甲醇制氫生產(chǎn)裝置汽化塔設(shè)計方案

甲醇制氫生產(chǎn)裝置汽化塔設(shè)計方案1.1填料段1.1.1填料段工藝計算物流名稱管程殼程/(kg/h)進口/(kg/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1689.13216.892801.5水1425.205493.976二氧化碳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(zhì)量流量為3111.337kg/h，操作壓力為1.5Mpa，液體的入口溫度為175℃。氣體的質(zhì)量流量也為3111.336kg/h，壓力為1.5Mpa，溫度為175℃。1.1.1.1填料塔段塔徑的計算：按汽液傳質(zhì)經(jīng)驗公式計算混合氣體的密度＝16.05kg/m混合液體的密度＝729.85kg/m混合氣體的質(zhì)量流量m＝3111.337kg/h混合液體的質(zhì)量流量ml＝3111.337kg/h。則（）＝（）＝0.1483選用金屬鮑爾環(huán)散堆填料DN25，查埃克特通用關(guān)聯(lián)圖，其縱坐標為0.11.即U＝0.14式中＝0.047mPa*s由此可得泛點氣速uu＝＝＝0.7685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DD＝＝＝0.357圓整至D＝0.4m。1.1.2填料段結(jié)構(gòu)設(shè)計由于該填料段的總高在10m以下，因此在設(shè)計中按照GB150－1998《鋼制壓力容器》進行結(jié)構(gòu)設(shè)計計算。設(shè)計壓力P＝1.1*1.5＝1.65Mpa.\設(shè)計溫度取最高工作溫度即40℃設(shè)備材料為16MnR焊接接頭系數(shù)（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＝1.5mm。筒體體的計算厚度計算＝＝2.30mm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。考慮到與換熱器的連接，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：＝＝＝1.72mm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(lián)接由于塔徑較小，不宜設(shè)置人孔和手孔，況且操作壓力較高，故采用螺拴法蘭聯(lián)接筒體和封頭，以便于填料的安裝。（4）填料高度取1000mm，故筒節(jié)長度取為1300mm。（5）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10mm×6mm，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=+L 其中填料重量重力＝9.8HLt＝9.8×1.0×0.6×0.018×380=42.219N填料層持液量L＝3.43HLt×10-4＝3.43×1.0×0.6×0.018×860×10-4＝3.19×10-3N考慮柵條上載荷的不均勻性及安全系數(shù)，梁上彎矩為：M===1.222N/m柵條上的應(yīng)力為：σ＝===62.55MPa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，mσ<[σ]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(shù)為每45cm2塔截面設(shè)一個噴淋點，噴淋點數(shù)為30。蓮蓬頭的安裝高度為100mm.換熱器段工藝計算明確設(shè)計任務(wù)按給定的工藝設(shè)計條件，此設(shè)計為有相變冷熱流體間換熱的管殼式換熱器設(shè)計計算任務(wù)?？傮w設(shè)計①確定結(jié)構(gòu)形式。由于介質(zhì)換熱溫差不大，在工藝和結(jié)構(gòu)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。熱工設(shè)計熱工設(shè)計的計算步驟與結(jié)果列于下各表中。原始數(shù)據(jù)計算內(nèi)容或項目符號單位計算公式或來源結(jié)果備注管程流體名稱甲醇+水管殼流體名稱導熱油導熱油的進出口溫度；℃給定313；301.9甲醇+水的進出口溫度；℃給定175；175甲醇+水，導熱油的工作壓力；MPa給定1.5；0.3甲醇+水的質(zhì)量流量kg/s給定0.5192，定性溫度與物性參數(shù)計算內(nèi)容或項目符號單位計算公式或來源結(jié)果備注甲醇+水的定性溫度℃=(+)/2175導熱油的定性溫度℃=()/2309甲醇+水，導熱油的密度；kg/按定性溫度查物性表860；1070甲醇+水，導熱油的比熱容；J/(kg·℃)按定性溫度查物性表3836；2760甲醇+水，導熱油的導熱系數(shù)；W/(m·℃)按定性溫度查物性表0.66；0.99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(shù)；查表或計算32.981；45.2963,物料與熱量衡算計算內(nèi)容或項目符號單位計算公式或來源結(jié)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(zhì)量流量kg/s見過熱器熱量衡算30.5654，有效平均溫差計算內(nèi)容或項目符號單位計算公式或來源結(jié)果備注逆流對數(shù)平均溫差Δt℃Δ=(Δ-Δt)/ln(Δt/Δt)133.9流程型式初步確定1—2型管殼式換熱器1殼程—2管程參數(shù)RR=（-）/（-）1參數(shù)PP=（-）/(-)0溫度校正系數(shù)查圖4-21有效平均溫差Δt℃Δ=Δ133.95，初算傳熱面積計算內(nèi)容或項目符號單位計算公式或來源結(jié)果備注初選總傳熱系數(shù)W/(·℃)參考表4-1600初算傳熱面積=Q/(Δt)8.5406,換熱器結(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)果備注換熱管材料選用碳鋼無縫鋼管φ19×2換熱管內(nèi)，外徑；dm0.019；0.015換熱管管長Lm選用9m標準管長折半1.5換熱管根數(shù)nn=/（πdL）96管程數(shù)根據(jù)管內(nèi)流體流速范圍選定1管程進出口接管尺寸（外徑*壁厚）按接管內(nèi)流體流速＜3m/s合理選取φ40×4殼程數(shù)m1換熱管排列形式分程隔板槽兩側(cè)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(shù)=1.1（外加6根拉桿）12殼體內(nèi)徑m=S（-1）+（1-2）d0.5換熱管長徑比L/L/3實排換熱器管根數(shù)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m按GB151-19990.497折流板缺口弦高hm取h=0.200.100折流板間距Bm取B=（0.2～1）0.15折流板數(shù)=L/B-19殼程進出口接管尺寸（外徑*壁厚）m合理選取φ133×47，管程傳熱與壓降計算內(nèi)容或項目符號單位計算公式或來源結(jié)果備注管程流速m/s=4/(nπ)0.0356管程雷諾數(shù)=/4592.4換熱器壁溫℃假定260管程流體給熱系數(shù)W/(·℃)=0.023/3119.94管程進出口處流速m/s40.7508管程摩擦因子查表4-30.015管內(nèi)摩擦壓降ΔPaΔ=4L/()6.5396回彎壓降ΔPaΔ=4/22.1799進出口局部壓降ΔPaΔ=1.5/2363.5869管程壓降ΔPaΔ=(Δ+Δ)+Δ372.3064管程最大允許壓降[Δ]Pa查表4-335000校核管程壓降Δ＜[Δ]合理8、殼程傳熱與壓降計算內(nèi)容或項目符號單位計算公式或來源結(jié)果備注殼程當量直徑DmD=0.1358橫過管束的流通截面積AA0.0375殼程流體流速um/su=0.762殼程雷諾數(shù)ReRe=527253.2殼程流體給熱系數(shù)αoW/(·℃)αo=0.3613127.09折流板圓缺部分的換熱管數(shù)nw切口上管子按圓弧比計入16β值β按表4-40.112折流板圓缺部分流通面積Ab0.0235折流板圓缺區(qū)流體流速ubm/s1.2155圓缺區(qū)平均流速umm/sum=0.9624殼程進出口處流速uNsm/suNs=1.1162殼程摩擦因子fo查圖4-40.046折流板間錯流管束壓降ΔpPaΔp=4fo2101.514圓缺部分壓降ΔpPaΔp=10555.548進出口局部壓降ΔpPaΔp=1.513596.840殼程壓降ΔpPaΔp=Δp+Δp+Δp26256.90殼程最大允許壓降[Δp]Pa查表4-335000校核殼程壓降Δp＜[Δp]合理9，總傳熱系數(shù)計算內(nèi)容或項目符號單位計算公式或來源結(jié)果備注管內(nèi)污垢熱阻·℃/W查表4-535.2×10-5管外污垢熱阻·℃/W查表4-517.6×10-5換熱管材料導熱系數(shù)W/(m·℃)查表351.8管壁熱阻·℃/W1.21×10-5總傳熱系數(shù)KW/(·℃)按式4-22728.18010傳熱面積與壁溫核算計算內(nèi)容或項目符號單位計算公式或來源結(jié)果備注需要傳熱面積AA=7.0366實有傳熱面積A實A實=nπd(L-2S)設(shè)管板厚度為0.03m8.2516校核傳熱面積ΔAΔA=A實/A1.1727熱流體傳熱面積℃按式4-25281.418冷流體傳熱面積℃按式4-26240.573管壁計算溫度℃按式4-24262.495校核管壁溫度Δ℃Δ=-2.495結(jié)論設(shè)計符合要求（4）詳細結(jié)構(gòu)設(shè)計與強度設(shè)計確定所有零部件的尺寸和材料，并對換熱設(shè)備所有受壓元件進行強度計算換熱流程設(shè)計：采用殼程為單程，管程為單程的結(jié)構(gòu)型式換熱管及其排列方式：采用25×2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(shè)6拉桿折流板：采用通用的單彎形折流板，材料為Q235-B鋼，板厚6mm，板數(shù)4塊。拉桿：采用Q