生產(chǎn)能力為2700Nm3h甲醇制氫生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)冷凝器設(shè)計(jì)word格式.doc

南京工業(yè)大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院過程裝備與控制工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目：生產(chǎn)能力為2700Nm/h 甲醇制氫生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì) 設(shè) 計(jì) 人： 曹亞熹 王太彬 姚同林 徐征堯 環(huán)彬彬 楊靖 指導(dǎo)教師： 班 級(jí)： 過程裝備與控制工程02班 組 號(hào)： 2（2 7 12 17 22 29） 設(shè)計(jì)時(shí)間： 2010年12月20日2011年1月14日 前 言3摘 要4設(shè)計(jì)任務(wù)書5第一章工藝設(shè)計(jì)61.1.甲醇制氫物料衡算.71.1.1依據(jù)71.1.2投料量計(jì)算71.1.3原料儲(chǔ)液槽 (V0101)71.1.4換熱器(E0101),汽化塔(T0101)、過熱器(E0102)71.1.5轉(zhuǎn)化器(R0101)71.1.6吸收和解析塔71.2熱量恒算81.2.1氣化塔頂溫度確定81.2.2轉(zhuǎn)化器(R0101)81.2.3過熱器(E0102)91.2.4汽化塔(T0101)91.2.5換熱器(E0101)91.2.6冷凝器(E0103)102.1.冷凝器的計(jì)算與選型112.1.1.設(shè)計(jì)任務(wù)112.1.2.總體設(shè)計(jì)112.1.3.熱工計(jì)算112.1.4詳細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度設(shè)計(jì)172.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)172.2.1筒體172.2.2封頭182.2.3管程接管補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算（按照GB150-1998 等 面 積 補(bǔ) 強(qiáng) 法）192.2.4殼程接管補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算（按照GB150-1998 等 面 積 補(bǔ) 強(qiáng) 法）192.2.5換熱管（GB151-1999）202.2.6折流板（GB151-1999）202.2.7拉桿（GB151-1999）202.3SW6軟件校核212.3.1 固定管板換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算212.3.2前端管箱筒體計(jì)算222.3.3 前端管箱封頭計(jì)算232.3.4后端管箱筒體計(jì)算242.3.5 后端管箱封頭計(jì)算252.3.7開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算262.3.8延長部分兼作法蘭固定式管板28第三章 機(jī)器選型及管道設(shè)計(jì)393.1計(jì)量泵的選型393.1.1甲醇計(jì)量泵P0102選型393.1.2純水計(jì)量泵P0101選型393.1.3混合原料計(jì)量泵P0103選型393.1.4吸收液用泵P0105選型403.1.5冷卻水用泵P0104選型403.2管子選型（確定幾種主要管道尺寸的方法如下）413.2.1材料選擇413.2.2管子的規(guī)格尺寸的確定及必要的保溫層設(shè)計(jì)413.4.3管件選型473.4.4管道儀表流程圖483.4.5管道布置圖483.4.6管道空視圖48第四章自動(dòng)控制方案設(shè)計(jì)494.1選擇一個(gè)單參數(shù)自動(dòng)控制方案494.2溫度控制系統(tǒng)流程圖及其控制系統(tǒng)方框圖494.3如何實(shí)現(xiàn)控制過程的具體說明49第五章 技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)505.1甲醇制氫裝置的投資估算505.1.1單元設(shè)備價(jià)格估算505.2總成本費(fèi)用估算與分析515.3財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)535.3.1盈利能力分析545.3.2清償能力分析545.3.3盈虧平衡分析55小結(jié)56參考文獻(xiàn)56前 言氫氣是一種重要的工業(yè)用品，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)的種類和含量也有著不同的要求。近年來隨著中國改革開放的進(jìn)程，隨著大量高精產(chǎn)品的投產(chǎn)，對(duì)高純氫氣的需求量正在逐漸擴(kuò)大。 烴類水蒸氣轉(zhuǎn)化制氫氣是目前世界上應(yīng)用最普遍的制氫方法，是由巴登苯胺公司發(fā)明并加以利用，英國ICI公司首先實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。這種制氫方法工作壓力為2.0-4.0MPa,原料適用范圍為天然氣至干點(diǎn)小于215.6的石腦油。近年來，由于轉(zhuǎn)化制氫爐型的不斷改進(jìn)。轉(zhuǎn)化氣提純工藝的不斷更新，烴類水蒸氣轉(zhuǎn)化制氫工藝成為目前生產(chǎn)氫氣最經(jīng)濟(jì)可靠的途徑。 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(jì)指標(biāo)，受到許多國家的重視。它具有以下的特點(diǎn)： 1、與大規(guī)模天然氣、輕油蒸氣轉(zhuǎn)化制氫或水煤氣制氫比較，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(yùn)輸儲(chǔ)存方便。而且由于所用的原料甲醇純度高，不需要在凈化處理，反應(yīng)條件溫和，流程簡單，故易于操作。 4、可以做成組裝式或可移動(dòng)式的裝置，操作方便，搬運(yùn)靈活。 摘 要本次課程設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為2700m3/h甲醇制氫生產(chǎn)裝置。 在設(shè)計(jì)中要經(jīng)過工藝設(shè)計(jì)計(jì)算，典型設(shè)備的工藝計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，管道設(shè)計(jì)，單參數(shù)單回路的自動(dòng)控制設(shè)計(jì)，機(jī)器選型和技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)等各個(gè)環(huán)節(jié)的基本訓(xùn)練。 在設(shè)計(jì)過程中綜合應(yīng)用所學(xué)的多種專業(yè)知識(shí)和專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，同時(shí)獲得一次工程設(shè)計(jì)時(shí)間的實(shí)際訓(xùn)練。課程設(shè)計(jì)的知識(shí)領(lǐng)域包括化工原理、過程裝備設(shè)計(jì)、過程機(jī)械、過程裝備控制技術(shù)及應(yīng)用、過程裝備成套技術(shù)等課程。本課程設(shè)計(jì)是以甲醇制氫裝置為模擬設(shè)計(jì)對(duì)象，進(jìn)行過程裝備成套技術(shù)的全面訓(xùn)練。 設(shè)計(jì)包括以下內(nèi)容和步驟： 1、工藝計(jì)算。 2、生產(chǎn)裝置工藝設(shè)計(jì)。 3、設(shè)備設(shè)計(jì)。分組進(jìn)行。 4、機(jī)器選型。 5、設(shè)備布置設(shè)計(jì)。 6、管道布置設(shè)計(jì)。 7、繪制管道空視圖。 8、設(shè)計(jì)一個(gè)單參數(shù)、單回路的自動(dòng)控制方案。 9、對(duì)該裝置進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)。 10、 整理設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。 設(shè)計(jì)任務(wù)書一、題目：生產(chǎn)能力為2700 Nm3/h甲醇制氫生產(chǎn)裝置。 二、設(shè)計(jì)參數(shù)：生產(chǎn)能為2700 Nm3/h 。三、計(jì)算內(nèi)容： 1、工藝計(jì)算：物料衡算和能量衡算。 2、機(jī)器選型計(jì)算。 3、設(shè)備布置設(shè)計(jì)計(jì)算。 4、管道布置設(shè)計(jì)計(jì)算。 四、圖紙清單： 1、物料流程圖 2、工藝流程圖 3、換熱器總裝圖4、換熱器零件圖 5、管道布置圖 6、管道空視圖 第一章 工藝設(shè)計(jì)1.1.甲醇制氫物料衡算. 1.1.1依據(jù) 甲醇蒸氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)方程式： CH3OHCO + 2H2 CO + H2O CO2 + H2 CH3OHF分解為CO,轉(zhuǎn)化率99,CO變換轉(zhuǎn)化率99,反應(yīng)溫度 280,反應(yīng)壓力為1. 5 MPa,醇水投料比1:1.5(mol)。 1.1.2投料量計(jì)算 代如轉(zhuǎn)化率數(shù)據(jù) CH3OH 0.99 CO + 1.98 2H2 +0.01 CH3OH CO + 0.99 H2O 0.99 CO2 + 0.99 H2+ 0.01 CO 合并得到 CH3OH + 0.9801 H2O 0.9801 CO2 + 2.9601 H2 + 0.01 CH3OH+ 0.0099 CO 氫氣產(chǎn)量為: 2700m/h=120.536 kmol/h甲醇投料量為: 120.536/2.960132=1303.045 kg/h水投料量為: 1303.045/321.518=1099.444 kg/h1.1.3原料儲(chǔ)液槽 (V0101) 進(jìn) : 甲醇 1303.045 kg/h , 水 1099.444 kg/h出: 甲醇 1303.045 kg/h , 水 1099.444kg/h1.1.4換熱器(E0101),汽化塔(T0101)、過熱器(E0102) 沒有物流變化 1.1.5轉(zhuǎn)化器(R0101) 進(jìn) : 甲醇 1303.045kg/h , 水1099.444 kg/h , 總計(jì)2402.489kg/h出 : 生成 CO 1303.045/320.980144 =1756.032kg/h H 1303.045/322.96012 =241.071kg/h CO 1303.045/320.009928 =11.288kg/h 剩余甲醇 1303.045/320.0132 =13.031kg/h 剩余水 1099.444-1303.045/320.980118=381.067 kg/h 總計(jì) 2402.489 kg/h1.1.6吸收和解析塔 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(shí),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(cè)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12。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=1756.032/7.20=243.893m/h據(jù)此,所需吸收液量為 243.893/9.45=25.809 m/h考慮吸收塔效率以及操作彈性需要,取吸收量為 25.809m/h=77.427m/h可知系統(tǒng)壓力降至0.1MPa時(shí),析出CO量為243.893m/h=1756.032kg/h.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,1.2熱量恒算 1.2.1氣化塔頂溫度確定 要使甲醇完全汽化，則其氣相分率必然是甲醇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甲醇 + 0.6 p水=1.5MPa 初設(shè) T=170 p甲醇=2.19MPa; p水 =0.824MPa p總 =1.3704MPa 1.5MPa 再設(shè) T=175 p甲醇=2.4MPA; p水 0.93MPa p總 =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 1.2.2轉(zhuǎn)化器(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=1303.0450.99/321000(-49.66) =-2.00210kJ/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(cè)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:c=4.18680.68=2.85kJ/(kgK), c=2.81kJ/(kgK)取平均值 c=2.83 kJ/(kgK)則導(dǎo)熱油用量 w=Q/(ct)=2.00210/(2.835)=141484kg/h1.2.3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.氣體升溫所需熱量為:Q= cmt=(1.901303.045+4.821099.444) (280-175)=8.1610kJ/h導(dǎo)熱油c=2.826 kJ/(kgK), 于是其溫降為: t=Q/(cm)= 8.1610/(2.826141484)=2.04導(dǎo)熱油出口溫度為: 315-2.1=312.91.2.4汽化塔(T0101) 認(rèn)為汽化塔僅有潛熱變化。175 甲醇H = 727.2kJ/kg 水 H = 203IkJ/kg Q=1303.045727.2+20311099.444=3.1810 kJ/h以300導(dǎo)熱油c計(jì)算 c=2.76 kJ/(kgK)t=Q/(cm)= 3.1810/(2.76141484)=8.14則導(dǎo)熱油出口溫度 t=312.9-8.14=304.8導(dǎo)熱油系統(tǒng)溫差為T=320-304.8=15.2 基本合適.1.2.5換熱器(E0101) 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)。液體混合物升溫所需熱量Q= cmt=(1303.0453.14+1099.4444.30) (175-25)=13.2310kJ/h管程：沒有相變化，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： c10.47 kJ/(kgK) c14.65 kJ/(kgK) c 4.19 kJ/(kgK)則管程中反應(yīng)后氣體混合物的溫度變化為：t=Q/(cm)=13.2310/(10.471756.032+14.65241.071+4.19381.067)=56.26換熱器出口溫度為 280-56.26=223.741.2.6冷凝器(E0103) CO, CO, H的冷卻Q=cmt=(10.471756.032+14.65241.071+1.0411.288) (223.7-40)=4.0310kJ/h CHOH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=2135381.067=8.1410kJ/h水顯熱變化Q= cmt=4.19381.067(223.7-40)=2.9310kJ/h Q=Q+Q+ Q=5.1410kJ/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)= 5.1410/(4.1910)=122563kg/h第二章 設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算和選型2.1.冷凝器的計(jì)算與選型2.1.1.設(shè)計(jì)任務(wù) 根據(jù)給定的工藝設(shè)計(jì)條件，此設(shè)計(jì)有相變熱、冷流體間換熱的管殼式換熱器設(shè)計(jì)任務(wù)。 2.1.2.總體設(shè)計(jì) 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。 合理安排流程。安排水、甲醇、二氧化碳和氫氣的混合氣走殼程，冷卻水走管程。 2.1.3.熱工計(jì)算 熱工設(shè)計(jì)的計(jì)算步驟與結(jié)果列于下各表中。1， 原始數(shù)據(jù)計(jì)算內(nèi)容或項(xiàng)目符號(hào)單位計(jì)算公式或來源結(jié)果備注管程流體名稱冷卻水殼程流體名稱混合氣體冷卻水的進(jìn)出口溫度；給定20；30混合氣體的進(jìn)出口溫度；給定223.7；40冷卻水混合氣體工作壓力；MPa給定0.3；1.5混合氣體的質(zhì)量流量kg/s給定0.6672，定性溫度與物性參數(shù)計(jì)算內(nèi)容或項(xiàng)目符號(hào)單位計(jì)算公式或來源結(jié)果備注混合氣體的定性溫度=()/2 131.85冷卻水的定性溫度=(+)/225冷卻水，混合氣體密度；kg/按定性溫度查物性表997；1.74冷卻水，混合氣體比熱容；J/(kg)按定性溫度查物性表4180；2580冷卻水，混合氣體導(dǎo)熱系數(shù)；W/(m)按定性溫度查物性表 0.680.11冷卻水，混合氣體的粘度；Pas按定性溫度查物性表8.93710-53.2510-4冷卻水，混合氣體普朗特?cái)?shù)；查表或計(jì)算5.594；0.76323,物料與熱量衡算計(jì)算內(nèi)容或項(xiàng)目符號(hào)單位計(jì)算公式或來源結(jié)果備注換熱器效率0.98負(fù)荷QW見汽化塔熱量衡算5.14106冷卻水的質(zhì)量流量kg/s見過熱器熱量衡算34.054，有效平均溫差計(jì)算內(nèi)容或項(xiàng)目符號(hào)單位計(jì)算公式或來源結(jié)果備注冷流體蒸發(fā)對(duì)數(shù)平均溫差t=(-t)/ln(t/t)76.5流程型式初步確定12型管殼式換熱器1殼程2管程參數(shù)RR=（-）/（-）18.37參數(shù)PP=（-）/(-)0.0491溫度校正系數(shù)查圖4-21有效平均溫差t=76.55，初算傳熱面積計(jì)算內(nèi)容或項(xiàng)目符號(hào)單位計(jì)算公式或來源結(jié)果備注初選總傳熱系數(shù)W/()參考表4-1800初算傳熱面積=Q/(t)83.9876,換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容或項(xiàng)目符號(hào)單位計(jì)算公式或來源結(jié)果備注換熱管材料選用碳鋼無縫鋼管252.5換熱管內(nèi)，外徑；dm0.02；0.025換熱管管長Lm4.5換熱管根數(shù)nn=/（d L）238管程數(shù)根據(jù)管內(nèi)流體流速范圍選定2管程進(jìn)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1596選取殼程數(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(biāo)準(zhǔn)40.032管束中心排管數(shù)=1.1（外加6根拉桿）17.183殼體內(nèi)徑m=S（-1）+（1-2）d0.6換熱管長徑比L/L/7.5合理實(shí)排換熱器管根數(shù)n作圖或按計(jì)算244折流板型式選定單弓形折流板折流板外徑m按GB151-19990.5955折流板缺口弦高h(yuǎn)m取h=0.200.12折流板間距Bm取B=（0.21）0.3折流板數(shù)=L/B-114殼程進(jìn)出口接管尺寸（外徑*壁厚）m合理選取2196選取7，管程傳熱與壓降計(jì)算內(nèi)容或項(xiàng)目符號(hào)單位計(jì)算公式或來源結(jié)果備注管程流速m/s=4/(n)0.91管程雷諾數(shù)=/20371換熱器壁溫假定92管程流體給熱系數(shù)W/()=0.023/4345.81管程進(jìn)出口處流速m/s42.012管程摩擦因子查圖4-30.0084管內(nèi)摩擦壓降Pa=4L/()7240.6回彎壓降Pa=4/23302.46進(jìn)出口局部壓降Pa=1.5/23027管程壓降Pa=(+)+17787.3管程最大允許壓降Pa查表4-335000校核管程壓降合理8、殼程傳熱與壓降計(jì)算內(nèi)容或項(xiàng)目符號(hào)單位計(jì)算公式或來源結(jié)果備注殼程當(dāng)量直徑DmD=0.1121橫過管束的流通截面積AA0.0394殼程流體流速um/su=9.73殼程雷諾數(shù)ReRe=58391.8殼程流體給熱系數(shù)oW/()o=0.3621656.92折流板圓缺部分的換熱管數(shù)nw切口上管子按圓弧比計(jì)入26值按表4-40.112折流板圓缺部分流通面積Ab0.02756折流板圓缺區(qū)流體流速ubm/s13.91圓缺區(qū)平均流速umm/sum=11.634殼程進(jìn)出口處流速uNsm/suNs=11.94殼程摩擦因子fo查圖4-40.041折流板間錯(cuò)流管束壓降pPap=4 fo1084.49圓缺部分壓降pPap=695.13進(jìn)出口局部壓降pPap=1.5183.06殼程壓降pPap=p+p+p1962.68殼程最大允許壓降pPa查表4-335000合理校核殼程壓降pp合理9，總傳熱系數(shù)計(jì)算內(nèi)容或項(xiàng)目符號(hào)單位計(jì)算公式或來源結(jié)果備注管內(nèi)污垢熱阻/W查表4-517.610-5管外污垢熱阻/W查表4-517.610-5換熱管材料導(dǎo)熱系數(shù)W/(m)查表3448.85管壁熱阻/W5.7110-5總傳熱系數(shù)KW/()按式4-221094.310傳熱面積與壁溫核算計(jì)算內(nèi)容或項(xiàng)目符號(hào)單位計(jì)算公式或來源結(jié)果備注需要傳熱面積AA=61.4實(shí)有傳熱面積A實(shí)A實(shí)=nd(L-2S)設(shè)管板厚度為0.03m82.99校核傳熱面積AA =A實(shí)/ A135熱流體傳熱面積按式4-25126.5冷流體傳熱面積按式4-2658.9管壁計(jì)算溫度按式4-2492.7校核管壁溫度=-0.7結(jié)論設(shè)計(jì)符合要求2.1.4詳細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度設(shè)計(jì)確定所有零部件的尺寸和材料，并對(duì)換熱設(shè)備所有受壓元件進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算1， 換熱流程設(shè)計(jì)：采用殼程為單程，管程為雙程的結(jié)構(gòu)型式2， 換熱管及其排列方式：采用252.5的無縫鋼管，材料為20G號(hào)鋼。換熱管排列方式為三角形排列，共排換熱管238根，另外再設(shè)6拉桿。3， 折流板：采用通用的單彎形折流板，材料為Q235-B鋼，板厚4mm，板數(shù)14塊。4， 拉桿：采用Q235-B鋼，16mm，共 6根5， 筒體：材料采用Q345R鋼，筒體內(nèi)徑500mm，厚度由GB150鋼制壓力容器標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算得到6， 封頭：采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，材料采用Q345R鋼7， 管板：采用固定管板，其厚度可以按照GB151管殼式換熱器標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，材料采用16MnII鋼確定了換熱器的結(jié)構(gòu)以后，必須對(duì)換熱器的所有受壓元件進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。對(duì)鋼制的換熱器，按照GB150鋼制壓力容器標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。結(jié)果如表4-62.2 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。2.2.1筒體(1) 筒體內(nèi)徑:600mm計(jì)算壓力：P=1.7MPa 設(shè)計(jì)溫度取228 C筒體材料：Q345R 焊接接頭系數(shù) =1.0鋼板厚度負(fù)偏差C1=0.3,腐蝕裕量C2=1.0mm,厚度附加量C= C1+ C2=1.3mm.筒體的計(jì)算厚度計(jì)算d = = 2.8mm考慮厚度附加量并圓整至鋼板厚度系列，得材料名義厚度dn = 6mm.強(qiáng)度校核 有效厚度de =dn - C1- C2=4.7mmst = = 109.36 MPa s f= 183.00 MPa符合強(qiáng)度要求。（2）根據(jù)筒徑選用非金屬軟墊片：石棉橡膠板 墊片厚度：3mm 墊片外徑:642mm 墊片內(nèi)徑：604mm根據(jù)筒體名義厚度選用甲型平焊法蘭（JB4702） 法蘭材料：Q345R DN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600mm730mm690mm40mm23mmM2024表3-2 筒體法蘭數(shù)據(jù)2.2.2封頭封頭內(nèi)徑：600mm設(shè)計(jì)壓力：P=0.4MPa 設(shè)計(jì)溫度取35 C封頭材料：Q345R 焊接接頭系數(shù) =0.85鋼板厚度負(fù)偏差C1=0.3,腐蝕裕量C2=1.0mm,厚度附加量C= C1+ C2=1.3mm.封頭的計(jì)算厚度計(jì)算選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，K=1.0d = =0.75mm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dn = 6mm.強(qiáng)度校核 有效厚度de =dn - C1- C2=4.7mmst = =25.63MPas f=189MPa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：25mm 曲邊高：125mm 壁厚：6mm2.2.3管程接管補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算（按照GB150-1998 等 面 積 補(bǔ) 強(qiáng) 法）接管：159 6 材料：20G = =0.8mmd=150.2mm=6mm mm0.78=425.8 mm2補(bǔ)強(qiáng)滿足要求,不需另加補(bǔ)強(qiáng)。2.2.4殼程接管補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算（按照GB150-1998 等 面 積 補(bǔ) 強(qiáng) 法）接管：219 6 材料：20G = =1.44mmd= 210.2mm=6mm mm0.765=594.35mm2所增加的補(bǔ)強(qiáng)金屬截面積補(bǔ)強(qiáng)圈材料Q345R，外徑300mm，厚度6mm補(bǔ)強(qiáng)滿足要求。2.2.5換熱管（GB151-1999）管子材料：20G 根據(jù)上節(jié)中計(jì)算的管子內(nèi)徑選用尺寸：252.5 管長：4500 根數(shù)：238實(shí)排根數(shù)：244（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)：17 長徑比：9 2.2.6折流板（GB151-1999）材料：Q235-B 形式：單弓形 外直徑：600 管孔直徑：25.4缺口弦高：120mm 間距：300 mm 板數(shù)：14 厚度：4mm2.2.7拉桿（GB151-1999）直徑：16 螺紋規(guī)格：M16 根數(shù)；62.3SW6軟件校核2.3.1 固定管板換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算2.3.2前端管箱筒體計(jì)算2.3.3 前端管箱封頭計(jì)算2.3.4后端管箱筒體計(jì)算2.3.5 后端管箱封頭計(jì)算2.3.6殼程圓筒計(jì)算2.3.7開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算2.3.8延長部分兼作法蘭固定式管板2.3.9管箱法蘭計(jì)算第三章 機(jī)器選型及管道設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)有五處需要用泵:原料水輸送計(jì)量泵P0101、原料甲醇輸送計(jì)量泵P0102、混合原料計(jì)量泵P0103、冷卻水用泵P0104、吸收液用泵P01053.1計(jì)量泵的選型3.1.1甲醇計(jì)量泵P0102選型已知條件：甲醇正常投料量為1303.045kg/h。溫度為25。密度為0.807kg/L；操作情況為泵從甲醇儲(chǔ)槽中吸入甲醇，送入原料液儲(chǔ)罐，與水混合工藝所需正常的體積流量為1303.045/0.8071614.678L/h泵的流量Q1.051614.6781694.41L/h工藝估算所需揚(yáng)程10m,泵的揚(yáng)程H1.11011m折合程計(jì)量泵的壓力：P=gh=8079.8111/106=0.087MPa泵的選型：查表得，JD1990/1.1型計(jì)量泵的流量為1990L/h，壓力1.1MPa，轉(zhuǎn)速1400r/min，電機(jī)功率2.2KW，滿足要求3.1.2純水計(jì)量泵P0101選型已知條件：水的正常投料量為1099.444kg/h。溫度為25。密度為0.997kg/L；操作情況為泵從純水儲(chǔ)槽中吸入水，送入原料液儲(chǔ)罐，與甲醇混合工藝所需正常的體積流量為：1099.444/0.9971102.752L/h泵的流量Q1.051102.7521157.89L/h工藝估算所需揚(yáng)程10m,泵的揚(yáng)程H1.11011m折合程計(jì)量泵的壓力：P=gh=9979.8111/106=0.108MPa泵的選型：查表得，JD1250/1型計(jì)量泵的流量為1250L/h，壓力1MPa，轉(zhuǎn)速91r/min，電機(jī)功率2.2KW，滿足要求3.1.3混合原料計(jì)量泵P0103選型已知條件：原料的正常投料量為2402.489kg/h。溫度為25。密度為0.860kg/L；操作情況為泵從原料液儲(chǔ)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：2402.489/0.8602793.592L/h泵的流量Q1.052793.5922933.271L/h工藝估算所需揚(yáng)程10m,泵的揚(yáng)程H1.11011m折合程計(jì)量泵的壓力：P=gh=8609.8111/106=0.093MPa泵的選型：查表得，2JD3960/0.6型計(jì)量泵的流量為3960L/h，壓力0.6MPa，轉(zhuǎn)速1400r/min，電機(jī)功率2.2KW，滿足要求3.1.4吸收液用泵P0105選型已知條件:吸收液的輸送溫度25,密度760Kg/m3.泵的正常流量為77.427 m3/h。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77.427 m3/h泵的流量取正常流量的1.05倍:Q=1.0577.427=81.298 m3/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=1.135=38.5泵的選型：查表得，選用100Y60A型離心泵，流量為90m3/h，揚(yáng)程49 m，轉(zhuǎn)速2950r/min,電機(jī)功率22kw,滿足要求。3.1.5冷卻水用泵P0104選型已知條件:水的輸送溫度25,密度997Kg/m3.泵的正常流量為122563kg/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(yáng)程工藝所需的正常體積流量為122563/997=122.932 m3/h泵的流量取正常流量的1.05倍:Q=1.05122.932=129.078m3/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25m.泵的揚(yáng)程取1.1倍的安全裕度：H=1.125=27.5水泵選型，選用離心式水泵查表得，IS150-125-315型水泵最佳工況點(diǎn)：揚(yáng)程32m,流量200 m3/h,轉(zhuǎn)速1450r/min，軸功率22.35KW，電機(jī)功率為30KW，效率78。允許氣蝕余量3m,選用該型號(hào)泵較合適。3.2管子選型（確定幾種主要管道尺寸的方法如下）3.2.1材料選擇綜合考慮設(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20 g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(duì)材料無特殊腐蝕性；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220，但轉(zhuǎn)化氣中氫氣的分壓遠(yuǎn)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(dá)475，溫度符合要求。經(jīng)濟(jì)性20g無縫鋼管屬于碳鋼管，投資成本和運(yùn)行維護(hù)均較低。3.2.2管子的規(guī)格尺寸的確定及必要的保溫層設(shè)計(jì)導(dǎo)熱油管道的規(guī)格和保溫結(jié)構(gòu)的確定流量141484Kg/h0.049m3/s 流速范圍0.54.0m/s 取為2.0m/s 則Di176.6mm 壁厚t0.664mm Sch.x=1000=1000=6查表應(yīng)選用Sch.10系列得管子故選擇R0101管道規(guī)格為DN200，壁厚為5.9mm , 流速校正 u=1.56m/sE0102管道規(guī)格為DN150,壁厚為5mm,流速校正 u=2.77m/sT0101管道規(guī)格為DN125,壁厚為4.5mm, 流速校正 u=3.993m/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/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?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R0101:=113mm; E0102:=107mm; T0101:=103mm. 計(jì)算保溫后的散熱量(R0101,DN200)=156.783W/m計(jì)算保溫后表面溫度 =29.34計(jì)算出來的表面溫度29.34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=113mm的保溫層可以滿足工程要求.計(jì)算保溫后的散熱量(E0102,DN150)=131.244W/m計(jì)算保溫后表面溫度 =29.4計(jì)算出來的表面溫度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=107mm的保溫層可以滿足工程要求.計(jì)算保溫后的散熱量(T0101,DN125)=118.824W/m計(jì)算保溫后表面溫度 =29.3計(jì)算出來的表面溫度29.3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=103mm的保溫層可以滿足工程要求.甲醇原料管道的規(guī)格流量1303.048Kg/h0.00045m3/s 一般吸水管中流速u1 =1m/s,出水管中流速u2=1.8m/s 則Di23.9mm /17.8mm故選擇PL0101管道規(guī)格為DN25,壁厚為2mm 選擇PL0102管道規(guī)格為DN20,壁厚為1.8mm. 流速校正 u1=0.65m/s,合適 u2=1.05m/s脫鹽水原料管道的規(guī)格流量1099.4471Kg/h0.00025m3/s 計(jì)算過程同上選擇DNW0101管道規(guī)格為DN20，壁厚為1.8mm。 選擇DNW0102管道規(guī)格為DN15，壁厚為1.6mm。流速校正 u1=0.586m/s u2=0.972m/s甲醇水混合后原料管道的規(guī)格流量0.00074m3/s 計(jì)算過程同上選擇PL0103管道規(guī)格為DN32，壁厚為2.6mm，選擇PL0104 、PL0105 管道規(guī)格為DN25，壁厚為2mm。流速校正 u1=0.788m/s u2=1.212m/s吸收液碳酸丙烯酯管道的規(guī)格流量731.679Kg/h0.022m3/s 計(jì)算過程同上選擇PL0107管道規(guī)格為DN100，壁厚為5mm選擇PL0106 、PL0108、PL0109管道規(guī)格為DN80，壁厚為4mm流速校正 u1=2.8m/s u2=4.38m/s冷卻水管道的規(guī)格流量122563Kg/h0.034m3/s 計(jì)算過程同上選擇CWS0101、CWS0102管道規(guī)格為DN150，壁厚為5mm 選擇CWS0103管道規(guī)格為DN125，壁厚為4.5mm 流速校正 u1=1.73m/s u2=2.53m/sPG0101、PG0102、PG0103、PG0104混合氣管道的規(guī)格流量2402.489Kg/h0.054m3/s 計(jì)算過程同上200:壁厚t0.656mm流速校正 u1=10.74m/s300:壁厚t3mm流速校正 u1=8m/s300:壁厚t2mm流速校正 u1=9.98m/s選擇PG0101管道規(guī)格為DN89，壁厚為4mm 選擇PG0102、PG0103管道規(guī)格為DN300mm，壁厚為5.9mm 選擇PG0104管道規(guī)格為DN200mm，壁厚為5.9mm 其它管道規(guī)格尺寸選擇PG0105管道規(guī)格為DN200，壁厚為5.9mm PG0107，PG0106管道規(guī)格為DN80，壁厚為4mm 3.3主要管道工藝參數(shù)匯總一覽表序號(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1.650241.07氣相118020g2PG0101-80M1B甲醇54.5% 水45.5%2002402.5氣相118020g3PG0102-300M1B-H3002402.5氣相830020g4PG0103-300M1BH2 10% CO2 73% H2O17%3002402.5氣相830020g5PG0104-200M1B-H2002402.5氣相1020020g6PG0105-200M1BH212%CO288%502008.4氣相1020020g7RO0101-200L1B-H導(dǎo)熱油0.6 320141484液相1.620020g8RO0102-200L1B-H導(dǎo)熱油0.6320141484液相1.620020g9RO0103-150L1B-H導(dǎo)熱油0.6320141484液相2.715020g10RO0104-125L1B-H導(dǎo)熱油0.6320141484液相3.912520g11PL0101-25L1B甲醇 常壓501303.05液相0.72520g12PL0102-20L1B甲醇 常壓501303.05液相1.12020g13PL0103-32L1B原料液常壓502402.5液相0.83220g14PL0104-25M1B原料液1.6502402.5液相1.22520g15PL0105-32M1B原料液1.62002402.5液相0.83220g16PL0106-80L1B吸收液0.42585169.7液相4.48020g17PL0107-100L1B吸收液0.42585169.7液相2.810020g18PL0108-80L1B吸收液0.42585169.7液相4.43220g19DNW0101-20L1B脫鹽水0.3501099.44液相0.62020g20DNW0102-15L1B脫鹽水0.3501099.44液相1.01520g21CWS0101-150L1B冷卻水0.435122563液相1.7150鍍鋅管22CWS0102-150L1B冷卻水0.435122563液相1.7150鍍鋅管23CWR0103-125L1B冷卻水0.435122563液相2.5125鍍鋅管24PG0107-80L1B二氧化碳