲醇；合成塔；工藝設(shè)計；工藝流程圖。目 錄1 設(shè)計背景11.1 選題背景11.1.1 設(shè)計目的及意

5、義11.1.2 國內(nèi)外煤制甲醇發(fā)展現(xiàn)狀11.2 設(shè)計技術(shù)參數(shù)22 設(shè)計方案32.1 設(shè)計要求32.2 設(shè)計方案32.2.1 煤制甲醇工藝流程33 工藝計算53.1 物料衡算53.1.1 合成塔的物料衡算53.2 熱量衡算123.3 合成塔的設(shè)計163.3.1 換熱管數(shù)的確定163.3.2 合成塔直徑173.3.3 合成塔壁厚設(shè)計173.3.4 殼體設(shè)計液壓強(qiáng)度校核173.3.5 合成塔封頭設(shè)計183.3.6 折流板和管板的選擇設(shè)計183.4 水冷器設(shè)計183.4.1 換熱面積的確定183.4.2 換熱管數(shù)193.4.3 水冷器壁厚設(shè)計193.4.4 殼體設(shè)計液壓強(qiáng)度校核193.4.5 水冷器封

6、頭設(shè)計193.4.6 折流板和管板的選擇及設(shè)計204 設(shè)計結(jié)果205 致謝206 參考文獻(xiàn)211 設(shè)計背景1.1 選題背景我國是煤炭資源豐富的國家然而在煤炭生產(chǎn)、使用和運輸過程中也給環(huán)境帶來了諸多危害。為減少煤炭對環(huán)境造成的負(fù)面影響采用合理的生產(chǎn)工藝是非常必要的。煤電聯(lián)產(chǎn)是一條途徑潔凈煤技術(shù)和煤化工技術(shù)也為人們?nèi)找骊P(guān)注。本世紀(jì)世界煤化工發(fā)展的主流方向是發(fā)展煤炭潔凈利用技術(shù)它包括氣化技術(shù)、合成燃料技術(shù)(包括醇燃料和烴燃料)及多聯(lián)產(chǎn)工藝技術(shù)等。其中采用煤制甲醇技術(shù)較為成熟有較好的發(fā)展前景而且隨著甲醇下游工藝的研究不斷深入如由甲醇制備低碳烯烴工藝等市場對甲醇的需求必將越來越多該工藝的生產(chǎn)能力也會逐漸

7、提高。1.1.1 設(shè)計目的及意義由于我國石油資源短缺，能源安全已經(jīng)成為不可回避的現(xiàn)實問題，尋找替代能源已經(jīng)成為我國以及全世界發(fā)展的關(guān)鍵，甲醇作為石油補(bǔ)充一斤成為現(xiàn)實，發(fā)展甲醇工業(yè)對我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有戰(zhàn)略意義。煤在世界化石能源儲存中占有很大的比重，而煤制甲醇合成技術(shù)更加成熟。本設(shè)計遵循“工藝先進(jìn)、技術(shù)可靠、配置科學(xué)、安全環(huán)?！钡沫h(huán)保的原則。通過設(shè)計可以鞏固、深化、和擴(kuò)大所學(xué)的基本知識，培養(yǎng)分析解決問題的能力，還可以培養(yǎng)創(chuàng)新精神，樹立良好的學(xué)術(shù)思想和工作作風(fēng)。通過完成設(shè)計，可以知道甲醇的一些應(yīng)用，基本掌握煤制甲醇的工藝流程，了解甲醇工業(yè)的發(fā)展趨勢。1.1.2 國內(nèi)外煤制甲醇發(fā)展現(xiàn)狀我國自86年就開發(fā)

8、了低壓甲醇合成和精餾技術(shù),目前國內(nèi)廣泛采用的管殼式副產(chǎn)蒸汽合成塔和兩塔精餾就源于該開發(fā),后又推廣了“U”形冷管合成塔,精餾也從兩塔發(fā)展到三塔,既可生產(chǎn)GB338-2004優(yōu)等品精甲醇,又可生產(chǎn)美國O-M-232KAA級精甲醇,含醇污水的處理工藝已取得突破性進(jìn)展,污水處理后可回收利用,故甲醇裝置在正常生產(chǎn)時實現(xiàn)了無含醇污水排放。甲醇的大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)是從20世紀(jì)20年代高壓法合成甲醇的工業(yè)化實現(xiàn)開始的。1913年，德國BASF在其高壓合成氨的實驗裝置上進(jìn)行了一氧化碳和氫合成含氧化合物的研究，于1923年在德國Leuna建成了世界世界上第一座年產(chǎn)3000t合成甲醇的生產(chǎn)裝置，并成功投資。英國I.

9、C.I和德國Lurgi公司分別成功地研制出中低壓甲醇合成催化劑，降低了反應(yīng)的壓力促進(jìn)甲醇生產(chǎn)的高速發(fā)展。1966年，I.C.I公司使用了Cu-Zn-Al氧化物催化劑成功的實現(xiàn)了壓力為5MPa的Co和氫氣的合成工藝該過程稱為I.C.I低壓法。1972年I.C.I公司又成功地實現(xiàn)了10MPa地中壓甲醇合成工藝。到2021年，世界各國甲醇生產(chǎn)能力約為6400萬噸，預(yù)計到2021年世界各國甲醇總的生產(chǎn)能力將達(dá)到7200萬噸，而采用I.C.I技術(shù)生產(chǎn)甲醇年產(chǎn)生產(chǎn)能力約占世界總甲醇量的50%以上，裝置規(guī)模為年產(chǎn)（5.0-82.5）萬噸；采用Lurgi低壓法已經(jīng)建成和正在建設(shè)甲醇生產(chǎn)裝置能力達(dá)到600萬噸。

10、1.2 設(shè)計技術(shù)參數(shù)1、處理量：130萬噸/年2、開工時間：按開工330天/年計3、通過精餾，精甲醇的純度可達(dá)到99.9%，符合精甲醇國家一級標(biāo)準(zhǔn)。二塔精餾工藝中甲醇的收率達(dá)93.89%。4、合成反應(yīng)的工藝參數(shù)：根據(jù)某化學(xué)公司甲醇合成裝置數(shù)據(jù)，人塔氣溫度為225，出塔氣溫度為255，反應(yīng)溫度240-260，甲醇合成壓力為5MPa。工業(yè)生產(chǎn)中測得低壓時，每生產(chǎn)一噸粗甲醇就會產(chǎn)生1.52m3 （標(biāo)況），即0.068kmol的甲烷。根據(jù)測定，40時液態(tài)甲醇中釋放CO、CO2、H2等混合氣中每立方米含37.14 g甲醇。新鮮氣（合成氣）中惰性氣體（N2 + Ar+CH4）百分比保持在0.41%；合成塔

11、出塔氣甲醇含量為5.84%。表1-1 粗甲醇組分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)組成CH3OH(CH3)2OC4H9OHH2O含量/%92.990.1980.0286.784表1-2 每噸粗甲醇中合成氣溶解情況組分H2COCO2N2ArCH4溶解量（Nm3/t粗甲醇）4.3640.8157.7800.3650.2431.680表1-3 馳放氣組成氣體CH3OHH2COCO2N2ArCH4Mol%0.6178.316.293.513.192.305.79表1-4 新鮮氣 (合成氣) 組成氣體CH4H2COCO2N2Ar組成%0.0567.9928.453.080.2510.1792 設(shè)計方案2.1 設(shè)計要求以設(shè)計任務(wù)

12、書為基礎(chǔ)，適應(yīng)我國甲醇工業(yè)發(fā)展的需要。加強(qiáng)理論聯(lián)系實際，擴(kuò)大知識面；培養(yǎng)獨立思考、獨立工作的能力。整個設(shè)計應(yīng)貫徹節(jié)省基建投資，充分重視技術(shù)進(jìn)步，降低工程造價，節(jié)能環(huán)保等思想，設(shè)計生產(chǎn)高質(zhì)量甲醇產(chǎn)品。2.2 設(shè)計方案2.2.1 煤制甲醇工藝流程1.氣化a）煤漿制備煤漿制備由煤運系統(tǒng)送來的原料煤干基（<25mm）或焦送至煤貯斗，經(jīng)稱重給料機(jī)控制輸送量送入棒磨機(jī)，加入一定量的水，物料在棒磨機(jī)中進(jìn)行濕法磨煤。為了控制煤漿粘度及保持煤漿的穩(wěn)定性加入添加劑，為了調(diào)整煤漿的PH值，加入堿液。出棒磨機(jī)的煤漿濃度約65%，排入磨煤機(jī)出口槽，經(jīng)出口槽泵加壓后送至氣化工段煤漿槽。煤漿制備首先要將煤焦磨細(xì)，再制

13、備成約65%的煤漿。磨煤采用濕法，可防止粉塵飛揚，環(huán)境好。用于煤漿氣化的磨機(jī)現(xiàn)在有兩種，棒磨機(jī)與球磨機(jī)；棒磨機(jī)與球磨機(jī)相比，棒磨機(jī)磨出的煤漿粒度均勻，篩下物少。煤漿制備能力需和氣化爐相匹配，本項目擬選用三臺棒磨機(jī)，單臺磨機(jī)處理干煤量4353t/h，可滿足60萬t/a甲醇的需要。為了降低煤漿粘度，使煤漿具有良好的流動性，需加入添加劑，初步選擇木質(zhì)磺酸類添加劑。煤漿氣化需調(diào)整漿的PH值在68，可用稀氨水或堿液，稀氨水易揮發(fā)出氨，氨氣對人體有害，污染空氣，故本項目擬采用堿液調(diào)整煤漿的PH值，堿液初步采用42的濃度。 為了節(jié)約水源，凈化排出的含少量甲醇的廢水及甲醇精餾廢水均可作為磨漿水。 b）氣化在本

14、工段，煤漿與氧進(jìn)行部分氧化反應(yīng)制得粗合成氣。煤漿由煤漿槽經(jīng)煤漿加壓泵加壓后連同空分送來的高壓氧通過燒咀進(jìn)入氣化爐，在氣化爐中煤漿與氧發(fā)生如下主要反應(yīng)：CmHnSr+m/2O2mCO+（n/2-r）H2+rH2SCO+H2OH2+CO2反應(yīng)在6.5MPa（G）、13501400下進(jìn)行。氣化反應(yīng)在氣化爐反應(yīng)段瞬間完成，生成CO、H2、CO2、H2O和少量CH4、H2S等氣體。離開氣化爐反應(yīng)段的熱氣體和熔渣進(jìn)入激冷室水浴，被水淬冷后溫度降低并被水蒸汽飽和后出氣化爐；氣體經(jīng)文丘里洗滌器、碳洗塔洗滌除塵冷卻后送至變換工段。氣化爐反應(yīng)中生成的熔渣進(jìn)入激冷室水浴后被分離出來，排入鎖斗，定時排入渣池，由扒渣機(jī)

15、撈出后裝車外運。氣化爐及碳洗塔等排出的洗滌水（稱為黑水）送往灰水處理。c）灰水處理本工段將氣化來的黑水進(jìn)行渣水分離，處理后的水循環(huán)使用。從氣化爐和碳洗塔排出的高溫黑水分別進(jìn)入各自的高壓閃蒸器，經(jīng)高壓閃蒸濃縮后的黑水混合，經(jīng)低壓、兩級真空閃蒸被濃縮后進(jìn)入澄清槽，水中加入絮凝劑使其加速沉淀。澄清槽底部的細(xì)渣漿經(jīng)泵抽出送往過濾機(jī)給料槽，經(jīng)由過濾機(jī)給料泵加壓后送至真空過濾機(jī)脫水，渣餅由汽車?yán)鰪S外。閃蒸出的高壓氣體經(jīng)過灰水加熱器回收熱量之后，通過氣液分離器分離掉冷凝液，然后進(jìn)入變換工段汽提塔。閃蒸出的低壓氣體直接送至洗滌塔給料槽，澄清槽上部清水溢流至灰水槽，由灰水泵分別送至洗滌塔給料槽、氣化鎖斗、磨煤

16、水槽，少量灰水作為廢水排往廢水處理。洗滌塔給料槽的水經(jīng)給料泵加壓后與高壓閃蒸器排出的高溫氣體換熱后送碳洗塔循環(huán)使用。變換,在本工段將氣體中的CO部分變換成H2。2. 變換在本工段將氣體中的CO部分變換成CO2。本工段的化學(xué)反應(yīng)式變換方程式是：CO+H2O H2 +CO2 。3. 低溫甲醇洗本工段采用低溫甲醇洗工藝除變換氣中CO2、全部硫化物、H2O和其他的雜質(zhì)。4.甲醇的合成以及精餾3 工藝計算3.1 物料衡算3.1.1 合成塔的物料衡算1. 粗甲醇產(chǎn)量計算設(shè)計產(chǎn)量：精甲醇130萬噸/年 開工時間：330天/年通過精餾，精甲醇的純度可達(dá)到99.9%，符合精甲醇國家一級標(biāo)準(zhǔn)。精餾工藝中甲醇的收率

17、達(dá)93.89%粗甲醇總產(chǎn)量（t/a）=粗甲醇產(chǎn)量（t/a）=表3-1 粗甲醇組分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)組分CH3OH(CH3)2OC4H9OHH2O含量/%92.990.1980.0286.784摩爾質(zhì)量g/mol32467418工業(yè)生產(chǎn)中測得低壓時，每生產(chǎn)一噸粗甲醇就會產(chǎn)生1.52 m3 （標(biāo)況），即0.068kmol的甲烷。故CH4每小時產(chǎn)量為:表3-2 合成反應(yīng)中生成物情況組成CH3OH(CH3)2OC4H9OHH2OCH4含量/%92.990.1980.0286.784產(chǎn)量/kg/h162457.6345.9248.8411851.2190.08產(chǎn)量/kmol/h5076.87.520.66658

18、.411.882. 合成反應(yīng)中各氣體消耗和生成量由于合成反應(yīng)中甲醇主要由一氧化碳合成，二氧化碳主要發(fā)生逆變反應(yīng)生成一氧化碳，且入塔氣中二氧化碳的含量一般不超過5%，所以計算中忽略反應(yīng)（3-2）。表3-3 合成反應(yīng)中各物質(zhì)的消耗和生成情況消耗原料氣組分/kmol/h生成生成物/kmol/COCO2H2H2OCH4反應(yīng)1-15076.810153.6反應(yīng)1-315.0430.087.52反應(yīng)1-411.8835.6411.8811.88反應(yīng)1-52.645.281.98反應(yīng)1-6（-636.85）636.85636.85636.85注：反應(yīng)1-1項不包括擴(kuò)散甲醇和弛放氣中甲醇消耗的原料氣量表3-4

19、 每噸粗甲醇中合成氣溶解情況組分H2COCO2N2ArCH4溶解量（Nm³/t粗甲醇）4.3640.8157.7800.3650.2431.680表3-5 每噸粗甲醇中合成氣溶解情況組分H2COCO2N2ArCH4溶解量（Nm³/t）4.3640.8157.7800.3650.2431.680溶解量（kmol/h）34.06.3660.662.851.9013.10根據(jù)測定，40時液態(tài)甲醇中釋放CO、CO2、H2等混合氣中每立方米含37.14g甲醇，假定溶解氣全部釋放，則甲醇擴(kuò)散損失為：查甲醇工藝學(xué)，馳放氣組成如下表3-6 馳放氣組成組分CH3OHH2COCO2N2ArCH

20、4Mol%0.6178.316.293.513.192.305.79表3-7 原料氣消耗數(shù)據(jù)消耗項消耗原料氣組分H2COCO2N2ArCH4粗甲醇中溶解34.06.366.072.851.913.1擴(kuò)散的甲醇6.23.1-馳放氣0.7831G0.0629G0.0351G0.0319G0.023G0.0579G馳放氣中甲醇0.0122G0.0061G-反應(yīng)1-110153.65076.8-反應(yīng)1-330.0815.04-反應(yīng)1-435.6411.88-反應(yīng)1-55.282.64-反應(yīng)1-6636.85636.85636.85-合計10898.45+0.7953G4477.36+0.069G697

21、.51+0.0351G2.85+0.0319G1.9+0.023G13.1+0.0579G新鮮氣（合成氣）中惰性氣體（N2+Ar+CH4）百分比保持在0.41%，反應(yīng)過程中惰性氣體的量保持不變，（N2+Ar+CH4）=17.85+0.1128G， 則表3-8 馳放氣組成氣體CH3OHH2COCO2N2ArCH4組成（%）0.6178.316.293.513.192.305.79含量2.7346.8627.8615.5514.1310.1925.65表3-9 新鮮氣 (合成氣) 組成氣體CH4H2COCO2N2Ar組成（%）0.0567.9928.453.080.2510.179含量8.2711

22、245.214705.49509.4241.5129.615、循環(huán)氣氣量的確定圖3-1 甲醇合成塔流程圖出塔氣量=新鮮氣量+循環(huán)氣量+主反應(yīng)生成氣量+副反應(yīng)生成氣量-主反應(yīng)消耗氣量-副反應(yīng)消耗氣量出塔氣量=新鮮產(chǎn)量+循環(huán)產(chǎn)量+主反應(yīng)生成氣量+副反應(yīng)生成量-主反應(yīng)消耗氣量-副反應(yīng)消耗氣量而反應(yīng)1-3， 1-4, 1-5， 1-6，均勻副反應(yīng)故有：故有：合成塔出塔氣甲醇含量為5.84%，由甲醇的物料守恒得：表3-10 循環(huán)氣組成氣體CH3OHH2COCO2N2ArCH4組成（%）0.6178.316.203.513.192.305.79含量kmo/h553.971110.956303187.328

23、96.72088.65266.86、入塔氣和出塔氣組成表3-11 入塔氣組成（kmol/h）氣體CH4H2COCO2N2ArCH3OH循環(huán)氣5266.871110.956303187.22896.72088.6553.9新鮮氣8.2711245.214705.49509.4241.5129.610入塔氣5275.0982356.1110335.493696.622938.212118.21553.9出塔氣的組成出塔氣的量=入塔氣的量-反應(yīng)中消耗的量+反應(yīng)中生成量表3-12 出塔氣組成氣體CH4H2COCO2N2ArCH3OHCH4H2循環(huán)氣5266.871110.956303187.22896

24、.72088.6553.95266.871110.97、 甲醇分離器出口氣體組成和液體組成（1） 甲醇分離器出口氣體組成（2） 分離器出口組分=馳放氣氣體組分+循環(huán)氣氣體組分表3-13 分離器出口氣體的組成氣體H2COCO2N2ArCH4CH3OH循環(huán)氣71110.956303187.22896.72088.65266.8553.9新鮮氣346.8627.8615.5514.1310.1925.652.7入塔氣71457.765657.863202.752910.832092.455292.45556.6（3） 甲醇分離器出口液體組成分離器出口液體組分=出塔氣組分-分離器出口氣體組分表3-14

25、 分離器出口液組成kmol/hCH3OH(CH3)2OC4H9OHH2O出塔氣5634.97.520.66658.23出口氣556.6000出液氣6191.57.520.66658.233.2 熱量衡算1. 合成塔入塔量計算查手冊得：在498.15K，5.2MPa下，各個組分的定壓熱容如下表所示：表3-15 組分氣體定壓熱容氣體CH3OHH2COCO2N2ArCH4比熱容KJ（kmol·K）65.8329.1230.5747.6930.2321.5447.61表3-16 入塔氣熱量衡算Q1氣體H2COCO2N2ArCH4CH3OH比熱容29.1230.5747.6930.2321.5

26、447.6165.83入塔氣82356.1110335.493696.622938.212118.215275.07553.9熱量2.4×1063.16×1051.76×1058.88×1044.56×1042.51×1053.65×104故有：a. 合成塔的反應(yīng)熱表3-17 甲醇合成塔內(nèi)反應(yīng)熱Qri物料CH3OH(CH3)2OC4H9OHCH4CO生成熱97.7349.62200.39115.6942.92生成量6191.57.520.6611.88636.85反應(yīng)熱（×103）6.05×1083.73

27、×1051.32×1051.37×1062.73×107b. 合成塔出塔熱量計算查手冊得：在528.15K，5.2MPa下，各個組分的定壓熱容如下表所示：表3-18 各組分帶出合成塔的熱量Q2氣體H2COCO2N2ArCH4CH3OH（CH3）2OC4H9OHH2O比熱容29.1230.5747.6930.2321.5447.6165.8396.3169.3535.36出塔氣71486.35873.383059.772938.212118.215286.955634.97.520.66658.23熱量2.08×1061.8×1051.

28、5×1058.88×1044.56×1042.52×1053.71×1057.24×1021.12×1022.33×1042、合成塔熱量損失:假設(shè)合成塔的熱量損失為5%3、蒸汽吸收的熱量全塔熱平衡方程為：蒸汽吸收的熱量為：水蒸氣入口得溫度為200，出口溫度為224，查化工工藝設(shè)計手冊得：水蒸氣的平均比熱容為3.224KJ/（Kg·K）。則由：3、 合成氣換熱器熱量衡算：入換熱器的溫度為60，查化學(xué)物性數(shù)據(jù)手冊得各組分的比熱容，由計算得各組分帶進(jìn)換熱量如下表所示：表3-19 合成氣帶進(jìn)的熱量氣體CH3OHH

29、2COCO2N2ArCH4比熱容46.628.9230.9258.6631.0122.7841.11續(xù) 表3-19含量553.982356.1110335.493696.622938.212118.215275.07帶進(jìn)熱量KJ/（h·K）2.58×1042.38×1063.2×1052.17×1059.11×1044.83×1042.17×105合成氣出換熱器的熱量：由工藝流程可知，合成氣出換熱器的熱量與入合成塔的熱量相等，則合成氣出換熱器的熱量為：5、出塔氣換熱器的熱量衡算（1）出塔氣入換熱器的熱量由工藝流程可

30、知，在忽略管路熱損失的條件下，入換熱器的出合成塔氣熱量與合成塔出塔氣的熱量相等，即入換熱器的出合成塔氣熱量為：出塔氣出換熱器的熱量：由換熱器的熱量衡算得：出塔氣進(jìn)入換熱器后能量降低，降低的這部分能量用于入換熱器的合成氣的加熱，即合成氣熱量的增值等于出合成塔氣熱量的減少值。6、 水冷器的熱量衡算（1）入水冷器的熱量由工藝流程得：出換熱器的出合成塔氣體等于入水冷器的熱量（2）出水冷器的熱量出換熱器的出合成塔氣體經(jīng)水冷器進(jìn)一步冷卻后，溫度由85降至40。甲醇以氣、液兩種相態(tài)存在，甲醚、異丁醇、水以液態(tài)的形式存在，一氧化碳、二氧化碳、氫氣、氮氣、氬氣、甲烷以氣態(tài)形式存在，查化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊的各組分

31、在4MPa、40時的比熱容及帶出的熱量如下表所示：表3-20 各組分帶出水冷器的熱量組分比熱容KJ/（kmol·k）含量kmol/h出塔熱量KJ/(h·k)CH3OH（氣相）45.02553.92.49×104H228.8871486.32.065×106CO30.925873.381.816×105CO254.343059.771.663×105N230.82938.219.05×104Ar22.582118.214.783×104CH439.875286.952.108×105(CH3)2O67.85

32、7.525.102×102C4H9OH194.50.661.284×102H2O75.01658.235.147×104CH3OH（液相）84.835634.94.78×105冷卻水的用量冷卻水進(jìn)口溫度為25，出口溫度為70，冷卻水吸收的熱量為：冷卻水的用量：7、 甲醇分離器的熱量衡算（1）甲醇分離器進(jìn)口的熱量由工藝流程得：甲醇分離器進(jìn)口的熱量與水冷器出口的熱量相等，即（2）甲醇分離器出口氣相的熱量分離器出口的氣相即為水冷器出口的氣相，則分離器氣相的熱量為：（3）甲醇分離器出口液相的熱量分離器出口的液相即為水冷器出口的液相，則分離器液相的熱量為：3.3

33、合成塔的設(shè)計1、換熱面積的確定此次設(shè)計采用管殼式合成塔，管程走合成氣，殼程走低壓蒸汽，由熱量衡算得：每小時的傳熱量為：1kJ/h=1000J/3600s=(5/18) wQ4=4.38X108KJ=1.22X108W取傳熱系數(shù)為300W/（m2.），合成塔入塔氣的溫度由225升至255；殼程水蒸氣進(jìn)口溫度由200升至224，則合成氣： 225 255 水蒸氣：224 200合成塔的平均溫差傳熱面積：3.3.1 換熱管數(shù)的確定查化工機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)，選用材質(zhì)為38×2.5Gr18N15MO3Si2的無縫不銹鋼管，長度為12000mm，正三角形排布供需換熱管根數(shù)：因需設(shè)備拉桿18根，故需實際

34、換熱管數(shù)為22858根3.3.2 合成塔直徑由換熱管外徑查得相鄰兩換熱器管中心距為a=48mm對角線管數(shù)合成塔殼體直徑為：D=a(b-1)+2L=8086.88mm；圓整為8100mm3.3.3 合成塔壁厚設(shè)計合成塔殼體材質(zhì)采用18MnMoNbR低合金鋼材，壁厚的計算公式：其中封頭與殼體采用雙面對焊100%無損檢測，焊接系數(shù)合成塔通入的是飽和水蒸氣，查得240下飽和水蒸氣壓力為3.35MPa,取設(shè)計壓力PC=5MPa,查得所以取附加厚度壁厚圓整后取壁厚為110mm。3.3.4 殼體設(shè)計液壓強(qiáng)度校核壓力試驗一般用液壓試驗，進(jìn)行液壓實驗的目的是，設(shè)備在實驗條件下能確保不會損壞，則在實際生產(chǎn)操作中也

35、就能保障生產(chǎn)的安全性，不會出現(xiàn)嚴(yán)重的生產(chǎn)事故，所以水壓試驗是一項重要的額生產(chǎn)事故，所以水壓試驗是一項重要的生產(chǎn)檢驗工作。試驗條件為常溫，常溫下?lián)Q熱器許用應(yīng)力為試驗壓力殼體設(shè)計液壓強(qiáng)度校核壓力試驗的應(yīng)力校核應(yīng)滿足下面條件常溫下18MnMoNbR的屈服點為設(shè)計的換熱器殼體厚度符合要求：3.3.5 合成塔封頭設(shè)計上下封頭采用橢圓形封頭，材質(zhì)：18MnMoNbR,直邊高邊為25mm，去形狀系數(shù)K=0.93，即Di/2hi=1.9,封頭為徑為10850mm,則hi2855.26mm2856mm取封頭的附加壁厚為C=1.25mm，設(shè)計壁厚為111.05mm,圓整115mm合成塔封頭設(shè)計設(shè)計封頭最大使用壓力

36、3.3.6 折流板和管板的選擇設(shè)計采用弓形折流板，材質(zhì)為16MnR，折流板高度為查得管徑為38mm的換熱管折流板間距最大為2500mm，取間距為2000mm，則所需折流板數(shù)為6塊，拉桿數(shù)18，直徑為12mm，管板直徑10700，厚度150mm，管板通過雙面對接焊雜筒體和封頭之間。支座采用群做座體厚度為75mm，基礎(chǔ)環(huán)徑10000mm，外徑11000mm，基礎(chǔ)環(huán)厚度為23mm，地腳螺栓公稱直徑為30mm數(shù)量為24個。3.4 水冷器設(shè)計3.4.1 換熱面積的確定取傳熱系數(shù)為280w/(m2.) 水冷器入口溫度3.4.2 換熱管數(shù)拉桿數(shù)18根，實際4172根合成塔直徑 a=48mm b=1.1n0.5=71水冷器直徑3.4.3 水冷器壁厚設(shè)計其中附加厚度C=1.25mm3.4.4 殼體設(shè)計液壓強(qiáng)度校核故3.4.5 水冷器封頭設(shè)計K=0.93，Di/2hi=1.9取附加厚度C=1.25mm 則設(shè)計壁厚45.59mm 圓整50mm設(shè)計封頭最大