【正文】 99%= （ 3）計算反應(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δ A。對于甲醇有： δ A= 21 1113 ???? （ 4）計算空間時間 根據(jù)有關(guān)文獻，該反應(yīng)為一級反應(yīng)，反應(yīng)動力學(xué)方程為： rA=kpA k= 104e RT68600 CA=CAOAAAxxAy11δ? ? 上式兩邊同乘以 RT，則得： pA=CAORTAAA xxAy11δ? ? 反應(yīng)過程的空間時間τ為： τ =CAO∫ Afx0AArdx =CAO∫ Afx0 Adx /[kCAORTAAA xxAy11δ? ? ] = kRT1 ∫ Afx0AAAx x??1 y1 Aδ dxA 將 k= 104e RT68600 m3/(kmol h)， R= )( Kkmolkj ， T=，δ A=2， yA=，代入上式，可得空間時間： τ = （ 5）計算所需反應(yīng)器的容積 VR=τ VO 甲醇制氫生產(chǎn)裝置設(shè)計畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書 進料氣的總體積流量為： VO=+= m3 /h= /s 則可得所需反應(yīng)器的容積為： VR=τ VO= = （ 6）計算管長 由文獻可知，氣體在反應(yīng)器內(nèi)的空塔流速為 ，考慮催化劑填層的空隙率對氣體空塔速度的影響，取流動速度為μ =，則反應(yīng)管的長度為： l=τ u= 3600 = 根據(jù) GB151 推薦的換熱管長度，取管長 l=3m。 反應(yīng)器內(nèi)的實際氣速為： u=τl = sm / 6 0 0*0 0 3 3 ? （ 7）計算反應(yīng)熱 甲醇制氫的反應(yīng)實際為兩個反應(yīng)的疊合，即 CH3OH=CO+CO+H2O=CO2+H2+ 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 1kmol 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 。反應(yīng)器出口處的一氧化碳的物質(zhì)的量為 ，轉(zhuǎn)化的一氧化碳的物質(zhì)的量為： = kmol/h 一氧化碳的轉(zhuǎn)化率為： xCO= %99%1 0 0*9 1 7 3 ? 則反應(yīng)過程中所需向反應(yīng)器內(nèi)供給的熱量為： Q= 103 103 = 103 kJ/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)器同時作為換熱器使用，根據(jù) GB151， 320oC時鋼的導(dǎo)熱系數(shù)為λ =（ m OC），管外油側(cè)的對流給熱系數(shù)為α o=300W/（ m2 OC），管內(nèi)側(cè)的對流給熱系數(shù)為α i=80W/（ m2 OC），根據(jù)表 52 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)分別為 m2 OC/W 和 m2 OC/W 總污垢系數(shù)為 Rf=+= m2 OC/W 根據(jù)傳熱學(xué)，反應(yīng)器的傳熱系數(shù)為： K=1/（ i1α dtd 2? + oα1 +λt +Rf） 由于 dtd 2? 的值接近于 1，對 K 帶來的誤差小于 1%；鋼管的傳熱很快，對 K 的影響也很小，故可將上式簡化為： 甲醇制氫生產(chǎn)裝置設(shè)計畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書 K=1/（i1α+oα1+Rf） = 1 ??? W/（ m2 OC） =(h m2 OC) 由于反應(yīng)器所需的換熱面積為： F= tΔKQ = )280320(* 10*3 ??m2 （ 9）計算管子的內(nèi)徑 反應(yīng)器需要的換熱面積為： F=nπ dl 反應(yīng)器內(nèi)氣體的體積流量為： VO=n 4d2π u 聯(lián)立上述兩式，并將 l= 6m， u= (m/s) ， F= (m2 ) VO= (m3 /s) 代入，即可得所需管子的內(nèi)徑為： d=。 根據(jù)計算所得的管子內(nèi)徑，按前述換熱設(shè)備設(shè)計選擇合適的管子型號和所需的管數(shù)及布管方式。 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 管 程 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 換熱管材料 選用碳鋼無縫鋼管 Φ 25 2 換熱管內(nèi)徑、外徑 di。d m 。 換熱管管長 L m 選用 3m標準管長 換熱管根數(shù) n 30 2 9 8 ???? ??dLn Ao 325(圓整 ) 管程數(shù) Ni 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 ) djt*Sjt m 按接管內(nèi)流體流速合理選取 Φ 60 管程結(jié)構(gòu)殼程數(shù) Ns 1 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 S m S= 分程隔板槽兩側(cè)中心距 Sn 按標準 管束中心排管數(shù) nc ?? nnc （外加六根拉桿） 21 殼體內(nèi)徑 Di m Di=S(Nc1)+(1~2)d 0． 7 換熱器長徑比 L/ Di L/ Di 合理 甲醇制氫生產(chǎn)裝置設(shè)計畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書 外殼 結(jié)構(gòu)設(shè)計 按照 GB1501998《鋼制壓力容器》進行結(jié)構(gòu)設(shè)計計算。 筒體 (1) 筒體內(nèi)徑 :700mm 設(shè)計壓力： Pc = wp = 設(shè)計溫度取 350?C 筒體材料： 16MnR 焊接接頭系數(shù) Φ= 鋼板厚度負偏差 C1=0,腐蝕裕量 C2=,厚度附加量 C=C1+ C2=. 筒體的計算厚度計算 δ = PDPc it c2[ ]? ??= *1 3 4*2 7 0 0* ?? 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 ?n = mmn 6?? 強度校核 有效厚度 ?e =?n C1 C2=5mm ?t = P Dc i ee( )???2= 7 7 *2 )57 0 0(* ?? MPa???t ?=134 MPa 符合強度要求。 （ 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： 16MnR 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 700 860 815 46 27 M24 24 表 32 筒體法蘭數(shù)據(jù) 封頭 （ 1）封頭內(nèi)徑： 700mm 設(shè)計壓力： P= 設(shè)計溫度取 300? C 封頭材料： 16MnR 焊接接頭系數(shù) Φ= 鋼板厚度負偏差 C1=0,腐蝕裕量 C2=,厚度附加量 C=C1+ C2=. 封頭的計算厚度計算 選用標準橢圓形封頭， K= 設(shè)計 實排熱管根數(shù) n 作圖 351 折流板形式 選定 單弓形折流板 折流板外直徑 Db m 按 GB1511999 折流板缺口弦離 h m 取 h= 折流板間距 B m 取 B=(～ 1)Di 折流板數(shù) Nb Nb=L/B1 8 殼程進出口接管尺寸 djs*Sjs 合理選取 Φ 114 2 選取 甲醇制氫生產(chǎn)裝置設(shè)計畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書 ? = ct ic ][2 PDKP??? = 4 . 7 9 0 m m1 . 60 . 511 3 42 8 0 01 . 61 . 0 ???? ?? 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?n =6mm. 強度校核 有效厚度 ?e =?n C1 C2=7mm ?t = e eic 2 )( ? ??KDP= 9 1 . 8 2 972 70 . 58001 . ?? ???? ）（ MPa???t ?=144MPa 符合強度要求。 根據(jù)筒徑選用標準橢圓形封頭直邊高： 25 曲邊高： 200 壁厚： 6 換熱管（ GB1511999） 管子材料： 16MnR 根據(jù)上節(jié)中計算的管子內(nèi)徑選用尺寸：φ 25 2 管長： 3000 根數(shù)： 345 實排根數(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 長徑比： 管程數(shù)據(jù) 管程數(shù)： 1 管程氣體流速： 1m/s 進出口接管尺寸：φ 60 接管材料： 16Mn 法蘭類型：板式平焊法蘭（ HG2059397）法蘭材料： 20R 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 50 140 110 16 59 14 4 M12 表 33 管程法蘭數(shù)據(jù) 殼程數(shù)據(jù) 殼程數(shù)： 1 殼程液體流速： 進出口接管尺寸：φ 114 2 接管材料： 16Mn 法蘭類型：板式平焊法蘭（ HG2059397）法蘭材料： 16MnR 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 100 210 170 18 116 18 4 M16 表 34 殼程法蘭數(shù)據(jù) 1折流板（ GB1511999） 材料： 16MnR 形式：單弓形外直徑： 管孔直徑： 缺口弦高： 140 間距： 330 板數(shù)： 8 厚度： 6 1拉桿（ GB1511999） 直徑： 16 螺紋規(guī)格： M16 根數(shù)； 6 1耳座（ JB/T472592） （ 7）耳式支座選用及驗算 由于該吸收塔相對結(jié)構(gòu)較小，故選用結(jié)構(gòu)簡單的耳式支座。 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DN 700～ 1400，支座處許用彎矩 [Mj ]=*m。支座材料 Q235－ A*F。 1) 支座承受的實際載荷計算 甲醇制氫生產(chǎn)裝置設(shè)計畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書 水平地震載荷為： pe ＝ gmoe? e? 為地震系數(shù)，地震設(shè)計烈度為 7 時， e? ＝ om 為設(shè)備總質(zhì)量經(jīng)計算該反應(yīng)器的 om ＝ 1119kg 水平地震載荷為： pe＝ gmoe? ＝ 1119 ＝ 水平風(fēng)載荷為： pw ＝ ?HDqf i 550 3400 1500＝ 3366N 偏心載荷 Ge ＝ 0 N 偏心距 Se ＝ 0 mm 其中 fi 為風(fēng)壓高度變化系數(shù)，按設(shè)備質(zhì)心所在高度。 q0 為基本風(fēng)壓，假設(shè)該填料塔安裝在南京地區(qū)，南京地區(qū)的 q0 ＝ 550N/m2 。 fi 風(fēng)壓高度系數(shù)見參考資料。 水平力取 pe 與 pw 兩者的大值，即 P＝ Pe+=+*3366= 支座安裝尺寸為 D： D= mmslbD ni 867)(2)2()22( 122223 ??????? ??? 式中， 2? 為耳式支座側(cè)板厚度； 3? 為耳式支座襯板厚度。 支座承受的實際載荷為 Q： Q＝ ?????? ??? nd SGPhkn Ggm eee )(40 103? ＝ ??Q ＝ 30 KN 式中， Ge 為偏心載荷； Se 為偏心距。 滿足支座本體允許載荷的要求。 2) 支座處圓筒所受的支座彎矩 ML 計算 ML ＝ ][ )50125(* )(*33 12 IMkNslq ????? 因此，開始選用的 2A3 支座滿足要求。 形式： A3 型 高度： 200 底板： L1:125 b1:80 δ 1： 8 s1:40 筋板： L2:100 b2:100 δ 2： 5 墊板： L3： 20 b3:160 δ 3： 6 e:24 地角螺栓規(guī)格： M24 螺栓孔直徑： 27 1管板 甲醇制氫生產(chǎn)裝置設(shè)計畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書 材料： 16MnR 換熱管管孔直徑： 25 拉桿管孔直徑： 18 厚度： 50 外徑： 860 甲醇制氫生產(chǎn)裝置設(shè)計畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書 內(nèi)筒體內(nèi)壓計算 計算單位 南京工業(yè)大學(xué)過程裝備與控制工程系 計算條件 筒體簡圖 計算壓力 Pc MPa 設(shè)計溫度 t ? C 內(nèi)徑 Di mm 材料 16MnR(正火 ) ( 板材 ) 試驗溫度許用應(yīng)力 ??? MPa 設(shè)計溫度許用應(yīng)力 ???t