煤制甲醇的主要設(shè)備的計算和選型分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u18275煤制甲醇的主要設(shè)備的計算和選型分析案例 1258411.1甲醇合成塔的相關(guān)計算 2252251.1.1傳熱面積的計算 2170641.2.2催化劑用量的計算 2175431.2.3傳熱管數(shù)的計算 244541.2.4殼體直徑的計算 2183761.2.5殼體厚度的計算 3205591.2.6封頭的計算 3275551.2.7管子拉脫力的計算 348931.2.8折流板的確定 5101701.2.9管板的確定 588201.2.10支座的確定 5152371.3熱交換器的設(shè)計 5316821.3.1熱負荷的計算 5253881.3.2流體的平均溫度差 554371.3.3初選換熱器規(guī)格 6256141.4水冷卻器 6119681.4.1熱負荷的計算 6139961.4.2流體的平均溫度差 7324001.4.3初選換熱器規(guī)格 72161.5甲醇分離器 7167261.6粗甲醇貯槽 8272121.7壓縮機 8119791.8預(yù)熱器 8選擇合適的設(shè)備，可以有效提高生產(chǎn)率和降低原料、能量的消耗。本次設(shè)計中對于甲醇的合成工段，采用了Lurgi低壓法對甲醇進行合成，因此需要對合成塔及其他設(shè)備進行相關(guān)計算和選型。對于粗甲醇的合成中，合成塔主要在合成和換熱中被拿來使用。本設(shè)計選用管殼式合成塔，在本章中將通過化工工藝計算，確定其傳熱面積，同時選擇管徑、管長，確定管數(shù)、管程數(shù)和殼程數(shù)，并進行機械計算，以此對合成塔及其他設(shè)備進行選型。1.1甲醇合成塔的相關(guān)計算1.1.1傳熱面積的計算由第5章熱量衡算可知，進入合成塔的氣體的溫度為225℃，離開合成塔的氣體的溫度為250℃因此，傳熱溫差為，傳熱量由表5.4可知，為，取總傳熱系數(shù)為，進行以下計算：由公式得1.2.2催化劑用量的計算設(shè)計中，入塔氣空速取，入塔氣量由表5.1可知，為16813.732m3/h所以催化劑體積為1.2.3傳熱管數(shù)的計算本次設(shè)計中，采用尺寸為、長度為的鋼管為傳熱管，材質(zhì)選用S22253不銹鋼[32]。由得由于要安排拉桿，需要減少12根，實際傳熱管數(shù)為103-12=91根。1.2.4殼體直徑的計算考慮到殼程介質(zhì)污垢少，不需要進行機械清洗，采用正三角形排列作為合成塔內(nèi)管子的分布，管間距為殼體直徑計算公式為：式中：為管間距，為：為最外層六邊形對角線管子數(shù)，為：為最外層管子中心到殼體內(nèi)壁的距離，為：所以殼體直徑，圓整后，取為700mm。1.2.5殼體厚度的計算殼體材料選用鋼，殼體厚度的計算公式為：式中：為設(shè)計壓力，為：；為合成塔殼體直徑，為：；為焊縫系數(shù)，取為：；為本設(shè)計中的設(shè)計溫度（取為殼體溫度50℃）下的許用應(yīng)力，為：；故合成塔殼體厚度為：取腐蝕余量，負偏差，原整后取厚度1.2.6封頭的計算采用半球形封頭作為上下封頭，材質(zhì)選用鋼。封頭內(nèi)徑為，原整后取為。由封頭厚度計算公式：式中：為設(shè)計壓力，為：；為合成塔封頭直徑，為：；為焊縫系數(shù)，取為：；為本設(shè)計中的設(shè)計溫度（取為殼體溫度50℃）下的許用應(yīng)力，為：；故合成塔封頭厚度為：取腐蝕余量，負偏差，原整后取厚度，所以封頭為。1.2.7管子拉脫力的計算a：操作壓力下，每平方米脹接周邊所產(chǎn)生的力，其計算公式為：式中：表1.1合成塔相關(guān)計算數(shù)據(jù)匯總表管子殼體材質(zhì)S22253Q345Ra/（1/℃）17.42×10-612.25×10-6E/MPa0.180×1060.186×106規(guī)格Ф32×2.5×9000Ф700×15管子數(shù)n103管間距/mm40傳熱溫差/℃25管子與管壁的連接方式開槽脹接脹接長度L=100b：溫差應(yīng)力導(dǎo)致的每平方米脹接周邊上的拉脫力式中：已知，：管壁溫度；：殼壁溫度；：管程壓力，為：；：殼程壓力，為：。由上述計算可知，所以可知與同向作用，其合拉力，因此，拉脫力在許用范圍內(nèi)。1.2.8折流板的確定折流板為弓形，折流板數(shù)量為5，間距取1500mm折流板最小厚度為22mm，材料為Q235-A鋼。拉桿，共12根，材料Q235-AF鋼；定距管。1.2.9管板的確定管板直徑為4300mm，厚度為100mm，管板焊接在筒體和封頭之間。1.2.10支座的確定支座采用裙座，裙座座體厚度為50mm，基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)徑4000mm，外徑4500mm，基地腳螺栓公稱直徑M30，數(shù)量為6個。表1.2合成塔設(shè)計匯總表筒體內(nèi)徑（mm）700列管數(shù)目（根）126壁厚（mm）15管長（mm）9000封頭（半球型）壁厚（mm）18尺寸（mm）Φ32×2.5壁厚（mm）18直邊高度（mm）40裙座座體厚度（mm）22管板半徑（mm）700基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)徑（mm）508壁厚（mm）49基礎(chǔ)環(huán)外徑（mm）10681.3熱交換器的設(shè)計本設(shè)計選用列管式換熱器。1.3.1熱負荷的計算1.3.2流體的平均溫度差暫按單殼程、多管程進行計算。已知：，，，逆流時，平均溫度差為：而，查對數(shù)平均溫度校正系數(shù)值表，得所以1.3.3初選換熱器規(guī)格假設(shè)K=200W/（m2·℃），則：查書，選定換熱器如下表1.3所示：表1.3水冷卻器規(guī)格殼徑/mm325管子尺寸/mmΦ19×2公稱壓強/MPa1.4管長/mm3000公稱面積/m215.2管子總數(shù)88管程數(shù)2管子排列方法正三角形實際傳熱面積若選擇該型號的換熱器，則要求過程的總傳熱系數(shù)為：1.4水冷卻器本設(shè)計選用列管式換熱器。1.4.1熱負荷的計算1.4.2流體的平均溫度差暫按單殼程、多管程進行計算。已知：，，，逆流時，平均溫度差為：而，查對數(shù)平均溫度校正系數(shù)值表，得所以1.4.3初選換熱器規(guī)格假設(shè)K=500W/（m2·℃），則：查書，選定換熱器如下表1.4所示：表1.4熱交換熱器規(guī)格殼徑/mm700管子尺寸/mmΦ25×2.5公稱壓強/MPa4.0管長/mm6000公稱面積/m2164.4管子總數(shù)355管程數(shù)1管子排列方法正三角形實際傳熱面積若選擇該型號的換熱器，則要求過程的總傳熱系數(shù)為：1.5甲醇分離器甲醇分離器是一個特別關(guān)鍵的設(shè)備，對粗甲醇氣液相分離效率其決定性影響[33]。設(shè)計中采用的甲醇分離器規(guī)格為，。1.6粗甲醇貯槽貯槽的工作壓力為0.6MPa，液體從5MPa減壓后溶于粗甲醇的氣體釋放出來，從貯氣罐的形式在壓力控制下經(jīng)氣體排出口排出，貯槽內(nèi)液體出口管上裝有液體控制裝置。其規(guī)格為Dg350×530，材料為1Cr18Ni9Ti。1.7壓縮機壓縮機的任務(wù)是把合成塔未反應(yīng)的氣體送回甲醇合成塔，其動力由高壓蒸汽透平提供。通過物料計算可以知道，設(shè)計中壓縮機排氣量為12541.74m3/h；排氣壓力為5.2MPa.通過對壓縮機輸送介質(zhì)、排氣壓力和排氣量的考慮，設(shè)計最終選用的是沈陽鼓風機廠設(shè)計的BCL456+2BCL470離心壓縮機。1.8預(yù)熱器預(yù)熱器的作用是將入塔氣及合成器進行換熱，其規(guī)格為F=1000m2，材料為13MNiMoNbR。表1.5設(shè)備一覽表序號名稱規(guī)格或型號數(shù)量主要材料1換熱器