甲醇制氫工藝設(shè)計(jì)

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(duì)氫氣的純度、對(duì)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(kāi)放以來(lái)，隨著工業(yè)化的進(jìn)程，大量高精產(chǎn)品的投產(chǎn)，對(duì)高純度的需求量正逐步加大，等等對(duì)制氫工藝和裝置的效率、經(jīng)濟(jì)性、靈活性、安全都提出了更高的要求，同時(shí)也促進(jìn)了新型工藝、高效率裝置的開(kāi)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：①電解水法；②氯堿工業(yè)中電解食鹽水副產(chǎn)氫氣；③烴類水蒸氣轉(zhuǎn)化法；④烴類部分氧化法；⑤煤氣化和煤水蒸氣轉(zhuǎn)化法；⑥氨或甲醇催化裂解法；⑦石油煉制與石油化工過(guò)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(chǎng)合，工藝路線復(fù)雜，流程長(zhǎng)，投資大。隨著精細(xì)化工的行業(yè)的發(fā)展，當(dāng)其氫氣用量在200～3000m3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(yùn)輸、貯存方便?？梢宰龀山M裝式或可移動(dòng)式的裝置，操作方便，搬運(yùn)靈活。對(duì)于中小規(guī)模的用氫場(chǎng)合，在沒(méi)有工業(yè)含氫尾氣的情況下，甲醇蒸氣轉(zhuǎn)化及變壓吸附的制氫路線是一較好的選擇。本設(shè)計(jì)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(shí)在需要二氧化碳時(shí)，也可以方便的得到高純度的二氧化碳。目錄設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)………………3甲醇制氫工藝設(shè)計(jì)………42.1甲醇制氫工藝流程………………42.2物料衡算…………42.3熱量衡算…………6反應(yīng)器設(shè)計(jì)……………….93.1工藝計(jì)算…………93.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)………....13管道設(shè)計(jì)………....…自控設(shè)計(jì)………....…技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)、環(huán)境評(píng)價(jià)………結(jié)束語(yǔ)………....……致謝………....………參考文獻(xiàn)………....…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(jì)任務(wù)書(shū)2、甲醇制氫工藝設(shè)計(jì)2.1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(jìn)入原料液儲(chǔ)罐，通過(guò)計(jì)算泵進(jìn)入換熱器（E0101）預(yù)熱，然后在汽化塔（T0101）汽化，在經(jīng)過(guò)換熱器(E0102)過(guò)熱到反應(yīng)溫度進(jìn)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(jìn)入原料液儲(chǔ)罐，水冷分離后的氣體進(jìn)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(jìn)入解析塔降壓解析后循環(huán)使用，最后進(jìn)入PSA裝置進(jìn)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甲醇制氫的物料流程圖及各節(jié)點(diǎn)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:CHOH→CO↑+2H↑（1-1）CO+HO→CO↑+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1:1.5(mol).2、投料計(jì)算量代入轉(zhuǎn)化率數(shù)據(jù),式(1-3)和式(1-4)變?yōu)?CHOH→0.99CO↑+1.98H↑+0.01CHOHCO+0.99HO→0.99CO↑+1.99H+0.01CO合并式(1-5),式(1-6)得到:CHOH+0.981HO→0.981CO↑+0.961H↑+0.01CHOH+0.0099CO↑氫氣產(chǎn)量為:1200m/h=53.571kmol/h甲醇投料量為:53.571/2.9601ⅹ32=579.126kg/h水投料量為:579.126/32ⅹ1.5ⅹ18=488.638kg/h 3、原料液儲(chǔ)槽(V0101)進(jìn):甲醇579.126kg/h,水488.638kg/h出:甲醇579.126kg/h,水488.638kg/h4、換熱器(E0101),汽化塔(T0101),過(guò)熱器(E0103)沒(méi)有物流變化.5、轉(zhuǎn)化器(R0101)進(jìn):甲醇579.126kg/h,水488.638kg/h,總計(jì)1067.764kg/h出:生成CO579.126/32ⅹ0.9801ⅹ44=780.452kg/hH579.126/32ⅹ2.9601ⅹ2=107.142kg/hCO579.126/32ⅹ0.0099ⅹ28=5.017kg/h剩余甲醇579.126/32ⅹ0.01ⅹ32=5.791kg/h剩余水488.638-579.126/32ⅹ0.9801ⅹ18=169.362kg/h總計(jì)1067.764kg/h6、吸收塔和解析塔吸收塔的總壓為1．5MPa,其中CO的分壓為0.38MPa,操作溫度為常溫(25℃).此時(shí),每m吸收液可溶解CO11.77m.此數(shù)據(jù)可以在一般化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊(cè)中找到，二氯化碳在碳酸丙烯酯中的溶解度數(shù)據(jù)見(jiàn)表1一l及表1—2。解吸塔操作壓力為0.1MPa,CO溶解度為2.32,則此時(shí)吸收塔的吸收能力為:11.77-2.32=9.450.4MPa壓力下=pM/RT=0.444/[0.0082(273.15+25)]=7.20kg/mCO體積量V=780.452/7.20=108.396m/h據(jù)此,所需吸收液量為108.396/9.45=11.47m/h考慮吸收塔效率以及操作彈性需要,取吸收量為11.47m/h=34.41m/h可知系統(tǒng)壓力降至0.1MPa時(shí),析出CO量為108.396m/h=780.451kg/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(guò)程進(jìn)行計(jì)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(diǎn)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(diǎn)的物料量,見(jiàn)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(cè)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(cè)中都可以得到，這里從略。在本工藝過(guò)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+0.6p=1.5MPa初設(shè)T=170℃p=2.19MPa;p=0.824MPap=1.3704<1.5MPa再設(shè)T=175℃p=2.4MPa;p=0.93MPap=1.51MPa蒸氣壓與總壓基本一致,可以認(rèn)為操作壓力為1.5MPa時(shí),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:Q=579.1260.99/321000(-49.66)=-8.9010kJ/h此熱量由導(dǎo)熱油系統(tǒng)帶來(lái),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c=4.18680.68=2.85kJ/(kg·K),c=2.81kJ/(kg·K)取平均值c=2.83kJ/(kg·K)則導(dǎo)熱油用量w=Q/(ct)=8.9010/(2.835)=62898kg/h3、過(guò)熱器(E0102)甲醇和水的飽和蒸氣在過(guò)熱器中175℃過(guò)熱到280氣體升溫所需熱量為:Q=cmt=(1.90579.126+4.82488.638)(280-175)=3.6310kJ/h導(dǎo)熱油c=2.826kJ/(kg·K),于是其溫降為:t=Q/(cm)=3.6310/(2.82662898)=2.04℃導(dǎo)熱油出口溫度為:315-2.0=313.0℃4、汽化塔（TO101)

認(rèn)為汽化塔僅有潛熱變化。

175℃甲醇H=727.2kJ/kg水H=Q=579.126727.2+2031488.638=1.4110kJ/h以300℃導(dǎo)熱油c計(jì)算c=2.76kJ/(kg·K)t=Q/(cm)=1.4110/(2.7662898)=8.12℃則導(dǎo)熱油出口溫度t=313.0-8.1=304.9℃導(dǎo)熱油系統(tǒng)溫差為T=320-304.9=15.1℃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(cè)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)。Q=cmt=(579.1263.14+488.6384.30)(175-25)=5.8810kJ/h管程：沒(méi)有相變化，同時(shí)一般氣體在一定的溫度范圍內(nèi)，熱容變化不大，以恒定值計(jì)算，這里取各種氣體的比定壓熱容為：

c10.47kJ/(kg·K)c14.65kJ/(kg·K)c4.19kJ/(kg·K)則管程中反應(yīng)后氣體混合物的溫度變化為：t=Q/(cm)=5.8810/(10.47780.452+14.65107.142+4.19169.362)=56.3℃換熱器出口溫度為280-56.3=223.7℃6、冷凝器（EO103)

在E0103中包含兩方面的變化：①CO,CO,H的冷卻以及②CHOH,HO的冷卻和冷凝.

①CO,CO,H的冷卻Q=cmt=(10.47780.452+14.65107.142+4.195.017)(223.7-40)=1.7910kJ/h②CHOH的量很小，在此其冷凝和冷卻忽略不計(jì)。壓力為1.5MPa時(shí)水的冷凝熱為：H=2135KJ/kg,總冷凝熱 Q=Hm=2135169.362=3.6210kJ/h水顯熱變化Q=cmt=4.19169.362(223.7-40)=1.3010kJ/hQ=Q+Q+Q=2.2810kJ/h冷卻介質(zhì)為循環(huán)水，采用中溫型涼水塔，則溫差△T=10用水量w=Q/(ct)=2.2810/(4.1910)=54415kg/

3、反應(yīng)器設(shè)計(jì)計(jì)算3.1工藝計(jì)算已知甲醇制氫轉(zhuǎn)化工藝的基本反應(yīng)為：CH3OH+H2O=CO2+3H2。該反應(yīng)在管式反應(yīng)器進(jìn)行，進(jìn)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(jìn)口/(kg/h)出口/(kg/h)設(shè)計(jì)溫度/oC壓力/MPa進(jìn)出口/(kg/h)設(shè)計(jì)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(jì)算反應(yīng)物的流量對(duì)于甲醇，其摩爾質(zhì)量為_(kāi)32kg·k/mol，則其摩爾流量為：579.126對(duì)于水，其摩爾質(zhì)量為18kg·k/mol，其摩爾流量為：488.638對(duì)于氫氣，其摩爾質(zhì)量為2kg·k/mol,其摩爾流量為：107.142對(duì)于一氧化碳，其摩爾質(zhì)量為28kg·進(jìn)料氣中甲醇的摩爾分率yA為：yA=對(duì)于甲醇和水，由于溫度不太高（280oC），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pV=nRT，可分別計(jì)算出進(jìn)料氣中甲醇和水的體積流量：甲醇的體積流量VA為：VA=m3/h水的體積流量VB為：VB=m3/h 進(jìn)料氣的總質(zhì)量為：mo=55.489+83.233=1067.764kg/h（2）計(jì)算反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率進(jìn)入反應(yīng)器時(shí)甲醇的流量為579.126kg/h，出反應(yīng)器時(shí)甲醇的流量為5.791kg/h，則甲醇的轉(zhuǎn)化率xAf為：xAf=即反應(yīng)過(guò)程中消耗甲醇的物質(zhì)的量為：18.098×99%=17.917kmol/h（3）計(jì)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(guò)程中氣體的總物質(zhì)的量發(fā)生了變化，可求出膨脹因子δA。對(duì)于甲醇有：δA=（4）計(jì)算空間時(shí)間根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)，該反應(yīng)為一級(jí)反應(yīng)，反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程為：rA=kpAk=5.5×10-4eCA=CAO上式兩邊同乘以RT，則得：pA=CAORT反應(yīng)過(guò)程的空間時(shí)間τ為：τ=CAO∫=CAO∫/[kCAORT]=∫dxA將k=5.5×10-4em3/(kmol·h)，R=8314.3，T=553.15K，δA=2，yA=0.4，代入上式，可得空間時(shí)間：τ=0.0038h（5）計(jì)算所需反應(yīng)器的容積VR=τVO進(jìn)料氣的總體積流量為：VO=55.489+83.233=138.722m/h=0.0385m/s則可得所需反應(yīng)器的容積為：VR=τVO=0.0038×138.722=0.527m（6）計(jì)算管長(zhǎng)由文獻(xiàn)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(duì)氣體空塔速度的影響，取流動(dòng)速度為μ=0.2m/s，則反應(yīng)管的長(zhǎng)度為：l=τu=0.0038×3600×0.2=2.736m根據(jù)GB151推薦的換熱管長(zhǎng)度，取管長(zhǎng)l=3m。反應(yīng)器內(nèi)的實(shí)際氣速為：u==（7）計(jì)算反應(yīng)熱甲醇制氫的反應(yīng)實(shí)際為兩個(gè)反應(yīng)的疊合，即CH3OH=CO+2H2-90.8kj/molCO+H2O=CO2+H2+43.5kj/mol 反應(yīng)過(guò)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(guò)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：17.917-0.179=17.738kmol/h一氧化碳的轉(zhuǎn)化率為：xCO=則反應(yīng)過(guò)程中所需向反應(yīng)器內(nèi)供給的熱量為：Q=90.8×10×17.917-43.5×10×17.738=855.261×10kJ/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(guò)程中所需的熱量由導(dǎo)熱油供給，反應(yīng)器同時(shí)作為換熱器使用，根據(jù)GB151，320oC時(shí)鋼的導(dǎo)熱系數(shù)為λ=44.9W/（m·OC），管外油側(cè)的對(duì)流給熱系數(shù)為αo=300W/（m2·OC），管內(nèi)側(cè)的對(duì)流給熱系數(shù)為αi=80W/（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0.0002m2·OC/W和0.0008m2·總污垢系數(shù)為Rf=0.0002+0.0008=0.001m2·O根據(jù)傳熱學(xué)，反應(yīng)器的傳熱系數(shù)為：K=1/（+++Rf）由于的值接近于1，對(duì)K帶來(lái)的誤差小于1%；鋼管的傳熱很快，對(duì)K的影響也很小，故可將上式簡(jiǎn)化為：K=1/（++Rf）=W/（m2·OC）=213.84kJ/(h·m·OC)由于反應(yīng)器所需的換熱面積為：F==m（9）計(jì)算管子的內(nèi)徑反應(yīng)器需要的換熱面積為：F=nπdl反應(yīng)器內(nèi)氣體的體積流量為：VO=nu聯(lián)立上述兩式，并將l=6m，u=0.22(m/s)，F(xiàn)=99.988(m)VO=0.0385(m/s)代入，即可得所需管子的內(nèi)徑為：d=0.0210m。根據(jù)計(jì)算所得的管子內(nèi)徑，按前述換熱設(shè)備設(shè)計(jì)選擇合適的管子型號(hào)和所需的管數(shù)及布管方式。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容或項(xiàng)目符號(hào)單位計(jì)算公式或來(lái)源結(jié)果備注管

程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)換熱管材料選用碳鋼無(wú)縫鋼管Φ25×2換熱管內(nèi)徑、外徑di;dm0.021;0.025換熱管管長(zhǎng)Lm選用3m3.0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1管程進(jìn)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Φ60×1.6管程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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SmS=1.25d或按標(biāo)準(zhǔn)0.032分程隔板槽兩側(cè)中心距Sn按標(biāo)準(zhǔn)管束中心排管數(shù)nc（外加六根拉桿）21殼體內(nèi)徑DimDi=S(Nc-1)+(1~2)d0．7換熱器長(zhǎng)徑比L/DiL/Di4.28合理實(shí)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h=0.20Di0.14折流板間距Bm取B=(0.2～1)Di0.33折流板數(shù)NbNb=L/B-18殼程進(jìn)出口接管尺寸djs*Sjs合理選取Φ114×2選取3.2外殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)按照GB150-1998《鋼制壓力容器》進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算。筒體(1)筒體內(nèi)徑:7設(shè)計(jì)壓力：P=1.1=0.55MPa設(shè)計(jì)溫度取350筒體材料：16MnR焊接接頭系數(shù)Φ=0.8鋼板厚度負(fù)偏差C1=0,腐蝕裕量C2=1.0mm,厚度附加量C=C1+C2=1.0mm.筒體的計(jì)算厚度計(jì)算δ==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(qiáng)度校核有效厚度?e=?n-C1-C2=5?t==MPa<????=134MPa符合強(qiáng)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：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：7設(shè)計(jì)壓力：P=1.6MPa設(shè)計(jì)溫度取3封頭材料：16MnR焊接接頭系數(shù)Φ=1.0鋼板厚度負(fù)偏差C1=0,腐蝕裕量C2=1.0mm,厚度附加量C=C1+C2=1.0mm.封頭的計(jì)算厚度計(jì)算選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，K=1.0?==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(qiáng)度校核有效厚度?e=?n-C1-C2=7mm?t==MPa<????=144MPa符合強(qiáng)度要求。根據(jù)筒徑選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭直邊高：25曲邊高：200壁厚：67、換熱管（GB151-1999）管子材料：16MnR根據(jù)上節(jié)中計(jì)算的管子內(nèi)徑選用尺寸：φ25×2管長(zhǎng)：3000根數(shù)：345實(shí)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(zhǎng)徑比：4.288、管程數(shù)據(jù)管程數(shù)：1管程氣體流速：1m/s進(jìn)出口接管尺寸：φ60×1.6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(jìn)出口接管尺寸：φ114×2接管材料：16Mn法蘭類型：板式平焊法蘭（HG20593-97）法蘭材料：16MnRDN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：?jiǎn)喂瓮庵睆剑?95.5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(yàn)算由于該吸收塔相對(duì)結(jié)構(gòu)較小，故選用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的耳式支座。根據(jù)JB/T4732－92選用支座：JB/T4732－92，耳座A3，其允許載荷[Q]=30Kn,適用公徑DN700～1400，支座處許用彎矩[M]=8.35kN*m。支座材料Q235－A*F。支座承受的實(shí)際載荷計(jì)算水平地震載荷為：p＝為地震系數(shù)，地震設(shè)計(jì)烈度為7時(shí)，＝0.24為設(shè)備總質(zhì)量經(jīng)計(jì)算該反應(yīng)器的＝1119kg水平地震載荷為：p＝＝0.24×1119×9.8＝2631.99N水平風(fēng)載荷為：p＝1.2×1.0×550×3400×1500＝3366N偏心載荷G＝0N偏心距S＝0mm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(jiàn)參考資料。水平力取p與p兩者的大值，即P＝Pe+0.25pw=2631.99+0.25*3366=3473.5N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(shí)際載荷為Q：Q＝×10＝11.3KN<＝30KN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(jì)算M＝因此，開(kāi)始選用的2A3支座滿足要求。形式：A3型高度：200底板：L1:125b1:80δ1：8s1:40筋板：L2:100b2:100δ2：5墊板：L3：20b3:160δ3：6e: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：50外徑：8603.3SW6校核內(nèi)筒體內(nèi)壓計(jì)算計(jì)算單位南京工業(yè)大學(xué)過(guò)程裝備與控制工程系計(jì)算條件筒體簡(jiǎn)圖計(jì)算壓力Pc0.55MPa設(shè)計(jì)溫度t350.00?C內(nèi)徑Di700.00mm材料16MnR(正火)(板材)試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力???170.00MPa設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力???t134.00MPa試驗(yàn)溫度下屈服點(diǎn)?s345.00MPa鋼板負(fù)偏差C10.00mm腐蝕裕量C21.00mm焊接接頭系數(shù)?0.80厚度及重量計(jì)算計(jì)算厚度?==1.80mm有效厚度?e=?n-C1-C2=5.00mm名義厚度?n=6.00mm重量355.17Kg壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核壓力試驗(yàn)類型液壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力值PT=1.25P=0.8700(或由用戶輸入)MPa壓力試驗(yàn)允許通過(guò)的應(yīng)力水平???T???T?0.90?s=310.50MPa試驗(yàn)壓力下圓筒的應(yīng)力?T==76.67MPa校核條件?T????T校核結(jié)果合格壓力及應(yīng)力計(jì)算最大允許工作壓力[Pw]==1.52057MPa設(shè)計(jì)溫度下計(jì)算應(yīng)力?t==38.78MPa???t?107.20MPa校核條件???t?≥?t結(jié)論合格內(nèi)壓橢圓封頭校核計(jì)算單位南京工業(yè)大學(xué)過(guò)程裝備與控制工程系計(jì)算條件橢圓封頭簡(jiǎn)圖計(jì)算壓力Pc0.55MPa設(shè)計(jì)溫度t350.00?C內(nèi)徑Di700.00mm曲面高度hi175.00mm材料16MnR(熱軋)(板材)試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力???170.00MPa設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力???t134.00MPa鋼板負(fù)偏差C10.00mm腐蝕裕量C21.00mm焊接接頭系數(shù)?0.80厚度及重量計(jì)算形狀系數(shù)K==1.0000計(jì)算厚度?==1.80mm有效厚度?e=?n-C1-C2=5.00mm最小厚度?min=1.05mm名義厚度?n=6.00mm結(jié)論滿足最小厚度要求重量27.30Kg壓力計(jì)算最大允許工作壓力[Pw]==1.52598MPa結(jié)論合格延長(zhǎng)部分兼作法蘭固定式管板設(shè)計(jì)單位南京工業(yè)大學(xué)過(guò)程裝備與控制工程系設(shè)計(jì)計(jì)算條件簡(jiǎn)圖設(shè)計(jì)壓力ps0.55MPa設(shè)計(jì)溫度Ts350平均金屬溫度ts314裝配溫度to15殼材料名稱16MnR(正火)設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力[?]t134Mpa程平均金屬溫度下彈性模量Es1.84e+05Mpa平均金屬溫度下熱膨脹系數(shù)?s1.3e-05mm/mm圓殼程圓筒內(nèi)徑Di700mm?s6mm?se4.25mm筒殼體法蘭設(shè)計(jì)溫度下彈性模量Ef’1.79e+05MPa殼程圓筒內(nèi)直徑橫截面積A=0.25?Di23.848e+05mm2殼程圓筒金屬橫截面積As=??s(Di+?s)9403mm2管設(shè)計(jì)壓力pt1.6MPa箱設(shè)計(jì)溫度Tt300圓材料名稱筒設(shè)計(jì)溫度下彈性模量Eh1.846e+05MPa管箱圓筒厚度(管箱為高頸法蘭取法蘭頸部大小端平均值)?h16mm管箱圓筒厚度?he4mm管箱法蘭設(shè)計(jì)溫度下彈性模量Et”1.86e+05MPa材料名稱20G(正火)換管子平均溫度tt230設(shè)計(jì)溫度下管子材料許用應(yīng)力[?]tt92MPa設(shè)計(jì)溫度下管子材料屈服應(yīng)力?st147MPa熱設(shè)計(jì)溫度下管子材料彈性模量Ett1.73e+05MPa平均金屬溫度下管子材料彈性模量Et1.842e+05MPa平均金屬溫度下管子材料熱膨脹系數(shù)?t1.244e-05mm/mm管管子外徑d25mm管子壁厚?t2mm注：管子根數(shù)n351換熱管中心距S32mm換一根管子金屬橫截面積144.5mm2換熱管長(zhǎng)度L3000mm管子有效長(zhǎng)度(兩管板內(nèi)側(cè)間距)L12900mm管束模數(shù)Kt=Etna/LDi3790MPa管子回轉(zhuǎn)半徑8.162mm熱管子受壓失穩(wěn)當(dāng)量長(zhǎng)度lcr10mm系數(shù)Cr=152.4比值lcr/i1.225管子穩(wěn)定許用壓應(yīng)力()MPa管管子穩(wěn)定許用壓應(yīng)力()73.2MPa材料名稱16MnR(正火)設(shè)計(jì)溫度tp350管設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力116MPa設(shè)計(jì)溫度下彈性模量Ep1.79e+05MPa管板腐蝕裕量C22mm管板輸入厚度?n50mm管板計(jì)算厚度?48mm隔板槽面積(包括拉桿和假管區(qū)面積)Ad0mm2板管板強(qiáng)度削弱系數(shù)?0.4管板剛度削弱系數(shù)?0.4管子加強(qiáng)系數(shù)K=4.11管板和管子連接型式焊接管板和管子脹接(焊接)高度l3.5mm脹接許用拉脫應(yīng)力[q]MPa焊接許用拉脫應(yīng)力[q]46MPa管材料名稱16MnR(正火)管箱法蘭厚度46mm法蘭外徑860mm箱基本法蘭力矩7.515e+07N?mm管程壓力操作工況下法蘭力3.266e+07N?mm法蘭寬度80mm法比值0.005714比值0.06571系數(shù)(按?h/Di,?/Di,查<<GB151-1999>>圖25)0.00蘭系數(shù)?”(按?h/Di,?/Di,查<<GB151-1999>>圖26)0.000151旋轉(zhuǎn)剛度9.542MPa材料名稱16MnR(正火)殼殼體法蘭厚度44mm法蘭外徑860mm體法蘭寬度80mm比值0.006071法比值0.06286系數(shù),按?h/Di,?/Di,查<<GB151-1999>>圖250.00蘭系數(shù),按?h/Di,?/Di,查<<GB151-1999>>圖260.0001626旋轉(zhuǎn)剛度8.573MPa法蘭外徑與內(nèi)徑之比1.229殼體法蘭應(yīng)力系數(shù)Y(按K查<<GB150－1998>>表9-5)9.55旋轉(zhuǎn)剛度無(wú)量綱參數(shù)0.001777膨脹節(jié)總體軸向剛度0N/mm管板第一彎矩系數(shù)(按,查<<GB151-1999>>圖27)0.1075系系數(shù)14.73系數(shù)(按查<<GB151－98>>圖29)2.952換熱管束與不帶膨脹節(jié)殼體剛度之比4.445數(shù)換熱管束與帶膨脹節(jié)殼體剛度之比管板第二彎矩系數(shù)(按K,Q或查<<GB151-1999>>圖28(a)或(b))3.591系數(shù)（帶膨脹節(jié)時(shí)代替Q）0.001768計(jì)系數(shù)(按K,Q或Qex查圖30)0.01187法蘭力矩折減系數(shù)0.1302管板邊緣力矩變化系數(shù)0.9722算法蘭力矩變化系數(shù)0.8734管管板開(kāi)孔后面積Al=A-0.25n?d22.43e+05mm2板參管板布管區(qū)面積(三角形布管)(正方形布管)2.563e+05mm2數(shù)管板布管區(qū)當(dāng)量直徑571.2mm系數(shù)0.6314系系數(shù)0.1719數(shù)系數(shù)5.575計(jì)系數(shù)(帶膨脹節(jié)時(shí)代替Q)8.46算管板布管區(qū)當(dāng)量直徑與殼體內(nèi)徑之比0.8161管板周邊不布管區(qū)無(wú)量綱寬度k=K(1-?t)0.756

僅有殼程壓力僅有殼程壓力Ps作用下的危險(xiǎn)組合工況(Pt=0)不計(jì)溫差應(yīng)力計(jì)溫差應(yīng)力換熱管與殼程圓筒熱膨脹變形差=(t-t)-(t-t)0.0-0.001212當(dāng)量壓力組合0.550.55MPa有效壓力組合3.066-35.3MPa基本法蘭力矩系數(shù)0.1441-0.01252管板邊緣力矩系數(shù)0.1458-0.0108管板邊緣剪力系數(shù)2.147-0.159管板總彎矩系數(shù)2.484-0.5511系數(shù)僅用于時(shí)0.72540.1609系數(shù)當(dāng)時(shí),按K和m查圖31(a)實(shí)線當(dāng)時(shí),按K和m查圖31（b）1.3820.7278系數(shù)>0,=,<0,=1.3820.7278管板徑向應(yīng)力系數(shù)帶膨脹節(jié)Q為Q=0.14690.02068管板布管區(qū)周邊處徑向應(yīng)力系數(shù)=0.1929-0.01143管板布管區(qū)周邊處剪切應(yīng)力系數(shù)=0.10640.02842殼體法蘭力矩系數(shù)0.01721-0.003174計(jì)算值許用值計(jì)算值許用值管板徑向應(yīng)力151.31.5174245.13348MPa管板布管區(qū)周邊處徑向應(yīng)力113.71.5174183.33348MPa管板布管區(qū)周邊剪切應(yīng)力6.1260.558-18.851.5174MPa殼體法蘭應(yīng)力63.261.5174134.33348MPa換熱管軸向應(yīng)力19.19273.2104.8327673.2MPa殼程圓筒軸向應(yīng)力33.71107.2-103.7321.6MPa換熱管與管板連接拉脫應(yīng)力q=10.04[q]4655.083[q]焊接[q]脹接138MPa僅有管程壓力Pt作用下的危險(xiǎn)組合工況(Ps=0)不計(jì)溫差應(yīng)力計(jì)溫差應(yīng)力換熱管與殼程圓筒熱膨脹變形差=(t-t)-(t-t)0.0-0.001212當(dāng)量壓力組合-1.875-1.875MPa有效壓力組合-13.54-51.9MPa操作情況下法蘭力矩系數(shù)-0.01419-0.0037管板邊緣力矩系數(shù)-0.01419-0.0037管板邊緣剪力系數(shù)-0.2089-0.05448管板總彎矩系數(shù)-0.8125-0.09322系數(shù)僅用于時(shí)0.23720.02722系數(shù)當(dāng)時(shí),按K和m查圖31（a）實(shí)線當(dāng)時(shí),按K和m查31（b)0.89920.4274系數(shù)>0,=;<0,=0.89920.4274管板徑向應(yīng)力系數(shù)帶膨脹節(jié)Q為Q=0.024040.01366管板布管區(qū)周邊處徑向應(yīng)力系數(shù)=-0.01586-0.002174管板布管區(qū)周邊處剪切應(yīng)力系數(shù)=0.026740.03195殼體法蘭力矩系數(shù)-0.003615-0.00225計(jì)算值許用值計(jì)算值許用值管板徑向應(yīng)力109.21.51742383348MPa管板布管區(qū)周邊處徑向應(yīng)力82.671.5174170.13348MPa管板布管區(qū)周邊剪切應(yīng)力-6.7980.558-31.161.5174MPa殼體法蘭應(yīng)力58.651.51741403348MPa換熱管軸向應(yīng)力30.49273.2119.5327673.2MPa程圓筒軸向應(yīng)力28.08107.2-105.9321.6MPa換熱管與管板連接拉脫應(yīng)力q=15.98[q]4662.813[q]焊接[q]脹接138MPa計(jì)算結(jié)果管板名義厚度50mm管板校核通過(guò)窄面整體(或帶頸松式)法蘭計(jì)算計(jì)算單位南京工業(yè)大學(xué)過(guò)程裝備與控制工程系設(shè)計(jì)條件簡(jiǎn)圖設(shè)計(jì)壓力p0.550MPa計(jì)算壓力pc0.550MPa設(shè)計(jì)溫度t350.0?C軸向外載荷F0.0N外力矩M0.0N.mm殼材料名稱16MnR(正火)體許用應(yīng)力134.0MPa法材料名稱16MnR(熱軋)許用[?]f157.0MPa蘭應(yīng)力[?]116.0MPa材料名稱40MnVB螺許用[?]b228.0MPa應(yīng)力[?]170.0MPa栓公稱直徑24.0mm螺栓根徑d120.8mm數(shù)量n24個(gè)Di700.0Do860.0墊結(jié)構(gòu)尺寸Db815.0D外765.0D內(nèi)715.0δ016.0mmLe22.5LA31.5h10.0δ126.0材料類型軟墊片N25.0m2.00y(MPa)11.0壓緊面形狀1a,1bb8.94DG747.1片b0≤6.4mmb=b0b0≤6.4mmDG=(D外+D內(nèi))/2b0>6.4mmb=2.53b0>6.4mmDG=D外-2b螺栓受力計(jì)算預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷WaWa=πbDGy=230941.7N操作狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷WpWp=Fp+F=287301.9N所需螺栓總截面積AmAm=max(Ap,Aa)=1690.0mm2實(shí)際使用螺栓總截面積AbAb==8117.5mm2力矩計(jì)算操FD=0.785pc=211557.5NLD=LA+0.5δ1=44.5mmMD=FDLD=9414309.0N.mm作FG=Fp=46165.0NLG=0.5(Db-DG)=33.9mmMG=FGLG=1567064.6N.mmMpFT=F-FD=29434.0NLT=0.5(LA+?1+LG)=45.7mmMT=FTLT=1345794.2N.mm外壓:Mp=FD(LD-LG)+FT(LT-LG);內(nèi)壓:Mp=MD+MG+MTMp=N.mm預(yù)緊MaW=1118052.9NLG=33.9mmMa=WN.mm計(jì)算力矩Mo=Mp與Ma[?]ft/[?]f中大者M(jìn)o=N.mm螺栓間距校核實(shí)際間距=106.7mm最小間距56.0(查GB150-98表9-3)mm最大間距158.4mm形狀常數(shù)確定105.83h/ho=0.1K=Do/DI=1.2291.6由K查表9-5得T=1.827Z=4.926Y=9.550U=10.495整體法蘭查圖9-3和圖9-4FI=0.90449VI=0.466040.00855松式法蘭查圖9-5和圖9-6FL=0.00000VL=0.000000.00000查圖9-7由?1/?o得f=2.19408整體法蘭=610087.1松式法蘭=0.00.2ψ=δfe+1=1.39?=?/T=0.761.52=0.92剪應(yīng)力校核計(jì)算值許用值結(jié)論預(yù)緊狀態(tài)8.93MPa校核合格操作狀態(tài)2.29MPa校核合格輸入法蘭厚度δf=46.0mm時(shí),應(yīng)力性質(zhì)計(jì)算值許用值結(jié)論軸向應(yīng)力141.03MPa=174.0或=335.0()校核合格徑向應(yīng)力31.30MPa=116.0校核合格切向應(yīng)力26.61MPa=116.0校核合格綜合應(yīng)力=86.16MPa=116.0校核合格法蘭校核結(jié)果校核合格開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算計(jì)算單位南京工業(yè)大學(xué)過(guò)程裝備與控制工程系接管:C,φ114×2設(shè)計(jì)條件簡(jiǎn)圖計(jì)算壓力pc0.55MPa設(shè)計(jì)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(kāi)孔處焊接接頭系數(shù)φ0.8殼體內(nèi)直徑Di700mm殼體開(kāi)孔處名義厚度δn6mm殼體厚度負(fù)偏差C10mm殼體腐蝕裕量C21mm殼體材料許用應(yīng)力[σ]t134MPa接管實(shí)際外伸長(zhǎng)度200mm接管實(shí)際內(nèi)伸長(zhǎng)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(bǔ)強(qiáng)圈材料名稱凸形封頭開(kāi)孔中心至封頭軸線的距離mm補(bǔ)強(qiáng)圈外徑mm補(bǔ)強(qiáng)圈厚度mm接管厚度負(fù)偏差C1t0.312mm補(bǔ)強(qiáng)圈厚度負(fù)偏差C1rmm接管材料許用應(yīng)力[σ]t92MPa補(bǔ)強(qiáng)圈許用應(yīng)力[σ]tMPa開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算殼體計(jì)算厚度δ1.8mm接管計(jì)算厚度δt0.33mm補(bǔ)強(qiáng)圈強(qiáng)度削弱系數(shù)frr0接管材料強(qiáng)度削弱系數(shù)fr0.687開(kāi)孔直徑d112.6mm補(bǔ)強(qiáng)區(qū)有效寬度B225.2mm接管有效外伸長(zhǎng)度h115.01mm接管有效內(nèi)伸長(zhǎng)度h20mm開(kāi)孔削弱所需的補(bǔ)強(qiáng)面積A202.8mm2殼體多余金屬面積A1360.4mm2接管多余金屬面積A27.372mm2補(bǔ)強(qiáng)區(qū)內(nèi)的焊縫面積A336mm2A1+A2+A3=403.7mm2補(bǔ)強(qiáng)圈面積A4mm2A-(A1+A2+A3)mm2結(jié)論:補(bǔ)強(qiáng)滿足要求,不需另加補(bǔ)強(qiáng)。4、管道設(shè)計(jì)4.1管子選型(1)材料——綜合考慮設(shè)計(jì)溫度、壓力以及腐蝕性（包括氫腐蝕），本裝置主管道選擇20g無(wú)縫鋼管，理由如下：①腐蝕性——本生產(chǎn)裝置原料甲醇、導(dǎo)熱油對(duì)材料無(wú)特殊腐蝕性；產(chǎn)品氫氣對(duì)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(guò)1.4MPa時(shí)，不管溫度有多高，都不會(huì)發(fā)生嚴(yán)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(guò)220②溫度——20g無(wú)縫鋼管的最高工作溫度可達(dá)475℃③經(jīng)濟(jì)性——20g無(wú)縫鋼管屬于碳鋼管，投資成本和運(yùn)行維護(hù)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(jì)①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0.5～2.0m/s取為2.0m/s則 Di＝＝133.5mm壁厚t＝＝＝0.267mmSch.x=1000×=1000×=3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φ159×4.5無(wú)縫鋼管流速校正u==1.584m/s保溫層計(jì)算:管道外表面溫度T0=320,環(huán)境年平均溫度Ta=20℃,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(jià)為750元/m3,貸款計(jì)息年數(shù)為5年,復(fù)利率為10%,熱價(jià)為10元/106設(shè)保溫層外表面溫度為30℃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?jǐn)偮蔛==0.264計(jì)算經(jīng)濟(jì)保溫層經(jīng)濟(jì)厚度=0.316查表得保溫層厚度δ=107mm.計(jì)算保溫后的散熱量=131.244W/m計(jì)算保溫后表面溫度==29.4℃計(jì)算出來(lái)的表面溫度29.4℃略低于最初計(jì)算導(dǎo)熱系數(shù)是假設(shè)的表面溫度30℃,故δ=②甲醇原料管道的規(guī)格流量＝1013.479Kg/h＝0.00036m3/s一般吸水管中流速u1=1m/s,出水管中流速u2=1.8m/s則 Di＝＝21.4mm/15.96mm故選擇PL0101管道規(guī)格為φ25×2無(wú)縫鋼管選擇PL0102管道規(guī)格為φ20×2無(wú)縫鋼管流速校正u1==1.04m/s,合適u2==1.79m/s③脫鹽水原料管道的規(guī)格流量＝855.123Kg/h＝0.00024m3/s計(jì)算過(guò)程同上選擇DNW0101管道規(guī)格為φ22×2無(wú)縫鋼管選擇DNW0102管道規(guī)格為φ18×2無(wú)縫鋼管流速校正u1==0.943m/su2==1.56m/s④甲醇水混合后原料管道的規(guī)格流量＝1868.802Kg/h＝0.00060m3/s計(jì)算過(guò)程同上選擇PL0103管道規(guī)格為φ32×2無(wú)縫鋼管選擇PL0104、PL0105管道規(guī)格為φ25×2無(wú)縫鋼管流速校正u1==0.974m/su2==1.732m/s⑤吸收液碳酸丙烯酯管道的規(guī)格流量＝42000Kg/h＝0.0012m3/s計(jì)算過(guò)程同上選擇PL0106管道規(guī)格為φ48×4無(wú)縫鋼管選擇PL0107、PL0108管道規(guī)格為φ38×3無(wú)縫鋼管流速校正u1==0.962m/su2==1.39m/s⑥冷卻水管道的規(guī)格流量＝95465Kg/h＝0.027m3/s計(jì)算過(guò)程同上選擇CWS0101管道規(guī)格為φ159×4.5無(wú)縫鋼管選擇CWS0102、CWR0101管道規(guī)格為φ133×4無(wú)縫鋼管流速校正u1==1.5m/su2==2.2m/s⑦PG0101、PG0102、PG0103、PG0104混合氣管道的規(guī)格流量＝1868.802Kg/h＝0.043m3/s計(jì)算過(guò)程同上200℃:壁厚t＝＝＝0.656mm300℃:壁厚t＝＝＝0.8mm選擇PG0101、PG0102、PG0103、PG0104管道規(guī)格為φ89×4.5無(wú)縫鋼管流速校正u1==8.55m/s⑧其它管道規(guī)格尺寸選擇PG0105管道規(guī)格為φ73×4PG0106管道規(guī)格為φ89×4.5PG0107管道規(guī)格為φ89×4.5PL0109管道規(guī)格為φ32×4類似以上管道規(guī)格的計(jì)算過(guò)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(hào)所在管道編號(hào)管內(nèi)介質(zhì)設(shè)計(jì)壓力設(shè)計(jì)溫度流量狀態(tài)流速公稱直徑材料1PG0106-80M1B氫氣1.650187.5氣相8.28020g2PG0101-80M1B甲醇54.5%水45.5%2001869氣相8.68020g3PG0102-80M1B-H3001869氣相8.68020g4PG0103-80M1BH210%CO273%H2O17%3001869氣相8.68020g5PG0104-80M2001869氣相8.68020g6PG0105-65M1BH212%CO288%501553氣相5.46520g7RO0101-150L1B-H導(dǎo)熱油0.6320110035液相1.615020g8RO0102-150L1B-H導(dǎo)熱油0.6320110035液相1.615020g9RO0103-150L1B-H導(dǎo)熱油0.6320110035液相1.615020g10RO0104-150L1B-H導(dǎo)熱油0.6320110035液相1.615020g11PL0101-20甲醇常壓501013.5液相1.02020g12PL0102-15甲醇常壓501013.5液相1.81520g13PL0103-32原料液常壓501869液相1.03220g14PL0104-20M原料液1.6501869液相1.72020g15PL0105-20M原料液1.62001869液相1.72020g16PL0106-40吸收液0.4504200液相1.04020g17PL0107-32吸收液0.4504200液相1.43220g18PL0108-32吸收液0.45042000液相1.43220g19DNW0101-20L1B脫鹽水0.350855液相0.92020g20DNW0102-15脫鹽水0.350855液相1.61520g21CWS0101-150冷卻水0.35095465液相1.5150鍍鋅管22CWS0102-125冷卻水0.35095465液相2.2125鍍鋅管23CWR0101-125冷卻水0.38095465液相2.2125鍍鋅管24PG0107-80L1B食品二氧化碳0.4501366氣相11800Cr18Ni925PL0109-20M1B工藝?yán)淠?.650280液相0.32020g4.2泵的選型整個(gè)系統(tǒng)有五處需要用泵:1.原料水輸送計(jì)量泵P01012.原料甲醇輸送計(jì)量泵P01023.混合原料計(jì)量泵P01034.吸收液用泵P01045.冷卻水用泵P0105甲醇計(jì)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＝1.05×1255.86＝1318.65L/h工藝估算所需揚(yáng)程80m,泵的揚(yáng)程H＝1.1×80＝88m折合程計(jì)量泵的壓力：P=gh=807×9.81×88/106=0.697MPa泵的選型：查表得，JD1600/0.8型計(jì)量泵的流量為1600L/h，壓力0.8MPa，轉(zhuǎn)速115r/min，電機(jī)功率2.2KW，滿足要求純水計(jì)量泵P0101選型已知條件：水的正常投料量為855.123kg/h。溫度為25℃。密度為工藝所需正常的體積流量為：855.123/0.997＝857.70L/h泵的流量Q＝1.05×857.70＝900.58L/h工藝估算所需揚(yáng)程80m,泵的揚(yáng)程H＝1.1×80＝88m折合程計(jì)量泵的壓力：P=gh=997×9.81×88/106=0.861MPa泵的選型：查表得，JD1000/1.3型計(jì)量泵的流量為1000L/h，壓力1.3MPa，轉(zhuǎn)速115r/min，電機(jī)功率2.2KW，滿足要求混合原料計(jì)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℃。密度為工藝所需正常的體積流量為：1868.802/0.860＝2173.03L/h泵的流量Q＝1.05×2173.03＝2281.68L/h工藝估算所需揚(yáng)程80m,泵的揚(yáng)程H＝1.1×80＝88m折合程計(jì)量泵的壓力：P=gh=860×9.81×88/106=0.742MPa泵的選型：查表得，JD2500/0.8型計(jì)量泵的流量為2500L/h，壓力0.8MPa，轉(zhuǎn)速115r/min，電機(jī)功率2.2KW，滿足要求（4）.吸收液用泵P0104已知條件:①吸收液的輸送溫度25℃,密度760Kg/m3②操作情況,泵從吸收液儲(chǔ)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(yáng)程工藝所需的正常體積流量為4200/1000=4.20m3/h泵的流量取正常流量的1.05倍:Q=1.05×4.20=4.41m3/h所需工藝泵的揚(yáng)程估算:因水槽和冷卻器液面均為大氣壓,故估算揚(yáng)程只需考慮最嚴(yán)格條件下的進(jìn)出管道阻力損失和位高差，約為35m.泵的揚(yáng)程取1.1倍的安全裕度：H=1.1×35=38.5水泵選型，選用離心式水泵查表得，40W－40型水泵最佳工況點(diǎn)：揚(yáng)程40m,流量5.4m3/h,轉(zhuǎn)速2900r/min，電機(jī)功率為4.0KW。選用該型號(hào)泵較合適。（5）.冷卻水用泵P0105已知條件:①水的輸送溫度25℃,密度997Kg/m3.泵的正常流量為②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(yáng)程工藝所需的正常體積流量為95465/997=95.75泵的流量取正常流量的1.05倍:Q=1.05×95.75=100.54所需工藝泵的揚(yáng)程估算:因水槽和冷卻器液面均為大氣壓,故估算揚(yáng)程只需考慮最嚴(yán)格條件下的進(jìn)出管道阻力損失和位高差，約為35m.泵的揚(yáng)程取1.1倍的安全裕度：H=1.1×35=38.5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(diǎn)：揚(yáng)程47m,流量120m34.3閥門選型從工藝流程圖可以知道需用閥門的設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)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(jí)和型式，匯總于下表：序號(hào)所在管道編號(hào)管內(nèi)介質(zhì)設(shè)計(jì)壓力設(shè)計(jì)溫度公稱直徑閥門選型連接形式閥門型號(hào)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（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9PL0107-32吸收液0.45032法蘭、螺紋閘閥：Z15W-1.0T止回閥：H41H-1.610PL0109-20M1B工藝?yán)淠?.650