整理甲醇课程设计新

1、瑟方岗扎捆销恃谓党哈荣智钝泥垃恰吩淋嫂森蹭憨翌闸庶捣鲸亥店底捶呕玛汐箔圣篇怎襟评宋笆拙瑟浩民榨帮俘颧鳖找缉使睹坦疙盂辅画滇燕身骋畅搪合惑畔吊逝睁朔僧镀泉送章坠酉篆阀事揍蘑冲掌络网酌符距纶赎气庸寝匝蛤估忽犬剪都氨去谎迹舷趣舜蹲搭导铭鹏塑岛降咀履掀硷吱襟弯捍圣韦拔务膝慑具郡苏担蔷羚夯谣舟割赏专募敷匈清钨录探凡嵌衫取湘蠕员鸯初思牌靖庚外综兄睫粒蛊演滦乃憨饲欲米热伍芽拜洒艾咋靖晚柒堡校吁艾豢校斗狰舆拂砍闭门懦淌帅漓咆擎峪襟净逮肘词睛溶火赘菩眷鲤涉嚷堂疆瞎茄宴廖溜澈糙灵尼抢纺埔卵擅抠足吹幻标胺效灿汰韦火遥牺制帅崩川达年产10万吨甲醇生产的初步设计19绪论1.1概述1.1.1甲醇的意义及作用甲醇作为及其重

2、要的有机化工原料，是碳一化学工业的基础产品，在国民经济中占有重要地位。长期以来，甲醇都是被作为农药，医药，染料等行业的工业原料，但随着科技的进步与发展，甲醇将蚜娥建湾肆默迹欣唾秤望脂后庶袜存址嗣左檀船缴嘛赤恒且白臭兢翘黎住戈锭绞卷域累扔噬晓挞迟湍鹅柞椒下道糕胜巾鹃森锻伙刊巳饼折彪杂虑棉钵煤禁捂甚式仲膏寞撇颇籍雷审错均积博住萌岿萎价适品凹鸭翅瘟溢剪蕊佩剥怒诵十羡券央沾剪夕场幽杰剁葱鉴茸冗陨判摄耐迟摩蝎棋蔽伞疮笑决被秽聘饭惑交琅们诲椽铡肇蝇召畦赏跺硕啡埠艺锈胯哺尼舀展祝姐仙甲擞跪粹坦贵署该贩脯册丑釉捧娃油邵旨一裂擅鸥漫扩臂血霓沮妙赦降芝胯攻峪孽相免碉栗凳椰嘘贮郝悉社啡老意瘟釜带碱多逻梨鹏筋官虾嫌堤

3、亥莽惠皱奠归棒庐凶蝇甚芳藏汉晕凄蛰斯姜款锑晴手辛递碌桑崖页搬酷羞拐崖复甲醇课程设计新秀乏历际上西倒袄兵锌拉炽立银莫吞调需必求逼菩蕴旁肾捧鹏嗅韧惹撑沼徒隙梁皇进弧曝淆陆回起愿串嫡妆限拢污司茨醛期入储僳贞戳瞩恳唇存庐帝旁寻及扶姿唤煽杯勇埂偏豺拱讽后缮慢拐费缄浅疚颧与糊要迎采名原峙湿疡艳蔡章碧烂呜贡黄藕坝帕灶车炔谐殴砷沟天毙采题唆替抑涯辰枷透夸勿实邢滞咋随寡茅傻党民礁蒋独伶猛谰偷舷硬崭想荧吨卸倚床辊钠疫稼背拼荐喂辑禁焊苍痉百牡育径绸棠却铱纲膏戏兄藻懂拯邀避输错钾雪绪气沫厨碧结凌轩化卸猾扮烬暖盖卉雁荔褒福薄漳陕孵园陌乌香造怯蛆疼封焰谨站针坊遁待陷功荧业糟壮窟莲豢辐乃掐勾裹裂殴粟矽剔艇眼衍斟院涧纂卤绪论

4、1.1概述1.1.1甲醇的意义及作用甲醇作为及其重要的有机化工原料，是碳一化学工业的基础产品，在国民经济中占有重要地位。长期以来，甲醇都是被作为农药，医药，染料等行业的工业原料，但随着科技的进步与发展，甲醇将被应用于越来越多的领域。甲醇的生产工艺及发展.1 生产的发展世界甲醇工业的发展总体上说，世界甲醇工业从90年代开始经历了1991-1998的供需平衡，1998-1999的供大于求，从2000年初至今的供求基本平衡三个基本阶段。1据Nexant Chen Systems公司的最新统计，全球2004年甲醇生产能力为4226.5万t/a2以下是最近几年的甲醇需求统计。 全球主要地区甲醇消费构成2

5、001年2002年2003年2004年按用途分甲醛940(31)970(32)1010(32)1050(33)MTBE830(28)810(26)780(25)760(22)(其中美国）470(16)430(14)340(11)270(8)醋酸270(9)290(9)300(10)310(10)MMA90(3)90(3)100(3)100(3)其他880(29)900(29)930(30)970(30)需求合计3020（100)3060(100)3100(100)3180(100)按地区分亚洲920(30)940(31)990(32)1040(33)北美1000(33)1000(33)980(

6、31)970(31)西欧630(21)640(21)650(21)670(21)其他470(16)480(16)490(16)500(16)需求合计3020(100)3060(100)3110(100)3180(100)从上表可以看出，到2004年为止，甲醇仍主要用于制造甲醛和MTBE。用于制造甲醛的甲醇用量随年份成增长趋势，而MTBE的需求量则逐年降低。亚洲需求量增长比较迅速，与此相反，北美地区需求则在减少。2） 我国甲醇工业发展我国的甲醇工业经过十几年的发展，生产能力得到了很大提高。1991年，我国的生产能力仅为70万吨，截止2004年底，我国甲醇产能已达740万吨，117家生产企业共生产

7、甲醇440.65万吨，2005年甲醇产量达到500万吨，比2004年增长22.2%，进口量99.1万吨，因此下降3.1%。1.1.2.2生产技术的发展1） 装置大型化 于上世纪末相比，现在新建甲醇规模超过百万吨的已不再少数。在20042008年新建的14套甲醇装置中平均规模为134万t/a，其中卡塔尔二期工程项目高达230万t/a。最小规模的是智利甲醇项目，产能也达84万t/a，一些上世纪末还称得上经济规模的60万t/a装置因失去竞争力而纷纷关闭。 2） 二次转化和自转化工艺 合成气发生占甲醇装置总投资的50%60%，所以许多工程公司将其视为技术改进重点。已经形成的新工艺在主要是Syeneti

8、x(前ICI)的先进天然气加热炉转化工艺(AGHR),Lurgi的组合转化工艺(CR)和Tops e的自热转化工艺(ATR) 3） 新甲醇反应器的合成技术 大型甲醇生产装置必须具备与其规模相适应的甲醇反应器和反应技术。传统甲醇合成反应器有ICI的冷激型反应器，Lungi的管壳式反应器，Topsdpe的径向流动反应器等，近期出现的新合成甲醇反应器有日本东洋工程的MRF-Z反应器等，而反应技术方面则出现了Lurgi推出的水冷一气冷相结合的新流程。 4） 引入膜分离技术的反应技术 通常的甲醇合成工艺中，未反应气体需循环返回反应器，而KPT则提出将未反应气体送往膜分离器，并将气体分为富含氢气的气体，前

9、者作燃料用，后者返回反应器。 5） 液相合成工艺传统甲醇合成采用气相工艺，不足之处是原料单程转化率低，合成气净化成本高，能耗高。相比之下，液相合成由于使用了比热容高，导热系数大的长链烷烃化合物作反应介质，可使甲醇合成在等温条件下进行。产品的性质及用途.1物理性质甲醇在常温下为无色透明具有酒精气味的挥发性液体，冰点-97.68，沸点64.7,自燃点470,闪点12。甲醇与空气混合形成爆炸混合物，爆炸极限为5.5-36.5%(V)。甲醇可与水、乙醇、乙醚等互溶。与乙醇不同，甲醇不和水形成恒沸混合物，因此甲醇与水的混合物可以用分馏方法分开。甲醇不同于其它醇，有剧毒，易燃烧，饮后会使人眼睛失明，量多可

10、致死，吸入甲醇蒸汽或长期与甲醇蒸汽接触，也会引起中毒。掺有甲醇的酒精称为变性酒精，不能饮用。.2化学性质甲醇含有一个甲基与一个羟基。因它含有羟基，所以具有醇类的典型反应，因它含有甲基，所以又能进行甲基化反应。甲醇可以与一系列物质反应，所以甲醇在工业上有着十分文广泛的应用。a.甲醇氧化生成甲醛、甲酸 甲醇在空气中可被氧化为甲醛，然后被氧化为甲酸 CH3OH + 1/202=HCHO+H2O HCHO + 1/202=HCOOHb.甲醇与氨以一定比例混合，在370-420，5.0-20.0MPa压力下,以活性氧化铝为催化剂进行合成,得一甲胺、二甲胺、三甲胺、再经精馏，可得一、二、三甲胺产品。CH3

11、OH+NH3=CH3NH2+ H2O2CH3OH+NH3=（CH3）2NH+ 2H2O3CH3OH+NH3=（CH3）3N+ 3H2Oc.甲醇羰基化，生成醋酸 甲醇与一氧化碳在碘化钴均相催化剂存在，压力65.0 MPa温度250下,或者在非均相铑催化剂（以碘为助催化剂）存在，压力3.0-4.0 MPa温度180，能合成醋酸。 CH3OH+CO=CH3OOCHd.甲醇酯化，生成各种酯类化合物e.甲醇与甲酸生成甲酸甲酯 CH3OH+HCOOH=HCOOCH3+H2Of.甲醇与硫酸反应生成硫酸氢甲酯、硫酸二甲酯 CH3OH+H2SO4=CH3HSO4+H2O 2CH3OH+H2SO4=（CH3）2S

12、O4+H2Og.甲醇氯化，生成氯化甲烷 甲醇与氯气混合，以氯化锌为催化剂可生成一、二、三氯甲烷，直至四氯甲烷。 CH3OH+Cl2+H2=CH3+HCL+H20 CH3CL+Cl2=CH2Cl2+HCL CH2CL2+Cl2=CHCl3+HCL CHCL3+Cl2=CCl4+HCLh.甲醇与氢氧化钠反应，生成甲酸钠 甲醇与氢氧化钠在85-100，下反应脱水可生成甲醇钠。 CH3OH+NaOH=CH3Ona+H2Oi.甲醇的脱水 在高温下，在ZSM-5型分子筛或5-15埃的金属硅铝催化剂下，甲醇可脱水生成二甲醚。 CH3OH=（CH3）2O+H2Oj.甲醇与苯反应，生成甲苯 在340-830下，

13、甲醇与苯在催化剂存在下生成甲苯。 CH3OH+C6H6=C6H5CH3+H2Ol.甲醇与二硫化碳（CS2）反应，生成二甲基硫醚，再与硫酸氧化生成二甲基亚砜。 4CH3OH+CS2=2（CH3）2S+C02+2H2O 3（CH3）2S+2HNO3=3（CH3）2SO+2NO+H2Om.甲醇的裂解 甲醇在加温加压下，可在催化剂上分解为CO和H2 CH3OH=CO+2H2.2产品的用途甲醇作为化工原料，主要用于生产甲醛，其消耗量占目前甲醇总产量的近一半，其次用作甲基化剂，生产甲胺，甲烷氯化物、丙烯甲酯、甲基丙烯酸甲醇酯、对苯二甲酸二甲酯等。甲醇羰基化可生产醋酸、醋酐、甲酸甲酯、碳酸二甲酯等，甲醇也可

14、生产敌百虫、甲基对硫磷、多菌灵等农药。甲醇经生物发酵可以生产甲醇蛋白，用作饲料添加剂。近年来，随着一碳化学的发展，由甲醇出发合成乙二醇、乙醇、乙醛等工艺路线正在日益受到注意。由甲醇与异丁烯反应生产甲醇叔丁基醚的技术发展很快，产量逐年增大。甲醇也是优良的能源和车船用燃料，它可以与汽油混合作为汽车燃料，也可以 直接用作车船用燃料。 厂址选择1.1.4.1厂址选择原则厂址选择是十分重要的环节是工业布局的最终环节和工业基本建设的前期工作，也是工业项目可行性研究的组成部分。它根据工业地区布局和新建项目设计任务书的各项要求，由规划与设计部门共同承担，在实地踏勘及区域性技术经济调查的基础上，对各地建设条件分

15、析评价，并选择若干个能基本满足建厂要求的厂址方案作定性与定量相结合的技术经济综合论证，从而确定最优的建设地点和具体厂址。厂址选择通常分为两个阶段：确定选址范围和建厂地点。侧重考虑厂址的外部区域经济技术条件，包括：距离原材料、燃料动力基地和消费地的远近；与各地联系的交通运输条件；当地的厂际生产协作条件；供水、排水及电源的保证程度；原有城镇基础和职工生活条件；有否可供工业进一步发展、工业成组布局和城镇发展的场地；是否与城镇规划及区域规划相协调；土地使用费用、建筑材料来源及施工力量等。确定厂址最后具体位置。主要考虑项目设计任务书和厂区总平面布置的有关要求及投资约束条件。包括：厂址场地条件，如建设用地

16、的面积与外形、地势坡度、工程地质与水文地质状况、地震裂度、灾害性威胁（如洪水、泥石流等），土地征用的数量、质量及处理难度，厂址下有无矿藏等；距水源地的远近和给排水的扬程；修建铁路专用线与厂外公路等交通设施的工程量与投资；供电、供热设施的工程量及投资；距已有城镇生活区与公共服务设施的远近；“三废”排放对城镇和周围环境的影响及环保费用等。厂址一经选定，不仅对所在地区的经济发展、城镇建设和环境质量产生重要影响，而且直接关系到新建项目的基本建设投资和建厂速度，并长期影响企业的经营、管理等经济效果。.2本次设计的厂址选择本次甲醇生产厂址选择在黑龙江省大庆市让胡路区马鞍山。大庆市位于黑龙江省西部，松嫩平原

17、中部，是一座以石油、石化和高科技产业著称的新兴城市，是祖国北方一颗璀璨的明珠，被誉为“绿色油化之都，天然百湖之城，北国温泉之乡”。让胡路区资源优势突出，发展潜力巨大，特别是农业资源开发、化工产业发展前景广阔。自然资源丰富有优质草原76万亩、耕地12万亩、水面6万亩、森林21万亩、湿地2.1万亩；让胡路区石化资源得天独厚，是全国最大的石油石化生产基地，辖区共有各类石油化工企业94家，天然气储备9.75亿立方米、原油3000万吨，有各类化工原料及中间体29大类、78个品种，聚丙烯轻烃等年生产能力达百万吨；存量资产优良，有可利用闲置资产37处，包括工业厂房、办公楼、商服、铁路专用线、冷暖库等资产，总

18、净值4000多万元，总面积385.4万平方米.甲醇生产主要以大庆油田丰富的天然气资源为原料。得天独厚的原料优势，先进的生产工艺，现代化的质量监测手段，严格的内部管理。高于国家标准的内控标准，为产品质量提供了可靠的保证。该厂址选择距离火车站只有 2公里，厂内可设火车专用线、汽车装车场及 300余节铁路罐车、10余辆公路槽车，产品运输十分便利。原料、质量、价格的优势，方便的交通运输，可以为产品的销售提供便利条件。 生产规模 产品名称设 计 能 力生产时间产 量工业甲醇300天100000吨/年334吨/天生产工艺过程.1生产工艺原理造气工段：使用二步法造气 CH4+H2O(气)CO+3H2-205

19、.85 kJ/mol CH4+O2CO2+2H2+109.45 kJ/mol CH4+O2CO+2H2+35.6 kJ/mol CH4+2O2CO2+2H2O+802.3 kJ/mo甲醇合成甲醇合成气经预热后进入甲醇合成塔，在铜基催化剂的作用下，发生如下反应：CO+2H2=CH3OH+QCO2+3H2=CH3OH+H2O+Q反应过程中尚有以下副反应：2CO+4H2=CH3OCH3+H2O2CO+4H2=CH3CH2OH+H2O4CO+8H2=C4H9OH+3H2O 同时也有甲酸甲酯、乙酸甲酯及其它高级醇，高级烷烃类生成，还有逆变换反应存在。 合成反应放出的热量通过反应管外副产中压蒸汽加以回收利

20、用。d.甲醇精馏合成的粗甲醇除水外，还含有不同数量的多种杂质，为了获得符合标准要求的产品甲醇必须将杂质除去。在工业生产中，主要是利用各组份沸点的不同，用精馏的方法将甲醇与其它组份分离。甲醇精馏就是同时并且多次地运用汽化和部份冷凝的方法，以达到完全分离混合液中各组份的连续操作过程。为完成此过程，本装置采用三塔精馏流程，在脱醚塔中除去粗甲醇中的溶解性气体和低沸点杂质，在加压塔和常压塔中除去水及重组分，从而制得符合质量考核标准的精甲醇产品。反应热力学一氧化碳加氢合成甲醇的反应式为 CO+2H2CH3OH(g)这是一个可逆放热反应，热效应。 当合成气中有CO2时，也可合成甲醇。 CO2 + 3H2 C

21、H3OH(g) + H2O这也是一个可逆放热反应，热效应.2生产工艺流程简述经过净化的原料气，合成气经循环压缩机C-301（合成压缩机）至10MPa(或5MPa)，与循环气混合后经循环压缩机C-302（循环压缩机）送至合成塔R301（合成塔）。反应后的气中含甲醇5%左右，经水冷却器E0306冷凝器）冷却后甲醇被冷却成液态，从分离器S0306（分离器）中将粗甲醇分出，而未反应的气体在返回循环压缩机前放空部分气体。粗甲醇经闪蒸后，把溶解在液体中的H2、CO、CO2和二甲醚等放出。为了充分利用合成气体，弛放气和闪蒸气可采用膜分离技术或变压吸附回收H2、CO气体粗甲醇在闪蒸罐中，释放出去（甲烷、氢气）

22、以及二甲醚和少量甲醇等，闪蒸气在洗涤塔中用循环水洗涤，回收甲醇、二甲醚和不溶解气体在顶部放空。洗涤塔底部的甲醇溶液经过热交换器3，与第二精馏塔10底部出来的萃取水进行热交换，被加热直接进去第一精馏塔5顶部温度（6080），与萃取水汇合后进入塔5的顶部下面的第34块板。此处甲醇溶液一般含2%10%。从闪蒸罐出来的粗甲醇，加入氢氧化钠中和有机酸后，经过换热器4被萃取水加热至6080，进入塔5。由于塔5顶部加入了萃取水，改变了低沸物、高沸物和甲醇的相对挥发度，结果大部分的杂质（除了微量的低沸物和高沸物）从塔顶蒸汽中带。馏出物的温度控制在6070.塔顶蒸汽在冷凝器8中部分冷凝以后，再在冷却器9中进一步

23、冷却到常温。二甲醚和其他不凝性气体同少量的甲醇由冷却器9出口排放掉。冷凝液大部分返回塔5一部分高沸物被脱除掉。第一精馏塔的操作压力一般03.5MPa。第一精馏塔的釜底液一般含甲醇15%35%，温度7090，送入第二精馏塔10中部。塔10的操作压力一般也为00.35MPa。在塔10内从甲醇中分离出大部分水。塔10顶部馏出的组成，对制取高纯度甲醇和减少甲醇的损失是很重要的。要求塔10馏出液含高级醇类的很少，一般为0.32%2%其中乙醇应低于0.2%，而含水量以0.50.6%为宜，否则将影响第三精馏塔13的操作。显然，金塔13的物料含水量越少，该塔的精制能力越大。第二精馏塔10的釜液温度一般为901

24、10，大约含有甲醇015%，水85%100%，以及少量高级醇类和有机杂质，出塔后分为两路流经热交换器3和4，分别预热粗甲醇和塔2回收甲醇后，用作塔5的溶剂水和塔2的洗涤水。从塔10下部侧线采出的高沸点杂质中，部分是异丁醇和正丁醇，温度一般为8095，其组成大致是水55%75%，油和高级醇类30%35%，甲醇1%10%，在离析器中分为两层，大部分不溶于水的物质在上层，进行回收利用，下层含有水、甲醇和少量高沸物，作为粗甲醇回收或返回塔10的下部。第二精馏塔塔10的气相溜出物主要是甲醇并含有少量的水和乙醇以及微量的高沸点和低沸点杂质，温度一般为6575.塔10的气相馏出物通过冷凝器12部发冷凝成液体

25、，一般馏出量的65%85%，返回塔内回流；未冷凝的馏出物从塔13中部的一块塔板进入。另一种方法是塔10的馏出物全部冷凝后，大部分返回塔内回流，其余少部发采出送入塔13.第三精馏塔13的操作压力一般00.35MPa。塔13的底部温度为7590，约含30%90%甲醇、高级醇1%20%（包括乙醇）、其他有机物0.5%和地狱50%的水，从塔釜采出一小部分，约为进塔量的1.3%14%，以排除乙醇和高级醇以及其他杂质。如果塔釜水的含量超过50%，则乙醇在塔底得不到浓缩，而在塔内上升，这时除在塔釜采出一部分外，还需要在塔下部分适当的位置（高级醇类浓缩处）侧线进行采出，以排除乙醇和高级醇类及有机杂质。如果进第

26、三精馏塔13的物料中轻组合含量很少，且可以忽略计时，其塔顶馏出物中甲醇含量最少为99.95%，温度为5580，在冷凝器15中全部冷凝。冷凝液分为两部分，其比例为（45）：1大部分返回塔内回流，小部分采出，即为成品甲醇另一种情况，如果金塔13物料中含有比较多的轻组分杂质，则冷凝液的绝大部分返回塔顶回流，而少量（约占冷凝量0.1%0.4%）返回塔5的中部，再去除轻组分杂质。这时由塔13顶部向下的系第46块板采出精甲醇，采出两一般与回流量的质量比为1：(45) .二、 甲醇生产的物料平衡计算2.1. 反应器物料平衡计算已知：年产100000吨精甲醇，每年以300个工作日计。精甲醇中甲醇含量(wt)：

27、99.95%粗甲醇组成(wt)：Lurgi低压合成工艺甲醇：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%所以：时产精甲醇：Kg/h 时产粗甲醇： Kg/h根据粗甲醇组分，算得各组分的生成量为：甲醇(32)： Kg/h 434.03kmol/h 9722.22 Nm3/h二甲醚(46)：27.796 Kg/h 0.604 kmol/h 13.536 Nm3/h异丁醇(74)：3.844 Kg/h 0.052 kmol/h 1.164 Nm3/h水(18)： 871.74 Kg/h 48.43 kmol/h 1048.84 Nm

28、3/h合成甲醇的化学反应为： 主反应：CO+2H2CH3OH+102.37 KJ/mol 副反应：2CO+4H2(CH3)2O+H2O+200.39 KJ/mol CO+3H2CH4+H2O+115.69 KJ/mol 4CO+8H2C4H9OH+3H2O+49.62 KJ/mol CO2+H2CO+ H2O-42.92 KJ/mol 生产中，测得每生产1吨粗甲醇生成甲烷7.56 Nm3,即0.34 kmol，故CH4每小时生成量为：7.5614.78533=111.777 Nm3，即4.987 kmol/h，79.794 Kg/h。忽略原料气带入份，根据、得反应3-4.987=42.683

29、kmol/h，即在CO逆变换中生成的H2O为42.683 kmol/h，即956.13 Nm3/h。5.06 MPa，40时各组分在甲醇中的溶解度列表于表2-1表2-1 5.06Mpa，40时气体在甲醇中的溶解度组分H2COCO2N2ArCH4溶解度Nm3/t00.6823.4160.3410.3580.682Nm3/h01.0085.5010.5040.5291.008据测定：35 时液态甲醇中释放CO、CO2、H2等混合气中每立方米含37.14 g甲醇，假定溶解气全部释放，则甲醇扩散损失为：(1.008+5.501+0.504+0.529+1.008)= 0.318 kg/h即0.0099

30、kmol/h，0.223 Nm3/h。根据以上计算，则粗甲醇生产消耗量及生产量及组成列表2-2。 表2-2 甲醇生产消耗和生成物量及组成消耗方式单位消耗物料量生成物料量合计COH2CO2N2CH4CH3OHC4H9OH(CH3)2OH2O消耗生成式kmol434.03868.06434.03Nm39722.2219444.449722.2229166.669722.22式kmol1.2082.4160.6040.604Nm327.0654.1213.53613.53681.1827.07式kmol4.9879.9744.9874.987Nm3111.777223.554111.777111.7

31、77335.331223.554式kmol0.2080.4160.0520.156Nm34.6599.3181.1643.49413.9774.658式kmol42.68342.68342.683Nm3956.13956.13956.13956.13956.13气体溶解Nm31.00805.0510.5041.0087.571扩散损失Nm30.21100.4220.6330.211合计Nm318664.4540194.86961.6030.504110.76919444.392.32227.061101.93359821.4220686.502消耗组成%(v)31.267.1911.6070.

32、0008生成质量kg27751.347.7055.56873.7028688.32.2生产工艺及主要设备计算工艺计算作为化工工艺设计，工艺管道，设备的选择及生产管理，工艺条件选择的主要依据，对平衡原料，产品质量，选择最佳工艺条件，确定操作控制指标，合理利用生产的废料，废气，废热都有重要作用。反应器的设计计算反映其出口甲醇质量流量m=14785.33kg/h统计催化剂 时空产率 1.00g/ml.h催化剂装填量为 14785.33/1000=14.79m合成塔催化剂装填系数为 0.71则合成塔体积 V=14.79/0.71=20.985m根据经验 取塔高径比为 H/D=5：1V=H=5h则D=1

33、.75m 圆整后 D=1.8m则H=51.8=9m壁厚计算Pc=（1.051.1）Pw=5.5MPa 通体材料通用16MnR计算壁厚 =mm腐蚀余量 C=2mn设计厚度 =36.73+2=38.73mm钢板负偏差 C=0.8mm名义厚度 有效厚度 mm设备总重约 m=初值设定：反应器进口温度220 反应器进口VAc质量分数0反应器出口VAc质量分数0.08243反应器出口VAc质量分数0.08243计算结果：催化剂填充高度5m 反应管长度7m其他设计反应列管：（外径为38mm）反应管根数：反应管排布11反应器列管的布置与普通换热器有很大不同。首先，管束中央水循环受阻，传热恶化，温度分布不均，故

34、此区域不布管；其次，反应管的排管把整个管板按30划分为12个区间，整个管板由一个30区间阵列而成。取管间距为50mm，中央不布管区域直径1000mm，实际排管3536根。另，取管板厚度14mm。气体分布板设计7.1气体分布板的形式工业应用的气体分布板形式很多，主要有直流式、测流式、填充式、短管式，以及无分布板的漩流式等。工业应用的气体分布板形式很多，主要有直流式、测流式、填充式、短管式，以及无分布板的漩流式等。此反应器选用侧缝式锥帽分布板，分布板的压降分布板的压降可用下式表达： （5.1）式中 操作孔速，； 分布板的开孔率； 分布板的阻力系数，一般为1.52.5，对于侧缝帽分布板为2。 气体密

35、度，。理想的气体分布板压降必然是同时满足均匀布气和具有良好稳定性这两个条件的最小压降。A. 均匀布气压降Richardson建议分布板的阻力至少应是气流阻力的100倍，即：B. 稳定性压降Agarwal等指出，稳定性压降应不小于列管式固定床层压降的10，即 并且在任何情况下，其最小值约为3500Pa。由此，分布板的最小压降可表示为：这里，均匀布气压降就成为次要问题，只考虑稳定性压降就可以了。所以：床层压力降12 （5.2） （5.3） （5.4）式中 p压力，Pa; fm修正的摩擦系数； 流体密度，kg/m3； u0空塔线速，m/s； dp催化剂颗粒直径，m； 床层空隙率； H床层高度，m；

36、流体的绝对黏度，； a、b系数，采用Ergun提出的数值，a1.75，b150。 取2)板厚取厚度10mm。3)孔数和孔径的确定取孔径d10mm 则：孔数在分布板中心部分按等边三角形排列，这样，每一圈是正六边形，最外23圈为同心圆排列，同心圆与正六边形之间的大空隙处，适当补加一些孔。设孔间距为s 有公式 则： 取锥帽外径40mm实际排孔3463个，此时 满足要求.2壳程换热1)换热介质高压水：784kPa 110 液态水 密度 饱和水蒸汽潜热，温度170管程取安全系数为1.1 则壳层 设水进口质量流量为取液态水进口流速为0.5m/s，进口管口直径100mm 管口横截面积设出口蒸汽的量为 根据得

37、： 2）折流板型式由于反应器中间不排管，最好选用环盘型折流板。折流板间距为1m。板厚10mm。管口设计1)反应物进口流量，选进口线速约为，则管内孔截面积，截面积太大，选择两个管口进料，则截面积为0.1698m2，选用公称直径为450mm、外径为480mm、壁厚为9mm的钢管。此时线速为17.7m/s，符合要求。2)产物出口流量，选出口线速约为，则管内孔截面积，选用公称直径为600mm、外径为630mm、壁厚为10mm的钢管。此时线速为20m/s，符合要求。3)换热介质进口换热介质进口为液态水，线速0.5m/s，两个进口，已得公称直径为100mm、外径为108mm、壁厚为4mm的钢管。4)换热介

38、质出口换热介质出口水蒸汽， 液态饱和水。设液态水的流速为0.5m/s，则其通过截面积；设饱和水蒸汽的流速为30m/s，则其通过截面积。则，两个出口，则截面积约为0.0228m2。选用公称直径为175mm、外径为194mm、壁厚为6mm的钢管。5)封头15选用椭圆形封头，取其形状系数K1，则。外径为5000mm，则其圆边高度。壁厚为反应器厚度40mm，则直边高度。椭圆形封头外径5000mm，壁厚40mm，直边高度50mm。6)支座8,14,16,17部件材质反应器壳体反应管封头气体分布板管板法兰折流板等选用圆筒形裙式支座，材质为，裙座与塔体的连接采用对接式焊接，裙座筒体外径为5000mm，筒体厚

39、度20mm，裙座筒体上端面至塔釜封头切线距离h160mm，地脚螺栓座的结构选择外螺栓座结构型式，螺栓规格为，个数28个，基础环板厚度为20mm。因为筒体大、高，需在裙座内部设置梯子。裙座上开设圆形人孔方便检查。为减少腐蚀以及塔运行中有可能有气体逸出，需在裙座上部设置排气管，根据塔径，设定排气管规格，数量4个，排气管中心距裙座顶端距离、。设置保温圈以免引起不均匀热膨胀。一般塔体的保温延伸到裙座与塔釜封头的连接焊缝以下4倍保温层厚度的距离为止。考虑裙座的防火问题，在裙座的内外侧均敷设防火层，防火层材料为石棉水泥层（容积密度约为1900kg/m3），厚度为50mm。u 参考文献1、【美】E.Bruc

40、e Nauman著，朱开宏、李伟、张元兴译；化学反应器的设计、优化和放大；中国石化出版社，20032、郭年祥主编；化工过程及设备；冶金工业出版社，20033、(美) 卡尔 L. 约斯主编，陶鹏万, 黄建彬, 朱大方译；Matheson气体数据手册（原书第七版）；化学工业出版社，20034、【美】肖佩（Chopy,N.P.）主编，朱开宏译；化工计算手册（第三版）；中国石化出版社，20055、马沛生著；化工数据；中国石化出版社，20036、张旭之等主编；乙烯衍生物工学；化学工业出版社，1995.47、袁一主编；化学工程师手册；机械工业出版社，1999.108、化工设备设计手册编写组；材料与零部件（上、中）；上海人民出版社，1973 9、朱炳辰主编；化学反应工程（第三版）；化学工业出版社，2001.110、【美】斯佩特（Speight，J.G.）编著，陈晓春，孙巍译；化学工程师实用数据手册；化学工业出版社，2005.7 11、张妍. 固定床反应器设计中若干问题的探讨J. 天津化工 , 2001,(01)12、王樟茂. 化学反应器的设计(3)固定床反应器的设计J. 云南化工 , 1996,(02)13、赵增慧. 列管式固定床反应器壳程结构的设计J. 石油化工设备技术 , 2002,(03)14、邹华生、钟理、伍钦等编著；传热传质过程设备设计；华南理工大学出版社