年产30万吨甲醇工艺设计毕业论文

年产30万吨甲醇工艺设计摘要 Ⅱ 21.1甲醇的概述 2 2 2 31.2由CO和H₂合成甲醇 31.2.1高压法 3 3 51.3甲醇生产技术的发展趋势 5 6 62.1.1反应方程式 62.1.2合成法反应机理 62.1.3甲醇合成塔的选择 82.1.4催化剂的选用 2.1.5合成工序工艺操作条件的论证与确定 2.1.6低压Lurgi甲醇合成工艺 3.1甲醇生产的物料平衡计算 3.2甲醇生产的能量平衡计算 3.2.1合成工段能量衡算 3.2.2冷凝器能量计算 4.1合成系统主要设备的计算及选型 4.1.1甲醇合成塔的设计 4.1.2水冷器的工艺设计 4.1.4循环压缩机的选型 4.2控制仪表的选择 年产30万吨甲醇合成工段工艺设计摘要：甲醇是一种极重要的有机化工原料，也是一种燃料，是碳化学的基础产品，在国民经济中占有十分重要的地位。近年来，随着甲醇下游产品的开发，特别是甲醇燃料的推广应用，甲醇的需求大幅度上升。因此开展了此年产30万吨的甲醇项目。对目前现有的各种生产工艺进行对比分析，确定选用低压Lurgi工艺获得粗甲醇。根据所掌握的知识对甲醇合成工段进行了物料衡算、能量衡算、主要设备相关数据计算及相关附属设备的选型及计算，合成甲醇所选的反应器是列管式的甲醇合成塔，并做出了带控制点的工艺流Abstract:Methanolisarawmaterialwhichemistryanditisveryimportantinnatmethanol,especiallytheapplicationandpopularizationofthemethanouttheannualoutputof300000tonsofmethanolproject.Thecomparativeanalysisoftheexistingproductionpromethanol.Accordingtotheknowledgeofmethanolsynthesissectionofmateribalanceandequipmentrelatedcalculation.ProcessforlectedsyntheticmefKeywords:methanol机化工原料之一，是碳化学、有机及精细化工的基础原料，又是优质的能源载体。长期以来，甲醇除少量直接用于溶剂外，人们一直把甲醇作为农药、染料、医药等工业的原料。尽管国内甲醇的传统消费领域如甲醛、醋酸等行业受房地产调控政策等因素影响，产量增速有所放缓，但新兴应用领域如甲醇燃料、甲醇制烯烃等行业在石油供近十年来，我国的甲醇工业有了突飞猛进的发展，在原料路线、生产规模、节能降耗、过程控制与优化、产品市场与其他化工产品联合生产等方面都有了新的突破与进展。尤其我国是煤炭生产和消费大国，除了用煤直接气化生产甲醇外，由于炼焦工业采用洁据了解，目前国内已投产的甲醇制烯烃企业共四家，包括神华包头60万吨烯烃装置、神华宁煤50万吨烯烃装置、大唐46万吨烯烃装置以及中原石化60万吨烯烃装置。2012年上半年数据显示，甲醇制烯烃产量约60万吨，应用甲醇167.7万吨，仅2012年上半年神华包头煤制烯烃项目实现销售收入31亿元、利润6亿元，取得较好的效益[1。而甲醇燃料的推广应用，更会使甲醇的需求市场进一步扩张。2009年5月，《车用燃料甲醇》及甲醇汽油的时机已经成熟。因此，甲醇在化学工业中甲醇是一种无色、透明、易燃、易挥发的有毒液体，常温下对金属无腐蚀性(铅、铝除外),略有酒精气味。分子量32.04,相对密度0.792(20/4℃),熔点-97.8℃,沸点64.5℃,燃烧热725.76kJ/mol,闪点12.22℃,自燃点463.89℃,蒸气密度1.11,蒸气压13.33kPa(100mmHg21.2℃),蒸气与空气混合物爆炸极限6～36.5%(体积比),能与水、乙醇、乙醚、苯、酮、卤代烃和许多其他有机溶剂相混溶，但是不与石油醚混溶，遇热、1661年英国波义耳(Boyle)首先在木材干馏的液体产品中发现了甲醇，木材干馏成为工业上制取甲醇最古老的方法。1834年，杜马(Dumas)和彼利哥(Peligot)制得了甲醇纯品。1857年法国伯特格(Berthelot)用一氯甲烷水解制得甲醇。合成甲醇的工业生产始于1923年。德国巴登苯胺纯碱(BASF)公司首先建成以一氧化碳和氢为原料、年产300t甲醇的高压合成法装置，从20世纪20年代至60年代中期，所有甲醇生产装置均采用高压法，即操作压力为30～35MPa,采用锌铬催化剂。1966年，英国帝国化学工业(ICI)公司研制成功铜基催化剂，并开发了低压合成甲醇工艺，即ICl合成甲醇可以固体(如煤、焦炭)液体(如原油、重油、轻油)或气体(如天然气及其他可燃性气体)为原料，经造气净化(脱硫)变换，除去二氧化碳，配制成一定的合成气(一氧化碳和氢)。在不同的催化剂存在下，选用不同的工艺条件。单产甲醇(分高压法低压和中压法),或与合成氨联产甲醇(联醇法)。将合成后的粗甲醇，经预精馏脱除甲醚，精馏而得成品甲醇。高压法为BASF最先实现工业合成的方法，但因其能耗大，加工复杂，材质要求苛刻，产品中副产物多，今后将由ICI低压和中压法及甲醇用途广泛，是基础的有机化工原料和优质燃料。主要应用于精细化工，塑料等领域，用来制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲氨、硫酸二甲酯等多种有机产品，也是农药、医药的重要原料之一。甲醇在深加工后可作为一种新型清洁燃料，也加入汽油掺烧[5]。甲醇合成反应是可逆的强放热反应，受热力学及动力学控制，通常在单程反应器中，CO和CO₂的单程转化率比较低，需要把未反应的CO、CO₂和H₂与甲醇分离，然后通过循环压缩机再压缩到反应器中进一步反应。为确保反应器出口气体中有较高的甲醇含量，一般采用较高的反应压力。根据合成过程所采用压力的不同，可分为高压法、中压法和低压法。CO和H₂在高温(340～420℃)高压(30.0～50.0MPa)下，用锌—铬氧化物作催化剂合成甲醇。高压法是最早的甲醇合成工艺流程，此法的特点是技术成熟，但投资及生产成本较以CO和H₂为原料在低压(5.0MPa)和相对较低温度(275℃左右)下，采用铜基催化剂合成甲醇。目前，低压法甲醇合成技术主要是英国IC.I低压法和德国Lurgi低压法。此外，还有美国电动研究所的三相甲醇合成技术，三相甲醇合成技术虽已研究成功，但尚未进行大规模生产。(1)I.C.I低压法1966年，英国1.C.I公司在成功地开发了铜基低压甲醇合成催化剂之后，建立了世界上第一个低压法甲醇合成工厂，即英国Teesside地区Billingham工厂。该厂以石脑油为原料，日产甲醇300t。到1970年，最多日产量能达到700t。催化剂使用寿命可达4年以上。由于低压法合成的粗甲醇杂质含量比高压法得到的粗甲醇杂质含量低得多，净化比较容易，利用双塔精馏系统便可以得到纯度为99.85%的精制产品甲煤炭气化煤气合成甲醇与以石脑油、天然气、重油为原料合成甲醇的合成工艺是相(2)Lurgi低压法20世纪60年代末，德国Lurgi公司在UnionKraftstoffWesseling工厂建立了一套年产4000t的低压法甲醇合成示范装置。在取得必要的数据及经验后，于1979年底，Lurgi公司建立了3套总产量超过30万吨每年的工业装置。Lurgi低压法甲醇合成工艺与LC.I低压工艺的主要区别在于合成塔的设计，该工艺采用管壳型①采用管壳式合成塔。这种合成塔温度容易控制，同时，由于换热方式好，催化剂允许含CO高的新鲜气进入合成系统，因而单程气体转化率高，出口反应气体含甲醇7%②无需专设开工加热炉，开车方便，开工时直接将蒸汽送入甲醇合成塔将催化剂加④Lurgi低压法合成甲醇投资和操作费用低，操作简便，不足之处是合成塔结构复杂，合成压力/MP355合成反应温度/℃催化剂成分空时产率/[t/m³·h出塔气中CH₃OH含量/%循环气：新鲜气合成反应热的利用不副产中压蒸汽副产中压蒸汽合成塔形式冷激型管束型设备尺寸设备较大设备紧凑合成开工设备要设加热炉不设加热炉综上所述，本设计将采用Lurgi低压法合成甲醇。为弥补低压法产量低体积大的情况，出现了中压法合成甲醇的工艺流程，它是在低压法基础上开发的在10MPa左右压力下合成甲醇的方法。1.3甲醇生产技术的发展趋势(1)原料路线多样化。(2)生产规模大型化。(3)合成压力从高压转为低压。(4)多采用铜基催化剂。(5)节能降耗，充分利用余热，降低能耗。(6)过程控制自动化。(7)联合生产普遍化4]。第二章工艺流程设计2.1甲醇合成甲醇合成的典型工艺主要是：低压工艺(I.C.I工艺、Lurgi工艺)、中压工艺、高压工艺。甲醇合成工艺中最重要的工序是甲醇的合成，关键技术是催化剂和反应器，本设计采用的是低压Lurgi合成工艺。合成工段，5MPa下发生一系列反应2.1.2合成法反应机理(1)反应机理本反应采用铜基催化剂，5MPa、250℃左右反应，清华大学高森泉、朱起明等认为其机理为吸附理论，反应模式为：反应为(2-6)(2-7)控制，即吸附控制。该反应在不同温度下的反应焓列为下表图2.1反应热与压力的关系当反应低于200℃时，反应热随压力变化的幅度大于反应温度高时，低于300℃的等温线斜率比大于等于300℃的等温线斜率大。所以在低于300℃条件下的操作比在高温条件下(2)平衡常数K₂=fcn.au/(feof·n₂²)表2.3甲醇合成反应的平衡常数表温度℃K地降低。但是实际上还要考虑催化剂的活性催化剂的活性温度及耐热程度。甲醇合成系统中最重要的设备是甲醇合成反应器。从操作结构、材料及维修等方面(1)冷激式合成塔(2)冷管式合成塔这种合成塔源于氨合成塔，在催化剂内设置足够大换热面积的冷气管，用进塔冷管来移走反应热。冷管的结构有逆流式、并流式和U型管式。由于逆流式与合成反应的放热不相适应，即床层出口处温差最大，但这时反应放热最小，而在床层上部反应最快、放热最多，但温差却又最小，为克服这种不足，冷管改为并流或U型冷管。如1984年I.C.I公司提出的逆流式冷管型及1993年提出的并流冷管TCC型合成塔和国内林达公司的U形冷管型。这种塔型碳转化率较高但仅能在出塔气中副产0.4MPa的低压蒸汽。目前(3)水管式合成塔将床层内的传热管由管内走冷气改为走沸腾水。这样可较大地提高传热系数，更好地移走反应热，缩小传热面积，多装催化剂，同时可副产2.5Mpa—4.0M(4)固定管板列管合成塔这种合成塔就是一台列管换热器，催化剂在管内，管间是沸腾水，将反应热用于副产3.0MPa～4.0MPa的中压蒸汽。代表成塔，三菱公司的套管超级合成塔是在列管内再增加一小管，小管内走进塔的冷气。进一步强化传热，即反应热通过列管传给壳程沸腾水，而同时又通过列管中心的冷气管传给进塔的冷气。这样就大大提高转化率，降低循环量和能耗。固定管板列管合成塔虽然可用于大型化，但受管长、设备直径、管板制造所限。在日产超过2000t时，往往需要并联两个。管板处的催化剂属于绝热段，管板下面还有一段逆传热段，也就是进塔气225℃,管外的沸腾水却是248℃,不是将反应热移走而是水给反应气加热。这种合成塔由于列管(5)多床内换热式合成塔换热式合成塔。针对甲醇合成的特点采用四床(或五床)内换热式合成塔。各床层是绝热反应，在各床出口将热量移走。这种塔型结构简单，造价低，不需特种合金钢，转化率合成塔选用一般原则：反应能在接近最佳温度曲线条件下进行，床层阻力小，消耗的动力低，合成反应的反应热利用率高，操作控制方便，技术易得，装置投资低等。综上所述和借鉴大型甲醇合成企业的经验，(大型装置不宜选用激冷式和冷管式),本设计选用固定管板列管合成塔(Lurgi公司)。这种塔内甲醇合成反应接近最佳温度操作线，反应热利用率高，虽设备较复杂、投资较高，但由于这种塔在国内外使用较多，具有丰富的管理及维修经验，技术也容易得到，外加考虑到设计的是年产30万吨的甲醇合成塔(日产量为938吨左右),塔的塔径和管板的厚度不会很大，费用也不会很高，所以(1)甲醇合成催化剂经过长时间的研究开发和工业实践，广泛使用的甲醇合成催化剂主要有两大类型：硫技术的发展，使用铜基催化剂已成为甲醇合成的主要方向，锌基催化剂已于80年代中表2.4国内外常用铜基催化剂特性对比催化剂型号组分%操作条件温度℃英国ICI51-3德国LG1044美国C79-2中国C302系列4中国XNC-988从表2.4的对比可以看出，国产催化剂的铜含量已在50%以上。制备工艺合理，催化剂活性、选择性、使用寿命及机械强度均达到国外同类催化剂的先进水平，并且价格XNC-98型催化剂是四川天一科技股份有限公司研制开发的新产品。目前已经在国内20多套大、中、小型工业甲醇装置上使用，运行情况良好。它是一种高活性、高选择性的新型催化剂。用于低温、低压下由碳氧化物与氢合成甲醇，具有低温活性高、热稳定性好的特点。常用操作温度为200～290℃,操作压力5.0～10.0Mpal0。外观：有色金属光泽的圆柱体外形尺寸：5×(4.5～5)mm230℃时，催化剂的空时收率≥1.2kg/(L.h)250℃时，催化剂的空时收率≥1.55kg/(L.h)在正常情况下，使用寿命在2年以上。表2.5XNC-98型与C型催化剂的性能对比号加入量甲烷单耗甲醇收率%甲醇产量初期末期C②低温活性好，日产量高。75%负荷下的甲醇产量(4.1th)接近装置满负荷设计甲醇产量(4.17t/h)。③适用温区宽，使用寿命长。合成塔进口温度可调温区，C型催化剂为14℃,而XNC-98型则为30℃。随着可调温区的增加，催化剂的使用寿命也相应延长。④选择性好。75%负荷下合成系统未发现结蜡，粗甲醇质量符合设计要求。⑤可适用于含高浓度CO₂的合成气。50%负荷下，C型催化剂CO₂加入量最高不超过670kg/h,而XNC-98型催化剂则最高可达900kg/h。75%负荷时，使用XNC-98型催化剂，当入塔气中CO₂组分体积分数高达5%时，生产运行情况仍良好，收率和物耗均较低，催化剂仍能保持较高活性，产品质量符合质量标准的要求[7]。综上所述，XNC-98型催化剂的活性、选择性及使用寿命等主要技术经济指标均优于进口催化剂及国产C型催化剂，所以本设计选用四川天一科技股份有限公司研制的XNC-98型催化剂。2.1.5合成工序工艺操作条件的论证与确定(1)操作温度甲醇合成催化床层的操作温度主要是由催化剂的活性温区决定的。操作温度的控制也是一个操作费用的控制问题，在设计中，需要延长催化剂的使用寿命，防止催化剂的迅速老化和活性衰减。一般而言，在催化剂的使用初期，反应温度维持较低水平，随着使用时间的增加，逐步提高反应温度。本设计采用Lurgi公司固定管板列管合成塔，管间走沸腾水，副产中压蒸汽，床层内温差很小，接近最佳温度操作曲线；采用的甲醇合成催化剂为国产XNC-98型，由它的性质可知，适用的温度范围为200～290℃。(2)操作压力压力是甲醇合成反应的一项重要工艺条件。甲醇合成反应时分子数变少，因此增加压力对反应有利，由于压力高，组分的分压提高，因而催化剂的生产强度也提高。操作压力的选用与催化剂的活性有关。早期的高压法甲醇合成工艺采用锌基催化剂，由于活性差，需要在高温高压下操作，操作压力为25～35MPa,操作温度为350～420℃。在较高的压力和温度下，…氧化碳和氢气生成甲烷、异丁醇等副产物，这些副反应的反应热高于甲醇合成反应，使床层温度提高，副反应加速，如果不及时控制，会造成温度急剧升高而破坏催化剂。近年来普遍使用的铜基催化剂，其活性温度范围在200～300℃,有较高的活性。本设计采用的是低压法(入塔压强为5.14MPa)合成甲醇[7]。(3)气体的组成于2,合成塔中氢气过量，对减少副反应是有利的。甲醇合成过程中，需要一定的二氧化碳存在以保持催化剂的高活性，但一般不超过循环循环机甲醇分离器水冷器合成塔(4)空速空速不仅是一个与合成回路气体循环量相关联的工艺参数，也是一个影响综合经济效益的变量。甲醇合成过程中，首先甲醇合成塔内的气体空速必须满足催化剂的使用要求，空速过低，结炭等副反应加剧；空速过高，系统阻力加大，能耗增加，催化剂的更换周期缩短，合成系统投资加大。空速的选择需要根据每一种催化剂的特性，在一个相对较小的范围内变化。XNC-98的空速要求为6000～15000m³h-¹,本设计空速设定为(1)其合成工序为：驰放气粗甲醇图2.2合成工序净化后的原料气，经预热加压，在5.14MPa、220℃下，从上而下进入Lurgi反应器，在铜基催化剂的作用下发生反应，出口温度250℃左右，甲醇7%左右，因此，原料气必①甲醇的合成甲醇的合成是可逆放热反应，为使反应达到较高的转化率，应迅速移走反应热，本设计采用Lurgi管壳式反应器，管程走反应气，壳程走4MPa的沸腾水。②甲醇的分离甲醇在高压下容易冷凝，基于这个原理，甲醇的分离采用冷凝分离法，高压下与液表2.65MPa下不同温度气相甲醇的饱和含量0由上表可知，通过水冷可以使气相甲醇含量下降到0.99%(5MPa),补充新鲜气后可以使这一值下降到0.5%一下，故分离甲醇只需水冷已经足够，不需要氨冷，水冷后设分④新鲜气的补充与惰性气的排放应的惰性气体累积在系统中，需要进行排放，该气体一般在压缩机前，甲醇分离器后排(2)低压Lurgi法甲醇合成工艺流程这个流程是德国Lurgi公司开发的甲醇合成工艺，流程采用管壳式反应器，催化剂装在管内，反应热由管间沸腾水带走，并副产中压蒸汽，甲醇合成原料在透平循环压缩机内加压到5.2MPa循环，混合气体在进反应器前先与反应后气体换热，升温到然后进入管壳式反应器反应，反应热传给壳程中的水，产生的蒸汽进入汽包，出塔气温度约在250℃,含甲醇7%左右，经过换热冷却到40℃,冷凝的粗甲醇经分离器分离。分离粗甲醇后的气体适当放空，控制系统中的惰性气体含量。这部分空气作为燃料，大部分气体在进入透平压缩机加压后返回合成塔，合成塔副产的蒸汽及外部补充的高压蒸汽一起进入过热器加热到50℃,带动透平压缩机，透平后的低压蒸汽作为甲醇精馏工段所第三章生产工艺计算已知：年产300000吨粗甲醇，每年以320个工作日计算，原料气组成如表组分未知物总计组成mol%储罐气粗甲醇贮罐图3.1合成物料流程图甲醇：93.89%轻组分[以二甲醚(CH₃)₂O计]:0.188%重组分[以异丁醇C₄H₉OH计]:0.026%水：5.896%生产中，测得每生产1吨粗甲醇生成甲烷7.56Nm³,即0.34kmol,故CH₄每小时生成量为：7.56×39.0625=295.3125Nm³,即1忽略原料气带入量，根据(3-2)(3-3)(3-4)得反应(3-5)生成的水的量为：127.95-1.597-13.184-3×0.137=112.758kmol/h,即在CO逆变换中生成的H₂O为组分溶m³/t甲醇0解0度据测定：35℃时液态甲醇中释放CO、CO₂、H₂等混根据以上计算，则粗甲醇生产消耗量及生产量及组成见附表1。为避免惰性气体积累，必须将部分循环气从反应系统排出作为驰放气，以使反应系统中惰性气体含量保持在一定浓度范围。设新鲜气量为G新鲜气，驰放气为新鲜气的9%,组分表3.3甲醇合成新鲜气组成组分其他总计组成=391686.02-28578.22-0.09表3.4甲醇生产循环气量及组成组分流量m²h-1总计由表3.3及表3.4得到表3.5。组分流量m³/h总计组分入塔m³/h消耗m³/h生成m³/h出塔m³/h总计损失0合计表3.8甲醇驰放气流量及组成组分流量m³/h组成%(v)合计组分合计流量m³/h0组成%(v)0表3.10甲醇生产物料平衡汇总表组分新鲜气入塔气循环气出塔气醇后气流量组成流量组成流量组成流量组成流量组成合计3.2甲醇生产的能量平衡计算已知：合成塔入塔气为220℃,出塔气为250℃,热损失以5%计，壳程走4MPa的沸查《化工工艺设计手册》得4MPa下水的汽化潜热为1714.99KJ/Kg,密度为799.0kgm³,水蒸气密度为19.18kg/m³温度为250℃。入塔气热容见下表。表3.155MPa,220℃下入塔气(除甲醇)热容组分流量m³/h比热KJ/(kmol·℃)热量KJ/℃合计查得220℃时甲醇的焓值为42248.4kJ/kmol,流量为2166.10m²/h。出塔气热容(除甲醇外)见下表。组分流量m³/h比热KJ/(kmol·℃热量KJ/℃合计查得250℃时甲醇的焓值为46883.2KJ/kmol,流量为19775.82m³/hQ=Qx+Qm-Q=136045005.8+113688711.9-184388439.7-12486685.89查手册得，粗甲醇中各组分的物理常数如表3.17表3.17粗甲醇中各组分的物理常数组分液体比热容假设，有相变物质在低于沸点时全部冷凝，扩散于气相中的组分忽略不计。(1)气体冷凝放热根据3.7数据计算得出塔各组分及冷凝放热量如表3.18表3.18出塔气在冷凝器冷凝放热量组分合计冷凝量Nm³/h表3.19冷凝器出口气体组分的显热组分合计比热容气量Nm³/h根据表3.17和表3.18,计算冷凝液体带走热量，列下表表3.20冷凝器出口液体热量组分合计液体比热容流量Kg/h热量因冷凝器液体出口温度为40℃,故液体带走热量：于是，冷却水带走热量：Q水=163493765.8+49777101.7—(144049493.6+2821162.8)则冷凝器热平衡如下表热量气体显热液体带热冷却水带热合计带入热量KJ/h带出热量KJ/h(5)冷凝器用水量已知条件：进冷凝器的冷却水温度20℃,出冷凝器的冷却水温度为35℃则：冷凝器需冷却水量为流程中用一个水冷器，吸收的热量为66400211.1KJ/h,即18444503.08W甲醇合成反应器是甲醇合成生产的核心设备，由于合成反应为可逆放热反应，故要求反应器设计能迅速移走反应热。日前世界上应气流经反应管，放出的热量通过管壁传给沸腾水，使其汽化，转变为同温度蒸汽。(1)传热面积的确定传热温差为10℃,传热量为52858592.11kJ/h,合成塔内的总传热系数取为由公式Q=kA△Tm(2)催化剂用量的确定入塔气空速12000h¹,入塔气量444092.14m³/h,所以，催化剂体积为444092.14/12000=37m³。(3)传热管数的确定传热管选用φ32×2.5,长度9000mm的钢管，材质为00Cr18Ni5Mo3Si2钢。由公式A=3.14×d×L×n其中因要安排拉杆需要减少12根，实际管数为6629根。(4)合成塔壳体直径的确定合成塔内管子分布采用正三角形排列，管间距a=40mm,壳体直径：b=1.1×n⁹5=1.1×66290.5=89(5)合成塔壳体厚度的确定壳体材料选用13MnNiMoNbR钢，计算壁后的公式为：[o]'=190Mpa(取壳体温度为50℃)S=3800×5.14/(2×190×(6)合成塔封头的确定上下封头均采用半球形封头，材质选用和筒体相同。封头内径为3800mm由封头厚度计算公式：[o]'=190MPa(取壳体温度为50℃)查《化工设备机械基础》[18]书可知：取C₂=1mm;C₁=0.25mm,圆整后取S=32mm,考虑到与筒体的更好结合以及设备的耐用性取S=65mm,所以封头为(7)管子拉脱力的计算①在操作压力下，每平方米胀接周边所产生的力表4.1计算管子拉脱力的相关参数管子壳体材质尺寸管子数管壳壁温差/℃管子与管壁连接方式开槽胀接胀接长度As=3.14×D×Sn=3.14×3800×65=79已知T>T,P>PTt、Ts分别为管壁温度和壳壁温度；p₁为管程压力4.9Mpa;ps为壳程压力0.74(8)折流板的确定折流板为弓形h=3/4Di=3/4×3800=2850mm,折流板数为4,间距取1518mm折流板最小厚度为50mm,材料为Q235-A钢。拉杆φ12,共12根，材料Q235-AF钢；(9)管板的确定管板直径3800,厚度160mm,管板通过焊接在筒体和封头之间。(10)支座的确定支座采用裙座，裙座座体厚度为50mm,基础环内径3490mm,外径3890mm,基地脚螺栓公称直径M30,数量为6个。塔件尺寸筒体内径(mm)壁厚(mm)封头内径(mm)壁厚(mm)拉杆尺寸(mm)中32列管管长折流板尺寸(mm)高度(mm)间距(mm)44.1.2水冷器的工艺设计(1)传热面积的确定两股流体的进出口温度为：热60.8→40℃故传热推动力：(2)管子数n的确定设计选用φ25×2.5的无缝钢管，材质20号钢，管长6m,由公式A=3.14dLn,n=A/(3.14dl)=090.17/(3.14×0.02×6)=2413根，其中安排拉杆需要减少4根，实际管数为2409根。(3)管子的排列方式，管间距的确定设计采用正三角形排列，取管间距为a=32mm。(4)壳体直径的确定b—正六角形对角线上的管子数查有关表取为29;L—最外层管子的中心到壳壁边缘的距离，取L=2d₀;(5)壳体厚度的计算壳体材料选用20R钢，计算壁后的公式为：[o]¹=132Mpa(取壳体温度为50℃)取C₂=1mm,C₁=1mm,(6)换热器封头的确定上下封头均采用标准椭圆形封头，封头为DN1000×28。材料选用20R钢。(7)容器法兰的选择材料选用16MnR钢，跟据JB4703-2000标准，选用PN6.4Mpa,DN1000mm的长颈对焊法兰。(8)管子拉脱力的计算管子壳体材质20R钢尺寸管子数管壳壁温差/℃管子与管壁连接方式开槽胀接胀接长度q,=0.74×396/(3.14×25×5式中：σ₁=aE(,-t,)/(1+A/A,)As=3.14×D×Sn=3.14×1000×20=6Tt、Ts分别为管壁温度和壳壁温度；p₁为管程压力4.9MPa;p₅为壳程压力0.74许用范围内。(9)折流板的设计折流板为弓形，h=3/4×1000=750mm,折流板间距取400mm;最小厚度为10mm。材料为Q235-A钢；拉杆选用φ12,共四根，材料为Q235-AF钢。(10)开空补强换热器封头和壳体上的接管都需要补强，在开空外面焊接上一块与容器壁材料和厚度都相同的，即20mm厚的20R钢板。(11)支座选用型号JB/4712-92鞍座BI1000F。表4.4水冷器设计汇总筒体内径(mm)壁厚(mm)封头半径(mm)壁厚(mm)拉杆尺寸(mm)4列管管长尺寸(mm)折流板高度(mm)间距(mm)5甲醇分离器的作用是分离经过水冷凝器以后循环气中冷凝的液体甲醇，它由外筒和内件两大部分组成，还有附属液位计。本设计采用安徽临泉化工股份有限公司的甲醇分设计中选用的循环气压缩机为离心压缩机，离心压缩机具有以下的特点：流量大而均匀，体积小，运转平稳，容易调节，维护方便。在现代化大型合成氨工业和石油化工企业中多采用离心压缩机，其压强可达几十万MPa,流量可达几十万m³/h。通过物料计算可以知道设计中压缩机排气量为355098.36m³/h;排气压力为5.14厂设计的BCL456+2BCL407离心压缩机。该离心压缩机组已经成功的运用于青海石油管理局格尔木炼油厂的年产10万吨甲醇装置中。该离心压缩机是在引进技术的基础上，采用自行开发的多项科研成果研制完成的。压缩机由二缸三段十三级叶轮组成，压缩机缸体为垂直部分结构，其内部与气体接触处均为不锈钢。支撑轴承采用可倾式轴承，上推轴承采用金斯伯雷轴承，来提高机组的抗振性能及稳定性能。轴端密封采用德国西太平洋公司研制的干气密封，严格防止其气体外漏。机组为独立的气路系统，润滑油系统采用强制供油，并配有先进的独立的自控和保安装置，确保机组的安全运行。通过实际运行证明，该机组主要技术性能指标达4.2控制仪表的选择原料气进热交换器为保证其压力的稳定性采用了压力控制仪表，进合成塔的原料气