【正文】 =14 1 2???Q G 殼體法蘭力矩系數(shù)M M M Mws m f~ ~( )? ?? ? 1 計算值 許用值 計算值 許用值 管板徑向應力 ? ? ?? ?r r a iP D? ??? ???~2 ???rt 174 3 ???rt 348 MPa 管板布管區(qū)周邊處徑向應力 ? ?? ? ?r a r iP D39。 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 材料： 16MnR 換熱管管孔直徑： 25 拉桿管孔直徑： 19 18 厚度： 50 外徑： 860 chem CAD 設計 （ 1） 甲醇制氫工藝流程圖 （ 2）進料成分 20 （ 3） 平衡反應器 錄一般規(guī)格 （ 4）平衡反應器更多規(guī)格 21 （ 5）平衡反應器反應參數(shù)基本組分 1 的設定 （ 6）平衡反應器參數(shù)基本組分 2的設定 22 （ 7）出料數(shù)據(jù) SW6 校核 內筒體內壓計算 計算單位 中北大學大學過程裝備與控制工程系 計算條件 筒體簡圖 計算壓力 Pc MPa 設計溫度 t ? C 內徑 Di mm 材料 16MnR(正火 ) ( 板材 ) 試驗溫度許用應力 ??? MPa 設計溫度許用應力 ???t MPa 試驗溫度 下屈服點 ?s MPa 鋼板負偏差 C1 mm 腐蝕裕量 C2 mm 焊接接頭系數(shù) ? 厚度及重量計算 計算厚度 ? = PD Pc it c2[ ]? ?? = mm 23 有效厚度 ?e =?n C1 C2= mm 名義厚度 ?n = mm 重量 Kg 壓力試驗時應力校核 壓力試驗類型 液壓試驗 試驗壓力值 PT = [][]??t = (或由用戶輸入 ) MPa 壓力試驗允許通過 的應力水平 ???T ???T? ?s = MPa 試驗壓力下 圓筒的應力 ?T = p DT i ee.( ).??? ?2 = MPa 校核條件 ?T? ???T 校核結果 合格 壓力及應力計算 最大允許工作壓力 [Pw]= 2? ? ??e ti e[ ]( )D? = MPa 設計溫度下計算應力 ?t = P Dc i ee( )???2 = MPa ???t? MPa 校核條件 ???t? ≥ ?t 結論 合格 內壓橢圓封頭校核 計算單位 中北大學過程裝備與控制工程系 計算條件 橢圓封頭簡圖 計算壓力 Pc MPa 設計溫度 t ? C 內徑 Di mm 曲面高度 hi mm 材料 16MnR(熱軋 ) (板材 ) 試驗溫度許用應力 ??? MPa 設計溫度許用應 力 ???t MPa 鋼板負偏差 C1 mm 腐蝕裕量 C2 mm 焊接接頭系數(shù) ? 24 厚度及重量計算 形狀系數(shù) K = 16 2 2 2???? ???????????Dhii = 計算厚度 ? = KPD Pc it c2 0 5[ ] .? ?? = mm 有效厚度 ?e =?n C1 C2= mm 最小厚度 ?min = mm 名義厚度 ?n = mm 結論 滿足最小厚度要求 重量 Kg 壓 力 計 算 最大允許工作壓力 [Pw]= 2 0 5[ ] .? ???t ei eKD? = MPa 結論 合格 延長部分兼作法蘭固定式管板 設計單位 中北大學過程裝備與控制工程系 設 計 計 算 條 件 簡 圖 設計壓力 ps MPa 設計溫度 Ts 350 C? 平均金屬溫度 ts 314 ?C 裝配溫度 to 15 ?C 殼 材料名稱 16MnR(正火 ) 設計溫度下許用應力 [?]t 134 Mpa 程 平均金屬溫度下彈性模量 Es +05 Mpa 平均金屬溫度下熱膨脹系數(shù) ?s mm/mm?C 圓 殼程圓筒內徑 Di 700 mm 殼 程 圓 筒 名義厚 度 ?s 6 mm 殼 程 圓 筒 有效厚 度 ?se mm 筒 殼體法蘭設計溫度下彈性模量 Ef’ +05 MPa 殼程圓筒內直徑橫截面積 A= ? Di2 +05 mm2 25 殼程圓筒金屬橫截面積 As=??s ( Di+?s ) 9403 mm2 管 設計壓力 pt MPa 箱 設計溫度 Tt 300 ?C 圓 材料名稱 筒 設計溫度下彈性模量 Eh +05 MPa 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 )?h 16 mm 管箱圓筒 有效 厚度 ?he 4 mm 管箱法蘭設計溫度下彈性 模量 Et” +05 MPa 材料名稱 20G(正火 ) 換 管子平均溫度 tt 230 ?C 設計溫度下管子材料許用應力 [?]tt 92 MPa 設計溫度下管子材料屈服應力 ?st 147 MPa 熱 設計溫度下管子材料彈性模量 Ett +05 MPa 平均金屬溫度下管子材料彈性模量 Et +05 MPa 平均金屬溫度下管子材料熱膨脹系數(shù) ?t mm/mm?C 管 管子外徑 d 25 mm 管子壁厚 ?t 2 mm 管子根數(shù) n 351 換熱管中心距 S 32 mm 換 一根管子金屬橫截面積 a d? ??? ?t t( ) mm2 換熱管長度 L 3000 mm 管子有效長度 (兩管板內側間距 ) L1 2900 mm 管束模數(shù) Kt = Et na/LDi 3790 MPa 管子回轉半徑 2t2 )2( ???? ddi mm 熱 管子受 壓失穩(wěn)當量長度 lcr 10 mm 系數(shù) Cr = tsttE ?? /2 比值 lcr /i 管子穩(wěn)定許用壓應力 ( ilC crr?? ) 22 )(2][ il Ecrtcr ?? ? MPa 26 管 管子穩(wěn)定許用壓應力 (C licrr ? ) ?????? ?? rcrtscr C il212][ ?? MPa 材料名稱 16MnR(正火 ) 設計溫度 tp 350 ?C 管 設計溫度下許用應力 ???rt 116 MPa 設計溫度下彈性模量 Ep +05 MPa 管板腐蝕裕量 C2 2 mm 管板輸入厚度 ?n 50 mm 管板計算厚度 ? 48 mm 隔板槽面積 (包括拉桿和假管區(qū)面積 )Ad 0 mm2 板 管板強度削弱系數(shù) ? 管板剛度削弱系數(shù) ? 管子加強系數(shù) K D E na E L2 1 318? . /i t p? ?? K = 管板和管子連接型式 焊接 管板和管子脹接 (焊接 )高度 l mm 脹接許用拉脫應力 [q] MPa 焊接許用拉脫應力 [q] 46 MPa 管 材料名稱 16MnR(正火 ) 管箱法蘭厚度 ?f 46 mm 法蘭外徑 Df 860 mm 箱 基本法蘭力矩 Mm +07 N?mm 管程壓力操作工況下法蘭力 Mp +07 N?mm 法蘭寬度 2/)(iff DDb ?? 80 mm 法 比值 ?h i/D 比值 ?f i/D 系數(shù) C (按 ?h/Di ,?f” /Di , 查 GB1511999圖 25) 蘭 系數(shù) ?” (按 ?h/Di ,?f” /Di ,查 GB1511999圖 26) 旋轉剛度 ]22[121 h3iffifff ?? EDbD bEK ??????????? MPa 27 材料名稱 16MnR(正火 ) 殼 殼體法蘭厚度 ?f39。支座材料 Q235－ A*F。 根據(jù)計算所得的管子內徑，按前述換熱設備設計選擇合適的管子型號和所需的管數(shù)及布管方式。 OC），管內側的對流給熱系數(shù)為αi=80 W/（ m2有理想氣體狀態(tài)方程 pV=nRT，可分別計算出進料氣中甲醇和水的體積流量： 甲醇的體積流量 VA 為： VA= 10* )(** 6 ?? m3/h 水的體積流量 VB為： VB= 10* )(** 6 ?? m3/h 進料氣 的總質量為： mo= += kg/h （ 2）計算反應的轉化率 進入反應器時甲醇的流量為 kg/h，出反應器時甲醇的流量為 kg/h，則甲醇的轉化率 xAf為： xAf= %99%100* ?? 即反應過程中消耗甲醇的物質的量為： 99%= kmol/h （ 3）計算反應體系的膨脹因子 由體系的化學反應方程式可知，反應過程中氣體的總物質的量發(fā)生了變化，可求出膨脹因子δ A。 175 ℃ 甲醇 H = Q=?+2031?=? 106 kJ/h 以 300℃導熱油 cp 計算 cp = kJ/(kg p水 = MPa p總 = MPa 再設 T=175℃ p甲醇 =。 4 本畢業(yè)設計研究的主要內 容 在熟悉甲醇制氫工藝基礎上，選擇適合的反應器類型，利用 ChemCAD 軟件進行工藝設計 (其中反應器換熱部分參考換熱器進行設計，存儲部分參考儲罐進行設計 )，根據(jù)工藝設計結果進行詳細的結構設計，最后用 SW6 進行校核，繪制反應器裝配圖。 管式反應器特點：一種呈管狀、長徑比很大的連續(xù)操作反應器。以甲醇分解氣作為燃料的內燃機可以在空氣過量的情況下工作 (即貧油燃燒 ),從而使燃燒效率進一步提高；事實證明甲醇分解氣的效率比未分解的甲醇高 34%，而且貧油燃燒時燃燒更充分，可以降低一氧化碳和烴類的排放。 甲醇蒸汽重整過程既可以使用等溫反應系統(tǒng)，也可以使用絕熱反應系統(tǒng)。 文獻綜述 甲醇 水蒸汽重整 (MSR)制氫因反應溫度低 (250℃ )，與質子交換膜燃料電池的運行溫度最匹配、出口 H2 含量高， CO 含量低 (1%)，可省去后續(xù)處理中水汽置換 (WGS)過程以及可利用燃料電池陽極尾氣催化燃燒供熱來 2 提高效率等優(yōu)勢而受到人們更多的關注。目前 EMFC 氫源技術有兩類 : 一是燃料電池攜帶純氫 .二是液體燃料現(xiàn)場制氫。對 反應器的主要零部件作了應力計 算強度校核。 本論文分析了幾種 反應器的類型和結構 ,并綜合各種 反應器的優(yōu)點和缺點 介紹了甲醇蒸汽制氫技術的基本原理及工藝 ,提出了一種新型的絲網(wǎng)填料式甲 醇水蒸汽重整制氫 反應器。 20 世紀 90 年代以來以氫氣為燃料的質子交換膜燃料電池 (PEMFC) 技術獲得了高速發(fā)展，質子交換膜燃料電池 ( PEMFC) 是公認的 21 世紀高效節(jié)能環(huán)保的發(fā)電方式 ,在固定電站 3 ]和移動電源方面有廣泛的應用前景但要實現(xiàn) 商業(yè)化必須解決其氫源問題 。將微通道引入微反應器制氫系統(tǒng)具有小的幾何尺寸和 大的比 表面積 ,明顯改善了熱量和物質的傳遞 ,提高了反應速率 ,而且甲醇轉化率也保持較高的值。 甲醇蒸汽重整反應通常在 250300℃ ， ， H2 0 與 CH3 0H 摩爾比為，重整產(chǎn)物氣經(jīng)過變壓吸附等凈化過程，可得不同規(guī)格的氫氣產(chǎn)品。甲醇直接分解成氫氣和一氧化碳是比未分解的甲醇和汽油更潔凈有效的燃料，可以用作汽車和氣體渦輪機的動力燃料，同時也可為化工廠、制藥廠、材料加工廠等提供了一個