紫色蒲公英
250℃时甲醇的焓值为46883.2 kJ/kmol，流量为25116.881 Nm3。 所以：Q出=46883.2?25116.881+420172.63?250
22.4 =52569631.933+105043156.6 =157612788.533 kJ
64.96?46666.816?268.352?102.37+200.39+115.69
22.422.422.42.688?2294.66? +49.62+(-42.92)] ?1000
22.422.4 =(213271.52+581.13+1385.97+5.95-4396.73)?1000 由反应式得:Q反应=[ =210847840 kJ Q热损失=(Q入＋Q反应) ?5%
=(115550089.9+210847840) ?5% =16319896.50 kJ 所以：壳程热水带走热量 Q
传
=Q
入
+Q
反应
-Q
出
-Q
热损失
(3-11)
=115550089.9+210847840-157612788.533-16319896.50 =152465244.867 kJ 又： Q
传
=G
热水
r
热水
(3-12)
所以:G热水=
152465244.867
1715.0088901.02
19.18 =88901.02 kg/h 即时产蒸气：V=
=4635.09 m3
3.3 主要设备选型及计算[6-17]
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。目前世界上使用最多的是I.C.I公司的多段冷激炉和Lurgi公司的副产蒸汽管壳型合成塔。本设计选用管壳型反应器。
该反应器外型像一个列管式换热器，催化剂填装于管内，管外为4MPa的沸水。反应气流经反应管，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。其特点为
①床层温度平稳
②能准确，灵敏的控制反应温度 ③以较高位能回收反应热 ④出口甲醇含量较高 ⑤设备紧凑，开工方便 ⑥可避免石蜡等副产物生成 ⑦避免羰基化合物生成 ⑧压降小，所需外部能量少 3.3.1 传热面积的确定
4Mpa时水蒸汽的温度为250℃，即视为壳程出塔温度，即壳程水的定性温度为
250?20
2 ?135℃
T1?250?220
2 ?235℃
管程混合物为 T2? 平均传热温差为 ?TM??T1??T2(250?20)?(250?220)??98.18 ℃ (3-13) ?T1250-20lnln?T2250-220 传热量 Q传=152645244.867 kJ/h 合成塔内总传热系数取K=2800W/m2.℃-1 传热面积为 A=
Q传152465244.867??554.61m2 (3-14)
K?TM2800?98.183.3.2 传热管数的确定
传热管选用Ф32×2.5 ，长度10000mm的钢管，材质为00Cr18Ni5Mo3Si2钢。 由公式A =3.14×d×L×n (3-15)
得 n = A/（3.14×d×L）
=554.61/（3.14×10×0.027） =654.2 ?655（根）
传热管按正三角形排列，管子总根数应选为721根，六角形的层数为14层，对角线
上的管数为29根[8]。
因需要安排拉杆12根，实际管数为709根。 3.3.3 合成塔壳体内径的确定
合成塔内管子分布采用正三角形排列，管间距a=40mm（1.25倍换热管外径），壳体直径：
Di=ai（b-1）+2L (3-16) 式中 b为位于管对角线上的管数 即b=29 (根)
L为管束中心线上的最外层管至壳体内壁的距离，此处取L=32mm ai为管的中心距，即ai=a+32=72mm
则Di=72×（29-1）+2×32=2080mm 圆整后取2200mm 3.3.4 合成塔壳体厚度的确定
壳体材料选用13MNiMoNbR钢，计算壁后的公式为：
δ=PcDi/（2[σ] tФ-Pc） 式中：Pc——4×1.1=4.4Mpa ； Di=2200mm； Ф=0.85 [σ]t =190Mpa
δ=2200×4.4/（2×190×0.85-4.4） =30.38mm
取C2=1mm ；C1=1mm 圆整后取δ=34mm 3.3.5 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。 封头内径取为2200mm 由封头厚度计算公式：
δ=PcDi/（2[σ] tФ-0.5Pc） 式中：Pc——5.14×1.1=5.65Mpa ； Di=2200mm； Ф=0.85
(3-17) (3-18)
[σ] t =190Mpa
δ=2200×5.65/（2×190×0.85-0.5×5.65）
=38.82mm
取C2=1mm ；C1=1mm 圆整后取δ=42mm 3.3.6 折流板的确定
折流板为弓形
h=3/4Di (3-19) =3/4×2200 =1650mm
折流板数量为4，间距取2000mm，折流板厚度为24mm，材料为Q235-A钢 3.3.7 管板的确定
管板直径2200，厚度50mm，管板通过焊接在筒体和封头之间。 3.3.8 定距管的确定
定距管选用Ф35×7的钢管，材质为00Cr18Ni5Mo3Si2钢。 3.3.9 支座的确定
依据JB/T 4725-92支座选用A型耳式支座，裙座高度600，基地脚螺栓公称直径M30，数量为36个。
合成塔设计汇总见表3.15
名 称 换热面积/m2 传热管 筒体 半球形封头 折流板 管板 定距管 支座
规 格 554.61
Ф32×2.5 00Cr18Ni5Mo3Si2钢 709跟
Ф2200×34 13MNiMoNbR钢 Ф2200×42 13MNiMoNbR钢 δ=4mm Q235-A钢 4块 Ф2200×50 Q235-A钢 Ф35×7 00Cr18Ni5Mo3Si2钢
A型耳式支座
结 论
甲醇是一种极重要的有机化工原料，也是一种燃料，是碳一化学的基础产品，在国民经济中占有十分重要的地位。近年来，随着甲醇下属产品的开发，特别是甲醇燃料的推广应用，甲醇的需求大幅度上升。为了满足经济发展对甲醇的需求，开展了此24万t/a的甲醇项目。本设计介绍了甲醇生产方法中的木材干馏法，液相法和气相法中的高、中、低压法，从国内外现状考虑，本设计采用气相低压法。
本设计采用德国lurgi公司的甲醇合成工艺，合成塔选用该工艺中管壳式合成塔，对合成工段进行了工艺计算，包括物料衡算及能量衡算；设备计算包括对合成塔设备选型及指标计算。
Lurgi低压法甲醇合成工艺的特点在于较低压力和较低温度下合成甲醇，可以降低对设备的要求，简化压缩系统，节省动力消耗，可以节省投资和降低生产成本。催化剂床层温差较小、单程转化率较高（可达50%）、催化剂使用寿命较长（4年～5年）、热能利用合理、设备紧凑，开停车方便，合成反应过程中副反应少，甲醇质量高，并副产中压蒸汽。 在合成塔的物料衡算中，消耗75897.882Nm3/h原料气，生成28535.144Nm3/h产物，进塔新鲜气量83404.27Nm3/h，循环气量292336.22Nm3/h，入塔气量375740.79Nm3/h，出塔气量328378.052Nm3/h，醇后气气量298301.59Nm3/h；能量衡算中，入塔气总热量115550089.9kJ，出塔气总热量157612788.533kJ，反应热210847840 kJ，热损失16319896.50 kJ，总传热量152465244.867 kJ，副产4635.09 m3中压蒸汽；合成塔选用管壳式反应器，管外是4MPa的沸水，管内是5.14MPa合成气，设计压力取操作压力的1.1倍，计算得塔体直径2200mm，壁厚34mm，采用半球形封头，壁厚42mm。
由于时间短、工艺复杂，加上首次进行这样的大型设计，经验不足且水平有限，在本次设计中，缺点、错误在所难免，敬请各位老师指正。
