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1、南华大学机械工程学院毕业设计甲醇合成反应器设计摘要：甲醇是重要的化工原料,甲醇合成反应器是甲醇合成反应的关键设备。本设计论文主要介绍了3124平方米甲醇合成反应器的主要技术参数选定,反应管、管板、壳体材料及焊接材料的选用，主体结构设计，管箱筒体、壳程筒体、球形封头、管板的强度设计及校核，开孔补强计算以及设备制造过程中筒体、封头、管板的成形和设备制造、主要热处理工艺等。关键词：甲醇合成反应器;结构设计;强度校核第63页共63页南华大学机械工程学院毕业设计Abstract:Methanolisanimportantchemicalrawm
2、aterialandthereactorformethanolsynthesisisoneofthemostimportantequipment.Thisthesishasintroducedamethanolsynthesisreactor‘smaintechnicalparametersselected,Themethanolsynthesisreactorhas3124squaremeters’heat-exchangearea.Meanwhileithasalsointroducedtheselectionofreaction
3、tubes,tubesheet,shellmaterialandweldingmaterials、thethemeofstructuraldesign、thedesignandcontrolboxshell,shell-shell,sphericalhead,tubeplateandcheckingstrengthofthedesign、calculationofopeningreinforcement、manufacturingprocessofcylinder,head,tubeplateandassemblysequencean
4、dthemainheattreatmentprocess.Keywords:methanolsynthesisreactor;structuraldesign;strengthcheck前言甲醇作为及其重要的有机化工原料，是碳一化学工业的基础产品，在国民经济中占有重要地位。长期以来，甲醇都是被作为农药，医药，染料等行业的工业原料，但随着科技的进步与发展，甲醇将被应用于越来越多的领域。第63页共63页南华大学机械工程学院毕业设计总体上说，世界甲醇工业从90年代开始经历了1991-1998的供需平衡，1998-1999的供大于求，从200
5、0年初至今的供求基本平衡三个基本阶段。[1]据NexantChenSystems公司的最新统计，全球2004年甲醇生产能力为4226.5万t/a[2]目前,国外以天然气为原料生产的甲醇占92%,以煤为原料生产的甲醇2.3%,因此国外公司的甲醇技术均集中于天然气制甲醇。国际上广泛采用的先进的甲醇生产工艺技术主要有:DAVY(原I.C.I)、OPSOE、Uhde、Lurgi公司甲醇技术等,不同甲醇技术的消耗及能耗差异不大,其主要的差异在于所采用的主要设备甲醇合成塔的类型不同。(a)DAVY甲醇技术特点DAVY低压甲醇合成技术的优势在于其性
6、能优良的低压甲醇合成催化剂,合成压力:5.0～10MPa,大规模甲醇生产装置的合成压力为8～10MPa。合成塔型式有:第一种,激冷式合成塔,单塔生产能力大,出口甲醇浓度约为4～6%vol。第二种,内换热冷管式甲醇合成塔。最近又开发了水管式合成塔。精馏多数采用二塔,有时也用三塔精馏,与蒸汽系统设置统一考虑。蒸汽系统:分为高压10.5MPa、中压2.8MPa、低压0.45MPa三级。转化产生的废热与转化炉烟气废热,用于产生10.5MPa、510℃高压过热蒸汽。高压过热蒸汽用于驱动合成压缩机蒸汽透平,抽出中压蒸汽用作装置内使用。(b)Lur
7、gi甲醇技术Lurgi公司的合成有自己的特色,即有自己的合成塔专利。其特点是合成塔为列管式,副产蒸汽,管内是Lurgi合成催化剂,管间是锅炉水,副产3.5～4.0MPa的饱和中压蒸汽。由于大规模装置如2000MTPD的合成塔直径太大,常采用两个合成塔并联。若规模更大,则采用列管式合成塔后再串一个冷管式或热管式合成塔,同时还可采用两个系列的合成塔并联。Lurgi工艺的精馏采用三塔精馏或三塔精馏后再串一个回收塔。有时也采用两塔精馏。三塔精馏流程的预精馏塔和加压精馏塔的再沸器热源来自转化气的余热。因此,精馏消耗的低压蒸汽很少。(c)TOPS
8、OE的甲醇技术特点TOPSOE公司为合成氨、甲醇工业主要的专利技术商及催化剂制造商,其甲醇技术特点主要表现在甲醇合成上的有:甲醇合成塔采用BWR合成塔(列管副产蒸汽),或采用CMD多床绝热式合成塔。其流程特点为:采用轴向
