甲醇制氫生產裝置汽化塔設計方案

甲醇制氫生產裝置汽化塔設計方案1.1填料段填料段工藝計算物流名稱管程殼程/(kg/h)進/(kg/h)出/(kg/h)設計溫度/C壓力/MPa進出/(kg/h)設計溫度/OC壓力/MPa甲醇1689.13216.892801.5水1425.205493.976二氧化碳谷2276.338一氧化碳11.632氫氣312.5導熱油903200.5已知進入汽化器的混合液體質量流量為3111.337kg/h操作壓力為1?5Mpa，液體的入溫度為175C。氣體的質量流量也為3111.336kg/h壓力為1.5Mpa，溫度為175°C。填料塔段塔徑的計算：按汽液傳質經驗公式計算混合氣體的密度=16.05kg/m3混合液體的密度i=729.85kg/m3混合氣體的質量流量m=3111.337<g/h混合液體的質量流量ml=3111.337kg/h。則土（_）05=3114.337（冬）05=0.1483m3114.337729.85vl選用金屬鮑爾環(huán)散堆填料DN25,查?？颂赝ㄓ藐P聯圖，其縱坐標為0.11.即U2己=0.14Fgl式中160m11.i=0.047mPa*S由此可得泛點氣速uFu=f^g^=：0.149.81729：85=0.7685F］：0.2\'1601.16.050.0470.2取空塔氣速為泛點氣速的70%,得空塔氣速uu=0.7u=0.7*0.7940=0.5380m/s由此可得填料塔的塔徑DmMsss2^=0357圓整至D=0.4m。填料段結構設計由于該填料段的總高在10m以下，因此在設計中按照GB150-1998《鋼制壓力容器》進行結構設計計算。設計壓力P=1.1*1.5=1.65Mpa.\設計溫度取最高工作溫度即40C設備材料為16MnR焊接接頭系數0.85(雙面對接焊，局部無損探傷)鋼板厚度負偏差C=0.5mm,腐蝕余量C=1.0mm,厚度附加量C=C+C=1.5mmo筒體體的計算厚度計算pcD；=L65°.4=2.30mm2[]tp21700.851.65c考慮厚度附加余量并圓整至鋼板厚度系列，取材料名義厚度=8mm?？紤]到與換熱器的連接，最終取名義厚度為=8mm。封頭厚度計算選用標準橢圓形封頭，其厚度為：=叩；=1.650.3=1.72mm2[]t0.5*p21700.850.51.65c考慮厚度附加余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，=8mm。筒體與封頭的連接采用螺拴法蘭聯接由于塔徑較小，不宜設置人孔和手孔，況且操作壓力較高，故采用螺拴法蘭聯接筒體和封頭，以便于填料的安裝。填料高度取10mm，故筒節(jié)長度取為13mm。填料支承裝置選用工業(yè)上最常采用的柵板支承填料。采用整體式柵板，柵板安放在角鋼組成的支承圈上。柵板扁鋼截面為10mmx6mm,扁鋼之間的間距為18mm.柵板強度計算采用按承受均布載荷的兩端簡支粱進行，略去填料對塔壁的摩擦阻力，作用在柵條上的總載荷為：P=p+L其中填料重量重力p=9.8HLtp=9?8xL0x0?6X0.018x380=42.219N填料層持液量L=3.43HLt!x10-4=3.43x1.0x0.6x0.018x860x10-4=3.19x10-3N考慮柵條上載荷的不均勻性及安全系數，梁上彎矩為:M=(PLPp)L=(42.2190.319)0.6=1.N/m66柵條上的應力為：f=(sC)h6MC)hC)=64.=62.5(0.60.1)0.010.1)0.010.1)5MPa式中s柵條截面高度，mh柵條截面寬度，mC柵條材料腐蝕余量，m。＜［。］t=153MPa,因此，所用柵條符合強度要求.(7)液體分布裝置采用蓮蓬頭布液器，噴淋點數為每45cm2塔截面設一個噴淋點，噴淋點數為30.蓮蓬頭的安裝高度為1mm.換熱器段工藝計算(1)明確設計任務按給定的工藝設計條件，此設計為有相變冷熱流體間換熱的管殼式換熱器設計計算任務。⑵總體設計①確定結構形式。由于介質換熱溫差不大，在工藝和結構上均無特殊要求，因此選用固定管板式換熱器。②合理安排流程。安排甲醇水走管程，導熱油走殼程。⑶熱工設計熱工設計的計算步驟與結果列于下各表中。1，原始數據計算內容或項目符號單計算公式結果備注位或來源管程流體名稱甲醇+水管殼流體名稱導熱油導熱油的進出溫度T；Ti0°C給定313;301.9甲醇+水的進出溫度t；ti0°C給定175;175甲醇+水，導熱油的工作壓力,p；tpsMPa給定1.50.3甲醇+水的質量流量wtkg/s給定0.5192,定性溫度與物性參數計算內容或項目符號單位計算公式或來源結果備注甲醇+水的定性tmCT=（T+T）/175溫度2導熱油的足性溫度Tm°Ct=(tt)/2m12309甲醇+水，導熱油的密度;kg/m3按足性溫度查物性表860;1070甲醇+水，導熱油的比熱容,c；ctsJ/(g?C)按定性溫度查物性表3836;2760甲醇+水，導熱油的導熱系數；W/(m?C)按定性溫度查物性表0.660.99甲醇+水，導熱油的粘度；Pa?s按定性溫度查物性表0.110-3；0.2110-3甲醇+水導熱油普朗特數Pr；Prts查表或計算32.981；45.2963,物料與熱量衡算計算內容或項目符號單位計算公式或來源結果備注換熱器效率1負荷QW見汽化塔熱量衡算6.861105導熱油的質量流量wskg/s見過熱器熱量衡算30.5654,有效平均溫差計算內容或項目符號單位計算公式或來源結果備注逆流對數平均溫差Atlog°CAt=(△「△log1133.9t)/lnAt/At)212流程型式初步確定12型管殼式換熱器1殼程一2管程參數RR=(Ti-T)(t-t)00i1參數PP=(t-t)/Ti-t)0ii0溫度校止系數查圖4-21有效平均溫差AtM°CAt=Atmlog133.95,初算傳熱面積計算內容或項目符號單位計算公式或來源結果備注初選總傳熱系數K0W/(m2?C)參考表4-16初算傳熱面積A0m2A=Q/(KA00tM)8.5406,換熱器結構設計計算內容或項目符號單位計算公式或來源結果備注換熱管材料選用碳鋼尢縫鋼管?19x2換熱管內，外徑di；dm0.0190.015換熱管管長Lm選用9m標準管長折半1.5換熱管根數nn=A/(nd0L)96管程數Nt根據管內流體流速范圍選定1管程進出接管尺寸d*Sjtjt按接管內流體流速＜?40x4（外徑*壁厚）3m/s合理選取殼程數Nsm1換熱管排列形式分程隔板槽兩側正方形排列，其余正三角形排列正三角形排列換熱管中心距SmS=1.25d或按標準40.038管束中心排管數ncn=1?1而（外c加6根拉桿）12殼體內徑DimD=S(n-1)ic+(1-2)d0.5換熱管長徑比L/DiL/Di3實排換熱器管根數n作圖或按計算102折流板型式選定單弓形折流板折流板外徑Dbm按GB151-19990.497折流板缺弦高hm取h=0.20D0.1折流板間距Bm取8=(0.2?1)D.0.15折流板數Nbn=L/B-1b9殼程進出接管尺寸（外徑*壁厚）d*Sjsjsm合理選取?133x47,管程傳熱與壓降計算內容或項目符號單位計算公式或來源結果備注管程流速Uim/su=4wn/(nnd2)itTti0.0356管程雷諾數ReiRe=d.u../i4592.4換熱器壁溫tw°C假定260管程流體給熱系數jW/(?m2C)=°?°23Re0.8p/d3119.94管程進出處流速uNtm/s4w/[(d2S)2]ttjtjt0.7508管程摩fi查表4-30.015案因子管內摩擦壓降△pfPa△p=4fnLg/d(/)fittiiiwm6.5396習彎壓降△prPa△p=4NU2/22.1799進出局部壓降△PNtPa△p=1?5U2/2NttNt363.5869管程壓降△PtPa△p=(△p+△p)F+△tfripNt372.3064管程最大允許壓降[△p]tPa查表4-3350校核管程壓降△p<t[△p]t合理8、殼程傳熱與壓降計算內容或項目符號單位計算公式或來源結果備注殼程當量直徑DemD=D2nd2eD.0.1358橫過管束的流通截面積Asm2AD.(Sd)B/S0.0375殼程流體流速u0m/s￥ss0.762殼程雷諾數Re0Re=DA_s0s527253.2殼程流體給熱系數aoW/(?m2°C)ao=0.36__Re0.55Pri/3(—)0.14ew13127.09折流板圓nw切上管子按圓弧比計16缺部分的換熱管數入6值6按表4-40.112折流板圓缺部分流通面積Abm2AbD2nd2/40.0235折流板圓缺區(qū)流體流速ubm/swu」bAsb1.2155圓缺區(qū)平均流速Umm/sU1’mJUuV0b0.9624殼程進出處流速UNsm/sii=4wUNs0o(d.2S)1.1162殼程摩擦因子fo查圖4-40.046折流板間△Pa△p—4fD機角o—2D_(N1)e2101.51錯流管束壓降pc4圓缺部分壓降△pbPa△p=U2N/2c2bsmb010555.548進出局部壓降△pNsPa△p=1.5U2/213596.840殼程壓降△psPa△p=^p+△p+△pscbNs26256.90殼程最大允許壓降[△ps]Pa查表4-3350校核殼程壓降△p<[△p]合理9,總傳熱系數計算內容或項目符號單位計算公式或來源結果備注管內污垢rdi?必m2J查表4-535.2x熱阻/W10-5管外污垢熱阻rd0?rm2J/W查表4-517.6x10-5換熱管材料導熱系數wW/(m?r)查表351.8管壁熱阻rw?rm2J/Wrw2lnd2)ww1.21x10-5總傳熱系數KW/(m2?r)按式4-22728.18010傳熱面1積與壁溫核算計算內容或項目符號單位計算公式或來源結果備注需要傳熱面積Am2A=二m7.0366實有傳熱A實m2A實=nnd(L-2S)8.2516面枳設管板厚度為0.03m校核傳熱面積△A△A=A實/A1.1727熱流體傳熱面積twh°C按式4-25281.418冷流體傳熱面積twc°C按式4-26240.573管壁計算溫度twC按式4-24262.495校核管壁溫度△twC△t=t-twww2.495結論設計符合要求(4)詳細結構設計與強度設計確定所有零部件的尺寸和材料，并對換熱設備所有受壓元件進行強度計算換熱流程設計：采用殼程為單程，管程為單程的結構型式換熱管及其排列方式：采用25x2的無縫鋼管，材料為20號鋼。換熱管排列方式為三角形排列，如圖，共排換熱管131根，另外再設6拉桿折流板:采用通用的單彎