【正文】 1 .5 * 1 0 ? ? m3/h 水的體積流量 VB為： VB=63 6 .1 9 6 * 8 3 1 4 .3 * ( 2 7 3 .1 5 2 8 0 ) 1 1 0 .9 8 11 .5 * 1 0 ? ? 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 ，則甲醇的轉(zhuǎn)化率 xAf為： xAf= 7 7 2 . 1 7 9 7 . 7 2 2 * 1 0 0 % 9 9 %7 7 2 . 1 7 9? ? 即反應(yīng)過程中消耗甲醇的物質(zhì)的量為： 99%= （ 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δ A。 K) 則管程中反應(yīng)后氣體混合物的溫度變化為： ? t=Q/(cP m)=? 105 /(? +? +? )=℃ 換熱器出口溫度為 =℃ 冷凝器（ EO103) 在 E0103 中包含兩方 面的變化：① CO2 , CO, H2 的冷卻以及② CH3 OH , H2 O 的冷卻和冷凝 . ① CO2 , CO, H2 的冷卻 Q= ? c p m ? t=( ? + ? + ? ) ?()=? 106 kJ/h ② CH3 OH 的量很小，在此其冷凝和冷卻忽略不計(jì) 。 K) 取平均值 cp = kJ/(kg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)手冊中得到：表 13列出了甲醇的蒸氣壓數(shù)據(jù) （ 3） 所用原料甲醇易得，運(yùn)輸、貯存方便。 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。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。 p水 = MPa p總 = MPa 再設(shè) T=175℃ p甲醇 =。 175 ℃ 甲醇 H = Q=? +2031? =? 106 kJ/h 以 300℃導(dǎo)熱油 cp 計(jì)算 cp = kJ/(kg 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 280 水 二氧化碳 一氧化碳 氫氣 導(dǎo)熱油 83840 320 表 31 反應(yīng)器的物流表 （ 1）計(jì) 算反應(yīng)物的流量 對于甲醇，其摩爾質(zhì)量為 _32 kg 反應(yīng)器內(nèi)的實(shí)際氣速為： u=τl= sm /3600* 3 ? （ 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+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 。 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： K=1/（ i1α + oα1 +Rf） = 1 ??? W/（ m2 筒體 (1) 筒體內(nèi)徑 :1000mm 設(shè)計(jì)壓力： Pc = wp = 設(shè)計(jì)溫度取 320? C 筒體材料： 16MnR( t[]? =136) 焊接接頭系數(shù) Φ= 鋼板厚度負(fù)偏差 C1=0,腐蝕裕量 C2=,厚度附加量 C= C1+ C2=. 筒體的計(jì)算厚度計(jì)算 δ = PDPc it c2[ ]? ??= 0 .5 5 * 1 0 0 0 2 .3 82 * 1 3 6 * 0 .8 5 0 .5 5 ?? 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 = 4mm 強(qiáng)度校核 有效厚度 ?e =?n C1 C2=3mm ?t = c i ee()2PD??? = 0 .5 5 * (1 0 0 0 3 ) 9 1 .9 42 * 3 ? ? MPa ???t ?= MPa 符合強(qiáng)度要求。 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 8 6 7)(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。 , 按 ?h/Di ,?f”/Di , 查 GB1511999圖 26 旋轉(zhuǎn)剛度 ]39。 ~ 39。 內(nèi)壓 : Mp = MD+MG+MT Mp = 預(yù)緊 Ma W = N LG = mm Ma=W LG = 計(jì)算力矩 Mo= Mp 與 Ma[?]ft/[?]f中大者 Mo = 螺 栓 間 距 校 核 實(shí)際間距 nDL b??? = mm 最小間距 ?minL? (查 GB15098表 93) mm 最大間距 ?maxL? mm 形 狀 常 數(shù) 確 定 h D0 i 0? ?? h/ho = K = Do/DI = ? ?1 0? 由 K查表 95得 T= Z = Y = U= 整體法蘭 查圖 93和圖 94 FI= VI= e F h? ?I 0 松式法蘭 查圖 95和圖 96 FL= VL= e F h? ?L 0 查圖 97 由 ?1/?o 得 f = 整體法蘭21 ooI hVUd ?? = 松式法蘭 21 ooL hVUd ?? = ? ?? ?f13d ψ = δ f e+1 = ? = ?/T = ??? 134 ef?? ? ? ?? ? = 剪應(yīng)力校核 計(jì) 算 值 許 用 值 結(jié) 論 預(yù)緊狀態(tài) ?? lDWi??1 MPa ? ? ? ?n?? ? 校核合格 操作狀態(tài) ??lDWip??2 MPa ? ? ? ?tn?? ? 校核合格 輸入法蘭厚度δ f = mm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 ?? i21 oH DfM??? MPa 15.[]?ft = 或 25.[]?nt =( 按整體法蘭設(shè)計(jì)的任 意 式法蘭 , 取 15.[]?nt ) 校核 合格 徑向 應(yīng)力 ???? i2f 0R )( D Mef???? MPa ft[]? = 校核合格 切向 應(yīng)力 ? ? ?T0f i R? ? ?M YD Z2 MPa ft[]? = 校核合格 綜合 應(yīng)力 ))(),( a x ( THRH ???? ?? = MPa ft[]? = 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)算單位 南京工業(yè)大學(xué)過程裝備與控制工程系 接 管 : C, φ 114 2 計(jì) 算 方 法 : GB1501998 等 面 積 補(bǔ) 強(qiáng) 法 , 單 孔 設(shè) 計(jì) 條 件 簡 圖 計(jì)算壓力 pc MPa 設(shè)計(jì)溫度 350 ℃ 殼體型式 圓形筒體 殼體材料 名稱及類型 16MnR(正火 ) 板材 殼體開孔處焊接接頭系數(shù) φ 殼體內(nèi)直徑 Di 700 mm 殼體開 孔處名義厚度 δ n 6 mm 殼體厚度負(fù)偏差 C1 0 mm 殼體腐蝕裕量 C2 1 mm 殼體材料許用應(yīng)力 [σ ]t 134 MPa 接管實(shí)際外伸長度 200 mm 接管實(shí)際內(nèi)伸長度 0 mm 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 1 mm 補(bǔ)強(qiáng)圈材料名稱 凸形封頭開孔中心至 封頭軸線的距離 mm 補(bǔ)強(qiáng)圈外徑 mm 補(bǔ)強(qiáng)圈厚度 mm 接管厚度負(fù)偏差 C1t mm 補(bǔ)強(qiáng)圈厚度負(fù)偏差 C1r mm 接管材料許用應(yīng)力 [σ ]t 92 MPa 補(bǔ)強(qiáng)圈許用應(yīng)力 [σ ]t MPa 開 孔 補(bǔ) 強(qiáng) 計(jì) 算 殼體計(jì)算厚度 δ mm 接管計(jì)算厚度 δ t mm 補(bǔ)強(qiáng)圈強(qiáng)度削弱系數(shù) frr 0 接管材料強(qiáng)度削弱系數(shù) fr 開孔直徑 d mm 補(bǔ)強(qiáng)區(qū)有效寬度 B mm 接管有效外伸長度 h1 mm 接管有效內(nèi)伸長度 h2 0 mm 開孔削弱所 需的補(bǔ)強(qiáng)面積 A mm2 殼體多余金屬面積 A1 mm2 接管多余金屬面積 A2 mm2 補(bǔ)強(qiáng)區(qū)內(nèi)的焊縫面積 A3 36 mm2 A1+A2+A3= mm2 ，大于 A，不需另加補(bǔ)強(qiáng)。 (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 vq ＝ ＝ ～ Di＝uqv?4＝ 壁厚 t＝ ? ?iti pDp ???2 ＝ ??? ? ＝ =1000 ???p=1000 =3 查表應(yīng)選用 故選擇 RO010 RO010 RO010 RO0104管道規(guī)格為φ 159 流速校正 u=24Dqv? =保溫層計(jì)算 : 管道外表面溫度 T0=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 ??????? ????? 702 ? (), 表面放熱系數(shù)為 ? ? ? ? ????? ?? s 12 W/() 保溫工程投資償還年分?jǐn)偮? S= ? ?? ? 55?? ??= 計(jì)算經(jīng)濟(jì)保溫層經(jīng)濟(jì)厚度 ? ?STaH SP TTtPDDD ? ?? 03011 ???? ? = ? ? ???? ????? ? 12 3 查表得保溫層厚度δ =107mm. 計(jì)算保溫后的散熱量 ? ? ? ?12ln121010???????????SaDDDTTq??? =計(jì)算保溫后表面溫度 ass TDqT ?? ?? 1= ???? =℃ 計(jì)算出來的表面溫度 ℃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δ=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 vq ＝ ＝ ,出水管中流速 u2= Di＝uqv?4＝ / 故選擇 PL0101 管道規(guī)格為φ 25 2 無縫鋼管 選擇 PL0102 管道規(guī)格為φ 20 2 無縫鋼管 流速校正 u1=24Dqv? =,合適 u2=24Dqv? =③脫鹽水原料管道的規(guī)格 流量 vq ＝ ＝ 選擇 DNW0101 管道規(guī)格為φ 22 2 無縫鋼管 選擇 DNW0102 管道規(guī)格為φ 18 2 無 縫鋼管 流速校正 u1=24Dqv? =24Dqv? =④甲醇水混合后原料管道的規(guī)格 流量 vq ＝ ＝ 選擇 PL0103 管道規(guī)格為φ 32 2 無縫鋼管 選擇 PL0104 、 PL0105 管道規(guī)格為φ 25 2 無縫鋼管 流速校正 u1=24Dqv? =24Dqv? =⑤吸收液碳酸丙烯酯管道的規(guī)格 流量 vq ＝ 42021Kg/h＝ 選擇 PL0106 管道規(guī)格為φ 48 4 無縫鋼管 選擇 PL0107 、 PL0108 管道規(guī)格為φ 38 3 無縫鋼管 流速校正 u1=24Dqv? =24Dqv? =