【正文】 (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) ? 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 南京工業(yè)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 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 注： 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 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 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α i=80 W/（ m2 k/mol,其摩爾流量為： 進(jìn)料氣中甲醇的摩爾分率 yA為： yA= 2 4 .1 3 1 0 .42 4 .1 3 1 3 6 .1 9 6 ?? 對(duì)于甲醇和水，由于溫度不太高（ 280 oC），壓力不太大（ ），故可將其近似視為理想氣體考慮。 K) cpco ? kJ/(kg300p =(kg 解吸塔操作壓力為 , CO2 溶解度為 ,則此時(shí)吸收塔的吸收能力為 : = 壓力下 2co?=pM/RT=? 44/[? (+25)]=CO2 體積量 V2CO=據(jù)此 ,所需吸收液量為 考慮吸收塔效率以及操作彈性需要 ,取吸收量為 m3 /h 3? = m3 /h 可知系統(tǒng)壓力降至 時(shí) ,析出 CO 2 量為 m3 /h= kg/h. 混合氣體中的其他組分如氫氣 ,CO 以及微量甲醇等也可 以按上述過(guò)程進(jìn)行計(jì)算 ,在此 ,忽略這些組分在吸收液內(nèi)的吸收 . PSA系統(tǒng) 略 . 各節(jié)點(diǎn)的物料量 綜合上面的工藝物料衡算結(jié)果 ,給出物料流程圖及各節(jié)點(diǎn)的物料量 ,見圖 1 一 2. 熱量衡算 汽化塔頂溫確定 在已知汽相組成和總壓的條件下，可以根據(jù)汽液平衡關(guān)系確定汽化塔的操作溫度 （ 2） 與電解水制 氫相比，單位氫氣成本較低。其中烴類水蒸氣轉(zhuǎn)化法是世界上應(yīng)用最普遍的方法，但該方法適用于化肥及石油化工工業(yè)上大規(guī)模用氫的場(chǎng)合，工藝路線復(fù)雜，流程長(zhǎng)，投資大。 目錄 1． 設(shè)計(jì)任務(wù)書 ……………………………… 3 2． 甲醇制氫工藝設(shè)計(jì) ……………………… 4 甲醇制氫工藝流程 …………… ………………… 4 物料衡算 ………………………………………… 4 熱量衡算 ………………………………………… 6 3． 反應(yīng)器設(shè)計(jì) ……………………………… . 9 工藝計(jì)算 ………………………………………… 9 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ……………………………………… .... 13 4． 管道設(shè)計(jì) ……………………………………… ....… 5． 自控設(shè)計(jì) ……………………………………… ....… 6． 技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)、環(huán)境評(píng)價(jià) ……………………… 7． 結(jié)束語(yǔ) ……………………………………… ....…… 8． 致 謝 ……………………………………… ....……… 9． 參考文獻(xiàn) ……………………………………… ....… 附錄： ，零件圖 設(shè)計(jì)任務(wù)書 甲醇制氫工藝設(shè)計(jì) 甲醇制氫工藝流程 甲醇制氫的物料流程如圖 1－ 2。 p水 = MPa p總 = MPa 蒸氣壓與總壓基本一致 ,可以認(rèn)為操作壓力為 時(shí) ,汽化塔塔頂溫度為 175℃ . 轉(zhuǎn)換器 (R0101) 兩步反應(yīng)的總反應(yīng)熱為 ,于是 ,在轉(zhuǎn)化器內(nèi)需要供給熱量為 : Q反應(yīng) =? ? 1000? () =? 106 kJ/h 此熱量由導(dǎo)熱油系統(tǒng)帶來(lái) ,反應(yīng)溫度為 280℃ ,可以選用導(dǎo)熱油溫度為 320℃ ,導(dǎo)熱油溫度降設(shè)定為 5℃ ,從手冊(cè)中查到導(dǎo)熱油的物性參數(shù) ,如比定壓熱容與溫度的關(guān)系 ,可得 : c 230。 K) ? t=Q/(cP m)=? 106 /(? 83840)=℃ 則導(dǎo)熱油出口溫度 t2 ==℃ 導(dǎo)熱油系統(tǒng)溫差為 ? T==℃ 基本合適 . 換熱器（ EO101) 殼程：甲醇和水液體混合物由常溫（ 25 ℃ ）升至 175 ℃ ，其比熱容數(shù)據(jù)也可以從手冊(cè)中得到，表 1 一 5 列出了甲醇和水液體的部分比定壓熱容數(shù)據(jù)。 k/mol，則其摩爾流量為： 對(duì)于水 ，其摩爾質(zhì)量為 18 kg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= 2 3 .6 6 3 * 1 0 0 % 9 9 %2 3 .8 9 1 ? 則反應(yīng)過(guò)程中所需向反應(yīng)器內(nèi)供給的熱量為： Q= 103 103 =（ 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。 OC） =(h （ 2）根據(jù)筒徑 選用非金屬軟墊片： 墊片 厚度： 3 墊片外徑 :1044 墊片內(nèi)徑： 1004 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 1000 1140 1100 56 23 M20 40 表 32 筒體法蘭數(shù)據(jù) 封頭 （ 1）封頭內(nèi)徑： 1000mm 設(shè)計(jì)壓力： P= 設(shè)計(jì)溫度取 280? C 封頭材料： 16MnR ( t[]? =) 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=. 封頭的計(jì)算厚度計(jì)算 選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭， K= ? = ct ic ][2 PDKP??? = 1 . 0 1 . 6 1 0 0 0 5 . 5 2 m m2 1 4 5 . 2 1 0 . 5 1 . 6?? ?? ? ? 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 =7mm. 強(qiáng)度校核 有效厚度 ?e =?n C1 C2=6mm ?t = e eic 2 )( ? ??KDP= 1 .6 1 .0 1 0 0 0 0 .5 6 1 3 3 .7 326? ? ? ? ??（ ）MPa???t ?= 符合強(qiáng)度要求。 支座承受的實(shí)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。22[121 s3i39。( )? 4 2 ???rt 174 3 ???rt 348 MPa 換熱管軸向應(yīng)力 ? ? ?t c aP G G P? ? ????? ???1 2 2 ???tt 92 ? ??cr 3 ???tt 276 ? ??cr MPa 殼 程圓筒 軸向應(yīng)力 ? ? ?c s aAA Q G P? ??( )( )1 2 ? ???ct ? ?3??ct MPa 換熱管與管板連接拉脫應(yīng)力 q =??dlat [q] 46 3[q]焊接