甲醇合成塔设计说明书
目录
第一章：设计方案的确定与说明- 3
一、设计方案的确定 (3)
二、方案说明 (3)
第二章：设计计算与校核 (4)
一、工艺计算 (4)
二、主要接管尺寸计算 (6)
三、合成塔的总体结构 (7)
第三章：设计计算结果 (9)
第一章：设计方案的确定与说明
一、设计方案的确定
传统的甲醇合成塔主要有一下几种：①三管并流合成塔②单管并流合成塔③ I.C.I 四段冷激式合成塔④三菱瓦斯的四段冷激式合成塔⑤多段径向甲醇合成塔⑥Lurgi 式甲醇合成⑦轴径向甲醇合成塔
三管并流合成塔,内件结构简单、操作稳定，但从气体并流换热的特点出发，能起到冷管作用的仅是外管，而内管只是担负了输送气体的任务。
单管并流合成塔，冷管的输气管和冷管的端部都连接在环管上，而冷管与输气管的气量和传热情况都不相同，前者的温度要高得多，如不考虑膨胀，当受热后，冷管与环管的连接部位会因热应力而断裂，使合成塔操作恶化甚至无法生产。
Lurgi 式合成塔，合成塔既是反应器也是废热锅炉，合成甲醇所产生的反应热由管外的沸腾水带走，管外沸腾水与汽包维持自然循环，汽包是那个装有压力的控制器，以维持恒定的压力，因此管外沸腾水的温度是恒定的，于是管内催化剂的温度也几乎是恒定的，因此当操作条件发生变化时（如循环机故障等），催化剂也没有超温的危险，仍然可以安全运转。
综合以上各甲醇合成塔的优缺点，选择Lurgi 式合成塔作为甲醇合成的设备。
二、方案说明
Lurgi 式合成塔，合成塔既是反应器也是废热锅炉，列管中装填C306 型催化剂，合成气在列管中反应，合成甲醇所产生的反应热由管外的215℃，25 bar 的沸腾水带走。冷却水的流量通过流量调节阀进行调整，以精确控制反应器的温度，使其符合工艺要求。
第二章：设计计算与校核
一、工艺计算
甲醇合成塔各物流流量和摩尔分率由前期采用Aspen Plus 软件进行的流程模拟计算得到。
1、合成塔主要工艺参数
根据Aspen 模拟，进出甲醇合成塔的反应物和所生成物的物流表如下：
上述反应所释放的反应热5167773kJ/h。进入合成塔的热水温度215o C，出口225o C，水流量2800KG／H。
2. 合成塔中反应管的设计选型
(1)反应管选用无缝不锈钢管，材料为0Cr19Ni9 取管长l = 5.8m,内径r = 34mm,外径R =
38mm,壁厚 d = 2mm 每根反应管的外侧面积s = 0.619522 ㎡,容积V1 = 0.005266 m3
(2)选用催化剂为C306型，时空效率为 1.2 g/(ml.h) 由流程模拟计算得甲醇的质量流量为4852 kg/h , 所需要的催化剂体积为V2 = 4852000 ÷1.2 = 4042972 ml = 4.0 4m3 所需反应反应管数量为N1 ＝768 (根)
(3)传热计算校核
①计算总传热系数
Dm=36mm D 内=34mm D 外=38mm
α内=3117 kJ/(㎡·h·℃) α外=3561 kJ/(㎡·h·℃) δ=3 λ=64.85 Rd=0.00012
K=1/( Dm ÷(α内×D 内) + Dm ÷(α外×D 外) +δ÷λ + Rd)
K = 1333 kg/ (㎡· h·℃)
②从流程模拟计算知道，
Q = 5167773 kJ/h
反应物进入塔内的温度为t01 = 230℃，生成物出塔的温度为t02 = 250℃，循环冷却水进入塔的温度为t11 = 215℃，出塔温度为t12 = 225℃ 所以，△ t m = ((t01-t11)+(t02-t12))/2 = 20℃ 换热面积 F = Q÷(K ×△ t m)= 193.8399 ㎡
N2= F÷s = 180 (根) 少于通过催化剂时空效率计算得出的反应管数量768 根，故换热面积足够。
(4)反应管的排列
考虑到等边三角形排列的优点：管板的强度高、流体走短路的机会少、对流传热系数高、相同壳程内可排列更多的反应管，本合成塔采用等边三角形排列。排列间距t = 1.5 R = 0.057 m
3、塔径的计算：
由《流体力学与传热》中的公式， D = t ×(ne - 1) + 2b'计算壳体的内径管中心距t = 1.5d0 = 0.057m
管束中心线上最外层管的中心至壳体内壁的距离b'= 0.5d0 = 0.057 m
横过管束中心线的管数ne = 1.1× N3 = 29
D = 0.057×(27-1) + 2×0.057 = 1.71 m
、主要接管尺寸计算
1 合成气进气口管径Q m = 68121.11 kg/h u =20 m/s d1 = 18.8× q v u = 1097 mm
2 甲醇出口管径q m = 68121.15 kg/h u =20 m/s d2 = 18.8× q v u = 1097 mm