【《基于甲醇低压法的年产58万吨甲醇合成方案设计》11000字（论文）】

基于甲醇低压法的年产58万吨甲醇合成方案设计目录TOC\o"1-3"\h\u105361绪论 4229271.1甲醇简介 4143571.1.1甲醇 4256711.1.2物理性质 49131.1.3化学性质 421771.2甲醇的储存方法 597191.3甲醇应用领域 527341.3.1工业领域 680471.3.2生活领域 6271161.3.3汽车领域 6153371.4制作甲醇的主流方法 637211.4.1高压法 6261261.4.2中压法 7137571.4.3低压法 7139941.4.4我国独立研发的联醇工艺 8194321.5衍变历程 8195371.6甲醇市场状况 9128291.7甲醇行业发展建议 954601.7.1装备扩大化生产 1042981.7.2基础技术研发任务 10179901.7.3投资影响 10104132甲醇工艺和催化剂选择 11188342.1合成方法可取性 11236842.1.1工艺方法选取 1163972.1.2甲醇合成塔的选择 11166562.2确定催化剂种类 12143492.3操作要求 13118792.3.1反应温度 13324112.3.2反应压力 13257712.3.3空速 1374632.4合成工艺流程的确定 13101412.4.2合成气合成工段 14206503物料衡算 1540083.1合成甲醇反应方程 15107323.2反应塔物料衡算 1511083.3合成组分计算 17114433.4驰放气和新鲜气 18131213.5计算物料循环量 19279733.6出塔气和入塔气 2012319续表 21181913.7分离器出口组分流量 2233873.8贮罐气 23239194热量衡算 23311284.1合成塔热量计算公式 23245704.1.1物料进塔热量 2463204.1.2合成塔反应热 2555484.1.3出塔热量 26105714.2塔总热 2738174.3蒸汽换热 27317624.4换热器 2872254.4.1换热器进口热量 28327194.4.2物料带出换热器的热量 29225584.5换热器 2962534.5.1出塔气进入换热器的热量 29175354.5.2出换热器的出合成塔气的热量 29243744.6水冷器 30165054.6.1送入热量 3076604.6.2水冷器送出的热量 303974.6.3冷水量 3191284.7分离器热量参数计算 3121393（1）带入热量 3118847（2）气体带出热量 3115558（3）液体带出热量 31284905主设备计算 32204835.1催化剂 32124115.2合成塔 3212395.2.1计算换热面积 32280045.2.2计算换热管参数 33281705.2.3计算塔径 33152675.2.4塔壁计算 34104775.2.5主体外壳液压校核 34206765.2.6封头计算 35297765.2.7塔高的计算 36148225.3换热器 3651565.4水冷器的计算 39108886甲醇精馏工段的设计 40320666.1精馏塔计算 40115726.1.1基础参数计算 40160376.1.2精馏段塔径 42287976.1.3提馏段塔径 43266866.1.4精馏段塔板 449156.1.5精馏段塔板负荷性计算 4610816.1.6提馏段负荷性能 49153306.1.7提馏段负荷性能 51摘要甲醇作为重要的有机化工原料和溶剂，目前全球市场供不应求，而我国的煤炭资源相对丰富，用来制作甲醇可以缓解我国的能源紧缺的情况，对于能源的转型和调整具有重要的意义。本设计结合甲醇的各项物理和化学特点，设计计算年产58万吨的甲醇合成方案使用甲醇低压法，该方法是由德国某公司研发设计出的。其中工作任务主要是煤料的前处理，工艺方法的实用性和合理性辩证，合成过程的主要衡算及主要设备的计算和选型，并且绘制完成物料流程图和带控制点的工艺流程图。关键字：甲醇；合成；工艺；设备1绪论1.1甲醇简介1.1.1甲醇又名羟基甲烷，因首次在木头中发现，也叫做木醇或者木精。生活中较常见，也是结构最简单的饱和一元醇[1]。化学式结构简式CH3OH;分子式CH4O；分子量32.04。人体中毒下限量为100mg/kg，误食大约0.3g/kg便可使一个成年人死亡，甲醇成品由一氧化碳和氢气混合制得。1.1.2物理性质甲醇外观表现为无色透明，其散发出浓烈的刺鼻气味，与乙醇类似容易燃烧，容易挥发，微毒，略有酒精味[1]。可以与水互溶，能和乙醇，乙醚，酮类物质，苯类等有机物质混合。序号性质单位数值1沸点℃64.5-64.72熔点℃-97.83相对密度/1（空气）；1.1（蒸汽密度）4闪点℃12（闭口）~16(开口)5自燃温度℃4366爆炸极限%6（下限）~36.5（上限）7饱和蒸汽压(20℃)kPa12.38临界压力MPa7.959临界温度℃24010燃烧热（25℃液体）kJ/mol72311蒸发热（64.7℃）kJ/mol35.3212粘度(25℃)mPa.s0.552513液体热容（20~25℃）kJ/mol.℃2.51~2.5314气体热熔kJ/mol.℃1.6315偏心因子/0.56616临界压缩因子/0.233表1.1甲醇物理性质1.1.3化学性质甲醇由碳氢氧三种化学元素组成，且含有羟基架构，因此，与乙醇性质相似。与氧气等气体可以发生，在纯氧环境下可发生剧烈燃烧反应，放出水蒸汽和CO2。而且甲醇可以与氨气在370℃~420℃发生氨化反应[2]甲醇在空气中燃烧：甲醇只含一个羟基，且是一元醇，所以有一些与其他醇不同的特性。如：与氯化钡反应生成结晶状化合物CaCl2.4CH3OH，与氯化钡形成BaO.2CH3OH的此分子化合物并且此物质会溶解在甲醇溶液中[2]。甲醇与别的醇类也有不同，甲醇的-CH2OH基和氢气作用，发生氧化的过程中会产生甲酸，其会继续发生氧化产生二氧化碳[2]。甲醇不易于卤素单质反应，但可以和其水溶液作用，初步生成二氯甲醚，最后和水反应生成甲酮和盐酸[2]。甲醇和碱类，碳酸钙共同加热，放出氢气，产生甲酸钠[2]。与锌粉共同蒸馏，分解后放出CO和水蒸气[2]。1.2甲醇的储存方法甲醇成品应储存于阴凉，通风状况良好的专业库房中，库房应远离火源和热源等高温发热的仪器设备，温度不得超过37℃，储存设备应密封保存。与其其发生反应的物质应分开隔离保存。最后储存区域应该有完整的消防应急处理和收容的设备装置。1.3甲醇应用领域1.3.1工业领域甲醇是最基本合成的化学有机产品，下游产品有众多，如甲烷，甲胺等；同时也能作为除虫药剂得原料。在医药领域也有众多涉及，来制造一些药物。甲醇的主要作用方向为生产制，作甲醛，甲醛在生活方面应用广泛，可制作家居所用的粘胶剂，再者可用于塑料，油漆涂料，轻工业纺织的加工方面。甲醇通过系列转化合成甲胺，该产品涉及到很多有机合成反应。甲醇也可以通过合成技术生产乙二醇，其是石油化工的中间产物之一，可用来生产聚酯和工业防冻液[3]。1.3.2生活领域在甲醇结构基础上，用微生物的自身特点，使甲醇转化变成蛋白质，其比天然的蛋白质有更高的营养价值，含有更多的氨基酸物质，矿物质和许多维生素等[4]。可以替代日常食用的大豆等高蛋白食物，甲醇也可做用于植物的生长剂，使农作物有增大产量的作用，也可减少作物的灌溉，比较适用于西北地区干旱地的农作物生长增产[5]。1.3.3汽车领域甲醇用来生产二甲醚，两者通过一定比例混合得到的另一种溶液为新型液体燃料，名为醇醚燃料，其燃烧热值比一般的燃料更加高，更加受人们欢迎。一般，甲醇比乙醇的互溶情况更好一些，所以在1980年以后，甲醇常用作汽车汽油的辛烷值添加剂的生产和研究，从而让甲醇的市场发展和对其需求加快了脚步[6][7]。1.4制作甲醇的主流方法主反应：传统合成甲醇的方法有三种，分别为高、中、低压法。如今科技水平大发展的高潮中，甲醇的合成工艺也不断发展，逐渐由高压合成法向中低压合成方法转移，并且对其当前技术不断地改善和优化，取得了很多研究成果[8][9]。本论文采用低压法合成甲醇。1.4.1高压法此法为最开始的生产甲醇的方法，反应压力为19.6~29.4MPa，反应温度为360-400℃。科学生产技术逐步提高，对煤的脱硫技术也随之提高。同时，此方法所用的催化剂也在逐步采用活性更高的铜系催化剂来提高和优化合成条件。高压法在合成甲醇的历史长河中存在了70多年，但由于其法对原材料和能源消耗过大，反应过程温度过高，生产的产品含有的杂质过多，所以这种方法的发展目前处于停滞阶段[8][9]。图1.1西德某高压法生产甲醇工艺流程1.4.2中压法这种方法的生产压力为9.8MPa~19.6MPa，化工生产技术持续发展，所以大型化甲醇工生产规模在近几年的建厂和发展中比较普遍。如果使用低压法进行生产，必须使用更大规格的生产设备和生产运输管道。所以在生产过程中适当的升高合适的压力，即中压法就由此发展产生。而这种方法生产时所用的催化剂仍是具有比较高的活性的铜系催化剂，同时使用的反应温度也与低压法一样。此法的优势也与低压法如出一辙。但动能的消耗略微高于低压法，压力升高，相应的能量损耗也就多一点。当前的世界甲醇生产，厂家都在使用中压法或低压法较多，这些厂家使用中压法的仍占超过半数以上。比如，新泻工厂所属日本，生产甲醇的方法即是中压法[8][9]。图1.2日本新泻公司中压法生产甲醇工艺流程1.4.3低压法低压法的生产压力为5MPa~9.8MPa，生产温度为240℃~270℃。这种生产甲醇的方法是在1960年以后由英国的lCl公司研究投入使用的。这种方法使用的是相对活性更高，操作压力更低的铜基催化剂，其最后的收率也比其他的更多一点[8][9]。相对于上述两种方法，优点也较明确。比如过程选择性更好，提高了产品质量，降低了副反应，原料成本的损失也有所降低。另外，降低了压力，设计工艺也更加简单，动能损耗也相比于高，中压法减少了很多，所以总成本也会较低。由此可见，低压法的优点也很显而易见。例如，采用低压法合成甲醇的德国Lurgi公司。图1.3德国某公司Lurgi低压法生产甲醇工艺1.4.4我国独立研发的联醇工艺联醇工艺是由中国独立自主研究的甲醇合成工艺。联醇工艺就是将原料与合成氨的工艺联合共同生产甲醇的技术，既能满足合成氨的工艺，也能满足合成甲醇的生产工艺。这样的工艺在生产时在压缩机的第五段出口处与之后的铜洗阶段的入口处之间添加一套合成甲醇的设备，其中含有合成塔等有关的设备。要求在此工艺中，合成甲醇后的气体必须精制，要满足合成氨的需求，必须要采取特殊的净化措施，既要持续合成甲醇的CO，而且不能使H2S等气体进入系统[10]。目前，据有限的统计数据，全球使用中压法装置生产合成甲醇的总能力达到80%以上。1.5衍变历程该产品也是各种形形色色有机物的上游开发物料和药品的基础原料，在国防基础等许多的工业领域也有都有涉及。如今，越来越大的甲醇生产基地在建设，规模也在逐渐扩大，甲醇在日常生活和工业领域的消费范围逐步在增加。上世纪三十年代，甲醇的生产主要是从蒸馏木材中提取出来的，之后逐渐有煤炭代替。直到1950年以后，原料由煤炭转变用天然气来合成甲醇。1960年以后，原料又从天然气改变为以石油中分馏出的重油为原料，这一时段以重油为原料的甲醇生产装置得到了大力发展。但是，我国已探明的煤炭资源远远超过了现有的石油储量资源和天然气的储量。在全球石油资源紧缺的时候，全球油价又提价的时代，我国应加大力量，加快步伐研究煤炭的绿色发展技术，而且在之后的长期发展中煤炭将是我们国家生产甲醇的重要原料[11]。1.6甲醇市场状况在2000年以后，我们国家对甲醇的用量需求逐渐增加且平稳持续增长。这些平稳的增长其一来自于传统的化工生产领域，例如粘胶剂的中的甲醛；其二来自于新型产品范围的消耗利用，比如有醋酸相关产品和甲基叔丁基醚的生产技术（是醚化技术，在酸催化剂的催化作用下，利用甲醇和异丁烯作为原料进行反应，该反应是可逆的放热反应），两者共同带动甲醇的需求快速增长，但近些年增长趋势略有下滑。在传统的化工方面，甲醇主要应在制作甲醛的技术中，甲醛是粘合剂的主要成分，用在家具木材的粘合加工处理，再者就是对塑料，纺织物，纸张的处理过程。甲醇在这些领域的应用占比达到80%以上。甲醇在醋酸生产消费中占有一席之地，除此之外甲醇还可以生产醋酸乙酯，醋酸纤维，醋酸脂等相关化学品，甲醇的作用在过程处理剂和粘合剂等相关产品中发挥着举足轻重的地位。自2002年以来，我国甲醇的市场化价格在持续上涨，最高的价格上浮超过甲醇的当时价格的一倍之多，可谓是前无古人，利润是相当的可观，有些厂家的甲醇价格超过了每吨1000元人民币，许多厂家开始对产能进行扩展和新建，导致我国的甲醇总产量直线飙升。当前国内已有的甲醇生产厂家有诸多，例如由中海石化集团投资建设的甲醇合成厂家，设计年产量为180万吨；山西焦化集团投资建设的甲醇生产厂，设计年产为12万吨生产基地，甘肃华亭煤业集团于2008年建设完成并投产的年产60万吨的中煦煤化工有限责任公司；长寿化工园区建成将成为我国最大的甲醇生产基地。Ar-Razi由沙特基础工业公司和三菱瓦斯化学协会共同持股，此公司拥有四座甲醇生产厂区，总产能达到320万吨/年，第五座厂区建成，总产能达到600万吨/年。这个公司也是我国进口甲醇的主力军公司之一。据大数据统计，诸多甲醇生产厂区的建成投产，新加入的甲醇产能和已经运行投产的甲醇生产线的总产能将超过500万吨/年。这些数据将直接影响到甲醇市场的发展趋势1.7甲醇行业发展建议目前为止，甲醇的生产消费能力在全世界仅低于苯类，乙烯等有机物。总体来说，甲醇也是一种非常重要的化工原料，对一个国家的工业生产还是有一定的代表性。目前的甲醇市场总的生产能力是超过它的消费能力的，但是有专家表示，在未来的汽车能源领域，甲醇作为汽车能源的代替产品，将有无可替代的作用。再者，通过甲醇来制作合成的相关有机产物也有很多，也会促进甲醇相关工业技术的进步和优化[12][13]。1.7.1装备扩大化生产国外的甲醇生产原料多数以天然气为主，其特点主要是产量高，效率高，生产设备大型化或超大型；而我国甲醇的生产主要原料绝大部分为煤炭，只有少数企业以天然气或重油为原料进行小规模生产。煤炭相比于天然气生产工艺更复杂，产生的废料更多，对环境的污染更大。其次，我国多数甲醇生产基地都以小型化工，生产单一的产品为主；生产设备损耗高，合成工艺落后，运行成本高等不足之处；这种产品生产工艺较为落后，缺口产品量还需从外国买进来。截至今年，咱们国内不断通过本国相关研究所和高校自主研发和在国外企业学习最新的科学生产技术，研发和引进相关的生产设备和生产路线，使得国内的有关企业和生产厂家普遍都使用了优点较多的低压法甲醇生产装置；我国甲醇生产所用法的催化剂研究也处于世界领先水平，自主研制的生产工艺也有了相当大的进步[12][13]。生产装备是主要的技术问题，应当加紧实现装备大型化是重中之重。1.7.2基础技术研发任务上世纪二十年代到六十年代甲醇的合成工艺主要以高压法为主，直到七八十年代以后，高压法逐渐被低压法生产工艺替代；如今，液体甲醇的优势慢慢体现出来，其拥技术开发和引领经济发展的两座大山。在以后甲醇工业发展中，液体甲醇生产技术和气体甲醇生产技术会发生类似于低压法和高压法一样的碰撞，前者将会逐渐代替后者，成为主流技术。当前任务一方面是重点拥有自主知识产权的成熟的液相甲醇合成技术，另一方面是在自主研发的同时，关注全球甲醇合成技术的尖端技术[12][13]。相关催化剂也是必要的基础研究。1.7.3投资影响截至目前为止，甲醇的利润虽然由于近几年的自然灾害的增多和下游新开发产品减少，使得利润有所下滑，但总的来说，还是比较可观的。近些年新建厂家也在不断增多，自2006年有超过十余家新厂在规划建设中。甲醇项目虽然很热，但投资生产仍需要通过仔细调查市场，谨慎投资，不然甲醇市场一旦产能过剩，势必导致有些生产厂家分崩离析[12]。因此，投资甲醇市场，仍需要认真考量。已探明的我国煤炭资源储量大约有2.6万亿吨之多，总体质量可以算是较好的，所以，煤制甲醇是我国可以大面积进行工业生产的有机化工产品之一。世界石油产量在不断缩减，甲醇成为石油的初始代替品指日可待。甲醇还可以合成乙烯等重要有机原料。从当前市场了解到，甲醇制取的相关烯烃产物的经济效果还是很可观，与石油的分馏产物石脑油制成的烯烃产物的经济效益可以相媲美[13]。所以，从长远的战略角度来讲，煤制甲醇的工业发展对国家未来的发展的具有重要的含义。2甲醇工艺和催化剂选择2.1合成方法可取性2.1.1工艺方法选取产品核心原料的是CO和H2。在催化环境中，通过压缩机送入合成塔，在塔中混合气反应生成粗的甲醇产品和少量副产物，再经过一系列单元操作最终到甲醇的成品。在上一章的叙述中已经阐述介绍了三种普遍常用的甲醇合成方法，通过一系列比较，的出低压法相对于另外两种方法，其优点明显，拥有较高的甲醇收率，生产成本，投资成本，设备的制造都比较低。总体来说，低压法拥有显著的优越性。表2.1三种甲醇合成法的比较高压法中压法低压法生产压力生产温度使用催化剂通过上表得出，甲醇的低压生产工艺使用消耗低，成本，收率，操作刚需，使用的器械装备等都有明显的优势。因此本文用低压生产工艺。2.1.2甲醇合成塔的选择合成塔是甲醇生产的核心设备，也是合成气的主来源设备。另外，换热器，水冷器，分离器也是主要设备。合成塔的选型设计决定了一套甲醇的生产系统装置。国际上通用的五大低压生产甲醇的合成装备有德国Lurgi公司研发生产的一套管属型蒸汽合成塔，这种合成塔既能当反应设备使用，又可以作为能量生产设备。其内部温度均匀，可通过产生的蒸汽灵活控制其反应温度和压力，设备的反应热量可高效利用，产出的粗甲醇含量较高，杂质少等优点；ICI多段冷激式甲醇反应器

，这种反应器的单塔生产能力比较大，适合大型甲醇化工生产，可控温度，催化剂的装填拆卸比较方便，但反应率不高，而且只能摄取低势能能量。第三种反应器是第一种反应器的改型设备，一次转化率高，可回收高位热能；Topsoe（托普索）合成反应装备由三台径向的拥有隔热特性塔器组成，每个合成塔之间都装备有一个换热设备，送出热量，可增大控诉来提高一定的产量，适合大规模的增产生产，单塔生产可达每天2000吨的量；林德等温型甲醇合成反应器类似于螺旋盘管换热器，塔内的热通过与其内部的换热管道交换将其移出到外部，其优点是操作温度基本等温，不存在催化剂过热失效的可能，再者其传热系数较大。通过以上分析比较，Lurgi管壳式甲醇合成塔的特点适合于本次设计使用，再者现在的甲醇生产厂家应用的技术都是Lurgi工艺，比较成熟。因此我设计所用的合成塔技术也是这种。2.2确定催化剂种类常用的催化剂种类相关特性如下所示表2.2铜基和锌铬催化剂异同点[14]选项优势不足铜基催化剂活性好不受热产率高容易中毒锌基催化剂高温稳定性好不易中毒反应温度高以上对比我们可以看出，铜基催化剂较好。而且相关技术工艺都已经很成熟，铜基催化剂已经得到了行业的肯定并且应用到80%以上的厂家。由我国化工研究所研发的中国,这种催化剂属于纳米负载型催化剂，特点具有较小的密度，且孔容率比其他催化剂大，使用强度高，适用于多种环境下，稳定性和选择性好等优点，符合本次设计要求，所以采用该催化剂。型低压甲醇合成催化剂的物性情况[16]如下:表面：与金属类似的光泽，形状为圆柱体装填密度：外形大小：承受能力催化剂的有关状态：℃左右时的收率为大约℃的收率应在左右。如果在常规安全操作下，催化剂则可长年使用。2.3操作要求2.3.1反应温度塔内的温度环境对进入混合反应气的平衡常数和进程快慢有严重的干扰因素。合成甲醇的原料主要是CO和H2，该反应是可逆放热反应，反应温度越高，反应的越快，但是其中的某些关键参数就会降低，例如混合气的平衡常数。因此，该合成反应的关键问题就是反应温度的确定。另外，所有选用催化剂参加的反应，与原料的种类和操作条件相关联，反应温度为。2.3.2反应压力 压力是每个反应中很重要的一个参数，它决定反应的平衡是否向正确的方向进行。原料反应压力降低，应该及时升高压强；同时各个物料的分压和催化剂强度也相对提高。和所选催化剂的压力在，所以，本次设计的进塔压力为。2.3.3空速影响空速的因素有很多，主要是内部反应的环境温度及所使用催化剂的活性要求。催化剂的基本要求即在塔内发生合成时其混合气的空速必须达标，国内使用的自主研发的催化剂标准空速应达到，空速过大或过小都对反应有不同的影响；不同的催化剂都需要设定的空速来达到其使用要求，本设计采用的型催化剂要求的空速为，本次设计空速为。2.4合成工艺流程的确定本次设计将采用由上世纪70年代GDR研发并投入商用的GSP原煤气化工艺。与其他类似技术比较，该技术工艺是在炉顶投料加进干粉原料，同时在炉内的气化室周围都装有冷却系统，此投料工艺和冷却方式更加先进和合理。这种气化系统主要是由气化设备，进料设备，洗涤设备构成。经筛选后的原煤被研磨碾压为约的颗粒后，通过干燥后，通过输送带送给到气化炉烧嘴处。被同时送到的还有纯氧和水蒸汽，之后全部被投放到气化室内进行反应，在严苛的温度和压力下，大部分都气化为原料气，只有极小部分随着反应后的废料被投送出去。原料气主要是由一氧化碳和氢气组成的高温粗煤气，之后经过冷却室和外部分离器将主要成分和杂质分离，分离的煤气在进入净化工段，然后将净化后的煤气送入合成塔进行之后的系列反应。2.4.2合成气合成工段经过一系列净化变换除硫操作后，干净的原料气通过离心泵的加压，使气体压强增至，温度达到,再次经离心泵加压至，与反应器中出来的气体换热，是温度达到，然后混合气通过管程进入合成塔与催化剂混合，发生合成反应。合成气再进入壳程，温度为，与的冷却介质水蒸气进行换热，是温度降到。然后进入水冷器降温至，冷却后的粗甲醇进入分离器分离。小部分粗甲醇进入精馏装置精制，其余大部分的分离气经压缩后返回合成塔继续反应。另外，对于从合成塔分离出来的粗甲醇，本次设计采用的精馏方案选用收率相对较高的三塔联合精馏工艺进行操作；精馏设备包括填料型精馏塔，筛板加压精馏塔，筛板常压精馏塔，以及若干换热器，进料泵，冷却器等设备。图2.1甲醇生产工艺方框图3物料衡算3.1合成甲醇反应方程主反应：副反应：一氧化碳和氢气是合成甲醇的主要组成物质，而二氧化碳主要是通过逆反应变换成CO，而且进入合成塔的的量在正常的开车生产状态是低于以下的，所以不纳入计算范围。3.2反应塔物料衡算通过任务书可知每年生产58万吨产品，按一年上天班次算，一日安排三班倒工作制。根据计算可得，每小时精甲醇的产量为。因本设计采用的是三塔精馏工艺，精甲醇的纯度为99.95%，已知三塔精馏工艺的精甲醇收率可达到97%。通过计算得入精馏塔的粗甲醇质量流量为。表3.1精甲醇的质量百分数组成甲醇()二甲醚异丁醇水含量%单位时间产量：工艺生产每吨粗甲醇可带出（标况），即为甲烷。则甲烷的每小时产量为：故实际生成的水的量为资料显示，，成分溶解率示下表：表3.2每吨粗甲醇合成气的溶解情况根据数据测试，时的液态甲醇中放出的等气体中每立方有甲醇气体。：3.3合成组分计算表3.3各弛放成分含量[17]表3.4原料消耗消耗反应组分kmol/hCO2H2式12764.21-5528.42式37.24-14.48式430.08-90.24式51.24-2.48式6255.11255.11255.11表3.5生成物量产物CH4CH3OH(CH3)2OC4H9OHH2O式1式3式4式5式6表3.6余量3.4驰放气和新鲜气表3.7原料气续表惰性气体组分百分数一般保持在0.41%左右，且在工艺的全过程中都维持原有状态，即。则得出驰放气G的量为,可算出新鲜气的量为。表3.8驰放气表3.9新鲜气组成3.5计算物料循环量整理得：合成器出产品率则：表3.10组分循环量3.6出塔气和入塔气累加后总计为：表3.11入料组成出塔气=入塔气量-反应消耗量+反应生成量：出塔气总量为：。表3.12出塔气的组成续表ArCH4(CH3)2OC4H9OHH2O2.185.560.00680.000590.551152.722941.163.620.00059289.743.7分离器出口组分流量：即表3.13气相成分则计算得：表3.14液体组成3.8贮罐气储罐气组分如下：表3.15贮罐气组成H2COCO2N2ArCH427.915.2550.733.751.5610.8017.183.2331.232.310.966.654热量衡算4.1合成塔热量计算公式全塔热量平衡计算公式：其中:入塔气热量，主副反应热量，出塔气热量，损失热，蒸汽换出热量，入塔气组分流量，入塔组分比热容，入塔气温度，其中：出塔气组分流量，出他组分热熔，出塔气温度，其中各代表的是甲醇，甲烷，二甲醇，异丁醇，和水的生成热，。4.1.1物料进塔热量在，定压状态组分数据为：表4.1气体组分甲醇氢气一氧化碳二氧化碳氮气氩气甲烷根据公式计算：表4.2入塔组分热每小时入塔热：入塔总热：4.1.2合成塔反应热由公式计算：表4.3各组分生成热甲醇二甲醚异丁醇甲烷一氧化碳续表每小时生成热：4.1.3出塔热量在下气体热容：表4.4气体组分据算出塔气热量：表4.5出塔气每小时出塔热：则：4.2塔总热热损为5%则：4.3蒸汽换热蒸汽换出热：蒸汽初温，末温；由《化工工艺手册》[19],得蒸气热容。由计算：表4.6热量平衡4.4换热器4.4.1换热器进口热量设备进口的初温℃，由算得：表4.7换热器数据结果如下：则4.4.2物料带出换热器的热量前期计算得，出换热器热量与入合成塔热量相当。4.5换热器4.5.1出塔气进入换热器的热量假设管道无能量损失，即根据能量守恒，从合成塔出来的气体携带的热量就等于从换热器入口进入的热量：。4.5.2出换热器的出合成塔气的热量依据能量守恒原则，出合成塔气携带的热量进入换热器后会减少，而减少的那一部分用来加热进入换热器的合成气，即出塔气减少量为合成气的增加量。即：可计算出换热器的出口热量：气体温度：设从合成塔出来的出塔气体和在换热器换热完毕从出口出来的合成气热容相等，即：出口温度：,末温。4.6水冷器4.6.1送入热量当气体离开塔体后，本身热量还是与进入水冷器热量一样，即。4.6.2水冷器送出的热量经过换热器加工操作后的出塔气进入水冷器，进行热量交换，气体温度从60.75℃变到40℃。而甲醇此刻以两种状态存在，一种为气态，另一种为液体状态；副产物包括甲醚液体，异丁醇液体，还有液态水；而其他成分皆是气体。通过查阅资料得到的相关数据显示在时的相关比热容和热量计算结果如下表所示：表4.8水冷器带出热量(汽)续表(液)(液)(液)(液)（1）出口气体（2）出口液体4.6.3冷水量冷水初温℃，末温℃，则：需量：4.7分离器热量参数计算（1）带入热量（2）气体带出热量（3）液体带出热量5主设备计算5.1催化剂一小时的入塔气总量为，即，假设气体的空速为。则：5.2合成塔5.2.1计算换热面积每小时传热量：传热系数：进塔气初温℃，末温℃；蒸汽初温℃，末温℃，温差：由得：5.2.2计算换热管参数在《化工机械设备基础》[20]这本资料中阅读到换热管的材料应该使用00Cr18Ni5Mo3Si2这种材料做成的无缝钢管，使用的长度大概是12000mm，按照三角摆布。则钢管的数量为设备操作单另设置18根应急操作杆，实际换热管需15513根。5.2.3计算塔径公式：其中：D→管径,mm

a→两管距离，mmb→对角线管数

L→管子中心距其中管道中心间距：塔径：圆整：。5.2.4塔壁计算设计将用双面焊的方法，优势是可以使塔体和封头的连接姐更加精密结实，全塔探伤，。在℃时，饱和水蒸汽气压，即，。所以取：则：附加壁厚：名义厚度圆整后得。5.2.5主体外壳液压校核在认定安全的运行状态中，设备的许用应力为。算得：则：材料屈服点：装备压应力为：即因，可以使用。外壳最大应力即设计合理。5.2.6封头计算经在所有封头种类中筛选，此装备所选择的封头是椭圆封头，其中封头直边高度设计为，所以取值的形状系数为，为建造设备而通过筛选所用的材料为，计算得到的封头内径为。封头壁厚：附加厚度：设计壁厚：圆整为100mm，设计封头的最大压力为：所以封头规格为：5.2.7塔高的计算管壳式换热器中最重要得部分之一就是管板。管板直径：厚度：设计选择的设备底座经筛选确定为裙座，其厚度为45mm长度为2800mm。折流板间距为2200mm，数量为6块。因此，计算得该合成塔塔高为：表5.1合成塔数据主体内径mm6700换热管数目15531壁厚mm100长度mm12000半球封头内径mm6700规格mm38×2.5厚度mm100折流板数量6操作杆直径mm12长度mm2100数目18间距mm2000H=17434mm5.3换热器（1）换热器增加量：总传热系数：，能量交换过程采用相反流向换热出塔气→合成气→平均温差：由可得：换热器制造材料和规格大小选择的是大小的无焊接头的连续无缝管料。长约，似正三角摆放。据已知数据算出：计算出对角线所用的管数：则：圆整得。设备的封头和主体部分全部用双面焊接的办法连接起来。焊接系数：合成气进入壳程，进入压力为5.2MP，则，，℃时。则壁厚：附加厚度设计厚度圆整（4）两边封头均采用标准椭圆封头，根据JB/T4746-2002标准[21]，封头格为,曲高,直高。采用的材料为。（5）该设备采用弓形折流板，材料使用，折流板的最大高度。取间距为5025mm，则共要折流板20块，拉杆数60，直径为40mm。换热器数据汇总如下：表5.2换热器数据主体内径mm6700换热管数目15231厚度mm100管长9000椭圆封头内径mm6700尺寸mm38X25厚度mm100折流板数量20拉杆直径mm40长度mm5025数量18间距mm50255.4水冷器的计算（1）水冷器能量互换，,传热系数：温度变化：