甲醇制氢工艺设计正文(毕业论文)（可编辑）

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1、甲醇制氢工艺设计正文(毕业论文) 前 言 氢气是一种重要的工业产品,它广泛用于石油、化工、建材、冶金、电子、医药、电力、轻工、气象、交通等工业部门和服务部门,由于使用要求的不同,这些部门对氢气的纯度、对所含杂质的种类和含量都有不相同的要求,特别是改革开放以来,随着工业化的进程,大量高精产品的投产,对高纯度的需求量正逐步加大,等等对制氢工艺和装置的效率、经济性、灵活性、安全都提出了更高的要求,同时也促进了新型工艺、高效率装置的开发和投产。 依据原料及工艺路线的不同,目前氢气主要由以下几种方法获得:电解水法;氯碱工业中电解食盐水副产氢气;烃类水蒸气转化法;烃类部分氧化法;煤气化和煤水蒸气转化法;氨

2、或甲醇催化裂解法;石油炼制与石油化工过程中的各种副产氢;等等。其中烃类水蒸气转化法是世界上应用最普遍的方法,但该方法适用于化肥及石油化工工业上大规模用氢的场合,工艺路线复杂,流程长,投资大。随着精细化工的行业的发展,当其氢气用量在2003000m3/h时,甲醇蒸气转化制氢技术表现出很好的技术经济指标,受到许多国家的重视。甲醇蒸气转化制氢具有以下特点:与大规模的天然气、轻油蒸气转化制氢或水煤气制氢相比,投资省,能耗低。与电解水制氢相比,单位氢气成本较低。所用原料甲醇易得,运输、贮存方便。可以做成组装式或可移动式的装置,操作方便,搬运灵活。 对于中小规模的用氢场合,在没有工业含氢尾气的情况下,甲醇

3、蒸气转化及变压吸附的制氢路线是一较好的选择。本设计采用甲醇裂解+吸收法脱二氧化碳+变压吸附工艺,增加吸收法的目的是为了提高氢气的回收率,同时在需要二氧化碳时,也可以方便的得到高纯度的二氧化碳。 目录设计任务书 3甲醇制氢工艺设计 4 2.1 甲醇制氢工艺流程 4 2.2 物料衡算 4 2.3 热量衡算 6反应器设计 9 3.1 工艺计算 9 3.2 结构设计 13管道设计.自控设计.技术经济评价、环境评价结束语.致谢.参考文献.附录:1.反应器装配图,零件图 2.管道平面布置图 3.设备平面布置图 4.管道仪表流程图 5.管道空视图 6.单参数控制方案图1、设计任务书2、甲醇制氢工艺设计2.1

4、 甲醇制氢工艺流程 甲醇制氢的物料流程如图1-2。流程包括以下步骤:甲醇与水按配比1:1.5进入原料液储罐,通过计算泵进入换热器(E0101)预热,然后在汽化塔(T0101)汽化,在经过换热器E0102过热到反应温度进入转化器R0101,转化反应生成H2、CO2的以及未反应的甲醇和水蒸气等首先与原料液换热E0101冷却,然后经水冷器E0103冷凝分离水和甲醇,这部分水和甲醇可以进入原料液储罐,水冷分离后的气体进入吸收塔,经碳酸丙烯脂吸收分离CO2,吸收饱和的吸收液进入解析塔降压解析后循环使用,最后进入PSA装置进一步脱除分离残余的CO2、CO及其它杂质,得到一定纯度要求的氢气。 图1-2 甲醇

5、制氢的物料流程图及各节点物料量2.2 物料衡算1、依据 甲醇蒸气转化反应方程式:CHOHCO+2H (1-1) CO+HOCO+ H (1-2)CHOH分解为CO转化率99%,反应温度280,反应压力1.5MPa,醇水投料比1:1.5mol.2、投料计算量代入转化率数据,式1-3和式1-4变为: CHOH0.99CO+1.98H+0.01 CHOH CO+0.99HO0.99CO+ 1.99H+0.01CO 合并式1-5,式1-6得到: CHOH+0.981 HO0.981 CO+0.961 H+0.01 CHOH+0.0099 CO 氢气产量为: 1200m/h53.571 kmol/h 甲

6、醇投料量为: 53.571/2.9601?32579.126 kg/h 水投料量为: 579.126/32?1.5?18488.638 kg/h3、原料液储槽V0101 进: 甲醇 579.126 kg/h , 水 488.638 kg/h 出: 甲醇 579.126 kg/h , 水 488.638 kg/h4、换热器 E0101,汽化塔T0101,过热器E0103 没有物流变化.5、转化器 R0101 进 : 甲醇 579.126kg/h , 水488.638 kg/h , 总计1067.764 kg/h 出 : 生成 CO 579.126/32?0.9801?44 780.452 kg/

7、h H 579.126/32?2.9601?2 107.142 kg/h CO 579.126/32?0.0099?28 5.017 kg/h剩余甲醇579.126/32?0.01?325.791 kg/h剩余水 488.638-579.126/32?0.9801?18169.362 kg/h总计 1067.764 kg/h6、吸收塔和解析塔 吸收塔的总压为1.5MPa,其中CO的分压为0.38 MPa ,操作温度为常温25. 此时,每m 吸收液可溶解CO11.77 m.此数据可以在一般化工基础数据手册中找到,二氯化碳在碳酸丙烯酯中的溶解度数据见表1一l及表1?2。解吸塔操作压力为0.1MPa

8、, CO溶解度为2.32,则此时吸收塔的吸收能力为:11.77-2.329.45 0.4MPa压力下 pM/RT0.444/0.0082273.15+257.20kg/ m CO体积量 V780.452/7.20108.396 m/h 据此,所需吸收液量为108.396/9.4511.47 m/h 考虑吸收塔效率以及操作弹性需要,取吸收量为 11.47 m/h34.41 m/h 可知系统压力降至0.1MPa时,析出CO量为108.396m/h780.451 kg/h. 混合气体中的其他组分如氢气,CO以及微量甲醇等也可以按上述过程进行计算,在此,忽略这些组分在吸收液内的吸收.7、PSA系统 略

9、.8、各节点的物料量 综合上面的工艺物料衡算结果,给出物料流程图及各节点的物料量,见图1一2.3.3 热量衡算1、汽化塔顶温确定 在已知汽相组成和总压的条件下,可以根据汽液平衡关系确定汽化塔的操作温度?甲醇和水的蒸气压数据可以从一些化工基础数据手册中得到:表1-3列出了甲醇的蒸气压数据?水的物性数据在很多手册中都可以得到,这里从略。 在本工艺过程中,要使甲醇水完全汽化,则其汽相分率必然是甲醇40%,水60%mol且已知操作压力为1.5MPa,设温度为T,根据汽液平衡关系有 0.4p+0.6p1.5MPa 初设 T170 p2.19MPa; p0.824 MPap1.37041.5 MPa 再设

10、 T175 p2.4MPa; p0.93 MPap1.51 MPa 蒸气压与总压基本一致,可以认为操作压力为1.5MPa时,汽化塔塔顶温度为175.2、转换器R0101 两步反应的总反应热为49.66kJ/mol,于是,在转化器内需要供给热量为: Q579.1260.99/321000-49.66-8.9010 kJ/h 此热量由导热油系统带来,反应温度为280,可以选用导热油温度为320,导热油温度降设定为5,从手册中查到导热油的物性参数,如比定压热容与温度的关系,可得: c4.18680.682.85kJ/kg?K, c2.81kJ/kg?K 取平均值c2.83 kJ/kg?K 则导热油用

11、量wQ/ct 8.9010/2.83562898 kg/h3、过热器E0102 甲醇和水的饱和蒸气在过热器中175过热到280,此热量由导热油供给.从手册中可以方便地得到甲醇和水蒸气的部分比定压热容数据,见表1-4.气体升温所需热量为: Q cmt1.90579.126+4.82488.638 280-1753.6310kJ/h 导热油c2.826 kJ/kg?K, 于是其温降为: tQ/cm 3.6310/2.826628982.04 导热油出口温度为: 315-2.0313.04、汽化塔(TO101 认为汽化塔仅有潜热变化。175 甲醇H 727.2kJ/kg 水 H 203IkJ/kg

12、Q579.126727.2+2031488.6381.4110 kJ/h 以300导热油c计算 c2.76 kJ/kg?K tQ/cm1.4110/2.76628988.12 则导热油出口温度 t313.0-8.1304.9 导热油系统温差为T320-304.915.1基本合适.5、换热器(EO101 壳程:甲醇和水液体混合物由常温(25 )升至175 ,其比热容数据也可以从手册中得到,表1 一5 列出了甲醇和水液体的部分比定压热容数据。液体混合物升温所需热量 Q cmt579.1263.14+488.6384.30 175-255.8810kJ/h 管程:没有相变化,同时一般气体在一定的温度

13、范围内,热容变化不大,以恒定值计算,这里取各种气体的比定压热容为: c10.47 kJ/kg?K c14.65 kJ/kg?K c 4.19 kJ/kg?K 则管程中反应后气体混合物的温度变化为: tQ/cm5.8810/10.47780.452+14.65107.142+4.19169.36256.3 换热器出口温度为280-56.3223.76、冷凝器(EO103 在E0103 中包含两方面的变化:CO, CO, H的冷却以及CHOH , HO的冷却和冷凝 CO, CO, H的冷却Qcmt10.47780.452+14.65107.142+4.195.017 223.7-401.7910k

14、J/h CHOH的量很小,在此其冷凝和冷却忽略不计。压力为1.5MPa时水的冷凝热为: H2135KJ/kg,总冷凝热 QHm2135169.3623.6210kJ/h 水显热变化Q cmt4.19169.362223.7-401.3010kJ/h +Q+ Q2.2810kJ/h 冷却介质为循环水,采用中温型凉水塔,则温差T10 用水量wQ/ ct 2.2810/4.191054415kg/ 3、反应器设计计算3.1 工艺计算已知甲醇制氢转化工艺的基本反应为:CH3OH+H2OCO2+3H2。该反应在管式反应器进行,进出反应器的各物料的工艺参数如表3-1所示。物流名称管程壳程/kg/h进口/k

15、g/h出口/kg/h设计温度/oC压力/MPa进出口/kg/h设计温度/oC压力/MPa甲醇579.1265.7912801.5水488.638169.362二氧化碳780.452一氧化碳5.017氢气107.142导热油628983200.5 表3-1反应器的物流表(1)计算反应物的流量对于甲醇,其摩尔质量为_32 kg?k/mol,则其摩尔流量为:579.126/3218.098kmol/h对于水,其摩尔质量为 18 kg?k/mol,其摩尔流量为:488.638/1827.147 kmol/h对于氢气,其摩尔质量为 2 kg?k/mol,其摩尔流量为:107.142/253.571 km

16、ol/h对于一氧化碳,其摩尔质量为 28 kg?k/mol,其摩尔流量为:5.017/280.179 kmol/h进料气中甲醇的摩尔分率yA为: yA对于甲醇和水,由于温度不太高(280 oC),压力不太大(1.5MPa),故可将其近似视为理想气体考虑。有理想气体状态方程pVnRT,可分别计算出进料气中甲醇和水的体积流量: 甲醇的体积流量VA为: VAm3/h 水的体积流量VB为: VB m3/h进料气的总质量为:mo 55.489+83.2331067.764 kg/h(2)计算反应的转化率进入反应器时甲醇的流量为579.126 kg/h,出反应器时甲醇的流量为5.791 kg/h,则甲醇的

17、转化率xAf为:xAf即反应过程中消耗甲醇的物质的量为:18.09899%17.917 kmol/h(3)计算反应体系的膨胀因子由体系的化学反应方程式可知,反应过程中气体的总物质的量发生了变化,可求出膨胀因子A。对于甲醇有: A(4)计算空间时间根据有关文献,该反应为一级反应,反应动力学方程为:rAkpAk5.510-4e CACAO上式两边同乘以RT,则得:pACAORT反应过程的空间时间为: CAO CAO /k CAORT dxA 将k5.510-4em3/kmol?h,R8314.3,T553.15K,A2,yA0.4,代入上式,可得空间时间: 0.0038h (5)计算所需反应器的容

18、积 VRVO 进料气的总体积流量为: VO55.489+83.233138.722 m/h0.0385 m/s 则可得所需反应器的容积为: VRVO 0.0038138.7220.527 m (6)计算管长 由文献可知,气体在反应器内的空塔流速为0.1m/s,考虑催化剂填层的空隙率对气体空塔速度的影响,取流动速度为0.2m/s,则反应管的长度为: lu0.003836000.22.736m根据GB151推荐的换热管长度,取管长l3m。反应器内的实际气速为:u(7)计算反应热甲醇制氢的反应实际为两个反应的叠合,即CH3OHCO+2H2-90.8kj/molCO+H2OCO2+H2+43.5kj/

19、mol反应过程中的一氧化碳全部由甲醇分解而得,由化学反应式可知,每转化1kmol的甲醇就可生成1kmol的一氧化碳,则反应过程中产生的一氧化碳的物质的量为17.917kmol/h。反应器出口处的一氧化碳的物质的量为0.179kmol/h,转化的一氧化碳的物质的量为:17.917-0.17917.738 kmol/h一氧化碳的转化率为:xCO则反应过程中所需向反应器内供给的热量为:Q90.81017.917-43.51017.738855.26110kJ/h(8)确定所需的换热面积假定选用的管子内径为d,壁厚为t,则其外径为d+2t,管子数量为n根。反应过程中所需的热量由导热油供给,反应器同时作

20、为换热器使用,根据GB151,320oC时钢的导热系数为44.9W/(m?OC),管外油侧的对流给热系数为o300W/(m2?OC),管内侧的对流给热系数为i80 W/(m2?OC),根据表5-2所列的壁面污垢系数查得,反应管内、外侧的污垢系数分别为0.0002 m2?OC/W 和0.0008 m2?OC/W 总污垢系数为Rf0.0002+0.00080.001 m2?OC/W 根据传热学,反应器的传热系数为: K1/(+Rf) 由于的值接近于1,对K带来的误差小于1%;钢管的传热很快,对K的影响也很小,故可将上式简化为: K1/(+Rf) W/( m2?OC)213.84kJ/h?m?OC

21、由于反应器所需的换热面积为: Fm (9)计算管子的内径 反应器需要的换热面积为:Fndl 反应器内气体的体积流量为: VOnu 联立上述两式,并将l 6m,u 0.22m/s,F 99.988mVO 0.0385m/s代入,即可得所需管子的内径为:d0.0210m。 根据计算所得的管子内径,按前述换热设备设计选择合适的管子型号和所需的管数及布管方式。 结构设计计算内容或项目符号单位计算公式或来源结果备注管程 结 构 设 计换热管材料选用碳钢无缝钢管252换热管内径、外径di;dm0.021;0.025换热管管长Lm选用3m标准管长3.0换热管根数n325圆整管程数Ni根据管内流体流速范围选定

22、1管程进出口接管尺寸外径*壁厚djt*Sjtm按接管内流体流速合理选取601.6管程结构设计壳程数Ns1换热管排列形式正三角形排列正三角形排列换热管中心距SmS1.25d或按标准0.032分程隔板槽两侧中心距Sn按标准管束中心排管数nc(外加六根拉杆)21壳体内径DimDiSNc-1+12d0.7换热器长径比L/ DiL/ Di4.28合理实排热管根数n作图351折流板形式选定单弓形折流板折流板外直径Dbm按GB151-19990.675折流板缺口弦离hm取h0.20Di0.14折流板间距Bm取B0.21Di0.33折流板数NbNbL/B-18壳程进出口接管尺寸djs*Sjs合理选取1142选

23、取 3.2 外壳结构设计按照GB150-1998钢制压力容器进行结构设计计算。筒体1 筒体内径:700mm设计压力:P1.10.55MPa设计温度取350 C筒体材料:16MnR 焊接接头系数 0.8钢板厚度负偏差C10,腐蚀裕量C21.0mm,厚度附加量C C1+ C21.0mm.筒体的计算厚度计算 mm考虑厚度附加量并圆整至钢板厚度系列,得材料名义厚度n 4mm.取强度校核 有效厚度e n - C1- C25mmt MPa 134 MPa符合强度要求。(2)根据筒径选用非金属软垫片: 垫片厚度:3 垫片外径:765 垫片内径:715根据筒体名义厚度选用乙型平焊法兰(JB4702) 法兰材料

24、:16MnRDN法兰外径中心孔直径法兰厚度螺栓孔直径螺纹规格螺栓数量7008608154627M2424 表3-2筒体法兰数据封头(1)封头内径:700mm设计压力:P1.6MPa设计温度取300 C封头材料:16MnR 焊接接头系数 1.0钢板厚度负偏差C10,腐蚀裕量C21.0mm,厚度附加量C C1+ C21.0mm.封头的计算厚度计算选用标准椭圆形封头,K1.0考虑厚度附加量并圆整至钢板厚度系列,取封头名义厚度与筒体厚度相同,得材料名义厚度n 6mm.强度校核 有效厚度e n - C1- C27mmt MPa 144MPa符合强度要求。根据筒径选用标准椭圆形封头直边高:25 曲边高:2

25、00壁厚:67、换热管(GB151-1999)管子材料:16MnR 根据上节中计算的管子内径选用尺寸:252 管长:3000 根数:345实排根数:351(外加6根拉杆) 排列形式:正三角形 中心距:32管束中心排管数:21 长径比:4.28 8、管程数据管程数:1管程气体流速:1m/s进出口接管尺寸:601.6接管材料:16Mn法兰类型:板式平焊法兰(HG20593-97) 法兰材料:20RDN法兰外径中心孔直径法兰厚度法兰内径螺栓孔直径螺栓孔数螺纹规格501401101659144M12 表3-3管程法兰数据9、壳程数据壳程数:1壳程液体流速:1.2m/s进出口接管尺寸:1142 接管材料

26、:16Mn法兰类型:板式平焊法兰(HG20593-97) 法兰材料:16MnR DN法兰外径中心孔直径法兰厚度法兰内径螺栓孔直径螺栓孔数螺纹规格10021017018116184M16 表3-4 壳程法兰数据12、折流板(GB151-1999)材料:16MnR形式:单弓形 外直径:795.5 管孔直径:25.4缺口弦高:140 间距:330 板数:8 厚度:613、拉杆(GB151-1999)直径:16 螺纹规格:M16 根数;614、耳座(JB/T4725-92)(7)耳式支座选用及验算 由于该吸收塔相对结构较小,故选用结构简单的耳式支座。 根据JB/T4732-92 选用支座:JB/T47

27、32-92,耳座A3,其允许载荷Q30Kn,适用公径DN 7001400,支座处许用弯矩M8.35kN*m。支座材料Q235-A*F。支座承受的实际载荷计算水平地震载荷为:p=为地震系数,地震设计烈度为7时,=0.24为设备总质量经计算该反应器的=1119kg水平地震载荷为:p=0.2411199.8=2631.99N水平风载荷为:p=1.21.055034001500=3366N偏心载荷G=0 N偏心距S=0 mm其中f为风压高度变化系数,按设备质心所在高度。q为基本风压,假设该填料塔安装在南京地区,南京地区的q=550N/m。f风压高度系数见参考资料。水平力取p与 p两者的大值,即P=Pe

28、+0.25pw2631.99+0.25*33663473.5N支座安装尺寸为D: D 式中,为耳式支座侧板厚度;为耳式支座衬板厚度。 支座承受的实际载荷为Q: Q=10=11.3KN=30 KN 式中,G为偏心载荷;S为偏心距。满足支座本体允许载荷的要求。支座处圆筒所受的支座弯矩M计算M=因此,开始选用的2A3支座满足要求。形式:A3型高度:200 底板:L1:125 b1:80 1:8 s1:40筋板:L2:100 b2:100 2:5垫板:L3:20b3:160 3:6 e:24地角螺栓规格:M24 螺栓孔直径:2715、管板材料:16MnR 换热管管孔直径:25 拉杆管孔直径:18厚度:

29、50外径:8603.3 SW6校核注:开孔补强计算计算单位南京工业大学过程装备与控制工程系接 管:C, 1142计 算 方 法 : GB150-1998 等 面 积 补 强 法, 单 孔设 计 条 件简 图计算压力 pc0.55MPa设计温度350壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型16MnR正火板材壳体开孔处焊接接头系数0.8壳体内直径 Di700mm壳体开孔处名义厚度n6mm壳体厚度负偏差 C10mm壳体腐蚀裕量 C21mm壳体材料许用应力t134MPa接管实际外伸长度200mm接管实际内伸长度0mm接管材料20G热轧接管焊接接头系数1名称及类型管材接管腐蚀裕量1mm补强圈材料名称凸形封头开

30、孔中心至封头轴线的距离mm补强圈外径mm补强圈厚度mm接管厚度负偏差 C1t 0.312mm补强圈厚度负偏差 C1r mm接管材料许用应力t92MPa补强圈许用应力tMPa开 孔 补 强 计 算壳体计算厚度 1.8mm接管计算厚度t0.33 mm补强圈强度削弱系数 frr0接管材料强度削弱系数 fr0.687开孔直径 d112.6mm补强区有效宽度 B225.2 mm接管有效外伸长度 h115.01mm接管有效内伸长度 h20 mm开孔削弱所需的补强面积A 202.8mm2壳体多余金属面积 A1360.4 mm2接管多余金属面积 A27.372mm2补强区内的焊缝面积 A336 mm2A1+A

31、2+A3403.7 mm2,大于A,不需另加补强。补强圈面积 A4mm2A-A1+A2+A3mm2结论: 补强满足要求,不需另加补强。4、管道设计4.1 管子选型1 材料?综合考虑设计温度、压力以及腐蚀性(包括氢腐蚀),本装置主管道选择20g无缝钢管,理由如下: 腐蚀性?本生产装置原料甲醇、导热油对材料无特殊腐蚀性;产品氢气对产品可能产生氢腐蚀,但研究表明碳钢在220以下氢腐蚀反应速度极慢,而且氢分压不超过1.4MPa时,不管温度有多高,都不会发生严重的氢腐蚀。本装置中临氢部分最高工作温度为300,虽然超过220,但转化气中氢气的分压远低于1.4MPa。所以20g无缝钢管符合抗腐蚀要求。 温度

32、?20g无缝钢管的最高工作温度可达475,温度符合要求。 经济性?20g无缝钢管属于碳钢管,投资成本和运行维护均较低。 二氧化碳用于食品,其管道选用不锈钢。2 管子的规格尺寸的确定及必要的保温层设计导热油管道的规格和保温结构的确定 流量=110035.3Kg/h=0.028m3/s 流速范围0.52.0m/s 取为2.0m/s 则Di=133.5mm 壁厚t=0.267mm Sch.x100010003 查表应选用Sch.5系列得管子故选择RO0101、RO0102、RO0103、RO0104管道规格为1594.5无缝钢管 流速校正 u1.584m/s 保温层计算: 管道外表面温度T0320,

33、环境年平均温度Ta20,年平均风速为2m/s,采用岩棉管壳保温,保温结构单位造价为750元/m3,贷款计息年数为5年,复利率为10%,热价为10元/106kJ. 设保温层外表面温度为30,岩棉在使用温度下的导热系数为 0.0609W/m.K, 表面放热系数为 12 W/m2.K 保温工程投资偿还年分摊率 S0.264 计算经济保温层经济厚度0.316 查表得保温层厚度107mm 计算保温后的散热量 131.244W/m 计算保温后表面温度 29.4计算出来的表面温度29.4略低于最初计算导热系数是假设的表面温度30,故107mm的保温层可以满足工程要求. 甲醇原料管道的规格 流量=1013.4

34、79Kg/h=0.00036m3/s 一般吸水管中流速u1 1m/s,出水管中流速u21.8m/s则Di=21.4mm /15.96mm 故选择PL0101管道规格为252无缝钢管 选择PL0102管道规格为202无缝钢管流速校正 u11.04m/s,合适 u21.79m/s 脱盐水原料管道的规格 流量=855.123Kg/h=0.00024m3/s 计算过程同上 选择DNW0101管道规格为222无缝钢管 选择DNW0102管道规格为182无缝钢管 流速校正 u10.943m/su21.56m/s 甲醇水混合后原料管道的规格 流量=1868.802Kg/h=0.00060m3/s 计算过程同

35、上 选择PL0103管道规格为322无缝钢管 选择PL0104 、PL0105管道规格为252无缝钢管 流速校正 u10.974m/su21.732m/s 吸收液碳酸丙烯酯管道的规格 流量=42000Kg/h=0.0012m3/s 计算过程同上 选择PL0106管道规格为484无缝钢管 选择PL0107 、PL0108管道规格为383无缝钢管 流速校正 u10.962m/su21.39m/s 冷却水管道的规格 流量=95465Kg/h=0.027m3/s 计算过程同上 选择CWS0101管道规格为1594.5无缝钢管 选择CWS0102 、CWR0101管道规格为1334无缝钢管 流速校正 u

36、11.5m/su22.2m/s PG0101、PG0102、PG0103、PG0104混合气管道的规格 流量=1868.802Kg/h=0.043m3/s 计算过程同上 200:壁厚t=0.656mm 300:壁厚t=0.8mm 选择PG0101、PG0102、PG0103、PG0104管道规格为894.5无缝钢管 流速校正 u18.55m/s 其它管道规格尺寸 选择PG0105管道规格为734PG0106管道规格为894.5 PG0107管道规格为894.5PL0109管道规格为324 类似以上管道规格的计算过程,将本工艺所有主要管道工艺参数结果汇总于下表:序号所在管道编号管内介质设计压力设

37、计温度流量状态 流速公称直径材料1PG0106-80M1B氢气1.650187.5气相8.2 80 20g2PG0101-80M1B甲醇54.5%水45.5%2001869气相8.6 80 20g3PG0102-80M1B-H3001869气相8.6 80 20g4PG0103-80M1BH2 10% CO273% H2O 17%3001869气相8.6 80 20g5PG0104-80M1B-H2001869气相8.6 80 20g6PG0105-65M1BH212% CO288%501553气相5.4 65 20g7RO0101-150L1B-H导热油0.6320110035液相1.6 1

38、50 20g8RO0102-150L1B-H导热油0.6320110035液相1.6 150 20g9RO0103-150L1B-H导热油0.6320110035液相1.6 150 20g10RO0104-150L1B-H导热油0.6320110035液相1.6 150 20g11PL0101-20L1B甲醇 常压501013.5液相1.0 20 20g12PL0102-15L1B甲醇 常压501013.5液相1.8 15 20g13PL0103-32L1B原料液常压501869液相1.0 32 20g14PL0104-20M1B原料液1.6501869液相1.7 20 20g15PL0105

39、-20M1B原料液1.62001869液相1.7 20 20g16PL0106-40L1B吸收液0.4504200液相1.0 40 20g17PL0107-32L1B吸收液0.4504200液相1.4 32 20g18PL0108-32L1B吸收液0.45042000液相1.4 32 20g19DNW0101-20L1B脱盐水0.350855液相0.9 20 20g20DNW0102-15L1B脱盐水0.350855液相1.615 20g21CWS0101-150L1B冷却水0.35095465液相1.5 150 镀锌管22CWS0102-125L1B冷却水0.35095465液相2.2 12

40、5 镀锌管23CWR0101-125L1B冷却水0.38095465液相2.2 125 镀锌管24PG0107-80L1B食品二氧化碳0.4501366气相1180 0Cr18Ni925PL0109-20M1B工艺冷凝水1.650280液相0.3 20 20g 4.2 泵的选型 整个系统有五处需要用泵:1.原料水输送计量泵P0101 2.原料甲醇输送计量泵P0102 3.混合原料计量泵P01034. 吸收液用泵P0104 5. 冷却水用泵P0105甲醇计量泵P0102选型已知条件:甲醇正常投料量为1013.479kg/h。温度为25。密度为0.807kg/L;操作情况为泵从甲醇储槽中吸入甲醇,

41、送入原料液储罐,与水混合工艺所需正常的体积流量为:1013.479/0.807=1255.86L/h泵的流量Q=1.051255.86=1318.65L/h工艺估算所需扬程80m,泵的扬程H=1.180=88m折合程计量泵的压力:Pgh8079.8188/1060.697MPa泵的选型:查表得,JD1600/0.8型计量泵的流量为1600L/h,压力0.8MPa,转速115r/min,电机功率2.2KW,满足要求纯水计量泵P0101选型已知条件:水的正常投料量为855.123kg/h。温度为25。密度为0.997kg/L;操作情况为泵从纯水储槽中吸入水,送入原料液储罐,与甲醇混合工艺所需正常的

42、体积流量为:855.123/0.997=857.70L/h泵的流量Q=1.05857.70=900.58L/h工艺估算所需扬程80m,泵的扬程H=1.180=88m折合程计量泵的压力:Pgh9979.8188/1060.861MPa泵的选型:查表得,JD1000/1.3型计量泵的流量为1000L/h,压力1.3MPa,转速115r/min,电机功率2.2KW,满足要求混合原料计量泵P0103选型已知条件:原料的正常投料量为1868.802kg/h。温度为25。密度为0.860kg/L;操作情况为泵从原料液储槽V0101中吸入原料,送入预热器E0101 工艺所需正常的体积流量为:1868.802

43、/0.860=2173.03L/h泵的流量Q=1.052173.03=2281.68L/h工艺估算所需扬程80m,泵的扬程H=1.180=88m折合程计量泵的压力:Pgh8609.8188/1060.742MPa泵的选型:查表得,JD2500/0.8型计量泵的流量为2500L/h,压力0.8MPa,转速115r/min,电机功率2.2KW,满足要求(4). 吸收液用泵P0104已知条件:吸收液的输送温度25,密度760Kg/m3.泵的正常流量为4200kg/h 操作情况,泵从吸收液储槽中吸入吸收液,送入T0102中,再回解析塔解析出CO2,循环使用. 确定泵的流量及扬程工艺所需的正常体积流量为

44、4200/10004.20 m3/h泵的流量取正常流量的1.05倍:Q1.054.204.41 m3/h所需工艺泵的扬程估算:因水槽和冷却器液面均为大气压,故估算扬程只需考虑最严格条件下的进出管道阻力损失和位高差,约为35m.泵的扬程取1.1倍的安全裕度:H1.13538.5 水泵选型,选用离心式水泵查表得,40W-40型水泵最佳工况点:扬程40m,流量5.4 m3/h,转速2900r/min,电机功率为4.0KW。选用该型号泵较合适。(5).冷却水用泵P0105已知条件:水的输送温度25,密度997Kg/m3.泵的正常流量为95465kg/h 操作情况,泵从水槽中吸入水,送入冷凝器E0103

45、中换热,再冷却送回水槽,循环使用.确定泵的流量及扬程工艺所需的正常体积流量为95465/99795.75 m3/h泵的流量取正常流量的1.05倍:Q1.0595.75100.54 m3/h所需工艺泵的扬程估算:因水槽和冷却器液面均为大气压,故估算扬程只需考虑最严格条件下的进出管道阻力损失和位高差,约为35m.泵的扬程取1.1倍的安全裕度:H1.13538.5 水泵选型,选用离心式水泵查表得,IS100-65-200型水泵最佳工况点:扬程47m,流量120 m3/h,转速2900r/min,轴功率19.9KW,电机功率为22KW,效率77%。允许气蚀余量4.8m,选用该型号泵较合适。4.3 阀门

46、选型 从工艺流程图可以知道需用阀门的设计压力、设计温度和接触的介质特性,据此数据选择阀门的压力等级和型式,汇总于下表:序号所在管道编号管内介质设计压力设计温度公称直径阀门选型连接形式阀门型号1PG0106-80M1B氢气1.65080法兰闸阀:Z41H-1.6C等,截止阀:J41H-1.6C2RO0101-150L1B-H导热油0.3320150法兰闸阀:Z41H-1.6C、Z41Y-1.6C等,截止阀:J41H-1.6C等3RO0104-150L1B-H导热油0.3320150法兰4PL0101-20L1B甲醇常压5020法兰闸阀:Z41H-1.6C、Z41Y-1.6C、Z15W-1.0K(

47、螺纹)等,截止阀:J41H-1.6C等 止回阀:H41H-1.65PL0102-15L1B甲醇常压5015法兰6PL0103-32L1B原料液常压5032法兰、螺纹7DNW0101-20L1B脱盐水0.35020法兰、螺纹Z15W-1.0T8PG0107-80L1B食品二氧化碳0.45080螺纹闸阀:Z41H-1.6C等,截止阀:J41H-1.6C等9PL0107-32L1B吸收液0.45032法兰、螺纹闸阀: Z15W-1.0T 止回阀:H41H-1.610PL0109-20M1B工艺冷凝水1.65020法兰Z15W-1.0T4.4 管道法兰选型 根据各管道的工作压力、工作温度、介质特性和与

48、之连接的设备、机器的接管和阀门等管件、附件的连接型式和尺寸等依据选择法兰,将本工艺管道的有关参数汇总于下表:序号所在管道编号管内介质设计压力设计温度公称直径阀门公称压力等级法兰选型法兰类型密封面型式公称压力等级1PG0106-80M1B氢气1.650802.5带颈平焊法兰凹凸面2.52PG0101-80M1B混合气体2003PG0102-80M1B-H3004.04.04PG0103-80M1B3005PG0104-80M1B-H2002.52.56PG0105-65M1B50657RO0101-150L1B-H导热油0.33201508RO0102-150L1B-H导热油0.33209RO0

49、103-150L1B-H导热油0.332010RO0104-150L1B-H导热油0.332011PL0101-20L1B甲醇 常压502012PL0102-15L1B甲醇 常压501513PL0103-32L1B原料液常压503214PL0104-20M1B原料液1.6502015PL0105-20M1B原料液1.62002016PL0106-40L1B吸收液0.450401.01.017PL0107-32L1B吸收液0.4503218PL0108-32L1B吸收液0.4503219DNW0101-20L1B脱盐水0.350201.0突面1.020DNW0102-15L1B脱盐水0.3501

50、521CWS0101-150L1B冷却水0.35015022CWS0102-125L1B冷却水0.35012523CWR0101-125L1B冷却水0.38012524PG0107-80L1B食品二氧化碳0.450801.0凹凸面1.025PL0109-20M1B工艺冷凝水1.650201.6突面1.65、反应器控制方案设计被控参数选择 化学反应的控制指标主要是转化率、产量、收率、主要产品的含量和产物分布等,温度与上述这些指标关系密切,又容易测量,所以选择温度作为反应器控制中的被控变量以进口温度为被控变量的单回路控制系统设计控制参数选择影响反应器温度的因素主要有:甲醇水混合气的流量、导热油的流

51、量。混合气直接进入干燥器,滞后最小,对于反应温度的校正作用最灵敏,但混合气的流量是生产负荷,是保证产品氢气量的直接参数,作为控制参数工艺上不合理。所以选择导热油流量作为控制参数。过程检测仪表的选用 根据生产工艺和用户的要求,选用电动单元组合仪表(DDZ-型) 测温元件及变送器被控温度在500以下,选用铂热电阻温度计。为了提高检测精确度,应用三线制接法,并配用DDZ-型热电阻温度变送器 调节阀根据生产工艺安全原则,若温度太高,将可能导致反应器内温度过高,引起设备破坏、催化剂破坏等等,所以选择气开形式的调节阀;根据过程特性与控制要求选用对数流量特形的调节阀;根据被控介质流量选择调节阀公称直径和阀芯

52、直径的具体尺寸。 调节器根据过程特性与工艺要求,选择PID控制规律;根据构成系统负反馈的原则,确定调节器正、反作用。温度控制系统流程图及其控制系统方框图温度控制系统流程图控制系统方框图调节器参数整定 经验试凑:对于温度控制系统,一般取=2060%,T1310min,TD=T1/4 也可用临界比例度法或衰减曲线法进行参数整定参考文献:黄振仁,魏新利,过程装备成套技术指南【M】。北京:化学工业出版社,2001黄振仁,魏新利,过程装备成套技术,北京:化学工业出版社,2000国家医药管理局上海医药设计院【M】,化学工业设计手册(下册),北京:化学工业出版社,1996石油化学工业部化工设计院,氮肥工艺设计手册(理论数据分册),北京:石油化学工业出版社,1996时钧等,化学工程手册(1.化工基础数据)【M】。北京:化学工业出版社石油和化学工业设备设计手册,标准零部件,全国化工设备设计技术中心站GB150-1998钢制压力容器GB151-1999管壳式换热器JB/T4710-2005钢制塔式容器JB/T470-4707-2000压力容器法兰HG20592-20635-1997钢制管法兰、垫片、紧固件JB/T4746-2002钢制压力容器用封头JB/T4713-1992腿式支座JB