年产20万吨煤制甲醇生产工艺初步设计
E、 甲醇合成器（R201）
进入合成器的混合气的摩尔流量为：33944.1495 Kmol/h；质量流量为：429592.885㎏/h；气体平均密度为:15.4520㎏/m3；则混合气的体积流量为：27801.7658m3/h；既为7.7227m3/s；
根据文献资料，我们选用的甲醇合成器为林达大型低压甲醇合成塔。
假设合成塔中上下行冷管的管径为：?25*2.5，气体在冷管里流动的速度为：10m/s.则可估
算单程的冷管数量： qvqv7.7227N=??vA0v*?D2/410*?*252*10?6/4=1575根
上下冷管数目一样，故总的冷管数为3150根。
根据文献资料，年产35万吨的甲醇，甲醇合成器大小选择为：?3200?16000
合成器的截面积为：A??D/4=8.0425㎡ 则触煤层的面积可估算为：
2A触煤?A?Na?6.5㎡
3V?6.5?13?0.7?59.15m反应器触煤装填系数70%，估算触煤装填量：
则触煤装填量取58m。
3F、 粗甲醇储槽（V201）
从甲醇闪蒸槽里出来的粗甲醇（15）摩尔流量为：2108.62458 Kmol/h；
则可估算其体积流量为：72.22
流程是连续操作的，这里假设储槽可以储存几分钟的粗甲醇量，且假设储槽的裕度为10%，由
此估计储槽的体积为：7m。
设计储槽型式为：卧式；外形尺寸为：?1400?6000；设计压力为：1.5MPa；设计温度：60℃。
5.1.7 闪蒸槽输送泵（P201）
3qv?0.04m3/s已知液体的体积流量为：
?u2?02g假设离心泵进出口的流体不存在流速变化，则
假设：
p1?p2，
?z?z2?z1?10m
设定管路参数如下：
d?200mm，??0.039，??0.75?2?0.5?5.2?6.4?13.6
28
年产20万吨煤制甲醇生产工艺初步设计
??l?8??d????Hf?????2d4g????15????80.039??13.6??????0.2??qv2??????(0.04)2?1.367m??由此可估算出管道的阻力为：?20.24g ????????
离心泵的压头为：H?10?1.367?11.367m
根据管路对泵提出的流量和压头选定泵的型号：IS150—125—250，单级单吸离心泵。台数：2
台，其中一台备用。
表3.7 IS150-125-250 单级单吸离心泵参数表
转速 扬程 功率 质量 泵/底座 1450r/min 20m 18.5kW 758/158 流量 效率 必须气蚀余量 200m3/h 81% 3m 二、 精馏段工艺计算和设备选型 （1）、 传热设备的选型依据
表3.8 常用流体流速范围表
流体名称 饱和蒸汽 主管 支管 低压蒸汽 <1.0MPa (绝压) 中压蒸汽 1.0~4.0MPa (绝压) 高压蒸汽 4.0~12.0MPa (绝压) 过热蒸汽 主管 支管 一般气体(常压) 高压气体 氧气 0.6~1.0MPa 1.0~2.0MPa 压缩空气 0.1~0.2MPa 29
流速范围(m/s) 30~40 20~30 15~20 20~40 40~60 40~60 35~40 10~20 80~100 4.0~6.0 4.0~5.0 10~15 年产20万吨煤制甲醇生产工艺初步设计
氮气 5.0~10.0MPa (绝压) 锅炉给水 0.8MPa以上 蒸汽冷凝水 盐水 根据
2~5 >3.0 0.5~1.5 1.0~2.0 Q?m热?Cp热??t热Q?m冷?Cp冷??t冷Q?K?A??tm (5-3)
其中Q为热负荷，m为流体的质量流率，Cp为比热容，K为传热系数，A为传热面积
在计算中，校正系数在0.8~1.0之间，为了保证一定的换热裕度，在这次的选型计算中，校正系数都取?=0.8
?Tln?(T1?t2)?(T2?t1) (5-4)
T1?t2lnT2?t1因此?Tm??Tln??
由化工工艺手册查得传热系数的估计值取 加热时 K=200w/m冷却时 K=500w/m20?C
?C
20并且假设在冷凝过程中只有甲醇和水发生相变化 相变焓的数值如下：
甲醇相变焓为1129kg/mol，水的相变焓为2258.4kg/mol
根据软件模拟的物性数据和传热计算公式和经验值，我们进行了换热设备的简捷计算，为了保证设备能够达到应有的换热效果，在估算时，我们在最后确定了一定的传热面积的裕度，这里换热器的裕度为15%，冷凝器的裕度为30%，再沸器裕度也为30%。
（2）、 换热器和冷凝器计算结果和选型
计算过程中得到的参数和计算结果用下表表示：
表3.9 换热器和冷凝器参数和计算结果
明细 F流体 F冷凝 W脱盐水 F脱盐水 单位 kmol/h kmol/h Kg/h kmol/h 进料换热器 2108.5596 0 20648.3254 1147.1292 预塔冷凝器 117.5 83.9 30402.7838 1689.0435 30
加压塔冷凝器 3808.4 2897.3 2090612.041 116145.1134 常压塔冷凝器 2092.9 1594.6 947768.595 52653.8108 年产20万吨煤制甲醇生产工艺初步设计
T1流体进 T2流体出 T1水进 T2水出 A理论 A 估算 0000C C C C 114 104 75 65 54.6394 64.2816 62.1 46.9 30 41 51.3035 73.2907 114.7 114.6 30 42 927.6843 1325.2633<常压塔再沸器 双效作用 64.7 64.4 30 41 1057.2381 1510.3401 m2 m2 根据上面的计算得到的换热面积和流体性质（高压流体，带腐蚀性且含有不凝性气体），查化工工艺手册可以得到以下设备类型候选
进料换热器E1的型号为FA500-67.6-50-4
表3.10 FA500-67.6-50-4参数表
外壳直径D/mm 公称压强p/Mpa 公称面积/m2 管程数Np 管子排列方式 重量kg 500 6．0 67．6 4 正三角形 3086 管子尺寸/mm 管长l/m 管数NT 管中心距t/mm 中心排管 19 6 192 25 10 预压塔冷凝器C1的型号为 FLA600-80.7-50-4 表3.11 FLA600-80.7-50-4参数表
外壳直径D/mm 公称压强p/Mpa 公称面积/m2 管程数Np 管子排列方式 重量kg 600 6．0 80．7 4 正三角形 4036 管子尺寸/mm 管长l/m 管数NT 管中心距t/mm 中心排管 19 4.5 308 25 14 常压塔冷凝器C2的型号为FLA1200-764.2-60-2 由于换热面积很大，所以采用两个换热器并联的方式
表3.12 FLA1200-764.2-60-2参数表
外壳直径D/mm 公称压强p/Mpa 1200 6.0 31
管子尺寸/mm 管长l/m 19 9 年产20万吨煤制甲醇生产工艺初步设计
公称面积/m2 管程数Np 管子排列方式 重量kg 764.2 2 正三角形 20538 管数NT 管中心距t/mm 中心排管 1452 25 28 （3）、 再沸器计算结果和选型
工业上优先考虑具有一系列突出优点和优良性能的立式热虹吸再沸器，立式热虹吸再沸器是利用它的单相釜液与换热器传热管内热汽液混合物的密度差形成循环推动力，构成工艺物流在精馏塔底与再沸器间的流动循环，这种再沸器具有传热系数高，结构紧凑，安装方便，占地面积小，设备及运行费用低等显著优点。但是由于结构上的原因，壳程不能采用机械方法清洗，因此不宜用于高粘度或较脏的加热介质。同时由于是立式安装，因而增加了塔的裙座高度。
对于换热面积大于800m2的，采用卧式热虹吸重沸器比较合适
再沸器的热流量可以一贯呈液体蒸发所需的热流量或以刻成蒸汽冷凝所释放的热流量为准。由于我们采用中压蒸汽加热，所以加热介质不存在相态的改变，以釜液的相变热为基准进行计算。
因此可以得到计算结果表格如下： 表3.13 再沸器选型参数
明细 蒸发总量 热负荷 换热量 塔釜压力 塔釜温度 蒸汽温度 蒸汽用量 传热面积 估算面积 单位 kg/h M-kJ/h M-kJ/h kPa 00预塔再沸器 7684.3369 11.3886 11.3886 150.00 80.0 180 25783.6 81.9324 102.42 加压塔再沸器 92550.8788 162.8161 162.8161 590.00 127.7 360 54662.1 622.6237 778.28 常压塔再沸器 31238.5293 69.7095 69.7095 141.00 105.9 114.7 总计 1392.8947 1500 双效作用 92905.1115 104.7953 C C 成品气出塔温度 80445.7 kg/h m2 m2 双效作用可适当减小裕度 根据上面的换热面积查手册可以得到如下选型
预塔再沸器R1采用立式热虹吸再沸器，所选的型号为GCH1200-60-110
表3.14 GCH1200-60-110参数表
外壳直径D/mm 公称压强p/Mpa 1200 6 32
管子尺寸/mm 管长l/m 25 2