说明书(过热器).doc

物料衡算1、依据甲醇蒸气转化反应方程式:CHOHCO+2HCO+HOCO+ HCHOH分解为CO转化率99%,反应温度280,反应压力1.5MPa,醇水投料比1:1.5(mol).2、投料计算量 代入转化率数据,式(1-3)和式(1-4)变为:CHOH0.99CO+1.98H+0.01 CHOHCO+0.99HO0.99CO+ 1.99H+0.01CO合并式(1-5),式(1-6)得到: CHOH+0.981 HO0.981 CO+0.961 H+0.01 CHOH+0.0099 CO氢气产量为: 2100m/h=93.750 kmol/h甲醇投料量为: 93.750/2.960132=1013.479 kg/h水投料量为: 1013.222/321.518=855.123 kg/h3、原料液储槽(V0101)进: 甲醇 1013.479 kg/h , 水 855.123 kg/h出: 甲醇 1013.479 kg/h , 水 855.123 kg/h4、换热器 (E0101),汽化塔(T0101),过热器(E0103)没有物流变化.5、转化器 (R0101)进 : 甲醇 1013.479kg/h , 水 855.123 kg/h , 总计1868.802kg/h出 : 生成 CO 1013.479/320.980144 =1365.720kg/h H 1013.479/322.96012 =187.500 kg/h CO 1013.479/320.009928 =8.779 kg/h 剩余甲醇 1013.479/320.0132 =10.135kg/h 剩余水 855.123-1013.479/320.980118=296.386 总计 1868.6026、吸收塔和解析塔 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). 此时,每m 吸收液可溶解CO11.77 m.此数据可以在一般化工基础数据手册中找到，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: 11.77-2.32=9.450.4MPa压力下 =pM/RT=0.444/0.0082(273.15+25)=7.20kg/ mCO体积量 V=1365.720/7.20=189.683 m/h据此,所需吸收液量为 189.683 /9.45=20.072 m/h考虑吸收塔效率以及操作弹性需要,取吸收量为 20.072 m/h=60.217 m/h可知系统压力降至0.1MPa时,析出CO量为189.683 m/h=1365.718kg/h.混合气体中的其他组分如氢气,CO以及微量甲醇等也可以按上述过程进行计算,在此,忽略这些组分在吸收液内的吸收.7、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,见图1一2.热量衡算1、汽化塔顶温确定在已知汽相组成和总压的条件下，可以根据汽液平衡关系确定汽化塔的操作温度甲醇和水的蒸气压数据可以从一些化工基础数据手册中得到：表1-3列出了甲醇的蒸气压数据水的物性数据在很多手册中都可以得到，这里从略。在本工艺过程中,要使甲醇水完全汽化,则其汽相分率必然是甲醇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+0.6p=1.5MPa初设 T=170 p=2.19MPa; p=0.824 MPa p=1.37041.5 MPa再设 T=175 p=2.4MPa; p=0.93 MPa p=1.51 MPa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175.2、转换器(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=1013.4790.99/321000(-49.66) =-1.55710kJ/h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=4.18680.68=2.85kJ/(kgK), c=2.81kJ/(kgK)取平均值 c=2.83 kJ/(kgK)则导热油用量 w=Q/(ct)= 1.55710/(2.835)=110035.3kg/h3、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.从手册中可以方便地得到甲醇和水蒸气的部分比定压热容数据,见表1-4.气体升温所需热量为:Q= cmt=(1.901013.479+4.82855.123) (280-175)=6.3510kJ/h导热油c=2.826 kJ/(kgK), 于是其温降为: t=Q/(cm)= 6.3510/(2.826110035.3)=2.04导热油出口温度为: 315-2.04=3134、汽化塔（TO101 ) 认为汽化塔仅有潜热变化。175 甲醇H = 727.2kJ/kg 水 H = 203IkJ/kg Q=1013.479727.2+2031855.123=2.4710 kJ/h以300导热油c计算 c=2.76 kJ/(kgK)t=Q/(cm)= 2.4710/(2.76110035.3)=8.13则导热油出口温度 t=313-8.13=304.9导热油系统温差为T=320-304.9=15.1 基本合适.5、换热器（EO101)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= cmt=(1013.4793.14+855.1234.30) (175-25)=10.310kJ/h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： c10.47 kJ/(kgK) c14.65 kJ/(kgK) c 4.19 kJ/(kgK)则管程中反应后气体混合物的温度变化为：t=Q/(cm)=10.310/(10.471365.802+14.65187.500+4.19296.386)=56.3换热器出口温度为 280-56.3=223.76、冷凝器（EO103) 在E0103 中包含两方面的变化：CO, CO, H的冷却以及CHOH , HO的冷却和冷凝. CO, CO, H的冷却Q= cmt=(10.471365.802+14.65187.500+4.198.779) (223.7-40)=3.1410kJ/h CHOH的量很小，在此其冷凝和冷却忽略不计。压力为1.5MPa时水的冷凝热为：H=2135KJ/kg,总冷凝热 Q=Hm=2135296.386=6.3310kJ/h水显热变化Q= cmt=4.19296.386(223.7-40)=2.2810kJ/h Q=Q+Q+ Q=4.0010kJ/h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/( ct)= 4.0010/(4.1910)=95465kg/h第二章 设备设计计算和选型过热器（E0102） 1.1设计任务 根据给定的工艺设计条件，此设计为无相变热、冷流体间换热的管壳式换热器设计任务。 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。安排水和甲醇饱和蒸汽走壳程，导热油走管程。 1.3热工计算 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导热油壳程流体名称甲醇和水饱和蒸汽管程进、出口的温度Ti;T0已计算315；313壳程进、出口的温度ti;t0已计算175；280管程、壳程的工作压力pt;psMPa已计算1.5;4.0管程的质量流量Wtkg/s已计算30.6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导热油的定性温度=(+)/2314甲醇+水的蒸汽的定性温度=()/2227.5导热油，甲醇+水的蒸气的密度；kg/按定性温度查物性表796；13.08导热油，甲醇+水的蒸汽的比热容；J/(kg)按定性温度查物性表2826；3624导热油，甲醇+水的正气的导热系数；W/(m)按定性温度查物性表0.094；0.388导热油，甲醇+水的蒸气的粘度；Pas按定性温度查物性表2.0710-4；2.8310-3导热油，甲醇+水的蒸气普朗特数；查表或计算6.22；26.43物料与热量恒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取用098负荷QWQ=wtct(T1-T2)1.76105壳程的质量流量wskg/sws=Q/cs(t2-t1)05191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逆流对数平均温度tlogtlog=(t1-t2)/ln(t1-t2)75.08流程型式初步确定1-2型管壳式换热器1壳程-1管程参数R0.0190参数P0.7500温度校正系数查图4-21有效平均温差tMtM = tlog75.08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K0W/(m2)参考表4-1160初算传热面积A0m214.65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管程 结 构 设 计换热管材料选用碳钢无缝钢管252换热管内径、外径di;dm0.021;0.025换热管管长Lm选用2.5m标准管长2.0换热管根数n97(圆整)管程数Ni根据管内流体流速范围选定1管程进出口接管尺寸(外径*壁厚)djt*Sjtm按接管内流体流速3m/s合理选取1404管程结构设计壳程数Ns1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SmS=1.25d或按标准0.032分程隔板槽两侧中心距Sn按标准0044管束中心排管数nc12壳体内径Dim04换热器长径比L/ DiL/ Di5合理实排热管根数n作图104折流板形式选定单弓形折流板折流板外直径Dbm按GB151-1999折流板缺口弦离hm取h=0.20Di0.08折流板间距Bm取B=(0.21)Di0.2折流板数NbNb=L/B-19壳程进出口接管尺寸djs*Sjs合理选取704选取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m/s=4/(n)1.206管程雷诺数=/97421换热器壁温假定300管程流体给热系数W/()=0.023/1745管程进出口处流速m/s42.809管程摩擦因子查表4-30.0058管内摩擦压降Pa=4L/()1327回弯压降Pa=4/22325进出口局部压降Pa=1.5/24711管程压降Pa=(+)+9810管程最大允许压降Pa查表4-335000校核管程压降合理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DmD=0.09293横过管束的流通截面积AA0.01750壳程流体流速um/su=2.26780壳程雷诺数ReRe=974壳程流体给热系数oW/()o=0.36225折流板圆缺部分的换热管数nw切口上管子按圆弧比计入14值按表4-40.112折流板圆缺部分流通面积Ab0.01105折流板圆缺区流体流速ubm/s3.59154圆缺区平均流速umm/sum=2.85393壳程进出口处流速uNsm/suNs=13.14529壳程摩擦因子fo查图4-50.17折流板间错流管束压降pPap=4 fo984圆缺部分压降pPap=进出口局部压降pPap=1.51695壳程压降pPap=p+p+p壳程最大允许压降pPa查表4-3180000校核壳程压降pp合理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/W查表4-517.610-5管外污垢热阻/W查表4-517.610-5换热管材料导热系数W/(m)查表351.8管壁热阻/W4.2110-5总传热系数KW/()按式4-22177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AA=13.24实有传热面积A实A实=nd(L-2S)设管板厚度为0.03m14.74校核传热面积AA =A实/ A1.114热流体侧管壁温度按式4-25304冷流体侧管壁温度按式4-26282管壁计算温度按式4-24293校核管壁温度=-7结论设计符合要求结构设计与强度设计 1)换热流程设计：采用壳程为单程、管程为单程的结构型式. 2)换热管及其排列方式:采用的无缝钢管，材料为20号钢，热管排列方式为三角形排列，如图所示，共98根。另外6根拉杆,共排列104根。3)折流板：采用通用的单弓形折流板，材料为Q235-B钢，板厚6mm,板数9块。 4)拉杆：采用Q235-B, 16 mm,共6根。 5)筒体：材料采用Q345钢，筒体内径400 m没，厚度8mm。6)封头：采用标准椭圆形封头，材料采用Q345钢。 取DN=400mm.其中 ho=25mm,H=125mm,厚度8mm.7)法兰：甲型。垫片种类。非金属轻垫片，石棉橡胶板 法兰材料：板材 16MnR 螺栓材料：35 螺母材料：Q235-B 筒体法兰 选用甲型平焊法兰JB4701-92，密封面选用平密封面 JB4701-1992 法兰P 219-16M DN=400 D=515,D1=480,D2=450,D3=440,D4=437,=30,螺柱：M16,20个管程和壳程进出口接管