(完整版)年產(chǎn)30萬噸甲醇工藝設計畢業(yè)設計

本科畢業(yè)設計年產(chǎn)30萬噸甲醇工藝設計ProcessDesignof300ktaMethanolSynthesisSection目錄摘要 IAbstract II引言 1第一章概述 21.1甲醇的概述 21.1.1理化性質 21.1.2制法 21.1.3用途 31.2由CO和H2合成甲醇 31.2.1高壓法 31.2.2低壓法 31.2.3中壓法 51.3甲醇生產(chǎn)技術的發(fā)展趨勢 5第二章工藝流程設計 62.1甲醇合成 62.1.1反應方程式 62.1.2合成法反應機理 62.1.3甲醇合成塔的選擇 82.1.4催化劑的選用 102.1.5合成工序工藝操作條件的論證與確定 122.1.6低壓Lurgi甲醇合成工藝 13第三章生產(chǎn)工藝計算 153.1甲醇生產(chǎn)的物料平衡計算 153.1.1合成工段物料衡算 153.2甲醇生產(chǎn)的能量平衡計算 203.2.1合成工段能量衡算 203.2.2冷凝器能量計算 22第四章主要設備計算及選型 254.1合成系統(tǒng)主要設備的計算及選型 254.1.1甲醇合成塔的設計 254.1.2水冷器的工藝設計 294.1.3甲醇分離器 324.1.4循環(huán)壓縮機的選型 324.2控制儀表的選擇 32結論 33致謝 34參考文獻 35附錄 36年產(chǎn)30萬噸甲醇合成工段工藝設計摘要：甲醇是一種極重要的有機化工原料，也是一種燃料，是碳化學的基礎產(chǎn)品，在國民經(jīng)濟中占有十分重要的地位。近年來，隨著甲醇下游產(chǎn)品的開發(fā)，特別是甲醇燃料的推廣應用，甲醇的需求大幅度上升。因此開展了此年產(chǎn)30萬噸的甲醇項目。對目前現(xiàn)有的各種生產(chǎn)工藝進行對比分析，確定選用低壓Lurgi工藝獲得粗甲醇。根據(jù)所掌握的知識對甲醇合成工段進行了物料衡算、能量衡算、主要設備相關數(shù)據(jù)計算及相關附屬設備的選型及計算，合成甲醇所選的反應器是列管式的甲醇合成塔，并做出了帶控制點的工藝流程圖和合成塔設備圖。關鍵詞：甲醇；合成；工藝設計ProcessDesignof300ktaMethanolSynthesisSectionAbstract:Methanolisarawmaterialwhichisextremelyimportantfororganicchemicalindustry,anditcanbeusedasfurnaceoil.Methanolisalsothebasicproductsofthecarbonchemistryanditisveryimportantinnationaleconomy.Inrecentyears,thedemandforthemethanolrisesbyalargemarginwiththedevelopmentoftheproductswhicharemadefrommethanol,especiallytheapplicationandpopularizationofthemethanolpetrol.Thereforecarriedouttheannualoutputof300000tonsofmethanolproject.Thecomparativeanalysisoftheexistingproductionprocess,determinetheselectionoflowvoltageLurgiprocesstoobtaincrudemethanol.Accordingtotheknowledgeofmethanolsynthesissectionofmaterialbalance,.Processforthemainequipmentsynthesistowercalculationandselection,theselectedsyntheticmethanolreactorisshellandtubetypeofmethanolsynthesistower,alsomaketheprocessflowchartwithcontrolpointsandsynthetictowerequipmentdiagram.Keywords:methanol;synthesis;processdesign引言甲醇最早是由木材和木質素干餾制得俗稱“木醇”，其分子式為CH3OH，是重要的有機化工原料之一，是碳化學、有機及精細化工的基礎原料，又是優(yōu)質的能源載體。長期以來，甲醇除少量直接用于溶劑外，人們一直把甲醇作為農藥、染料、醫(yī)藥等工業(yè)的原料。盡管國內甲醇的傳統(tǒng)消費領域如甲醛、醋酸等行業(yè)受房地產(chǎn)調控政策等因素影響，產(chǎn)量增速有所放緩，但新興應用領域如甲醇燃料、甲醇制烯烴等行業(yè)在石油供需缺口下迅速發(fā)展。近十年來，我國的甲醇工業(yè)有了突飛猛進的發(fā)展，在原料路線、生產(chǎn)規(guī)模、節(jié)能降耗、過程控制與優(yōu)化、產(chǎn)品市場與其他化工產(chǎn)品聯(lián)合生產(chǎn)等方面都有了新的突破與進展。尤其我國是煤炭生產(chǎn)和消費大國，除了用煤直接氣化生產(chǎn)甲醇外，由于煉焦工業(yè)采用潔凈工藝和綜合利用，焦爐煤氣將成為我國甲醇生產(chǎn)的新原料。據(jù)了解，目前國內已投產(chǎn)的甲醇制烯烴企業(yè)共四家，包括神華包頭60萬噸烯烴裝置、神華寧煤50萬噸烯烴裝置、大唐46萬噸烯烴裝置以及中原石化60萬噸烯烴裝置。2012年上半年數(shù)據(jù)顯示，甲醇制烯烴產(chǎn)量約60萬噸，應用甲醇167.7萬噸，僅2012年上半年神華包頭煤制烯烴項目實現(xiàn)銷售收入31億元、利潤6億元，取得較好的效益[1]。而甲醇燃料的推廣應用，更會使甲醇的需求市場進一步擴張。2009年5月，《車用燃料甲醇》及《車用甲醇汽油（M85）》兩個國家標準正式發(fā)布，標志著以甲醇為基礎調配大比例M85甲醇汽油的時機已經(jīng)成熟。因此，甲醇在化學工業(yè)中的作用必將越來越重要。第一章概述1.1甲醇的概述1.1.1理化性質甲醇是一種無色、透明、易燃、易揮發(fā)的有毒液體，常溫下對金屬無腐蝕性（鉛、鋁除外），略有酒精氣味。分子量32.04，相對密度0.792(204℃)，熔點-97.8℃，沸點64.5℃，燃燒熱725.76kJmol，閃點12.22℃，自燃點463.89℃，蒸氣密度1.11，蒸氣壓13.33kPa(100mmHg21.2℃)，蒸氣與空氣混合物爆炸極限6～36.5%（體積比），能與水、乙醇、乙醚、苯、酮、鹵代烴和許多其他有機溶劑相混溶，但是不與石油醚混溶，遇熱、明火或氧化劑易燃燒[5]。1.1.2制法1661年英國波義耳（Boyle）首先在木材干餾的液體產(chǎn)品中發(fā)現(xiàn)了甲醇，木材干餾成為工業(yè)上制取甲醇最古老的方法。1834年，杜馬（Dumas）和彼利哥（Peligot）制得了甲醇純品。1857年法國伯特格（Berthelot）用一氯甲烷水解制得甲醇。合成甲醇的工業(yè)生產(chǎn)始于1923年。德國巴登苯胺純堿（BASF）公司首先建成以一氧化碳和氫為原料、年產(chǎn)300t甲醇的高壓合成法裝置，從20世紀20年代至60年代中期，所有甲醇生產(chǎn)裝置均采用高壓法，即操作壓力為30～35MPa，采用鋅鉻催化劑。1966年，英國帝國化學工業(yè)（ICI）公司研制成功銅基催化劑，并開發(fā)了低壓合成甲醇工藝，即ICl工藝。20世紀70年代中期以后，世界上新建和擴建的甲醇裝置幾乎都采用低壓法[1]。合成甲醇可以固體（如煤、焦炭）液體（如原油、重油、輕油）或氣體（如天然氣及其他可燃性氣體）為原料，經(jīng)造氣凈化（脫硫）變換，除去二氧化碳，配制成一定的合成氣（一氧化碳和氫）。在不同的催化劑存在下，選用不同的工藝條件。單產(chǎn)甲醇（分高壓法低壓和中壓法），或與合成氨聯(lián)產(chǎn)甲醇（聯(lián)醇法）。將合成后的粗甲醇，經(jīng)預精餾脫除甲醚，精餾而得成品甲醇。高壓法為BASF最先實現(xiàn)工業(yè)合成的方法，但因其能耗大，加工復雜，材質要求苛刻，產(chǎn)品中副產(chǎn)物多，今后將由ICI低壓和中壓法及Lurgi低壓和中壓法取代。1.1.3用途甲醇用途廣泛，是基礎的有機化工原料和優(yōu)質燃料。主要應用于精細化工，塑料等領域，用來制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲氨、硫酸二甲酯等多種有機產(chǎn)品，也是農藥、醫(yī)藥的重要原料之一。甲醇在深加工后可作為一種新型清潔燃料，也加入汽油摻燒[5]。1.2由CO和H2合成甲醇甲醇合成反應是可逆的強放熱反應，受熱力學及動力學控制，通常在單程反應器中，CO和CO2的單程轉化率比較低，需要把未反應的CO、CO2和H2與甲醇分離，然后通過循環(huán)壓縮機再壓縮到反應器中進一步反應。為確保反應器出口氣體中有較高的甲醇含量，一般采用較高的反應壓力。根據(jù)合成過程所采用壓力的不同，可分為高壓法、中壓法和低壓法。圖1.1甲醇合成流程圖1.2.1高壓法CO和H2在高溫（340～420℃）高壓（30.0～50.0MPa）下，用鋅—鉻氧化物作催化劑合成甲醇。高壓法是最早的甲醇合成工藝流程，此法的特點是技術成熟，但投資及生產(chǎn)成本較高。1.2.2低壓法以CO和H2為原料在低壓（5.0MPa）和相對較低溫度（275℃左右）下，采用銅基催化劑合成甲醇。目前，低壓法甲醇合成技術主要是英國I.C.I低壓法和德國Lurgi低壓法。此外，還有美國電動研究所的三相甲醇合成技術，三相甲醇合成技術雖已研究成功，但尚未進行大規(guī)模生產(chǎn)。（1）I.C.I低壓法1966年，英國I.C.I公司在成功地開發(fā)了銅基低壓甲醇合成催化劑之后，建立了世界上第一個低壓法甲醇合成工廠，即英國Teesside地區(qū)Billingham工廠。該廠以石腦油為原料，日產(chǎn)甲醇300t。到1970年，最多日產(chǎn)量能達到700t。催化劑使用壽命可達4年以上。由于低壓法合成的粗甲醇雜質含量比高壓法得到的粗甲醇雜質含量低得多，凈化比較容易，利用雙塔精餾系統(tǒng)便可以得到純度為99.85％的精制產(chǎn)品甲醇。煤炭氣化煤氣合成甲醇與以石腦油、天然氣、重油為原料合成甲醇的合成工藝是相同的，區(qū)別在于它們制備甲醇原料氣的方法和工序不同[2]。（2）Lurgi低壓法20世紀60年代末，德國Lurgi公司在UnionKraftstoffWesseling工廠建立了一套年產(chǎn)4000t的低壓法甲醇合成示范裝置。在取得必要的數(shù)據(jù)及經(jīng)驗后，于1979年底，Lurgi公司建立了3套總產(chǎn)量超過30萬噸每年的工業(yè)裝置。Lurgi低壓法甲醇合成工藝與I.C.I低壓工藝的主要區(qū)別在于合成塔的設計，該工藝采用管殼型合成塔，催化劑裝填在管內，反應熱由管間的沸騰水移走并副產(chǎn)中壓蒸汽。Lurgi低壓法甲醇合成工業(yè)化后，很快得到廣泛應用。Lurgi低壓法合成甲醇的主要特點如下。=1\*GB3①采用管殼式合成塔。這種合成塔溫度容易控制，同時，由于換熱方式好，催化劑床層溫度分布均勻，可以防止銅基催化劑過熱，可延長催化劑壽命，且副反應大大減少，允許含CO高的新鮮氣進入合成系統(tǒng)，因而單程氣體轉化率高，出口反應氣體含甲醇7％左右，循環(huán)氣量較少，設備、管道尺寸小，動力消耗低。=2\*GB3②無需專設開工加熱爐，開車方便，開工時直接將蒸汽送入甲醇合成塔將催化劑加熱升溫。=3\*GB3③合成塔可以副產(chǎn)中壓蒸汽，非常合理地利用了反應熱。=4\*GB3④Lurgi低壓法合成甲醇投資和操作費用低，操作簡便，不足之處是合成塔結構復雜，材質要求高，裝填催化劑不方便[3]。目前，低壓法甲醇技術主要是英國I.C.I法和德國Lurgi法，這兩種方法的工藝技術見下表。表1.1I.C.I法和Lurgi法制甲醇工藝技術指標項目I.C.I法Lurgi法合成壓力MPa55合成反應溫度℃230~70225~250催化劑成分Cu-Zn-AlCu-Zn-Al-V空時產(chǎn)率[tm3·h]0.330.65進塔氣中CO含量％<9<12出塔氣中CH3OH含量％3~45~6循環(huán)氣：新鮮氣10:15:1合成反應熱的利用不副產(chǎn)中壓蒸汽副產(chǎn)中壓蒸汽合成塔形式冷激型管束型設備尺寸設備較大設備緊湊合成開工設備要設加熱爐不設加熱爐綜上所述，本設計將采用Lurgi低壓法合成甲醇。1.2.3中壓法為彌補低壓法產(chǎn)量低體積大的情況，出現(xiàn)了中壓法合成甲醇的工藝流程，它是在低壓法基礎上開發(fā)的在10MPa左右壓力下合成甲醇的方法。1.3甲醇生產(chǎn)技術的發(fā)展趨勢近年來，國內外甲醇生產(chǎn)技術發(fā)展有以下幾個趨向：（1）原料路線多樣化。（2）生產(chǎn)規(guī)模大型化。（3）合成壓力從高壓轉為低壓。（4）多采用銅基催化劑。（5）節(jié)能降耗，充分利用余熱，降低能耗。（6）過程控制自動化。（7）聯(lián)合生產(chǎn)普遍化[4]。第二章工藝流程設計2.1甲醇合成甲醇合成的典型工藝主要是：低壓工藝（I.C.I工藝、Lurgi工藝）、中壓工藝、高壓工藝。甲醇合成工藝中最重要的工序是甲醇的合成，關鍵技術是催化劑和反應器，本設計采用的是低壓Lurgi合成工藝。2.1.1反應方程式合成工段，5MPa下發(fā)生一系列反應主反應:CO+H2→CH3OH+102.37kJkmol(2-1)副反應:2CO+4H2→(CH3)2O+H2O+200.3kJkmol(2-2)CO+3H2→CH4+H2O+115.69kJkmol(2-3)4CO+8H2→C4H9OH+3H2O+49.62kJkmol(2-4)CO2+H2→CO+H2O-42.92kJkmol(2-5)2.1.2合成法反應機理（1）反應機理本反應采用銅基催化劑，5MPa、250℃左右反應，清華大學高森泉、朱起明等認為其機理為吸附理論，反應模式為：H2+2·→2H·(2-6)CO+H·→HCO·(2-7)HCO·+H·→H2CO‥(2-8)H2CO‥+2H·→CH3OH+3·(2-9)CH3OH·→CH3OH+·(2-10)反應為（2-6）（2-7）控制，即吸附控制。由CO加H2合成甲醇是一個可逆反應：CO+2H2?CH3OH(氣)(2-11)該反應在不同溫度下的反應焓列為下表表2.1一氧化碳加氫不同溫度下的反應焓溫度K298373473573673773△H90.893.79799.3101.2102.5圖2.1反應熱與壓力的關系從圖表[15]中可以看出，反應熱的變化比較大。在高壓低溫時反應放熱比較大，而且，當反應低于200℃時，反應熱隨壓力變化的幅度大于反應溫度高時，低于300℃的等溫線斜率比大于等于300℃的等溫線斜率大。所以在低于300℃條件下的操作比在高溫條件下的要求嚴格，溫度和壓力的波動有時候容易失控。（2）平衡常數(shù)由一氧化碳加氫合成甲醇的平衡常數(shù)Kf與標準自由焓△Gθ的關系如下表示：Kf=exp(-△GθRT)其中△Gθ為標準自由焓、T為反應溫度。由上式可以看出平衡常數(shù)Kf只是溫度的函數(shù)，當反應溫度一定，可以由△Gθ值直接求出Kf值。不同溫度的△Gθ與Kf關系如下表表2.2不同溫度的△Gθ與Kf溫度K△GθKf溫度K△GθKf273-29917527450623519064.458×10-5373-736710.84673639581.091×10-5473161661.629×10-2723759673.625×10-6523279251.695×10-3773880021.134×10-6573398922.316×10-4由表2.2可以看出，隨著溫度的升高，△Gθ增大，Kf變小，這就說明在低溫下反應對甲醇合成有用。對反應有QUOTE(2-12)式中QUOTE、QUOTE、QUOTE分別是CH3OH、CO及H2的分壓。QUOTE(2-13)式中QUOTE、QUOTE、QUOTE分別是CH3OH、CO及H2的摩爾分率。QUOTE(2-14)式中QUOTE、QUOTE、QUOTE分別是CH3OH、CO及H2的逸度。甲醇合成反應的平衡常數(shù)參照下表。表2.3甲醇合成反應的平衡常數(shù)表溫度℃壓力MPa20010.00.521.041.050.4534.21×10-24.201.909×10-220.00.341.091.080.2926.53×10-22630.00.261.151.130.11710.8×10-29740.00.221.291.180.13014.67×10-223430010.00.761.041.040.6763.58×10-43.582.42×10-420.00.601.081.070.4864.97×10-419.930.00.471.131.110.3387.15×10-464.440.00.401.201.150.2529.60×10-4153.640010.00.881.041.040.7821.378×10-50.141.079×10-520.00.771.081.070.6251.726×10-50.6930.00.681.121.100.5022.075×10-51.8740.00.621.191.140.4002.695×10-54.18從表2.3中可以看出不同溫度下的平衡常數(shù)值，以及不同壓力下的和值，由表中數(shù)據(jù)可以看出在同溫度下，壓力越大值越大，及甲醇平衡產(chǎn)率越高。在同壓力下，溫度越高值越小。所以從熱力學觀點來看，低溫高壓對甲醇合成有利。若反應溫度高，則必須采用高壓，才能有足夠大的QUOTE值。降低反應溫度，則所需的壓力就可相應地降低。但是實際上還要考慮催化劑的活性催化劑的活性溫度及耐熱程度。2.1.3甲醇合成塔的選擇甲醇合成系統(tǒng)中最重要的設備是甲醇合成反應器。從操作結構、材料及維修等方面考慮。目前國內外的大型甲醇合成塔塔型較多，歸納起來大致可分為以下五種：（1）冷激式合成塔它是最早的低壓甲醇合成塔，是通過進塔冷氣冷激來帶走反應熱。該塔結構簡單，也適用于大型化。但碳的轉化率較低，出塔的甲醇濃度也比較低，循環(huán)量大，能耗高，又不能副產(chǎn)蒸汽，現(xiàn)在已經(jīng)基本被淘汰。（2）冷管式合成塔這種合成塔源于氨合成塔，在催化劑內設置足夠大換熱面積的冷氣管，用進塔冷管來移走反應熱。冷管的結構有逆流式、并流式和U型管式。由于逆流式與合成反應的放熱不相適應，即床層出口處溫差最大，但這時反應放熱最小，而在床層上部反應最快、放熱最多，但溫差卻又最小，為克服這種不足，冷管改為并流或U型冷管。如1984年I.C.I公司提出的逆流式冷管型及1993年提出的并流冷管TCC型合成塔和國內林達公司的U形冷管型。這種塔型碳轉化率較高但僅能在出塔氣中副產(chǎn)0.4MPa的低壓蒸汽。目前大型裝置很少使用。（3）水管式合成塔將床層內的傳熱管由管內走冷氣改為走沸騰水。這樣可較大地提高傳熱系數(shù)，更好地移走反應熱，縮小傳熱面積，多裝催化劑，同時可副產(chǎn)2.5Mpa—4.0MPa的中壓蒸汽，是大型化較理想的塔型。（4）固定管板列管合成塔這種合成塔就是一臺列管換熱器，催化劑在管內，管間是沸騰水，將反應熱用于副產(chǎn)3.0MPa～4.0MPa的中壓蒸汽。代表塔型有Lurgi公司的合成塔和三菱公司套管超級合成塔，三菱公司的套管超級合成塔是在列管內再增加一小管，小管內走進塔的冷氣。進一步強化傳熱，即反應熱通過列管傳給殼程沸騰水，而同時又通過列管中心的冷氣管傳給進塔的冷氣。這樣就大大提高轉化率，降低循環(huán)量和能耗。固定管板列管合成塔雖然可用于大型化，但受管長、設備直徑、管板制造所限。在日產(chǎn)超過2000t時，往往需要并聯(lián)兩個。管板處的催化劑屬于絕熱段，管板下面還有一段逆?zhèn)鳠岫?，也就是進塔氣225℃，管外的沸騰水卻是248℃，不是將反應熱移走而是水給反應氣加熱。這種合成塔由于列管需用特種不銹鋼，因而是造價非常高的一種。（5）多床內換熱式合成塔這種合成塔由大型氨合成塔發(fā)展而來。目前各工程公司的氨合成塔均采用二床(四床)內換熱式合成塔。針對甲醇合成的特點采用四床（或五床)內換熱式合成塔。各床層是絕熱反應，在各床出口將熱量移走。這種塔型結構簡單，造價低，不需特種合金鋼，轉化率高，適合于大型或超大型裝置，但反應熱不能全部直接副產(chǎn)中壓蒸汽。合成塔選用一般原則：反應能在接近最佳溫度曲線條件下進行，床層阻力小，消耗的動力低，合成反應的反應熱利用率高，操作控制方便，技術易得，裝置投資低等。綜上所述和借鑒大型甲醇合成企業(yè)的經(jīng)驗，（大型裝置不宜選用激冷式和冷管式），本設計選用固定管板列管合成塔（Lurgi公司）。這種塔內甲醇合成反應接近最佳溫度操作線，反應熱利用率高，雖設備較復雜、投資較高，但由于這種塔在國內外使用較多，具有豐富的管理及維修經(jīng)驗，技術也容易得到，外加考慮到設計的是年產(chǎn)30萬噸的甲醇合成塔（日產(chǎn)量為938噸左右），塔的塔徑和管板的厚度不會很大，費用也不會很高，所以本設計采用了Lurgi公司的固定管板列管合成塔[5]。2.1.4催化劑的選用（1）甲醇合成催化劑經(jīng)過長時間的研究開發(fā)和工業(yè)實踐，廣泛使用的甲醇合成催化劑主要有兩大類型：一種是以氧化銅為主體的銅基催化劑，一種是以氧化鋅為主體的鋅基催化劑。而隨著脫硫技術的發(fā)展，使用銅基催化劑已成為甲醇合成的主要方向，鋅基催化劑已于80年代中期基本淘汰。表2.4國內外常用銅基催化劑特性對比催化劑型號組分％操作條件CuOZnOAl2O3壓力MPa溫度℃英國ICI51-36030107.8～11.8190～270德國LG104513244.9210～240美國C79-21.5～11.7220～230丹麥LMK4010-9.8220～270中國C302系列513245.0～10.0210～280中國XNC-98522085.0～10.0200～290從表2.4的對比可以看出，國產(chǎn)催化劑的銅含量已在50％以上。制備工藝合理，催化劑活性、選擇性、使用壽命及機械強度均達到國外同類催化劑的先進水平，并且價格較低。（2）XNC-98甲醇合成催化劑簡介XNC-98型催化劑是四川天一科技股份有限公司研制開發(fā)的新產(chǎn)品。目前已經(jīng)在國內20多套大、中、小型工業(yè)甲醇裝置上使用，運行情況良好。它是一種高活性、高選擇性的新型催化劑。用于低溫、低壓下由碳氧化物與氫合成甲醇，具有低溫活性高、熱穩(wěn)定性好的特點。常用操作溫度為200～290℃，操作壓力5.0～10.0Mpa[6]。催化劑主要物化性質：催化劑由銅、鋅和鋁等含氧化合物組成。外觀：有色金屬光澤的圓柱體堆積密度：1.3～1.5㎏L外形尺寸：5×（4.5～5）mm徑向抗壓強度：≥200N㎝在該催化劑質量檢驗規(guī)定的活性檢測條件下，其活性為：230℃時，催化劑的空時收率≥1.2㎏（L.得：n=A（3.14×d×L）=5067（3.14×9×0.027）=6641其中因要安排拉桿需要減少12根，實際管數(shù)為6629根。（4）合成塔殼體直徑的確定合成塔內管子分布采用正三角形排列，管間距a=40mm，殼體直徑：Di=a（b-1）+2L式中：a=40b=1.1×n0.5=1.1×66290.5=89.56L=125mm所以：Di=40×（89.56-1）+2×125=3792.mm圓整后取為3800mm（5）合成塔殼體厚度的確定殼體材料選用13MnNiMoNbR鋼，計算壁后的公式為：S=PcDi（2[σ]tФ-Pc）式中：Pc=5.14Mpa；Di=3800mm；Ф=0.85[σ]t=190Mpa（取殼體溫度為50℃）S=3800×5.14（2×190×0.85-5.14）=61.45mm查《化工設備機械基礎》[18]書可知：取C2=1mm；C1=0.25mm，原整后取S=65mm（6）合成塔封頭的確定上下封頭均采用半球形封頭，材質選用和筒體相同。封頭內徑為3800mm由封頭厚度計算公式： QUOTE式中：Pc=QUOTE5.14MPa；Di=QUOTE3800mm；Ф=QUOTE0.85[σ]t=190MPa（取殼體溫度為50℃）S=3800×5.14（4×190×0.85-5.14）=30.5mm查《化工設備機械基礎》[18]書可知：取C2=1mm；C1=0.25mm，圓整后取S=32mm，考慮到與筒體的更好結合以及設備的耐用性取S=65mm，所以封頭為DN3800×65。（7）管子拉脫力的計算=1\*GB3①在操作壓力下，每平方米脹接周邊所產(chǎn)生的力式中：f=0.866a2-（3.144）×d0QUOTE=0.866×402-（3.144）×322=581.76P=5.14MPaL=100mm表4.1計算管子拉脫力的相關參數(shù)項目管子殼體材質00Cr18Ni5Mo3Si213MnNiMoNbRa(1℃)17.42×10-612.25×10-6EMPa0.180×1060.186×106尺寸Ф32×2.5×9000Ф3800×65管子數(shù)6629管間距mm40管殼壁溫差℃10管子與管壁連接方式開槽脹接脹接長度L=100QUOTEQUOTE=2\*GB3②溫差應力導致的每平方米脹接周邊上的拉脫力式中：QUOTEQUOTEQUOTEQUOTEQUOTE已知QUOTETt、Ts分別為管壁溫度和殼壁溫度；pt為管程壓力4.9Mpa；ps為殼程壓力0.74MPa，可知qt與qp的作用力同向，則合拉力q=0.55<[q]QUOTE，因此，拉脫力在許用范圍內。（8）折流板的確定折流板為弓形，QUOTEQUOTE根，其中安排拉桿需要減少4根，實際管數(shù)為2409根。（3）管子的排列方式，管間距的確定設計采用正三角形排列，取管間距為。（4）殼體直徑的確定殼體直徑:QUOTE式中：QUOTE—換熱器內徑，mm；b—正六角形對角線上的管子數(shù)查有關表取為29；L—最外層管子的中心到殼壁邊緣的距離，取L=2d0QUOTE；所以：QUOTE（5）殼體厚度的計算殼體材料選用20R鋼，計算壁后的公式為：S=PcDi（2[σ]tФ-Pc）式中：PcQUOTE——計算壓力，取PcQUOTE為4.9×1.1=5.39Mpa；Di=1000mm；Ф=0.85；[σ]t=132Mpa（取殼體溫度為50℃）S=1000×5.39（2×132×0.85-5.39）=24.61mm取C2=1mm，C1=1mm，原整后取S=28mm。（6）換熱器封頭的確定上下封頭均采用標準橢圓形封頭，封頭為DN1000×28。材料選用20R鋼。（7）容器法蘭的選擇焊法蘭。（8）管子拉脫力的計算=1\*GB3①在操作壓力下，每平方米脹接周邊所產(chǎn)生的力式中：f=0.866a2-（3.144）×d0QUOTE=0.866×322-（3.144）×252=396QUOTEP=0.74L=50表4.3水冷器管子拉脫力計算相關數(shù)據(jù)項目管子殼體材質20鋼20R鋼a(1℃)11.8×10-611.8×10-6EMPa0.21×1060.21×106尺寸Ф25×2.5×6000Ф700×20管子數(shù)2409管間距mm32管殼壁溫差℃18管子與管壁連接方式開槽脹接脹接長度L=50QUOTEQUOTE=2\*GB3②溫差應力導致的每平方米脹接周邊上的拉脫力式中：QUOTEQUOTEQUOTEQUOTEQUOTE已知：QUOTETt、TsQUOTE分別為管壁溫度和殼壁溫度；pt為管程壓力4.9MPa；psQUOTE為殼程壓力0.74MPa，所以可知與QUOTE的作用力同向，則合拉力q=0.755＜[q]=4.0Mpa，因此，拉脫力在許用范圍內。（9）折流板的設計折流板為弓形，，折流板間距取400mm；最小厚度為10mm。材料為Q235-A鋼；拉桿選用Ф12，共四根，材料為Q235-AF鋼。（10）開空補強換熱器封頭和殼體上的接管都需要補強，在開空外面焊接上一塊與容器壁材料和厚度都相同的，即20mm厚的20R鋼板。（11）支座表4.4水冷器設計匯總塔件項目尺寸筒體內徑(mm)1000壁厚(mm)28封頭半徑(mm)1000壁厚(mm)28拉桿尺寸(mm)Ф25數(shù)目4列管數(shù)目2409管長6000尺寸(mm)Ф25×2.5折流板數(shù)目5高度(mm)750間距(mm)15004.1.3甲醇分離器甲醇分離器的作用是分離經(jīng)過水冷凝器以后循環(huán)氣中冷凝的液體甲醇，它由外筒和內件兩大部分組成，還有附