甲醇制氫生產(chǎn)裝置計算說明書 過程裝備與控制工程課程設計

1、甲醇制氫生產(chǎn)裝置計算說明書姓名：單位：控制070408目錄1. 前言2. 設計任務書3. 甲醇制氫工藝設計3.1 甲醇制氫工藝流程3.2 物料衡算3.3 熱量衡算4.機器選型及管道設計4.1 泵的選型4.2 管子選型4.3閥門選型4.4管道法蘭選型5. 強度校核計算說明書6. 反應器控制方案設計7. 技術經(jīng)濟評價、環(huán)境評價8.參考文獻附錄：1.預熱器裝配圖2.管道平面布置圖3.管道空視圖1 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

2、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；烴類水蒸氣轉化法；烴類部分氧化法；煤氣化和煤水蒸氣轉化法；氨或甲醇催化裂解法；石油煉制與石油化工過程中的各種副產(chǎn)氫；等等。其中烴類水蒸氣轉化法是世界上應用最普遍的方法，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，工藝路線復雜，流程長，投資大。隨著精細化工的行業(yè)的發(fā)展，當其氫氣用量在2003000m

3、3/h時，甲醇蒸氣轉化制氫技術表現(xiàn)出很好的技術經(jīng)濟指標，受到許多國家的重視。甲醇蒸氣轉化制氫具有以下特點：（1） 與大規(guī)模的天然氣、輕油蒸氣轉化制氫或水煤氣制氫相比，投資省，能耗低。（2） 與電解水制氫相比，單位氫氣成本較低。（3） 所用原料甲醇易得，運輸、貯存方便。（4） 可以做成組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，甲醇蒸氣轉化及變壓吸附的制氫路線是一較好的選擇。本設計采用甲醇裂解+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。2 設計任務書本次課程設

4、計是設計生產(chǎn)能力為3000m3/h甲醇制氫生產(chǎn)裝置。在設計中要經(jīng)過工藝設計計算，典型設備的工藝計算和結構設計，管道設計，單參數(shù)單回路的自動控制設計，機器選型和技術經(jīng)濟評價等各個環(huán)節(jié)的基本訓練。在設計過程中綜合應用所學的多種專業(yè)知識和專業(yè)基礎知識，同時獲得一次工程設計時間的實際訓練。課程設計的知識領域包括化工原理、過程裝備設計、過程機械、過程裝備控制技術及應用、過程裝備成套技術等課程。本課程設計是以甲醇制氫裝置為模擬設計對象，進行過程裝備成套技術的全面訓練。設計包括以下內(nèi)容和步驟：1、工藝計算。2、生產(chǎn)裝置工藝設計。3、設備設計。分組進行。4、機器選型。5、設備不知設計。6、管道布置設計。7、繪

5、制管道空視圖。8、設計一個單參數(shù)、單回路的自動控制方案。9、對該裝置進行技術經(jīng)濟評價。10、整理設計計算說明書。設計任務書一、題目：生產(chǎn)能力為3000m3/h甲醇制氫生產(chǎn)裝置二、設計參數(shù)：生產(chǎn)能為3000m3/h三、計算內(nèi)容：1、工藝計算：物料衡算和能量衡算。2、機器選型計算。3、設備布置設計計算。4、管道布置設計計算。5、技術經(jīng)濟評價計算。四、圖紙清單：1、甲醇制氫裝置物流圖2、吸收塔設備圖3、管板零件圖4、管道儀表流程圖5、設備布置圖6、管道布置圖7、管道空視圖(PL0104-15L1B)8、管道空視圖(PL0105-15L1B)3甲醇制氫工藝設計3.1 甲醇制氫工藝流程甲醇制氫的物料流程

6、如圖12。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）預熱，然后在汽化塔（T0101）汽化，在經(jīng)過換熱器(E0102)過熱到反應溫度進入轉化器(R0101)，轉化反應生成H2、CO2的以及未反應的甲醇和水蒸氣等首先與原料液換熱器(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123.2 物料衡算1、依據(jù)甲醇蒸氣

7、轉化反應方程式: CHOHCO+2H （1-1）CO+HOCO+H （1-2）CHOH分解為CO轉化率99%,反應溫度280,反應壓力1.5MPa,醇水投料比1:1.5(mol).2、投料計算量代入轉化率數(shù)據(jù),式(1-1)和式(1-2)變?yōu)?CHOH0.99CO+1.98H+0.01CHOH （1-3）CO+0.99HO0.99CO+1.99H+0.01CO （1-4）合并式(1-3),式(1-4)得到:CHOH+0.981HO0.981CO+0.961H+0.01CHOH+0.0099CO氫氣產(chǎn)量為: 3000/22.4=133.929kmol/h甲醇投料量為: 133.928/2.9601

8、32=1447.828 kg/h水投料量為: 1447.828/32*1.5*18=1221.604kg/h3、原料液儲槽(V0101)進: 甲醇 1447.828kg/h , 水 1221.609kg/h出: 甲醇1447.828 kg/h , 水 1221.604 kg/h4、換熱器 (E0101),汽化塔(T0101),過熱器(E0103)，沒有物流變化.5、轉化器 (R0101)進 : 甲醇 1447.828kg/h , 水 1221.609kg/h , 總計2669.147kg/h出 : 生成 CO1447.828/32*0.9801*44 =1951.147kg/hH1447.82

9、8/32*2.9601*2 =267.857kg/hCO 1447.828/32*0.0099*28 =12.542kg/h剩余甲醇 1447.828/32*0.01*32 =14.479kg/h剩余水 1221.604-1447.828/32*0.9801*18=423.407kg/h總計 669.423kg/h6、吸收塔和解析塔吸收塔的總壓為15MPa,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CO11.77m.此數(shù)據(jù)可以在一般化工基礎數(shù)據(jù)手冊中找到。解吸塔操作壓力為0.1MPa, CO溶解度為2.32,則此時吸收塔的吸收能力為:=9.450.4MP

10、a壓力下 =pM/RT=0.444/0.0082(273.15+25)=7.20kg/mCO體積量 V=1951.147/7.20=270.993 m/h據(jù)此,所需吸收液量為 270.993 /9.45=28.676 m/h考慮吸收塔效率以及操作彈性需要,取吸收量為 28.676m/h=86.029m/h可知系統(tǒng)壓力降至0.1MPa時,析出CO量為270.993 m/h=1951.147kg/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.8、各節(jié)點的物料量綜合上面的工藝物料衡算結果,給出物料流程圖及各節(jié)點的物料

11、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,設溫度為T,根據(jù)汽液平衡關系有0.4p+0.6p=1.5MPa初設 T=170p=2.19MPa; p=0.824MPap=1.3704Lguf=-0.8076uf=0.1557u=0.7*0.1557=0.109m/s2.3.2 塔徑

12、的計算m（優(yōu)化得n=1.12）4機器選型及管道設計4.1 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P0103 4.吸收液用泵P0104 5.冷卻水用泵P0105（1） 甲醇計量泵P0102選型已知條件：甲醇正常投料量為1230.653kg/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，送入原料液儲罐，與水混合工藝所需正常的體積流量為：1230.653/0.8071524.973L/h泵的流量Q1.051524.9731601.222L/h工藝估算所需揚程80m,泵的揚程H1.18088m折

13、合程計量泵的壓力：P=gh=8079.8188/106=0.697MPa泵的選型：查表得，JD2500/0.8型計量泵的流量為2500L/h，壓力0.8MPa，轉速115r/min，電機功率2.2KW，滿足要求（2） 純水計量泵P0101選型已知條件：水的正常投料量為1038.364kg/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體積流量為：1038.364/0.9971041.488L/h泵的流量Q1.051041.4881093.562L/h工藝估算所需揚程80m,泵的揚程H1.18088m折合程計量泵的壓力：P=gh

14、=9979.8188/106=0.861MPa泵的選型：查表得，JD1250/1型計量泵的流量為1250L/h，壓力1MPa，轉速91r/min，電機功率2.2KW，滿足要求（3） 混合原料計量泵P0103選型已知條件：原料的正常投料量為2269.017kg/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，送入預熱器E0101工藝所需正常的體積流量為：2269.017/0.8602638.392L/h泵的流量Q1.052638.3922770.311L/h工藝估算所需揚程80m,泵的揚程H1.18088m折合程計量泵的壓力：P=gh=8609.8188/

15、106=0.742MPa泵的選型：查表得，JD3200/0.8型計量泵的流量為3200L/h，壓力0.8MPa，轉速91r/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73.125m3/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73.125m3/h泵的流量取正常流量的1.05倍:Q=1.0573.125=76.781m3/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

16、阻力損失和位高差，約為35m.泵的揚程取1.1倍的安全裕度：H=1.135=38.5m水泵選型，選用離心式水泵泵的選型：查表得，選用100Y60A型離心泵，流量為90m3/h，揚程49 m，轉速2950r/min, 允許氣蝕余量4.5m,電機功率22kw,滿足要求。（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1.1610kg/h操作情況,泵從水槽中吸入水,送入冷凝器E0103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1.1610/997=116.349m3/h泵的流量取正常流量的1.05倍:Q=1.05116.3

17、49=122.166m3/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：H=1.135=38.5m水泵選型，選用離心式水泵查表得，IS125-100-200型水泵最佳工況點：揚程50m,流量200m3/h,轉速2900r/min軸功率33.6KW，電機功率為22KW，效率81。允許氣蝕余量4.5m,選用該型號較合適。4.2 管子選型(1) 材料綜合考慮設計溫度、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、導熱油對材料無特殊腐蝕性；產(chǎn)品

18、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計導熱油管道的規(guī)格和保溫結構的確定流量133619Kg/h=0.047m3/s 流速范圍0.52.0m/s 取為2.0m/s 則Di

19、 =172.336mm壁厚t0.324 mm查表選擇RO0101、RO0102、RO0103、RO0104管道規(guī)格為1803.5無縫鋼管流速校正 u= =2.00m/s保溫層計算:管道外表面溫度T0=320,環(huán)境年平均溫度Ta=20,年平均風速為2m/s,采用巖棉管殼保溫,保溫結構單位造價為750元/m3,貸款計息年數(shù)為5年,復利率為10%,熱價為10元/106kJ.設保溫層外表面溫度為30,巖棉在使用溫度下的導熱系數(shù)為0.0609W/(m.K),表面放熱系數(shù)為12W/(m2.K)保溫工程投資償還年分攤率S=0.264計算經(jīng)濟保溫層經(jīng)濟厚度 D0=180mm=0.180m =0.316解上式得

20、 D1=0.398m=398mm保溫層厚度為=0.5（D1-D0）=0.5(398-180)=109mm根據(jù)GB 50264-97 的.1節(jié)“絕熱總厚度80mm時應分層敷設”及GBJ 126-89的規(guī)定，“當采用一種絕熱制品，保溫層厚度大于100mm時，應分為兩層或多層，逐層施工，各層的厚度宜接近。”取保溫層為兩層，內(nèi)層取55mm，外層取55mm,總厚度為110mm.計算保溫后的散熱量=110.877W/m2最大允許熱損失量，查GB 50264-97附錄B:T0=300時為186W/m2,320時的最大允許熱損失量Q允186Q=110.877W/m2,滿足要求。計算保溫后表面溫度=29.24，

21、計算出來的表面溫度29.24略低于最初計算導熱系數(shù)時假設的表面溫度30,故=110mm的保溫層可以滿足工程要求.甲醇原料管道的規(guī)格流量1230.653Kg/h=0.000424m3/s 一般吸水管中流速u1 =1m/s,出水管中流速u2=1.8m/s則Di23.24mm /17.33mm壁厚0.0145 mm0.0108mm查表故選擇PL0101管道規(guī)格為271.8無縫鋼管選擇PL0102管道規(guī)格為211.8無縫鋼管流速校正 u1=0.986m/s, 合適u2=1.784m/s ，合適脫鹽水原料管道的規(guī)格流量1038.364Kg/h=0.000289m3/s 一般吸水管中流速u1 =1m/s,

22、出水管中流速u2=1.8m/s則Di=19.20mm/14.31mm壁厚0.036 mm0.027mm查表選擇DNW0101管道規(guī)格為252無縫鋼管選擇DNW0102管道規(guī)格為192無縫鋼管流速校正u1=0.835m/s, 合適u2=1.636m/s ，合適甲醇水混合后原料管道的規(guī)格流量2269.017kg/h=0.000684m3/s 一般吸水管中流速u1 =1m/s,出水管中流速u2=1.8m/s則Di=29.53mm/22.01mm壁厚0.0185 mm=0.222mm選擇PL0103管道規(guī)格為342.2無縫鋼管選擇PL0104、PL0105管道規(guī)格為272.2無縫鋼管流速校正u1=0.

23、994m/s, 合適u2=1.706m/s ，合適吸收液碳酸丙烯酯管道的規(guī)格流量73.125m3/h=0.0203 m3/s 一般吸水管中流速u1 =1m/s,出水管中流速u2=1.8m/s則Di=160.86mm/119.90mm壁厚0.302mm0.225mm選擇PL0106管道規(guī)格為1683.5無縫鋼管選擇PL0107、PL0108管道規(guī)格為1273.5無縫鋼管流速校正 u1=0.998m/s u2=1.796m/s冷卻水管道的規(guī)格流量1.1610Kg/h0.0323m3/s 一般吸水管中流速u1 =1m/s,出水管中流速u2=1.8m/s則Di=202.91mm/151.24mm壁厚0

24、.381mm0.284mm選擇CWS0101管道規(guī)格為2194.5無縫鋼管選擇CWS0102、CWR0101管道規(guī)格為1334無縫鋼管流速校正 u1=0.933m/s u2=2.533m/sPG0101、PG0102、PG0103、PG0104混合氣管道的規(guī)格流量2267.017Kg/h=0.3619m3/s 流速范圍1540m/s 取為2.0m/s 則Di =123.96mm200:壁厚t1.016mm300:壁厚t1.240mm查表選擇PG0101、PG0102、PG0103、PG0104管道規(guī)格為1334無縫鋼管流速校正 u1=29.51m/s其它管道規(guī)格尺寸選擇PG0105、PG010

25、6管道規(guī)格為1334 PG0107管道規(guī)格為953.0PG0108管道規(guī)格為482 PL0109管道規(guī)格為252.5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)結果匯總于下表：序號所在管道編號管內(nèi)介質(zhì)設計壓力設計溫度流量狀態(tài)流速公稱直徑材料1PG0107-351M1BH21.650227.678氣相7.6735120g2PG0101-133M1B甲醇54.5% 水45.5%2002267.02氣相29.513320g3PG0102-133M1B-H3002267.02氣相29.513320g4PG0103-133M1BH2 10% CO2 73% H2O 17%3002267.02

26、氣相29.513320g5PG0104-133M1B-H2002267.02氣相29.513320g6PG0105-133M1BH212% CO288%501886.152氣相1.6213320g7RO0101-180L1B-H導熱油0.3320133619液相2.018020g8RO0102-180L1B-H導熱油0.3320133619液相2.018020g9RO0103-180L1B-H導熱油0.3320133619液相2.018020g10RO0104-180L1B-H導熱油0.3320133619液相2.018020g11PL0101-27L1B甲醇常壓501230.65液相1.02

27、720g12PL0102-21L1B甲醇常壓501230.65液相1.82120g13PL0103-34L1B原料液常壓502269.02液相1.03420g14PL0104-27M1B原料液1.6502269.02液相1.72720g15PL0105-27M1B-H原料液1.62002269.02液相1.72720g16PL0106-168L1B吸收液0.45073.125m3/h液相1.016820g17PL0107-127L1B吸收液0.45073.125m3/h液相1.812720g18PL0108-127L1B吸收液0.45073.125m3/h液相1.812720g19DNW010

28、1-25L1B脫鹽水0.3501038.36液相0.82520g20DNW0102-19L1B脫鹽水0.3501038.36液相1.61920g21CWS0101-219L1B冷卻水0.3501.1610液相0.9219鍍鋅管22CWS0102-133L1B冷卻水0.3501.1610液相2.5133鍍鋅管23CWR0101-133L1B冷卻水0.3801.1610液相2.5133鍍鋅管24PG0108-48L1B食品二氧化碳0.4501658.474氣相10.2480Cr18Ni925PL0109-25M1B工藝冷凝水1.650372.204液相0.332520g4.3閥門選型從工藝流程圖可

29、以知道需用閥門的設計壓力、設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)設計壓力設計溫度公稱直徑閥門選型連接形式閥門型號1PG0106-95M1B氫氣1.65095法蘭閘閥：Z41H-1.6C等，截止閥：J41H-1.6C2RO0101-180L1B-H導熱油0.3320180法蘭閘閥：Z41H-1.6C、Z41Y-1.6C等，截止閥：J41H-1.6C等3RO0104-180L1B-H導熱油0.3320180法蘭4PL0101-27L1B甲醇常壓5027法蘭閘閥：Z41H-1.6C、Z41Y-1.6C、Z15W-1.0K（螺紋）等，截止閥：J

30、41H-1.6C等止回閥：H41H-1.65PL0102-21L1B甲醇常壓5021法蘭6PL0103-34L1B原料液常壓5034法蘭、螺紋7DNW0101-25L1B脫鹽水0.35025法蘭、螺紋Z15W-1.0T8PG0107-48L1B食品二氧化碳0.45048螺紋閘閥：Z41H-1.6C等，截止閥：J41H-1.6C等9PL0107-127L1B吸收液0.450127法蘭、螺紋閘閥： Z15W-1.0T 止回閥：H41H-1.610PL0109-25M1B工藝冷凝水1.65020法蘭Z15W-1.6才4.4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備、機器的接

31、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參數(shù)匯總于下表：序號所在管道編號管內(nèi)介質(zhì)設計壓力設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1PG0106-95M1B氫氣1.650951331.6帶頸平焊法蘭凹凸面1.62PG0101-133M1B混合氣體2003PG0102-133M1B-H3002.52.54PG0103-133M1B3005PG0104-133M1B-H2001.61.66PG0105-133M1B50657RO0101-150L1B-H導熱油0.33201808RO0102-150L1B-H導熱油0.33209RO0103

32、-150L1B-H導熱油0.332010RO0104-150L1B-H導熱油0.332011PL0101-27L1B甲醇常壓502712PL0102-21L1B甲醇常壓502113PL0103-34L1B原料液常壓503414PL0104-27M1B原料液1.6502715PL0105-27M1B原料液1.62002716PL0106-168L1B吸收液0.4501681.61.617PL0107-127L1B吸收液0.45012718PL0108-127L1B吸收液0.45012719DNW0101-25L1B脫鹽水0.350251.0突面1.020DNW0102-19L1B脫鹽水0.350

33、1921CWS0101-219L1B冷卻水0.35021922CWS0102-133L1B冷卻水0.35013323CWR0101-133L1B冷卻水0.38013324PG0107-48L1B食品二氧化碳0.450481.6凹凸面1.625PL0109-25M1B工藝冷凝水1.650251.0突面1.06反應器控制方案設計1. 被控參數(shù)選擇化學反應的控制指標主要是轉化率、產(chǎn)量、收率、主要產(chǎn)品的含量和產(chǎn)物分布等，溫度與上述這些指標關系密切，又容易測量，所以選擇溫度作為反應器控制中的被控變量以進口溫度為被控變量的單回路控制系統(tǒng)設計2. 控制參數(shù)選擇影響反應器溫度的因素主要有：甲醇水混合氣的流量、

34、導熱油的流量?；旌蠚庵苯舆M入干燥器，滯后最小，對于反應溫度的校正作用最靈敏，但混合氣的流量是生產(chǎn)負荷，是保證產(chǎn)品氫氣量的直接參數(shù)，作為控制參數(shù)工藝上不合理。所以選擇導熱油流量作為控制參數(shù)。3. 過程檢測儀表的選用根據(jù)生產(chǎn)工藝和用戶的要求，選用電動單元組合儀表（DDZ-型）測溫元件及變送器被控溫度在500以下，選用鉑熱電阻溫度計。為了提高檢測精確度，應用三線制接法，并配用DDZ-型熱電阻溫度變送器調(diào)節(jié)閥根據(jù)生產(chǎn)工藝安全原則，若溫度太高，將可能導致反應器內(nèi)溫度過高，引起設備破壞、催化劑破壞等等，所以選擇氣開形式的調(diào)節(jié)閥，正作用閥；根據(jù)過程特性與控制要求選用對數(shù)流量特形的調(diào)節(jié)閥；根據(jù)被控介質(zhì)流量選擇

35、調(diào)節(jié)閥公稱直徑和閥芯直徑的具體尺寸。Qmax=509m3/h Qmin=31.8m3/h P1=0.35Mpa P2=0.3Mpar=0.816g/m3管徑159mm P1P20.05Mpa=0.49kgf/cm3Cvmax=1.167Q=1.167=766Cvmax=1.167Q=1.167=49.4據(jù)此選擇Cv和調(diào)節(jié)閥的口徑DN調(diào)節(jié)器根據(jù)過程特性與工藝要求，選擇PID控制規(guī)律；根據(jù)構成系統(tǒng)負反饋的原則，確定調(diào)節(jié)器為反作用。4. 溫度控制系統(tǒng)流程圖及其控制系統(tǒng)方框圖溫度控制系統(tǒng)流程圖控制系統(tǒng)方框圖5. 調(diào)節(jié)器參數(shù)整定經(jīng)驗試湊：對于溫度控制系統(tǒng)，一般取2060，T1=310min，TDT1/4

36、也可用臨界比例度法或衰減曲線法進行參數(shù)整定。6如何實現(xiàn)控制過程的具體說明當干擾發(fā)生時，例如甲醇水蒸汽流量加大，繼續(xù)反應所需的熱量增加，反應器溫度降低，測量元件（鉑熱電阻溫度計）檢測到溫度值，經(jīng)變送器送給調(diào)節(jié)器和設定值比較，調(diào)節(jié)器（反作用）發(fā)出控制信號，加大調(diào)節(jié)閥的開度，調(diào)節(jié)閥正作用，導熱油流量增大，反應器溫度上升，克服干擾，達到控制目的。7技術經(jīng)濟評價、環(huán)境評價7.1甲醇制氫裝置的投資估算（1）單元設備價格估算在工藝流程和生產(chǎn)規(guī)模確定之后，經(jīng)過物料衡算和初步工藝計算，可以初步確定設備的大小和型號。本套裝置共有儲槽和分離容器4臺，分別為：甲醇液儲槽（V0101,常溫常壓）；脫鹽水（V0102，常

37、溫常壓）,原料液儲罐(V0103, 常溫常壓);氣液分離罐(V0104, T=40，P=1.5MPa)。根據(jù)裝置生產(chǎn)能力，初步估算容器的容積分別為：V1= 3m3，V2=5m3，V3=V4=8m3其中，V2，V3，V4為平底平蓋容器，計算其質(zhì)量分別為WV1=750kg，WV3=WV4=1220kg。V4為立式橢圓封頭容器，計算得WV4=1220kg該套裝置共有4臺換熱器，分別為換熱器（E0101，P=1.5MPa），過熱器（E0102，P=1.5Mpa），冷凝器（E0103，=1.5MPa），轉化器（R0101， P=1.5Mpa）。根據(jù)熱負荷初步估算個換熱器的面積分別為：FE1=9.46m2

38、，F(xiàn)E2=18.07m2,FE3=36.8m2,FR1=237.48m2。采用固定式換熱器，252.5的換熱管，計算其質(zhì)量分別為：WE1=1845kg，WE2=1249kg,WE3=1644kg，WR1=7700kg。該套裝置共有3臺塔設備，分別為氣化塔（T0101），吸收塔（T0102），解吸塔（T0103）。則T0101、T0102、T0103三個塔的質(zhì)量分別為:1385kg, 5578kg, 5578kg。材料均選碳鋼，設容器及他設備為每公斤6元，換熱器每公斤12元，則靜設備總價值為：25.10萬元。該套裝置共有8臺泵，經(jīng)詢價每臺泵1. 2萬元，因此，該套裝置總設備約為：34.70萬元。

39、（2）總投資估算用系數(shù)連乘法求總投資，各系數(shù)由表查得：k11.059，1.2528，k31.0483，k41.0277，k51.0930，k61.0803，k711.3061。已知設備費A34.70萬元，計算結果如下：設備安裝工程費率Bk1A=1.055934.70=36.7473(萬元)設備安裝費=B- A=36.7473-34.70=2.0473(萬元)管道工程C= k2B=1.252836.7473=46.04(萬元)管道工程費=C-B=46.04-36.7473=9.29(萬元)電氣工程費率D= k3C=1.048346.04=48.26(萬元)電氣工程費=D-C=48.26-46.0

40、4=2.22(萬元)儀表工程費率E= k4D=1.027748.26=49.60(萬元)儀表工程費=E-D=49.60-48.26=1.34（萬元)建筑工程費率F= k5E=1.09344.91=54.21(萬元)建筑工程費=F-E=54.21-49.60=4.61(萬元)裝置工程建設費率G= k6F=1.080354.21=58.56(萬元)費用定額規(guī)定得費用=G-F=58.56-54.21=4.35(萬元)總投資H= k7G=1.306158.56=76.49(萬元)故甲醇制氫裝置的投資估算額為77萬元7.2 總成本費用估算與分析（1）外購原材料甲醇制氫裝置的外購生產(chǎn)原材料主要是甲醇，消耗

41、量為1230.653kg/h，一年按300天計算，年總用量8860噸，每噸按照2000元計算，則外購原材料為1772萬元。（2）外購燃料 甲醇制氫裝置在加熱導熱油需燃料導熱油用量為133619kg/h，溫度由320降至170，年折合燃料費用為224萬元（3）外購動力甲醇制氫裝置的需水量為1038.364kg/h，年計7477噸，每噸按2元計，年用水費1.50萬元，泵主要是耗電能，按42.2KW計算每年7200h，則年耗電能30.4萬度，每度電按1.0元計，年電費為30.4萬元，則外購動力費總計31.90萬元（4）工資 甲醇制氫裝置定員為10人，每人工資按年薪4.5萬元計，則每年工資總額為45萬

42、元。（5）職工福利項目評價時，職工福利費可按照職工工資總額的14%提取，所以甲醇制氫裝置的職工年福利費為6.3萬元。（6）固定資產(chǎn)折舊費用雙倍余額遞減法對甲醇制氫裝置進行折舊，折舊年限為10年，則年折舊率為20%，年固定資產(chǎn)折舊金額為15.4 萬元。（7）修理費對甲醇制氫裝置按固定資產(chǎn)原值的10%計算為7.7萬元。（8）租貸費本裝置不發(fā)生租貸費（9）攤銷費用假設項目為專利技術，其專利使用費為20萬元，按10年攤銷，每年計入的總成本費用為2萬元。（10）財務費用該裝置固定資產(chǎn)投資全部使用貸款，即貸77萬元，按每年貸款利率6%計算，總貸款復息計4.62萬元 ,不計復利。 由以上幾項費用計算可見，每年原材料費、燃料費、動力費、工資福利費、折舊修理費合計約2108.92萬元，按每月周轉一次，則需資金約費176萬元，周轉資金全部使用短期貸款，按年利率6%計算，則年短期貸款利息為10.54萬元。（11）稅金根據(jù)生產(chǎn)能力，該套裝置的氫氣產(chǎn)量為227.678kg/h，年產(chǎn)量為1639.28噸，每噸售價按照0.4萬元計算，則氫氣產(chǎn)品的的年銷售入為655.71萬元，該套裝置的食品二氧化碳的產(chǎn)量為1658.474kg/h，年產(chǎn)量約為11941.06噸，每噸售價按照0.2萬元計算，則食品二氧化碳產(chǎn)品的年銷售收入為2388.212萬元。兩個