甲醇合成塔设计说明书

1、目录第一章：设计方案的确定与说明-3、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 9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

2、 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

3、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co0.1060

4、.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215，出口 225，水流量2800KG/H。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 ni,容积Vi = 0.005266 m3(2)选用催化剂为C306型，时空效率为1.2g/(ml.h)由流程模

5、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Ni = 768 (根)(3)传热计算校核计算总传热系数Dm=36mm D 内=34mm D 外=38mma 内=3117 kJ/(m . h . ) a 外=3561 kJ/(m h ) 3=3 -=64.85 Rd=0.00012K=1/( Dm ：(a 内xD 内)+ Dm -?(a 外xD 外)+3+入 + Rd)K= 1333 kg/ (m- 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储

6、=230，生成物出塔的温度为to2=25O，循环冷却水进入塔的 温度为 tn = 215，出塔温度为 ti2= 225 所以， tm = (toi-tl 1 )+(to2-ti2)/2 = 20 换热面积 F = Q+(K xA t m)= 193.8399 mN2= F+s = 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 = 1.5R = 0.057 m3、塔径的计算：由流体力学与传热中的

7、公式，D = t x(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 = 1.1x N3 = 29D = 0.057x(27-1) + 2x0.057 = 1.71 m、主要接管尺寸计算1 合成气进气口管径 Qm= 68121.11 kg/h u =20 m/s di = 18.8x qvu = 1097 mm2 甲醇出口管径 qm = 68121.15 kg/h u =20 m/s d2 = 18.8x qvu = 1097 mm3 循环冷却水进口管径 qv

8、= 3.579583 m3/h u =1.2 m/s di = 18.8x qvu = 32 mm4循环冷却水出口管径第11页共9页qm = 2800 kg/h u =20m/s d1 = 18.8x qv u = 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 1710 mm焊接接头系数cp取1.0设计温度为250，在该温度下，根 据 JB/T4735-97 标准，由公式 6t = PcxDU(4x6tx(p)-Pc)得，6 t =2.5x1710： ( 4x90x1.0-2.5)=

9、11.9mm圆整后，取封头的壁厚8n=12 mm2 .合成塔圆筒壁厚的计算采用不锈钢0Cr19Ni9计算压力Pc=2.5MpaDi= 1710 mm焊接接头系数(P取1.0设计温度为250 在该温度下，根据JB/T4735-97标准，由公式8t = PcxDi/(2x8tx(p)-Pc)得'5 t=90 Mpa6 t =2.5x17107(2x90x1.0-2.5)=24.0 mm查表得钢板负偏差Ci= 0.8，腐蚀裕量C2 = 0,故壁厚附加量C= Ci+C2=0.8所以，设计厚度5 d=8 + 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

10、度，即容器的名义厚度，以3n表示，bn = 25 mm有效厚度 6e = 8n-C=24.2 mm应力校核'5t f=Pc(Di+6e) /(2 x§e) =89.6 Mpa<8t,符合要求。因此，圆筒壁厚取25mm.5 t=90 Mpa3 .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+354x 2 = 6508 mm两个半球形封头总高度(855+ 12)x 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