【正文】 溫度下許用應(yīng)力 ???rt 116 MPa 設(shè)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(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。 滿足支座本體允許載荷的要求。 水平力 取 p e 與 p w 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。 q0 為基本風壓，假設(shè)該填料塔安裝在南京地區(qū)，南京地區(qū)的 q0 ＝ 550N/m2 。支座材料 Q235－ A*F。 根據(jù)筒徑選用標準橢圓形封頭直邊高： 25 曲邊高： 200 壁厚： 6 換熱管（ GB1511999） 管子材料： 16MnR 根據(jù)上節(jié)中計算的管子內(nèi)徑選用尺寸：φ 25 2 管長： 3000 根數(shù)： 345 實排根數(shù)： 351（外加 6 根拉桿） 排列形式：正三角形 中心距： 32 管束中心排管數(shù)： 21 長徑比： 管程數(shù)據(jù) 管程數(shù) ： 1 管程氣體流速： 1m/s 17 進出口接管尺寸：φ 60 接管材料： 16Mn 法蘭類型：板式平焊法蘭（ HG2059397） 法蘭材料： 20R DN 法蘭外徑 中心孔直徑 法蘭厚度 法蘭內(nèi)徑 螺栓孔直徑 螺栓孔數(shù) 螺紋規(guī)格 50 140 110 16 59 14 4 M12 表 33 管程法蘭數(shù)據(jù) 殼程數(shù)據(jù) 殼程數(shù)： 1 殼程液體流速： 進出口接管尺寸：φ 114 2 接管材料： 16Mn 法蘭類型：板式平焊法蘭（ HG2059397） 法蘭材料： 16MnR DN 法蘭外徑 中心孔直徑 法蘭厚度 法蘭內(nèi)徑 螺栓孔直徑 螺栓孔數(shù) 螺紋規(guī)格 100 210 170 18 116 18 4 M16 表 34 殼程法蘭數(shù)據(jù) 1折流板（ GB1511999） 材料： 16MnR 形式：單弓形 外直徑： 管孔直徑： 缺口弦高： 140 間距： 330 板數(shù)： 8 厚度： 6 1拉桿（ GB1511999） 直徑： 16 螺紋規(guī)格： M16 根數(shù)； 6 1耳座（ JB/T472592） （ 7）耳式支座選用及驗算 由于該吸收塔相對結(jié)構(gòu)較小，故選用結(jié)構(gòu)簡單的耳式支座。 筒體 (1) 筒體內(nèi)徑 :700mm 設(shè)計壓力： P c = wp = 設(shè)計溫度取350? C 筒體材料： 16MnR 焊接接頭系數(shù) Φ= 鋼板厚度負偏差 C1=0,腐蝕裕量 C2=,厚度附加量 C= C1+ C2=. 筒體的計算厚度計算 δ = PDPc it c2[ ]? ??= *13 4*2 70 0* ?? 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 = mmn 6?? 強度校核 有效厚度 ?e =?n C1 C2=5mm ?t = P Dc i ee( )???2 = *2 )5700(* ?? MPa ???t ?=134 MPa 符合強度要求。d m 。 根據(jù)計算所得的管子內(nèi)徑，按前述換熱設(shè)備設(shè)計選擇合適的管子型號和所需的管數(shù)及布管方式。 m2 OC/W 根據(jù)傳熱學，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 OC/W 和 m2 OC），管內(nèi)側(cè)的對流給熱系數(shù)為αi=80 W/（ m2 反應(yīng)過程中所需的熱量由導熱油供給，反應(yīng)器同時作為換熱器使用，根據(jù) GB151，320oC 時鋼的導熱系數(shù)為λ =（ m 反應(yīng)器內(nèi)的實際氣速為： u=τl = sm /* 3 ? （ 7）計算反應(yīng)熱 甲醇制氫的反應(yīng)實際為兩個反應(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) 13 的量為 。 h)， R= )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(zhì)量為： mo= += kg/h （ 2）計算反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率 進入反應(yīng)器時甲醇的流量為 kg/h，出反應(yīng)器時甲醇的流量為 kg/h，則甲醇的轉(zhuǎn)化率 xAf為： xAf= %99%100* ?? 即反應(yīng)過程中消耗甲醇的物質(zhì)的量為： 99%= kmol/h （ 3）計算反應(yīng)體系的膨脹因子 由體系的化學反應(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/mol,其摩爾流量為： kmol/h 對于一氧化碳，其摩爾質(zhì)量為 28 kg k/mol， 則 其摩 爾 流量 為 ：對于水 ，其摩爾質(zhì)量為 18 kg該反應(yīng)在管式反應(yīng)器進行，進出反應(yīng)器的各物料的工藝參數(shù)如表 31 所示。 175 ℃ 甲醇 H = Q=?+2031?=? 106 kJ/h 以 300℃導熱油 cp 計算 cp = kJ/(kg K) 則導熱油用量 w=Q反應(yīng) /(cp ? t)= ? 105 /(? 5)=62898 kg/h 過熱器 (E0102) 甲醇和水的飽和蒸氣在過熱器中 175℃過熱到 280℃ ,此熱量由導熱油供給 .從手冊中可以方便地得到甲醇和水蒸氣的部分比定壓熱容數(shù)據(jù) ,見表 14. 氣體升溫所需熱量為 : Q=? cp m? t=(? +? ) ? (280175)=? 105 kJ/h 導熱油 cp = kJ/(kg300p =(kg320p =?=(kg p水 = MPa p總 = MPa 再設(shè) T=175℃ p甲醇 =。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) 圖 1－ 2 甲醇制氫的物料流程圖及各節(jié)點物料量 物料衡算 依據(jù) 甲醇蒸氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)方程式 : CH 3 OH → CO ↑ +2H 2 ↑ 6 （ 11） CO+H 2 O → CO 2 ↑ + H 2 ↑ （ 12） CH 3 OH 分解為 CO 轉(zhuǎn)化率 99%,反應(yīng)溫度 280℃ ,反應(yīng)壓力 ,醇水投料比1:(mol). 投料計算量 代入轉(zhuǎn)化率數(shù)據(jù) ,式 (13)和式 (14)變?yōu)?: CH3 OH=↑ + ↑ + CH3 OH CO+ O= ↑ + + 合并式 (15),式 (16)得到 : CH 3 OH+ H2 O= CO 2 ↑ + H2 ↑ + CH3 OH+ CO↑ 氫氣產(chǎn)量為 : 1200m3 /h= kmol/h 甲醇投料量為 : ⅹ 32= kg/h 水投料量為 : ⅹ ⅹ 18= kg/h 原料液儲槽 (V0101) 進 : 甲醇 kg/h , 水 kg/h 出 : 甲醇 kg/h , 水 kg/h 換熱器 (E0101),汽化塔 (T0101),過熱器 (E0103) 沒有物流變化 . 轉(zhuǎn)化器 (R0101) 進 : 甲醇 , 水 kg/h , 總計 kg/h 出 : 生成 CO2 ⅹ ⅹ 44 = kg/h H2 ⅹ ⅹ 2 = kg/h CO ⅹ ⅹ 28 = kg/h 剩余甲醇 ⅹ ⅹ 32 = kg/h 剩余水 ⅹ ⅹ 18= kg/h 7 總計 kg/h 吸收塔和解析塔 吸收塔的總壓為 1． 5MPa,其中 CO2 的分壓為 MPa ,操作溫度為常溫 (25℃ ). 此時 ,每 m3 吸收液可溶解 CO2 m3 .此數(shù)據(jù)可以在一般化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊中找到，二氯 化碳在碳酸丙烯酯中的溶解度數(shù)據(jù)見表 1 一 l 及表 1— 2。 5 第二章 甲醇制氫 工藝流程 甲醇制氫工藝流程 甲醇制 氫的物料流程如圖 1－ 2。 4 本畢業(yè)設(shè)計研究的主要內(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 軟件進行工藝設(shè)計 (其中反應(yīng)器換熱部分參考換熱器進行設(shè)計，存儲部分參考儲罐進行設(shè)計 )，根據(jù)工藝設(shè)計結(jié)果進行詳細的結(jié)構(gòu)設(shè)計，最后用 SW6 進行校核，繪制反應(yīng)器裝配圖。其主要缺點是，反應(yīng)速率很低時所需管道過長，工業(yè)上不易實現(xiàn)。 管式反應(yīng)器返混小，因而容積效率（單位容積生產(chǎn)能力）高，對要求轉(zhuǎn)化率較高或有串聯(lián)副反應(yīng)的場合尤為適用。反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)可以是單管，也可以是多管并聯(lián)；可以是空管，如管式裂解爐，也可以是在管內(nèi)填充顆粒狀催化劑的填充管，以進行多相催化反應(yīng)，如列管式固定床反應(yīng)器。 管式反應(yīng)器特點：一種呈管狀、長徑比很大的連續(xù)操作反應(yīng)器。該技術(shù)流程簡潔、占地小，投資省、產(chǎn)品成 本低 。溶劑洗滌、 CO 催化轉(zhuǎn)化、甲烷化等過程均可用于凈化氫氣。 反應(yīng)產(chǎn)物凈化系統(tǒng)可根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量等級要求選擇，變壓吸附及膜分離技術(shù)是非常實用的氣體凈化技術(shù)。以甲醇分解氣作為燃料的內(nèi)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。甲醇催化分解制氫是甲醇制氫的三種途徑之一。然而，氫氣的儲存和運輸不僅費用昂貴，技術(shù)上也相當 麻煩。在絕熱反應(yīng)系統(tǒng)中，蒸汽與甲醇混合物經(jīng)過一系列絕熱催化劑床層，床層之間配備換熱器。 甲醇蒸汽重整過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)。甲醇蒸汽重整制氫工藝工業(yè)化多年，經(jīng)歷了多次技術(shù)改進，已相當成熟。 甲醇蒸汽重整制氫由于氫收率高 (由反應(yīng)式可以看出其產(chǎn)物的氫氣組成可接近 75%)，能量利用合理，過程控制簡單，便于工業(yè)操作而更多地被采用。目前解決上述問題的方法是采用微反應(yīng)器技術(shù)強化傳熱 傳質(zhì)。 文獻綜述 甲醇 水蒸汽重整 (MSR)制氫因反應(yīng)溫度低 (2