40万吨煤制甲醇精馏工艺设计

1、能源取业技术学院课程设计40万吨煤制甲醇精网工艺设计学生：指导老师： 秉昌专 业：应用化工技术东 部：地质测量条甲醇是燥化工中非常重要的有机产品，在甲醇合成工业生产过程中，粗甲醇的精制 不仅是决定甲醇产品质量的重要工序，而且也是影响甲醇生产成本的关键因素之一。换 热森是化工生产中重要的通用热工设备之一，管壳式换热器以其结构简单，牢固、掾作 弹性大等特点被广泣应用于工业生产中。本文的研究对象是四珞甲醇精镯工艺，与传统工艺粕比新工艺能够节约能量，节约 软小；但是同时新工艺增加了系统的蔚合程度，加强了塔之间的关联性，提高了系统对 于我料波动的响应的复杂性，给控制带来了很大的唯题。为了能睇实现新工艺的

2、工业应 用，对斯工艺进行详细的研究。关优词：甲薄精镯，Aspen Plus模拟，换热器计算，设备选型摘要II看tV第一章文故综述 61.1 研究背景-6-1.1.1 课题的提出 -6-112研究目标 6-1.2 甲醇的简介 6-1.3 甲醇耕镯流程发展 71.3.1 工艺竞程概述 7-1.3.2 典型的工艺流程 71.3.3 影响精蝴操作的西素与调节-10第二章 甲尊精播工段物料再算-11-2.1 甲醇精镯原理-11-2.1.1 预精播塔的作用-11-2.1.2 加城对甲薛精播的改善-11-2.1.3 萃取精蝴在甲醇精蚀中的应用 -122.1.4 回流比的选择-12-2.2 8塔精镯工段工艺的

3、物料街算-122.2.1 甲醇精偏工段物料衡算任务-122.2.2 甲醇精蝴工段物料衡算计算原理nW 13-2.2.3 甲醇精偏工段物料衡算-13第三章 常压塔冷却器的设计-18-3.1 确定设计方案-183.2 确定物性数据网-18-3.2.1 计算总传热入效-183.2.2 工艺结构尺寸 -193.2.3 折流板-20-3.2.4 接管-21-3.3 换热器核算-21-3.4 确定折流挡板形状/尺寸-25-3.5 波形膨胀节-253.6 设备主要附件的选择口刀-25-3.6.1 接管及决兰的选型 253.6.2 左管板的选型-273.6.3 换热管的选择-283.6.4 左管先短节的选择-

4、283.6.5 左管先封头的选择-293.6.6 左管先隔板的选择-293.6.7 左管先头兰外卷封垫片的选型 -293.6.8 右管板-29-3.6.9 右管先设计 -30-3.6.10 鞍座的选型 -30-3.7 设计结果一览表 -30-第8章结论-30-参考文故32玫-34-Z甲醇是重要的有抗基本产品，用途非常广泛。甲醇的产品质量、能耗指标是甲 醇精像系统的关键因素。甲醇精像工艺对整个甲醇生产流程的生产能力、产品质量、 能源炳耗与原料炳耗、环境保护都有重大影响。精伽过程占总能耗的很大部分，甲 醇生产能耗其中约60%就用于耕播过程。新锵投赛约占项目总投赛的30%40%。要研究和开发一种新工

5、艺，传统的方法是先遂行实会，再经过小忒、中试、工 业规模生产等等逐级放大的过程，周期长，投褥大。应用流程模拟软件，对工艺流 程叱行模拟，则很家财实现对流程的考察，可以改战工艺流程布建，优化工艺操作 参数，只要选择的模型及热力学方痣适当，模拟结枭是粕当可靠的，可以用来指导 生产，或者为装费改受以及新装费的设计提供基础救据。国一些甲醇生产装.差，甲醇新镯能耗较高，产品收率较低、后至一些装置的甲 醇产品质量较爰。同时，国甲醇产能的炉极双速，但是日南新项目设计还是沿衮以 往设计为主、没有足够的甲醇新镯系统设计应用理论研究基础。因此，对甲薛精蝴 工艺作系统的研究对于甲醇耕锵系统的合理设计、通过设备改造打

6、碉整工艺来降低 甲醇精蚀的能耗、提高甲醇产品质量和收率有突出的现实意义。现本文通过杳阅国外文献和实际生产中的工艺褥料，利用竞程模拟软件，使用 专有的物性热力学包模拟计算了四塔甲醇新锚工艺流程，并科实际的工艺数据进行 了对比，同时对常规甲醇耕播工艺的不同流程的设计参数利操作参数遂行了总结科 分析，提出了甲醇精像余统的工艺设计原则和设备设计原则。在此基础之上对于甲 醇精像系统提出了新的敌我流程和全新流程的开发。对于甲醇工业的发展具有重要 的意义。由于本人小平有限，文章中有不妥之处还望老师批评指正。第一章文故综述1.1 研究背景1.1.1 课题的提出粗甲醇中含有多种有机杂质狗水分，需要新制。精制过程

7、包括精俗与化学处理。化 学处理主要用城破坏在精像过程中唯以分离的杂质，并调节pHo精储主要是除去多挥 发细分，如二甲隧，以及唯以挥发的组分.高级醇.水等。在确定粗甲醇精伽的工艺流程时，应对生产过程中能耗，自动化程度，耕甲醇质量 要求等进行综合考虑，合理选择适.当的精镯方法。甲醇精播过程的物耗与粗甲薛质量关 £f艮大，随着甲醇合成条件改战，甲醇精像工艺出现了较大变化。根据甲醇质量要求不 同，甲尊精蝴可分为一塔流程、双塔流程和三塔流程。另外，ICI公司上世纪80年代末 为节省能耗，还将双珞凌程改为8塔流程。因此，对甲醇精镯工艺作亲统的研究对于甲醇精镯余统的合理设计.通过设备改造 利调整工

8、艺来降低甲醇精镯的能耗，提高甲醇产品质量"收率有突出的现实意义。现本 文通过杳阅国外文故科实际生产中的工艺褥料，利用流程模拟软件，使用专有的物性热 力学模拟计算了四塔甲醇精播工艺流程，并科实际的工艺数据进行了对比，同时对常规 甲尊精播工艺的不同竞程的设计参数科操作参数进行了总结科分析，提出了甲醇制偏条 统的工艺设计原则科设各设计原则。1.1.2 研究目标本论文的研究目标是：甲尊精镯工段进行初步设计(1J通过热力学原理对甲薛助物工段的工艺流程我行选择，叱行物料再算拜能量 街算；(3)根据换热器的热力计算、流动计算、结构计算和强度设计，对换热器遂行合 理的选型；(4)利用AutoCAD软

9、件，绘制甲醇精蚀工段的物料流程图、带拄制点的工艺流程 图、冷却器的设备图、±0.000平面的精镯工段设备布震图。1.2 甲醇的简介的甲醇为无色透明咚带乙醇气味的易挥发液体，沸点65,壕点97.8,和水相 对物度0.7915。甲醇能和水以任意比互溶，但不形成其流物，能和多数常用的有机该剂 (乙醇、乙够、两喇，笨等)混麻，并形成恒济混合物。甲醇,到等，服10ml有大明危假， 30ml能导致人死亡，宓先中允许最高甲醇蒸沌浓度为0.05mg/h。5热斑，其蒸讫能打 文气形成爆炸性混合物，爆炸极限6.036.5%（体积）。甲醇具有上述多种重要的物理化学性质，使它在许多工业部门得到广泛的用途，特

10、 别是由于能源结构的改变，"C化学工业的发展，甲醇的许多重要的工业用途正在研究. 开发中。例如甲醇可以裂解制氢，用于燃料电池，日益引人注目。甲醇通过ZMS5分孑 和依化剂转化%沌油已经工业化为固体燃料转化%液体燃料开辟了徒往。甲醇加一氧化 碳加氢可以合成乙醇。又如甲醇可以瓶斛制林烧。这对石油化工原料的多样化，面对石 油褥源日渐枯竭对能源结构的改变，具有重要意义。甲薛化工的新领域不断地被开发出 来其广度科深度正在发生深刻的变化。1.3 甲醇精网流程发展1.3.1 工艺受程概述常规甲醇精制流程可以分为两大部分，第一部分是期精镯部分，另一部分是主精蝴 部分。期精镯部分除了对粗甲醇运行萃取精

11、镯脱出某些垸烧的作用之外，另外的还可以 脱除二甲酸.，和其它会组分有机杂质。其底部的出料被加到主塔的中间人料板上，主塔 顶部出粗甲薛，底部出废液，下部侧发出杂醇L甲醇市场竞争非常激烈，特别是近年来，随着甲醇精镯技术的战步科计算机在该领 城的广沌应用，老的工艺装置由于能耗过高，在市场竞争力下降，技术更新的技术叱步 成为必走之路。1.3.2 典型的工艺流程甲醇精镯产生工艺有多种，分为单塔精镯，双塔精镯，三珞精镯与8塔精播。（V单塔流程楮述单愿流程（见图1.1J为粗甲醇产品经过一个塔就可以象出产品。粗甲醇塔中部加 料。送入，舷组分由塔顶挑出，高沸点的重组分在我料板以下若塔板处引出，水从塔底 排出，产

12、品甲醇在塔顶以下若干块珞板引出。CJIACHUN0 1.1甲醇孙馅工艺的单愿流程（aspen模拟图）（2）双珞流程楮述从合成工序来的粗甲醇人强格镯塔，此塔常压操作。为了提高预精蝴塔后甲醇的 稳定性，并尽可能回收甲尊，珞顶条用两级冷凝。塔顶经部分令联后的大部分甲薛、7K 及少量杂质留在液粕作为回流返回塔，二甲醛等轻组分（初偏分）及少量的甲醇、虫由塔 顶选出，塔底畲7K甲醇则由泵送至主新锵塔。主耕镯塔操作压力稍高于预耕镯塔，但也 可以认必是总压操作，珞顶得到精甲醇产品，塔底含微量甲醇及其它重组分的东送往东 处理余统（见图1.2） o4QZHU FEM-从合成工序来的加甲醇人预耕播塔，在塔顶除去轻组

13、分及不族先，塔底今7K甲薛由 泵送加压珞。加压缘操作压力为57bar（G）,塔顶甲醇怨气全凝后，部分作为回流线回流 泵返回珞顶，其余作为精甲醇产品送产品储槽，塔底含水甲葬则叱常压珞。同样，常压 塔塔顶出的精甲醇一部分作为回流，一部分与加压塔产品混合迷人甲醇产品储槽。三塔流程（见图1.3）的主要特点是，加压塔塔顶冷凝潜热用作米压塔塔金再沸器的热源, 这样既节省加热蒸汽，还节省冷却吹，达到节能的目的。图1.3甲尊新镭工艺的三纵流程（4）四塔受程楮述四塔流程（见图1.4）包含预精蚀珞、加压制用塔、米压精伽珞和甲薛回收塔。粗 甲醇经换热后叱八抗精蝴塔，脱除轻组分后（主要为不凝气、二甲隧等），塔底甲醇及

14、高 沸点组分加压后进入加压精储塔；加压精像塔顶的乞粕迷入冷凝蒸发器，利用加压精用 塔利总压精镯塔珞顶.塔底的温爰，为常压塔塔底提供热源，同时对加压塔塔顶气相令 凝。冷凝后的新甲醇迷人回流罐，一部分作为加压塔回流，一部分作为精甲醇产品出装 置；加压珞塔底的甲醇、高沸组分、虫等迷入常压塔，常压坏顶镯出精甲醇产品，在选 料板下方设置侧线批出，抽出物主要为甲醇，水和高沸点组分，选人甲回收塔再回收甲 尊，珞底废水进入生化余统处理；回收塔设有侧戈柚出，主要他出物为高沸点尊类，以 保证回收塔塔顶精甲醇质量和塔底废水中总醇含量要求，塔底废水送生化处理。图1.4甲醇精镭工艺的四练流程1.3.3 影响精蝴掾作的因

15、素与明节(1)我料状态刀格锵珞的进料(畲小甲醇)：当进料状况发生变化(回流比、塔顶精镯产物的组成固定) 时，这宜接影响到提镯段回流量的改变，叱料板的伍.黑也随着改变，将引起理论救教的 精镯段.提镯段塔板数分配的改变。对于固定叱料状况的精像塔来说，叱料状况的改变， 将会影响到产品质量及损失情况的改变。(2)回流比回竞比对猗镯塔操作影响很大，成接关系着塔各层坂上的物料浓度的改变/温度的 分布。录终反映在塔的分声效率上，是重要的操作参数之一。一般情况下，选取适底回流比为景小回竞比的132倍。两愿甲醇衲镯甲醇主精镯珞的回竞比 2.02.5o共碉节的依据是根据塔的负荷打 精甲醇的质量。当塔的热负荷较低时

16、，可以取较低的回流比比较经济，为保证精甲醇的 质量，精蝴段灵敏板的温度可以控制的喳低；反之，则增大回流比，在照颜精甲醇质量 的同时，为保持塔筌温度，灵敏板温度可抵制略高。对粗甲醇粒镯，回流比过大或过小， 都会影响胡镯操作的经济性科格甲醇的质量，一般在正常生产条件受到破坏或产品不合 格时，才调节回竞比;调节后尽可能保持塔金的加热量稔定，使回流比稳定。在调节回 党的同时，要注意板式塔的操作特点，防止液泛和严重漏液，都将会爱成塔操作温度的 混乱。当改变回流比时，由于掾作的变动，必然会引起塔每层板上浓度(组成)和温度的改 变，影响甲醇的质量和甲醇的收率，必须通过调节，拉制塔适宜的温度，达到新的平街,

17、在粗甲醇含量/产量确定的条件下，甲醇精镯余统正确的设计十分关键。(3)我料量和组成甲醇赫镯珞叱科量和组成改变时，都会破坏塔物料平衡尹气液斗街，引起塔温的波 动，如不及时调节，将会导致精甲醇的质量不合格或者增加甲醇的损大。随着选料量的 调节，各层珞板上的气液组成重新分配，可以控制一定的灵敏板温度与之相适.应。如甲醇的组成一般是比较稔定的，只是在合成依化制使用的前后期随着反应温度的 升高而变化较大。但是预耕镯后的分水甲醇中，甲醇浓度总、会有些小幅度波动。不论是 其中甲醇浓度增加或降低，都会受成塔物料不平街，形成轻组分下降或重组分上升，引 起塔举温度降低或愿项温度升,，加大了甲醇损失或降低了新甲醇的

18、质量。这时，在回 流比仍属适,它的情况下，只需对新甲醇的采出量稍作调节，就可达到塔温稔定，物料科 气液又趋平街;如枭粗甲醇的组分变化较大时，则需适.当改变其叱料板的位置，或是改 变回流比，才保证粗甲醇的分雷效率。多合成依化剂后期生产的粗甲醇或行茶镯时，有 时才确保精甲醇的质量，以保证精镯塔迷科位量降低，同时适当加大回竞比。如南所述，对粗甲薛制偏塔的操作概念，可以概括如下：在稔定塔压的前提下，采用在较高蒸沌速度（负扃）下掾作，既提高传质效果又最经济;选择适宜的回流比，降低能 量施拍;一般在我科稔定和变化缓慢的情况下，通过经常性小量调节精甲醇科重组分的 象出量，以保特塔温的合理分布和稔定，维持好塔

19、三个平甫，使产品甲醇达到质量指标， 同时回收副产品重组分，并尽景大可能降低戒液中有机物的含量。第二章 甲醇精锚工段物料街算2.1 甲醇精锵原理甲醇赫镯的目的，是实现甲醇与水及有机物等杂质的分青，生产出合格的精甲醇产 品。本课题研究B缘甲醇新镯工段工艺，包括预精伽珞.加压塔，常压塔以及回收塔。 如甲醇经换热后战八抗精镯塔,脱除轻组分后，塔底甲尊及高沸点组分通过泵提压后送人 加压塔，加压塔顶部出来的气体迷人常压珞再沸舞换热后，再以回流的方式全部返回加压 塔，从加压珞珞顶第2块填料位置采出产品，加压塔塔金液送入常压珞，常压冰塔顶偏出 精甲醇产品，塔举液送入沌提塔处理，总压缘提镯段侧线采出杂醇油送往回

20、收塔处理，田 收珞塔举液与来常压珞珞金液一并送往沌提塔处理。2.1.1 预精蝴塔的作用期势精播的主要作用是脱除粗甲醇中的低沸点杂质"可与甲醇形成其济扬的杂质， 它们一般由二氧化碳、然类、胺类，族类.酯类、巡酮类物质组成。二氧化碳.然类、 胺类等低流物可随不疑先一起放史。对抗塔的作用国外有不同的看头，主要有两种观点：一种认为抗塔对保证甲醇的质量 有重要作用，国外大都持这种现点，它们的秒塔比较高。国亦有不少厂家的预塔较高, 如一、等化肥厂，以及80年代末,90年代初投建的小麻醇厂；另一种呢点认为铜及触媒 的选择性好，粗甲醇中杂质少，预塔高度不必太高，总至将预塔冷凝器直接垂直安放在塔 顶，

21、回流量没有计量，早期的小藤醇就是这样1142.1.2 加城讨甲薛精蝴的改善利用NaOH处理在新锵过程中唯以分雷的杂质，例如以甲醇中的酸类，酯类等，使 其生成较裒易被脱出的盐。如甲醇中含有的有机酸，对设备，管道麻核石岩，经过城的 中科作用，减轻了腐蚀，延长了设备.管道的使用寿命。例如痰酸与NaOH反应生成猿 酸钠：RCOOH + NaOH -RCOONa+Hz。还调节了粗甲醇的pH值。在城存在下，酯发生皂化反应，生成我酸盐：RCOORNaOH - RCOONa + R，OH段酸钠溶于水，易于分青。加碱处理使得一些睢分肉的杂质，在颈精镯珞分斛15。2.1.3 萃取精播在甲醇精物中的应用粗甲醇中的一

22、些蛙类.酯类杂质，它们常温下与甲醇混澹，但不洽或淮谅于水。这 些醇沼性杂质对精甲醇虫溶性特别致感，只要甲醇中或存几十g/m3 ,其水麻液就会混 曲，达不到新甲醇7K溶性的要求。又因为杂质密度与甲醇卷度爰距较大，杂质多时也家 务爱成精甲够物度指标不合格。这类物质的沸点较高，且易与甲醇形成低于甲薛沸点的 共济扬，主要集中在砂塔塔顶而大量进入二级冷凝器回流液。这类物质如不在回受液中 脱除，就会受成预塔塔条出料杂质多，影响精甲醇的质量。脱除这些杂质的方法主要是 利用其不该于小的特性。在预愿加入萃取水可提高龈、的类物质的相对挥发度，从而 使其从愿顶集出。口62.1.4 回流比的选择回竞比对精镯塔操作影响

23、很大，宜接关东着培各层板上的物料浓度的改变/温度的 分布。一般情况下，选取适.直回流比为一最小回比的132倍。两塔甲尊精锵甲薛主格镯塔的回流比为2,02.5。其调节的依据是根据塔的负苻狗 精甲醇的质量。必保持四塔精镯余统的稳定操作.冷低能耗并减少投赛，应选取：加压 珞回流比R£2.5,常压塔回流比R2孑2；两珞负荷比Q1/Q2： 0.59-0.79；并在保特稔 定生产.产品质量合格的基础上，R1, R2选取得尽量小。2.2 四塔精德工段工艺的物料衙算2.2.1 甲专精健工段物料街算任务已知：原料是粗甲醇，成分及含量如下表2.1加甲醇姐成成分含 量(v/t%)CH30H93.40CH3

24、OCH30.42C4H9OH0.26CH3OCCH30.32H2O5.6合计100设计要求：C1）粗甲醇中甲醇回收率不小于99%；（2）精蝴工段产品为助甲醇，其甲醇畲量不低于99.5%2.2.2 甲醇精镯工段物料衡算计算原理18】全珞物科再算（通过全塔物料街算，可以求出新镯产品的流量、组成之间的关系）。 连续精镯珞做全珞物料再算，并以单位时间为基准，即总物料F = D+W务挥发组分Fxf = Dxd + Wxw式中F一原料液流量，kmol/h； D塔顶产品（镯出液）流量，kmol/h； W塔底产品（务或液）流量，kmol/h； 与一原料液中西挥发组分的摩余分救； 出一徽出液中多挥发组分的摩余分

25、救； %一条成液中易挥发处分的摩东分数。塔顶与挥发组分回收率=曳以100%Fxf塔底推挥发组分回收率=也匕3xlOO%F（l-xF）2.2.3 甲薛精蝴工段物料衡算以精甲醇年产40万吨计，粗甲尊中含甲尊90.29 %,则每年所需粗甲薛总量为： 400000/0.934=428266t/y年工作曰以330天计，刑制甲醇每日、每小时产量为：400000/330=1212.1t/d=50.505t/h=50505.1kg/h每目、每小时所需粗甲醇量%: 428266/330=1297.78t/d=54.07t/h=54074kg/h1J粗甲醇组成甲醇畲量：93.40%水含量：5.6%轻镯分畲量：二甲

26、隧0.42%初偏分畲量：异丁醇0.26%高级垸烧：辛垸0.32%2)预塔物料街算(1)人料：粗甲醇人料量：54047kg/h城液每吨精甲醇酒耗92%的NaOH 0.811kg,对而耗10%的碱液量:50505.1x0.811x92% 1 人=376.8kg/h1000x10%则甲醇年而耗量：376.8x24x330=2984t城带人的水量;376.8x (1-0.1J =339.12kg/h (相当于加入的萃取水量)粗甲醇含水量:54047x0.056=3026.6kg/h小量;粗甲薛舍尔量+碱液分7K量=3026.6+339.12=3365.72kg/h轻镯分量:54047x0.0042=2

27、27kg/h初播物:54047x0.0026=140.5kg/h高级饶烧:54047x0.0032=172.95kg/h总人料量:粗甲醇量+碱液量=54047+376.8=54423.8kg/h(2)出料甲醇：50505 kg/h水量：3365.72 kg/hNaOH:376.8 kg/h轻镯分：227kg/h初锚物：140.5kg/h高级烧建：172.95 kg/h其中：先粕 珞顶=轻蝴分+高级烧煌=227 +172.95=399.95 kg/h液和珞底=甲醇+水+初蝴物+NaOH=50505+3365.72+140.5+376.8=54388kg/h(3)预塔回流量脱然塔回流量回流比一般R

28、220,且考虑到节省能源的问题。结合ASPEN简便模拟 取R=315则回流量:1071,2x31.5:33787.68kg/h3)加压塔物料街算加压塔出料甲醇含量86.7% (即塔底甲醇分量)(1；人料：总人料量：出料液和=54388kg/h其中：水量:预出料7K量=3365.72kg/h甲醇量;预出料甲薛量=5O5O5kg/h(3)NaOH=预出料减量:376.8kg/h初镯物：预出料初偏z=140.5kg/h(2)出料:出料水量：人料水量=3365.72kg/h NaOH=376.8kg/h初镯物=140.5kg/h甲醇:(出。水量+NaOH+初锵扬)X出料甲醇含量/ C出料甲醇畲量)=C

29、3365.72+376.8+167.8J x0.867/ <1-0.867；=25491kg/h象出精甲醇量;人塔甲醇量出料甲醇量=50505-25491 =25014kg/h总出料量：总人料量集出精甲醇量=54388-25014=29374kg/h其中珞顶：液粕：精甲醇量=25014kg/h珞底：液粕=粗甲醇量=29374kg/h(3)回竞量为保椅余统的稳定操作，降低能耗，并减少投褥，应选取：加压塔回流比R1>2,5常压塔回流比R2>2.0并且在保持稔定生产，产品质量合格的基础上，R1, R2选取的尽量小。则取加压塔回竞比R=2.8臼流量=RxD=2.8x25014=700

30、39.2kg/h4;常压塔物料街算(1)人料总人料量:加压塔塔底总、出料量=29374kg/h其中甲醇:29374x0.867=25467.3kg/h小=3365.72kg/h®NaOH=376.8kg/h初镯物=140.5kg/h（2）出料侧戏排出量:初蝴物+水+甲醇初镯物=140.5kg/h 占 0.26%则 侧线力E f =140.5/0.0026=5403.8kg/h其中：f 4=5403.8x0.6062=3275.8kg/h（占 60.62%）=5403.8x0.3023=1633.6kg/h （占 30.23%；初镯物=140.5kg/h （占 0.26%J塔底排出戏液

31、其中：NaOH=376.8kg/h本二人料水.侧线排出:3365.72-1633.6:1732.12kg/h珞底排出戏液中含甲醇量=（戌液中水+NaOH） x戌液甲醇含量/ （1 或液中甲醇含量）=C1732.12+376.8） xO.001/ <1-0.001 J=2.1110kg/h戏液总量:水量+NaOH+薛量=1732.12+376.8+2.1110=2111.0kg/h愿顶塔顶象出精甲醇：人塔精甲醇例线排出成液中分醇量=25467.3-3275.8-2.1110=22189.4kg/h总出料量：塔顶精干醇:22189.4kg/h愿侧线:初偏物+小+甲醇=5403.8kg/h珞底

32、或液：NaOH+水+甲醇=2111.0kg/h（3）回流量回洗量:RxD=2x22189.4=44378.8kg/h5)回收塔物料街算(1)人料人料量;倒线排出量=5403.8kg/h其中 甲醇:3275.8kg/h，K=1633.6kg/h沏镯物:140.5kg/h(2)出料：塔顶象出精甲醇量=3275.8x0.97367:3189.5kg/h(精甲醇占人料精甲醇的97.367%)侧线抽出物甲醇:人料甲薛塔顶甲醇=3275.8-3189.5=86.3kg/h (甲薛占 20.27%)侧发抽出物;86.3/20.27%=425.8kg/h其中异 丁 =425.8x0.0026=1.11kg/h

33、7K=425.8x0.056=23.8kg/hf 4=86.3kg/h珞底其中虫二人料7K量一侧线出小=1633.6-23.8=1622.8kg/h异丁醇：人料异丁薛侧线抽出异丁醇=14.05-1.11=12.94kg/h总量:水量+齐丁醇=1622.8+12.94=1635.74kg/h(3)回流液量回流比：R取5回流量=DxR=5x3189.5:15947.5kg/h6;粗甲醇中甲尊回收率甲醇回收率=(加压塔采出精甲醇量+常压塔象出精甲醇量+回收塔采出新甲醇量)/粗甲醇中精 甲醇量=C25014+22189.4+3189.5) 750505.1=99.778%第三章常压塔冷却器的设计3.1

34、 确定设计方案两次体温度变化情况：精甲醇进。温度71,出。温度49；冷却由我。温度25, 出。温度30。该换热烝用循环冷却7K冷却，冬季掾作时旺口温度降低，考虑到这一因 素，估计该换热器的管壁温/壳体壁温之差较大，因此初步确定选用带膨胀节的固定管 板式换热器。3.2 确定物性数据18流体平均温度Tm和tmTmi= (Ti + To； /2 =(71 +49) /2 = 60tmi= fti + toJ /2= (25 + 30J /2 = 27.5平均温度下的物性数据表3-1 各组分物性数据物料项U单住效据物料项目单住救据您度kg/m3994甲薛卷度kg/m3760粘度pae s0.00072

35、5黏度pae s0.000344导 热余敦W/(m K)0.626导热未效W/(mK)0.188比热农kJ/(kg K)4.08比热衮kJ/(kg- K)2.9433.2.1 计算总传热系数热负荷QQ = Qd Cpo to+Qor=22189.4x2.943x (71-49J +22189.4/30x35.28/3600=1436.682kW平均传热温差冷却水用量总传热余数K管程传热索数71-49-30+25ln0 30-25» Q)Re =11.47121436,682 x 36004.08x(30-25)=253532kg/hdMPi _0.02x 0.5x994/z0.000

36、725=13710=0.0234(也6)。“文)44404 =0.023 x0.626 o.gz4.O8x0.000725x 1000 0, I q J / 1 )f0.020.626=2734.6w/(m2> K)壳程传热余数假设光程的传热条。o = 290W/(m2-)；污垢热阻/?s/=0.000172m2-/WR =0.000172 m2-/WAlz管壁的导热条敷入=45W/(m>K)1= s7 °.°°25x°,025 ier °°250.025+ 1.72x10 + 0.000172x+29045 x 0.02

37、250.02 2734.6 x 0.02 =229.67 W/(m2-)3.2.2 计算传热面色=512.3m2Q _ 1436.682 xlO3K&i； _229.67x12考虑 15%的面收裕度,S=1.15xS'=1.15x512.3=599.5m23.2.3 工艺结构尺寸管及科管流速选用25x2.5传热管(碳钢人 去管流速%=0.5m/s管程数和传热管教253532/(994x3600)0.785x0.022x0.5=452«)楼单程管计算，所需的传热管长度为L = S/(ndons) =512.3/(3.14x0.025x452) = 8.3(m)取传热管长

38、l:9m,对该换热器管程救为Np = L/l=8.3/9« 1(管程)传热管总根数N = 452x1=452 (根)平均传热温差校正及先程数平均传热温差校正未数R = (71-49)/(30-25) = 8.8 P = (30-25)/(71-25) = 0.102楼单壳程，多管程结构，温垄校正宗数杳化工原理(上册)第232页图4-19, 可得 8* =0.99平均传热温差纯产外 ArzM =0.99x12=12传热管排列打分程方法象用组合排列:去，取管心能t : 1.25do,则t = 1.25x25 = 31.25 * 32 mm横过管束中7'爱的管教4:1.1937 =

39、 1.19 AT =26(根)先体校象用多管程结构，取管板利用率n=08,则克体役为。:1.05 f收=1 .05X32,45% & =798.7圆整可取D = 800mm圆整后，换热及先体回简役为D=800mm,壳体厚度选择10mm。长度定为9000mmo光体的标记：简体DN800 6=103.2.4 折流极采用弓形折流板，取弓形折流板囿缺高度为光体检的25%,折流板的板间跑为h=0.25x800=200mm,则折流核救去折流板间距8 :0.30,刑B =0.3x800 = 240 (mm),可取 B 为 250mm。Nb=9000/2501=59(块)(4x0.00811V 3.1

40、4x0.5亮程流体及出。接管：取接管甲醇流速为 u=0.5m/s, q=22189.4/760/3600=0.00811 m3/s,则接管役为 =0.144m取标准管饯为150mm管程流体进出。接管q=253532/994/3600=0.0709m3/So取接管7K流速为 u=0.5m/s,14x0.0709 3.14x0.5% =0.725(2士 )山ir diSt当量直法，由正三角形排列得=0.425m取标准管检为450mm简体材料选择为Q235-A ,单位长度的简体重110kg/m,亮体法重为110x(5.910-0.156)= 632.94kgo (波形膨胀节的轴指长度为0.156m,

41、见本设计设备图)3.3 换热器核算(1)热量核算A.壳程对流传热宗数因为是有相变的换热过程，且甲醇丝汽在水平管束外冷凝，采用凯恩公式估算，即4( x 0.0322 一 0.785 x 0.0252)= 0.020(/?)3.14x0.025亮程流通我面积= 0.25x0.8 <1 -0.025/0.032)= 0.04375 mJ先程洗体竞速及雷诺数分别必Uo = V$/So22189.4/(3600x760) =QJ854m/s0.02x0.1854x760 04c彳 c=8191.00.000344ao = 0.725x(2.9433x7602x9.81x35.258x1000/30

42、/262/3/0.025/0.000344/6.3)1/4= 3099.5W/(m2-)B.管程对流传热入数3 = 0.023 &Re°8pr04管程流通猊面尔= 0.785x0.022x452/1= 0.141928 m2管程流体竞速Ui=Vs/Sj_ 22189.4/(3600x994) 0.141928= 0.04369m/s0.02x0.04369x9940.000725= 1198.0普兰特准教Pr二卫2_ 4.08x1000x0.000725-0.626= 4.73s = 0.023x0.626/0.02x1 198.0°-8x4.730-4= 389.

43、029W/(m2-)C.传热乐效K上1K =1nbd° n dodo+- + /?. + %" Ad. 42,4i3099.5+ 1.72x10-4 +0.0025x0.02545x0.0225+ 0.000172x0.0250.025d0.02 389.029x0.02=324.9W/(m2-)D.传热面积Ss=<1436.682x1000 324.9x12=368.5m2该换热器的实际传热面积SpSp=</(AT-nf)=3.14x0.025x (9-0.09) x(452-26)=297.96 m2该换热器的面尔溶度为：368.5-297.96297.6x

44、lOO%paFi结垢校正因效，无因次，取15,= 23.7%传热面余格度合适,，该换热器能完成生产任务。换热器流体的流动阻力管程流动阻力ZAPl=(AP1+AP2)FTNpN5(3-15)其中，APl,AP2一分别为宜役及回穹管中因摩擦阻力引起的压强路,Np管程数，Ns串连的先程救。流速0.1854m/s,爵诺准数1198.0 （层谦J=0.0534p、=入 LQ 1 d 2C 八9994 x 0.18542=0.0534xx0.022=410.5Pa、994x0.1854 2=3x2=51.3Pa=（410.5+513）x1.5x2=1385.4 Pa管程流动阻力在允许囱之B.光程阻力+ 州

45、）EM其中，APf一一流体横过管束的压除，paPzf流体流过折流极缺o的压强除，paFs一一光程压强降的结垢正因救，无因次，1.15Ns-一串连光程数。邛=成牝（七+1）， 乙其中，F一一管孑排列方式对压强降的校正因教fo一一壳程流体的摩擦条数，Re>500, f=5.ORe0-228Nc横过管束中心战的管子数Nb折流挡板救管孑为三角形排列，F=0.237, Nb=59, nc=26, uo=1.1O8m/s所以工）= 5x81910228=0.640809由式（）,得:760 x 0 1R54 2A/f = 0.237 x 0.640809 x 26 x 60 x= =3095 Pa(

46、3-18)AP；=Ns(3.5-升.2x0.20 760x0.1854-=59x (3.5-)X0.82=2311.9Pa=3095 +2311.9=5406.9PaC合理压降在总压操作下，操作压力闽00.07MPa（表压），合理压除为AP=P/2本冷却器的的操作压力为0.03 MPa（表压），合理压路P=P/2= （0.03 * 0.1303； /2=0.06565 MPa （绝压）通过比较，管程压降与光程压降亦在合理闺。3.4 确定折流挡板形状和尺寸选择折流挡板为有弓形缺o的圆形板，直饯为700mm，厚度为10mm。缺o弓形高 度才圆形板立役的约1/4,本设计回整% 200mm。折受挡板上

47、换热管死直役为25.6mm, 共有45278=374个；拉杆管乱克役为16.6mm,每个折流挡板上有4个。折流挡极重 量% 5.1kg。选择折流拈极间能h:200mm。折流挡救数NB=L/h-1=9000/2001=44块.3.5 波形膨胀节令流体循环水的定性温度% （30+25）/2=27.5热流体废液的定性温度为 （71+49） /2=60该换热器用循环小冷却，冬季操作时战。温度会降低。考虑到这一 因素，估计该换照器的管壁温度科壳体壁温之差较大，因此确定选用带波形膨胀节的固 定管板式换热器。波形膨胀节的壁厚与壳体相同，为10mm。根据换热器壳体的公称直800mm,可知波形膨胀节的公称立役也

48、是800mm,根据公称立役，杳化工设备机 械基础（化学工业，2008）书中表16-9的对应条目，获得波形膨胀节的具体尺寸（见换 热器设备图）3.6 设备主要附件的选择团3.6.1 接管及决兰的选型管。A为循环吹出D。接管管检的确定：受量 253532kg/h,卷度为 994 kg/m3,相当于 q=253532/994/3600=0.0709m3/So循环水为低粘度流体，在接管中的合理流速u=0.5一2m/So本设计取u=0.5m/s。则接=0.425m=425mmo接管的外役选择为430mm,壁厚选择为8mm,材质为20钢，每米管孑的重量17.14kg (GB-T 17395-1998无缝钢

49、管尺寸，外 形.重量及允许偏差人接管长度的选择：接管的长度L选择150mm,则重量为1.9kg。接管的标记：接管90x4.5 L=125接管法兰的选择：杳大学工程制图(华东理工大学，2005J14-5,接管外发dH=159mm的板太平焊钢制管:去兰的公称通往DN=150mmo选择公称压力PN=0.6MPa的页面法兰， 材料为 Q235A,标记为：HG20592 头兰 PL 150(B)-0.6 RF Q235-Ao 重量为 5.14kg。该头兰有8个均布在外用的螺孔，使用8个M16螺栓、螺母、垫片与工艺 管道连接。(2)管。B管d B为废水出。废7K的受量为27155.9kg/h,密度为760

50、 kg/m3,相当于 q=27155.9/760/3600=0.009925m3/So 废7K在接管中的合理流速 u=0.52m/so 本设 计取 u=0.5m/s。则接管的役：二包;4乂。"。)二5 =0.0253m = 45mmo、加 3.14x0.5管。C管。C为排气。接管管校的确定：接管的外及选择32mm,壁屋选择为3.5mm,材质为20钢，每米管孑的重量2.46kgCGB-T 17395-1998无级钢管尺寸、外形，重量及允许儡差人接管长度的选择：接管的长度L选择125mm,则重量为0.349kg。接管的标记：接管 32x3.5 L=100接管法兰的选择：杳大学工程制图(华

51、东理工大学，2005J表145,接管外役dH=32mm 的板太平焊钢制管法兰的公称通往DN=25mmo选择公称压力PN=0.6MPa的交面法兰， 材料% Q235A,标记为:HG20592 法兰 PL 25(B)-0.6 RF Q235-Ao该由兰有4个均布在外用的螺孔，使用4个M10螺栓、螺母、垫片与配套 的法兰盖装配。(4)管 D D管oD为废水我。接管，成兰与管。A/B的免全相同。管。E管。E为排污D。1接管长度的选择：接管的长度L选择90mm,则重量为0.493kg。接管的标记：接管57x3.5 L=1002接管决兰的选择：杳大学工程制图(华东理工大学，2005J114-5,接管外役d

52、H=57mm 的板太平焊钢制管法兰的公称通往DN=50mmo选择公称压力PN=0.6MPa的突面决兰， /料% Q235A,标记为:HG20592 法兰 PL 50(B)-0.6 RF Q235-Ao 重量为 1.51kg。该法兰有4个均布在外用的螺品，使用4个M12螺栓、螺母、垫片与配套 的头兰盖装配。(6)管。F管。F为循环水设D。接管，法兰与管dA、B为D的完金相同。3.6.2 左管板的选型C)管板厚度：化工设各机械基础(化学工业，2008)中有农16-8管板厚度表。管板的设计压 力为管.壳程设计压力中的大者。当设讨压力小于1MPa时，取为1MPa；表中的设备壳 体校x壁厚录接近本课程设

53、计值的是700x10；管.光程的温度差;6027.5:32.5；根据 上述的设计压力，先体校x壁屋以及温度爰，杳表得管板的厚度6=52mm。管板材料为 16Mn (假件 J。(2)管板形状：管板同时起到法兰的作用，金封面为凸面，可以打管先的决兰(密封面务必面)连接。 管板直授与管先为兰的相同，%830mm。外周均布24个18螺孔。(3)管板的开扎开孔科管程隔板物封槽分布情况：左管权共有312个安装换热管的开孔科8个拉杆安装孔以及2道管程隔板卷封槽 (见设备图人安装换热管的开孔尺寸：务了便于在管板上焊接换热管，开孔的孔发比换热管的外包大0.4 mm,即025.4 mm。开孔形状见设备图。(或者：

54、为了便于在管板上胀接换热管，开扎的扎彼比换热管的外很大0.3 mm,即 25.3mm。开扎表面有两道环白的糟，楷深0.5mm。管板开扎形状和袅面环白槽的位 置、尺寸见下图：图4.2管板开孔形状和表面环商粕的位置、尺寸 拉杆安装孔和管程隔板密封槽的尺寸见设备图。3.6-3换热管的选择(1)选择20钢捞质的无钢管，规格：25x2.5。(2)换热管的长度为6000mm。(3)换热管与管板连接采用嫁接。(或者：换热管与管板连接采用胀接。) 具体见设备图。3.6.4 左管先短节的选择(1)左管先短节的授与壁厚：左管并短节为圆粒筒体，及与壁厚选择与设备壳体粕同。(2)左管先短节的长度：左管并短节连接A和F管0。选择左管先短节的长度为管D接管公称直役的两僖, 即250x2=500mm。选择Q235-A材料制作。左管先短节的标记：筒体DN700 10=8 L=500。(3J左管先短节的讨质选择材质选择与换热器壳体相同：Q235-A3.6.5 左管先封头的选择选择公称立役为700mm的标准桶回封头。壁厚与壳体相同，也是10mm。材质也 是Q235-A。重量约 21.6kg。标记：EHA550x8-Q235-AJB/T4746-2010«3.6.6 左管并隔板的选择(1J/质选挣普通的碳素钢：Q235-Ao(