高传热系数，更好地移走反应热，缩小传热面积，多装催化剂，同时可副产中压蒸汽，是大型化较理想塔型。固定管板列管合成塔这种合成塔就是台列管换热器，催化剂在管内，管间壳程是沸腾水，将反应热用于副产中压蒸汽。代表塔型有公司合成塔和三菱公司套管超级合成塔，该塔是在列管内再增加小管，小管内走进塔冷气。进步强化传热，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冷气管传给进塔冷气。这样就大大提高转化率，降低循环量和能耗，然而使合成塔结构更复杂。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。在日产超过时，往往需要并联两个。这种塔型是造价最高种，也是装卸催化剂较难种。随着合成压力增高，塔径加大，管板厚度也增加。管板处催化剂属于绝热段管板下面还有段逆传热段，也就是进塔气，管外沸腾水却是，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需用特种不锈钢，因而是造价非常高种。多床内换热式合成塔这种合成塔由大型氨合成塔发展而来。日前各工程公司氨合成塔均采用二床四床内换热式合成塔。针对甲醇合成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，转化率高，适合于大型或超大型装置，但反应热不能全部直接副产中压蒸汽。典型塔型有四床卧式内换热合成塔和中国成达公司四床内换热式合成塔。合成塔选用原则般为反应能在接近最佳温度曲线条件下进行，床层阻力小，需要消耗动力低，合成反应反应热利用率高，操作控制方便，技术易得，装置投资要底等。综上所述和借鉴大型甲醇合成企业经验，大型装置不宜选用激冷式和冷管式，设计选用固定管板列管合成塔。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，虽然设备复杂投资高，但是由于这种塔在国内外使用较多，具有丰富管理和维修经验，技术也较容易得到外加考虑到设计是年产万吨甲醇合成塔日产量为吨左右，塔塔径和管板厚度不会很大，费用也不会很高，所以本设计采用了固定管板列管合成塔。经过长时间研究开发和工业实践，广泛使用合成甲醇催化剂主要有两大系列种是以氧化铜为主体铜基催化剂，种是以氧化锌为主体锌基催化剂。锌基催化剂机械强度好耐热性好，对毒物敏感性小，操作适宜温度为，压力为寿命为年铜基催化剂具有良好低温活性，较高选择性，通常用于低中压流程。耐热性较差，对硫氯及其化合物敏感，易中毒。操作适宜温度为，压力为般寿命为年。通过操作条件对比分析，可知使用铜基催化剂可大幅度节省投资费用和操作费用，降低成本。随着脱硫技术发展，使用铜基催化剂己成为甲醇合成工业主要方向，锌基催化剂已于年代中期淘汰。表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压力温度英国德国美国丹麦中国系列中国从表对比可以看出，国产催化剂铜含量已提以上。制备工艺合理，使该催化剂活性选择性使用寿命和机械强度均达到国外同类催化剂先进水平，并且价格较低。型催化剂是四川天科技股份有限公司研制和开发新产品。目前已在国内多套大中小型工业甲醇装置上使用,运行情况良好。它是种高活性高选择性新催化剂。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特点。常用操作温度,操作压力。催化剂主要物化性质催化剂由铜锌和铝等含氧化合物组成。外观有色金属光泽圆柱体堆积密度外型尺寸径向抗压强度催化剂活性和寿命在该催化剂质量检验规定活性检测条件下，其活性为时催化剂时空收率时催化剂时空收率在正常情况下，使用寿命为年以上。表型与型催化剂性能对比催化剂型号合成塔进口温度加入量甲烷单耗甲纯收率甲纯产率甲纯产量初期末期通过对比，并结合生产实际可见,型催化剂具有以下性能优点易还原。低温活性好，日产量高。负荷下甲醇产量接近装置满负荷设计甲醇量。适用温区宽,使用寿命长。合成塔进口温度可调温型催化剂为，而型则为。随着可调温区增加，催化剂使用寿命也相应延长。选择性好。负荷下合成系统未发现结蜡,粗甲醇质量符合设计要求。可适用于含高浓度合成气。负荷下，型催化剂加入量最高不超过，而型催化剂则最高可达。负荷时，使用型催化剂，当入塔气中组分体积分数高达时，生产运行情况仍良好，收率和物耗都较低，催化剂仍能保持较高活性，产品质量符合质量标准要求。综上所述，催化剂活性选择性和使用寿命等主要技术经济指标均优于进口催化剂及国产型催化剂，所以本设计选用四川天科技股份有限公司研制型催化剂。甲醇分子式是，在年以前都是用木材进行蒸馏而得到。所以，甲醇也被称为木醇。甲醇物理常数沸点闪点凝固点折光系数自燃点膨胀系数相对密度蒸汽压力甲醇热力学常数凝固点临界压力蒸发潜热临界温度液体热容燃烧热气体热容甲醇在常温常压下是无色透明略具酒精嗅味液体，能与水酒精及乙醚以任何比例混合。在空气混合物中爆炸范围为体积。它具有强烈毒性，如饮入，就会使人双目失明，如饮入毫升，则中毒死亡。故操作场所空气中甲醇允许浓度为。甲醇是最简单元解，它同其它醇样，能与有机酸或无机酸发生酯化反应，生成相应配和水。甲醇于高温下在铜或银催化剂存在下，则脱氢生成甲醛。若将甲醇蒸汽与生气混合，并在较高温度下通过浮石银催化剂也可生成甲醛。工艺原理及设计流程甲醇合成是氧化碳和氢气在催化剂作用下进行反应，其反应式如下十此反应为可逆放热及缩体积反应，它与氨合成反应相似。由化学平衡可知增加压力降低温度可提高氧化碳转化为甲醇转化率。甲醇合成反应与氨合成反应样，即使在高温下，其反应速度也很慢，故需借助于储化剂作用，以提高其反应速度。应该指出，在选择联醇生产反应条件时，只能在满足合成氨生产过程工艺条件前提下，适当予以照顾，而不能只从甲醇合成需要出发。如操作压力选择，原料气成分决定等都不能离开合成氨生产具体情况。至于反应温度和对原料气净化要求则应根据所用催化剂性能来决定。在合成甲醇生产过程中，除有甲醇合成反应外，还有系列副反应发生，如十由于这些副反应发生，使得到产品甲醇纯度降低故将经合成后所得到甲醇称为粗甲醇。甲醇合成工序原则流程新鲜气粗甲醇弛放气图甲醇合成工序原则流程流程简述甲醇合成原料气在离心式透平压缩机内加压至与循环气以比例混合。混合气在进反应器前先与反应后气体换热，升温至，然后进入管壳式合成塔，反应热传给壳程水，产生蒸汽进入汽包，出塔温度为，含甲醇左右，经换热冷却至，然后用空气和水分别冷却，温度降至，冷凝粗甲醇经分离器分离。分离粗甲醇后气体适当放空，控制系统中惰性气体含量，这部分放空气体用做燃料，大部分气体进入透平压缩机加压后返回合成塔。合成塔水冷器甲醇分离器循环机油分离器第二章合成塔物料衡算已知年产吨精甲醇，年工作日以天计精甲醇中甲醇含量粗甲醇组成低压合成工艺甲醇轻组分以二甲醚计重组分以异丁醇计水所以时产精甲醇时产粗甲醇即富裕度，则粗甲醇量粗醇由粗甲醇组分，算得各组分生成量为甲醇，即，二甲醚，即，异丁醇，即，水，即，合成甲醇化学反应主反应副反应所以传出交换冷入交换冷传交换传传合乎要求，即进入热交换器冷流体温度为。锅炉水预热器热量衡算查得时水焓值为，流量，其它组分热容和热量见表四川理工学院毕业设计论文第四章主要设备计算和选型表出锅炉水预热器液体比热容和热量基准组分比热容，流量，热量，组分合计比热容，流量，热量，出预热入预热出交换热,损入预热传入预热出预热损进锅炉水预热器冷水温度为，出锅炉水预热器水温度为。则锅炉水预热器需冷水量为水冷却器热量衡算查得时水焓值为，流量为，其它组分热容见表表出水冷却器液体比热容和热量基准组分比热容，出塔量，出塔热量，组分合计比热容，出塔量，出塔热量，出冷入冷出预热损入冷传冷入冷出冷损进水冷却器冷水温度为，出水冷却器水温度为。则水冷却器需冷却水量为四川理工学院毕业设计论文第四章主要设备计算和选型第四章主要设备计算和选型概述设备是化工工艺运作载体，选择合适设备对于提高生产率，降低原料能量消耗有着重要作用。本设计采用是低压法制甲醇，合成塔设备及其相关设备有定要求才能满足生产，设备计算和选型必须很准确。合成系统设备计算和选型合成塔主要用于粗甲醇合成和换热，根据设计要求本设计选择管壳式合成塔，本章将对合成塔计算和选型及其他设备选型甲醇合成塔主要尺寸计算传热面积确定传热温差为，传热量为，合成塔内总传热系数取为。由公式得催化剂用量确定入塔气空速，入塔气量，所以，催化剂体积为。传热管数确定传热管选用，长度钢管，材质为钢。由公式得其中因要安排拉杆需要减少根，实际管数为根。合成塔壳体直径确定合成塔内管子分布采用正三角形排列，管间距，壳体直径式中表示最外层六边形对角线管子数表示最外层管子中心到壳体内壁距离所以圆整后取为合成塔壳体厚度确定壳体材料选用钢，计算壁后公式为式中设计压力焊缝系数般取之间取壳体温度为设计温度下许用应力取腐蚀含量负偏差，原整后取合成塔封头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，原整后取由封头厚度计算公式式中取壳体温度为取腐蚀含量负偏差，原整后取，所以封头为。管子拉脱力计算在操作压力下，每平方米胀接周边所产生力式中同内径两端管子中心距四川理工学院毕业设计论文第四章主要设备计算和选型温差应力导致每平方米胀接周边上拉脱力式中已知，分别为管壁温度和壳壁温度为管程压力为壳程压力，所以可知与作用力同向，则合拉力，因此，拉脱力在许用范围内。其中表示管段不卷边管板孔不开槽胀接，其值为管板确定管板直径，厚度，管板通过焊接在筒体和封头之间。支座确定项目管子壳体材质尺寸管子数管间距管壳壁温差管子与管壁连接方式胀接长度开槽胀接支座采用圆筒形裙座，裙座座体厚度为，基础环内径，外径，基地脚螺栓公称直径，数量为个。合成塔设计汇总表筒体内径列管数目根壁厚管长封头半球型壁厚尺寸壁厚直边高度裙座座体厚度管板半径基础环内径壁厚基础环外径热交换器选择列管式换热器。计算热负荷传传计算两流体平均温度差。暂按单壳程多管程进行计算。已知,逆流时平均温度差为而，查对数平均温度校正系数值表，得所以初选换热器规格。假设，则四川理工学院毕业设计论文第四章主要设备计算和选型查书,选定换热器如下表热交换器规格壳径公称压强公称面积管程数管子尺寸管长管子总数管子排列方法正三角形实际传热面积若选择该型号换热器，则要求过程总传热系数为水冷却器选择列管式换热器。计算热负荷传传计算两流体平均温度差。暂按单壳程多管程进行计算。已知,逆流时平均温度差为而，查对数平均温度校正系数值表，得所以初选换热器规格。假设，则查书,选定换热器如下表热交换器规格壳径公称压强公称面积管程数管子尺寸管长管子总数管子排列方法正三角形实际传热面积若选择该型号换热器，则要求过程总传热系数为甲醇分离器甲醇分离器作用是将经过冷凝器冷凝下来液体甲醇和未反应气体进行气液分离，分离出甲醇在液面控制下在分离器底部减压后