甲醇合成塔設(shè)計說明書

1、目錄第一章：設(shè)計方案的確定與說明-3、設(shè)計方案的確定3二、方案說明3第二章：設(shè)計計算與校核 4一、工藝計算4二、主要接管尺寸計算 6三、合成塔的總體結(jié)構(gòu) 7第三章：設(shè)計計算結(jié)果 9第一章：設(shè)計方案的確定與說明一、設(shè)計方案的確定傳統(tǒng)的甲醇合成塔主要有一下幾種：三管并流合成塔單管并流合成塔I.C.I四段 冷激式合成塔三菱瓦斯的四段冷激式合成塔多段徑向甲醇合成塔Lurgi式甲醇合成 軸徑向甲醇合成塔三管并流合成塔，內(nèi)件結(jié)構(gòu)簡單、操作穩(wěn)定，但從氣體并流換熱的特點出發(fā)，能起到冷管 作用的僅是外管，而內(nèi)管只是擔負了輸送氣體的任務(wù)。單管并流合成塔，冷管的輸氣管和冷管的端部都連接在環(huán)管上，而冷管與輸氣管的氣量

2、 和傳熱情況都不相同，前者的溫度要高得多，如不考慮膨脹，當受熱后，冷管與環(huán)管的連接 部位會因熱應(yīng)力而斷裂，使合成塔操作惡化甚至無法生產(chǎn)。Lurgi式合成塔，合成塔既是反應(yīng)器也是廢熱鍋爐，合成甲醇所產(chǎn)生的反應(yīng)熱由管外的沸騰 水帶走，管外沸騰水與汽包維持自然循環(huán)，汽包是那個裝有壓力的控制器，以維持恒定的壓 力，因此管外沸騰水的溫度是恒定的，于是管內(nèi)催化劑的溫度也幾乎是恒定的，因此當操作 條件發(fā)生變化時（如循環(huán)機故障等），催化劑也沒有超溫的危險，仍然可以安全運轉(zhuǎn)。綜合以上各甲醇合成塔的優(yōu)缺點，選擇Lurgi式合成塔作為甲醇合成的設(shè)備。二、方案說明Lurgi式合成塔，合成塔既是反應(yīng)器也是廢熱鍋爐，列管

3、中裝填C306型催化劑，合成氣在 列管中反應(yīng)，合成甲醇所產(chǎn)生的反應(yīng)熱由管外的215，25 bar的沸騰水帶走。冷卻水的流量 通過流量調(diào)節(jié)閥進行調(diào)整，以精確控制反應(yīng)器的溫度，使其符合工藝要求。第二章：設(shè)計計算與校核一、工藝計算甲醇合成塔各物流流量和摩爾分率由前期采用Aspen Plus軟件進行的流程模擬計算得到。1 '合成塔主要工藝參數(shù)根據(jù)Aspen模擬，進出甲醇合成塔的反應(yīng)物和所生成物的物流表如下：項目反應(yīng)物生成物溫度230250壓力bar20.4519.95摩爾流量mol/h5449.7865264.868質(zhì)量流量kg/h68121.1168121.16摩 爾 分 數(shù)co0.1060

4、.094CO20.1120.115H20.620.605CH40.0970.101H2O0.0070.008N20.0460.048CH3OH0.0110.029上述反應(yīng)所釋放的反應(yīng)熱5167773kJ/h。進入合成塔的熱水溫度215，出口 225，水流量2800KG/H。2 .合成塔中反應(yīng)管的設(shè)計選型(1)反應(yīng)管選用無縫不銹鋼管，材料為0Cr19Ni9取管長l = 5.8m,內(nèi)徑r = 34mm,外徑R = 38mm，壁厚d = 2mm每根反應(yīng)管的外側(cè)面積s = 0.619522 ni,容積Vi = 0.005266 m3(2)選用催化劑為C306型，時空效率為1.2g/(ml.h)由流程模

5、擬計算得甲醇的質(zhì)量流量為4852 kg/h,所需要的催化劑體積為V2 = 4852000 -1.2 = 4042972 ml = 4.0 4m3所需反應(yīng)反應(yīng)管數(shù)量為Ni = 768 (根)(3)傳熱計算校核計算總傳熱系數(shù)Dm=36mm D 內(nèi)=34mm D 外=38mma 內(nèi)=3117 kJ/(m . h . ) a 外=3561 kJ/(m h ) 3=3 -=64.85 Rd=0.00012K=1/( Dm ：(a 內(nèi)xD 內(nèi))+ Dm -?(a 外xD 外)+3+入 + Rd)K= 1333 kg/ (m- h)從流程模擬計算知道，Q = 5167773 kJ/h反應(yīng)物進入塔內(nèi)的溫度為儲

6、=230，生成物出塔的溫度為to2=25O，循環(huán)冷卻水進入塔的 溫度為 tn = 215，出塔溫度為 ti2= 225 所以， tm = (toi-tl 1 )+(to2-ti2)/2 = 20 換熱面積 F = Q+(K xA t m)= 193.8399 mN2= F+s = 180 (根)少于通過催化劑時空效率計算得出的反應(yīng)管數(shù)量768根，故換熱面積足夠。(4)反應(yīng)管的排列考慮到等邊三角形排列的優(yōu)點：管板的強度高、流體走短路的機會少、對流傳熱系數(shù)高、相 同殼程內(nèi)可排列更多的反應(yīng)管，本合成塔采用等邊三角形排列。排列間距t = 1.5R = 0.057 m3、塔徑的計算：由流體力學與傳熱中的

7、公式，D = t x(ne-1) + 2b，計算殼體的內(nèi)徑 管中心距t = 1.5d0 =0.057m管束中心線上最外層管的中心至殼體內(nèi)壁的距離b*=0.5d0 = 0.057 m橫過管束中心線的管數(shù)ne = 1.1x N3 = 29D = 0.057x(27-1) + 2x0.057 = 1.71 m、主要接管尺寸計算1 合成氣進氣口管徑 Qm= 68121.11 kg/h u =20 m/s di = 18.8x qvu = 1097 mm2 甲醇出口管徑 qm = 68121.15 kg/h u =20 m/s d2 = 18.8x qvu = 1097 mm3 循環(huán)冷卻水進口管徑 qv

8、= 3.579583 m3/h u =1.2 m/s di = 18.8x qvu = 32 mm4循環(huán)冷卻水出口管徑第11頁共9頁qm = 2800 kg/h u =20m/s d1 = 18.8x qv u = 222mm三、合成塔的總體結(jié)構(gòu)1 .合成塔封頭的設(shè)計采用不銹鋼0Cr19Ni9采用半球形封頭。內(nèi)徑1710 mm.壁厚計算：計 算壓力Pc = 2.5Mpa 1710 mm焊接接頭系數(shù)cp取1.0設(shè)計溫度為250，在該溫度下，根 據(jù) JB/T4735-97 標準，由公式 6t = PcxDU(4x6tx(p)-Pc)得，6 t =2.5x1710： ( 4x90x1.0-2.5)=

9、11.9mm圓整后，取封頭的壁厚8n=12 mm2 .合成塔圓筒壁厚的計算采用不銹鋼0Cr19Ni9計算壓力Pc=2.5MpaDi= 1710 mm焊接接頭系數(shù)(P取1.0設(shè)計溫度為250 在該溫度下，根據(jù)JB/T4735-97標準，由公式8t = PcxDi/(2x8tx(p)-Pc)得'5 t=90 Mpa6 t =2.5x17107(2x90x1.0-2.5)=24.0 mm查表得鋼板負偏差Ci= 0.8，腐蝕裕量C2 = 0,故壁厚附加量C= Ci+C2=0.8所以，設(shè)計厚度5 d=8 + C2=24.0 mm在設(shè)計厚度的基礎(chǔ)上，考慮鋼板的負偏差C1后，向上圓整到鋼板的標 準厚

10、度，即容器的名義厚度，以3n表示，bn = 25 mm有效厚度 6e = 8n-C=24.2 mm應(yīng)力校核'5t f=Pc(Di+6e) /(2 x§e) =89.6 Mpa<8t,符合要求。因此，圓筒壁厚取25mm.5 t=90 Mpa3 .合成塔的支座的設(shè)計采用不銹鋼0Cr19Ni9選用群是圓筒支座，內(nèi)徑R1 =1710 mm高度1800mm壁厚10mm4 .合成塔高度計算 管程排氣管高度，取100mm群座高度1800mm筒體高度5800+354x 2 = 6508 mm兩個半球形封頭總高度(855+ 12)x 2= 1734 mm全塔總高=100+1800+6508+1734=10142 mm =10.142 m第三章：設(shè)計計算結(jié)果項目合成塔圓筒合成