年產(chǎn)15萬噸甲醇合成工段工藝設計ProcessDesignof150kt/aMethanolSynthesisSection 目錄摘要 IAbstract II引言 1第1章概述 21.1甲醇的概述 21.1.1理化性質(zhì) 21.1.2制法 21.1.3用途 21.1.4健康危害 31.1.5市場分析 31.2焦爐煤氣 31.2.1概述 31.2.2構成 41.2.3特點 41.3甲醇的生產(chǎn)方法 41.4焦爐煤氣制甲醇的發(fā)展前景 5第2章甲醇的合成 62.1甲醇合成的基本原理 62.2甲醇合成的工藝條件 72.2.1溫度 72.2.2壓力 82.2.3原料氣組成 82.2.4空間速率 92.3甲醇合成的工藝流程 92.4甲醇合成反應器 102.4.1工藝對甲醇合成反應器的要求 102.4.2合成反應器的結構和材質(zhì) 112.4.3反應器的材質(zhì) 13第3章物料衡算 143.1物料衡算 143.2能量衡算 16第4章甲醇合成塔的工藝計算 234.1傳熱面積及催化劑用量 234.1.1傳熱面積 234.1.2催化劑用量 234.2換熱管的選用及排列 234.2.1管子的選用 234.2.2管子的排列 234.3殼體和封頭的計算 234.3.1殼體直徑 234.3.2殼體厚度 234.3.3封頭的確定 244.4管子拉脫力的計算 244.5管板、折流板的確定 254.5.1管板 254.5.2折流板 254.6支座的設計 254.7合成塔設計匯總表 26結論 27致謝 28參考文獻 29附錄 30年產(chǎn)15萬噸甲醇合成工段工藝設計摘要：甲醇是一種重要的有機化工原料，廣泛用于塑料、纖維、染料、香料、醫(yī)藥和農(nóng)藥等，目前我國甲醇下游產(chǎn)品對甲醇的需求已超過甲醇生產(chǎn)的增長速度。隨著工業(yè)生產(chǎn)甲醇的開發(fā)，特別是甲醇燃料的推廣應用，甲醇的需求大幅度上升。該設計主要采用Lurgi低壓法合成甲醇，以焦爐煤氣為原料，催化劑為銅基催化劑，其活性組分是CuO、ZnO和Al2O3，該催化劑的活性較高，在230-270℃的溫度、5-10MPa的操作壓力下合成甲醇的。根據(jù)所掌握的知識對甲醇合成工段進行物料衡算、熱量衡算和設備的相關計算。同時對主要的設備合成塔進行工藝計算和選型，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。關健詞：焦爐煤氣甲醇合成工藝設計ProcessDesignof150kt/aMethanolSynthesisSectionAbstract:Methanolisakindofimportantorganicchemicalrawmaterials,widelyusedinplastics,fibers,dyes,spices,medicineandpesticide,etc.Atpresent,thedownstreamproductsofmethanolinmethanolproductionofmethanoldemandhasbeenmorethangrowth.Withthedevelopmentofindustrialproductionofmethanol,especiallytheapplicationofmethanolfuel,methanolforthesharpriseindemand.Thisdesignmainlyadoptspi-decinlow-pressuresynthesismethanol,cokeovengasasrawmaterial,thecatalystforthecopperbasecatalyst,theactivecomponentisCuOandZnOandAl2O3,theactivityofthecatalystishigher,in230-270℃temperature,5to10MPaundertheoperatingpressureofmethanolsynthesis.Accordingtotheknowledgeofmethanolsynthesissectionofmaterialbalance,heatbalanceandequipmentrelatedcalculation.Processforthemainequipmentsynthesistowercalculationandselection,theselectedsyntheticmethanolreactorisshellandtubetypeofmethanolsynthesistower,alsomaketheprocessflowchartwithcontrolpointsandsynthetictowerequipmentdiagram.Keywords:coke-ovengas;methanolsynthesis;processdesign引言當今社會，甲醇已成為最重要、應用十分廣泛的大宗基本有機化工原料之一，目前甲醇的深加工產(chǎn)品已達120種，我國以甲醇為原料的一次加工產(chǎn)品已有近30種，其中甲醛、醋酸、二甲醚、甲烷氯化物、聚乙烯醇、甲胺、甲酸甲酯、甲基叔丁基醚、對苯二甲酸二甲酯、二甲基甲酰胺、碳酸二甲酯、甲醇燃料等都是甲醇的主要深加工產(chǎn)品。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。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。第1章概述1.1甲醇的概述1.1.1理化性質(zhì)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(20/4℃)，熔點-97.8℃，沸點64.5℃，燃燒熱725.76kJ/mol，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。燃燒反應式為：2CH3OH+3O2→2CO2+4H2O1.1.2制法甲醇的生產(chǎn)，主要是合成法，尚有少量從木材干餾作為副產(chǎn)回收。合成的化學反應式為：2H2+CO→CH3OH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(zhì)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(zhì)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(nóng)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。甲醇和氨反應可以制造一甲胺1.1.4健康危害甲醇被大眾所熟知，是因為其毒性。工業(yè)酒精中大約含有4%的甲醇，被不法分子當作食用酒精制作假酒，而被人飲用后，就會產(chǎn)生甲醇中毒。甲醇的致命劑量大約是70毫升。甲醇的中毒機理是，甲醇經(jīng)人體代謝產(chǎn)生甲醛和甲酸（俗稱蟻酸），然后對人體產(chǎn)生傷害。常見的癥狀是，先是產(chǎn)生喝醉的感覺，數(shù)小時后頭痛，惡心，嘔吐，以及視線模糊。嚴重者會失明，乃至喪命。失明的原因是，甲醇的代謝產(chǎn)物甲酸會累積在眼睛部位，破壞視覺神經(jīng)細胞。腦神經(jīng)也會受到破壞，產(chǎn)生永久性損害。甲酸進入血液后，會使組織酸性越來越強，損害腎臟導致腎衰竭。甲醇中毒，通?？梢杂靡掖冀舛痉āＦ湓硎?，甲醇本身無毒，而代謝產(chǎn)物有毒，因此可以通過抑制代謝的方法來解毒。甲醇和乙醇在人體的代謝都是同一種酶，而這種酶和乙醇更具親和力。因此，甲醇中毒者，可以通過飲用烈性酒（酒精度通常在60度以上）的方式來緩解甲醇代謝，進而使之排出體外。而甲醇已經(jīng)代謝產(chǎn)生的甲酸，可以通過服用小蘇打（碳酸氫鈉）的方式來中和。1.1.5市場分析國際市場情況：國外市場的產(chǎn)量大于消費量，因受天然氣來源，價格影響，2005年世界甲醇生產(chǎn)能力約為3982.2萬噸/年，市場需求量將達3190.4萬噸，也基本保持供需平衡。據(jù)最新統(tǒng)計2007～2010年世界以伊朗、卡塔爾、阿曼、澳大利亞、埃及、尼日利亞、沙特等天然氣豐富地區(qū)國家在建的17個項目，甲醇總規(guī)模將達到2978萬噸/年（大多在2008年前投產(chǎn)）。國內(nèi)市場：據(jù)石化協(xié)會統(tǒng)計，2007年我國共有甲醇生產(chǎn)企業(yè)177家，產(chǎn)能合計1639.4萬噸/年,而同期我國甲醇表觀消費量為1104.6萬噸,2007年全國甲醇實際產(chǎn)量為1076.4萬噸,平均開工率為65.7%.目前我國新建、擬建甲醇項目34個（不包括二甲醚、甲醇制烯烴企業(yè)自身配套的甲醇裝置），預計到“十一五”末期，我國甲醇產(chǎn)能將達到2600～3060萬噸/年，而同期甲醇需求量的增長則存在不確定性。從發(fā)展來看醋酸和MTBE是未來甲醇消費增長最快的兩大領域。1.2焦爐煤氣1.2.1概述焦爐煤氣是指用幾種煙煤配成煉焦用煤，在煉焦爐中經(jīng)高溫干餾后，在產(chǎn)出焦炭和焦油產(chǎn)品的同時所得到的可燃氣體，是煉焦產(chǎn)品的副產(chǎn)品。主要作燃料和化工原料。1.2.2構成焦爐煤氣主要由氫氣和甲烷構成，分別占56%和27%，并有少量一氧化碳、二氧化碳、氮氣、氧氣和其他烴類；其低發(fā)熱值為18250kJ/Nm3，密度為0.4～0.5kg/Nm3，運動粘度為25×10-6m2/s。1.2.3特點（1）焦爐煤氣發(fā)熱值高16720～18810kJ/m3，可燃成分較高（約90%左右）；（2）焦爐煤氣是無色有臭味的氣體；（3）焦爐煤氣因含有CO和少量的H2S而有毒；（4）焦爐煤氣含氫多，燃燒速度快，火焰較短；（5）焦爐煤氣如果凈化不好，將含有較多的焦油和萘，就會堵塞管道和管件，給調(diào)火工作帶來困難；（6）著火溫度為600～650℃。（7）焦爐煤氣含有H2（55～60%），CH4（23～27%），CO（5～8%），CO2（1.5～3.0%），N2（3～7%），O2（<0.5%），密度為0.45～0.50kg/Nm3。1.3甲醇的生產(chǎn)方法以一氧化碳與氫氣為原科合成甲醇的方法有高壓、中壓和低壓三種方法。(1)高壓法即用一氧化碳與氫在高溫(340～420℃)高壓(30.0～50.0MPa)下用鋅—鉻氧化物作催化刑合成甲醇。用此法生產(chǎn)甲醇已有七十多年的歷史，這是八十年代以前世界各國生產(chǎn)甲醇的主要方法。(2)低壓法即用一氧化碳與氫氣為原科在低壓(5.0MPa)和275℃左右的溫度下，采銅基催化劑(Cu-Zn-Cr)合成甲醇。這種方法是70年代實現(xiàn)工業(yè)化的合成甲醇方法。低壓法成功的關鍵是采用了銅基催化劑，銅基催化劑比鋅—鉻催化劑活性好得多，使甲醇合成反應能在較低的壓力和溫度下進行。銅基催化劑的選擇性比鋅—鉻催化性好，因此，消耗在副反應中的原料氣和粗甲醇中的雜質(zhì)都比較少。隨著石油工業(yè)不斷的發(fā)展和蒸汽透平技術的應用，在生產(chǎn)甲醇的方法中低壓法有更加寬廣的發(fā)展空間。(3)中壓法隨著甲醇合成工業(yè)的迅速發(fā)展，新建廠的規(guī)模也日趨大型化，目前已建成投產(chǎn)的裝置有日產(chǎn)超5000t的。如果采用低壓法搞這樣的大型工廠，由于處理氣量大，會出現(xiàn)設備龐大而一次性投資高的弊病，以及帶來設備制作和運輸?shù)睦щy。因此在70年代出現(xiàn)了中壓法合成甲醇的工藝流程，操作壓力范圍為10.0～27.0MPa，溫度為235～315℃。該法的關鍵在于使用了一種新型銅基催化劑(Cu-Zn-Al)，綜合利用指標要比低壓法更好。以上三種方法的流程基本相同，但所使用的催化劑不同，因而操作壓力和操作溫度等級不同，反應器的結構也就有所不同。從合成反應理論上講，提高壓力對合成反應有利，因此，傳統(tǒng)的甲醇合成方法是采用高壓法。在高活性銅基催化劑研制成功后，降低合成壓力就有了可能。在較低壓力和較低溫度下合成甲醇，可以降低對設備的要求，簡化壓縮系統(tǒng)，節(jié)省動力消耗，可以節(jié)省投資和降低生產(chǎn)成本。本文采取了Lurgi低壓合成甲醇的方法,該工藝的優(yōu)點，反應溫度溫和，壓力低,副反應少，單程轉(zhuǎn)化率較高，熱能利用合理；缺點就是反映其結構復雜,且催化劑裝卸不方便。1.4焦爐煤氣制甲醇的發(fā)展前景我國2003年的焦炭產(chǎn)量高達1.78億t,2004年達到2.2億t,2006年接近3億t。在煤焦化過程中，會產(chǎn)生大量的焦爐煤氣，以年產(chǎn)2億t焦炭計算，可副產(chǎn)900億m3焦爐煤氣，除部分回焦爐燃燒和用作城市煤氣及發(fā)電外，還有約290億m3富余煤氣，相當于“西氣東輸”一期工程120億m3/a天然氣的2.4倍。由于焦爐氣含55%～60%的H2,23%～27%的CH4，提供了優(yōu)質(zhì)的碳、氫資源，因此，大力發(fā)展煤焦化多聯(lián)產(chǎn)技術將成為具有中國特色的煤潔凈、高效開發(fā)與利用之路。甲醇是一種重要的有機化工原料，廣泛用于塑料、纖維、染料、香料、醫(yī)藥和農(nóng)藥等，目前我國甲醇下游產(chǎn)品對甲醇的需求已超過甲醇生產(chǎn)的增長速度。甲醇是新的能源和基礎化工原料，以焦爐煤氣制甲醇體現(xiàn)了以煤為原料代替石油發(fā)展化工方向，可減輕化工生產(chǎn)對石油的依賴，投資省、能耗低，對經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，具有重要的現(xiàn)實及深遠意義。第2章甲醇的合成2.1甲醇合成的基本原理用氫與一氧化碳在催化劑的作用下合成甲醇，是工業(yè)化生產(chǎn)甲醇的主要辦法。很多研究證明，氫與一氧化碳在合成反應中發(fā)生的變化很復雜，可以用以下的幾個化學反應式來說明。（1）主反應2H2+CO=CH3OHΔH=-90.64kJ/mol（2-1）當原料氣中存在二氧化碳時，也能和氫反應生成甲醇。其反應為CO2+3H2=CH3OH+H2OΔH=-49.67kJ/mol（2-2）（2）副反應從原料出發(fā)的副反應CO+3H2=CH4+H2O+Q（2-3）2CO+2H2=CO2+CH4+Q（2-4）4CO+8H2=C4H9OH+3H2O+Q（2-5）2CO+4H2=CH3OCH3+H2O+Q（2-6）當有鐵、鈷、鉬、鎳等金屬存在時，可能會有以下副反應2CO=CO2+C+Q從產(chǎn)物（甲醇）出發(fā)的副反應2CH3OH=CH3OCH3(二甲醚)+H2O+QCH3OH+nCO+2nH2=CnH2n+CH2OH(高級酸)+nH2OCH2OH+nCO+2(n-1)H2=CnH2n+COOH(有機酸)+(n-1)H2O這些副反應產(chǎn)物還可以進行脫水、縮合、酯化或酮化等反應，生成烯烴，酯類或酮類等副產(chǎn)物。當催化劑中混有堿類時，這些化合物的生成大大地被加強。甲醇合成的主反應是一個可逆、放熱、體積縮小的化學反應。影響其化學平衡的主要因素如下。（1）反應物和生成物的濃度根據(jù)化學平衡的原理，要使氫、一氧化碳氣體不斷合成為甲醇，就必須增加氫與一氧化碳在混合氣中的含量，同時應不斷地將反應所生成的甲醇移走。在實際生產(chǎn)過程中，就根據(jù)這個原理進行操作的：先使氫、一氧化碳混合氣體進入合成反應器，通過反應，生成了若干數(shù)量的甲醇以后，就將反應后含甲醇的混合氣體從合成器內(nèi)引出來，進行冷凝分離，使生成的甲醇從該混合氣體中分離出來，然后再向混合氣體中補充一部分新鮮的氫氣和一氧化碳氣。這樣，一面補充參加反應的物質(zhì)，一面除去反應的生成物，就可以使反應向著生成甲醇的方向不斷進行。（2）反應溫度甲醇合成反應是一個放熱反應。因此，按照化學平衡移動原理，當反應溫度升高時，會促使反應向左邊（即向甲醇分解為一氧化碳和氫氣的方向）移動。同時溫度升高也引起一系列的副反應，只要是生成甲烷、高級醇等。換句話說，在較低溫度下進行甲醇的合成反應，將使反應進行的更加安全，而在較高的溫度下反應，氣體混合物中將剩余大量未反應的氫、一氧化碳氣體。因此，從平衡觀點來看，要使甲醇的平衡產(chǎn)率高，應該采取較低的反應溫度。（3）壓力壓力對甲醇合成反應過程中有著極大的影響，甲醇的合成過程，是一個體積縮小的反應，即由一個體積的一氧化碳和兩個體積的氫（共三個體積）合成一個體積的甲醇。同時，甲醇的可壓縮性（其體狀態(tài)的甲醇）又比一氧化碳和氫大的多。因此，當壓力增高時，促使反應向右進行，甲醇的平衡率就高；反之，如果降低反應的壓力，就會促使反應向左邊移動，這時已經(jīng)生成的甲醇又會分解成氫、一氧化碳氣體，則甲醇的平衡產(chǎn)率就低。實踐證明：溫度越低，壓力越高，氣體混合物中CH3OH的平衡濃度就越高。因此，從反應的平衡觀點出發(fā)，采用低溫催化劑和高壓，是能夠大大強化CO+H2合成甲醇生產(chǎn)的。2.2甲醇合成的工藝條件一般說來，構成和影響最佳生產(chǎn)條件的因素很多，但最主要的因素是溫度、壓力、氫與一氧化碳的比例、空間速度及惰性氣體的含量。2.2.1溫度甲醇合成過程是屬于可逆放熱反應過程，溫度是極其重要的因素。降低溫度有利于反應平衡，但對反應速率而言，卻是在最適宜的反應溫度下進行速率最快。實際生產(chǎn)中的操作溫度取決于一系列因素，如催化劑、壓力、原料氣組成、空間速率和設備使用情況等，尤其取決于催化劑的活性溫度。由于催化劑的活性不同，最適宜的反應溫度也不同。對ZnO-Cr2O3催化劑，最適宜溫度為380℃左右；而對CuO-ZnO-Al2O3催化劑，最適宜溫度為230～270℃。最適宜溫度與轉(zhuǎn)化深度及催化劑的老化程度也有關。一般為了使催化劑有效長的壽命，反映初期宜采用較低溫度，使用一段時間后再升至適宜溫度。其后雖催化劑老化程度的增加，反應溫度也許相應提高。由于合成甲醇是放熱反應，反應熱必須及時移走，否則易使催化劑升溫過高，不僅會導致副反應增加，而且會是催化劑因發(fā)生熔結現(xiàn)象使活性下降。尤其是使用銅基催化劑時，由于其熱穩(wěn)定性較差，嚴格控制反應溫度顯得極其重要。2.2.2壓力一氧化碳加氫合成甲醇的主反應與副反應相比，是物質(zhì)的量減少最多、而平衡常數(shù)最小的反應，因此增加壓力對提高甲醇的平衡濃度和加快主反應速率都是有利的。在銅基催化劑作用下，當空速為3000/h時，不同壓力下甲醇的生成量也不同，反應壓力越高，甲醇生成量越多。但是增加壓力要消耗能量，而且還受設備強度限制，必須采用高壓，以提高其推動力。而采用銅基催化劑時，由于其活性高，反應溫度較低，反應壓力也相應將至5～10MPa。在生產(chǎn)規(guī)模大時，壓力太大也會影響經(jīng)濟效果，一般采用10MPa左右較為適宜。2.2.3原料氣組成甲醇合成反應原料氣的化學計量比為H2:CO=2:1。一氧化碳含量高，不僅對溫度控制不利，而且也回應起羰基鐵在催化劑上的積聚，使催化劑失去活性，故一般采用氫過量。氫過量可以抑制高級醇、高級烴、還原性物質(zhì)的生成，提高粗甲醇的濃度和純度。過量的氫可以起到稀釋作用，且因氫的導熱性能好，有利于防止局部過熱和控制整個催化劑床層的溫度。原料氣中氫氣和一氧化碳的比例對一氧化碳生成甲醇的轉(zhuǎn)化率也有較大影響，增加氫氣濃度，可以提高一氧化碳轉(zhuǎn)化率。但是，氫過量太多會降低反應設備的生產(chǎn)能力。工業(yè)生產(chǎn)上采用銅基催化劑的低壓法甲醇合成，一般控制氫氣與一氧化碳的摩爾比為（2.2～3.0）：1。由于二氧化碳的比熱熔較一氧化碳為高，其加氫反應熱效應卻較小，故原料氣中有一定二氧化碳含量時，可以降低反應峰值溫度。對于低壓法合成甲醇，二氧化碳含量體積分數(shù)為5%時，甲醇收率最好。此外，二氧化碳的存在也可抑制二甲醚的生成。原料氣中有氮及甲烷等惰性物質(zhì)存在時，會使一氧化碳的分壓降低，導致反應轉(zhuǎn)化率下降。由于合成甲醇空速大，接觸時間短，單程轉(zhuǎn)化率低，只有10%～15%，因此反應氣體中仍含有大量未轉(zhuǎn)化的氫氣及一氧化碳，必須循環(huán)利用。為了避免惰性氣體的積累，必須將部分循環(huán)氣從反應系統(tǒng)中排出，以使反應系統(tǒng)中惰性氣體含量保持在一定濃度范圍。工業(yè)生產(chǎn)上一般控制循環(huán)氣量為新鮮原料的3.5～6倍。2.2.4空間速率空間速率的大小影響甲醇合成反應的選擇性和轉(zhuǎn)化率。表中列出了在銅基催化劑上轉(zhuǎn)化率、生產(chǎn)能力隨空間速率變化的實際數(shù)據(jù)。表2.1銅基催化劑上空間速率與轉(zhuǎn)化率、生產(chǎn)能力的關系空間速率/h-1CO轉(zhuǎn)化率/(%)生產(chǎn)能力/(m3.m-3催化劑.h-1)2000050.125.83000041.526.1從表中的數(shù)據(jù)可以看出，增加空速在一定程度上意味著增加甲醇產(chǎn)量。另外，增加空速有利于反映熱的移出，防止催化劑過熱。但空速太高，轉(zhuǎn)化率降低，導致循環(huán)氣量增加，從而增加能量消耗。同時，空速過高會增加分離設備和換熱設備負荷，引起甲醇分離效果降低；甚至由于帶出熱量太多，造成合成塔內(nèi)的觸媒溫度難以控制正常。適宜的空間速率與催化劑的活性、反應溫度及進塔氣體的組成有關。采用銅基催化劑的低壓法甲醇合成，工業(yè)上一般控制空速為10000～20000h-1。2.3甲醇合成的工藝流程通常甲醇合成的工藝流程都包含如下幾個要素:新鮮氣的補入；循環(huán)氣、新鮮氣的預熱及甲醇的合成；反應后氣體的降溫及甲醇的分離；惰性氣體的排放；循環(huán)氣的加壓及重新返回合成反應器的等。所有的催化劑都有起活溫度，進入催化劑床層的氣體溫度需稍高于催化劑的起活溫度，所以，進反應器的循環(huán)氣和新鮮氣須經(jīng)過預熱。預熱的方法可采用外界加熱，也可以利用甲醇的反應熱。一般在工業(yè)生產(chǎn)中均采用進反應器的氣體與反應后的高溫氣體進行熱交換的方法，這樣既可提高進反應器氣體的溫度，又可降低出反應器的氣體溫度，合理的利用了熱能。由于化學反應平衡的限制，出合成反應器的氣體中甲醇的含量降低，存在大量的未反應的原料氣，需將此氣體降溫，使生成的甲醇冷凝，并用分離器分離出來。未反應的原料氣重新返回合成反應器進行反應。甲醇的合成及回路的阻力都會造成合成回路的壓力下降，因此需設置循環(huán)壓縮機以補充系統(tǒng)的壓力。通常壓縮機的位置宜放在合成反應器的前面，以使合成反映其處于回路中壓力較高的位置，同時壓縮的溫升也可以被回收利用。甲醇合成原料氣在離心式透平壓縮機內(nèi)加壓至5.0MPa與循環(huán)氣以1：5的比例混合，混合氣在進甲醇合成塔（甲醇合成塔是外部換熱式固定床催化反應器）前先與反應后的氣體換熱，升溫至220℃左右，然后進入甲醇合成塔，反應熱傳給殼程的水，產(chǎn)生蒸汽進入汽包，出塔氣溫度約250℃，經(jīng)換熱器冷卻至85℃，然后用水冷卻，溫度降到40℃，冷凝的粗甲醇經(jīng)分離器分離出來，然后直接進入粗甲醇液儲槽。分離粗甲醇后的氣體適當放空，以避免系統(tǒng)中惰性氣體的積累。大部分氣體進入透平循環(huán)壓縮機加壓后進入甲醇合成塔繼續(xù)反應。合成塔副產(chǎn)的蒸汽和外部補充的高壓蒸汽經(jīng)過熱器過熱至500℃后送去帶動透平壓縮機，透平壓縮機使用后的低壓蒸汽作為甲醇精制工段的熱源。在操作壓力和溫度下，甲醇基本上冷凝下來，在分離器下部排出作為粗甲醇產(chǎn)品，從而使產(chǎn)物與為反應的原料一氧化碳和氫氣分離。這樣就可以得到粗甲醇液體。5鍋爐給水523新鮮氣儲槽氣237CWRMS7MSCWS41開工蒸汽416粗甲醇6LSH2O1—透平循環(huán)壓縮機；2—熱交換器；3—甲醇合成塔；4—水冷卻器；5—汽包；6—甲醇分離器；7—粗甲醇儲槽圖2.1Lurgi低壓法甲醇合成工藝流程2.4甲醇合成反應器甲醇合成反應器是甲醇合成系統(tǒng)的最重要的設備．亦稱甲醇轉(zhuǎn)化器或甲醇合成塔。2.4.1工藝對甲醇合成反應器的要求①甲醇合成是放熱反應，因此．合成反應器的結構應能保證在反應過程中及時將反應放出的熱量移出，以保持反應溫度盡量接近理想溫度分布。②甲醇合成是在催化劑作用下進行，生產(chǎn)能力與催化劑的裝填量成正比例關系．所以要充分利用合成塔的容積．盡量多裝催化劑，以提高設備的生產(chǎn)能力。③高空速能獲得高產(chǎn)率．但氣體通過催化劑床層的壓力降必然會增加，因此應使合成塔的流體阻力盡可能小，避免局部阻力過大的結構。同時，要求合成反應器結構必須簡單、緊湊、堅固、氣密性好，便于拆卸、檢修。④盡量組織熱量交換，充分利用反應余熱，降低能耗。⑤合成反應器應能防止氫、一氧化碳、甲醇、有機酸及碳基物在高溫下對設備的腐蝕。⑥便于操作控制和工藝參數(shù)調(diào)節(jié)。2.4.2合成反應器的結構和材質(zhì)甲醇合成反應器的結構型式較多，根據(jù)反應熱移出方式不同，可分為絕熱式和等溫式兩大類；按照冷卻方式不同，可分為直接冷卻的冷激式和間接冷卻的列管式兩大類。以下介紹低壓法合成甲醇所采用的冷激式和列管式兩種反應器。（1）冷激式絕熱反應器這類反應器把反應床層分為若干絕熱段，段間直接加人冷的原料氣使反應氣冷卻，故稱之為冷激式絕熱反應器。圖2.2是冷激式絕熱反應器的結構示意圖，反應器主要由塔體、氣體噴頭、氣體進出口、催化劑裝卸口等組成：催化劑由惰性材料支撐，分成數(shù)段：反應氣體由上部進入反應器，冷激氣在段間經(jīng)噴嘴噴人，噴嘴分布于反應器的整個截面上、以便冷激氣與反應氣混合均勻?；旌虾蟮臏囟日檬欠磻獪囟鹊拖?，混合氣進入下一段床層進行反應。段中進行的反應為絕熱反應，釋放的反應熱使反應氣體溫度升高，但未超過反應溫度高限，于下一段間再與冷激氣混合降溫后進入再下一段床層進行反應。冷激式絕熱反應器在反應過程中流量不斷增大，各段反應條件略有差異，氣體的組成和空速都不一樣。這類反應器的特點是：結構簡單，催化劑裝填方便，生產(chǎn)能力大，但要有效控制反應溫度，避免過熱現(xiàn)象發(fā)生，冷激氣和反應氣的混合及均勻分布是關鍵。冷激式絕熱反應器的溫度分布如圖2.3所示。圖2.2冷激式絕熱反應器圖2.3冷激式反應溫度分布(2)列管式等溫反應器該類反應類似于列管式換熱器，其結構示意如圖2.4所示。催化劑裝填于列管中，殼程走冷卻水(鍋爐給水)。反應熱由管外鍋爐給水帶走，同時產(chǎn)生高壓蒸汽。通過對蒸汽壓力的調(diào)節(jié)，可以方便地控制反應器內(nèi)反應溫度，使其沿管長溫度幾乎不變，避免了催化劑的過熱，延長了催化劑的使用壽命。列管式等溫反應器的優(yōu)點是溫度易于控制，單程轉(zhuǎn)化率較高，循環(huán)氣量小，能量利用較經(jīng)濟，反應器生產(chǎn)能力大，設備結構緊湊。圖2.4列管式等溫反應器2.4.3反應器的材質(zhì)合成氣中含有氫和一氧化碳，氫氣在高溫高壓下會和鋼材發(fā)生脫碳反應(即氫分子擴散到金屬內(nèi)部，和金屬材料中的碳發(fā)生反應生成甲烷逸出的現(xiàn)象)，會大大降低鋼材的性能：一氧化碳在高溫高壓下易和鐵發(fā)生作用生成五羰基鐵，引起設備的腐蝕．對催化劑也有一定的破壞作用。為防止反應器被腐蝕，保護反應器機械強度，一般采用耐腐蝕的特種不銹鋼(如lCrl8Nil8T5)加工制造。第3章物料衡算3.1物料衡算（1）生產(chǎn)能力15萬噸甲醇/年（2）年開工時數(shù)7200小時（300天）原料組成H2:69.7%CO:26.5%CO2:3.5%CH4:0.3%（2-1）式CO收率為50%（2-2）式CO2收率為50%（2-3）式CO收率為1%（2-4）式CO收率為2%（2-5）式CO收率為1%（2-6）式CO收率為2%以100mol/h的CO為基準，則通入合成氣的總體積：100mol/h÷0.265=377mol/h=0.377kmol/h2H2+CO＝CH3OH（3-1）211100mol×50%100mol50mol50molCO2+3H2＝CH3OH+H2O（3-2）1311377×3.5%×50%6.6mol19.8mol6.6mol6.6mol（3-3）CO+3H2＝CH4+H2O1311100×1%1mol3mol1mol1mol2CO+2H2＝CO2+CH4（3-4）2211100×2%2mol2mol1mol1mol4CO+8H2＝C4H9OH+3H2O（3-5）4813100×1%1mol2mol0.25mol0.75mol2CO+4H2＝CH3OCH3+H2O（3-6）2411100×2%2mol4mol1mol1mol參加反應的一氧化碳＝50+12+1+2＝56mol參加反應的二氧化碳＝6.6mol參加反應的氫氣＝100+19.8+3+2+2+4＝130.8mol生成的水＝6.6+1+0.75+1＝9.35mol生成的甲烷＝1+1＝2mol生成的甲醇＝50+6.6＝56.6mol生成的丁醇＝0.25mol生成的二氧化碳＝1mol生成的乙醚＝1mol實際生成甲醇的量（以kmol/h為基準）甲醇的收率為95%150000×1000÷（300×24×32）×95%＝618kmol／h由題可知理論每小時可生成甲醇：CH3OH＝56.6mol/h＝0.0566kmol/h∴618kmol/h÷0.0566kmol/h＝10919①年產(chǎn)15萬噸甲醇需通入：氫氣的總量＝0.377kmol/h×10919×69.7%＝2869kmol/h一氧化碳總量＝0.1kmol/h×10919＝1092kmol/h二氧化碳總量＝0.377kmol/h×3.5%×10919＝144kmol/h甲烷總量＝0.377kmol/h×0.3%×10919＝12.3kmol/h②參加反應的物料：參加反應的一氧化碳＝56mol/h×10﹣3×10919＝611.5kmol/h參加反應的二氧化碳＝6.6mol/h×10﹣3×10919＝72.1kmol/h參加反應的氫氣＝130.8mol/h×10﹣3×10919＝1428.2kmol/h③生成的物料：生成的水＝9.35mol/h×10﹣3×10919＝102.1kmol/h生成的甲烷＝32mol/h×10﹣3×10919＝21.8kmol/h生成的甲醇＝56.6mol/h×10﹣3×10919＝618kmol/h生成的二氧化碳＝1mol/h×10﹣3×10919＝10.92kmol/h生成的丁醇＝0.25mol/h×10﹣3×10919＝2.73kmol/h生成的乙醚＝1mol/h×10﹣3×10919＝10.92kmol/h④未參加反應的：未反應的氫氣＝2869kmol/h－1428.2kmol/h＝1441kmol/h未反應的一氧化碳＝1092kmol/h－611.5kmol/h＝480.5kmol/h未反應的二氧化碳＝144kmol/h－72.1kmol/h＝71.9kmol/h未反應的甲烷＝12.3kmol/h表3.1物料衡算組成輸入輸出摩爾數(shù)（kmol/h）質(zhì)量數(shù)（kg/h）摩爾數(shù)（kmol/h）質(zhì)量數(shù)（kg/h）H22869573814412882CO109230576480.513454CO2144633682.823664CH412.319734.1546H2O————102.11838CH3OH————61819776C4H9OH————2.73202CH3OCH3————10.92502總計4117428472772428443.2能量衡算（1）計算范圍：進合成塔到出冷凝器（2）主副反應CO+2H2＝CH3OHΔH＝﹣90.7kJ/molCO2+3H2＝CH3OH+H2OΔH＝﹣40.9kJ/mol2CO+4H2＝CH3OCH3+H2OΔH＝＋200.2kJ/molCO+3H2＝CH4+H2OΔH＝＋115.6kJ/mol（3）計算任務：冷卻水量（4）基準1小時：溫度298K，相態(tài)為氣態(tài)（5）選擇數(shù)據(jù)：反應熱表3.2在298.15K時的摩爾定壓熱容數(shù)據(jù)物質(zhì)Cp,mθ（J∕mol·k）物質(zhì)Cp,mθ（J∕mol·k）物質(zhì)Cp,mθ（J∕mol·k）CO(g)29.142CO2(g)37.120H2(g)28.83H2O(g)33.571H2O(l)CH4(g)35.715CH3OH(g)CH3OH(l)81.670％的原料氣與合成塔出來的合成氣換熱到210℃即483K時：CO在483K時的Cp,mθ＝a+bT+cT=27.6+5×10﹣3×483=30.015（J∕mol·k）CO2在483K時的Cp,mθ＝a+bT+cT2＝44.14+9.04×10﹣3×483＝48.6802（J∕mol·k）H2在483K時的Cp,mθ＝a+bT+cT2＝29.08+（﹣0.84）×10﹣3×483+2×10﹣6×4832＝29.141（J∕mol·k）CH4在483K時的Cp,mθ＝a+bT+cT2＝17.451+60.46×10﹣3×483+1.117×10﹣6×4832＝46.914（J∕mol·k）進料：=28.83×2869×30％×303＋29.142×1092×30％×303＋37.120×144×30％×303＋35.175×12.3×30％×303=10937171出料：=29.142×2869×70％×483＋30.015×1092×70％×483＋48.6802×144×70％×483＋46.914×12.3×70％×483=4191385CO+2H2＝CH3OHΔH＝﹣90.7kJ/molCO2+3H2＝CH3OH+H2OΔH＝﹣40.9kJ/mol∵ΔrHmθ（T）＝ΔrHmθ（298.15K）+∴假設合成塔內(nèi)的溫度為250℃即523K：對于反應CO﹢2H2＝CH3OH在523K時的ΔrHmθ為：CO的Cp,mθ＝27.6+5.0×10﹣3×H2的Cp,mθ＝29.08+（﹣0.84）×10﹣3×+2×10﹣6×CH3OH的Cp,mθ＝20.42+103.68×10-3×+﹙﹣24.14﹚×10﹣6×∑VBa(B)＝(﹣2706－2×29.08+20.42)（J∕mol·k）＝﹣65.34（J∕mol·k）∑VBb(B)＝(﹣5.0－3×0.84+103.68)×10﹣3（J∕mol·k）＝100.36×10﹣3（J∕mol·k）∑VBc(B)＝(﹣2×2－24.64)（J∕mol·k）＝28.64×10﹣6（J∕mol·k）∑VBCp,m(B)＝（﹣65.34+100.36）×10﹣3（J∕mol·k）＝28.64（J∕mol·k）由上式得：ΔrHmθ（532.15K）＝ΔrHmθ（298.15K）+＝[﹣902.38×10﹣3+（﹣65.34）×（523.15－298.15）+1/2×100.36×10﹣3×（523.152－298.152）+1/3×（﹣28.64）×10﹣6×（523.153－298.153）]＝﹣108.98（J∕mol·k）在523.15K時的CO2、H2、CH3OH、H2O的Cp,mθCO2+3H2＝CH3OH+H2OΔH＝﹣40.9kJ/molCO2的Cp,mθ＝44.14+9.04×10﹣3×（T∕K）H2的Cp,mθ＝29.08＋（﹣0.84）×10﹣3×（T∕K）＋2×10﹣6×CH3OH的Cp,mθ＝20.42＋103.68×10-3×（T∕K）＋﹙﹣24.14﹚×10﹣6×H2O的Cp,mθ＝30.12＋11.3×10-3×（T∕K）∑VBa(B)＝(﹣44.14－3×29.08＋20.42＋30.12)（J∕mol·k）＝﹣80.84（J∕mol·k）∑VBb(B)＝(﹣9.04＋3×0.84＋103.68＋11.3)×10﹣3（J∕mol·k）＝103.42×10﹣3（J∕mol·k）∑VBc(B)＝(﹣3×2－24.64)（J∕mol·k）＝﹣30.64×10﹣6（J∕mol·k）∑VBCp,m(B)＝[﹣80.84＋103.24×10﹣3×（T∕K）－30.64（T∕K）2]（J∕mol·k）由上式得：ΔrHmθ（532.15K）＝ΔrHmθ（298.15K）＋＝[﹣902.38×10﹣3＋（﹣80.84）×（523.15－298.15）＋1/2×103.24×10﹣3×（523.152－298.152）＋1/3×（﹣30.64）×10﹣6×（523.153－298.153）]＝﹣112.9（J∕mol·k）副反應熱忽略將反應的熱量轉(zhuǎn)移到主反應上以CO2、CO計算甲醇的產(chǎn)率為60%，合成氣CO2的流量為:2869Kmol×60%＝655.2∴主反應：CO﹢2H2＝CH3OH放出的熱量Q放1＝218.4×103×ΔrHmθ﹙523K﹚＝655.2×103×108.98＝71403696合成氣CO的流量為：144×60%＝86.4kmol∴主反應：CO2＋3H2＝CH3OH＋H2O放出的熱量Q放2＝86.4×103×ΔrHmθ﹙523K﹚＝86.4×103×112.9＝9754560∴Q放1＋Q放2＋Q1＋Q2＝Q出10937171＋41913885＋71403696＋9754560＝134009312假設出合成塔的溫度為270℃即543K時：CO2在543K時的Cp,mθ＝44.14＋9.04×10﹣3×543＝49.05（J∕mol·k）CO在543K時的Cp,mθ＝27.6＋5×10﹣3×543＝30.32（J∕mol·k）H2在543K時的Cp,mθ＝29.08＋﹙﹣0.84﹚×10﹣3×543＋2×10﹣6×5432＝29.21（J∕mol·k）CH4在543K時的Cp,mθ＝17.451＋60.46×10﹣3×543＋1.117×10﹣6×5432＝50.61（J∕mol·k）CH3OH在543K時的Cp,mθ＝20.42+103.65×10﹣3×543+（﹣24.64）×10﹣6×5432＝69.44（J∕mol·k）H2O在543K時的Cp,mθ=30.12＋11.3×10﹣3×543＝36.26（J∕mol·k）生成的C4H9OH、CH3OCH3的質(zhì)量轉(zhuǎn)移到CH3OH上則＝19776＋202＋502＝20480＝20480÷32＝640則Q出＝nCp,mθt＝Q進[1441×29.21＋480.5×30.32＋82.82×49.05＋102×36.26＋640×69.44＋34×50.61]t＝134009312∴t＝270℃則產(chǎn)物離開反應器的溫度為270℃。原料氣進口溫度為30℃，經(jīng)合成氣換熱后的原料氣溫度為210℃則：CO、CO2、H2、CH4在換熱器進出口溫度為30℃、210℃即﹙30＋210﹚÷2＝120℃（393K）下的比熱容為：CO在393K時的Cp,mθ＝27.6＋5×10﹣3×393＝29.565（J∕mol·k）CO2在393K時的Cp,mθ＝44.14＋9.04×10﹣3×393＝47.693（J∕mol·k）H2在393K時的Cp,mθ＝29.08＋﹙﹣0.84﹚×10﹣3×573＋2×10﹣6×3932＝29.06（J∕mol·k）CH4在393K時的Cp,mθ＝17.451＋60.46×10﹣3×573＋1.117×10﹣6×3932＝41.38（J∕mol·k）=29.06×956.5×70％×453＋29.6565×364×70％×453＋47.693×48×70％×453＋41.38×4.1×70％×453=13006323.27假設出換熱器物料的溫度為90℃，則出換熱器的平均溫度：﹙90＋270﹚÷2＝180℃（453K），則CO2在453K時的Cp,mθ＝44.14＋9.04×10﹣3×453＝48.24（J∕mol·k）CO在453K時的Cp,mθ＝27.6＋5×10﹣3×453＝29.87（J∕mol·k）H2在453K時的Cp,mθ＝29.08＋﹙﹣0.84﹚×10﹣3×453＋2×10﹣6×4532＝29.11（J∕mol·k）CH4在453K時的Cp,mθ＝17.451＋60.46×10﹣3×453＋1.117×10﹣6×4532＝45.07（J∕mol·k）CH3OH在453K時的Cp,mθ＝20.42＋103.65×10﹣3×453（﹣24.64）×10﹣6×4532＝62.32J∕mol·k）H2O在453K時的Cp,mθ＝30.12＋11.3×10﹣3×453＝35.24（J∕mol·k）Q放×90％＝Q吸＝∑CntΔT＝39014362.35÷210888.45＝185℃∵ΔT＝T1－T2T2＝270－185＝85℃則物料進冷卻器的溫度為85℃，出冷卻器的溫度為48℃進出口的平均溫度：（85＋48）÷2＝66.5℃(339.5K)則在339.5K時CH4、CO2、CO、H2的Cp,mθ為：CO2在339.5K時的Cp,mθ＝44.14＋9.04×10﹣3×339.5＝31.13（J∕mol·k）CO在339.5K時的Cp,mθ＝27.6＋5×10﹣3×339.5＝29.30（J∕mol·k）H2在339.5K時的Cp,mθ＝29.08＋﹙﹣0.84﹚×10﹣3×339.5+2×10﹣6×339.52＝29.03（J∕mol·k）CH4在339.5K時的Cp,mθ＝17.451＋60.46×10﹣3×339.5＋1.117×10﹣6×339.52＝38.10（J∕mol·k）Q1＝∑Cnt＝[＋＋＋]ΔT＝[29.30×480.5＋31.13×82.82＋38.10×34＋29.03×1441]×310＝18533184.65甲醇的沸點為64.7℃，在64.7～339.5℃為氣態(tài)，則：﹙339.5＋64.7﹚÷2＝202（475K）在475K時，CH3OH的Cp,mθ＝20.42＋103.65×10﹣3×475+（﹣24.64）×10﹣6×4752＝64.09甲醇在48～64.7℃時為液態(tài)，則：（64.7+48）÷2＝56.35(329K)在329K時，CH3OH的Cp,mθ＝20.42＋103.65×10﹣3×329＋（﹣24.64）×10﹣6×3292＝51.85水在100～339.5℃時為氣態(tài)即：（339.5+100）÷2＝219.75（492.75K）在492.75K時H2O的Cp,mθ＝30.12+11.3×10﹣3×492.75＝35.69水在48～100℃為液態(tài)（100+48）÷2＝74（347K）在347K時H2O的Cp,mθ＝30.12+11.3×10﹣3×347＝34.04＝CnΔT＝71.72×640×548K＝25153638.4＝CnΔT＝51.85×640×289.7K＝9613404.8＝CnΔT＝36.8×102×513K＝1925596.8＝CnΔT＝34.04×102×325K＝1128426又∵＝640×1101÷32＝22020＝102×2258÷18＝12795.3∴＝20682515.34+25153638.4＋9613404.8＋1128426＋22020＋12795.3＝58538396.64∵Q吸＝CnΔT＝Q放×90％冷卻水進時溫度為33℃出來時溫度為45℃∴﹙33＋45﹚÷2＝37.5（310K）H2O在310K時的Cpmθ＝30.12＋11.3×10﹣3×310＝33.6∴Q吸＝33.6n×28558538396.64×90％＝33.6n×285n＝5500第4章甲醇合成塔的工藝計算4.1傳熱面積及催化劑用量4.1.1傳熱面積傳熱溫差為20℃，傳遞熱量為78031958.4kJ/mol,合成塔內(nèi)的總傳熱系數(shù)取為289.78W/(m2.℃)。由公式Q=KS△Tm得S=Q/(K△Tm)=78031958.4/(3.6×289.78×20)=3740m24.1.2催化劑用量入塔氣空速取12000h-1入塔氣量183794.64m3∕h故催化劑體積為：183794.64/12000=15.32m34.2換熱管的選用及排列4.2.1管子的選用選用Ф45×2.5mm，長度7000mm的鋼管，標準GB4237，雙鉬不銹鋼。由公式S=3.14d均Ln得n=S/3.14d均L=3740/(3.14×0.0425×7)=4004根其中因要安排拉桿需要減少12根，實際管數(shù)為3992根。4.2.2管子的排列合成塔內(nèi)管子分布采用正三角形排列，管間距a=57mm4.3殼體和封頭的計算4.3.1殼體直徑殼體直徑：D=a×(b－1)＋2L式中：a=57b=1.1×=1.1×=60.97L=2d0=2×45mm=90mm所以，D=57×（60.97－1）＋2×90=3598.29mm，取D=3600mm4.3.2殼體厚度殼體材料選用20MnMoNi55鋼(GB6654)，計算壁厚的公式為：δ=PcDi/（2[σ]tФ－Pc）式中:Pc—5.0Mpa；Di=3600mm；Ф=0.85；[σ]t=190Mpa；（取殼體溫度為250℃）δ=3600×5/（2×190×0.85－5）=56.60mm取C2=3mm；C1=0.25mm，原整后取δ=60mm。4.3.3封頭的確定上下封頭均采用半球形封頭，材質(zhì)選用和筒體相同。封頭內(nèi)徑為3600mm.由封頭厚度計算公式：δ=PcDi/（4[σ]tФ-0.5Pc）式中：Pc—5.0Mpa；Di=3600mm；Ф=0.85[σ]t=190Mpa（取殼體溫度為250℃）δ=3600×5/（4×190×0.85－0.5×5）=56.16mm取C2=3mm；C1=0.25mm，原整后取δ=60mm，所以封頭為DN3600×60。4.4管子拉脫力的計算a在操作壓力下，每平方米脹接周邊所產(chǎn)生的力qp=pf/（3.14×do×L）式中：f=0.866a2－（3.14/4）×do2=0.