甲醇制氫工藝設(shè)計正文(畢業(yè)論文)（可編輯）

1、甲醇制氫工藝設(shè)計正文(畢業(yè)論文) 前 言 氫氣是一種重要的工業(yè)產(chǎn)品,它廣泛用于石油、化工、建材、冶金、電子、醫(yī)藥、電力、輕工、氣象、交通等工業(yè)部門和服務(wù)部門,由于使用要求的不同,這些部門對氫氣的純度、對所含雜質(zhì)的種類和含量都有不相同的要求,特別是改革開放以來,隨著工業(yè)化的進程,大量高精產(chǎn)品的投產(chǎn),對高純度的需求量正逐步加大,等等對制氫工藝和裝置的效率、經(jīng)濟性、靈活性、安全都提出了更高的要求,同時也促進了新型工藝、高效率裝置的開發(fā)和投產(chǎn)。 依據(jù)原料及工藝路線的不同,目前氫氣主要由以下幾種方法獲得:電解水法;氯堿工業(yè)中電解食鹽水副產(chǎn)氫氣;烴類水蒸氣轉(zhuǎn)化法;烴類部分氧化法;煤氣化和煤水蒸氣轉(zhuǎn)化法;氨

2、或甲醇催化裂解法;石油煉制與石油化工過程中的各種副產(chǎn)氫;等等。其中烴類水蒸氣轉(zhuǎn)化法是世界上應(yīng)用最普遍的方法,但該方法適用于化肥及石油化工工業(yè)上大規(guī)模用氫的場合,工藝路線復(fù)雜,流程長,投資大。隨著精細化工的行業(yè)的發(fā)展,當(dāng)其氫氣用量在2003000m3/h時,甲醇蒸氣轉(zhuǎn)化制氫技術(shù)表現(xiàn)出很好的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo),受到許多國家的重視。甲醇蒸氣轉(zhuǎn)化制氫具有以下特點:與大規(guī)模的天然氣、輕油蒸氣轉(zhuǎn)化制氫或水煤氣制氫相比,投資省,能耗低。與電解水制氫相比,單位氫氣成本較低。所用原料甲醇易得,運輸、貯存方便?？梢宰龀山M裝式或可移動式的裝置,操作方便,搬運靈活。 對于中小規(guī)模的用氫場合,在沒有工業(yè)含氫尾氣的情況下,甲醇

3、蒸氣轉(zhuǎn)化及變壓吸附的制氫路線是一較好的選擇。本設(shè)計采用甲醇裂解+吸收法脫二氧化碳+變壓吸附工藝,增加吸收法的目的是為了提高氫氣的回收率,同時在需要二氧化碳時,也可以方便的得到高純度的二氧化碳。 目錄設(shè)計任務(wù)書 3甲醇制氫工藝設(shè)計 4 2.1 甲醇制氫工藝流程 4 2.2 物料衡算 4 2.3 熱量衡算 6反應(yīng)器設(shè)計 9 3.1 工藝計算 9 3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計 13管道設(shè)計.自控設(shè)計.技術(shù)經(jīng)濟評價、環(huán)境評價結(jié)束語.致謝.參考文獻.附錄:1.反應(yīng)器裝配圖,零件圖 2.管道平面布置圖 3.設(shè)備平面布置圖 4.管道儀表流程圖 5.管道空視圖 6.單參數(shù)控制方案圖1、設(shè)計任務(wù)書2、甲醇制氫工藝設(shè)計2.1

4、 甲醇制氫工藝流程 甲醇制氫的物料流程如圖1-2。流程包括以下步驟:甲醇與水按配比1:1.5進入原料液儲罐,通過計算泵進入換熱器(e0101)預(yù)熱,然后在汽化塔(t0101)汽化,在經(jīng)過換熱器e0102過熱到反應(yīng)溫度進入轉(zhuǎn)化器r0101,轉(zhuǎn)化反應(yīng)生成h2、co2的以及未反應(yīng)的甲醇和水蒸氣等首先與原料液換熱e0101冷卻,然后經(jīng)水冷器e0103冷凝分離水和甲醇,這部分水和甲醇可以進入原料液儲罐,水冷分離后的氣體進入吸收塔,經(jīng)碳酸丙烯脂吸收分離co2,吸收飽和的吸收液進入解析塔降壓解析后循環(huán)使用,最后進入psa裝置進一步脫除分離殘余的co2、co及其它雜質(zhì),得到一定純度要求的氫氣。 圖1-2 甲醇

5、制氫的物料流程圖及各節(jié)點物料量2.2 物料衡算1、依據(jù) 甲醇蒸氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)方程式:chohco+2h (1-1) co+hoco+ h (1-2)choh分解為co轉(zhuǎn)化率99%,反應(yīng)溫度280,反應(yīng)壓力1.5mpa,醇水投料比1:1.5mol.2、投料計算量代入轉(zhuǎn)化率數(shù)據(jù),式1-3和式1-4變?yōu)? choh0.99co+1.98h+0.01 choh co+0.99ho0.99co+ 1.99h+0.01co 合并式1-5,式1-6得到: choh+0.981 ho0.981 co+0.961 h+0.01 choh+0.0099 co 氫氣產(chǎn)量為: 1200m/h53.571 kmol/h 甲

6、醇投料量為: 53.571/2.9601?32579.126 kg/h 水投料量為: 579.126/32?1.5?18488.638 kg/h3、原料液儲槽v0101 進: 甲醇 579.126 kg/h , 水 488.638 kg/h 出: 甲醇 579.126 kg/h , 水 488.638 kg/h4、換熱器 e0101,汽化塔t0101,過熱器e0103 沒有物流變化.5、轉(zhuǎn)化器 r0101 進 : 甲醇 579.126kg/h , 水488.638 kg/h , 總計1067.764 kg/h 出 : 生成 co 579.126/32?0.9801?44 780.452 kg/

7、h h 579.126/32?2.9601?2 107.142 kg/h co 579.126/32?0.0099?28 5.017 kg/h剩余甲醇579.126/32?0.01?325.791 kg/h剩余水 488.638-579.126/32?0.9801?18169.362 kg/h總計 1067.764 kg/h6、吸收塔和解析塔 吸收塔的總壓為1.5mpa,其中co的分壓為0.38 mpa ,操作溫度為常溫25. 此時,每m 吸收液可溶解co11.77 m.此數(shù)據(jù)可以在一般化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊中找到,二氯化碳在碳酸丙烯酯中的溶解度數(shù)據(jù)見表1一l及表1?2。解吸塔操作壓力為0.1mpa

8、, co溶解度為2.32,則此時吸收塔的吸收能力為:11.77-2.329.45 0.4mpa壓力下 pm/rt0.444/0.0082273.15+257.20kg/ m co體積量 v780.452/7.20108.396 m/h 據(jù)此,所需吸收液量為108.396/9.4511.47 m/h 考慮吸收塔效率以及操作彈性需要,取吸收量為 11.47 m/h34.41 m/h 可知系統(tǒng)壓力降至0.1mpa時,析出co量為108.396m/h780.451 kg/h. 混合氣體中的其他組分如氫氣,co以及微量甲醇等也可以按上述過程進行計算,在此,忽略這些組分在吸收液內(nèi)的吸收.7、psa系統(tǒng) 略

9、.8、各節(jié)點的物料量 綜合上面的工藝物料衡算結(jié)果,給出物料流程圖及各節(jié)點的物料量,見圖1一2.3.3 熱量衡算1、汽化塔頂溫確定 在已知汽相組成和總壓的條件下,可以根據(jù)汽液平衡關(guān)系確定汽化塔的操作溫度?甲醇和水的蒸氣壓數(shù)據(jù)可以從一些化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊中得到:表1-3列出了甲醇的蒸氣壓數(shù)據(jù)?水的物性數(shù)據(jù)在很多手冊中都可以得到,這里從略。 在本工藝過程中,要使甲醇水完全汽化,則其汽相分率必然是甲醇40%,水60%mol且已知操作壓力為1.5mpa,設(shè)溫度為t,根據(jù)汽液平衡關(guān)系有 0.4p+0.6p1.5mpa 初設(shè) t170 p2.19mpa; p0.824 mpap1.37041.5 mpa 再設(shè)

10、 t175 p2.4mpa; p0.93 mpap1.51 mpa 蒸氣壓與總壓基本一致,可以認為操作壓力為1.5mpa時,汽化塔塔頂溫度為175.2、轉(zhuǎn)換器r0101 兩步反應(yīng)的總反應(yīng)熱為49.66kj/mol,于是,在轉(zhuǎn)化器內(nèi)需要供給熱量為: q579.1260.99/321000-49.66-8.9010 kj/h 此熱量由導(dǎo)熱油系統(tǒng)帶來,反應(yīng)溫度為280,可以選用導(dǎo)熱油溫度為320,導(dǎo)熱油溫度降設(shè)定為5,從手冊中查到導(dǎo)熱油的物性參數(shù),如比定壓熱容與溫度的關(guān)系,可得: c4.18680.682.85kj/kg?k, c2.81kj/kg?k 取平均值c2.83 kj/kg?k 則導(dǎo)熱油用

11、量wq/ct 8.9010/2.83562898 kg/h3、過熱器e0102 甲醇和水的飽和蒸氣在過熱器中175過熱到280,此熱量由導(dǎo)熱油供給.從手冊中可以方便地得到甲醇和水蒸氣的部分比定壓熱容數(shù)據(jù),見表1-4.氣體升溫所需熱量為: q cmt1.90579.126+4.82488.638 280-1753.6310kj/h 導(dǎo)熱油c2.826 kj/kg?k, 于是其溫降為: tq/cm 3.6310/2.826628982.04 導(dǎo)熱油出口溫度為: 315-2.0313.04、汽化塔(to101 認為汽化塔僅有潛熱變化。175 甲醇h 727.2kj/kg 水 h 203ikj/kg

12、q579.126727.2+2031488.6381.4110 kj/h 以300導(dǎo)熱油c計算 c2.76 kj/kg?k tq/cm1.4110/2.76628988.12 則導(dǎo)熱油出口溫度 t313.0-8.1304.9 導(dǎo)熱油系統(tǒng)溫差為t320-304.915.1基本合適.5、換熱器(eo101 殼程:甲醇和水液體混合物由常溫(25 )升至175 ,其比熱容數(shù)據(jù)也可以從手冊中得到,表1 一5 列出了甲醇和水液體的部分比定壓熱容數(shù)據(jù)。液體混合物升溫所需熱量 q cmt579.1263.14+488.6384.30 175-255.8810kj/h 管程:沒有相變化,同時一般氣體在一定的溫度

13、范圍內(nèi),熱容變化不大,以恒定值計算,這里取各種氣體的比定壓熱容為: c10.47 kj/kg?k c14.65 kj/kg?k c 4.19 kj/kg?k 則管程中反應(yīng)后氣體混合物的溫度變化為: tq/cm5.8810/10.47780.452+14.65107.142+4.19169.36256.3 換熱器出口溫度為280-56.3223.76、冷凝器(eo103 在e0103 中包含兩方面的變化:co, co, h的冷卻以及choh , ho的冷卻和冷凝 co, co, h的冷卻qcmt10.47780.452+14.65107.142+4.195.017 223.7-401.7910k

14、j/h choh的量很小,在此其冷凝和冷卻忽略不計。壓力為1.5mpa時水的冷凝熱為: h2135kj/kg,總冷凝熱 qhm2135169.3623.6210kj/h 水顯熱變化q cmt4.19169.362223.7-401.3010kj/h +q+ q2.2810kj/h 冷卻介質(zhì)為循環(huán)水,采用中溫型涼水塔,則溫差t10 用水量wq/ ct 2.2810/4.191054415kg/ 3、反應(yīng)器設(shè)計計算3.1 工藝計算已知甲醇制氫轉(zhuǎn)化工藝的基本反應(yīng)為:ch3oh+h2oco2+3h2。該反應(yīng)在管式反應(yīng)器進行,進出反應(yīng)器的各物料的工藝參數(shù)如表3-1所示。物流名稱管程殼程/kg/h進口/k

15、g/h出口/kg/h設(shè)計溫度/oc壓力/mpa進出口/kg/h設(shè)計溫度/oc壓力/mpa甲醇579.1265.7912801.5水488.638169.362二氧化碳780.452一氧化碳5.017氫氣107.142導(dǎo)熱油628983200.5 表3-1反應(yīng)器的物流表(1)計算反應(yīng)物的流量對于甲醇,其摩爾質(zhì)量為_32 kg?k/mol,則其摩爾流量為:579.126/3218.098kmol/h對于水,其摩爾質(zhì)量為 18 kg?k/mol,其摩爾流量為:488.638/1827.147 kmol/h對于氫氣,其摩爾質(zhì)量為 2 kg?k/mol,其摩爾流量為:107.142/253.571 km

16、ol/h對于一氧化碳,其摩爾質(zhì)量為 28 kg?k/mol,其摩爾流量為:5.017/280.179 kmol/h進料氣中甲醇的摩爾分率ya為: ya對于甲醇和水,由于溫度不太高(280 oc),壓力不太大(1.5mpa),故可將其近似視為理想氣體考慮。有理想氣體狀態(tài)方程pvnrt,可分別計算出進料氣中甲醇和水的體積流量: 甲醇的體積流量va為: vam3/h 水的體積流量vb為: vb m3/h進料氣的總質(zhì)量為:mo 55.489+83.2331067.764 kg/h(2)計算反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率進入反應(yīng)器時甲醇的流量為579.126 kg/h,出反應(yīng)器時甲醇的流量為5.791 kg/h,則甲醇的

17、轉(zhuǎn)化率xaf為:xaf即反應(yīng)過程中消耗甲醇的物質(zhì)的量為:18.09899%17.917 kmol/h(3)計算反應(yīng)體系的膨脹因子由體系的化學(xué)反應(yīng)方程式可知,反應(yīng)過程中氣體的總物質(zhì)的量發(fā)生了變化,可求出膨脹因子a。對于甲醇有: a(4)計算空間時間根據(jù)有關(guān)文獻,該反應(yīng)為一級反應(yīng),反應(yīng)動力學(xué)方程為:rakpak5.510-4e cacao上式兩邊同乘以rt,則得:pacaort反應(yīng)過程的空間時間為: cao cao /k caort dxa 將k5.510-4em3/kmol?h,r8314.3,t553.15k,a2,ya0.4,代入上式,可得空間時間: 0.0038h (5)計算所需反應(yīng)器的容

18、積 vrvo 進料氣的總體積流量為: vo55.489+83.233138.722 m/h0.0385 m/s 則可得所需反應(yīng)器的容積為: vrvo 0.0038138.7220.527 m (6)計算管長 由文獻可知,氣體在反應(yīng)器內(nèi)的空塔流速為0.1m/s,考慮催化劑填層的空隙率對氣體空塔速度的影響,取流動速度為0.2m/s,則反應(yīng)管的長度為: lu0.003836000.22.736m根據(jù)gb151推薦的換熱管長度,取管長l3m。反應(yīng)器內(nèi)的實際氣速為:u(7)計算反應(yīng)熱甲醇制氫的反應(yīng)實際為兩個反應(yīng)的疊合,即ch3ohco+2h2-90.8kj/molco+h2oco2+h2+43.5kj/

19、mol反應(yīng)過程中的一氧化碳全部由甲醇分解而得,由化學(xué)反應(yīng)式可知,每轉(zhuǎn)化1kmol的甲醇就可生成1kmol的一氧化碳,則反應(yīng)過程中產(chǎn)生的一氧化碳的物質(zhì)的量為17.917kmol/h。反應(yīng)器出口處的一氧化碳的物質(zhì)的量為0.179kmol/h,轉(zhuǎn)化的一氧化碳的物質(zhì)的量為:17.917-0.17917.738 kmol/h一氧化碳的轉(zhuǎn)化率為:xco則反應(yīng)過程中所需向反應(yīng)器內(nèi)供給的熱量為:q90.81017.917-43.51017.738855.26110kj/h(8)確定所需的換熱面積假定選用的管子內(nèi)徑為d,壁厚為t,則其外徑為d+2t,管子數(shù)量為n根。反應(yīng)過程中所需的熱量由導(dǎo)熱油供給,反應(yīng)器同時作

20、為換熱器使用,根據(jù)gb151,320oc時鋼的導(dǎo)熱系數(shù)為44.9w/(m?oc),管外油側(cè)的對流給熱系數(shù)為o300w/(m2?oc),管內(nèi)側(cè)的對流給熱系數(shù)為i80 w/(m2?oc),根據(jù)表5-2所列的壁面污垢系數(shù)查得,反應(yīng)管內(nèi)、外側(cè)的污垢系數(shù)分別為0.0002 m2?oc/w 和0.0008 m2?oc/w 總污垢系數(shù)為rf0.0002+0.00080.001 m2?oc/w 根據(jù)傳熱學(xué),反應(yīng)器的傳熱系數(shù)為: k1/(+rf) 由于的值接近于1,對k帶來的誤差小于1%;鋼管的傳熱很快,對k的影響也很小,故可將上式簡化為: k1/(+rf) w/( m2?oc)213.84kj/h?m?oc

21、由于反應(yīng)器所需的換熱面積為: fm (9)計算管子的內(nèi)徑 反應(yīng)器需要的換熱面積為:fndl 反應(yīng)器內(nèi)氣體的體積流量為: vonu 聯(lián)立上述兩式,并將l 6m,u 0.22m/s,f 99.988mvo 0.0385m/s代入,即可得所需管子的內(nèi)徑為:d0.0210m。 根據(jù)計算所得的管子內(nèi)徑,按前述換熱設(shè)備設(shè)計選擇合適的管子型號和所需的管數(shù)及布管方式。 結(jié)構(gòu)設(shè)計計算內(nèi)容或項目符號單位計算公式或來源結(jié)果備注管程 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計換熱管材料選用碳鋼無縫鋼管252換熱管內(nèi)徑、外徑di;dm0.021;0.025換熱管管長lm選用3m標(biāo)準管長3.0換熱管根數(shù)n325圓整管程數(shù)ni根據(jù)管內(nèi)流體流速范圍選定

22、1管程進出口接管尺寸外徑*壁厚djt*sjtm按接管內(nèi)流體流速合理選取601.6管程結(jié)構(gòu)設(shè)計殼程數(shù)ns1換熱管排列形式正三角形排列正三角形排列換熱管中心距sms1.25d或按標(biāo)準0.032分程隔板槽兩側(cè)中心距sn按標(biāo)準管束中心排管數(shù)nc(外加六根拉桿)21殼體內(nèi)徑dimdisnc-1+12d0.7換熱器長徑比l/ dil/ di4.28合理實排熱管根數(shù)n作圖351折流板形式選定單弓形折流板折流板外直徑dbm按gb151-19990.675折流板缺口弦離hm取h0.20di0.14折流板間距bm取b0.21di0.33折流板數(shù)nbnbl/b-18殼程進出口接管尺寸djs*sjs合理選取1142選

23、取 3.2 外殼結(jié)構(gòu)設(shè)計按照gb150-1998鋼制壓力容器進行結(jié)構(gòu)設(shè)計計算。筒體1 筒體內(nèi)徑:700mm設(shè)計壓力:p1.10.55mpa設(shè)計溫度取350 c筒體材料:16mnr 焊接接頭系數(shù) 0.8鋼板厚度負偏差c10,腐蝕裕量c21.0mm,厚度附加量c c1+ c21.0mm.筒體的計算厚度計算 mm考慮厚度附加量并圓整至鋼板厚度系列,得材料名義厚度n 4mm.取強度校核 有效厚度e n - c1- c25mmt mpa 134 mpa符合強度要求。(2)根據(jù)筒徑選用非金屬軟墊片: 墊片厚度:3 墊片外徑:765 墊片內(nèi)徑:715根據(jù)筒體名義厚度選用乙型平焊法蘭(jb4702) 法蘭材料

24、:16mnrdn法蘭外徑中心孔直徑法蘭厚度螺栓孔直徑螺紋規(guī)格螺栓數(shù)量7008608154627m2424 表3-2筒體法蘭數(shù)據(jù)封頭(1)封頭內(nèi)徑:700mm設(shè)計壓力:p1.6mpa設(shè)計溫度取300 c封頭材料:16mnr 焊接接頭系數(shù) 1.0鋼板厚度負偏差c10,腐蝕裕量c21.0mm,厚度附加量c c1+ c21.0mm.封頭的計算厚度計算選用標(biāo)準橢圓形封頭,k1.0考慮厚度附加量并圓整至鋼板厚度系列,取封頭名義厚度與筒體厚度相同,得材料名義厚度n 6mm.強度校核 有效厚度e n - c1- c27mmt mpa 144mpa符合強度要求。根據(jù)筒徑選用標(biāo)準橢圓形封頭直邊高:25 曲邊高:2

25、00壁厚:67、換熱管(gb151-1999)管子材料:16mnr 根據(jù)上節(jié)中計算的管子內(nèi)徑選用尺寸:252 管長:3000 根數(shù):345實排根數(shù):351(外加6根拉桿) 排列形式:正三角形 中心距:32管束中心排管數(shù):21 長徑比:4.28 8、管程數(shù)據(jù)管程數(shù):1管程氣體流速:1m/s進出口接管尺寸:601.6接管材料:16mn法蘭類型:板式平焊法蘭(hg20593-97) 法蘭材料:20rdn法蘭外徑中心孔直徑法蘭厚度法蘭內(nèi)徑螺栓孔直徑螺栓孔數(shù)螺紋規(guī)格501401101659144m12 表3-3管程法蘭數(shù)據(jù)9、殼程數(shù)據(jù)殼程數(shù):1殼程液體流速:1.2m/s進出口接管尺寸:1142 接管材料

26、:16mn法蘭類型:板式平焊法蘭(hg20593-97) 法蘭材料:16mnr dn法蘭外徑中心孔直徑法蘭厚度法蘭內(nèi)徑螺栓孔直徑螺栓孔數(shù)螺紋規(guī)格10021017018116184m16 表3-4 殼程法蘭數(shù)據(jù)12、折流板(gb151-1999)材料:16mnr形式:單弓形 外直徑:795.5 管孔直徑:25.4缺口弦高:140 間距:330 板數(shù):8 厚度:613、拉桿(gb151-1999)直徑:16 螺紋規(guī)格:m16 根數(shù);614、耳座(jb/t4725-92)(7)耳式支座選用及驗算 由于該吸收塔相對結(jié)構(gòu)較小,故選用結(jié)構(gòu)簡單的耳式支座。 根據(jù)jb/t4732-92 選用支座:jb/t47

27、32-92,耳座a3,其允許載荷q30kn,適用公徑dn 7001400,支座處許用彎矩m8.35kn*m。支座材料q235-a*f。支座承受的實際載荷計算水平地震載荷為:p=為地震系數(shù),地震設(shè)計烈度為7時,=0.24為設(shè)備總質(zhì)量經(jīng)計算該反應(yīng)器的=1119kg水平地震載荷為:p=0.2411199.8=2631.99n水平風(fēng)載荷為:p=1.21.055034001500=3366n偏心載荷g=0 n偏心距s=0 mm其中f為風(fēng)壓高度變化系數(shù),按設(shè)備質(zhì)心所在高度。q為基本風(fēng)壓,假設(shè)該填料塔安裝在南京地區(qū),南京地區(qū)的q=550n/m。f風(fēng)壓高度系數(shù)見參考資料。水平力取p與 p兩者的大值,即p=pe

28、+0.25pw2631.99+0.25*33663473.5n支座安裝尺寸為d: d 式中,為耳式支座側(cè)板厚度;為耳式支座襯板厚度。 支座承受的實際載荷為q: q=10=11.3kn=30 kn 式中,g為偏心載荷;s為偏心距。滿足支座本體允許載荷的要求。支座處圓筒所受的支座彎矩m計算m=因此,開始選用的2a3支座滿足要求。形式:a3型高度:200 底板:l1:125 b1:80 1:8 s1:40筋板:l2:100 b2:100 2:5墊板:l3:20b3:160 3:6 e:24地角螺栓規(guī)格:m24 螺栓孔直徑:2715、管板材料:16mnr 換熱管管孔直徑:25 拉桿管孔直徑:18厚度:

29、50外徑:8603.3 sw6校核注:開孔補強計算計算單位南京工業(yè)大學(xué)過程裝備與控制工程系接 管:c, 1142計 算 方 法 : gb150-1998 等 面 積 補 強 法, 單 孔設(shè) 計 條 件簡 圖計算壓力 pc0.55mpa設(shè)計溫度350殼體型式圓形筒體殼體材料名稱及類型16mnr正火板材殼體開孔處焊接接頭系數(shù)0.8殼體內(nèi)直徑 di700mm殼體開孔處名義厚度n6mm殼體厚度負偏差 c10mm殼體腐蝕裕量 c21mm殼體材料許用應(yīng)力t134mpa接管實際外伸長度200mm接管實際內(nèi)伸長度0mm接管材料20g熱軋接管焊接接頭系數(shù)1名稱及類型管材接管腐蝕裕量1mm補強圈材料名稱凸形封頭開

30、孔中心至封頭軸線的距離mm補強圈外徑mm補強圈厚度mm接管厚度負偏差 c1t 0.312mm補強圈厚度負偏差 c1r mm接管材料許用應(yīng)力t92mpa補強圈許用應(yīng)力tmpa開 孔 補 強 計 算殼體計算厚度 1.8mm接管計算厚度t0.33 mm補強圈強度削弱系數(shù) frr0接管材料強度削弱系數(shù) fr0.687開孔直徑 d112.6mm補強區(qū)有效寬度 b225.2 mm接管有效外伸長度 h115.01mm接管有效內(nèi)伸長度 h20 mm開孔削弱所需的補強面積a 202.8mm2殼體多余金屬面積 a1360.4 mm2接管多余金屬面積 a27.372mm2補強區(qū)內(nèi)的焊縫面積 a336 mm2a1+a

31、2+a3403.7 mm2,大于a,不需另加補強。補強圈面積 a4mm2a-a1+a2+a3mm2結(jié)論: 補強滿足要求,不需另加補強。4、管道設(shè)計4.1 管子選型1 材料?綜合考慮設(shè)計溫度、壓力以及腐蝕性(包括氫腐蝕),本裝置主管道選擇20g無縫鋼管,理由如下: 腐蝕性?本生產(chǎn)裝置原料甲醇、導(dǎo)熱油對材料無特殊腐蝕性;產(chǎn)品氫氣對產(chǎn)品可能產(chǎn)生氫腐蝕,但研究表明碳鋼在220以下氫腐蝕反應(yīng)速度極慢,而且氫分壓不超過1.4mpa時,不管溫度有多高,都不會發(fā)生嚴重的氫腐蝕。本裝置中臨氫部分最高工作溫度為300,雖然超過220,但轉(zhuǎn)化氣中氫氣的分壓遠低于1.4mpa。所以20g無縫鋼管符合抗腐蝕要求。 溫度

32、?20g無縫鋼管的最高工作溫度可達475,溫度符合要求。 經(jīng)濟性?20g無縫鋼管屬于碳鋼管,投資成本和運行維護均較低。 二氧化碳用于食品,其管道選用不銹鋼。2 管子的規(guī)格尺寸的確定及必要的保溫層設(shè)計導(dǎo)熱油管道的規(guī)格和保溫結(jié)構(gòu)的確定 流量=110035.3kg/h=0.028m3/s 流速范圍0.52.0m/s 取為2.0m/s 則di=133.5mm 壁厚t=0.267mm sch.x100010003 查表應(yīng)選用sch.5系列得管子故選擇ro0101、ro0102、ro0103、ro0104管道規(guī)格為1594.5無縫鋼管 流速校正 u1.584m/s 保溫層計算: 管道外表面溫度t0320,

33、環(huán)境年平均溫度ta20,年平均風(fēng)速為2m/s,采用巖棉管殼保溫,保溫結(jié)構(gòu)單位造價為750元/m3,貸款計息年數(shù)為5年,復(fù)利率為10%,熱價為10元/106kj. 設(shè)保溫層外表面溫度為30,巖棉在使用溫度下的導(dǎo)熱系數(shù)為 0.0609w/m.k, 表面放熱系數(shù)為 12 w/m2.k 保溫工程投資償還年分攤率 s0.264 計算經(jīng)濟保溫層經(jīng)濟厚度0.316 查表得保溫層厚度107mm 計算保溫后的散熱量 131.244w/m 計算保溫后表面溫度 29.4計算出來的表面溫度29.4略低于最初計算導(dǎo)熱系數(shù)是假設(shè)的表面溫度30,故107mm的保溫層可以滿足工程要求. 甲醇原料管道的規(guī)格 流量=1013.4

34、79kg/h=0.00036m3/s 一般吸水管中流速u1 1m/s,出水管中流速u21.8m/s則di=21.4mm /15.96mm 故選擇pl0101管道規(guī)格為252無縫鋼管 選擇pl0102管道規(guī)格為202無縫鋼管流速校正 u11.04m/s,合適 u21.79m/s 脫鹽水原料管道的規(guī)格 流量=855.123kg/h=0.00024m3/s 計算過程同上 選擇dnw0101管道規(guī)格為222無縫鋼管 選擇dnw0102管道規(guī)格為182無縫鋼管 流速校正 u10.943m/su21.56m/s 甲醇水混合后原料管道的規(guī)格 流量=1868.802kg/h=0.00060m3/s 計算過程同

35、上 選擇pl0103管道規(guī)格為322無縫鋼管 選擇pl0104 、pl0105管道規(guī)格為252無縫鋼管 流速校正 u10.974m/su21.732m/s 吸收液碳酸丙烯酯管道的規(guī)格 流量=42000kg/h=0.0012m3/s 計算過程同上 選擇pl0106管道規(guī)格為484無縫鋼管 選擇pl0107 、pl0108管道規(guī)格為383無縫鋼管 流速校正 u10.962m/su21.39m/s 冷卻水管道的規(guī)格 流量=95465kg/h=0.027m3/s 計算過程同上 選擇cws0101管道規(guī)格為1594.5無縫鋼管 選擇cws0102 、cwr0101管道規(guī)格為1334無縫鋼管 流速校正 u

36、11.5m/su22.2m/s pg0101、pg0102、pg0103、pg0104混合氣管道的規(guī)格 流量=1868.802kg/h=0.043m3/s 計算過程同上 200:壁厚t=0.656mm 300:壁厚t=0.8mm 選擇pg0101、pg0102、pg0103、pg0104管道規(guī)格為894.5無縫鋼管 流速校正 u18.55m/s 其它管道規(guī)格尺寸 選擇pg0105管道規(guī)格為734pg0106管道規(guī)格為894.5 pg0107管道規(guī)格為894.5pl0109管道規(guī)格為324 類似以上管道規(guī)格的計算過程,將本工藝所有主要管道工藝參數(shù)結(jié)果匯總于下表:序號所在管道編號管內(nèi)介質(zhì)設(shè)計壓力設(shè)

37、計溫度流量狀態(tài) 流速公稱直徑材料1pg0106-80m1b氫氣1.650187.5氣相8.2 80 20g2pg0101-80m1b甲醇54.5%水45.5%2001869氣相8.6 80 20g3pg0102-80m1b-h3001869氣相8.6 80 20g4pg0103-80m1bh2 10% co273% h2o 17%3001869氣相8.6 80 20g5pg0104-80m1b-h2001869氣相8.6 80 20g6pg0105-65m1bh212% co288%501553氣相5.4 65 20g7ro0101-150l1b-h導(dǎo)熱油0.6320110035液相1.6 1

38、50 20g8ro0102-150l1b-h導(dǎo)熱油0.6320110035液相1.6 150 20g9ro0103-150l1b-h導(dǎo)熱油0.6320110035液相1.6 150 20g10ro0104-150l1b-h導(dǎo)熱油0.6320110035液相1.6 150 20g11pl0101-20l1b甲醇 常壓501013.5液相1.0 20 20g12pl0102-15l1b甲醇 常壓501013.5液相1.8 15 20g13pl0103-32l1b原料液常壓501869液相1.0 32 20g14pl0104-20m1b原料液1.6501869液相1.7 20 20g15pl0105

39、-20m1b原料液1.62001869液相1.7 20 20g16pl0106-40l1b吸收液0.4504200液相1.0 40 20g17pl0107-32l1b吸收液0.4504200液相1.4 32 20g18pl0108-32l1b吸收液0.45042000液相1.4 32 20g19dnw0101-20l1b脫鹽水0.350855液相0.9 20 20g20dnw0102-15l1b脫鹽水0.350855液相1.615 20g21cws0101-150l1b冷卻水0.35095465液相1.5 150 鍍鋅管22cws0102-125l1b冷卻水0.35095465液相2.2 12

40、5 鍍鋅管23cwr0101-125l1b冷卻水0.38095465液相2.2 125 鍍鋅管24pg0107-80l1b食品二氧化碳0.4501366氣相1180 0cr18ni925pl0109-20m1b工藝冷凝水1.650280液相0.3 20 20g 4.2 泵的選型 整個系統(tǒng)有五處需要用泵:1.原料水輸送計量泵p0101 2.原料甲醇輸送計量泵p0102 3.混合原料計量泵p01034. 吸收液用泵p0104 5. 冷卻水用泵p0105甲醇計量泵p0102選型已知條件:甲醇正常投料量為1013.479kg/h。溫度為25。密度為0.807kg/l;操作情況為泵從甲醇儲槽中吸入甲醇,

41、送入原料液儲罐,與水混合工藝所需正常的體積流量為:1013.479/0.807=1255.86l/h泵的流量q=1.051255.86=1318.65l/h工藝估算所需揚程80m,泵的揚程h=1.180=88m折合程計量泵的壓力:pgh8079.8188/1060.697mpa泵的選型:查表得,jd1600/0.8型計量泵的流量為1600l/h,壓力0.8mpa,轉(zhuǎn)速115r/min,電機功率2.2kw,滿足要求純水計量泵p0101選型已知條件:水的正常投料量為855.123kg/h。溫度為25。密度為0.997kg/l;操作情況為泵從純水儲槽中吸入水,送入原料液儲罐,與甲醇混合工藝所需正常的

42、體積流量為:855.123/0.997=857.70l/h泵的流量q=1.05857.70=900.58l/h工藝估算所需揚程80m,泵的揚程h=1.180=88m折合程計量泵的壓力:pgh9979.8188/1060.861mpa泵的選型:查表得,jd1000/1.3型計量泵的流量為1000l/h,壓力1.3mpa,轉(zhuǎn)速115r/min,電機功率2.2kw,滿足要求混合原料計量泵p0103選型已知條件:原料的正常投料量為1868.802kg/h。溫度為25。密度為0.860kg/l;操作情況為泵從原料液儲槽v0101中吸入原料,送入預(yù)熱器e0101 工藝所需正常的體積流量為:1868.802

43、/0.860=2173.03l/h泵的流量q=1.052173.03=2281.68l/h工藝估算所需揚程80m,泵的揚程h=1.180=88m折合程計量泵的壓力:pgh8609.8188/1060.742mpa泵的選型:查表得,jd2500/0.8型計量泵的流量為2500l/h,壓力0.8mpa,轉(zhuǎn)速115r/min,電機功率2.2kw,滿足要求(4). 吸收液用泵p0104已知條件:吸收液的輸送溫度25,密度760kg/m3.泵的正常流量為4200kg/h 操作情況,泵從吸收液儲槽中吸入吸收液,送入t0102中,再回解析塔解析出co2,循環(huán)使用. 確定泵的流量及揚程工藝所需的正常體積流量為

44、4200/10004.20 m3/h泵的流量取正常流量的1.05倍:q1.054.204.41 m3/h所需工藝泵的揚程估算:因水槽和冷卻器液面均為大氣壓,故估算揚程只需考慮最嚴格條件下的進出管道阻力損失和位高差,約為35m.泵的揚程取1.1倍的安全裕度:h1.13538.5 水泵選型,選用離心式水泵查表得,40w-40型水泵最佳工況點:揚程40m,流量5.4 m3/h,轉(zhuǎn)速2900r/min,電機功率為4.0kw。選用該型號泵較合適。(5).冷卻水用泵p0105已知條件:水的輸送溫度25,密度997kg/m3.泵的正常流量為95465kg/h 操作情況,泵從水槽中吸入水,送入冷凝器e0103

45、中換熱,再冷卻送回水槽,循環(huán)使用.確定泵的流量及揚程工藝所需的正常體積流量為95465/99795.75 m3/h泵的流量取正常流量的1.05倍:q1.0595.75100.54 m3/h所需工藝泵的揚程估算:因水槽和冷卻器液面均為大氣壓,故估算揚程只需考慮最嚴格條件下的進出管道阻力損失和位高差,約為35m.泵的揚程取1.1倍的安全裕度:h1.13538.5 水泵選型,選用離心式水泵查表得,is100-65-200型水泵最佳工況點:揚程47m,流量120 m3/h,轉(zhuǎn)速2900r/min,軸功率19.9kw,電機功率為22kw,效率77%。允許氣蝕余量4.8m,選用該型號泵較合適。4.3 閥門

46、選型 從工藝流程圖可以知道需用閥門的設(shè)計壓力、設(shè)計溫度和接觸的介質(zhì)特性,據(jù)此數(shù)據(jù)選擇閥門的壓力等級和型式,匯總于下表:序號所在管道編號管內(nèi)介質(zhì)設(shè)計壓力設(shè)計溫度公稱直徑閥門選型連接形式閥門型號1pg0106-80m1b氫氣1.65080法蘭閘閥:z41h-1.6c等,截止閥:j41h-1.6c2ro0101-150l1b-h導(dǎo)熱油0.3320150法蘭閘閥:z41h-1.6c、z41y-1.6c等,截止閥:j41h-1.6c等3ro0104-150l1b-h導(dǎo)熱油0.3320150法蘭4pl0101-20l1b甲醇常壓5020法蘭閘閥:z41h-1.6c、z41y-1.6c、z15w-1.0k(

47、螺紋)等,截止閥:j41h-1.6c等 止回閥:h41h-1.65pl0102-15l1b甲醇常壓5015法蘭6pl0103-32l1b原料液常壓5032法蘭、螺紋7dnw0101-20l1b脫鹽水0.35020法蘭、螺紋z15w-1.0t8pg0107-80l1b食品二氧化碳0.45080螺紋閘閥:z41h-1.6c等,截止閥:j41h-1.6c等9pl0107-32l1b吸收液0.45032法蘭、螺紋閘閥: z15w-1.0t 止回閥:h41h-1.610pl0109-20m1b工藝冷凝水1.65020法蘭z15w-1.0t4.4 管道法蘭選型 根據(jù)各管道的工作壓力、工作溫度、介質(zhì)特性和與之連接的設(shè)備、機器的接管和閥門等管件、附件的連接型式和尺寸等依據(jù)選擇法蘭,將本工藝管道的有關(guān)參數(shù)匯總于下表:序號所在管道編號管內(nèi)介質(zhì)設(shè)計壓力設(shè)計溫度公稱直徑閥門公稱壓力等級法蘭選型法蘭類型密封面型式公稱壓力等級1pg0106-80m1b氫氣1.650802.5帶頸平焊法蘭凹凸面2.52pg0101-80m1b混合