生产能力为2700nm3h 甲醇制氢生产装置设计冷凝器设计（word格式）

南京工业大学机械与动力工程学院过程装备与控制工程专业课程设计设计题目：生产能力为 2700Nm/h 甲醇制氢生产装置设计 设 计 人： 曹亚熹 王太彬 姚同林 徐征尧 环彬彬 杨靖 指导教师： 班 级： 过程装备与控制工程 02班 组 号： 2（2 7 12 17 22 29） 设计时间： 2010 年 12月 20日2011 年 1月 14日 前 言 .3摘 要 .4设计任务书 5第一章 工艺设计 61.1.甲醇制氢物料衡算. .71.1.1依据 71.1.2投料量计算 .71.1.3 原料储液槽 (V0101)71.1.4换热器(E0101),汽化塔(T0101)、过热器(E0102) 71.1.5转化器(R0101) 71.1.6吸收和解析塔 71.2热量恒算 81.2.1气化塔顶温度确定 .81.2.2转化器(R0101) 81.2.3过热器(E0102) 91.2.4汽化塔(T0101) 91.2.5换热器(E0101) 91.2.6冷凝器(E0103) 102.1.冷凝器的计算与选型 .112.1.1.设计任务 112.1.2.总体设计 112.1.3.热工计算 112.1.4 详细结构设计与强度设计 .172.2 结构设计 .172.2.1 筒体 .172.2.2封头 182.2.3管程接管补强计算（按照 GB150-1998 等 面 积 补 强 法 ） 192.2.4 壳程接管补强计算（按照 GB150-1998 等 面 积 补 强 法 ） 192.2.5 换热管（GB151-1999 ） 202.2.6 折流板（GB151-1999 ） 202.2.7 拉杆（GB151-1999 ） .202.3SW6 软件校核 212.3.1 固定管板换热器设计计算 212.3.2 前端管箱筒体计算 222.3.3 前端管箱封头计算 .232.3.4 后端管箱筒体计算 242.3.5 后端管箱封头计算 .252.3.7 开孔补强计算 .262.3.8 延长部分兼作法兰固定式管板 28第三章 机器选型及管道设计 .393.1计量泵的选型 .393.1.1甲醇计量泵 P0102选型 .393.1.2纯水计量泵 P0101选型 .393.1.3混合原料计量泵 P0103选型 393.1.4吸收液用泵 P0105选型 .403.1.5冷却水用泵 P0104选型 .403.2管子选型（确定几种主要管道尺寸 的方法如下） .413.2.1材料选择 .413.2.2管子的规格尺寸的确定及必要的保温层设计 .413.4.3管件选型 .473.4.4管道仪表流程图 483.4.5管道布置图 .483.4.6管道空视图 .48第四章 自动控制方案设计 .494.1选择一个单参数自动控制方案 .494.2温度控制系统流程图及其控制系统方框图 .494.3如何实现控制过程的具体说明 .49第五章 技术经济评价 505.1甲醇制氢装置的投资估算 505.1.1单元设备价格估算 .505.2总成本费用估算与分析 515.3财务评价 535.3.1盈利能力分析 545.3.2清偿能力分析 545.3.3盈亏平衡分析 55小结 56参考文献 .56前 言氢气是一种重要的工业用品，它广泛用于石油、化工、建材、冶金、电子、医药、电力、轻工、气象、交通等工业部门和服务部门，由于使用要求的不同，这些部门对氢气的纯度、对所含杂质的种类和含量也有着不同的要求。近年来随着中国改革开放的进程，随着大量高精产品的投产，对高纯氢气的需求量正在逐渐扩大。 烃类水蒸气转化制氢气是目前世界上应用最普遍的制氢方法，是由巴登苯胺公司发明并加以利用，英国 ICI公司首先实现工业化。这种制氢方法工作压力为2.0-4.0MPa,原料适用范围为天然气至干点小于 215.6的石脑油。近年来，由于转化制氢炉型的不断改进。转化气提纯工艺的不断更新，烃类水蒸气转化制氢工艺成为目前生产氢气最经济可靠的途径。 甲醇蒸气转化制氢技术表现出很好的技术经济指标，受到许多国家的重视。它具有以下的特点： 1、与大规模天然气、轻油蒸气转化制氢或水煤气制氢比较，投资省，能耗低。 2、与电解水制氢相比，单位氢气成本较低。 3、所用原料甲醇易得，运输储存方便。而且由于所用的原料甲醇纯度高，不需要在净化处理，反应条件温和，流程简单，故易于操作。 4、可以做成组装式或可移动式的装置，操作方便，搬运灵活。 摘 要本次课程设计是设计生产能力为 2700m3/h甲醇制氢生产装置。 在设计中要经过工艺设计计算，典型设备的工艺计算和结构设计，管道设计，单参数单回路的自动控制设计，机器选型和技术经济评价等各个环节的基本训练。 在设计过程中综合应用所学的多种专业知识和专业基础知识，同时获得一次工程设计时间的实际训练。课程设计的知识领域包括化工原理、过程装备设计、过程机械、过程装备控制技术及应用、过程装备成套技术等课程。本课程设计是以甲醇制氢装置为模拟设计对象，进行过程装备成套技术的全面训练。 设计包括以下内容和步骤： 1、 工艺计算。 2、 生产装置工艺设计。 3、 设备设计。分组进行。 4、 机器选型。 5、 设备布置设计。 6、 管道布置设计。 7、 绘制管道空视图。 8、 设计一个单参数、单回路的自动控制方案。 9、 对该装置进行技术经济评价。 10、 整理设计计算说明书。 设计任务书一、题目：生产能力为 2700 Nm3/h甲醇制氢生产装置。 二、设计参数：生产能为 2700 Nm3/h 。三、计算内容： 1、工艺计算：物料衡算和能量衡算。 2、机器选型计算。 3、设备布置设计计算。 4、管道布置设计计算。 四、图纸清单： 1、物料流程图 2、工艺流程图 3、换热器总装图4、换热器零件图 5、管道布置图 6、管道空视图 第一章 工艺设计1.1.甲醇制氢物料衡算. 1.1.1依据 甲醇蒸气转化反应方程式： CH3OHCO + 2H2 CO + H2O CO2 + H2 CH3OHF分解为 CO,转化率 99,CO 变换转化率 99,反应温度 280,反应压力为 1. 5 MPa,醇水投料比 1:1.5(mol)。 1.1.2投料量计算 代如转化率数据 CH3OH 0.99 CO + 1.98 2H2 +0.01 CH3OH CO + 0.99 H2O 0.99 CO2 + 0.99 H2+ 0.01 CO 合并得到 CH3OH + 0.9801 H2O 0.9801 CO2 + 2.9601 H2 + 0.01 CH3OH+ 0.0099 CO 氢气产量为: 2700m /h=120.536 kmol/h3甲醇投料量为: 120.536/2.960132=1303.045 kg/h水投料量为: 1303.045/321.518=1099.444 kg/h1.1.3 原料储液槽 (V0101) 进 : 甲醇 1303.045 kg/h , 水 1099.444 kg/h出: 甲醇 1303.045 kg/h , 水 1099.444kg/h1.1.4换热器(E0101),汽化塔(T0101)、过热器(E0102) 没有物流变化 1.1.5转化器(R0101) 进 : 甲醇 1303.045kg/h , 水 1099.444 kg/h , 总计 2402.489kg/h出 : 生成 CO 1303.045/320.980144 =1756.032kg/h2H 1303.045/322.96012 =241.071kg/hCO 1303.045/320.009928 =11.288kg/h剩余甲醇 1303.045/320.0132 =13.031kg/h剩余水 1099.444-1303.045/320.980118=381.067 kg/h总计 2402.489 kg/h1.1.6吸收和解析塔 吸收塔的总压为 15MPa,其中 CO 的分压为 0.38 MPa ,操作温度为常温(25). 2此时,每 m 吸收液可溶解 CO 11.77 m .此数据可以在一般化工基础数据手册3 3中找到，二氯化碳在碳酸丙烯酯中的溶解度数据见表 1 一 l 及表 12。解吸塔操作压力为 0.1MPa, CO 溶解度为 2.32,则此时吸收塔的吸收能力为:211.77-2.32=9.450.4MPa压力下 =pM/RT=0.4 44/0.0082 (273.15+25)=7.20kg/ m2co3CO 体积量 V =1756.032/7.20=243.893m /h22CO3据此,所需吸收液量为 243.893/9.45=25.809 m /h考虑吸收塔效率以及操作弹性需要,取吸收量为 25.809m /h =77.427m /h33可知系统压力降至 0.1MPa 时,析出 CO 量为 243.893m /h=1756.032kg/h.27、PSA 系统 略.8、各节点的物料量综合上面的工艺物料衡算结果,给出物料流程图及各节点的物料量 ,1.2热量恒算 1.2.1气化塔顶温度确定 要使甲醇完全汽化，则其气相分率必然是甲醇 40%,水 60%(mol),且已知操作压力为 1.5MPa,设温度为 T,根据汽液平衡关系有： 0.4p甲醇 + 0.6 p 水=1.5MPa 初设 T=170 p 甲醇=2.19MPa; p 水 =0.824MPa p 总 =1.3704MPa 1.5MPa 再设 T=175 p 甲醇=2.4MPA; p 水 0.93MPa p 总 =1.51MPa 蒸气压与总压基本一致，可以认为操作压力为 1.5MPa时，汽化塔塔顶温度为175 1.2.2转化器(R0101) 两步反应的总反应热为 49.66kJ/mol,于是,在转化器内需要供给热量为:Q =1303.045 0.99/32 1000 (-49.66)反 应 =-2.002 10 kJ/h6此热量由导热油系统带来,反应温度为 280,可以选用导热油温度为 320,导热油温度降设定为 5,从手册中查到导热油的物性参数,如比定压热容与温度的关系,可得:c =4.1868 0.68=2.85kJ/(kgK), c =2.81kJ/(kgK)320p30p取平均值 c =2.83 kJ/(kgK)p则导热油用量 w=Q /(c t)=2.002 10 /(2.83 5)=141484kg/h反 应 p61.2.3过热器(E0102) 甲醇和水的饱和蒸气在过热器中 175过热到 280,此热量由导热油供给.气体升温所需热量为:Q= c m t=(1.90 1303.045+4.82 1099.444) (280-175)=8.16 10 kJ/hp5导热油 c =2.826 kJ/(kgK), 于是其温降为:t=Q/(c m)= 8.16 10 /(2.826 141484)=2.04P5导热油出口温度为: 315-2.1=3汽化塔(T0101) 认为汽化塔仅有潜热变化。175 甲醇 H = 727.2kJ/kg 水 H = 203IkJ/kgQ=1303.045 727.2+2031 1099.444=3.18 10 kJ/h6以 300导热油 c 计算 c =2.76 kJ/(kgK)ppt=Q/(c m)= 3.18 10 /(2.76 141484)=8.14P6则导热油出口温度 t =312.9-8.14=304.82导热油系统温差为 T=320-304.8=15.2 基本合适.1.2.5换热器(E0101) 壳程：甲醇和水液体混合物由常温（25 ）升至 175 ，其比热容数据也可以从手册中得到，表 1 一 5 列出了甲醇和水液体的部分比定压热容数据。液体混合物升温所需热量Q= c m t=(1303.045 3.14+1099.444 4.30) (175-25)=13.23 10 kJ/hp5管程：没有相变化，同时一般气体在一定的温度范围内，热容变化不大，以恒定值计算，这里取各种气体的比定压热容为：c 10.47 kJ/(kgK)2poc 14.65 kJ/(kgK)2Hc 4.19 kJ/(kgK)po则管程中反应后气体混合物的温度变化为：t=Q/(c m)=13.23 10 /(10.47 1756.032+14.65 241.071+4.19 381.067)=P5 56.26换热器出口温度为 280-56.26=223.741.2.6冷凝器(E0103) CO , CO, H 的冷却22Q= c m t=(10.47 1756.032+14.65 241.071+1.04 11.288) (223.7-p40)=4.03 10 kJ/h6 CH OH 的量很小，在此其冷凝和冷却忽略不计。压力为 1.5MPa时水的冷3凝热为：H=2135KJ/kg,总冷凝热 Q =H m=2135 381.067=8.14 10 kJ/h25水显热变化 Q = c m t=4.19 381.067 (223.7-40)=2.93 10 kJ/h3pQ=Q +Q + Q =5.14 10 kJ/h1236冷却介质为循环水，采用中温型凉水塔，则温差T=10用水量 w=Q/( c t)= 5.14 10 /(4.19 10)=122563kg/hp6第二章 设备设计计算和选型2.1.冷凝器的计算与选型2.1.1.设计任务 根据给定的工艺设计条件，此设计有相变热、冷流体间换热的管壳式换热器设计任务。 2.1.2.总体设计 确定结构形式。由于介质换热温差不大，在工艺和结构上均无特殊要求，因此选用固定管板式换热器。 合理安排流程。安排水、甲醇、二氧化碳和氢气的混合气走壳程，冷却水走管程。 2.1.3.热工计算 热工设计的计算步骤与结果列于下各表中。1， 原始数据计算内容或项目 符号 单位 计算公式或来源 结果 备注管程流体名称 冷却水壳程流体名称 混合气体冷却水的进出口温度；iT0 给定 20；30混合气体的进出口温度 ；it 给定 223.7；40冷却水混合气体工作压力；tpsMPa 给定 0.3；1.5混合气体的质量流量 swkg/s 给定 0.6672，定性温度与物性参数计算内容或项目 符号 单位 计算公式或来源 结果 备注混合气体的定性温度 mt =( )/2mt21t 131.85冷却水的定性温度 T =( + )/2T25冷却水，混合气体密度 ；tskg/ 3按定性温度查物性表997；1.74冷却水，混合气体比热容 ；tcsJ/(kg)按定性温度查物性表4180；2580冷却水，混合气体导热系数；tsW/(m)按定性温度查物性表0.680.11冷却水，混合气体的粘度 ；tsPas按定性温度查物性表8.937 10-53.25 10-4冷却水，混合气体普朗特数；tPrs查表或计算 5.594；0.76323,物料与热量衡算计算内容或项目 符号 单位 计算公式或来源 结果 备注换热器效率 0.98负荷 Q W 见汽化塔热量衡算 5.14 106冷却水的质量流量twkg/s 见过热器热量衡算 34.054，有效平均温差计算内容或项目 符号 单位 计算公式或来源 结果 备注冷流体蒸发对数平均温差t log =( - t )/ln(tlogt12/t )76.5流程型式初步确定 12型管壳式换热器1 壳程2 管程参数 R R=（ - ）/（ - ）Ti0ti18.37参数 P P=（ - ） /( - )0tiTit0.0491温度校正系数 查图 4-2 1有效平均温差 t M = mtlogt76.55，初算传热面积计算内容或项目 符号 单位 计算公式或来源 结果 备注初选总传热系数 0KW/( )2m参考表 4-1 800初算传热面积 A=Q/( t )0A0KM83.9876,换热器结构设计计算内容或项目 符号 单位 计算公式或来源 结果 备注换热管材料 选用碳钢无缝钢管 25 2.5换热管内，外径 ；dim 0.02；0.025换热管管长 L m 4.5换热管根数 n n= /（d L）0A238管程数 tN根据管内流体流速范围选定2管程进出口接管尺寸（外径*壁厚）jtjtSd*按接管内流体流速3m/s 合理选取1596 选取壳程数 sNm 1换热管排列形式分程隔板槽两侧正方形排列，其余正三角形排列正三角形排列换热管中心距 S mS=1.25d 或按标准40.032管束中心排管数 cn=1.1 （外加cn6 根拉杆）17.183壳体内径 iDm=S（ -1）iDcn+（1-2）d0.6换热管长径比 L/ i L/ i 7.5 合理实排换热器管根数 n 作图或按计算 244折流板型式 选定单弓形折流板折流板外径 bDm 按 GB151-1999 0.5955折流板缺口弦高 h m 取 h=0.20 iD0.12折流板间距 B m取 B=（0.21）i0.3折流板数 bN=L/B-1bN14壳程进出口接管尺寸（外径*壁厚）jsjSd*m 合理选取 2196 选取7，管程传热与压降计算内容或项目符号 单位 计算公式或来源 结果备注管程流速 ium/s =4 /( n )iutwTNt2id0.91管程雷诺数 iRe= /iReii20371换热器壁温 wt 假定 92管程流体给热系数iW/( 2m)=0.023 /inrp8.0eid4345.81管程进出口处流速Ntum/s 4 )2(/jtjttt Sw2.012管程摩擦因子if 查图 4-3 0.0084管内摩擦压降 fpPa =4 L / ( )fpitNi2uidwm7240.6回弯压降 rPa =4 /2rt2i 3302.46进出口局部压降 NtpPa =1.5 /2Ntpt2Nu3027管程压降 tPa =( + ) +tfriFtp17787.3管程最大允许压降 tpPa 查表 4-3 35000校核管程压降 tpt合理8、壳程传热与压降计算内容或项目 符号 单位 计算公式或来源 结果备注壳程当量直径 D em D =eind20.1121横过管束的流通截面积A s2A SBis/)(0.0394壳程流体流速 u 0m/s u =0sw9.73壳程雷诺数 Re 0Re =0seD58391.8壳程流体给热系数 oW/( 2m) o=0.36 e14.03/15.0)(PrRw21656.92折流板圆缺部分的换热管数nw 切口上管子按圆弧比计入 26 值 按表 4-4 0.112折流板圆缺部分流通面积Ab 2m4/22dnDAwib0.02756折流板圆缺区流体流速ub m/s bsbu13.91圆缺区平均流速 um m/s um= 011.634壳程进出口处流速uNs m/s uNs= 20)(4jsjsSdw11.94壳程摩擦因子 fo 查图 4-4 0.041折流板间错流管束压降p cPa p =4 foc )1(20besiNDu1084.49圆缺部分压降 p bPa p =b20/cbms695.13进出口局部压降pNsPa p =1.5Ns/2Nsu183.06壳程压降 p sPa p =p +p +pscbs1962.68壳程最大允许压降psPa 查表 4-3 35000合理校核壳程压降p sp s合理9，总传热系数计算内容或项目 符号 单位 计算公式或来源 结果 备注管内污垢热阻 dir/W2m查表 4-5 17.610-5管外污垢热阻 0/W 查表 4-5 17.610-5换热管材料导热系数wW/(m ) 查表 3 448.85管壁热阻 r/W2mwr)2ln(wd5.7110-5总传热系数 K W/( )2m按式 4-22 1094.310 传热面积与壁温核算计算内容或项目 符号 单位 计算公式或来源 结果 备注需要传热面积 A 2mA= mtKQ61.4实有传热面积 A 实 2A 实 =nd(L-2S )设管板t厚度为 0.03m82.99校核传热面积 A A =A 实 / A 135热流体传热面积 wht 按式 4-25 126.5冷流体传热面积 c 按式 4-26 58.9管壁计算温度 wt 按式 4-24 92.7校核管壁温度 = -wt0.7结论设计符合要求2.1.4 详细结构设计与强度设计确定所有零部件的尺寸和材料，并对换热设备所有受压元件进行强度计算1，换热流程设计：采用壳程为单程，管程为双程的结构型式2，换热管及其排列方式：采用 252.5的无缝钢管，材料为 20G号钢。换热管排列方式为三角形排列，共排换热管 238根，另外再设 6拉杆。3，折流板：采用通用的单弯形折流板，材料为 Q235-B钢，板厚 4mm，板数 14块。4，拉杆：采用 Q235-B钢，16mm，共 6 根5，筒体：材料采用 Q345R钢，筒体内径 500mm，厚度由 GB150钢制压力容器标准计算得到6，封头：采用标准椭圆封头，材料采用 Q345R钢7，管板：采用固定管板，其厚度可以按照 GB151管壳式换热器标准进行设计，材料采用 16MnII钢确定了换热器的结构以后，必须对换热器的所有受压元件进行强度计算。对钢制的换热器，按照 GB150钢制压力容器标准进行设计。结果如表 4-62.2 结构设计按照 GB150-1998钢制压力容器进行结构设计计算。2.2.1 筒体(1) 筒体内径:600mm计算压力：P =1.7MPa 设计温度取 228 Cc筒体材料：Q345R 焊接接头系数 =1.0钢板厚度负偏差 C1=0.3,腐蚀裕量 C2=1.0mm,厚度附加量 C= C1+ C2=1.3mm.筒体的计算厚度计算 = = 2.8mmPDcit2考虑厚度附加量并圆整至钢板厚度系列，得材料名义厚度 n = 6mm.强度校核 有效厚度 e =n - C1- C2=4.7mmt = = 109.36 MPa = 183.00 MPaPDcie()2 t符合强度要求。（2）根据筒径选用非金属软垫片：石棉橡胶板 垫片厚度：3mm 垫片外径:642mm 垫片内径：604mm根据筒体名义厚度选用甲型平焊法兰（JB4702） 法兰材料：Q345R DN 法兰外径 中心孔直径 法兰厚度 螺栓孔直径 螺纹规格 螺栓数量600mm 730mm 690mm 40mm 23mm M20 24表 3-2 筒体法兰数据2.2.2封头封头内径：600mm设计压力：P=0.4MPa 设计温度取 35 C封头材料：Q345R 焊接接头系数 =0.85钢板厚度负偏差 C1=0.3,腐蚀裕量 C2=1.0mm,厚度附加量 C= C1+ C2=1.3mm.封头的计算厚度计算选用标准椭圆形封头，K=1.0 = =0.75mmcti5.02PDK考虑厚度附加量并圆整至钢板厚度系列，取封头名义厚度与筒体厚度相同，得材料名义厚度 n = 6mm.强度校核 有效厚度 e =n - C1- C2=4.7mmt = =25.63MPa =189MPaeic2)5.0(KDP t符合强度要求。根据筒径选用标准椭圆形封头直边高：25mm 曲边高：125mm 壁厚：6mm2.2.3管程接管补强计算（按照 GB150-1998 等 面 积 补 强 法 ）接管：159 6 材料：20G = =0.8mmPDcit2d=150.2mm=6mm mmtn126.4etntC0.78rf=425.8 mm2)1(2dretfA50.3.4md217230.4mntBB30.20m115nthh接 管 实 际 外 伸 高 度3.02 0ntd接 管 实 际 内 伸 高 度 21()2()18.7meet rABf2 2943trthfhC23m62e12351.98AA补强满足要求,不需另加补强。2.2.4 壳程接管补强计算（按照 GB150-1998 等 面 积 补 强 法 ）接管：219 6 材料：20G = = =1.44mmPDcit2PDcit2d= 210.2mm=6mm mmtn124.etntC0.765rf=594.35mm2)1(2dretfA2d40.m234. 40.mntBB35.1501135.ntdhh接 管 实 际 外 伸 高 度3.1m0220mntd接 管 实 际 内 伸 高 度 21()2()361.5eet rABf2 24trthfhC23m62e12359.AA所增加的补强金属截面积 2434.me补强圈材料 Q345R，外径 300mm，厚度 6mm补强满足要求。2.2.5 换热管（ GB151-1999）管子材料：20G 根据上节中计算的管子内径选用尺寸：252.5 管长：4500 根数：238实排根数：244（外加 6根拉杆） 排列形式：正三角形 中心距：32 管束中心排管数：17 长径比：9 2.2.6 折流板（ GB151-1999）材料：Q235-B 形式：单弓形 外直径：600 管孔直径：25.4缺口弦高：120mm 间距：300 mm 板数：14 厚度：4mm2.2.7 拉杆（ GB151-1999）直径：16 螺纹规格：M16 根数；62.3SW6 软件校核2.3.1 固定管板换热器设计计算2.3.2 前端管箱筒体计算2.3.3 前端管箱封头计算2.3.4 后端管箱筒体计算2.3.5 后端管箱封头计算2.3.6 壳程圆筒计算2.3.7 开孔补强计算2.3.8 延长部分兼作法兰固定式管板2.3.9 管箱法兰计算第三章 机器选型及管道设计整个系统有五处需要用泵:原料水输送计量泵 P0101、原料甲醇输送计量泵P0102、混合原料计量泵 P0103、冷却水用泵 P0104、吸收液用泵 P01053.1计量泵的选型3.1.1甲醇计量泵 P0102选型已知条件：甲醇正常投料量为 1303.045kg/h。温度为 25。密度为0.807kg/L；操作情况为泵从甲醇储槽中吸入甲醇，送入原料液储罐，与水混合工艺所需正常的体积流量为 1303.045/0.8071614.678L/h泵的流量 Q1.051614.6781694.41L/h工艺估算所需扬程 10m,泵的扬程 H1.11011m折合程计量泵的压力：P= gh=8079.8111/106=0.087MPa泵的选型：查表得，JD1990/1.1 型计量泵的流量为 1990L/h，压力 1.1MPa，转速 1400r/min，电机功率 2.2KW，满足要求3.1.2纯水计量泵 P0101选型已知条件：水的正常投料量为 1099.444kg/h。温度为 25。密度为0.997kg/L；操作情况为泵从纯水储槽中吸入水，送入原料液储罐，与甲醇混合工艺所需正常的体积流量为：1099.444/0.9971102.752L/h泵的流量 Q1.051102.7521157.89L/h工艺估算所需扬程 10m,泵的扬程 H1.11011m折合程计量泵的压力：P= gh=9979.8111/106=0.108MPa泵的选型：查表得，JD1250/1 型计量泵的流量为 1250L/h，压力 1MPa，转速91r/min，电机功率 2.2KW，满足要求3.1.3混合原料计量泵 P0103选型已知条件：原料的正常投料量为 2402.489kg/h。温度为 25。密度为0.860kg/L；操作情况为泵从原料液储槽 V0101中吸入原料，送入预热器 E0101 工艺所需正常的体积流量为：2402.489/0.8602793.592L/h泵的流量 Q1.052793.5922933.271L/h工艺估算所需扬程 10m,泵的扬程 H1.11011m折合程计量泵的压力：P= gh=8609.8111/106=0.093MPa泵的选型：查表得，2JD3960/0.6 型计量泵的流量为 3960L/h，压力 0.6MPa，转速 1400r/min，电机功率 2.2KW，满足要求3.1.4吸收液用泵 P0105选型已知条件:吸收液的输送温度 25,密度 760Kg/m3.泵的正常流量为 77.427 m3/h。操作情况,泵从吸收液储槽中吸入吸收液,送入 T0102中，再回解析塔解析出 CO2，循环使用.确定泵的流量及扬程工艺所需的正常体积流量为 77.427 m3/h泵的流量取正常流量的 1.05倍:Q=1.0577.427=81.298 m 3/h所需工艺泵的扬程估算:因水槽和冷却器液面均为大气压,故估算扬程只需考虑最严格条件下的进出管道阻力损失和位高差，约为 35m.泵的扬程取 1.1倍的安全裕度：H=1.135=38.5泵的选型：查表得，选用 100Y60A型离心泵，流量为 90m3/h，扬程 49 m，转速2950r/min,电机功率 22kw,满足要求。3.1.5冷却水用泵 P0104选型已知条件:水的输送温度 25,密度 997Kg/m3.泵的正常流量为 122563kg/h操作情况,泵从水槽中吸入水,送入冷凝器 E0103中换热，再冷却送回水槽，循环使用.确定泵的流量及扬程工艺所需的正常体积流量为 122563/997=122.932 m3/h泵的流量取正常流量的 1.05倍:Q=1.05122.932=129.078m 3/h所需工艺泵的扬程估算:因水槽和冷却器液面均为大气压,故估算扬程只需考虑最严格条件下的进出管道阻力损失和位高差，约为 25m.泵的扬程取 1.1倍的安全裕度：H=1.125=27.5水泵选型，选用离心式水泵查表得，IS150-125-315 型水泵最佳工况点：扬程 32m,流量 200 m3/h,转速1450r/min，轴功率 22.35KW，电机功率为 30KW，效率 78。允许气蚀余量 3m,选用该型号泵较合适。3.2管子选型（确定几种主要管道尺寸的方法如下）3.2.1材料选择综合考虑设计温度、压力以及腐蚀性（包括氢腐蚀），本装置主管道选择 20 g无缝钢管，理由如下： 腐蚀性本生产装置原料甲醇、导热油对材料无特殊腐蚀性；产品氢气对产品可能产生氢腐蚀，但研究表明碳钢在 220以下氢腐蚀反应速度极慢，而且氢分压不超过 1.4MPa时，不管温度有多高，都不会发生严重的氢腐蚀。本装置中临氢部分最高工作温度为 300，虽然超过 220，但转化气中氢气的分压远低于 1.4MPa。所以 20g无缝钢管符合抗腐蚀要求。温度20g 无缝钢管的最高工作温度可达 475，温度符合要求。经济性20g 无缝钢管属于碳钢管，投资成本和运行维护均较低。3.2.2管子的规格尺寸的确定及必要的保温层设计导热油管道的规格和保温结构的确定流量 141484Kg/h0.049m 3/s 流速范围 0.54.0m/s 取为vq2.0m/s 则Di 176.6mm uqv4壁厚 t 0.664mm itip26.08127.Sch.x=1000 =1000 =6.查表应选用 Sch.10系列得管子故选择 R0101管道规格为 DN200，壁厚为 5.9mm , 流速校正 u= =1.56m/s24DqvE0102管道规格为 DN150,壁厚为 5mm,流速校正 u= =2.77m/s24DqvT0101管道规格为 DN125,壁厚为 4.5mm, 流速校正 u= =3.993m/s24Dqv保温层计算:管道外表面温度 T0=320,环境年平均温度 Ta=20,年平均风速为2m/s,采用岩棉管壳保温,保温结构单位造价为 750元/m 3,贷款计息年数为 5年,复利率为 10%,热价为 10元/10 6kJ.设保温层外表面温度为 30,岩棉在使用温度下的导热系数为0.0609W/(m.K),7023018.42.表面放热系数为12 W/(m2.K)36.36.s保温工程投资偿还年分摊率S= =0.2641.05计算经济保温层经济厚度=STaHPtD279.3ln03010.316 12069.264.75389.5.3查表得保温层厚度 R0101:=113mm; E0102:=107mm; T0101:=103mm. 计算保温后的散热量(R0101,DN200)=156.783W1245.0219.60ln6.134.2ln110 SaDTq/m计算保温后表面温度 = =29.34assTq11245.07836计算出来的表面温度 29.34略低于最初计算导热系数是假设的表面温度 30,故 =113mm 的保温层可以满足工程要求.计算保温后的散热量(E0102,DN150)=131.244W1237.0159.20ln6.4.32ln110 SaDTq/m计算保温后表面温度 = =29.4assTq11237.04计算出来的表面温度 29.4略低于最初计算导热系数是假设的表面温度30,故 =107mm 的保温层可以满足工程要求.计算保温后的散热量(T0101,DN125)=118.824W1239.01.2630ln69.4.2ln110 SaDTq/m计算保温后表面温度 = =29.3assTq11239.084计算出来的表面温度 29.3略低于最初计算导热系数是假设的表面温度30,故 =103mm 的保温层可以满足工程要求.甲醇原料管道的规格流量 1303.048Kg/h0.00045m 3/s 一般吸水管中流速 u1 =1m/s,出vq水管中流速 u2=1.8m/s 则Di 23.9mm /17.8mmuqv4故选择 PL0101管道规格为 DN25,壁厚为 2mm 选择 PL0102管道规格为 DN20,壁厚为 1.8mm. 流速校正 u 1= =0.65m/s,合适 u 2= =1.05m/s24Dqv24Dqv脱盐水原料管道的规格流量 1099.4471Kg/h0.00025m 3/s 计算过程同上v选择 DNW0101管道规格为 DN20，壁厚为 1.8mm。 选择 DNW0102管道规格为 DN15，壁厚为 1.6mm。流速校正 u 1= =0.586m/s u2= =0.972m/s24Dqv24Dqv甲醇水混合后原料管道的规格流量 0.00074m 3/s 计算过程同上vq选择 PL0103管道规格为 DN32，壁厚为 2.6mm，选择 PL0104 、PL0105 管道规格为 DN25，壁厚为 2mm。流速校正 u 1= =0.788m/s u2= =1.212m/s24Dqv24Dqv吸收液碳酸丙烯酯管道的规格流量 731.679Kg/h0.022m 3/s 计算过程同上vq选择 PL0107管道规格为 DN100，壁厚为 5mm选择 PL0106 、PL0108、PL0109 管道规格为 DN80，壁厚为4mm流速校正 u 1= =2.8m/s u2= =4.38m/s24Dqv24Dqv冷却水管道的规格流量 122563Kg/h0.034m 3/s 计算过程同上vq选择 CWS0101、CWS0102 管道规格为 DN150，壁厚为 5mm 选择 CWS0103管道规格为 DN125，壁厚为 4.5mm 流速校正 u 1= =1.73m/s u2= =2.53m/s24Dqv24DqvPG0101、PG0102、PG0103、PG0104 混合气管道的规格流量 2402.489Kg/h0.054m 3/s 计算过程同上vq200:壁厚 t 0.656mmitip26.1802.流速校正 u 1= =10.74m/s24Dv300:壁厚 t 3mmitip6.18023.流速校正 u 1= =8m/s24qv300:壁厚 t 2mmitipD6.1802.流速校正 u 1= =9.98m/s24qv选择 PG0101管道规格为 DN89，壁厚为 4mm 选择 PG0102、PG0103 管道规格为 DN300mm，壁厚为 5.9mm 选择 PG0104管道规格为 DN200mm，壁厚为 5.9mm 其它管道规格尺寸选择 PG0105管道规格为 DN200，壁厚为 5.9mm PG0107，PG0106 管道规格为 DN80，壁厚为 4mm 3.3主要管道工艺参数汇总一览表序号所在管道编号 管内介质设计压力设计温度流量 状态流速公称直径材料1 PG0106-80M1B 氢气 50 241.07 气相 11 80 20g2 PG0101-80M1B 200 2402.5 气相 11 80 20g3 PG0102-300M1B-H甲醇 54.5% 水 45.5% 300 2402.5 气相 8 300 20g4 PG0103-300M1B 300 2402.5 气相 8 300 20g5 PG0104-200M1B-HH2 10% CO2 73% H2O17%200 2402.5 气相 10 200 20g6 PG0105-200M1BH212%CO288%1.650 2008.4 气相 10 200 20g7 RO0101-200L1B-H 导热油 0.6 320 141484 液相 1.6 200 20g8 RO0102-200L1B-H 导热油 0.6 320 141484 液相 1.6 200 20g9 RO0103-150L1B-H 导热油 0.6 320 141484 液相 2.7 150 20g10 RO0104-125L1B-H 导热油 0.6 320 141484 液相 3.9 125 20g11 PL0101-25L1B 甲醇 常压 50 1303.05 液相 0.7 25 20g12 PL0102-20L1B 甲醇 常压 50 1303.05 液相 1.1 20 20g13 PL0103-32L1B 原料液 常压 50 2402.5 液相 0.8 32 20g14 PL0104-25M1B 原料液 1.6 50 2402.5 液相 1.2 25 20g15 PL0105-32M1B 原料液 1.6 200 2402.5 液相 0.8 32 20g16 PL0106-80L1B 吸收液 0.4 25 85169.7 液相 4.4 80 20g17 PL0107-100L1B 吸收液 0.4 25 85169.7 液相 2.8 100 20g18 PL0108-80L1B 吸收液 0.4 25 85169.7 液相 4.4 32 20g19 DNW0