年产30万吨合成甲醇分厂设计
第四章 设备设计及选型
4.1概述
化工设备的工艺设计与选型是在物料衡算和热量衡算的基础上进行的。其目的是决定工艺设备的类型、规格、主要尺寸和台数，为车间布置、施工图设计及公共工程提供足够的设计数据。
甲醇合成反应主要采用的是鲁奇的工艺，一般采用的是固定床列管式反应器和绝热床反应器。此次设计用到的主要设备有：甲醇合成反应器、精馏塔、合成气压缩机、泵、换热器、储罐等。
4.2 甲醇合成反应器的选择
甲醇合成反应主要采用的是鲁奇的工艺，一般采用的是固定床列管式反应器和绝热床反应器。当反应热效应不大，管径较细，管外用传热良好的恒温流体进行控温时，反应管内各处可近似地视作等温。由于反应过程中的热效应不大，不需要强化的传热方式。
4.2.1 列管式反应器内部结构及空速的计算
V1??a. 催化剂的用量为：b. 反应器的空速:
Vb?
m0??d?4dt2L0
SV?v0VR
N?c. 管数N的计算：d. 床层压降的计算:
A总A小管?ud?1???u2150?p?fm2H1,fm??1.75,Rem??dpRem??
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4.2.2 反应器内径、壁厚、外径的计算
??反应器的内径： 反应器的壁厚： 反应器的外径：
PDi?C2[?]??P
4.2.3 反应器塔高的计算
其塔高为：
H反应器?H?2l封
4.3 压缩机的选择
在这里我们选用离心式压缩机，离心式压缩机相比往复式压缩机有很多优点：
离心式压缩机体积小；
离心式压缩机流量大，供气均匀，调节方便； 离心式压缩机内易损部件少，可连续运转且安全可靠；
离心式压缩机因无润滑油污染气体，有利于保护催化剂，并可以取消往复式催化剂所需要的油过滤器，简化了工艺流程。
4.3.1 选型原则
（1）适当选择冷却介质。
（2）对于腐蚀性气体，选择抗腐蚀材料。
（3）对于易燃易爆的介质需对密封性具有高可靠性。
（4）由工艺要求选择，确定进出口压力，计算总压力比，得到压缩机的级数。
4.3.2 选型介绍
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计算出总的压缩比为。
根据相应的数据选择合适的压缩机，根据排气压力、排气流量以及介质的性质，本项目选择了三星系列空气、天然气、氮氢气联合压缩机，型号为SM2000，其规格如下：容量4109m3/h，排气压力15—80bar，功率13-1297kw，冷却介质选择水冷。尺寸（L×W×H）为10.0x6.5x5.0（m），重量30000kg。
4.4 闪蒸罐设计
塔径计算 计算公式:
由aspen plus计算可知V=
气液分离器的选型时一般考虑能容纳50％机组的充灌量。气液分离器筒径计算公式：
4.5 精馏塔的选择
在完成了全流程模拟的基础之上，我们得到了塔设备设计所需要的最基本的数据。基于这些数据，在满足工艺要求的条件下，充分考虑到设备的固定投资费用及操作费用，我们进行了塔设备的选型、设计和校核等等工作。设计主要包括工艺参数设计、基本参数设计和机械设计。工艺参数设计对该塔的生产能力、分离效果、物料和能量等操作参数作了设计，基本参数设计则完成了塔尺寸、塔壁厚、塔板形式及开孔形式等的设计，机械设计则完成了塔设备的封头、开口、地基等等的设计，同时完成了机械性能的校核。明。详细的设备装配图见工艺设计施工图。
精馏塔的设计牵涉到众多的参数：产品组成、产品的流量、操作压力、塔板数、进料位置、回流比、再沸器热负荷、冷凝器冷却负荷、塔径、塔高。
4.5.1 精馏段塔径的计算
工业用的精馏塔类型主要有填料塔和板式塔。两种类型的塔器各有特点：不同任务，操作条件，介质性质情况下，选择合适的精馏塔能够充分发挥塔的作用，
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既能保证安全稳定生产，又能降低生产成本，下表列出了填料塔和板式塔的使用特点。
表4-1
塔型 填料塔 压降 小尺寸填料，压降较大，而大尺寸填料及规整填料，则压降较小 小尺寸填料气速较小，而大尺寸填料及规整填料则气速可较大 传统的填料，效率较低，而新型乱堆及规整填料则塔效率较高 对液体量有一定要求 较小 金属及非金属材料均可 较难 新型填料，投资较大 板式塔 较大 项目 空塔气速 较大 塔效率 液气比 扶持量 材质 安装，检修 造价 较稳定，效率高 适用范围较大 较大 一般用金属材料 较容易 大直径塔时造价较低 动能通过上面的比较，我们可以看到，板式塔虽然压降高，但其空塔气速大，塔效率高且稳定，液气比适用范围较大，安装和检修容易，大直径塔的造价低，这些特点能够满足我们设计中处理量大，塔效率高，液气比范围广等要求。综合考虑，我们优先选择板式塔。
板式塔的种类很多，随着生产技术的不断创新，板式塔的结构也在不断的变化 ，不同类型的塔设备使用范围不同。
参数:
取板上液层高度hL=0.06 m,板间距HT=0.6m HT-hL=0.6-0.06=0.54m
查Smith关联图得到气体负荷因子，由于
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液泛气速：
取泛点百分率为0.8，可求出设计气速为：u=0.8*umax
所以塔径：，按标准塔径圆整。
塔截面积：
实际空塔气速：u=VS/AT
4.5.2 提馏段塔径的计算
动能参数:
取板上液层高度hL=0.06 m,板间距HT=0.6m HT-hL=0.6-0.06=0.54m
查Smith关联图得到气体负荷因子，由于
液泛气速：
取泛点百分率为0.8，可求出设计气速为：u=0.8*umax
所以塔径：
按标准塔径圆整为：D=
塔截面积：
实际空塔气速：u=VS/AT
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