甲醇

第一章绪论

1.1设计任务

针对化工厂中常见的甲醇储罐，完成主体设备的工艺设计和附属设备的选型设计，绘制总装配图，并编写设计说明书。

1.2设计思想

综合运用所学的机械基础课程知识，本着认真负责的态度，对储罐进行设计。在设计过程中综合考虑了经济型，实用性，安全可靠性。

1.3设计特点

容器的设计一般由筒体，封头，法兰，支座，接管口及人孔等组成。常，低压化工设备通用零件大都有标准，设计时可以直接选用。本设计书主要介绍了液罐的筒体，封头的设计计算，低压通用零件的选用。

1.4 甲醇的理化性质

甲醇（Methanol，Methyl alcohol）又名木醇，木酒精，甲基氢氧化物，是一种最简单的饱和醇。化学分子式为CH3OH，结构式如下：H | H-C-OH | H 分子结构：C原子以sp3杂化轨道成键，0原子以sp3杂化轨道成键。分子为极性分子。物理化学属性甲醇是一种无色、透明、易燃、易挥发的有毒液体，略有酒精气味。分子量32.04，相对密度0.792(20/4℃)，熔点-97.8℃，沸点64.5℃，闪点12.22℃，自燃点463.89℃，蒸气密度 1.11，蒸气压13.33KPa(100mmHg 21.2℃)，蒸气与空气混合物爆炸下限6～36.5 % ，能与水、乙醇、乙醚、苯、酮、卤代烃和许多其他有机溶剂相混溶，遇热、明火或氧化剂易燃烧。燃烧反应式为：2 CH3OH + 3 O2 → 2 CO2 + 4 H2O 用途甲醇用途广泛，是基础的有机化工原料和优质燃料。主要应用于精细化工，塑料等领域，用来制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲氨、硫酸二甲脂等多种有机产品，也是农药、医药的重要原料之一。

甲醇被大众所熟知，具有毒性。工业酒精中大约含有4%的甲醇，若被不法分子当作食用酒精制作假酒，饮用后，会产生甲醇中毒。甲醇的致命剂量大约是70毫升。

甲醇的毒性对人体的神经系统和血液系统影响最大，它经消化道、呼吸道或皮肤摄入都会产生毒性反应，甲醇蒸气能损害人的呼吸道粘膜和视力。在甲醇生

产工厂，中国有关部门规定，空气甲醇的浓度限制为PC-stel=50mg/m3，PC-TWA=25mg/m3，在有甲醇气的现场工作须戴防毒面具、工厂废水要处理后才能排放，允许含量小于200mg/L的甲醇。

甲醇的中毒机理是，甲醇经人体代谢产生甲醛和甲酸（俗称蚁酸），然后对人体产生伤害。常见的症状是，先是产生喝醉的感觉，数小时后头痛，恶心，呕吐，以及视线模糊。严重者会失明，乃至丧命。失明的原因：甲醇的代谢产物甲酸累积在眼睛部位，破坏视觉神经细胞。脑神经也会受到破坏，而产生永久性损害。甲酸进入血液后，会使组织酸性越来越强，损害肾脏导致肾衰竭。

毒性：属低毒毒性。

急性毒性：LD50：5628mg/kg（大鼠经口），15800mg/kg（兔经皮）；LC50：82776mg/kg，4小时（大鼠吸入）；人经口5～10ml，潜伏期8～36小时，致昏迷；人经口15ml，48小时内产生视网膜炎，失明；人经口30～100ml中枢神经系统严重损害，呼吸衰弱，死亡。

亚急性和慢性毒性：大鼠吸入50mg/m3，12小时/天，3个月，在8～10周内可见到气管、支气管粘膜损害，大脑皮质细胞营养障碍等。

致突变性：微生物致突变：啤酒酵母菌12pph。DNA抑制：人类淋巴细胞300mmol/L。

生殖毒性：大鼠经口最低中毒浓度（TDL0）：7500mg/kg（孕7～19天），对新生鼠行为有影响。大鼠吸入最低中毒浓度（TCL0）：20000ppm（7小时，孕1～22天），引起肌肉骨骼、心血管系统和泌尿系统发育异常。

1.5储罐总装配示意图

图 1.1 储罐总装配示意图

第二章材料及结构的选择

2.1材料的选择

低合金钢是指合金元素总量小于5%的合金钢。低合金钢是相对于碳钢而言的，是在碳钢的基础上，为了改善钢的性能，而有意向钢中加入一种或几种合金元素。加入的合金量超过碳钢正常生产方法所具有的一般含量时，称这种钢为合金钢。当合金总量低于5%时称为低合金钢，普通合金钢一般在3.5%以下。

储罐可选用一般钢材，可选用16MnR。虽然16MnR钢板的价格较贵，但在制造费用方面，同等重量设备的计价，16MnR钢板较为经济，所以选用161MnR钢板作为制造筒体和封头的材料。

2.2结构的选择

2.2.1封头的选择

从受力与制造方面分析来看，球形封头是最理想的结构形式。但缺点是深度大，冲压较为困难；椭圆封头深度比半球形封头小得多，易于冲压成型，是目前中低压容器中应用较多的封头之一。平板封头因直径厚度都较大，加工与焊接方面都要遇到不少困难，从钢材耗用量来看，球形封头用材最少，比椭圆封头节约，平板封头用材最多。因此，综合考虑，选用椭圆形封头最为合理。

2.2.2人孔的选择

人孔是指用于人员进出设备以便安装、检修和安全检查的开孔结构。主要由短筒节（或短管）、法兰和带把手的人孔盖组成。一般人孔有两个手柄。选用时应综合考虑公称压力，公称直径，工作温度及人手孔的结构和材料等诸多方面的因素。人孔的类型有很多，选择使用上有很大的灵活性。本说明书选择公称压力为0.6MPa材料为16MnR低合金钢人孔，公称直径450mm，壁厚6mm，水平吊盖板式平焊法兰人孔

2.2.3法兰的选择

法兰连接的主要优点是密封可靠，强度足够及应用广泛。缺点是不能快速拆卸，制造成本较高。压力容器的法兰分平焊法兰和对焊法兰。法兰设计的优化原则是：法兰设计应使各项应力分别接近许用应力值，即结构材料在各个方向的强度都得到充分的发挥。

2.2.4液面计的选择

液面计是用以指示容器内物料液面的装置，其类型上大致可分为四种：有玻璃管液面计，玻璃板液面计，浮子液面计和浮标液面计。在中低压容器中常用前两种。玻璃管液面计有透光式和反射式两种结构，其适用温度在0～250℃。玻璃管液面计适用于工作压力小于1.6MPa，介质温度在0～250℃情况下。玻璃板液面计和玻璃管液面计均适用于物料没有结晶等堵塞固体的场合。本说明书中选用视镜式玻璃板液面计（S型），公称压力0.6MPa，嵌入连接型Q，液面计主体材料16MnR（标准号：HG 21591.2-1995）。

2.2.5鞍式支座的选择

鞍式支座是应用较为广泛的一种卧式支座。从应力分析来看，理论上支座数目越多越好。但实际上，卧式容器应尽可能设计成双支座，这是因为当支点过多时，各支撑平面的影响均会影响支座反力的分布，因而采用多支座不仅体现不出理论上的优越性反而会造成容器的受力不均匀程度的增加，给容器的运行安全带来不利影响。

在此选择轻型鞍式双支座，S型与F型配合使用。