40萬(wàn)噸煤制甲醇精餾工藝設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)

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1、陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院課程設(shè)計(jì) 陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院課程設(shè)計(jì) 40萬(wàn)噸煤制甲醇精餾工藝設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)老師： 李秉昌 專 業(yè)：應(yīng)用化工技術(shù) 系 部： 地質(zhì)測(cè)量系 摘 要 甲醇是煤化工中非常重要的有機(jī)產(chǎn)品，在甲醇合成工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，粗甲醇的精制不僅是決定甲醇產(chǎn)品質(zhì)量的重要工序，而且也是影響甲醇生產(chǎn)成本的關(guān)鍵因素之

2、一。換熱器是化工生產(chǎn)中重要的通用熱工設(shè)備之一，管殼式換熱器以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、牢固、操作彈性大等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。 本文的研究對(duì)象是四塔甲醇精餾工藝，與傳統(tǒng)工藝相比新工藝能夠節(jié)約能量，節(jié)約軟水；但是同時(shí)新工藝增加了系統(tǒng)的藕合程度，加強(qiáng)了塔之間的關(guān)聯(lián)性，提高了系統(tǒng)對(duì)于進(jìn)料波動(dòng)的響應(yīng)的復(fù)雜性，給控制帶來(lái)了很大的難題。為了能夠?qū)崿F(xiàn)新工藝的工業(yè)應(yīng)用，對(duì)新工藝進(jìn)行詳細(xì)的研究。 關(guān)鍵詞：甲醇精餾，Aspen Plus模擬，換熱器計(jì)算，設(shè)備選型 目 錄 摘 要 II 前 言 I 第一章 文獻(xiàn)綜述 - 6 - 1.1研究背景 - 6

3、- 1.1.1課題的提出 - 6 - 1.1.2研究目標(biāo) - 6 - 1.2 甲醇的簡(jiǎn)介 - 6 - 1.3 甲醇精餾流程發(fā)展 - 7 - 1.3.1 工藝流程概述 - 7 - 1.3.2 典型的工藝流程 - 7 - 1.3.3 影響精餾操作的因素與調(diào)節(jié) - 10 - 第二章 甲醇精餾工段物料衡算 - 11 - 2.1 甲醇精餾原理 - 11 - 2.1.1 預(yù)精餾塔的作用 - 11 - 2.1.2 加堿對(duì)甲醇精餾的改善 - 11 - 2.1.3 萃取精餾在甲醇精餾中的應(yīng)用 - 12 - 2.1.4 回流比的選擇 - 12 - 2.2 四塔精餾工段工藝的物料衡算 -

4、 12 - 2.2.1 甲醇精餾工段物料衡算任務(wù) - 12 - 2.2.2 甲醇精餾工段物料衡算計(jì)算原理[18] - 13 - 2.2.3 甲醇精餾工段物料衡算 - 13 - 第三章 常壓塔冷卻器的設(shè)計(jì) - 18 - 3.1確定設(shè)計(jì)方案 - 18 - 3.2確定物性數(shù)據(jù)[18] - 18 - 3.2.1計(jì)算總傳熱系數(shù) - 18 - 3.2.2 工藝結(jié)構(gòu)尺寸 - 19 - 3.2.3折流板 - 20 - 3.2.4接管 - 21 - 3.3換熱器核算 - 21 - 3.4 確定折流擋板形狀和尺寸 - 25 - 3.5 波形膨脹節(jié) - 25 - 3.6 設(shè)備主要附件的

5、選擇[17] - 25 - 3.6.1 接管及法蘭的選型 - 25 - 3.6.2 左管板的選型 - 27 - 3.6.3 換熱管的選擇 - 28 - 3.6.4 左管箱短節(jié)的選擇 - 28 - 3.6.5 左管箱封頭的選擇 - 28 - 3.6.6 左管箱隔板的選擇 - 29 - 3.6.7 左管箱法蘭和密封墊片的選型 - 29 - 3.6.8 右管板 - 29 - 3.6.9 右管箱設(shè)計(jì) - 29 - 3.6.10 鞍座的選型 - 30 - 3.7 設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表 - 30 - 第四章 結(jié)論 - 31 - 參考文獻(xiàn) - 32 - 致 謝

6、- 33 - 前 言 甲醇是重要的有機(jī)基本產(chǎn)品，用途非常廣泛。甲醇的產(chǎn)品質(zhì)量、能耗指標(biāo)是甲醇精餾系統(tǒng)的關(guān)鍵因素。甲醇精餾工藝對(duì)整個(gè)甲醇生產(chǎn)流程的生產(chǎn)能力、產(chǎn)品質(zhì)量、能源消耗與原料消耗、環(huán)境保護(hù)都有重大影響。精餾過(guò)程占總能耗的很大部分，甲醇生產(chǎn)能耗其中約60%就用于精餾過(guò)程。精餾投資約占項(xiàng)目總投資的30%-40%。 要研究和開(kāi)發(fā)一種新工藝，傳統(tǒng)的方法是先進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，再經(jīng)過(guò)小試、中試、工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)等等逐級(jí)放大的過(guò)程，周期長(zhǎng)，投資大。應(yīng)用流程模擬軟件，對(duì)工藝流程進(jìn)行模擬，則很容易實(shí)現(xiàn)對(duì)流程的考察，可以改進(jìn)工藝流

7、程布置，優(yōu)化工藝操作參數(shù)，只要選擇的模型及熱力學(xué)方法適當(dāng)，模擬結(jié)果是相當(dāng)可靠的，可以用來(lái)指導(dǎo)生產(chǎn)，或者為裝置改造以及新裝置的設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。 國(guó)內(nèi)一些甲醇生產(chǎn)裝置，甲醇精餾能耗較高、產(chǎn)品收率較低、甚至一些裝置的甲醇產(chǎn)品質(zhì)量較差。同時(shí)，國(guó)內(nèi)甲醇產(chǎn)能的擴(kuò)張很迅速，但是目前新項(xiàng)目設(shè)計(jì)還是沿襲以往設(shè)計(jì)為主、沒(méi)有足夠的甲醇精餾系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用理論研究基礎(chǔ)。因此，對(duì)甲醇精餾工藝作系統(tǒng)的研究對(duì)于甲醇精餾系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)、通過(guò)設(shè)備改造和調(diào)整工藝來(lái)降低甲醇精餾的能耗、提高甲醇產(chǎn)品質(zhì)量和收率有突出的現(xiàn)實(shí)意義。 現(xiàn)本文通過(guò)查閱國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)和實(shí)際生產(chǎn)中的工藝資料，利用流程模擬軟件，使用專有的物性熱力學(xué)包模擬計(jì)算了四塔甲

8、醇精餾工藝流程，并和實(shí)際的工藝數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比，同時(shí)對(duì)常規(guī)甲醇精餾工藝的不同流程的設(shè)計(jì)參數(shù)和操作參數(shù)進(jìn)行了總結(jié)和分析，提出了甲醇精餾系統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)原則和設(shè)備設(shè)計(jì)原則。在此基礎(chǔ)之上對(duì)于甲醇精餾系統(tǒng)提出了新的改進(jìn)流程和全新流程的開(kāi)發(fā)。對(duì)于甲醇工業(yè)的發(fā)展具有重要的意義。 由于本人水平有限，文章中有不妥之處還望老師批評(píng)指正。 III 第一章 文獻(xiàn)綜述 1.1研究背景 1.1.1課題的提出 粗甲醇中含有多種有機(jī)雜質(zhì)和水分，需要精制。精制過(guò)程包括精餾與化學(xué)處理?；瘜W(xué)處理主要用堿破壞在精餾過(guò)程中難以分離的雜質(zhì)，并調(diào)節(jié)pH。精餾主要是除去易揮發(fā)組分，如二甲醚、以及難以揮發(fā)的組分、高級(jí)醇、水等[

9、1]。 在確定粗甲醇精餾的工藝流程時(shí)，應(yīng)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中能耗、自動(dòng)化程度、精甲醇質(zhì)量要求等進(jìn)行綜合考慮，合理選擇適當(dāng)?shù)木s方法。甲醇精餾過(guò)程的物耗與粗甲醇質(zhì)量關(guān)系很大，隨著甲醇合成條件改進(jìn)，甲醇精餾工藝出現(xiàn)了較大變化。根據(jù)甲醇質(zhì)量要求不同，甲醇精餾可分為一塔流程、雙塔流程和三塔流程。另外，ICI公司上世紀(jì)80年代末為節(jié)省能耗，還將雙塔流程改為四塔流程。 因此，對(duì)甲醇精餾工藝作系統(tǒng)的研究對(duì)于甲醇精餾系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)、通過(guò)設(shè)備改造和調(diào)整工藝來(lái)降低甲醇精餾的能耗、提高甲醇產(chǎn)品質(zhì)量和收率有突出的現(xiàn)實(shí)意義?，F(xiàn)本文通過(guò)查閱國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)和實(shí)際生產(chǎn)中的工藝資料，利用流程模擬軟件，使用專有的物性熱力學(xué)模擬計(jì)算了四塔

10、甲醇精餾工藝流程，并和實(shí)際的工藝數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比，同時(shí)對(duì)常規(guī)甲醇精餾工藝的不同流程的設(shè)計(jì)參數(shù)和操作參數(shù)進(jìn)行了總結(jié)和分析，提出了甲醇精餾系統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)原則和設(shè)備設(shè)計(jì)原則。 1.1.2研究目標(biāo) 本論文的研究目標(biāo)是：甲醇精餾工段進(jìn)行初步設(shè)計(jì) （1）通過(guò)熱力學(xué)原理對(duì)甲醇精餾工段的工藝流程進(jìn)行選擇，進(jìn)行物料衡算和能量衡算； （3）根據(jù)換熱器的熱力計(jì)算、流動(dòng)計(jì)算、結(jié)構(gòu)計(jì)算和強(qiáng)度設(shè)計(jì)，對(duì)換熱器進(jìn)行合理的選型； （4）利用Auto CAD軟件，繪制甲醇精餾工段的物料流程圖、帶控制點(diǎn)的工藝流程圖、冷卻器的設(shè)備圖、0.000平面的精餾工段設(shè)備布置圖。 1.2 甲醇的簡(jiǎn)介 純甲醇為無(wú)色透明略帶乙醇

11、氣味的易揮發(fā)液體，沸點(diǎn)65℃，熔點(diǎn)-97.8℃，和水相對(duì)密度0.7915。甲醇能和水以任意比互溶，但不形成共沸物，能和多數(shù)常用的有機(jī)溶劑(乙醇、乙醚、丙酮、苯等)混溶，并形成恒沸混合物。甲醇劇毒，內(nèi)服10ml有失明危險(xiǎn)， 30ml能導(dǎo)致人死亡，空氣中允許最高甲醇蒸汽濃度為0.05mg/h。易燃燒，其蒸汽能和空氣形成爆炸性混合物，爆炸極限6.0～36.5%(體積) [2]。 甲醇具有上述多種重要的物理化學(xué)性質(zhì)，使它在許多工業(yè)部門得到廣泛的用途，特別是由于能源結(jié)構(gòu)的改變，和C化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，甲醇的許多重要的工業(yè)用途正在研究開(kāi)發(fā)中。例如甲醇可以裂解制氫，用于燃料電池，日益引人注目。甲醇通過(guò)ZMS-

12、5分子篩催化劑轉(zhuǎn)化為汽油已經(jīng)工業(yè)化為固體燃料轉(zhuǎn)化為液體燃料開(kāi)辟了捷徑。甲醇加一氧化碳加氫可以合成乙醇。又如甲醇可以裂解制烯烴。這對(duì)石油化工原料的多樣化，面對(duì)石油資源日漸枯竭對(duì)能源結(jié)構(gòu)的改變，具有重要意義。甲醇化工的新領(lǐng)域不斷地被開(kāi)發(fā)出來(lái)其廣度和深度正在發(fā)生深刻的變化。 1.3 甲醇精餾流程發(fā)展 1.3.1 工藝流程概述 常規(guī)甲醇精制流程可以分為兩大部分，第一部分是預(yù)精餾部分，另一部分是主精餾部分。預(yù)精餾部分除了對(duì)粗甲醇進(jìn)行萃取精餾脫出某些烷烴的作用之外，另外的還可以脫除二甲醚，和其它輕組分有機(jī)雜質(zhì)。其底部的出料被加到主塔的中間入料板上，主塔頂部出粗甲醇，底部出廢液，下部側(cè)線出雜醇[

13、3]。 甲醇市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)非常激烈，特別是近年來(lái)，隨著甲醇精餾技術(shù)的進(jìn)步和計(jì)算機(jī)在該領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，老的工藝裝置由于能耗過(guò)高，在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力下降，技術(shù)更新和技術(shù)進(jìn)步成為必走之路。 1.3.2 典型的工藝流程 甲醇精餾產(chǎn)生工藝有多種，分為單塔精餾，雙塔精餾，三塔精餾與四塔精餾[4]。 （1）單塔流程描述 單塔流程（見(jiàn)圖1.1）為粗甲醇產(chǎn)品經(jīng)過(guò)一個(gè)塔就可以采出產(chǎn)品。粗甲醇塔中部加料口送入，輕組分由塔頂排出，高沸點(diǎn)的重組分在進(jìn)料板以下若塔板處引出，水從塔底排出，產(chǎn)品甲醇在塔頂以下若干塊塔板引出。 DANTA CJIACHUN GAOFEIWU JJIACHUN DIFEIWU SH

14、UI 圖1.1 甲醇精餾工藝的單塔流程（aspen 模擬圖） （2）雙塔流程描述[5] 從合成工序來(lái)的粗甲醇入預(yù)精餾塔，此塔為常壓操作。為了提高預(yù)精餾塔后甲醇的穩(wěn)定性，并盡可能回收甲醇，塔頂采用兩級(jí)冷凝。塔頂經(jīng)部分冷凝后的大部分甲醇、水及少量雜質(zhì)留在液相作為回流返回塔，二甲醚等輕組分(初餾分)及少量的甲醇、水由塔頂逸出，塔底含水甲醇則由泵送至主精餾塔。主精餾塔操作壓力稍高于預(yù)精餾塔，但也可以認(rèn)為是常壓操作，塔頂?shù)玫骄状籍a(chǎn)品，塔底含微量甲醇及其它重組分的水送往水處理系統(tǒng)（見(jiàn)圖1.2）。 圖1.2 甲醇精餾工藝的雙塔流程 （3）三塔流程描述 從合成工序來(lái)的粗甲醇入預(yù)精餾塔，在

15、塔頂除去輕組分及不凝氣，塔底含水甲醇由泵送加壓塔。加壓塔操作壓力為57bar(G)，塔頂甲醇蒸氣全凝后，部分作為回流經(jīng)回流泵返回塔頂，其余作為精甲醇產(chǎn)品送產(chǎn)品儲(chǔ)槽，塔底含水甲醇則進(jìn)常壓塔。同樣，常壓塔塔頂出的精甲醇一部分作為回流，一部分與加壓塔產(chǎn)品混合進(jìn)入甲醇產(chǎn)品儲(chǔ)槽。三塔流程（見(jiàn)圖1.3）的主要特點(diǎn)是，加壓塔塔頂冷凝潛熱用作常壓塔塔釜再沸器的熱源，這樣既節(jié)省加熱蒸汽，還節(jié)省冷卻水，達(dá)到節(jié)能的目的。[6] 圖1.3 甲醇精餾工藝的三塔流程 （4） 四塔流程描述 四塔流程（見(jiàn)圖1.4）包含預(yù)精餾塔、加壓精餾塔、常壓精餾塔和甲醇回收塔。粗甲醇經(jīng)換熱后進(jìn)入預(yù)精餾塔，脫除輕組分后(主要為不凝

16、氣、二甲醚等)，塔底甲醇及高沸點(diǎn)組分加壓后進(jìn)入加壓精餾塔；加壓精餾塔頂?shù)臍庀噙M(jìn)入冷凝蒸發(fā)器，利用加壓精餾塔和常壓精餾塔塔頂、塔底的溫差，為常壓塔塔底提供熱源，同時(shí)對(duì)加壓塔塔頂氣相冷凝。冷凝后的精甲醇進(jìn)入回流罐，一部分作為加壓塔回流，一部分作為精甲醇產(chǎn)品出裝置；加壓塔塔底的甲醇、高沸組分、水等進(jìn)入常壓塔，常壓塔頂餾出精甲醇產(chǎn)品，在進(jìn)料板下方設(shè)置側(cè)線抽出，抽出物主要為甲醇、水和高沸點(diǎn)組分，進(jìn)入甲回收塔再回收甲醇，塔底廢水進(jìn)入生化系統(tǒng)處理；回收塔設(shè)有側(cè)線抽出，主要抽出物為高沸點(diǎn)醇類，以保證回收塔塔頂精甲醇質(zhì)量和塔底廢水中總醇含量要求，塔底廢水送生化處理。 圖1.4 甲醇精餾工藝的四塔流程 1

17、.3.3 影響精餾操作的因素與調(diào)節(jié) （1）進(jìn)料狀態(tài)[7] 精餾塔的進(jìn)料(含水甲醇):當(dāng)進(jìn)料狀況發(fā)生變化(回流比、塔頂精餾產(chǎn)物的組成固定)時(shí)，這直接影響到提餾段回流量的改變，進(jìn)料板的位置也隨著改變，將引起理論板數(shù)和精餾段、提餾段塔板數(shù)分配的改變。對(duì)于固定進(jìn)料狀況的精餾塔來(lái)說(shuō)，進(jìn)料狀況的改變，將會(huì)影響到產(chǎn)品質(zhì)量及損失情況的改變。 （2）回流比 回流比對(duì)精餾塔操作影響很大，直接關(guān)系著塔內(nèi)各層扳上的物料濃度的改變和溫度的分布。最終反映在塔的分離效率上，是重要的操作參數(shù)之一。 一般情況下，選取適宜回流比為最小回流比的1.3～2倍。 兩塔甲醇精餾甲醇主精餾塔的回流比為2.0～2.5。其調(diào)節(jié)的依

18、據(jù)是根據(jù)塔的負(fù)荷和精甲醇的質(zhì)量。當(dāng)塔的熱負(fù)荷較低時(shí)，可以取較低的回流比比較經(jīng)濟(jì)，為保證精甲醇的質(zhì)量，精餾段靈敏板的溫度可以控制的略低;反之，則增大回流比，在照顧精甲醇質(zhì)量的同時(shí)，為保持塔釜溫度，靈敏板溫度可控制略高。對(duì)粗甲醇精餾，回流比過(guò)大或過(guò)小，都會(huì)影響精餾操作的經(jīng)濟(jì)性和精甲醇的質(zhì)量，一般在正常生產(chǎn)條件受到破壞或產(chǎn)品不合格時(shí)，才調(diào)節(jié)回流比;調(diào)節(jié)后盡可能保持塔釜的加熱量穩(wěn)定，使回流比穩(wěn)定。在調(diào)節(jié)回流的同時(shí)，要注意板式塔的操作特點(diǎn)，防止液泛和嚴(yán)重漏液，都將會(huì)造成塔內(nèi)操作溫度的混亂。 當(dāng)改變回流比時(shí)，由于操作的變動(dòng)，必然會(huì)引起塔內(nèi)每層板上濃度(組成)和溫度的改變，影響甲醇的質(zhì)量和甲醇的收率，必須

19、通過(guò)調(diào)節(jié)，控制塔內(nèi)適宜的溫度，達(dá)到新的平衡，在粗甲醇含量和產(chǎn)量確定的條件下，甲醇精餾系統(tǒng)正確的設(shè)計(jì)十分關(guān)鍵。 （3）進(jìn)料量和組成 甲醇精餾塔進(jìn)科量和組成改變時(shí)，都會(huì)破壞塔內(nèi)物料平衡和氣液平衡，引起塔溫的波動(dòng)，如不及時(shí)調(diào)節(jié)，將會(huì)導(dǎo)致精甲醇的質(zhì)量不合格或者增加甲醇的損失。隨著進(jìn)料量的調(diào)節(jié)，各層塔板上的氣液組成重新分配，可以控制一定的靈敏板溫度與之相適應(yīng)。 粗甲醇的組成一般是比較穩(wěn)定的，只是在合成催化劑使用的前后期隨著反應(yīng)溫度的升高而變化較大。但是預(yù)精餾后的含水甲醇中，甲醇濃度總會(huì)有些小幅度波動(dòng)。不論是其中甲醇濃度增加或降低，都會(huì)造成塔內(nèi)物料不平衡，形成輕組分下降或重組分上升，引起塔釜溫度降低

20、或塔項(xiàng)溫度升高，加大了甲醇損失或降低了精甲醇的質(zhì)量。這時(shí)，在回流比仍屬適宜的情況下，只需對(duì)精甲醇的采出量稍作調(diào)節(jié)，就可達(dá)到塔溫穩(wěn)定，物料和氣液又趨平衡;如果粗甲醇的組分變化較大時(shí)，則需適當(dāng)改變其進(jìn)料板的位置，或是改變回流比，才保證粗甲醇的分離效率。當(dāng)合成催化劑后期生產(chǎn)的粗甲醇進(jìn)行蒸餾時(shí)，有時(shí)為確保精甲醇的質(zhì)量，以保證精餾塔進(jìn)料位置降低，同時(shí)適當(dāng)加大回流比。 如前所述，對(duì)粗甲醇精餾塔的操作概念，可以概括如下:在穩(wěn)定塔壓的前提下，采用在較高蒸汽速度(負(fù)荷)下操作，既提高傳質(zhì)效果又最經(jīng)濟(jì);選擇適宜的回流比，降低能量消耗;一般在進(jìn)料穩(wěn)定和變化緩慢的情況下，通過(guò)經(jīng)常性小量調(diào)節(jié)精甲醇和重組分的采出量，以

21、保持塔溫的合理分布和穩(wěn)定，維持好塔內(nèi)三個(gè)平衡，使產(chǎn)品甲醇達(dá)到質(zhì)量指標(biāo)，同時(shí)回收副產(chǎn)品──重組分，并盡最大可能降低殘液中有機(jī)物的含量。 第二章 甲醇精餾工段物料衡算 2.1 甲醇精餾原理 甲醇精餾的目的，是實(shí)現(xiàn)甲醇與水及有機(jī)物等雜質(zhì)的分離，生產(chǎn)出合格的精甲醇產(chǎn)品。本課題研究四塔甲醇精餾工段工藝，,包括預(yù)精餾塔、加壓塔、常壓塔以及回收塔。粗甲醇經(jīng)換熱后進(jìn)入預(yù)精餾塔,脫除輕組分后,塔底甲醇及高沸點(diǎn)組分通過(guò)泵提壓后送入加壓塔,加壓塔頂部出來(lái)的氣體進(jìn)入常壓塔再沸器換熱后,再以回流的方式全部返回加壓塔,從加壓塔塔頂?shù)?塊填料位置采出產(chǎn)品,加壓塔塔釜液送入常壓塔,常壓塔塔頂餾出精甲醇產(chǎn)品,塔

22、釜液送入汽提塔處理,常壓塔提餾段側(cè)線采出雜醇油送往回收塔處理,回收塔塔釜液與來(lái)自常壓塔塔釜液一并送往汽提塔處理。 2.1.1 預(yù)精餾塔的作用 預(yù)塔精餾的主要作用是脫除粗甲醇中的低沸點(diǎn)雜質(zhì)和可與甲醇形成共沸物的雜質(zhì)，它們一般由二氧化碳、醚類、胺類、烴類、酯類、醛酮類物質(zhì)組成。二氧化碳、醚類、胺類等低沸物可隨不凝氣一起放空。 對(duì)預(yù)塔的作用國(guó)內(nèi)外有不同的看法,主要有兩種觀點(diǎn):一種認(rèn)為預(yù)塔對(duì)保證甲醇的質(zhì)量有重要作用,國(guó)外大都持這種觀點(diǎn),它們的預(yù)塔比較高。國(guó)內(nèi)亦有不少?gòu)S家的預(yù)塔較高,如大慶、吉林、蘭州、太原等化肥廠,以及80年代末、90年代初投建的小聯(lián)醇廠;另一種觀點(diǎn)認(rèn)為銅基觸媒的選擇性好,粗甲醇

23、中雜質(zhì)少,預(yù)塔高度不必太高,甚至將預(yù)塔冷凝器直接垂直安放在塔頂,回流量沒(méi)有計(jì)量,早期的小聯(lián)醇就是這樣[14]。 2.1.2 加堿對(duì)甲醇精餾的改善 利用NaOH處理在精餾過(guò)程中難以分離的雜質(zhì)，例如粗甲醇中的酸類、酯類等，使其生成較容易被脫出的鹽。粗甲醇中含有的有機(jī)酸，對(duì)設(shè)備，管道腐蝕厲害，經(jīng)過(guò)堿的中和作用，減輕了腐蝕，延長(zhǎng)了設(shè)備、管道的使用壽命。例如羧酸與NaOH反應(yīng)生成羧酸鈉： RCOOH + NaOH →RCOONa+H2 O 還調(diào)節(jié)了粗甲醇的pH值。 在堿存在下，酯發(fā)生皂化反應(yīng)，生成羧酸鹽： RCOOR’+NaOH → RCOONa + R’OH 羧酸鈉溶于水，易于分離。加堿

24、處理使得一些難分離的雜質(zhì)，在預(yù)精餾塔分解[15]。 2.1.3 萃取精餾在甲醇精餾中的應(yīng)用 粗甲醇中的一些烴類、酯類雜質(zhì)，它們常溫下與甲醇混溶，但不溶或難溶于水。這些醇溶性雜質(zhì)對(duì)精甲醇水溶性特別敏感，只要甲醇中殘存幾十g/m3 ，其水溶液就會(huì)混濁，達(dá)不到精甲醇水溶性的要求。又因?yàn)殡s質(zhì)密度與甲醇密度差距較大，雜質(zhì)多時(shí)也容易造成精甲醇密度指標(biāo)不合格。這類物質(zhì)的沸點(diǎn)較高，且易與甲醇形成低于甲醇沸點(diǎn)的共沸物，主要集中在預(yù)塔塔頂而大量進(jìn)入二級(jí)冷凝器回流液。這類物質(zhì)如不在回流液中脫除，就會(huì)造成預(yù)塔塔釜出料雜質(zhì)多，影響精甲醇的質(zhì)量。脫除這些雜質(zhì)的方法主要是利用其不溶于水的特性 。在預(yù)塔加入萃取水可提高醛

25、、酮類物質(zhì)的相對(duì)揮發(fā)度，從而使其從塔頂采出。[16] 2.1.4 回流比的選擇 回流比對(duì)精餾塔操作影響很大，直接關(guān)系著培內(nèi)各層扳上的物料濃度的改變和溫度的分布。一般情況下，選取適宜回流比為最小回比的1.3～2倍。 兩塔甲醇精餾甲醇主精餾塔的回流比為2.0～2.5。其調(diào)節(jié)的依據(jù)是根據(jù)塔的負(fù)荷和精甲醇的質(zhì)量。為保持四塔精餾系統(tǒng)的穩(wěn)定操作、降低能耗并減少投資，應(yīng)選?。杭訅核亓鞅萊1≥2.5，常壓塔回流比R2≥2；兩塔負(fù)荷比Q1/Q2：0.59－0.79；并在保持穩(wěn)定生產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量合格的基礎(chǔ)上，R1，R2選取得盡量小。 2.2 四塔精餾工段工藝的物料衡算 2.2.1 甲醇精餾工

26、段物 料衡算任務(wù) 已知： 原料是粗甲醇，成分及含量如下 表2.1粗甲醇組成 成分 含量（wt%） CH3OH 93.40 CH3OCH3 0.42 C4H9OH 0.26 CH3OCCH3 0.32 H2O 5.6 合計(jì) 100 設(shè)計(jì)要求： （1）粗甲醇中甲醇回收率不小于99%； （2）精餾工段產(chǎn)品為精甲醇，其甲醇含量不低于99.5% 2.2.2 甲醇精餾工段物料衡算計(jì)算原理[18] 全塔物料衡算（通過(guò)全塔物料衡算，可以求出精餾產(chǎn)品的流量、組成之間的關(guān)系）。連續(xù)精餾塔做全塔物料衡算，并以單位時(shí)間為基準(zhǔn)，即 總物料 易揮

27、發(fā)組分 式中 F—原料液流量，kmol/h； D—塔頂產(chǎn)品（餾出液）流量，kmol/h； W—塔底產(chǎn)品（釜?dú)堃海┝髁?，kmol/h； —原料液中易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)； —餾出液中易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)； —釜?dú)堃褐幸讚]發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)。 塔頂易揮發(fā)組分回收率 塔底難揮發(fā)組分回收率 2.2.3 甲醇精餾工段物料衡算 以精甲醇年產(chǎn)40萬(wàn)噸計(jì)，粗甲醇中含甲醇90.29 %，則每年所需粗甲醇總量為：400000/0.934=428266t/y 年工作日以330天計(jì)，則精甲醇每日、每小時(shí)產(chǎn)量為： 400000/330=1212.1t/d=50.505t/h=50505.1k

28、g/h 每日、每小時(shí)所需粗甲醇量為：428266/330=1297.78t/d=54.07t/h=54074kg/h 1）粗甲醇組成 （1）甲醇含量：93.40% （2）水含量：5.6% （3）輕餾分含量：二甲醚 0.42% （4）初餾分含量：異丁醇0.26% （5）高級(jí)烷烴：辛烷 0.32% 2） 預(yù)塔物料衡算 (1)入料： ①粗甲醇入料量：54047kg/h ②堿液 每噸精甲醇消耗92%的NaOH 0.811kg，則消耗10%的堿液量： =376.8kg/h 則甲醇年消耗量：376.824330=2984t 堿帶入的水量=376.

29、8（1-0.1）=339.12kg/h（相當(dāng)于加入的萃取水量） ③粗甲醇含水量=540470.056=3026.6kg/h 水量=粗甲醇含水量+堿液含水量 =3026.6+339.12=3365.72kg/h ④輕餾分量=540470.0042=227kg/h ⑤初餾物=540470.0026=140.5kg/h ⑥高級(jí)烷烴=540470.0032=172.95kg/h 總?cè)肓狭?粗甲醇量+堿液量=54047+376.8=54423.8kg/h （2）出料 ①甲醇：50505 kg/h ②水量：3365.72 kg/h ③NaOH:376.8 kg/h ④輕餾分：227

30、kg/h ⑤初餾物：140.5kg/h ⑥高級(jí)烷烴：172.95 kg/h 其中： 氣相 塔頂=輕餾分+高級(jí)烷烴=227 +172.95=399.95 kg/h 液相 塔底=甲醇+水+初餾物+NaOH=50505+3365.72+140.5+376.8=54388kg/h （3）預(yù)塔回流量 脫醚塔回流量回流比一般R20,且考慮到節(jié)省能源的問(wèn)題。結(jié)合ASPEN簡(jiǎn)捷模擬取R=31.5 則回流量=1071.231.5=33787.68kg/h 3）加壓塔物料衡算 加壓塔出料甲醇含量86.7%（即塔底甲醇含量） （1）入料： 總?cè)肓狭?出料液相=54388kg/h

31、其中: ①水量=預(yù)出料水量=3365.72kg/h ②甲醇量=預(yù)出料甲醇量=50505kg/h ③NaOH=預(yù)出料堿量=376.8kg/h ④初餾物=預(yù)出料初餾物=140.5kg/h （2）出料： ①出料水量=入料水量=3365.72kg/h ②NaOH=376.8kg/h ③初餾物=140.5kg/h ④甲醇=（出口水量+NaOH+初餾物）出料甲醇含量/（1-出料甲醇含量） =（3365.72+376.8+167.8）0.867/（1-0.867） =25491kg/h ⑤采出精甲醇量=入塔甲醇量-出料甲醇量=50505-25491=25014kg/h ⑥總出料量=

32、總?cè)肓狭?采出精甲醇量=54388-25014=29374kg/h 其中 塔頂：液相=精甲醇量=25014kg/h 塔底：液相=粗甲醇量=29374kg/h （3）回流量 為保持系統(tǒng)的穩(wěn)定操作，降低能耗，并減少投資，應(yīng)選?。? 加壓塔回流比R1≥2.5 常壓塔回流比R2≥2.0 并且在保持穩(wěn)定生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量合格的基礎(chǔ)上，R1、R2選取的盡量小。 則取加壓塔回流比R=2.8 回流量=RD=2.825014=70039.2kg/h 4）常壓塔物料衡算 （1）入料 總?cè)肓狭?加壓塔塔底總出料量=29374kg/h 其中 ①甲醇=293740.867=25467.

33、3kg/h ②水=3365.72kg/h ③NaOH=376.8kg/h ④初餾物=140.5kg/h （2）出料 ①側(cè)線排出量=初餾物+水+甲醇 初餾物=140.5kg/h 占0.26% 則 側(cè)線排出量=140.5/0.0026=5403.8kg/h 其中： 甲醇=5403.80.6062=3275.8kg/h(占60.62%) 水=5403.80.3023=1633.6kg/h（占30.23%） 初餾物=140.5kg/h（占0.26%） ②塔底排出殘液 其中： NaOH=376.8kg/h 水=入料水-側(cè)線排出=3365.72-1633.6=1732.

34、12kg/h 塔底排出殘液中含甲醇量 =（殘液中水+NaOH）殘液甲醇含量/（1-殘液中甲醇含量） =（1732.12+376.8）0.001/（1-0.001） =2.1110kg/h 殘液總量=水量+NaOH+醇量 =1732.12+376.8+2.1110 =2111.0kg/h ③塔頂 塔頂采出精甲醇=入塔精甲醇-側(cè)線排出-殘液中含醇量 =25467.3-3275.8-2.1110 =22189.4kg/h 總出料量： 塔頂精甲醇=22189.4kg/h 塔側(cè)線=初餾物+水+甲醇=5403.8kg/h 塔底殘液=NaOH+水+甲醇=2111.0kg/

35、h （3）回流量 回流量=RD =222189.4=44378.8kg/h 5）回收塔物料衡算 （1）入料 入料量=側(cè)線排出量=5403.8kg/h 其中 甲醇=3275.8kg/h 水=1633.6kg/h 初餾物=140.5kg/h （2）出料： ①塔頂 采出精甲醇量=3275.80.97367 =3189.5kg/h(精甲醇占入料精甲醇的97.367%) ②側(cè)線抽出物 甲醇=入料甲醇-塔頂甲醇 =3275.8-3189.5=86.3kg/h（甲醇占20.27%） 側(cè)線抽出物=86.3/20.27%=425.8kg/h 其中 異丁醇=42

36、5.80.0026=1.11kg/h 水=425.80.056=23.8kg/h 甲醇=86.3kg/h ③塔底 其中 水=入料水量-側(cè)線出水 =1633.6-23.8=1622.8kg/h 異丁醇=入料異丁醇-側(cè)線抽出異丁醇 =14.05-1.11=12.94kg/h 總量=水量+異丁醇 =1622.8+12.94=1635.74kg/h （3）回流液量 回流比：R取5 回流量=DR=53189.5=15947.5kg/h 6）粗甲醇中甲醇回收率 甲醇回收率 =（加壓塔采出精甲醇量+常壓塔采出精甲醇量+回收塔采出精甲醇量）/粗甲醇中精甲醇量 =（25

37、014+22189.4+3189.5）/50505.1=99.778% 第三章 常壓塔冷卻器的設(shè)計(jì) 3.1確定設(shè)計(jì)方案 兩流體溫度變化情況：精甲醇進(jìn)口溫度71℃，出口溫度49℃；冷卻水進(jìn)口溫度25℃，出口溫度30℃。該換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻，冬季操作時(shí)進(jìn)口溫度降低，考慮到這一因素，估計(jì)該換熱器的管壁溫和殼體壁溫之差較大，因此初步確定選用帶膨脹節(jié)的固定管板式換熱器。 3.2確定物性數(shù)據(jù)[18] ⑴流體平均溫度Tm和tm Tm1＝（Ti＋To）/2＝（71＋49）/2＝60℃ tm1＝（ti＋to）/2＝（25＋30）/2＝27.5℃ ⑵平均溫度下的物性數(shù)據(jù)

38、 表3-1 各組分物性數(shù)據(jù) 物料 項(xiàng)目 單位 數(shù)據(jù) 物料 項(xiàng)目 單位 數(shù)據(jù) 水 密度 kg/m3 994 甲 醇 密度 kg/m3 760 粘度 pa?s 0.000725 粘度 pa?s 0.000344 導(dǎo)熱系數(shù) W/(m?K) 0.626 導(dǎo)熱系數(shù) W/(m?K) 0.188 比熱容 kJ/(kg?K) 4.08 比熱容 kJ/(kg?K) 2.943 3.2.1計(jì)算總傳熱系數(shù) ⑴熱負(fù)荷Q Q = Q0 cp0 t0+Q0r =22189.42.

39、943（71-49）+22189.4/3035.28/3600 = 1436.682kW ⑵平均傳熱溫差 == =11.47℃ ⑶冷卻水用量 ===253532kg/h 總傳熱系數(shù)K 管程傳熱系數(shù) ===13710 =0.023=0.023 =2734.6w/(m2K) 殼程傳熱系數(shù) 假設(shè)殼程的傳熱系0 = 290W/(m2℃)； 污垢熱阻 =0.000172m2 ℃/W =0.000172 m2 ℃/W 管壁的導(dǎo)熱系數(shù)λ= 45W/(m?K) = = =229.67 W/(m2℃) 3.2.2計(jì)算傳熱面積 S===512.3

40、m2 考慮15%的面積裕度，S=1.15S=1.15512.3=599.5m2 3.2.2 工藝結(jié)構(gòu)尺寸 管徑和管內(nèi)流速 選用Φ252.5傳熱管（碳鋼），去管內(nèi)流速=0.5m/s 管程數(shù)和傳熱管數(shù) ===452(根) 按單程管計(jì)算，所需的傳熱管長(zhǎng)度為 L = S/(πd0ns) =512.3/(3.140.025452) = 8.3(m) 取傳熱管長(zhǎng)l=9m，則該換熱器管程數(shù)為 Np = L/l =8.3/9≈ 1(管程) 傳熱管總根數(shù)N = 4521= 452（根） 平均傳熱溫差校正及殼程數(shù) 平均傳熱溫差校正系數(shù) R = (71-49)/(30-25) = 8

41、.8 P = (30-25)/(71-25) = 0.102 按單殼程，多管程結(jié)構(gòu)，溫差校正系數(shù)查《化工原理（上冊(cè)）》第232頁(yè)圖4-19,可得=0.99 平均傳熱溫差 ==0.9912=12℃ 傳熱管排列和分程方法 采用組合排列法，取管心距t = 1.25d0，則 t = 1.2525 = 31.25 ≈ 32 mm 橫過(guò)管束中心線的管數(shù) ===26(根) 殼體內(nèi)徑 采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率η= 0.8，則殼體內(nèi)徑為 =1.05=1.05=798.7 圓整可取D = 800mm 圓整后，換熱器殼體圓筒內(nèi)徑為D=800mm，殼體厚度選擇10mm。長(zhǎng)度定為9

42、000mm。 殼體的標(biāo)記：筒體 DN800 δ=10 3.2.3折流板 采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25%，折流板的板間距為h=0.25800=200mm，則折流板數(shù) 去折流板間距=，則 ==(mm),可取B為250mm。 NB=9000/250－1=59(塊) 3.2.4接管 殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)甲醇流速為u=0.5m/s, q=22189.4/760/3600=0.00811m3/s,則接管內(nèi)徑為 ===0.144m 取標(biāo)準(zhǔn)管徑為150mm 管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)水流速為u=0.5m/s, q=253532/994/3600=0.07

43、09m3/s。 ===0.425m 取標(biāo)準(zhǔn)管徑為450mm 筒體材料選擇為Q235-A，單位長(zhǎng)度的筒體重110kg/m,殼體總重為110(5.910-0.156)= 632.94kg。(波形膨脹節(jié)的軸向長(zhǎng)度為0.156m，見(jiàn)本設(shè)計(jì)設(shè)備圖) 3.3換熱器核算 (1)熱量核算 A. 殼程對(duì)流傳熱系數(shù) 因?yàn)槭怯邢嘧兊膿Q熱過(guò)程，且甲醇蒸汽在水平管束外冷凝，采用凱恩公式估算，即 =0.725()1/4 當(dāng)量直徑，由正三角形排列得 = 殼程流通截面積 So ＝BD(1-) ＝0.250.8（1－0.025/0.032）

44、 ＝0.04375㎡ 殼程流體流速及雷諾數(shù)分別為 uo＝Vs/So ＝=0.1854m/s Reo＝ ==8191.0 αo＝0.725(2.943376029.8135.2581000/30/262/3/0.025/0.000344/6.3)1/4 ＝3099.5W/(m2℃) B. 管程對(duì)流傳熱系數(shù) αi＝0.023Re0.8Pr0.4 管程流通截面積 Si＝ ＝0.7850.022452/1 ＝0.141928㎡ 管程流體流速 ui=Vs/Si = ＝0.0436

45、9m/s Rei＝ ＝ ＝1198.0 普蘭特準(zhǔn)數(shù) Pr＝ ＝ ＝4.73 αi＝0.0230.626/0.021198.00.84.730.4 ＝389.029W/(m2℃) C. 傳熱系數(shù)K = = 324.9W/(m2℃) D. 傳熱面積S ===368.5m2 該換熱器的實(shí)際傳熱面積SP Sp＝ =3.140.025（9-0.09）(452-26) =297.96㎡ 該換熱器的面積裕度為： F= ＝ ＝23.7％ 傳熱面積裕度合適，該換熱器能完成生產(chǎn)任務(wù)。 換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力 管程流動(dòng)阻力 ∑ΔPi

46、=(ΔP1+ΔP2)FtNpNs (3-15) 其中，ΔP1，ΔP2——分別為直徑及回彎管中因摩擦阻力引起的壓強(qiáng)降，pa Ft——結(jié)垢校正因數(shù)，無(wú)因次，取1.5， Np——管程數(shù)， Ns——串連的殼程數(shù)。 流速0.1854m/s，雷諾準(zhǔn)數(shù)1198.0（層流） ==0.0534 =0.0534 =410.5Pa = =51.

47、3Pa =(410.5+51.3)=1385.4 Pa 管程流動(dòng)阻力在允許范圍之內(nèi) B. 殼程阻力 其中，ΔP1‘——流體橫過(guò)管束的壓降，pa ΔP2‘——流體流過(guò)折流板缺口的壓強(qiáng)降，pa Fs——?dú)こ虊簭?qiáng)降的結(jié)垢正因數(shù)，無(wú)因次，取1.15 Ns——串連殼程數(shù)。 其中，F(xiàn)——管子排列方式對(duì)壓強(qiáng)降的校正因數(shù) fo——?dú)こ塘黧w的摩擦系數(shù)

48、，當(dāng)Re>500，f=5.0Re-0.228 Nc——橫過(guò)管束中心線的管子數(shù) NB——折流擋板數(shù) 管子為三角形排列，F(xiàn)=0.237，NB=59，nc=26，u0=1.108m/s 所以 = =0.640809 ∴ 由式（），得： = =3095 Pa (3-18) =59（3.5－） =2311.9Pa =3095 +231

49、1.9=5406.9Pa C合理壓降 在常壓操作下，操作壓力范圍0—0.07MPa(表壓)，合理壓降為ΔP=P/2 本冷卻器的的操作壓力為0.03 MPa(表壓)，合理壓降 ΔP=P/2=（0.03﹢0.1303）/2=0.06565 MPa（絕壓） 通過(guò)比較，管程壓降與殼程壓降亦在合理范圍。 3.4 確定折流擋板形狀和尺寸 選擇折流擋板為有弓形缺口的圓形板，直徑為700mm,厚度為10mm。缺口弓形高度為圓形板直徑的約1/4，本設(shè)計(jì)圓整為200mm。折流擋板上換熱管孔直徑為25.6mm，共有452-78=374個(gè)；拉桿管孔直徑為16.6mm，每個(gè)折流擋板上有4個(gè)。折流擋板重量為

50、5.1kg。選擇折流擋板間距h=200mm。折流擋板數(shù)NB =L/h-1=9000/200-1=44塊. 3.5 波形膨脹節(jié) 冷流體循環(huán)水的定性溫度為(30℃+25℃)/2=27.5℃熱流體廢液的定性溫度為（71+49）/2=60℃.該換熱器用循環(huán)水冷卻，冬季操作時(shí)進(jìn)口溫度會(huì)降低?？紤]到這一因素，估計(jì)該換熱器的管壁溫度和殼體壁溫之差較大，因此確定選用帶波形膨脹節(jié)的固定管板式換熱器。波形膨脹節(jié)的壁厚與殼體相同，為10mm。根據(jù)換熱器殼體的公稱直徑800mm，可知波形膨脹節(jié)的公稱直徑也是800mm，根據(jù)公稱直徑，查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》(化學(xué)工業(yè)出版社，2008)書(shū)中表16-9的對(duì)應(yīng)條目，獲得波

51、形膨脹節(jié)的具體尺寸(見(jiàn)換熱器設(shè)備圖) 3.6 設(shè)備主要附件的選擇[17] 3.6.1 接管及法蘭的選型 （1）管口A 管口A為循環(huán)水出口。 ①接管管徑的確定： 流量253532kg/h，密度為994 kg/m3，相當(dāng)于q=253532/994/3600=0.0709m3/s。循環(huán)水為低粘度流體，在接管中的合理流速u=0.5——2m/s。本設(shè)計(jì)取u=0.5m/s。則接管的內(nèi)徑===0.425m=425mm。接管的外徑選擇為430mm，壁厚選擇為8mm，材質(zhì)為20鋼，每米管子的重量17.14kg（GB-T 17395-1998 無(wú)縫鋼管尺寸、外形、重量及允許偏差）。 ②接

52、管長(zhǎng)度的選擇： 接管的長(zhǎng)度L選擇150mm，則重量為1.9kg。 接管的標(biāo)記：接管 Φ904.5 L=125 ③接管法蘭的選擇： 查《大學(xué)工程制圖》（華東理工大學(xué)出版社，2005）表14-5，接管外徑dH=159mm的板式平焊鋼制管法蘭的公稱通徑DN=150mm。選擇公稱壓力PN=0.6MPa的突面法蘭，材料為Q235-A，標(biāo)記為：HG20592 法蘭 PL 150(B)-0.6 RF Q235-A。重量為5.14kg。 該法蘭有8個(gè)均布在外周的螺孔，使用8個(gè)M16螺栓、螺母、墊片與工藝管道連接。 （2）管口B 管口B為廢水出口。廢水的流量為2715

53、5.9kg/h，密度為760 kg/m3，相當(dāng)于q=27155.9/760/3600=0.009925m3/s。廢水在接管中的合理流速u=0.5——2m/s。本設(shè)計(jì)取u=0.5m/s。則接管的內(nèi)徑===0.0253m = 45mm。 （3）管口C 管口C為排氣口。 ①接管管徑的確定： 接管的外徑選擇32mm，壁厚選擇為3.5mm，材質(zhì)為20鋼，每米管子的重量2.46kg（GB-T 17395-1998 無(wú)縫鋼管尺寸、外形、重量及允許偏差）。 ②接管長(zhǎng)度的選擇： 接管的長(zhǎng)度L選擇125mm，則重量為0.349kg。 接管的標(biāo)記：接管 Φ323.5 L=100 ③接

54、管法蘭的選擇： 查《大學(xué)工程制圖》（華東理工大學(xué)出版社，2005）表14-5，接管外徑dH=32mm的板式平焊鋼制管法蘭的公稱通徑DN=25mm。選擇公稱壓力PN=0.6MPa的突面法蘭，材料為Q235-A，標(biāo)記為：HG20592 法蘭 PL 25(B)-0.6 RF Q235-A。 該法蘭有4個(gè)均布在外周的螺孔，使用4個(gè)M10螺栓、螺母、墊片與配套的法蘭蓋裝配。 （4）管口D 管口D為廢水進(jìn)口。接管、法蘭與管口A和B的完全相同。 （5）管口E 管口E為排污口。 1 接管長(zhǎng)度的選擇： 接管的長(zhǎng)度L選擇90mm，則重量為0.493kg。 接管的標(biāo)記

55、：接管 Φ573.5 L=100 2 接管法蘭的選擇： 查《大學(xué)工程制圖》（華東理工大學(xué)出版社，2005）表14-5，接管外徑dH=57mm的板式平焊鋼制管法蘭的公稱通徑DN=50mm。選擇公稱壓力PN=0.6MPa的突面法蘭，材料為Q235-A，標(biāo)記為：HG20592 法蘭 PL 50(B)-0.6 RF Q235-A。重量為1.51kg。 該法蘭有4個(gè)均布在外周的螺孔，使用4個(gè)M12螺栓、螺母、墊片與配套的法蘭蓋裝配。 （6）管口F 管口F為循環(huán)水進(jìn)口。接管、法蘭與管口A、B和D的完全相同。 3.6.2 左管板的選型 （1）管板厚度： 《化

56、工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》(化學(xué)工業(yè)出版社，2008)中有表16-8 管板厚度表。管板的設(shè)計(jì)壓力為管、殼程設(shè)計(jì)壓力中的大者。當(dāng)設(shè)計(jì)壓力小于1MPa時(shí)，取為1MPa；表中的設(shè)備殼體內(nèi)徑壁厚最接近本課程設(shè)計(jì)值的是70010；管、殼程的溫度差=60-27.5=32.5℃；根據(jù)上述的設(shè)計(jì)壓力、殼體內(nèi)徑壁厚以及溫度差，查表得管板的厚度δ=52mm。管板材料為16Mn（鍛件）。 （2）管板形狀： 管板同時(shí)起到法蘭的作用，密封面為凸面，可以和管箱的法蘭(密封面為凹面)連接。管板直徑與管箱法蘭的相同，為830mm。外周均布24個(gè)Φ18螺孔。 （3）管板的開(kāi)孔 ① 開(kāi)孔和管程隔板密封槽分布情況： 左管板共有31

57、2個(gè)安裝換熱管的開(kāi)孔和8個(gè)拉桿安裝孔以及2道管程隔板密封槽（見(jiàn)設(shè)備圖）。 ② 安裝換熱管的開(kāi)孔尺寸： 為了便于在管板上焊接換熱管，開(kāi)孔的孔徑比換熱管的外徑大0.4 mm,即Φ25.4 mm。開(kāi)孔形狀見(jiàn)設(shè)備圖。 （或者:為了便于在管板上脹接換熱管，開(kāi)孔的孔徑比換熱管的外徑大0.3 mm,即Φ25.3mm。開(kāi)孔內(nèi)表面有兩道環(huán)向的槽，槽深0.5mm。管板開(kāi)孔形狀和內(nèi)表面環(huán)向槽的位置、尺寸見(jiàn)下圖： 圖4.2管板開(kāi)孔形狀和內(nèi)表面環(huán)向槽的位置、尺寸 ③拉桿安裝孔和管程隔板密封槽的尺寸見(jiàn)設(shè)備圖。 3.6.3 換熱管的選擇 (1) 選擇20鋼材質(zhì)的無(wú)縫鋼管，規(guī)格：Φ252.5。 (

58、2) 換熱管的長(zhǎng)度為6000mm。 (3) 換熱管與管板連接采用焊接。 (或者:換熱管與管板連接采用脹接。) 具體見(jiàn)設(shè)備圖。 3.6.4 左管箱短節(jié)的選擇 (1）左管箱短節(jié)的內(nèi)徑與壁厚： 左管箱短節(jié)為圓柱筒體，內(nèi)徑與壁厚選擇與設(shè)備殼體相同。 (2）左管箱短節(jié)的長(zhǎng)度： 左管箱短節(jié)連接A和F管口。選擇左管箱短節(jié)的長(zhǎng)度為管口接管公稱直徑的兩倍，即2502=500mm。選擇Q235-A材料制作。 左管箱短節(jié)的標(biāo)記：筒體 DN700 10=8 L=500。 (3）左管箱短節(jié)的材質(zhì)選擇 材質(zhì)選擇與換熱器殼體相同：Q235-A 3.6.5 左管箱封頭的選擇 選擇公稱直徑為70

59、0mm的標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭。壁厚與殼體相同，也是10mm。材質(zhì)也是Q235-A。重量約21.6kg。標(biāo)記：EHA 5508-Q235-A JB/T 4746-2010。 3.6.6 左管箱隔板的選擇 (1）材質(zhì)選擇普通的碳素鋼：Q235-A。 (2）管箱隔板厚度的選擇： 由于管程壓強(qiáng)降較小，用公式計(jì)算隔板厚度會(huì)小于GB151規(guī)定的隔板最小厚度（換熱器公稱直徑<=600時(shí)，碳鋼隔板的最小厚度為10mm），所以直接選擇隔板厚度為10mm。 (3）數(shù)量：左管箱需要2塊相同的隔板。 面積: 217977.2468mm2，厚度：10mm。 (4)重量：?jiǎn)蝹€(gè)左管箱隔板重=（217977.2468

60、mm210mm）7.810-310-3kgmm-3=17kg。 3.6.7 左管箱法蘭和密封墊片的選型 (1)法蘭： 根據(jù)公稱直徑，查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》(化學(xué)工業(yè)出版社，2008)書(shū)中表10-3。選擇甲型平焊容器法蘭，公稱直徑700mm，公稱壓力0.6MPa，密封面為凹面(FM)，與凸密封面的左管板連接。外周均布24個(gè)Φ16螺孔，用M16雙頭螺柱與左管板連接。 標(biāo)記：法蘭—FM 700—0.6 JB4701—2000。重量為26.4 kg。 (2)密封墊片: 選擇甲型平焊容器法蘭用非金屬軟墊片,公稱直徑700mm,公稱壓力0.6MPa。 標(biāo)記：墊片 750—0.6 JB 4

61、704—2000。重量略。 左管箱總重量：33+24+172+26.4+(2.6+5.14)2=132.9kg。 3.6.8 右管板 右管板沒(méi)有拉桿開(kāi)孔，只有一道管程隔板密封槽，其他與左管板相同，具體見(jiàn)設(shè)備圖。 3.6.9 右管箱設(shè)計(jì) (1)右管箱封頭： 與左管箱封頭相同。 (2）右管箱短節(jié)的選擇： ①右管箱短節(jié)的內(nèi)徑與壁厚： 右管箱短節(jié)為圓柱筒體，內(nèi)徑與壁厚選擇與設(shè)備殼體相同。 ②右管箱短節(jié)的長(zhǎng)度： 長(zhǎng)度選擇50mm。選擇Q235-A材料制作。 右管箱短節(jié)的標(biāo)記：筒體 DN700 δ=10 L=50。 (3）右管箱隔板的選擇： ①材質(zhì)選擇普通的

62、碳素鋼：Q235-A。 ②右管箱隔板厚度的選擇： 厚度與左管箱隔板相同，為10mm。 ③數(shù)量：右管箱需要1塊隔板。 面積: 100645.7361mm2，厚度：10mm。 ⑤重量： 單個(gè)左管箱隔板重=(100645.7361mm210mm)7.810-310-3kgmm-3=7.9kg。 (4) 右管箱法蘭和密封墊片的選型： ①法蘭：與左管箱的相同。 ②法蘭密封墊片: 與左管箱的相同。長(zhǎng)寬厚：550*12*4mm。重量略。 3.6.10 鞍座的選型 根據(jù)換熱器殼體的公稱直徑700mm，可知鞍座的公稱直徑也是700mm。 選擇焊制的有墊板的鞍座： 左鞍座標(biāo)記：鞍座

63、BI 700—S JB4712—1992， 右鞍座標(biāo)記：鞍座 BI 700—F JB4712—1992。 根據(jù)公稱直徑，查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》(化學(xué)工業(yè)出版社，2008)書(shū)中表13-4的對(duì)應(yīng)條目，獲得鞍座的具體尺寸和重量。單個(gè)鞍座的質(zhì)量為22 kg(不帶墊板的為17 kg)。 3.7 設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表 換熱器工藝設(shè)計(jì)結(jié)果如下表所示： 表3.2設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表 殼徑D，mm 800 換熱面積S，m2 204.235 管程數(shù)Nt 1 管長(zhǎng)L，m 9 管徑，mm Φ252.5 管子排列 正三角形 管中心距t，mm 32 管數(shù)n 452 殼程數(shù)Ns

64、 1 折流板直徑，mm 700 折流板缺口高度 175mm 折流板厚，mm 10 折流板間距h，mm 200 折流板數(shù)量 44 第四章 結(jié)論 本文通過(guò)對(duì)甲醇精餾工藝工段的設(shè)備設(shè)計(jì)，得到以下結(jié)論： 1）分析了國(guó)內(nèi)甲醇不同工藝流程的本質(zhì)區(qū)別，確定了甲醇流程選擇的原則:常壓塔側(cè)線取舍取決于加壓塔設(shè)計(jì)壓力的選取。同時(shí)以充分的計(jì)算和數(shù)據(jù)說(shuō)明不同的流程設(shè)計(jì)和理論結(jié)合的合理之處以及流程應(yīng)用的不同條件。 2）分析比較了雙塔、三塔、四塔精餾的區(qū)別，了解了四塔精餾的優(yōu)勢(shì)。 3）通過(guò)對(duì)四塔精餾的物料衡算和常壓塔的冷卻器的設(shè)計(jì)，充分的驗(yàn)證了四塔精餾的可靠性 4）通過(guò)AutoCAD

65、制圖和手繪制圖的比較，證明了電腦技術(shù)對(duì)化工設(shè)計(jì)的改善。 5）通過(guò)此次設(shè)計(jì)，讓我們的理論與實(shí)踐同時(shí)得到提高。 參考文獻(xiàn) [1].Energy Savings in Methanol SynthesisUsee of Heat Integration Techniques and Simulation Tools. Franqois Mar6chal a, Georges Heyen a, Boris Kalitventzeff a,b a L.A.S.S.C., Universit6 de Liege, Sart-Tilman B~timent

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