年產10萬噸甲醇轉化工段中換熱器的設計畢業設計論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 ......................................................... 15 殼程表面給熱系數 ........................................................................................ 15 管內表面給熱系數 ......................................................................................... 16 傳熱面積裕度 ............................................................................................... 17 換熱器內流體的流動阻力 .............................................................................. 18 管子拉脫力計算 ............................................................................................ 18 第 4 章 換熱器主要結構尺寸和計算結果列表 .........................................................20 第 5 章 結 論 ...............................................................................................................20 參考文獻 .......................................................................................................................21 致謝 ...............................................................................................................................22 平頂山工業職業技術學院畢業設計說明書（論文 ） 1 前言 我國是一個少油多煤的國家，煤炭貯量非常豐富，煤種齊全。但到目前為止，我國煤炭資源的綜合利用水平還很低，基本上處于小型化、分散化、產品單一化、浪費大、污染嚴重和低效益的狀態。因此建設大型煤炭綜合利用的焦化基地，實現煤炭資源的綜合利用，生產高附加值的深加工產品，調整產業結構，保護環境，帶動區域經濟乃至行業經濟的發展已成為必然趨勢。 合成甲醇技術是煤化工技術在能源轉換的背景下研究開發的，其宗旨是以水煤氣為原料，擴大炭資源的使用范圍，緩和石油危機。因此，充分利用豐富的煤炭資源，大力發展潔凈煤技術和新一代煤化工技術是非常必要的，既對我國合理利用資源、有效利用能源和促進經濟可持續發展具有重要的現實，又對保護國家能源安全具有深遠的戰略意義。 眾所周知，甲醇是重要的化工產品，也是重要的化工原料，又是很有發展前途的重要燃料。由甲醇合成的后加工產品名目繁多，效益顯著，市場非常活躍，發展前景十分廣闊。 平頂山工業職業技術學院畢業設計說明書（論文 ） 2 第 1 章 概述 產品的性質 甲醇物性 甲醇（ Methanol Methyl alcohol） 又名木醇，木酒精， 甲基氫氧化物，是一 種最簡單的飽和一元醇，化學分子式為 OHCH3 ，相對分子質量 度 0． 792（ 20/4℃ ），熔點 97． 8℃ ，沸點 64． 5℃ ，閃點 12． 22℃ ，自然點 463． 89℃ ，蒸汽密度 1． 11kg/m3，蒸汽壓 13． 33kPa（ 100mmHg， 21． 2℃ ），蒸汽與空氣混合物爆炸范圍 6%~36． 5%。在通常情況下，甲醇是一種有毒，無色易揮發和易燃的無色液體，具有類似于酒精的味道。 甲醇能與水，乙醇，乙醚，酮，鹵代烴和許多其他有機溶劑相混溶 ，并與它們形成共沸混合物。 產品的用途 甲醇是重要的化工原料，應用廣泛，主要用于生產甲醛，其消耗量約占甲醇總量的 30%~40%；其次作為甲基化劑，生產甲胺、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基叔丁基醚、對苯二甲酸二甲酯；甲醇羰基化可生產醋酸、酸酐、甲酸甲酯、碳酸二甲酯等。其次，甲醇低壓羰基化生產醋酸，近年來發展很快。隨著碳化工的發展，由甲醇出發合成乙二醇、乙醛、乙醇等工藝正在日益受到重視。甲醇作為重要原料在敵百蟲、甲基對硫磷、多菌靈等農藥生產中，在醫藥、染料、塑料、合成橡膠，合成纖維等工業中有著重 要的地位。甲醇還可經生物發酵生成甲醇蛋白，用作飼料添加劑。 （ 1）甲醇氧化制甲醛 甲醇在高溫、浮石銀、催化劑或其它固體催化劑存在下直接氧化制甲醛。目前，國內外以上的甲醇用于制甲醛，進而合成樹脂、塑料及其他化工原料。聚甲醛是性能優良的工程塑料，其用途十分廣泛。甲醛還用來制取丁二醇、烏洛托品等近一百種下游產品。 （ 2）甲醇氨化制甲胺 將甲醇與氨氣按照一定比例混合，在 370~420℃ 、 ~ 壓力下，以活性氧化鋁為催化劑進行合成，制得甲胺、二甲胺、三甲胺的混合物，再經精餾可得一、二或 三甲胺產品。一、二、三甲胺用于農藥、醫藥、染料方面或用作有機原料中間體。 （ 3）甲醇羰基化反應制醋酸。 平頂山工業職業技術學院畢業設計說明書（論文 ） 3 由甲醇和一氧化碳在低壓下羰基合成制醋酸，其總量占世界醋酸生產能力的50%以上。 （ 4）甲醇酯化可生產各種酯類化合物。 （ 5）甲醇在金屬硅鋁催化劑或 ZSM5 型分子篩存在下，脫水可制得二甲醚。 （ 6）甲醇用作燃料。 甲醇的發展前景 甲醇作為最有希望代替汽油的并且將成為二十一世紀有競爭力的可選清潔燃料，具有非常好的發展前景。所以專家認為，必須開拓甲醇作為車用燃料的用途，即發展甲醇汽 車才能使甲醇取得較好的經濟效益。甲醇汽油是符合我國國情的替代能源之一，不僅符合國家 節能減排 政策的要求，而且因甲醇汽油可部分替代石油，在一定程度上相當于擴大了我國石油戰略儲備。與此同時，推廣甲醇汽油，一方面可以釋放我國每年 20xx 多萬噸的甲醇產能，改變我國甲醇產能嚴重過剩的局面，提高甲醇生產企業的開工率。另一方面，甲醇汽油的生產成本低，甲醇汽油價格更為優惠，更適用于老百姓的需求，更 經濟實惠。 我國現在提出了四個石油替代路徑：天然氣替代、電動力替代、生物燃料替代和煤基燃料替代，煤基燃料替代包括煤制天然氣、甲醇、二甲醚、合成油等。煤基醇醚燃料更具有大規模、基地化推廣的現實性，是最實用、經濟的選擇。由于甲醇在我國已經有一定規模的生產，另外甲醇的投資成本低，無論甲醇汽油生產技術還是甲醇車輛生產技術都已經非常成熟了。如果甲醇汽油作為車用燃料相比于其他能源具有一定的優勢，甲醇汽油也是一種液體燃料，好多特性和汽油雷同，但比汽油更安全、更節能、更環保。此外，甲醇汽油可直接利用現在所有中石油和中石化的 輸配系統進行快速推廣，推廣渠道會相對便捷一些，推廣成本也非常小。 甲醇生產的基本原理 甲醇合成 目前甲醇生產技術主要采用 高壓法 、 中壓法和低壓法 三 種工藝，并且以低壓法為主，這 三 種方法生產的甲醇約占世界甲醇產量的 80%以上。 高壓法： ()是最初生產甲醇的方法，采用鋅鉻催化劑，反應溫度 360400℃ ，壓力 。高壓法由于原料和動力消耗大，反應溫度高，生成粗甲醇中有機雜質含量高，而且投資大，其發展長期以來處于停頓狀態。 低壓法： ( Mpa)是 20 世紀 60 年代后期發展起來的甲醇合成技術，低壓法基于高活性的銅基催化劑，其活性明顯高于鋅鉻催化劑，反應溫度低平頂山工業職業技術學院畢業設計說明書（論文 ） 4 (240270℃ )。在較低壓力下可獲得較高的甲醇收率，且選擇性好，減少了副反應，改善了甲醇質量，降低了原料消耗。此外，由于壓力低，動力消耗降低很多，工藝設備制造容易。 中壓法： ( Mpa)隨著甲醇工業的大型化，如采用低壓法勢必導致工藝管道和設備較大，因此在低壓法的基礎上適當提高合成壓力，即發展成為中壓法。中壓法仍采用高活性的銅基催化劑，反應溫度與低壓法相同，但由于提高了壓力，相應 的動力消耗略有增加。 甲醇的生產方法 其他還 有：甲烷直接氧化法、由一氧化碳和氫氣合成甲醇、液化石油氣氧化法。 比較 甲醇生產 的優缺點，以投資成本，生產成本，產品收率為依據，選擇低壓法為生產甲醇的工藝，用 和 在加熱壓力下，在催化劑作用下合成甲醇，其主要反應式為： 甲醇生產工藝流程 本設計采用焦爐煤氣合成的甲醇。工藝流程如下： 圖 11 焦爐煤氣制甲醇工藝流程圖 焦爐煤氣經過氣柜，在氣柜中緩沖穩壓， 選擇低溫低壓的方式，壓力為； 然后焦爐煤氣中 S 含量較高，必須用加 H2 轉化有機硫工藝，將焦爐氣脫硫處理；然后將焦爐煤氣純氧部分氧化催化轉化甲烷，氧氣與焦爐煤氣不完全燃燒，放出大量熱，甲烷與氫氣吸收熱量反應，最終產物為 CO、 H ；將合成的凈化原料氣壓縮，送去合成塔合成甲醇。 反應原理 用氫與一氧化碳在催化劑的作用下合成甲醇，是工業化生產甲醇的主要方法。很多研究證明，氫與一氧化碳在合成反應中發生的變化很復雜，可以用以下焦爐煤氣 氣柜 脫硫處理 甲烷轉化 合成氣壓縮