甲醇制氫生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)

甲醇制氫生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書甲醇制氫生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書甲醇制氫生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書甲醇制氫生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書甲醇制氫生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)甲醇制氫生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書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，特別是改革開放以來，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/h時(shí)，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(guó)家的重視。甲醇蒸氣轉(zhuǎn)化制氫具有以下特點(diǎn)：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。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。對(duì)于中小規(guī)模的用氫場(chǎng)合，在沒有工業(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………………3甲醇制氫工藝設(shè)計(jì)………4甲醇制氫工藝流程………………4物料衡算…………4熱量衡算…………6反應(yīng)器設(shè)計(jì)……………….9工藝計(jì)算…………9TOC\o"1-5"\h\z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……… ……致謝……… ………參考文獻(xiàn)……… …附錄：1.反應(yīng)器裝配圖，零件圖.管道平面布置圖.設(shè)備平面布置圖.管道儀表流程圖.管道空視圖.單參數(shù)控制方案圖甲醇制氫生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書1、設(shè)計(jì)任務(wù)書甲醇制氫生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書甲醇制氫生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書甲醇制氫生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書甲醇制氫生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書2、甲醇制氫工藝設(shè)計(jì)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)過換熱器(E0102過熱到反應(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。VC'lC'lP0102EOIO1TOlC'lEO1'32RD1KEO1C8TO1O2TO103P01W原料液貯爆 杲通熱as 汽」匕塔 過涮器轉(zhuǎn)出器冷裁器吸收塔解析塔泵23456T8910機(jī)外悔LLLLEgggggcmicns.rg153ug1013.匿9mi?10.135:姆姆H2Q855,123S5.123S55.123855.123B55.123296,386286.廊少簫少散C02W:我1365.7201365.720少量CO8,^98.7n98.7798.779R2187.而口]67.500息.5W]87.50DX圖1－2甲醇制氫的物料流程圖及各節(jié)點(diǎn)物料物料衡算據(jù)甲醇蒸氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)方程式:CHOH-COT+2HT 3(1-1)2 CO+HO-COT+HT (1-2) 2CH2OH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).甲醇制氫生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書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)?TOC\o"1-5"\h\zCHOHf0.99COf+1.98H f+0.01CH3OH 2CO+03.99H Of0.99CO f+1.99H+0.01CO2 2合并式2(1-5),式(1-6)得到:CHOH+0.981HOf0.981CO f+0.961H3f+0.01CHOH2+0.0099COf 2氫氣產(chǎn)2量為: 12300m3/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/h3、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),過熱器(E0103)沒有物流變化.5、轉(zhuǎn)化器(R0101)進(jìn)：甲醇579.126kg/h,水488.638kg/h,甲醇制氫生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書總計(jì)1067.764kg/h出：生成CO579.126/32x0.9801x44=780.452kg/h2H579.126/32x2.9601x2=107.142kg/h2CO 579.126/32x0.0099x28=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℃).止匕時(shí)，每m3吸收液可溶解CO11.77m3.此數(shù)據(jù)可以在一般化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊(cè)中2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: 211.77-2.32=9.45甲醇制氫生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書甲醇制氫生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書甲醇制氫生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書甲醇制氫生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書0.4MPa 壓 力 下=pM/RT=0.4*44/[0.0082*(273.15+25)]=7.20kcog/m3CO體積量V=780.452/7.20=108.396m3/h 2據(jù)此,所需吸收液量為108.396/9.45=11.47m3/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/h3 *3 3可知系統(tǒng)壓力降至0.1MPa時(shí)，析出CO量為108.396m3/h=780.451kg/h. 2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=2.19MPa;甲醇=2.4MPa;甲醇初設(shè)甲醇T』=2.19MPa;甲醇=2.4MPa;甲醇p=0.824MPap=1.3704<1.5MPa再設(shè)總 T=175℃pp=0.93MPa水p=1.51MPa蒸氣壓總與總壓基本一致,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49.66J/mol,于是,在轉(zhuǎn)化器內(nèi)需要供給熱量為:Q=579.126x0.99/32x1000x(-49.66)反應(yīng)=-8.90x105kJ/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=4.1868x0.68=2.85kJ/(kg-K),p320田c=2.81kJ/(kg?K)p300田取平均值c=2.83kJ/(kg?K)則導(dǎo)熱油用量w=Q/(cAt)=8.90x105/(2.83x5)=62898kg/h反應(yīng) p3、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.從手冊(cè)中可以方便地得到甲醇和水蒸氣的部分比定壓熱容數(shù)據(jù),見表1-4.氣體升溫所需熱量為:Q=￡cmAt=(1.90x579.126+4.82x488.638)xp(280-175)=3.63x105kJ/h導(dǎo)熱油c=2：826kJ/(kgK),于是其溫降為:At=Q/(cm)=3p.63x105/(2.826x62898)=2.04℃P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=203IkJ/kgQ=579.126x727.2+2031x488.638=1.41x106kJ/h以300℃導(dǎo)熱油c計(jì)算c=2.76kJ/(kg?K)at=Q/(cm)=1.41x106/(2.76x62898)二P8.12℃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/=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)。液體混合物升溫所需熱量Q二2cmat=(579.126x3.14+488.638x4.30)xp(175-25)=5.88x105kJ/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：cffi10.47kJ/(kg?K)pcoc14.65kJ/(kg?K)XpH2c4.19kJ/(kg?K)Xpco則管程中反應(yīng)后氣體混合物的溫度變化為：at=Q/(cm)=5.88x105/(10.47x780.452+14P.65x107.142+4.19x169.362)=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2和冷凝.2 3 2①CO,CO,H的冷卻Q=￡cmat=(10.47x780.452+14.65x10p7.142+4.19x5.017)x(223.7-40)=1.79x106kJ/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=Hxm=2135x169.362=3.62x105kJ/h2水顯熱變化Q=cmat=4.19x169.362x(223.7-40)=1.30x105kJ/hQ=Q+Q+Q=2.28x106kJ/h123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/(cAt)=2.28x106/(4.19x10)=54415kg/3、反應(yīng)器設(shè)計(jì)計(jì)算工藝計(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62898320.0.5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_32kg-k/mol,則其摩爾流量為：579.126/32=l8T098kmol/h對(duì)于水，其摩爾質(zhì)量為/kg-k/mol,其摩爾流量為：488.638/18=27.147kmol/h對(duì)于氫氣，其摩爾質(zhì)量為2kg?k/mol,其摩爾流量為：107.142/2=53.57lkmol/h對(duì)于一氧化碳，其摩爾質(zhì)量為28kg-k/mol,其摩爾流量為：5.017/28=0.179kmol/h進(jìn)料氣中甲醇的摩爾分率yA為：Ya= 18.098 二0.418.098+27.147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：V=18.098*8314.3*（273.15+280） m3/h.1.5*106水的體積流量VB為：Vq=27.147*8314.3*（273.15+280）_____m3/hB =83.2331.5*106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=―一5.791*100%二99%579.126即反應(yīng)過程中消耗甲醇的物質(zhì)的量為：18.098X99%=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)過程中氣體的總物質(zhì)的量發(fā)生了變化，可求出膨脹因子6Ao對(duì)于甲醇有：6=3+1一1一1A =21（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=5.5X10-4e68600RTC=CAn1-XAAO---4—1+6yX4A4上式兩邊同乘以RT,則得：pA=CpA=CAORT1一X 4——1+6yX4A4T=CAO/T=CAO/XAf0dx——ArAx]-^4—yxAA/=CJ//[kCAnRT1-TOC\o"1-5"\h\zAOxAfdx AO --「0A 1+8A= 1kRT1+8yxdx4xAfAAAA0 1一XA將k=5.5X10-4e68600m3/(kmol?h),R=8314.3心“…'T=553.15K，8A=2,y=0.4,kj（kmol?K） A A代入上式，’可得空間時(shí)間：t=0.0038h（5）計(jì)算所需反應(yīng)器的容積VR=tVO進(jìn)料氣的總體積流量為：VO=55.489+83.233=138.722m3/h=0.0385m3/s則可得所需反應(yīng)器的容積為：VR=tVO=0.0038X138.722=0.527m3（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u=0.2m/s,則反應(yīng)管的長(zhǎng)度為：l=tu=0.0038X3600X0.2=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=，=—3—二0.22m/st0.0038*3600（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Ikmol的一氧化碳，則反應(yīng)過程中產(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：x=17.738xCO *100%=99%17.917則反應(yīng)過程中所需向反應(yīng)器內(nèi)供給的熱量為：Q=90.8X103X17.917-43.5X103X17.738=855.261X103kJ/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)GB151,3200c時(shí)鋼的導(dǎo)熱系數(shù)為入=44.9W/(m-oC),管外油側(cè)的對(duì)流給熱系數(shù)為ao=300W/(m2?oC),管內(nèi)側(cè)的對(duì)流給熱系數(shù)為ai=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)分另IJ為0.0002m2-oC/W和0.0008m2?oC/W總污垢系數(shù)為Rf=0.0002+0.0008=0.001m2?oC/W根據(jù)傳熱學(xué),反應(yīng)器的傳熱系數(shù)為：K=1/(1d+2t+1+t+R『) -faidao入由于?的值接近于1,對(duì)K帶來的誤差小于d1%；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(i+iK=1(i+i+R,)=-Tfaiao11——+ +0.00130080=59.4W/(m2?oC)=213.84kJ/(h?m2?oC)由于反應(yīng)器所需的換熱面積為：F=Q=855.261*103 _99988m2KAt213.84*(320-280)(9)計(jì)算管子的內(nèi)徑反應(yīng)器需要的換熱面積為：F=nndl反應(yīng)器內(nèi)氣體的體積流量為：Vo=nnd2U~T~聯(lián)立上述兩式，并將l=6m,u=0.22(m/s),F=99.988(m2)Vo=0.0385(m3/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)算公式或來源結(jié)果備注換熱管材料選用碳鋼無縫鋼管①25X2換熱管內(nèi)徑、外徑d;dm0.021;0.025管 換熱管管長(zhǎng)Lm選用3m標(biāo)準(zhǔn)管長(zhǎng)3.0程 換熱管根數(shù)n99.988325（圓整）結(jié)n_Ao_ 構(gòu)ndL兀x0.025x3設(shè) 管程數(shù)Ni根據(jù)管內(nèi)流體流速范圍選定1計(jì) 管程進(jìn)出口接管djt*Sjtm按接管內(nèi)流體流速合理選?、?0X1.6尺寸

（外徑*壁厚）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)S按標(biāo)準(zhǔn)中心距管管束中心排管數(shù)nc廠-1.1J331(外加八根nc-1.1、n21程拉桿）結(jié)殼體內(nèi)徑DmDi=S(Nc-1)+(1~2)d0.7構(gòu)換熱器長(zhǎng)徑比iL/DiL/Di4.28合理設(shè)實(shí)排熱管根數(shù)n作圖351計(jì)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dj*Sj合理選取①114X2選取尺寸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（1）筒體內(nèi)徑:700mm設(shè)計(jì)壓力：P設(shè)計(jì)溫度取350℃筒體材焊接接頭系數(shù)①=0.8=1.1p=0.55MPacw料：16MnR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6= PcDi_0.55*7002[Q]t科Pc=2*134*1-0.55一.mm考慮厚度附加量并圓整至鋼板厚度系列，得材料名義厚度或4mm.取§6mmn= 0=6mmn強(qiáng)度校核有效厚度0e=0n-C1-C2=5mm6=4^=0.55*（700+5）二38.775Mpa<dtg134Mpa20e 2*5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：700mm設(shè)計(jì)壓力： P=1.6MPa設(shè)計(jì)溫度取300。C封頭材料：16MnR

焊接接頭系數(shù)①=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=1.0KPD.ci2[o尸科0.5PcKPD.ci2[o尸科0.5Pc=4.790mm2x134x1-0.5x1.6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5n=6mm.強(qiáng)度校核有效厚度5e=5n-C1-C2=7mmotPc(kdi+0.53e)=1.6x(1.0X800+0.5X7)_91829MPa<[o]t0=144MP25e 2X7 . ta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：巾25X2管長(zhǎng)：3000 根數(shù)：345甲醇制氫生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書實(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：660X1.6 接管材料：16Mn法蘭類型：板式平焊法蘭(HG20593-97)法蘭DN法蘭外徑中心孔直徑法蘭厚度法蘭內(nèi)徑DN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50140110.1659144M12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/sDN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10021017018、九、DN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10021017018、九、116184M16表3-4.殼程法蘭數(shù)據(jù)12、折流板(GB151-1999)甲醇制氫生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書甲醇制氫生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書甲醇制氫生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書甲醇制氫生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書材料：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。 '1)支座承受的實(shí)際載荷計(jì)算水平地震載荷為：p=amge eoa為地震系數(shù)，地震設(shè)計(jì)烈度為7時(shí)，a=0.24eem為設(shè)備總質(zhì)量經(jīng)計(jì)算該反應(yīng)器的m=1119kgoo水平地震載荷為：p= =0.24X1119X9.8amge eo=2631.99N水平風(fēng)載荷為：p=1.2?DHH_12X1.0X550fqh—1.2w i0 0 0X3400X1500=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),0南京地區(qū)的q=550N/m2。f風(fēng)壓高度系數(shù)見參考資料。0 i水平力取p與p兩者的大值，即P=Pe+0.25pw=26e31.99+w0.25*3366=3473.5N支座安裝尺寸為D：D= 三 三 L /(D+26+26)2-(b—26)+2(1—s)=867mmin3 2 2 2 1式中，6為耳式支座側(cè)板厚度；6為耳式23支座襯板厚度。支座承受的實(shí)際載荷為Q：Q=「空二+4(嘰G,S)]X10-3=n.3KN<b]_kn nd_|=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=q*(12-si)=心*。25-50)=0,85kN<[M]L 103 103 I因此，開始選用的2A3支座滿足要求。形式：A3型高度：200 底板：L1:125b1:8051：8s1：40筋板：L2:100 b2:10052：5 墊板:L3：20 b3:16053：6e: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)過程裝備與控制工程系計(jì)算條件筒體簡(jiǎn)圖計(jì)算壓力P0.55MPa設(shè)計(jì)溫度t350.00。C1iiii--Di―-1iIH--J￡n內(nèi)徑D i700.00mm材料16MnR（正火）（板材）試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力［可170.00MPa設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力［司t134.00MPa試驗(yàn)溫度下屈服點(diǎn)。345.00MPa鋼板負(fù)偏差C 1 0.00mm腐蝕裕量C1.00mm焊接接頭系數(shù)。0.80厚度及重量計(jì)算計(jì)算厚度PD c—i 3=2[o]t科Pc=1.80mm有效厚度3e=3n-C1-C2=5.00mm名義厚度3=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藍(lán)=0.8700 （或由用戶輸入）MPa壓力試驗(yàn)允許通過的應(yīng)力水平［Q］T[Q]T<0,90口=310.50MPa試驗(yàn)壓力下圓筒的應(yīng)力p.(D+3)-Tieq= 23〃 =76.67MPa校核條件W<C]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23e-0-0[P]=(Di+3e)=1.52057MPa設(shè)計(jì)溫度下計(jì)算應(yīng)力P(D+3)—c i e—ot= 23e =38.78MPa［。卜0107.20MPa校核條件[o]t0三ot結(jié)論合格甲醇制氫生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書甲醇制氫生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書甲醇制氫生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書內(nèi)壓橢圓封頭校核計(jì)算單位南京工業(yè)大學(xué)過程裝備與控制工

程系甲醇制氫生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)畢-算條業(yè)設(shè)條件務(wù)書計(jì)算壓力產(chǎn)c0.55MPa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[o]170.00MPa設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力[o]t134.00MPa鋼板負(fù)偏差q0.00mm腐蝕裕量C221.00mm焊接接頭系數(shù)。0.80橢圓封頭簡(jiǎn)圖厚度及重量計(jì)算形狀系數(shù)=1.0000計(jì)算厚度5 KPPD，=2[o]t^-0.5Pc=1.80有效厚度5e=5n-C1-C2=5.00最小厚度"min=1.05名義厚度5…n=6.00結(jié)論滿足最小厚度要求重量27.30壓力計(jì)算mmmmmmmmKgSo延長(zhǎng)部分兼作法蘭固定式管板甲醇制氫生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)單位南京工業(yè)大學(xué)過程裝備與控制工程系設(shè)計(jì)計(jì)算條件簡(jiǎn)圖殼程圓筒設(shè)計(jì)壓^Ps0.55MPa設(shè)計(jì)溫度Ts350。C平均金屬溫度￡,314C裝配溫度to15C材料名稱16MnR（正火）/設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力［卬］134Mpa7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)41.3e-05mm/mm°C殼程圓筒內(nèi)徑Di700mm殼程圓筒名義厚度Ss6mm殼程圓筒有效厚網(wǎng)4.25mm殼體法蘭設(shè)計(jì)溫度下彈性模量Ef51.79e+05MPa殼程圓筒內(nèi)直徑橫截面積4=0.25兀D23.848e+05mm2殼程圓筒金屬橫截面積A『兀3§（Di+3s）9403mm2管箱圓筒設(shè)計(jì)壓^Pt1.6MPa設(shè)計(jì)溫度Tt300°C材料名稱設(shè)計(jì)溫度下彈性模量Eh1.846e+05MPa管箱圓筒名義厚度（管箱為高頸法蘭取法蘭頸部大小端平均值）3h16mm管箱圓筒有效厚度3he4mm管箱法蘭設(shè)計(jì)溫度下彈性模量E”1.86e+05MPa換熱管材料名稱20G（正火）管子平均溫度tt230°C設(shè)計(jì)溫度下管子材料許用應(yīng)力［卬t92MPa設(shè)計(jì)溫度下管子材料屈服應(yīng)力0st147MPa設(shè)計(jì)溫度下管子材料彈性模量Et1.73e+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)at1.244e-05,°Cmm/mm管子外徑d25mm管子壁厚312mm甲醇制氫生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書甲醇制氫生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書甲醇制氫生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書甲醇制氫生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書注：

換熱管管子根數(shù)n351換熱管中心距S32mm一根管子金屬橫截面積a-兀3t（d5t）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/LDi3790MPa1管子回轉(zhuǎn)半徑i=0.25\:d2+(d-23t)28.162mm管子受壓失穩(wěn)當(dāng)量長(zhǎng)度）10mm系數(shù)Cr=詞2E"。；152.4比值lcr/i1.225__ 兀2EC<=-c^ [°]rr-2U小2管子穩(wěn)定許用壓應(yīng)力（ri） 2（aMPa（C> ）[O] =s1-cr管子穩(wěn)定許用壓應(yīng)力I「，Icr2I 2￡」73.2MPa管板材料名稱16MnR（正火）設(shè)計(jì)溫度t“350°C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3n50mm管板計(jì)算厚度348mm隔板槽面積（包括拉桿和假管區(qū)面積）Ad0mm2管板強(qiáng)度削弱系數(shù)n0.4管板剛度削弱系數(shù)目0.4D十上p 皿K2=1318二％'Ena/EL3”管子加強(qiáng)系數(shù) 3%t p KK=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管甲醇總箱法蘭材料名稱16MnR（正火）1」管箱法裝置設(shè)度畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書46mm法蘭外徑Df860mm基本法蘭力矩Mm7.515e+07N-mm管程壓力操作工況下法蘭力Mp3.266e+07N-mm法蘭寬度bf=(Df-Di)/280mm比直5h/Di0.005714比直3；/Di0.06571系數(shù)0”(按3h/Di,3”Di,查<<68151-1999>>圖25)0.00系則(按3hDafDi￡<GB151-1999>.26)0.000151Kf'=112[旋轉(zhuǎn)剛度 12fDi+bf'D]i3+E「①"]h9.542MPa殼體法蘭材料名稱16MnR（正火）殼體法蘭厚度3f44mm法蘭外徑Df860mm法蘭寬度bf=(Df-Di)/280mm比直3s/Di0.006071比<3f,/Di0.06286系數(shù)。腳h/D137Di，J<GB151-1999>.250.00系數(shù)「3h/D?37Di，s<<GB151-l999>>ffl260.0001626K'=—于12旋轉(zhuǎn)剛度d.+bi I片?+Es3,]8.573MPa法蘭外徑與內(nèi)徑之比K二Df/Di1.229殼體法蘭應(yīng)力系數(shù)V（按K查<<68150—1998>>表9-5）9.55KJJ旋轉(zhuǎn)剛度無量綱參數(shù)f4Kt0.001777膨脹節(jié)總體軸向剛度不-0N/mm甲醇制氫生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書甲醇制氫生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書甲醇制氫生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書甲醇制氫生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書甲醇制氫生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書系數(shù)計(jì)算管板第一彎矩系數(shù)(按K,Kf^<<GB151-1999>>S27)mi0.1075m系數(shù)KKf14.73系數(shù)(按KtKf^<<GB151-98>>029)G22.952Enat換熱管束與不帶膨脹節(jié)殼體剛度之比Q=EsA4.445Q-Etna(Es&+KexL)換熱管束與帶膨脹節(jié)殼體剛度之比‘X EsAsKexL<<<GB151-1999>>管板第二彎矩系數(shù)(按K,Q或Qex查圖28(a)或(b))m23.591顯， m1M— 1系數(shù)(帶膨脹節(jié)時(shí)Q代替Q) 2K(Q+G2)0.001768系數(shù)(按K,Q或Qex查圖30)G30.01187法蘭力矩折減系數(shù)自-fKf+G3)0.1302AM—管板邊緣力矩變化系數(shù) &+KJ*f0.9722法蘭力矩變化系數(shù)AMf-AMkJk；0.8734管板參數(shù)管板開孔后面積A,=A-0.25n血22.43e+05mm2管板布管區(qū)面積(三角形布管)At—0.866nS2+Ad(正方形布管)At-nS2+Ad2.563e+05mm2管板布管區(qū)當(dāng)量直徑Dt，AJ8571.2mm系數(shù)計(jì)算系數(shù)九-Ai/A0.6314系數(shù)P—na/Ai0.1719系數(shù)Zs—0.4+0.6X(1+Q)/入5.575系數(shù)(帶膨脹節(jié)時(shí)Qex代替Q)Zt—Md+B)+(0.6+Q)/入8.46管板布管區(qū)當(dāng)量直徑與殼體內(nèi)徑之比Pt—D/Di0.8161管板周邊不布管區(qū)無量綱寬度k=K(1-p)0.756甲醇制氫生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書甲醇制氫生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書甲醇制氫生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書甲醇制氫生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書甲醇制氫生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書僅有殼程壓力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丫=a(t30)-a(t「t0)0.0-0.001212當(dāng)量壓力組合P二P0.550.55MPa有效壓力組合P=Z,P「的Ea t3.066-35.3MPa基本法蘭力矩系數(shù)M=4Mmm九九D3Pia0.1441-0.01252~ ~管板邊緣力矩系數(shù)M=Mm((AM)M1m 10.1458-0.0108管板邊緣剪力系數(shù)v=wM2.147-0.159管板總彎矩系數(shù)m=-1+v2.484-0.5511系數(shù)G僅用于m>0時(shí)G=3m3K1e 1e0.72540.1609系數(shù)G1i當(dāng)m>0時(shí),按K和m查圖31(a)實(shí)線當(dāng)m<0時(shí)，按K和m查圖31(b)1.3820.7278系數(shù)Gm>0,g=maxG,G),1 i 1e1im<0,G=G11i1.3820.7278管板徑向應(yīng)力系數(shù)帶膨脹節(jié)Q為Qex?◎=1(1+v)Gr4Q+G120.14690.02068管板布管區(qū)周邊處徑向應(yīng)力系數(shù)~◎=3m(1+v)'r4K(Q+G)20.1929-0.01143管板布管區(qū)周邊處剪切應(yīng)力系數(shù)t=11+vp4Q+G20.10640.02842殼體法蘭力矩系數(shù)M =&M-(AM)Mws m f10.01721-0.003174◎二rP九~(D丫[b-口。J~ 入，D\2=◎P—寸raRib/k k2 l1—-十丁(V2-m)m2mP入~DT=—^T—tpRpb計(jì)算值許用值[◎]tr[◎]tr[◎]tr計(jì)算值許用值[◎]tr[◎]tr[◎]tr

殼體法蘭應(yīng)力O'=-YMP入(D)2f4 3°o‘f63.261.5[o]tr174134.33[o]tr348MPa換熱管軸向應(yīng)力1「 G—Qv ]O=尸—PtpcQ+Ga2 2 」19.1[O]tt92[o]cr73.2104.83[o]tt276[o]cr73.2MPa殼程圓筒軸向應(yīng)力O=工入(1+v)PcA(Q+G)as 233.71。[o]tc107.2-103.73巾[o]tc321.6MPa換熱管與管板連接拉脫應(yīng)力q="dl-10.04[q]4655.083田］焊接［q］脹接138MPa僅有管程壓力々作用下的危險(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丫=定30）-as（ts-to）0.0-0.001212當(dāng)量壓力組合Pc=-Pt（1+p）-1.875-1.875MPa有效壓力組合Pa=-EtPt+pYEt-13.54-51.9MPa操作情況下法蘭力矩系數(shù)~ 4M“M= A pp-入D3Pia-0.01419-0.0037管板邊緣力矩系數(shù)M=Mp-0.01419-0.0037管板邊緣剪力系數(shù)V=wM-0.2089-0.05448m+mv管板總彎矩系數(shù)m- —~1+v-0.8125-0.09322系數(shù)G僅用于m>0時(shí)G=m；K1e 1e0.23720.02722系數(shù)G1i當(dāng)m>0時(shí),按K和m查圖31（a）實(shí)線當(dāng)m<0時(shí)，按K和m查31（b）0.89920.4274系數(shù)gm>0,G=max(G，G、)；1 1 1e1im<0,G=G1 1i0.89920.4274管板徑向應(yīng)力系數(shù)帶膨脹節(jié)Q為QexO1(1+v)Gr= …一14Q+G20.024040.01366

管板布管區(qū)周邊處徑向應(yīng)力系數(shù)b_3_m(1+v)r4K(Q+G)2-0.01586-0.002174管板布管區(qū)周邊處剪切應(yīng)力系數(shù)C_11+Vp-4Q+G20.026740.03195殼體法蘭力矩系數(shù)Mws=^Mp.m1-0.003615-0.00225計(jì)算值許用值計(jì)算值許用值管板徑向應(yīng)力0=6P-{D'r ra.131109.21.5[a]tr1742383[a]tr348MPa管板布管區(qū)周邊攵?！窾。,I1[}徑向應(yīng)力kk2—1一+丁(、2—mm2m82.671.5m1mVm=?21+V174170.13[a]tr348MPa管板布管區(qū)周邊剪切應(yīng)力T=P2*Dp日p3-6.7980.5[a]tr58-31.161.5[a]tr174MPa兀~ dD殼體法蘭應(yīng)力b=-YJM P1(土)2f4 wsa3'f58.651.5[a]tr1741403[a]tr348MPa換熱管軸向應(yīng)力1「 G-QV]b=cP—r~—PtPCQ+Ga2 2 」30.4[b]tt92[b]cr73.2119.53[a]tt276[b]cr73.2MPa殼程圓筒軸向應(yīng)力A 1(1+V)b= [P+- P]CAt(Q+G)a」s 228.08。[a]tc107.2-105.93巾[a]tc321.6MPa換熱管與管板連接拉脫應(yīng)力q=6adl式15.98[q]4662.813田]焊接[q]脹接138MPa計(jì)算結(jié)果管板名義厚度3n50mm管板校核通過窄面整體（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)過程裝備與控制工程系簡(jiǎn)圖設(shè)計(jì)壓力生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書MPa計(jì)算壓pc0.550MPa設(shè)計(jì)溫度t350.0°C軸向外載荷F0.0N外力矩簡(jiǎn)圖設(shè)計(jì)壓力生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書MPa計(jì)算壓pc0.550MPa設(shè)計(jì)溫度t350.0°C軸向外載荷F0.0N外力矩M0.0N.mm殼體材料名稱16MnR（正火）許用應(yīng)力[◎]t134.0MPa法材料名稱16MnR（熱軋）許用應(yīng)力［司f157.0MPa［司f116.0MPa螺栓材料名稱40MnVB許用應(yīng)力［司b228.0MPa［司b170.0MPa公稱直徑dB240mm螺栓根徑d120.8mm數(shù)量n24個(gè)設(shè)計(jì)條件墊「仁//『」工T_n_Lg_. A結(jié)構(gòu)尺寸mmD.i700.0Do860.0Db815.0D765.0D因715.0s016.0Le22.5LA31.5h10.0s126.0材料類型軟墊片N25.0m2.00y(MPa)11.0壓緊面形狀1a,1bb8.94DG747.1b0W6.4mmb=b0b0>6.4mmb=2.53*bob0W6.4mmDG=(D外+D內(nèi))/2b0>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WaaWa=nbDGy=230941.7操作狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷WpWp=Fp+F=287301.9所需螺栓總截面積AmAm=max(Apda)=1690.0mm2實(shí)際使用螺栓總截面積Abn-d2Ab= 4 =8117.5mm2操作MpccD2FD=0.785D2pc=211557.5NLD=LA+0.5S1=44.5mmMD=FDLD=9414309.0N.mmFG=Fp=46165.0NLG=0.5(Db-DG)=33.9mmMG=FGLG=1567064.6N.mmFT=F-FD=29434.0NLT=0.5(LA+51+LG)=45.7mmMT=FTLT=1345794.2N.mm外壓：Mp=FD(LD-LG)+FT(LT-LG);內(nèi)壓：Mp=MD+MG+MT Mp=12327168.0N.mm預(yù)緊MaW=1118052.9NLG=33.9mmMa=WLG=37952176.0N.mm計(jì)算力矩Mo=MpMM/［叫中大者M(jìn)o=28041098.0N.mm甲醇制氫生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書甲醇制氫生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書甲醇制氫生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書甲醇制氫生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書甲醇制氫生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書螺栓間距校核實(shí)際間距L=吹n=106.7mm最小間距Z %L?=_ 一一一mm56.0 (查GB150-98表9-3)mm最大間距Z .L=max158.4mm形狀常數(shù)確定h01噸=105.83h/ho=0.1K=D/Dto i=1.229530=1.6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=0.46604e=F；h0=0.00855松式法蘭查圖9-5和圖9-6FL=0.00000VL=0.00000e=F"=0.00000查圖9-7由315o得f=2.19408整體法蘭d[=-h521 VIoo=610087.1松式法蘭d1=~h521 Vl。。=0.053n=才=d1 0.2山=6f e+1=1.39丫=V/T=0.76- 4cP=-5,e+1=3f1.521=丫+n=0.92剪應(yīng)力校核計(jì)算值許用值結(jié)論預(yù)緊狀態(tài)WT= =1 KDl8.93MPaT]=0.8°]1 n校核合格操作狀態(tài)WT=P=28Dl2.29MPa口=0.8012 n校核合格輸入法蘭厚度6f=46.0mm時(shí)，法蘭應(yīng)力校核應(yīng)力性質(zhì)計(jì)算值許用值結(jié)論軸向應(yīng)力fMo”= o=自12Di141.03MPa15[°]f=174.0或25[o]n=335.0（按整體法蘭設(shè)計(jì)的任意式法蘭，取15[o]t）n）校核合格徑向應(yīng)力(1.335f?e+1)M0OR二 ' 二叫Di 31.30MPa[°]f=116.0校核合格切向應(yīng)力myo= 0——Zo=T5fDi R26.61MPa[°]f=116.0校核合格綜合應(yīng)力mx(0.5(oH+oR),05(°H+oT))=86.16MPa[°]f=116.0校核合格法蘭校核結(jié)果校核合格

開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算計(jì)算單南京工業(yè)大學(xué)過程裝備與控制工程系開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算計(jì)算單南京工業(yè)大學(xué)過程裝備與控制工程系接管：di” 計(jì)算方法：GB150-1998等X 面積補(bǔ)強(qiáng)法,單孔設(shè)計(jì)條件 簡(jiǎn)圖計(jì)算壓力p卜.55|MPa“c殼體型式I圓形筒體設(shè)計(jì)溫度℃-殼體型式I圓形筒體殼體116MnR7正火板材材料名稱及類型殼體開孔處焊接0.8接頭系數(shù)。殼體內(nèi)直上00 mm徑Dimm殼體開孔處名義厚度工

mm殼體厚度1負(fù)偏差C10mm殼體腐蝕:裕量C221mm殼體材料:許用應(yīng)力［。卜134MPa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孔中心至mm補(bǔ)強(qiáng)圈外徑mm封頭軸線的距離補(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[0]t92MPa補(bǔ)強(qiáng)圈許用應(yīng)力[o]tMPa開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算殼體計(jì)算厚度61.8mm接管計(jì)算厚度6t0.33mm補(bǔ)強(qiáng)圈強(qiáng)度削弱系數(shù)fr0接管材料強(qiáng)度削弱系數(shù)，0.687開孔直徑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h220mm開孔削弱所需的補(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A227.372mm2補(bǔ)強(qiáng)區(qū)內(nèi)的焊縫面積A336mm2A1+A2+A3=403.7mm2，大于A,不需另加補(bǔ)強(qiáng)。補(bǔ)強(qiáng)圈面積A4mm2A-(A1+A2+A3)mm2結(jié)論： 口: 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。所以如g無縫鋼管符合抗腐蝕要求。②溫度——20g無縫鋼管的最高工作溫度可達(dá)475℃，溫度符合要求。③經(jīng)濟(jì)性一一20g無縫鋼管屬于碳鋼管，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/sqv流速范圍0.5?2.0m/s取為2.0m/s則Di=西=133.5mmV兀u壁厚t=pD= 0.32*133.5 =口】，3p 2義100*0.8—0.32i0.267mmSch.x=1000X昌=1000X史=3El 100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6159X4.5無縫鋼管流速校正u=4qv=1.584m/s兀D2保溫層計(jì)算:管道外表面溫度T°=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)為心。32+0.00018x〔胃-7。卜0.0609W/(m.K),)表面放熱系數(shù)為a=1.1636+33)=1.1636+3<2^=12W/(m2-Ks保溫工程投資償還年分?jǐn)偮蔛=01M+0.11=0.264G+0.11-1計(jì)算經(jīng)濟(jì)保溫層經(jīng)濟(jì)厚度cID PXtT-T)2九Dln—=3.795x10-31—h 0 ————1D PSa0 TT S3.795x10-3、：■10x0.0609x8000x(320—20)2x0.0609750x0.264120.316查表得保溫層厚度6=107mm.計(jì)算保溫后的散熱量2兀T-T) 2x3.14x(320-20) 0 a = LD2 1 10.159+0.2122x0.0609—In—1+ ln + 入DDa0.0609 0.159 0.371x120 1S131.244W/m計(jì)算保溫后表面溫度T=q+T=―+20=29.4℃s兀Daa兀X0.371X121s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6=107mm的保溫層可以滿足工程要求.②甲醇原料管道的規(guī)格流量=1013.479Kg/h=qv0.00036m3/s 一般吸水管中流速u1=1m/s,出水管中流速u2=1.8m/s則Di—西=21.4mm/15.96mm1v兀u故選擇PL0101管道規(guī)格為625X2無縫鋼管選擇PL0102管道規(guī)格為620X2無縫鋼管流速校正u=4qv=1.04m/s,合適1斫U=4qv=1.79m/s2kd7③脫鹽水原料管道的規(guī)格流量—855.123Kg/h—0.00024m3/sqv計(jì)算過程同上選擇DNW0101管道規(guī)格為622X2無縫鋼管選擇DNW0102管道規(guī)格為618X2無縫鋼管流速校正u=4qv=0.943m/s1kdTu=4qv=1.56m/s2訪t④甲醇水混合后原料管道的規(guī)格流量=1868.802Kg/h=0.00060m3/sqv計(jì)算過程同上選擇PL0103管道規(guī)格為632X2無縫鋼管選擇PL0104、PL0105管道規(guī)格為巾25X2無縫鋼管流速校正u=4qv=0.974m/s1kd7U=4qv=1.732m/s2五⑤吸收液碳酸丙烯酯管道的規(guī)格流量=42000Kg/h=0.0012m3/sqv計(jì)算過程同上選擇PL0106管道規(guī)格為648X4無縫鋼管選擇PL0107、PL0108管道規(guī)格為“38X3無縫鋼管流速校正u=4q=0.962m/s1京2U=4qv=1.39m/s2kD7⑥冷卻水管道的規(guī)格流量=95465Kg/h=0.027m3/s計(jì)qv算過程同上選擇CWS0101管道規(guī)格為小159X4.5無縫鋼管選擇CWS0102、CWR0101管道規(guī)格為4133X4無縫鋼管流速校正u=4q=1.5m/s1武u=4qv=2.2m/s2kd7⑦PG0101、PG0102、PG0103、PG0104混合氣管道的規(guī)格流量=1868.802Kg/h=0.043m3/sqv計(jì)算過程同上200℃:壁厚t=pD= 1.6x802b]j-p 2x123x0.8—1.6i=0.656mm300℃:壁厚t=pD= 1.6X802b]j-p 2x101x0.8—1.6i=0.8mm選擇PG0101、PG0102、PG0103、PG0104管道規(guī)格為689X4.5無縫鋼管流速校正u=4q=8.55m/s1此⑧其它管道規(guī)格尺寸選擇PG0105管道規(guī)格為673X4 PG0106管道規(guī)格為689X4.5PG0107管道規(guī)格為689X4.5PL0109管道規(guī)格為632X4類似以上管道規(guī)格的計(jì)算過程,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8.8020g

63PG0102-80M1B-H3001869氣相8.68020g4PG0103-80M1BH10%CO73%HO17%23001869氣相8.68020g5PG0104-80M1B-H2001869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1.615020g

10RO0104-150L1B-H導(dǎo)熱油0.6320110035液相1.615020g11PL0101-20L1B甲醇常壓501013.5液相1.02020g12PL0102-15L1B甲醇常壓501013.5液相1.81520g13PL0103-32L1B原料液常壓501869液相1.03220g14PL0104-20M1B原料液1.6501869液相1.72020g15PL0105-20M1B原料液1.62001869液相1.72020g16PL0106-40L1B吸收液0.4504200液相1.04020g1PL0107-吸收液0.450420液1320g

732L1B0相.2418PL0108-32L1B吸收液0.45042000液相1.43220g19DNW0101-20L1B脫鹽水0.350855液相0.92020g20DNW0102-15L1B脫鹽水0.350855液相1.61520g21CWS0101-150L1B冷卻水0.35095465液相1.5150鍍鋅管22CWS0102-125L1B冷卻水0.35095465液相2.2125鍍鋅管23CWR0101-125L1B冷卻水0.38095465液相2.2125鍍鋅管2PG0107-136氣18480L1B食品二氧化碳0.4506相100Cr18Ni925PL0109-20M1B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P0103 4.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：1013.479/0.807=1255.86L/h泵的流量Q=1.05X1255.86=1318.65L/h工藝估算所需揚(yáng)程80m,泵的揚(yáng)程H=1.1X80=88m折合程計(jì)量泵的壓力：P=pgh=807X9.81X88/106=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：855.123/0.997=857.70L/h泵的流量Q=1.05X857.70=900.58L/h工藝估算所需揚(yáng)程80m,泵的揚(yáng)程H=1.1X80=88m折合程計(jì)量泵的壓力：P=pgh=997X9.81X88/106=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：1868.802/0.860=2173.03L/h泵的流量Q=1.05X2173.03=2281.68L/h工藝估算所需揚(yáng)程80m,泵的揚(yáng)程H=1.1X80=88m折合程計(jì)量泵的壓力：P=pgh=860X9.81X88/106=0.742MPa泵的選型：查表得，JD25O0/0.8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.吸收液用泵P0104已知條件:①吸收液的輸送溫度25℃,密度760Kg/m3.泵的正常流量為4200kg/h②操作情況，泵從吸收液儲(chǔ)槽中吸入吸收液,送入10102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=1.05X4.20=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=1.1X35=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。.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95465kg/h②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=95.75m3/h泵的流量取正常流量的1.05倍：Q=1.05義95.75=100.54m3/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=1.1X35=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120m3/h,轉(zhuǎn)速2900r/min,軸功率19.9KW,電機(jī)功率為22KW,效率77%。允許氣蝕余量4.8m,選用該型號(hào)泵較合適。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)閘閥：1PG0106-80M1B氫氣1.65080法蘭Z41H-L6C等，截止閥：J41H-