【正文】 ③經(jīng)濟(jì)性 —— 20g 無(wú)縫鋼管屬于碳鋼管，投資成本和運(yùn)行維護(hù)均較低。 34 第四章 管道設(shè)計(jì) 管道選型 (1) 材料 —— 綜合考慮設(shè)計(jì)溫度、壓力以及腐蝕性（包括氫腐蝕），本裝置主管道選擇 20g 無(wú)縫鋼管，理由如下 ： ①腐蝕性 —— 本生產(chǎn)裝置原料甲醇、導(dǎo)熱油對(duì)材料無(wú)特殊腐蝕性；產(chǎn)品氫氣對(duì)產(chǎn)品可能產(chǎn)生氫腐蝕，但研究表明碳鋼在 220℃以下氫腐蝕反應(yīng)速度極慢，而且氫分壓不超過(guò) 時(shí)，不管 溫度有多高，都不會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的氫腐蝕。? ??? ???2 ???????? ??? )2(21 2 mmkmk ? ??1 21 ?? 174 3???rt 348 MPa 管板布管區(qū)周邊剪切應(yīng)力????? tpap DP ~? ???rt 58 ???rt 174 MPa 殼體法蘭應(yīng)力 ? ? ??f ws a ifY M P D39。r =34 12mK Q G( )( )??? 殼體法蘭應(yīng)力 ? ? ? ?f ws a ifY M P D39。39。 , 按 ?h/Di ,?f” /Di , 查 GB1511999圖 25 蘭 系數(shù) ?39。 2) 支座處圓筒所受的支座彎矩 ML 計(jì)算 ML ＝ ][ )50125(* )(*33 12 IMkNslq ????? 因此，開(kāi)始選用的 2A3 支座滿足要求。 fi 風(fēng)壓高度系數(shù)見(jiàn)參考資料。 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。 換熱管管長(zhǎng) L m 選用 3m標(biāo)準(zhǔn)管長(zhǎng) 換熱管根數(shù) n ???? ??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(jìn)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)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(biāo)準(zhǔn) 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 15 外殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 按照 GB1501998《鋼制壓力容器》進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算。 OC) 由于反應(yīng)器所需的換熱面積為： F= tΔKQ = )280320(* 10*3 ??m2 （ 9）計(jì)算管子的內(nèi)徑 反應(yīng)器需要的換熱面積為： F=nπ dl 14 反應(yīng)器內(nèi)氣體的體積流量為： VO=n4d2πu 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=。 OC/W 總污垢系數(shù)為 Rf=+= m2 OC），管外油側(cè)的對(duì)流給熱系數(shù)為αo=300W/（ m2( Kkmolkj ， T=，δ A=2，yA=，代入上式，可得空間時(shí)間： τ = （ 5）計(jì)算所需反應(yīng)器的容積 VR=τ VO 進(jìn)料氣的總體積流量為： VO=+= m3 /h= m3 /s 則可得所需反應(yīng)器的容積為： VR=τ VO = = m3 （ 6）計(jì)算管長(zhǎng) 由文獻(xiàn)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(duì)氣體空塔速度的影響，取流動(dòng)速度為μ =，則反應(yīng)管的長(zhǎng)度為： l=τ u= 3600 = 根據(jù) GB151 推薦的換熱管長(zhǎng)度，取管長(zhǎng) l=3m。 k/mol,其摩爾流量為： 進(jìn)料氣中甲醇的摩爾分率 yA 為： yA= 09 ?? 對(duì)于甲醇和水，由于溫度不太高（ 280 oC），壓力不太大（ ），故可將 11 其近似視為理想氣體考慮。 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 62898 320 表 31 反應(yīng)器的物流表 （ 1）計(jì)算反應(yīng)物的流量 對(duì) 于 甲 醇， 其 摩爾 質(zhì) 量為 32 kg K), 于是其溫降為 : ? t=Q/(cP m)= ?105 /(?62898)=℃ 導(dǎo)熱油出口溫度為 : =℃ 汽化塔（ TO101 ) 9 認(rèn)為汽化塔僅有潛熱變化。 K), c 230。在本工藝過(guò)程中 ,要使甲醇水完全汽化 ,則其汽相分率必然是甲醇 40%,水 60%(mol)且已知操作壓力為 ,設(shè)溫度為 T,根據(jù)汽液平衡關(guān)系有 + = 8 初設(shè) T=170℃ p甲醇 =。流程包括以下步驟：甲醇與水按配比 1： 進(jìn)入原料液儲(chǔ)罐，通過(guò)計(jì)算泵進(jìn)入換熱器（ E0101）預(yù)熱，然后在汽化塔（ T0101）汽化，在經(jīng)過(guò)換熱器 (E0102)過(guò)熱到反應(yīng)溫度進(jìn)入轉(zhuǎn)化器 (R0101)，轉(zhuǎn)化反應(yīng)生成H CO2 的以及未反應(yīng)的甲醇和水蒸氣等首先與原料液換熱 (E0101)冷卻，然后經(jīng)水冷器 (E0103)冷凝分離水和甲醇，這部分水和甲醇可以進(jìn)入原料液儲(chǔ)罐，水冷分離后的氣體進(jìn)入吸收塔，經(jīng)碳酸丙烯脂吸收分離 CO2，吸收飽和的吸收液進(jìn)入解析塔降壓解析后循環(huán)使用，最后進(jìn)入 PSA 裝置進(jìn)一步 脫除分離殘余的 COCO 及其它雜質(zhì)，得到一定純度要求的氫氣。管式反應(yīng)器與釜式反應(yīng)器還是有差異的，至于是否可以換回還要看你的反應(yīng)的工藝要求和反應(yīng)過(guò)程如何，一般的說(shuō)，管式反應(yīng)器屬于平推流反應(yīng)器，釜式反應(yīng)器屬于全混流反應(yīng)器，你的反應(yīng)過(guò)程對(duì)平推流 和全混流的反應(yīng)有無(wú)具體的要求？管式反應(yīng)器的停留時(shí)間一般要短一些，而釜式反應(yīng)器的停留時(shí)間一般要長(zhǎng)一些，從移走反應(yīng)熱來(lái)說(shuō)，管式反應(yīng)器要難一些，而釜式反應(yīng)器容易一些，可以在釜外設(shè)夾套或釜內(nèi)設(shè)盤管解決，你的這種情況，能否可以考慮管式加釜的混合反應(yīng)進(jìn)行，即釜式反應(yīng)器底部出口物料通過(guò)外循環(huán)進(jìn)入管式反應(yīng)器再返回到釜式反應(yīng)器，可以在管式反應(yīng)器后設(shè)置外循環(huán)冷卻器來(lái)控制溫度，反應(yīng)原料從管式反應(yīng)器的進(jìn)口或外循環(huán)泵的進(jìn)口進(jìn)入，反應(yīng)完成后的物料從釜式反應(yīng)器的上部溢流出來(lái)，這樣兩種反應(yīng)器都用了進(jìn)去。通常，反應(yīng)物 流處于湍流狀態(tài)時(shí)，空管的長(zhǎng)徑比大于 50；填充段長(zhǎng)與粒徑之比大于 100(氣體 )或 200（液體），物料的流動(dòng)可近似地視為平推流（見(jiàn)流動(dòng)模型）。其技術(shù)特點(diǎn)為： 生產(chǎn)技術(shù)成熟、運(yùn)行安全可靠 ， 原料來(lái)源容易、運(yùn)輸貯存方便、價(jià)格穩(wěn)定 ， 流程簡(jiǎn)潔 ， 裝置自動(dòng)化程度高、操作簡(jiǎn)單、容易 ，占地小、投資省、回收期短 ， 能耗低、產(chǎn)品成本低 ， 無(wú)環(huán)境污染 ??9。變壓吸附凈化可獲得純度高于 %的氫氣產(chǎn)品，依據(jù)所使用的不同吸附劑及工藝條件，氫回收率在 70%87%之間變化。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)簡(jiǎn)便而經(jīng)濟(jì)的一氧化碳及氫氣來(lái)源。 氫能是最理想的潔凈能源之一。 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。 工業(yè)上利用甲醇制氫有二種途徑：甲醇分解、甲醇部分氧化和甲醇蒸汽重整。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。在液體燃料制氫方面 ,甲醇為燃料電池提供能源有著明顯的優(yōu)勢(shì) . 甲醇是第二大化工產(chǎn)品 ,資源豐富 ,甲醇在常壓下以液態(tài)形式存在 ,相對(duì)于汽油來(lái)說(shuō) ,甲醇有較高的 H/C 比以及較低的重整溫度 ,在實(shí)際 應(yīng)用過(guò)程中更容[ 4 ]易實(shí)現(xiàn)。 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 。 關(guān)鍵詞 反應(yīng)器 甲醇 水蒸氣重整 制氫 絲網(wǎng)填料 2 The reactor design based ChemCAD Abstract Hydrogen production of technology unit by methanol steam reforming conversion has been widely adopted at home and abroad. In recent years, fine chemicals, hydrogen peroxide anthraquinone process, powder metallurgy, oil hydrogenation, hydrogenation of forestry products and agricultural products, bioengineering, petroleum refining hydrogenation and hydrogen fuel the rapid development of clean vehicles, etc., the demand for pure hydrogen rapidly increasing. This paper analyzes the type structure of several microreactors and researches the strengths and weaknesses of all kinds of microreactors. Its basic principle, process flow and technological design about the equipment are described in this paper. So a new kind of wire or screen filled methanol steam reforming microreactor are designed. The next step is to calculate the stress and intensity of the main parts. Heating and the resistance of the reactor are designed and catalyst on the surface of the wire is coated. Finally taking the experiment, researching the experimental data and assessing the experimental results are my last several steps. Keywords: reactor, methanol, steam reforming, hydrogen production, screen filled 目錄 第一章 緒論 選題背景及研究意義 ..............................1 文獻(xiàn)綜述 ?????????????????? ?? 1 本畢業(yè)設(shè)計(jì)研究的主要內(nèi)容 ........................4 第二章 甲醇制氫 工藝流程 甲醇 制氫工藝流程 ................................5 物料衡算 ???????????????????? 5 熱量衡算 ???????????????????? 7 第三章 反應(yīng)器設(shè)計(jì)計(jì)算 工藝計(jì)算 ???????????????????? 10 外殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ?????????????????? 15 chem CAD?????????? ?????? ???? 18 SW6 校核 ???????????????????? 22. 第四章 管道設(shè)計(jì) 管道選型 ???????????????????? 34 泵的選型 ???????????????????? 37 閥門的選型 ???????????????