课程设计～(过程装备与控制工程)

设计类型：过程装备与控制工程专业课程设计0m³/h甲醇制氢生产装置设计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：流程简单，故易于操作。前言.2目录.3摘要.3设计任务书.4第一章工艺设计.5第二章设备设计计算和选型——换热设备.8第三章机器选型.13第四章设备布置图设计.15第五章管道布置设计.16第六章自动控制方案设计.21第七章工程项目的经济评价.24致谢：.29摘要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。第一章工艺设计设计任务书CHOHCOH2↑CO+H2O—→CO2↑+H2(2)投料量计算代如转化率数据CH3OH—→0.99CO↑+1.982H2↑+0.01CH3OHCO+0.99H2O—→0.99CO2↑+0.99H2↑+0.01CO↑合并得到CH3OH+0.9801H2O—→0.9801CO2↑+2.9601H2↑+0.01CH3OH+0.0099CO没有物流变化剩余甲醇剩余水(6)吸收和解析塔0.4MPa压力下ρCO2=pM/RT=4*44/[0.082*(273.15+25)]=7.20kg/m³VCOmh(8)各节点的物料量综合上面的工艺物料恒算结果，给出物料流程图及各节点的物料量。(1)气化塔顶温度确定kjmol共给热量为：中查到导热油的物性参数，如必定压热容与温度的关系，可得：pkjkgK则导热油的用量w=Q反应/(CpΔt)=5.190*105/(2.83*5)=3.668*104kg/h由导热油供给。气体升温所需热量为jhtQCpm7*105/(2.86*3.668*104)=2.042℃T)2Hkjkg水H=2031kj/kg液体混合物升温所需的热量Qcpmt.042*4.30)*(175-25)=3.430*105kj/hCPH≈CPH≈K则管程中反应后其体混合物的温度变化为：Q1=ΣcpmΔt=(10.47*455.267+14.65*62.5+10.47*2.926)*(223.736-40)=1.05*106kj/hQcpmt4.19*98..795*(223.736-40)=7.600*104kj/hQ=Q1+Q2+Q3=1.407*106kj/h冷却介质为循环水，才用中温型凉水塔，则温差ΔT=10℃wQcpt3.359*104kg/h第二章设备设计计算和选型——换热设备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。②合理安排流程。安排水和甲醇的混合液体走管程，混合气体走壳程。①原始数据计算内容或项目管程流体名称壳程流体名称管程进、出口的温度壳程进、出口的温度管程、壳程的工作压力管程的质量流量(表2-1)②物料与热量恒算计算内容或项目换热器效率符号单位Ti;T0ti;t0Wt℃ηW计算公式或来源计算公式或来源结果备注液混合气体管程管程结构设(表2-2)③有效平均温差计算内容或项目逆流对数平均温度流程型式温度校正系数有效平均温差(表2-3)ΔtRPΦΔtM℃℃计算公式或来源ΔtM=ΦΔtlog结果备注程④初算传热面积计算内容或项目初选总传热系数初算传热面积(表2-4)⑤换热器结构设计计算内容或项目换热管材料换热管内径、外径换热管管长换热管根数管程进出口接管尺寸(外径*壁厚)计管程壳程数结构换热管排列形式换热管中心距分程隔板槽两侧中A0符号单位符号单位选用碳钢无缝钢管di;dLnNidi;dLnNi根据管内流体流速范围选定mm1正三角形排1正三角形排列分程隔板槽两侧正方形排列，其余正三角形排列mSmS按标准管束中心排管数壳体内径换热器长径比实排热管根数折流板形式折流板外直径折流板缺口弦离折流板间距iDiL/DinDbhBmmmmL/L/D图选定取取7弹弓形折流板折流板数壳程进出口接管尺寸bNb合理选取选取(表2-5)⑥结构设计与强度设计1)换热流程设计：采用壳程为单程、管程为双程的结构型式.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，共排列36考虑到内部压力较大，有腐蚀性等因素，取δ=4mm(图2-1)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筒体法兰管程和壳程进出口接管法兰选用带颈平焊钢制管法兰 型式：重型第三章机器选型选用各种类型式的往复泵。要求精确计量时，应用计量泵。1kg/h,现按工艺要求分别选择一台甲醇计量泵，一台纯水计量泵，一台原料计量泵。与原料液储槽，与水混合。料液储槽，与甲醇混合。液，送入换热器。a吸收塔，选择离心泵作为吸收剂的输送泵。n第四章设备布置图设计本次设备布置方案，采用设备在室外布置，具体设备布置方案和尺寸清参加设备布置图，比例为1:100。要设备的尺寸代号纯水储罐原料液储罐气化塔解析塔转化器预热器过热器冷凝器计量泵代号纯水计量泵原料液计量泵往复泵代号吸收剂循环泵冷却水循环泵(表4-1)第五章管道布置设计5.1.4进入吸收塔混合气体所需管径尺寸确定5.2主要管道工艺参数汇总一览表序号管道编号管内介质设计压力MPa设计温度℃管子规格材料123456789脱盐水脱盐水料液料液料液料气料气料气料液料气氢气碳酸丙烯酯碳酸丙烯酯碳酸丙烯酯食品二氧碳油油油油冷却水镀锌管镀锌管(表5-1)上阀门的选型序号管道编号aM12兰法兰、螺纹3兰4法兰、螺纹5兰6法兰、螺纹7法兰、螺纹8兰9兰兰法兰法兰兰兰(表5-2)管件与弯头处采用焊接连接。P管线，支座情况清参见管道布置图(具体定为参照参考文献一)法兰的选用主要根据工作压力，管子外径等参数，现将主要管道法兰列表如下：管道编号管内介设计压力公称直径阀门公称压法兰类型密封面形公称压力等质力等级(MP式级(MPa)气原料气原料气二氧化食品二氧化碳导热油导热油醇醇原料液原料液吸收液吸收液吸收液脱盐水脱盐水(表5-3)冷却水带颈平焊带颈平焊带颈平焊带颈平焊带颈平焊带颈平焊带颈平焊带颈平焊带颈平焊带颈平焊带颈平焊带颈平焊带颈平焊带颈平焊带颈平焊带颈平焊带颈平焊带颈平焊带颈平焊带颈平焊览表序号管道编号设计温度℃保温材料岩棉岩棉岩棉岩棉岩棉岩棉岩棉B岩棉岩棉岩棉岩棉岩棉岩棉岩棉岩棉B岩棉岩棉岩棉岩棉岩棉岩棉岩棉(表5-4)岩棉说明：本章补充说明：本章有些数据是参照本组其他同学的设计、计算数据，而关于汽化器、解析塔以及另外两台换热器的相关数据通过推力假设所得。第六章自动控制方案设计6．1选择一个单参数自动控制方案本组选择温度作为控制系数进行设计首先从被测点测出的温度通过测量元件及变送器，将所测数值与定植进行比较，然后通过调节器读对执行器进行有所动作，以用来调节冷却水的流量，以利于换热器出来的气体达到一个稳定的温度值，有效的控制好气体V1V2V3V4V1V2V3V4(图6-1)6.3换热器温度控制系统方块图(图6-2)该温度控制系统为一负反馈控制系统T表示被加热介质的出口温度，是被调节参数TT表示温度测量并将其变换为TC可接受的信号的仪表TC表示用来控制温度的调整器气动执行阀是执行器换热器是被控制物理对象f表示干扰因素，有原料气体流量变化，换热器环境温度的变化。第七章工程项目的经济评价7.1工程项目投资计算甲醇制氢装置的投资估算VVVVmVVVkg器，上部为一填料塔(D=0.5M)kg7.2总成本费用的估算与分析(1)外购原材料购燃料(3)外购动力(4)工资(5)职工福利(6)固定资产折旧费%,年固定资产折曲额(7)修理费(8)租贷费本装置不发生租贷费(9)摊销费用(10)财务费用元(11)税金税按(12)其他费用(13)固定成本与变动成本成本费用一览表序号项目合计/万元序号项目合计/万元1外购材料486．61职工工资20.02外购燃料8.7332职工福利费2.83外购动力14.81062固定资产折旧费8.54周转资金借贷利息净支出3.64修理费4.255汇兑损失净支出5租赁费6金融机构手续费6摊销费用2.07其他费用12.17长期负债利息净支出2.78税金50.14(表7-1)由前面已知，甲醇裂解制氢装置的固定资产投资估算为42.5万元。总成本费用如上表所示。因该项目规模较小，因此只做财务评价，不再做国民经济评价及社会效益分析，从以上指标分析看，该项目的盈利能力是比较好的。应付帐款=外购原材料、燃料、水费等全年的费用/周转次数所以可见清偿能力良好。BEP-年可变总成本-年销售税金)*100%=40.25/(835.6-525.8BEP(产量)=年固定总成本/(单位产品价格-单位产品可变成本-单位产品销售税金)=该值小。说明项目适应市场需求能力大，抗风险能力强。并且节省