【甲醇重整制氫工藝過程分析及精餾塔的計(jì)算設(shè)計(jì)8700字（論文）】

甲醇重整制氫工藝過程分析及精餾塔的計(jì)算設(shè)計(jì)摘要隨著工業(yè)化程度的加深，環(huán)境污染也日益嚴(yán)重。所以氫氣作為一種清潔能源和重要的化工原料越來越受到人們的重視。而由甲醇裂解制氫作為在工業(yè)中制備氫氣的最有效方法之一，也備受人們關(guān)注。本文主要研究了甲醇精餾塔的設(shè)計(jì)，通過對制氫反應(yīng)前甲醇的精餾，從而使其制備氫氣的效率增加。關(guān)鍵詞：氫氣；甲醇制氫；精餾塔；設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-3"\h\u214551緒論 122451.1氫氣及其應(yīng)用 1196401.1.1氫氣應(yīng)用背景及特點(diǎn) 1123661.1.2氫氣的制取途徑 2121411.2甲醇制氫工藝及過程 3194261.2.1甲醇制氫工藝 388901.2.2甲醇制氫工藝流程 3277701.2.3甲醇制氫工藝的特點(diǎn) 4275381.2.4甲醇制氫工藝的發(fā)展現(xiàn)狀及研究意義 5173312甲醇制氫工藝過程物料衡算 7153012.1依據(jù) 741252.2投料計(jì)算量 7255053精餾塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算 894393.1塔的輔助設(shè)備及主要附件的選型 8259753.2冷凝器 9122003.3再沸器的計(jì)算與選型 987873.4塔管徑的計(jì)算以及法蘭的選擇 9140923.5筒體連接法蘭 12237253.6塔體的手孔 14163903.7裙座 1725413.8塔總體高度計(jì)算 1715564安全性、經(jīng)濟(jì)性與環(huán)保性分析 1889564.1塔設(shè)備的安全性分析 18315764.2經(jīng)濟(jì)性分析 18316114.3環(huán)保性分析 18235805總結(jié) 1924844參考文獻(xiàn) 201緒論1.1氫氣及其應(yīng)用1.1.1氫氣應(yīng)用背景及特點(diǎn)氫氣是近代工業(yè)中，使用范圍最廣的原料之一；除此之外，氫氣同樣也是非常重要的工業(yè)以及特種氣體。氫氣在各種領(lǐng)域都有著十分重要的地位，比如石油化工領(lǐng)域，電子和冶金工業(yè)以及食品加工等領(lǐng)域，甚至在制造玻璃與航天航空等領(lǐng)域都有著氫氣的應(yīng)用。在化工行業(yè)，合成甲醇、氨以及鹽酸等都是使用氫氣作原料來加工制造；在冶金方面可用作為還原劑，在石油的煉制過程中，用氫作為脫硫劑等。不僅如此，氫氣還是一種十分理想的二次能源[1]。氫能是被大眾所認(rèn)同的清潔能源，在碳排放日益嚴(yán)重的今天，氫氣作為低碳和零碳能源越來越受到重視。世界上很多國家，包括中國，美國等國家以及歐盟都在進(jìn)入21世紀(jì)的時(shí)候，決定大力開發(fā)氫能源。并且在關(guān)于開發(fā)氫能領(lǐng)域這一方面，我們國家已獲得很大的進(jìn)展。相信我國在不久的將來，會在氫能開發(fā)與應(yīng)用這一領(lǐng)域，處于世界領(lǐng)先的行列。且現(xiàn)如今，在氫燃料電池和氫能汽車這一領(lǐng)域，我國是最有可能率先實(shí)現(xiàn)其產(chǎn)業(yè)化的國家，這是國際所公認(rèn)的。當(dāng)今世界，所使用的大部分能源均屬于\t"/item/%E6%B0%A2%E8%83%BD%E6%BA%90/_blank"不可再生能源，比如石油、天然氣、煤等。眾所周知，這些資源在地球上的存儲量是有限的，但是與之相對應(yīng)的是人類對能源的需求量卻越來越大，人類要想在地球上生存下去，離不開對能源的依賴。在這樣的背景下，開發(fā)一種能替代這些不可再生能源的新能源是一種必須趨勢。隨著當(dāng)今世界是對化石燃料的消耗，其儲量不斷的減少。可以預(yù)料到，在未來的一天，這些資源、能源都將會枯竭。是故，尋找一種儲量豐富、不依賴\t"/item/%E6%B0%A2%E8%83%BD%E6%BA%90/_blank"化石燃料的新的能源這是人類生存的迫切需求。氫正是人們在這種背景下所期待的一種新的二次能源。氫只有一個(gè)原子，故其序號是1，在元素周期表中排在第一個(gè)。處于常溫常壓狀態(tài)下的氫氣是以氣體形式存在，而在溫度非常低且壓力很高的條件下時(shí)，存在形式為液態(tài)。下列就是氫氣的一些特點(diǎn)：（1）H2的重量輕：在標(biāo)況下，ρH2=0.0899g/h，當(dāng)溫度為-252.7℃時(shí)，H2則會由氣體轉(zhuǎn)化成為液體，若此時(shí)將H2放置于幾百個(gè)標(biāo)準(zhǔn)\t"/item/%E6%B0%A2%E8%83%BD%E6%BA%90/_blank"大氣壓下，液體H2將將朝著\t"/item/%E6%B0%A2%E8%83%BD%E6%BA%90/_blank"金屬氫轉(zhuǎn)變。（2）H2有良好的導(dǎo)熱性：氫氣的導(dǎo)熱系數(shù)比大多數(shù)氣體要高出10倍左右。（3）H2有非常大的儲量：據(jù)統(tǒng)計(jì)，整個(gè)宇宙的所有物質(zhì)的重量中，超過七成被H2占據(jù)。眾所周知，地球是大部分都是水，而水就是由氫與氧這兩種元素的化合物。根據(jù)推算，若是將地球上所有的水中的氫分離出來，之后使其燃燒，其所產(chǎn)生的總熱量是地球上所有化石燃料燃燒燃燒之后所可以產(chǎn)生的總熱量的九千倍還多。（4）H2的產(chǎn)物可回收利用：因?yàn)槭褂脷渥鳛槟茉吹钠囁欧懦龅膹U氣大部分就是水，可以再次回收利用。（5）H2具有非常高的發(fā)熱值：其發(fā)熱值是為142351kJ/kg。可以這樣說，氫是除了核燃料之外，發(fā)熱值最高的物質(zhì)。其發(fā)熱值更是汽油的3倍。（6）H2的燃燒性能好：氫氣點(diǎn)燃速度很快，混合了空氣之后，會有比較廣燃燒范圍，而且氫氣的燃點(diǎn)高，同樣燃燒速度很快。（7）H2是無毒的：氫氣燃燒時(shí)除了會生成水和極少量氮化氫之外，不會產(chǎn)生對環(huán)境有污染或者有毒有害物質(zhì)，比如CO2、CO以及粉塵顆粒等。而且其燃燒產(chǎn)物中少量的氮化氫，在經(jīng)過合理處置之后也不會再對環(huán)境產(chǎn)生污染，是故氫氣的燃燒是最為清潔的，而且產(chǎn)物水還可反復(fù)循環(huán)使用。（8）H2的耗損少：可以代以遠(yuǎn)近距離管道輸氫，從而取消遠(yuǎn)距離的高壓輸電，相對來說，其安全性有了提高，且能源無效損耗浪費(fèi)減小。（9）H2的運(yùn)輸方便：氫氣的重量很小，與其他燃料相比，運(yùn)輸方便，這樣可以使得運(yùn)輸成本降低，從效益這一方面出發(fā)，其總效益比其他能源要好。（10）使用H2可以減少溫室效應(yīng)：現(xiàn)代社會的很多方面都需要大量使用化石燃料，眾所周知，化石燃料在燃燒的時(shí)候會產(chǎn)生大量的溫室氣體，而如果用氫來取代化石燃料，就能最大限度地降低溫室氣體的排放，從而緩解溫室效應(yīng)。（11）H2的利用形式有很多：在熱力發(fā)動機(jī)中，可以通過燃燒氫氣來產(chǎn)生熱能，從而產(chǎn)生機(jī)械功。除此之外，在燃料電池領(lǐng)域，氫氣還可以作為能源材料使用，而固態(tài)氫可以被用作為結(jié)構(gòu)材料。1.1.2氫氣的制取途徑近些年來，伴隨著我國社會與經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，工業(yè)化程度同樣也在不斷加深。許多高精產(chǎn)品工業(yè)的磅礴發(fā)展，氫氣的需求量越來越大?，F(xiàn)代工業(yè)中制備氫的方法有很多[1]：其中最簡單的就是電解水法；除此之外，還有烴類水蒸氣轉(zhuǎn)化法；烴類部分氧化法；煤氣化和煤水蒸氣轉(zhuǎn)化法以及氨或甲醇催化裂解法等等。其中，用甲醇制氫的方法具有純度高，投資省，能耗低等特點(diǎn)，符合現(xiàn)代工業(yè)的要求，越來越受到重視。1.2甲醇制氫工藝及過程1.2.1甲醇制氫工藝（1）甲醇?xì)庀嘀茪浼状細(xì)庀嗟闹茪涔に?，包括甲醇裂解制氫方法、甲醇水蒸氣重整制氫等多種工藝方法。（2）甲醇裂解制氫該制氫方法是：在特定條件下，把甲醇等作為原料，在吸了收大量的熱量的同時(shí)，通過原料間的化學(xué)反應(yīng)來產(chǎn)生CO和H2[3]。這種方法在現(xiàn)代工業(yè)的制氫工藝中，有著比較廣的應(yīng)用范圍。因此此種工藝已成為目前所研究的重點(diǎn)內(nèi)容。為了使該工藝的制氫效率提高，需要加大對其研究力度，采取相關(guān)措施提高其活性、選擇性，以及選擇合適的反應(yīng)催化劑，從而降低生產(chǎn)的成本，并保證以及進(jìn)一步提高產(chǎn)率。（3）甲醇水蒸氣重整制氫相比與其他制氫方法，甲醇水蒸氣重整制氫工藝具有非常多的優(yōu)點(diǎn)，尤其是在解決質(zhì)子交換膜燃料電池氫能源方面有著非常重要的作用[4]。正常來說，在利用甲醇水蒸氣重整制氫的工藝過程中，進(jìn)行該反應(yīng)的時(shí)候所需要的溫度比較低。該種工藝有著各種優(yōu)點(diǎn)，比如其反應(yīng)的反應(yīng)產(chǎn)物，氫氣的含量比較高。而其它反應(yīng)產(chǎn)物比如一氧化碳等，其在反應(yīng)產(chǎn)物中的含量較低。在我國，一般采用兩種甲醇制氫工藝方法來進(jìn)行氫氣的生產(chǎn)與制造，一種是甲醇?xì)庀嘀卣茪浞?，另一種是甲醇液相重整制氫法[5]。在我國的工業(yè)中使用范圍最廣的是甲醇?xì)庀嘀卣ㄖ圃鞖錃?。至于甲醇液相重整法，其生產(chǎn)技術(shù)雖然比較先進(jìn)，還能在常溫下進(jìn)行，但是該種方法對生產(chǎn)設(shè)備的要求比較高，進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)的成本也比較高，故很少使用。1.2.2甲醇制氫工藝流程使用甲醇來制取氫氣，就是合適的溫度、壓力條件下，將甲醇與水蒸氣通過催化劑,經(jīng)催化劑的催化后，甲醇開始產(chǎn)生裂解反應(yīng)，同時(shí)發(fā)生CO的轉(zhuǎn)換，在此過程中生成H2和CO2，該工藝是一個(gè)氣固催化反應(yīng)系統(tǒng)，其擁有多組份以及多反應(yīng)。甲醇制氫的物料流程（如圖1）步驟如下：按一定的投料配比將甲醇和水投入原料液儲罐中，在泵的驅(qū)動力下使原料進(jìn)入預(yù)熱器，預(yù)熱器開始工作，之后原料在汽化塔中被汽化，再經(jīng)過過熱器加熱使原料溫度達(dá)到反應(yīng)溫度后輸送進(jìn)轉(zhuǎn)化器，在轉(zhuǎn)化器中轉(zhuǎn)化反應(yīng)產(chǎn)物與未反應(yīng)完的甲醇和水蒸氣等首先與原料液換熱冷卻，然后冷凝器進(jìn)入工作狀態(tài)，分離出水和甲醇；分離出的水和甲醇將重新輸送到原料液儲罐中，而分離后的混合氣體輸送進(jìn)入吸收塔，其中的CO2經(jīng)碳酸丙烯脂吸收，已經(jīng)吸收飽和后被輸送進(jìn)入解析塔，在進(jìn)行解析分離之后可以再次使用，最后一步就是使用PSA裝置將其它雜質(zhì)分離出來，得到一定純度的要求的氫氣。圖1-1甲醇制氫工藝過程圖上述步驟可分為四個(gè)工藝過程，其過程如下[6]：1.原料汽化過程：該過程就是在加壓的條件下，將CH3OH和脫鹽水（H2O）按一定比例混合，使用泵將原料送入預(yù)熱器中進(jìn)行預(yù)熱，然后經(jīng)汽化塔汽化加熱至轉(zhuǎn)化溫度的一個(gè)過程；2.催化裂解轉(zhuǎn)化：經(jīng)上一個(gè)過程后，在轉(zhuǎn)化器中，原料蒸汽通過催化裂解與轉(zhuǎn)化兩個(gè)反應(yīng)從而得到主要含H2和CO2的混合氣體產(chǎn)物；3.轉(zhuǎn)化氣冷凝：把輸送進(jìn)冷凝器的混合氣體產(chǎn)物進(jìn)行兩次熱量交換冷卻、冷凝后將其降到常溫；4.轉(zhuǎn)化氣凈化與氣液分離系統(tǒng)：含有H2、CO2和少量CH3OH和H2O的混合氣體產(chǎn)物，自下而上從底部輸送進(jìn)入凈化塔，同時(shí)自上而下從凈化塔上部加入脫鹽水；混合氣體與脫鹽水充分接觸，其中未反應(yīng)完的甲醇蒸汽被吸收，而沒被吸收的氣體自塔頂排出，經(jīng)氣液分離器除去霧沫后，使用PSA裝置將氫氣提純，而含醇的脫鹽水可再次回收利用。1.2.3甲醇制氫工藝的特點(diǎn)目前，國內(nèi)使用甲醇蒸汽重整制氫這一技術(shù)的企業(yè)已近百家，經(jīng)過這幾年來的設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)證明，此項(xiàng)工藝技術(shù)已經(jīng)很成熟，設(shè)備操作比較方便，運(yùn)轉(zhuǎn)十分穩(wěn)定且產(chǎn)物無污染。該工藝技術(shù)特點(diǎn)如下：（1）在催化劑的催化作用下，甲醇蒸汽的裂解與轉(zhuǎn)化是在轉(zhuǎn)化器中一起完成的。（2）在生產(chǎn)過程中，進(jìn)行加壓操作，故從轉(zhuǎn)化器中產(chǎn)生的混合氣體無需再進(jìn)行加壓，可以轉(zhuǎn)化后立刻輸送入分離裝置，從而使設(shè)備的能耗降低。（3）和傳統(tǒng)的電解法比較，其設(shè)備所消耗的電量降低了90%左右，同時(shí)氫氣的生產(chǎn)成本降低了40～50%左右，而且此種方法產(chǎn)生的氫氣純度較高（4）制氫工藝中所使用的催化劑有著很多優(yōu)點(diǎn)，比如選擇性好、活性高、使用時(shí)需要的溫度叫低，同時(shí)催化劑可以使用很長的時(shí)間，有著很長的使用壽命。（5）工藝過程中采循環(huán)供熱載體是導(dǎo)熱油，其不僅能滿足藝的要求，且投資所需的資金較少，能耗較低，進(jìn)一步降低了制氫所需的操作費(fèi)用。1.2.4甲醇制氫工藝的發(fā)展現(xiàn)狀及研究意義近年來，我國有些學(xué)者對甲醇制氫工藝進(jìn)行了很多方面的研究。黃媛媛等[7]使用了凹凸棒石作為為載體，以質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為20%Cu以及15%ZrO2為活性組分，采用浸漬法制備Cu－ZrO2－CeO2/γ－Al2O3催化劑。研究了在280℃、甲醇質(zhì)量空速為3.6h-1和水醇投料比為1：2的條件下，甲醇制氫反應(yīng)的相關(guān)參數(shù)，她們發(fā)現(xiàn)在這種反應(yīng)條件下，制氫反應(yīng)的甲醇轉(zhuǎn)化率高達(dá)99.83%，而H2與CO的選擇性分別為99.23%以及2.31%。王東哲等[8]是用水熱法、沉淀法和溶膠－凝膠法的方法分別制備了CuO/CeO2納米催化材料，之后利用多種方法來表征催化劑，通過觀察制氫反應(yīng)的結(jié)果，來確定上述不同的催化劑制備方法對其催化性能的影響。最后得到的結(jié)果是：水熱法制備的CuO/CeO2催化劑的活性最強(qiáng)、催化性能最好，而且其比表面積也是最大的，當(dāng)反應(yīng)溫度為300℃，水醇投料比為1：2，甲醇空速800h-1時(shí)，甲醇的轉(zhuǎn)化率可以達(dá)到最高的93%。張磊等[9]以CeO2-ZrO2為載體，以CuO/ZnO為活性組分，采用共沉淀法制備的催化劑在反應(yīng)溫度為240℃，水醇物質(zhì)的量比為1.2和甲醇?xì)怏w空速1200h-1的反應(yīng)條件下，甲醇最高竟然可以完全轉(zhuǎn)化，反應(yīng)產(chǎn)物中CO的體積分?jǐn)?shù)只有0.46%，催化劑十分穩(wěn)定，360多小時(shí)穩(wěn)定運(yùn)行。此次改進(jìn)載體，不僅使得甲醇轉(zhuǎn)化維持率在較高水平，還降低了CO選擇性，同時(shí)與工業(yè)催化劑相比，負(fù)載活性金屬銅的量降低了50%左右，從而有效地降低了使用催化劑的成本。對我國制氫行業(yè)來說，進(jìn)一步加深對甲醇制氫工藝發(fā)展的研究，對其發(fā)展有著重要影響。在實(shí)際的制氫過程中，總是會遇到許許多多的各種各樣的困難，因此我國從事這一方面研究的研究人員應(yīng)加大研究力度，對其進(jìn)行分析和思考，采取有效措施，來確保制氫過程的順利進(jìn)行，進(jìn)而使我國經(jīng)濟(jì)進(jìn)一步發(fā)展。

2甲醇制氫工藝過程物料衡算2.1依據(jù)甲醇蒸氣轉(zhuǎn)化為氫的反應(yīng)方程式：（2-1）（2-2）分解為的，反應(yīng)壓力為1.5MPa，，醇水。2.2投料計(jì)算量代入轉(zhuǎn)化率公式（2-1）和式（2-2）得到（2-3）（2-4）合并上兩式，得：（2-5）已給定氫氣產(chǎn)量為4500m3/h。代入式（2-5）中得：氫氣的產(chǎn)量是:甲醇的投料量是:水投料量是:

3精餾塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算本次設(shè)計(jì)的甲醇精餾塔的具體結(jié)構(gòu)有：DN1000mm的塔筒體、DN1000mm的裙座以及塔的輔助設(shè)備和零部件三大部分所構(gòu)成。精餾塔上下兩個(gè)部分分別是精餾段與提餾段；其內(nèi)部附件有：除沫器、液體分布器、液體再分布器、填料壓板、填料支撐板；筒體上面設(shè)有人孔、手孔、溫度計(jì)孔，回流管，進(jìn)料管以及氣體進(jìn)出口等內(nèi)件。裙座根據(jù)其上承受的載荷的不同情況，可分為圓筒形與圓錐形這兩類，當(dāng)塔高與塔徑比達(dá)到了一定值時(shí)（，且，或者，且），為了防止風(fēng)載或者地震載荷的，將要采用圓錐形的結(jié)構(gòu)，此次設(shè)計(jì)中兩者比值沒有達(dá)到要求，因此此次設(shè)計(jì)中裙座采用了圓筒形設(shè)計(jì)，其上主要有：裙座筒體、基礎(chǔ)環(huán)、地腳螺栓座、人孔、排氣孔等結(jié)構(gòu)。3.1塔的輔助設(shè)備及主要附件的選型（1）液體分布器目前使用的噴淋裝置的類型有很多，比如管式噴淋器、蓮蓬式噴淋器等類型。本次設(shè)計(jì)選用排管式噴淋器。排管式噴淋器可用于的塔。（2）填料支撐裝置塔內(nèi)的填料需要有一個(gè)裝置支撐，這就需要選擇填料支撐裝置。本次設(shè)計(jì)中，采用結(jié)構(gòu)很簡單的波紋板網(wǎng)支撐板。該裝置是由金屬板網(wǎng)以一定的尺寸軋制成波紋的形狀，再用扁鋼圈焊接固定。網(wǎng)孔的尺寸是隨最小填料的支撐要求來確定的，為了讓填料不卡在孔內(nèi)，網(wǎng)孔的尺寸應(yīng)小于填料外徑的0.6~0.8倍。當(dāng)塔徑時(shí)，最小填料為，塔徑時(shí)，最小填料為。（3）液體再分布器本設(shè)計(jì)采用多孔盤式再分布器。分布盤上孔數(shù)按噴淋點(diǎn)數(shù)確定，孔徑為（4）填料壓板及床層限制器在塔設(shè)備中，床層限制器，是用來防止填料層出現(xiàn)空洞的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象是由高氣速高壓降或者在塔的操作波動而導(dǎo)致的，將會使得填料向上移動。傳質(zhì)效率因此而降低。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)使用規(guī)整填料，所以選用的床層定位器：間距為的柵板，用扁鋼材彎制而成的高度約為50mm的柵板圈。此外當(dāng)塔徑，床層定位器的外徑與塔的內(nèi)徑相比小。（5）除沫器在塔的運(yùn)行過程中，塔頂因霧沫夾帶而造成物料損失很嚴(yán)重。為了降低損失，確保出料口的氣體的純度，要在塔的頂部設(shè)置一個(gè)除沫器。最常用的除沫裝置有絲網(wǎng)除沫器、旋流板除沫器以及折流板式除沫器等。在本次設(shè)計(jì)中，介質(zhì)為清潔介質(zhì)，因此可采用有表面積和較大、使用方便、結(jié)構(gòu)簡單以及除沫效率較高等優(yōu)點(diǎn)的上裝式絲網(wǎng)除沫器。 本次設(shè)計(jì)的精餾塔塔徑為DN1000，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)HG/T21618-1998，滿足DN700~1600這一范圍，采用材料為不銹鋼0Gr18Ni9制成的上裝式絲網(wǎng)除沫器，該除沫器為SP型氣液過濾網(wǎng)型式，比表面積529.6m2/m3，空隙率是97.88%。3.2冷凝器 采用25℃的冷卻水。傳熱面積：選用管殼式冷凝器，3.3再沸器的計(jì)算與選型在此次設(shè)計(jì)中需要使用再沸器，查閱相關(guān)資料，選用立式熱虹吸再沸器。設(shè)計(jì)的，，使用水蒸汽為傳熱介質(zhì)。在該設(shè)計(jì)壓力下的飽和水蒸氣，其溫度為151.7℃。取傳熱系數(shù)。傳熱面積：3.4塔管徑的計(jì)算以及法蘭的選擇查閱資料得：塔內(nèi)的液體流速；塔內(nèi)的蒸汽流速，本次設(shè)計(jì)中，塔管選用直管式接管。圖3-1直管式接管（1）進(jìn)料管直徑取，經(jīng)圓整之后取得。（2）進(jìn)料管連接法蘭根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)HG/T20592~20635-2009選取管法蘭型式。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)HG/T20592-2009，此次選用16Mn制的密封面為突面RF的板式平焊鋼制管法蘭PL為進(jìn)料管處的法蘭，在設(shè)計(jì)溫度下它的最大允許工作壓力是1.0MPa。該法蘭代號為：；法蘭PL100-10RF16Mn。墊片：根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)HG/T20606，選擇的墊片材料為石棉橡膠板（GB/T3985），代號XB350，RF型。突面法蘭用RF型墊片尺寸見下表1：表1突面法蘭用RF型墊片尺寸公稱尺寸DN墊片內(nèi)徑D1墊片外徑D2墊片厚度T4049921.580891421.5可標(biāo)記為：，。螺栓：查閱標(biāo)準(zhǔn)HG/T20613-2009，故采用4個(gè)，尺寸分別是M12×50，M16×60的六角螺栓。（3）回流管直徑取，經(jīng)圓整之后取?；亓鞴茉敿?xì)的參數(shù)見下表2：表2回流管參數(shù)1020（4）回流管連接處法蘭墊片選?。翰殚啒?biāo)準(zhǔn)HG/T20606，選擇用材質(zhì)為石棉橡膠板，RF型的墊片。突面法蘭用RF型墊片尺寸見下表3：表3突面法蘭用RF型墊片尺寸公稱尺寸DN墊片內(nèi)徑D1墊片外徑D2墊片厚度T50611071.51001151621.5螺栓：依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)HG/T20613-2009，用4個(gè)六角螺栓，尺寸分別為M12×50；M16×60。（5）塔頂蒸汽接管直徑，經(jīng)圓整之后取得。塔頂蒸汽接管參數(shù)見下表4：表4塔頂蒸汽接管參數(shù)200219×6273×825210956150200（6）塔頂蒸汽接管連接法蘭其中法蘭突臺的高度為2mm。墊片的選擇：根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)HG/T20606，選擇采用墊片材料為石棉橡膠板，代號XB350。突面法蘭用RF型墊片尺寸見下表5： 表5突面法蘭用RF型墊片尺寸公稱尺寸DN1.5螺栓的選取：依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)HG/T20613-2009，采用8個(gè)M16×70的六角螺栓。（7）塔底出料管直徑取出料管中，，查標(biāo)準(zhǔn)圓整后得。3.5筒體連接法蘭依照標(biāo)準(zhǔn)JB/T4700~4707-2000中的法蘭形式。本次設(shè)計(jì)中選用材料為Q345R的甲型平焊法蘭：。工作溫度時(shí)為-20~200℃時(shí)，其最大允許工作壓力是0.65MPa。（1）精餾段筒體與封頭連接法蘭標(biāo)準(zhǔn)中法蘭、墊片及螺栓的尺寸標(biāo)注如下圖3-2，圖3-3及圖3-4所示。圖3-2平密封面的甲型平焊法蘭的結(jié)構(gòu)型式及系列尺寸圖標(biāo)準(zhǔn)JB/T4700~4707-2000中的法蘭、墊片及螺栓參數(shù)見下表6、表7及表8：表6標(biāo)準(zhǔn)中的法蘭參數(shù)公稱直徑DN法蘭/mm螺柱DD1D2D3D4d規(guī)格數(shù)量1000113010901055104510424823M2036圖3-3墊片參數(shù)尺寸標(biāo)注圖表7墊片參數(shù)DNDd1000mm10541010圖3-4螺栓尺寸標(biāo)注圖表8A型等雙長頭螺柱（mm）參數(shù)尺寸參數(shù)尺寸dd2L0公稱尺寸LC2.5單件質(zhì)量0.250kg3.6塔體的手孔手孔是指設(shè)備上開設(shè)出常用于不便進(jìn)入或者是無需進(jìn)入的設(shè)備的清理、修理以及檢查的人的手可以進(jìn)入的孔口。筒體塔徑為1000mm，參考標(biāo)準(zhǔn)，筒體開設(shè)手孔。精餾段筒體手孔：手孔的選擇：依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)HG/T21530-2014，筒體上開設(shè)帶頸平焊法蘭手孔，，DN=250mm，其密封面形式為突面RF。手孔的具體形狀見圖3-5。圖3-5手孔圖3-6板式平焊法蘭手孔的型式如圖3-6手孔的參數(shù)尺寸依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)HG/T20606，選擇的墊片為石棉橡膠板材料的非金屬平墊片，代號為NM-XB350。筒體手孔尺寸參數(shù)見下表9：表9手孔尺寸參數(shù)表密封面型式突面RFb124公稱壓力PN/MPa1.0b226公稱直徑DN/mm250H1190273×8H292D395螺栓、螺母數(shù)量12D1350螺栓直徑×長度M20×90b26總質(zhì)量/kg50.1手孔法蘭的選擇：與手孔相配的法蘭尺寸如下圖3-7（HG/T20592-2009）：圖3-7手孔處板式平焊鋼制管法蘭筒體手孔法蘭尺寸見下表10：表10手孔法蘭尺寸項(xiàng)目尺寸螺栓孔數(shù)量n12公稱直徑DN250螺紋ThM20公稱壓力P/bar6法蘭厚度C26法蘭外徑D395法蘭內(nèi)徑B276.5螺栓孔中心圓直徑K350鋼管外徑A273螺栓孔直徑L22法蘭理論質(zhì)量/kg9其中，突臺的高度為2mm。手孔的法蘭相匹配法的蘭蓋尺寸如圖3-8：圖3-8法蘭蓋法蘭處的墊片：依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)HG/T20606，選取石棉橡膠板（GB/T3985），代號是XB350。突面法蘭用RF型墊片尺寸見下表11：表11突面法蘭用RF型墊片尺寸公稱尺寸DN/mm墊片內(nèi)徑D1/mm墊片外徑D2/mm墊片厚度T/mm1.5螺栓的選取：依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)HG/T20613-2009，選用12個(gè)，尺寸為M20×90的六角螺栓，。3.7裙座此次設(shè)計(jì)中采用材料為Q235B的圓筒形裙座。裙座要開設(shè)2個(gè)圓形檢查孔，圓形孔外徑D取450mm，中心高H取900mm。3.8塔總體高度計(jì)算塔頂高度，按經(jīng)驗(yàn)取800mm，選取絲網(wǎng)除沫器到精餾段部分的填料上部距離為700mm，取塔釜高度為1000mm。提餾段上部到精餾段填料的下部1000mm。查閱標(biāo)準(zhǔn)得DN1000mm得標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭高為275mm，其中直邊段長25mm。故H總=11375mm。

4安全性、經(jīng)濟(jì)性與環(huán)保性分析4.1塔設(shè)備的安全性分析本次設(shè)計(jì)的甲醇精餾塔，經(jīng)過了縝密的設(shè)計(jì)計(jì)算，在考慮了本地區(qū)實(shí)際的風(fēng)載荷與地震載荷的情況下，無論是筒體自身的強(qiáng)度與穩(wěn)定性校核，還是封頭，裙座及焊縫的校核，亦或者是水壓試驗(yàn)，都是根據(jù)國標(biāo)GB150及其他的標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的步驟進(jìn)行的，筒體，裙座及其封頭，校核均滿足要求。其它方面也是嚴(yán)格按照塔設(shè)備的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)來的，安全性方面亦符合要求。4.2經(jīng)濟(jì)性分析本次設(shè)計(jì)的精餾塔，筒體與封頭部分主要是用Q345R制造，而裙座部分是用Q235B制造。由上面的計(jì)算可知筒體與封頭的總質(zhì)量m1=1183kg，裙座的質(zhì)量m2=268kg。查得現(xiàn)在Q345R鋼板的市場價(jià)為：4100元/噸。而Q235B鋼板的市場價(jià)為：3200元/噸。故估算的筒體與封頭造價(jià)為：4100×1.183=4850.3元；而裙座的造價(jià)：3200×0.268=857.6元。此次設(shè)計(jì)的為小型塔，塔體總造價(jià)成本為5707.9元，制造成本不高。4.3環(huán)保性分析本次設(shè)計(jì)的甲醇精餾塔，是小型塔，占地空間不多，不會對環(huán)境造成破壞；塔內(nèi)的物料主要是甲醇以及水蒸氣，不屬于污染性氣體，同時(shí)也無尾氣排放，不會對環(huán)境造成污染。且此處設(shè)計(jì)的甲醇精餾塔主要是為了在甲醇制氫反應(yīng)前，將甲醇精餾提純，提高氫氣生產(chǎn)率。而氫氣屬于清潔能源，無污染。

5總結(jié)本次設(shè)計(jì)的甲醇精餾塔，主要是再甲醇制氫反應(yīng)之前，對甲醇進(jìn)行精餾提純，以提高反應(yīng)的氫氣生產(chǎn)率。通過本次設(shè)計(jì)，讓我對塔設(shè)備的設(shè)計(jì)步驟有了深入的了解。同時(shí)，也使我對壓力容器的設(shè)計(jì)及一些國家標(biāo)準(zhǔn)有了更深刻的認(rèn)識。不僅如此，還給了我一次對書本上的知識進(jìn)行實(shí)踐的機(jī)會，我更加熟練掌握了大學(xué)四年所學(xué)到的知識。通過此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，讓我學(xué)會了很多新知識，掌握了通過網(wǎng)絡(luò)查找自己所需的資料，我相信這讓我在以后的工作生活中，表現(xiàn)的更好。參考文獻(xiàn)[1]姬存民,楊威.制氫工藝的比較[J].氯堿工業(yè),2019,55(08):32-33+37.[2]白秀娟,劉春梅,吳鳳英,范晨陽,蘭維娟.甲醇制氫技術(shù)研究與應(yīng)用進(jìn)展[J].廣州化工,2020,48(03):8-9+25.[3]鄭培源.關(guān)于甲醇制氫研究進(jìn)展的相關(guān)思考[J].化工管理,2017(34):15.[4]蘇海蘭,史立杰,高珠,?？∈?甲醇水蒸氣重整制氫研究進(jìn)展[J].工業(yè)催化,2019,27(04):28-31.[5]李建國,劉義,鐘玉發(fā),夏晶晶.甲醇水蒸氣重整制氫工藝現(xiàn)狀及發(fā)展[J].石油化工技術(shù)與經(jīng)濟(jì),2019,35(06):53-56.[6]楊青.甲醇制氫在工業(yè)應(yīng)用中的工藝改良研究[J].云南化工,201