【正文】 /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[M]=*m。 C封頭材料：16MnR 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=.封頭的計算厚度計算選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，K=d = =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dn = 6mm.強度校核 有效厚度de =dn C1 C2=7mmst = =MPa[s] f=144MPa符合強度要求。 C筒體材料：16MnR 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=.筒體的計算厚度計算δ = =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dn = 強度校核 有效厚度de =dn C1 C2=5mmst = = MPa [s] f=134 MPa符合強度要求。換熱管管長Lm選用3m標(biāo)準(zhǔn)管長換熱管根數(shù)n325(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*Sjtm按接管內(nèi)流體流速合理選取Φ60管程結(jié)構(gòu)設(shè)計殼程數(shù)Ns1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SmS=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（外加六根拉桿）21殼體內(nèi)徑DimDi=S(Nc1)+(1~2)d0．7換熱器長徑比L/ DiL/ Di合理實排熱管根數(shù)n作圖351折流板形式選定單弓形折流板折流板外直徑Dbm按GB1511999折流板缺口弦離hm取h=折流板間距Bm取B=(～1)Di折流板數(shù)NbNb=L/B18殼程進(jìn)出口接管尺寸djs*Sjs合理選取Φ1142選取 外殼結(jié)構(gòu)設(shè)計按照GB1501998《鋼制壓力容器》進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計計算。結(jié)構(gòu)設(shè)計計算內(nèi)容或項目符號單位計算公式或來源結(jié)果備注管程 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計換熱管材料選用碳鋼無縫鋼管Φ252換熱管內(nèi)徑、外徑di。OC)由于反應(yīng)器所需的換熱面積為：F==m（9）計算管子的內(nèi)徑反應(yīng)器需要的換熱面積為：F=nπdl反應(yīng)器內(nèi)氣體的體積流量為：VO=nu聯(lián)立上述兩式，并將l= 6m，u= (m/s) ，F(xiàn)= (m) VO= (m/s) 代入，即可得所需管子的內(nèi)徑為：d=。OC）=(hOC/W總污垢系數(shù)為Rf=+= m2OC），根據(jù)表52所列的壁面污垢系數(shù)查得，反應(yīng)管內(nèi)、 m2OC），管外油側(cè)的對流給熱系數(shù)為αo=300W/（m2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=則反應(yīng)過程中所需向反應(yīng)器內(nèi)供給的熱量為：Q=1010=10kJ/h（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。h)，R=，T=，δA=2，yA=，代入上式，可得空間時間：τ=（5）計算所需反應(yīng)器的容積VR=τVO進(jìn)料氣的總體積流量為：VO=+= m/h= m/s則可得所需反應(yīng)器的容積為：VR=τVO == m（6）計算管長由文獻(xiàn)可知，考慮催化劑填層的空隙率對氣體空塔速度的影響，取流動速度為μ=，則反應(yīng)管的長度為：l=τu=3600=根據(jù)GB151推薦的換熱管長度，取管長l=3m。有理想氣體狀態(tài)方程pV=nRT，可分別計算出進(jìn)料氣中甲醇和水的體積流量：甲醇的體積流量VA為：VA= m3/h水的體積流量VB為：VB= m3/h 進(jìn)料氣的總質(zhì)量為：mo= += kg/h（2）計算反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率 kg/h， kg/h，則甲醇的轉(zhuǎn)化率xAf為：xAf=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(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δA。k/mol,其摩爾流量為：對于一氧化碳，其摩爾質(zhì)量為 28 kgk/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(jìn)行，進(jìn)出反應(yīng)器的各物料的工藝參數(shù)如表31所示。K)則管程中反應(yīng)后氣體混合物的溫度變化為：t=Q/(cm)=(++)=℃換熱器出口溫度為 =℃冷凝器（EO103) 在E0103 中包含兩方面的變化：①CO, CO, H的冷卻以及②CHOH , HO的冷卻和冷凝. ① CO, CO, H的冷卻Q=cmt=(++) ()=② CHOH的量很小，在此其冷凝和冷卻忽略不計。K) kJ/(kgK)t=Q/(cm)=()=℃則導(dǎo)熱油出口溫度 t==℃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), 于是其溫降為: t=Q/(cm)= ()=℃導(dǎo)熱油出口溫度為: =℃汽化塔（TO101 ) 認(rèn)為汽化塔僅有潛熱變化。K)取平均值 c= kJ/(kg p= MPa p= MPa蒸氣壓與總壓基本一致,汽化塔塔頂溫度為175℃.轉(zhuǎn)換器(R0101),于是,在轉(zhuǎn)化器內(nèi)需要供給熱量為: Q=() = kJ/h此熱量由導(dǎo)熱油系統(tǒng)帶來,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==(kg在本工藝過程中,要使甲醇水完全汽化,則其汽相分率必然是甲醇40%,水60%(mol),設(shè)溫度為T,根據(jù)汽液平衡關(guān)系有 +=初設(shè) T=170℃ p=。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: CHOH→CO↑+2H↑ （11）CO+HO→CO↑+ H↑ （12）CHOH分解為CO轉(zhuǎn)化率99%,反應(yīng)溫度280℃,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)?CHOH→↑+↑+ CHOHCO+→↑+ +合并式(15),式(16)得到: CHOH+ HO→ CO↑+ H↑+ CHOH+ CO↑氫氣產(chǎn)量為: 1200m/h= kmol/h甲醇投料量為: ⅹ32= kg/h水投料量為: ⅹⅹ18= kg/h 原料液儲槽(V0101)進(jìn): 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(jìn) : 甲醇 , kg/h , kg/h出 : 生成 CO ⅹⅹ44 = kg/h H ⅹⅹ2 = kg/h CO ⅹⅹ28 = kg/h 剩余甲醇 ⅹⅹ32 = kg/h 剩余水 ⅹⅹ18= kg/h 總計 kg/h吸收塔和解析塔 吸收塔的總壓為1．5MPa, MPa ,操作溫度為常溫(25℃). 此時,每m ，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。目錄1． 設(shè)計任務(wù)書 ……………………………… 32． 甲醇制氫工藝設(shè)計 ……………………… 4 甲醇制氫工藝流程 ……………………………… 4 物料衡算 ………………………………………… 4 熱量衡算 ………………………………………… 63． 反應(yīng)器設(shè)計 ………………………………. 9 工藝計算 ………………………………………… 9 結(jié)構(gòu)設(shè)計 ……………………………………….... 134． 管道設(shè)計………………………………………....…5． 自控設(shè)計………………………………………....…6． 技術(shù)經(jīng)濟評價、環(huán)境評價………………………7． 結(jié)束語………………………………………....……8． 致謝………………………………………....………9． 參考文獻(xiàn)………………………………………....…附錄：，零件圖設(shè)計任務(wù)書甲醇制氫工藝設(shè)計 甲醇制氫工藝流程甲醇制氫的物料流程如圖1－2。對于中小規(guī)模的用氫場合，在沒有工業(yè)含氫尾氣的情況下，甲醇蒸氣轉(zhuǎn)化及變壓吸附的制氫路線是一較好的選擇。（3） 所用原料甲醇易得，運輸、貯存方便。甲醇蒸氣轉(zhuǎn)化制氫具有以下特點：（1） 與大規(guī)模的天然氣、輕油蒸氣轉(zhuǎn)化制氫或水煤氣制氫相比，投資省，能耗低。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)模用氫的場合，工藝路線復(fù)雜，流程長，投資大。前 言氫氣是一種重要的工業(yè)產(chǎn)品，它廣泛用于石油、化工、建材、冶金、電子、醫(yī)藥、電力、輕工、氣象、交通等工業(yè)部門和服務(wù)部門，由于使用要求的不同，這些部門對氫氣的純度、對所含雜質(zhì)的種類和含量都有不相同的要求，特別是改革開放以來，隨著工業(yè)化的進(jìn)程，大量高精產(chǎn)品的投產(chǎn)，對高純度的需求量正逐步加大，等等對制氫工藝和裝置的效率、經(jīng)濟性、靈活性、安全都提出了更高的要求，同時也促進(jìn)了新型工藝、高效率裝置的開發(fā)和投產(chǎn)。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。隨著精細(xì)化工的行業(yè)的發(fā)展，當(dāng)其氫氣用量在200～3000m3/h時，甲醇蒸氣轉(zhuǎn)化制氫技術(shù)表現(xiàn)出很好的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)，受到許多國家的重視。（2） 與電解水制氫相比，單位氫氣成本較低。（4） 可以做成組裝式或可移動式的裝置，操作方便，搬運靈活。本設(shè)計采用甲醇裂解+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，同時在需要二氧化碳時，也可以方便的得到高純度的二氧化碳。流程包括以下步驟：甲醇與水按配比1：，通