甲醇合成塔设计说明书.doc

甲醇合成塔设计说明书目 录第一章：设计方案的确定与说明-3一、设计方案的确定3二、方案说明3第二章：设计计算与校核4一、工艺计算4二、主要接管尺寸计算6三、合成塔的总体结构7第三章：设计计算结果92第一章：设计方案的确定与说明-一、设计方案的确定传统的甲醇合成塔主要有一下几种：三管并流合成塔 单管并流合成塔 I.C.I四段冷激式合成塔 三菱瓦斯的四段冷激式合成塔 多段径向甲醇合成塔 Lurgi式甲醇合成 轴径向甲醇合成塔三管并流合成塔,内件结构简单、操作稳定，但从气体并流换热的特点出发，能起到冷管作用的仅是外管，而内管只是担负了输送气体的任务。单管并流合成塔，冷管的输气管和冷管的端部都连接在环管上，而冷管与输气管的气量和传热情况都不相同，前者的温度要高得多，如不考虑膨胀，当受热后，冷管与环管的连接部位会因热应力而断裂，使合成塔操作恶化甚至无法生产。Lurgi式合成塔，合成塔既是反应器也是废热锅炉，合成甲醇所产生的反应热由管外的沸腾水带走，管外沸腾水与汽包维持自然循环，汽包是那个装有压力的控制器，以维持恒定的压力，因此管外沸腾水的温度是恒定的，于是管内催化剂的温度也几乎是恒定的，因此当操作条件发生变化时（如循环机故障等），催化剂也没有超温的危险，仍然可以安全运转。综合以上各甲醇合成塔的优缺点，选择Lurgi式合成塔作为甲醇合成的设备。二、方案说明Lurgi式合成塔，合成塔既是反应器也是废热锅炉，列管中装填C306型催化剂，合成气在列管中反应，合成甲醇所产生的反应热由管外的215，25 bar的沸腾水带走。冷却水的流量通过流量调节阀进行调整，以精确控制反应器的温度，使其符合工艺要求。第二章：设计计算与校核一、工艺计算甲醇合成塔各物流流量和摩尔分率由前期采用Aspen Plus 软件进行的流程模拟计算得到。 1、合成塔主要工艺参数根据Aspen模拟，进出甲醇合成塔的反应物和所生成物的物流表如下：项目反应物生成物温度230250压力 bar20.4519.95摩尔流量mol/h5449.7865264.868质量流量kg/h68121.1168121.16摩尔分数CO 0.1060.094CO20.1120.115H20.620.605CH40.0970.101H2O0.0070.008N20.0460.048CH3OH0.0110.029上述反应所释放的反应热5167773kJ/h。进入合成塔的热水温度215oC，出口 225oC，水流量2800KGH。2.合成塔中反应管的设计选型(1) 反应管选用无缝不锈钢管，材料为0Cr19Ni9取管长l = 5.8m,内径r = 34mm,外径R = 38mm,壁厚d = 2mm每根反应管的外侧面积s = 0.619522 ,容积V1 = 0.005266 m3(2)选用催化剂为C306型，时空效率为 1.2 g/(ml.h)由流程模拟计算得甲醇的质量流量为 4852 kg/h ,所需要的催化剂体积为V2 = 4852000 1.2 = 4042972 ml = 4.0 4m3所需反应反应管数量为 N1 768 （根）(3)传热计算校核计算总传热系数Dm=36mm D内=34mm D外=38mm内=3117 kJ/(h) 外=3561 kJ/(h) =3 =64.85 Rd=0.00012K=1/( Dm (内D内) + Dm (外D外) + + Rd)K = 1333 kg/（h）从流程模拟计算知道，Q = 5167773 kJ/h反应物进入塔内的温度为t01 = 230，生成物出塔的温度为t02 = 250，循环冷却水进入塔的温度为t11 = 215，出塔温度为t12 = 225所以，tm = (（t01-t11）+(t02-t12)/2 = 20换热面积F = Q(Ktm)= 193.8399 N2= Fs = 180 (根)少于通过催化剂时空效率计算得出的反应管数量768根，故换热面积足够。（4）反应管的排列考虑到等边三角形排列的优点：管板的强度高、流体走短路的机会少、对流传热系数高、相同壳程内可排列更多的反应管，本合成塔采用等边三角形排列。排列间距t = 1.5 R = 0.057 m3、塔径的计算：由流体力学与传热中的公式，D = t(ne - 1) + 2b计算壳体的内径。管中心距t = 1.5d0 = 0.057m管束中心线上最外层管的中心至壳体内壁的距离b= 0.5d0 = 0.057 m横过管束中心线的管数ne = 1.1 = 29D = 0.057(27-1) + 20.057 = 1.71 m二、主要接管尺寸计算 1 合成气进气口管径Qm = 68121.11 kg/hu =20 m/sd1 = 18.8= 1097 mm2 甲醇出口管径qm = 68121.15 kg/hu =20 m/sd2 = 18.8 = 1097 mm3 循环冷却水进口管径qv = 3.579583 m3/hu =1.2 m/sd1 = 18.8 = 32 mm4 循环冷却水出口管径qm = 2800 kg/hu =20m/sd1 = 18.8= 222mm三、合成塔的总体结构 1.合成塔封头的设计采用不锈钢0Cr19Ni9采用半球形封头。内径 1710 mm .壁厚计算：计算压力Pc = 2.5Mpa Di = 1710 mm 焊接接头系数取1.0 设计温度为250，在该温度下，根据JB/T4735-97标准，t=90 Mpa由公式t = PcDi(4t)-Pc)得，t =2.51710（4901.0-2.5）=11.9mm圆整后，取封头的壁厚n=12 mm 2.合成塔圆筒壁厚的计算采用不锈钢0Cr19Ni9计算压力Pc = 2.5Mpa Di = 1710 mm 焊接接头系数取1.0 设计温度为250，在该温度下，根据JB/T4735-97标准，t=90 Mpa由公式t = PcDi/(2t)-Pc)得，t =2.51710/（2901.0-2.5）=24.0 mm查表得钢板负偏差C1= 0.8，腐蚀裕量C2 = 0,故壁厚附加量C= C1+C2=0.8所以，设计厚度d=+ C2=24.0 mm在设计厚度的基础上，考虑钢板的负偏差C1后，向上圆整到钢板的标准厚度，即容器的名义厚度，以n表示，n = 25 mm有效厚度e = n-C=24.2 mm应力校核，t=Pc(Di+e) /(2 e) =89.6 Mpat , 符合要求。因此，圆筒壁厚取25mm.3.合成塔的支座的设计采用不锈钢0Cr19Ni9选用群是圆筒支座，内径R1 = 1710 mm高度 1800mm 壁厚 10mm4.合成塔高度计算管程排气管高度，取100mm群座高度 1800mm筒体高度 5800+3542 = 6508 mm两个半球形封头总高度 （855+ 12）2= 1734 mm全塔总高 = 100+1800+6508+1734 =10142 mm =10.142 m第三章：设计计算结果 项目合成塔圆筒合成塔封头裙式支座内径（mm）1710171