【正文】 =14 1 2???Q G 殼體法蘭力矩系數(shù)M M M Mws m f~ ~( )? ?? ? 1 計(jì)算值 許用值 計(jì)算值 許用值 管板徑向應(yīng)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(yīng)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(shè)計(jì) （ 1） 甲醇制氫工藝流程圖 （ 2）進(jìn)料成分 20 （ 3） 平衡反應(yīng)器 錄一般規(guī)格 （ 4）平衡反應(yīng)器更多規(guī)格 21 （ 5）平衡反應(yīng)器反應(yīng)參數(shù)基本組分 1 的設(shè)定 （ 6）平衡反應(yīng)器參數(shù)基本組分 2的設(shè)定 22 （ 7）出料數(shù)據(jù) SW6 校核 內(nèi)筒體內(nèi)壓計(jì)算 計(jì)算單位 中北大學(xué)大學(xué)過(guò)程裝備與控制工程系 計(jì)算條件 筒體簡(jiǎn)圖 計(jì)算壓力 Pc MPa 設(shè)計(jì)溫度 t ? C 內(nèi)徑 Di mm 材料 16MnR(正火 ) ( 板材 ) 試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力 ??? MPa 設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力 ???t MPa 試驗(yàn)溫度 下屈服點(diǎn) ?s MPa 鋼板負(fù)偏差 C1 mm 腐蝕裕量 C2 mm 焊接接頭系數(shù) ? 厚度及重量計(jì)算 計(jì)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(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 = [][]??t = (或由用戶輸入 ) MPa 壓力試驗(yàn)允許通過(guò) 的應(yīng)力水平 ???T ???T? ?s = MPa 試驗(yàn)壓力下 圓筒的應(yīng)力 ?T = p DT i ee.( ).??? ?2 = MPa 校核條件 ?T? ???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 [Pw]= 2? ? ??e ti e[ ]( )D? = MPa 設(shè)計(jì)溫度下計(jì)算應(yīng)力 ?t = P Dc i ee( )???2 = MPa ???t? MPa 校核條件 ???t? ≥ ?t 結(jié)論 合格 內(nèi)壓橢圓封頭校核 計(jì)算單位 中北大學(xué)過(guò)程裝備與控制工程系 計(jì)算條件 橢圓封頭簡(jiǎn)圖 計(jì)算壓力 Pc MPa 設(shè)計(jì)溫度 t ? C 內(nèi)徑 Di mm 曲面高度 hi mm 材料 16MnR(熱軋 ) (板材 ) 試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力 ??? MPa 設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng) 力 ???t MPa 鋼板負(fù)偏差 C1 mm 腐蝕裕量 C2 mm 焊接接頭系數(shù) ? 24 厚度及重量計(jì)算 形狀系數(shù) K = 16 2 2 2???? ???????????Dhii = 計(jì)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(jié)論 滿足最小厚度要求 重量 Kg 壓 力 計(jì) 算 最大允許工作壓力 [Pw]= 2 0 5[ ] .? ???t ei eKD? = MPa 結(jié)論 合格 延長(zhǎng)部分兼作法蘭固定式管板 設(shè)計(jì)單位 中北大學(xué)過(guò)程裝備與控制工程系 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 條 件 簡(jiǎn) 圖 設(shè)計(jì)壓力 ps MPa 設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)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(nèi)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(shè)計(jì)溫度下彈性模量 Ef’ +05 MPa 殼程圓筒內(nèi)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(shè)計(jì)壓力 pt MPa 箱 設(shè)計(jì)溫度 Tt 300 ?C 圓 材料名稱 筒 設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)溫度下管子材料許用應(yīng)力 [?]tt 92 MPa 設(shè)計(jì)溫度下管子材料屈服應(yīng)力 ?st 147 MPa 熱 設(shè)計(jì)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(zhǎng)度 L 3000 mm 管子有效長(zhǎng)度 (兩管板內(nèi)側(cè)間距 ) L1 2900 mm 管束模數(shù) Kt = Et na/LDi 3790 MPa 管子回轉(zhuǎn)半徑 2t2 )2( ???? ddi mm 熱 管子受 壓失穩(wěn)當(dāng)量長(zhǎng)度 lcr 10 mm 系數(shù) Cr = tsttE ?? /2 比值 lcr /i 管子穩(wěn)定許用壓應(yīng)力 ( ilC crr?? ) 22 )(2][ il Ecrtcr ?? ? MPa 26 管 管子穩(wěn)定許用壓應(yīng)力 (C licrr ? ) ?????? ?? rcrtscr C il212][ ?? MPa 材料名稱 16MnR(正火 ) 設(shè)計(jì)溫度 tp 350 ?C 管 設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力 ???rt 116 MPa 設(shè)計(jì)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(jì)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(qiáng)度削弱系數(shù) ? 管板剛度削弱系數(shù) ? 管子加強(qiáng)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(yīng)力 [q] MPa 焊接許用拉脫應(yīng)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(zhuǎn)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(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。 OC），管內(nèi)側(cè)的對(duì)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(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： VA= 10* )(** 6 ?? m3/h 水的體積流量 VB為： VB= 10* )(** 6 ?? m3/h 進(jìn)料氣 的總質(zhì)量為： mo= += kg/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 kg/h，出反應(yīng)器時(shí)甲醇的流量為 kg/h，則甲醇的轉(zhuǎn)化率 xAf為： xAf= %99%100* ?? 即反應(yīng)過(guò)程中消耗甲醇的物質(zhì)的量為： 99%= kmol/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(guò)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。 175 ℃ 甲醇 H = Q=?+2031?=? 106 kJ/h 以 300℃導(dǎo)熱油 cp 計(jì)算 cp = kJ/(kg p水 = MPa p總 = MPa 再設(shè) T=175℃ p甲醇 =。 4 本畢業(yè)設(shè)計(jì)研究的主要內(nèi) 容 在熟悉甲醇制氫工藝基礎(chǔ)上，選擇適合的反應(yīng)器類型，利用 ChemCAD 軟件進(jìn)行工藝設(shè)計(jì) (其中反應(yīng)器換熱部分參考換熱器進(jìn)行設(shè)計(jì)，存儲(chǔ)部分參考儲(chǔ)罐進(jìn)行設(shè)計(jì) )，根據(jù)工藝設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最后用 SW6 進(jìn)行校核，繪制反應(yīng)器裝配圖。 管式反應(yīng)器特點(diǎn)：一種呈管狀、長(zhǎng)徑比很大的連續(xù)操作反應(yīng)器。以甲醇分解氣作為燃料的內(nèi)燃機(jī)可以在空氣過(guò)量的情況下工作 (即貧油燃燒 ),從而使燃燒效率進(jìn)一步提高；事實(shí)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(shí)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(guò)程既可以使用等溫反應(yīng)系統(tǒng)，也可以使用絕熱反應(yīng)系統(tǒng)。 文獻(xiàn)綜述 甲醇 水蒸汽重整 (MSR)制氫因反應(yīng)溫度低 (250℃ )，與質(zhì)子交換膜燃料電池的運(yùn)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(guò)程以及可利用燃料電池陽(yáng)極尾氣催化燃燒供熱來(lái) 2 提高效率等優(yōu)勢(shì)而受到人們更多的關(guān)注。目前 EMFC 氫源技術(shù)有兩類 : 一是燃料電池?cái)y帶純氫 .二是液體燃料現(xiàn)場(chǎng)制氫。對(duì) 反應(yīng)器的主要零部件作了應(yīng)力計(jì) 算強(qiáng)度校核。 本論文分析了幾種 反應(yīng)器的類型和結(jié)構(gòu) ,并綜合各種 反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn) 介紹了甲醇蒸汽制氫技術(shù)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(yīng)器。 20 世紀(jì) 90 年代以來(lái)以氫氣為燃料的質(zhì)子交換膜燃料電池 (PEMFC) 技術(shù)獲得了高速發(fā)展，質(zhì)子交換膜燃料電池 ( PEMFC) 是公認(rèn)的 21 世紀(jì)高效節(jié)能環(huán)保的發(fā)電方式 ,在固定電站 3 ]和移動(dòng)電源方面有廣泛的應(yīng)用前景但要實(shí)現(xiàn) 商業(yè)化必須解決其氫源問(wèn)題 。將微通道引入微反應(yīng)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(zhì)的傳遞 ,提高了反應(yīng)速率 ,而且甲醇轉(zhuǎn)化率也保持較高的值。 甲醇蒸汽重整反應(yīng)通常在 250300℃ ， ， H2 0 與 CH3 0H 摩爾比為，重整產(chǎn)物氣經(jīng)過(guò)變壓吸附等凈化過(guò)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(jī)的動(dòng)力燃料，同時(shí)也可為化工廠、制藥廠、材料加工廠等提供了一個(gè)