合成塔。
2.3.2 催化剂的选用 （1） 甲醇合成催化剂
经过长时间的研究开发和工业实践，广泛使用的合成甲醇催化剂主要有两大系列：一种是以氧化铜为主体的铜基催化剂，一种是以氧化锌为主体的锌基催化剂。锌基催化剂机械强度好.耐热性好，对毒物敏感性小，操作的适宜温度为350～400℃，压力为25～32MPa(寿命为2～3年)；铜基催化剂具有良好的低温活性，较高的选择性，通常用于低、中压流程。耐热性较差，对硫、氯及其化合物敏感，易中毒。操作的适宜温度为220～270℃，压力为5～15MPa(一般寿命为2～3年)。通过操作条件的对比分析，可知使用铜基催化剂可大幅度节省投资费用和操作费用，降低成本。 （2） XNC-98甲醇合成催化剂简介：
XNC-98型催化剂是四川天一科技股份有限公司研制和开发的新产品。目前已在国内20多套大、中、小型工业甲醇装置上使用,运行情况良好。用于低温、低压下由碳氧化物与氢合成甲醇，具有低温活性高、热稳定性好的特点。常用操作温度200～290℃,操作压力5.0～10.0MPa。 催化剂活性和寿命：
在该催化剂质量检验规定的活性检测条件下，其活性为： 230℃时：催化剂的时空收率≥1.20 kg(L.
得n=A（3.14×d×L）=6362（3.14×9×0.027）=8338 其中因要安排拉杆需要减少12根，实际管数为8326根。 合成塔壳体直径的确定
合成塔内管子分布采用正三角形排列，管间距a=40mm，壳体直径：
Di=a（b-1）+2L
式中：a=40
b=1.1×n0.5=1.1×83380.5 =100.44 L=125mm
所以 Di=40×（100.44-1）+2×125=4227.80 圆整后取为4300mm 合成塔壳体厚度的确定
壳体材料选用13MNiMoNbR钢，计算壁后的公式为：
S=PcDi（2[σ] tФ-Pc）
式中：Pc——5.14Mpa；
Di=4300mm； Ф=0.85
[σ]t=190Mpa（取壳体温度为50℃）
S=4300×5.14（2×190×0.85-5.14）=69.53mm 取C2=1mm；C1=1mm，原整后取S=73mm 合成塔封头的确定
上下封头均采用半球形封头，材质选用和筒体相同。 封头内径为4300+2×73=4446，原整后取4500 由封头厚度计算公式： S=PcDi（2[σ] tФ-0.5Pc）
式中：Pc——5.14Mpa Di=4500mm Ф=0.85 [σ] t =190Mpa（取壳体温度为50℃） S=4500×5.14（2×190×0.85-0.5×5.14）=72.18mm
取C2=1mm ；C1=1mm，原整后取S=76mm，所以封头为DN4500×76。 管子拉脱力的计算
a、在操作压力下，每平方米胀接周边所产生的力
q=pf（3.14×do×L）
p
式中：f=0.866a2-（3.144）×do2=0.866×402-（3.144）×322=581.35 P=5.14MPa
L=100mmδ
表23
项目 材质 ａ（1℃） EMPa 尺寸 管子数 管间距mm 管壳壁温差℃ 管子与管壁连接方式 胀接长度
p
管子
00Cr18Ni5Mo3Si2 17.42×10 0.180×10 Ф32×2.5×9000 8338 40 10 开槽胀接 L=100
6-6
壳体
13MNiMoNbR 12.25×10 0.186×10 Ф254300×73
6-6
q=5.14×581.35（3.14×32×100）=0.30MPa
b、温差应力导致的每平方米胀接周边上的拉脱力q
q=σ（d-d）（4×d×L）
t
2
2
t
t
0
i
0
式中：σt=aE（tt-ts）（1+AtAs）
As=3.14×D×Sn=3.14×4300×73=985646.00mm2 已知 Tt＞Ts，pt＞ps
Tt、Ts分别为管壁温度和壳壁温度；pt为管程压力4.9Mpa；ps为壳程压力0.74Mpa，所以可知q与q的作用力同向，则合拉力q=0.54＜[q]，因此，拉脱力在许用范围内。
t
p
折流板的确定 折流板为弓形
n=A（3.14dL）=260（3.14×0.02×6）=690根，其中安排拉杆需要减少4根，实际管数为686根。
（3）管子的排列方式，管间距的确定
设计采用正三角形排列，取管间距为a=32mm 。 （4） 壳体直径的确定
壳体直径；Di=a（b-1）+2L 式中：Di——换热器内径，mm；
b——正六角形对角线上的管子数查有关表取为29； L——最外层管子的中心到壳壁边缘的距离，取L=2do 所以，Di=32×（29-1）+2×2×25=996mm ，取Di=1000mm （5）壳体厚度的计算
壳体材料选用20R钢，计算壁后的公式为：
S=PcDi（2[σ] tФ-Pc）
式中：Pc——计算压力，取Pc为4.9×1.1=5.39Mpa；
Di=1000mm；Ф=0.85
[σ]t=132Mpa（取壳体温度为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）换热器封头的确定
上下封头均采用标准椭圆形封头，封头为DN1000×28。材料选用20R钢。 （7）容器法兰的选择
焊法兰。
（8）管子拉脱力的计算
a 在操作压力下，每平方米胀接周边所产生的力
qp=pf（3.14×d×L）
o
式中：f=0.866a2-（3.144）×d02=0.866×322-（3.144）×252=396 P=0.74 L=50
表24
项目 材质 ａ（1℃） EMPa 尺寸 管子数 管间距mm 管壳壁温差℃ 管子与管壁连接方式 胀接长度
管子 20钢
11.8×10 0.21×10 Ф25×2.5×6000 690 32 18 开槽胀接 L=50
6-6
壳体 20R钢 11.8×10 0.21×10 Ф700×20
6-6
qp=0.74×396（3.14×25×50）=0.075MPa
b 温差应力导致的每平方米胀接周边上的拉脱力qt qt=σt（do2-di2）（4×do×L ） 式中：σt=aE（tt-ts）（1+AtAs）
As=3.14×D×Sn=3.14×1000×20=62800 mm2 已知 Tt＞Ts，pt＞ps
Tt、Ts分别为管壁温度和壳壁温度；pt为管程压力4.9Mpa；ps为壳程压力
0.74Mpa，所以可知qt与qp的作用力同向，则合拉力q=0.755＜[q]=4.0Mpa 因此，拉脱力在许用范围内。 （9）折流板的设计。
折流板为弓形，，折流板间距取400mm；最小厚度为10mm。材料为Q235-A钢；拉杆选用Ф12，共四根，材料为Q235-AF钢。 （10）开孔补强
换热器封头和壳体上的接管都需要补强，在开空外面焊接上一块与容器壁材料和厚度都相同的，即20mm厚的20R钢板。 （11）支座
5.3 循环压缩机的选型
设计中选用的循环气压缩机为离心压缩机，离心压缩机具有以下的特点：流量大而均匀，体积小，运转平稳，容易调节，维护方便。设计最终选用的是沈阳鼓风机厂
设计的BCL456+2BCL407离心压缩机。
5.4 甲醇合成厂的主要设备一览表
表25
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
流程号
名称
规格或型号 ￠2900mm ￠4000mm BCL456+2BCL407 ￠4300mm ￠1000mm ￠2000mm F=3600 m2 ￠3200×24000 ￠4000×28000 ￠3200×28000 V=20000 m3
数量 1 1 2 1 2 2 1 1 1 1 2
材料 13CrMo44 13CrMo44
13MNiMoNbR 20R
13MNiMoNbR 13CrMo44 13MNiMoNbR 13CrMo44
备注 1台备用
R1001 气化炉 R2002 变换炉 C7001 压缩机 R7001 合成塔 E7002
水冷器
V7002 甲醇分离器 E7001 T8001 T8002 T8003
入塔气预热器 预精馏塔 加压精馏塔 常压精馏塔
V9101 精甲醇贮罐
6 三废处理
6.1 甲醇生产对环境的污染
6.1.1 废气
（1）甲醇膨胀槽出来的膨胀气，其中含有较多的一氧化碳和有机毒物。 （2）精馏时预塔顶排放出的不凝气体。 （3）锅炉排放烟气，烟气中含粉。
（4）备煤系统中的煤的输送、破碎、筛分、干燥等过程中产生的粉尘。 6.1.2 废水
（1）甲醇分离器排放的油水，各输送泵填料的漏液。 （2）甲醇生产中对水源污染最严重的是精馏塔底排放的残液。