甲醇制氢课程设计

前言轻工、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都有不相同的要求，特别是改革开放以来，随着工业化的进程，大灵活性、安全都提出了更高的要求，同时也促进了新型工艺、高效率装置的开发和投产。依据原料及工艺路线的不同，目前氢气主要由以下几种方法获得：①电解水法；②氯碱工业中电解食盐水副产氢气；③烃类水蒸气转化法；④烃类部分氧化法；⑤煤气化和煤水蒸气转化法；⑥氨或甲醇催化裂解法；⑦石油炼制与石油化工过程中的各种副产氢；等等。其中烃类水蒸气转化法是世界上应用最普遍的方法，但该方法适用于化肥及石油化工工业上大规模用氢的场合，工艺路线复杂，流程长，投资大。随着精细化工的行业的发展，当其氢气用量在200～3000m³/h时，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。甲醇蒸气转化制氢具有以下特点：(1)与大规模的天然气、轻油蒸气转化制氢或水煤气制氢相比，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、贮存方便。(4)可以做成组装式或可移动式的装置，操作方便，搬运灵活。对于中小规模的用氢场合，在没有工业含氢尾气的情况下，甲醇蒸气转化及变压吸附的制氢路线是一较好的选择。本设计采用甲醇裂解+吸收法脱二氧化碳+变压吸附工艺，增加吸收法的目的是为了提高氢气的回收率，同时在需要二氧化碳时，也可以方便的得到高纯度的二氧化碳。1.设计任务书 32.甲醇制氢工艺设计 42.1甲醇制氢工艺流程 42.2物料衡算 4 63.反应器设计 9 9 4.管道设计 6.技术经济评价、环境评价 7.结束语 8.致谢…………9.参考文献……附录：1.反应器装配图，零件图2.管道平面布置图3.设备平面布置图4.管道仪表流程图5.管道空视图6.单参数控制方案图Y△Y△甲醇制氢的物料流程如图1-2。流程包括以下步骤：甲醇与水按配比1:1.5进入原料液储罐，通过计算泵进入换热器(E0101)预热，然后在汽化塔(T0101)汽化，在经过换热器(E0102)过热到反应温度进入转化器(R0101),转化反应生成H₂、CO₂的以及未反应的甲醇和水蒸气等首先与原料液换热(E0101)冷却，然后经水冷器(E0103)冷凝分离水和甲醇，这部分水和甲醇可以进入原料液储罐，水冷分离后的气体进入吸收塔，经碳酸丙烯脂吸收分离CO₂,吸收饱和的吸收液进入解析塔降压解析后循环使用，最后进入PSA装置进一步脱除分离残余的CO₂、CO及其它杂质，得到一定纯度要求的氢气。序号23456789组分状态LLLLggggggCH3OH少量少量H20855.123855.123855.123855.123855.123少量少量少量图1-2甲醇制氢的物料流程图及各节点物料量甲醇蒸气转化反应方程式：CH₃OH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).CH₃OH→0.99CO↑+1.98H₂1+0.01CH₃OHCO+0.99H,O→0.99CO,1+1.99H₂+0.01COCH₃OH+0.981H₂O→0.981CO₂t+0.961H₂1+0.01CH₃OH+0.0099CO1甲醇投料量为：53.571/2.9601x32=579.126kg/h进：甲醇579.126kg/h,水488.638kg/h出：甲醇579.126kg/h,水488.638kg/h4、换热器(E0101),汽化塔(TO101),过热器(E0103)没有物流变化.进：甲醇579.126kg/h,水488.638kg/h,总计1067.764kg/hH₂579.126/32x2.9601x2=107.142kg/h剩余水488.638-579.126/32x0.9801x18=169.362kg/h6、吸收塔和解析塔吸收塔的总压为1.5MPa,其中CO₂的分压为0.38MPa,操作温度为常温(25℃).此时，每m³吸收液可溶解CO₂11.77m³.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1一1及表1—2。解吸塔操作压力为0.1MPa,CO₂溶解度为2.32,则此时吸收塔的吸收能力为：0.4MPa压力下po,=pM/RT=0.4×44/[0.0082×(273.15+25)]=7.20kg/m³CO₂体积量Vco,=780.452/7.20=108.396m³/h忽略这些组分在吸收液内的吸收.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1一2.1、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℃.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：=-8.90×10⁵kJ/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：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.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：△t=Q/(cpm)=3.63×10⁵/(2.826×62898)4、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/kg则导热油出口温度t,=313.0-8.1=304.9℃导热油系统温差为△T=320-304.9=15.1℃基本合适.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这里取各种气体的比定压热容为：CpH,≈14.65kJ/(kg·K)Cpeo≈4.19kJ/(kg·K)则管程中反应后气体混合物的温度变化为：△t=Q/(cpm)=5.88×10⁵/(10.47×780.452+14.65×107.142+4.19×169.362)=56.3℃换热器出口温度为280-56.3=223.7℃6、冷凝器(E0103)冷凝.(223.7-40)=1.79×10⁶冷却介质为循环水，采用中温型凉水塔，则温差△T=10℃物流名称管程壳程/(kg/h)设计温度℃压力/MPa设计温度压力/MPa甲醇水二氧化碳一氧化碳氢气导热油表3-1反应器的物流表(1)计算反应物的流量对于水，其摩尔质量为18kg·k/mol,其摩尔流量为：488.638/18=27.147kmol/h对于甲醇和水，由于温度不太高(280℃),压力不太大(1.5MPa),故可将其近似视为理想(2)计算反应的转化率即反应过程中消耗甲醇的物质的量为：18.098×99%=17.917kmol/h(3)计算反应体系的膨胀因子由体系的化学反应方程式可知，反应过程中气体的总物质的量发生了变化，可求出膨胀因子(4)计算空间时间根据有关文献，该反应为一级反应，反应动力学方程为：上式两边同乘以RT,则得：反应过程的空间时间r为：代入上式，可得空间时间：t=0.0038h(5)计算所需反应器的容积VR=TVoVo=55.489+83.233=138.722m³/h=0.0385m³/s则可得所需反应器的容积为：Vg=TVo=0.0038×138.722=0.527m³(6)计算管长由文献可知，气体在反应器内的空塔流速为0.1m/s,考虑催化剂填层的空隙率对气体空塔速度的影响，取流动速度为μ=0.2m/s,则反应管的长度为：1=tu=0.0038×3600×0.2=2.736m根据GB151推荐的换热管长度，取管长1=3m。反应器内的实际气速为：(7)计算反应热甲醇制氢的反应实际为两个反应的叠合，即CH₃OH=CO+2H₂-90.8kj/molCO+H₂O=CO₂+H₂+43.5kj/mol反应过程中的一氧化碳全部由甲醇分解而得，由化学反应式可知，每转化1kmol的甲醇就可生成1kmol的一氧化碳，则反应过程中产生的一氧化碳的物质的量为17.917kmol/h。反应器出口处的一氧化碳的物质的量为0.179kmol/h,转化的一氧化碳的物质的量为：17.917-0.179=17.738kmol/h则反应过程中所需向反应器内供给的热量为：(8)确定所需的换热面积假定选用的管子内径为d,壁厚为t,则其外径为d+2t,管子数量为n根。反应过程中所需的热量由导热油供给，反应器同时作为换热器使用，根据GB151,320℃总污垢系数为R=0.0002+0.0008=0.001m²·°C/W根据传热学，反应器的传热系数为：由于的值接近于1,对K带来的误差小于1%;钢管的传热很快，对K的影响也很小，故可将上式简化为：由于反应器所需的换热面积为：(9)计算管子的内径反应器需要的换热面积为：F=nπdl反应器内气体的体积流量为：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换热管内径、外径换热管管长换热管根数管程数管程进出口接管尺寸(外径*壁厚)LnNimmmmm选用碳钢无缝钢管选用3m标准管长根据管内流体流速范围选定按接管内流体流速合理选取325(圆整)1管程结构设计壳程数换热管排列形式换热管中心距分程隔板槽两侧中心距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折流板数壳程进出口接管尺寸NsSnhBmmmmmmmm正三角形排列S=1.25d或按标准按标准拉杆)Di=S(Nc-1)+(1~2)d作图选定按GB151-1999取h=0.20Di取B=(0.2～1)DiN₆=L/B-1合理选取1正三角形排列单弓形折流板8合理选取按照GB150-1998《钢制压力容器》进行结构设计计算。钢板厚度负偏差C₁=0,腐蚀裕量C₂=1.0mm,厚度附加量C=C₁+C₂=1.0mm.考虑厚度附加量并圆整至钢板厚度系列，得材料名义厚度δn=4mm.取δ,=6mm(2)根据筒径选用非金属软垫片：根据筒体名义厚度选用乙型平焊法兰(JB4702)法兰材料：16MnR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M24(1)封头内径：700mm钢板厚度负偏差C₁=0,腐蚀裕量C₂=1.0mm,厚度附加量C=C₁+C₂=1.0mm.封头的计算厚度计算根据筒径选用标准椭圆形封头直边高：25壁厚：67、换热管(GB151-1999)管子材料：16MnR根据上节中计算的管子内径选用尺寸：φ25×2管长：3000根数：345实排根数：351(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：21长径比：4.288、管程数据管程数：1管程气体流速：1m/s进出口接管尺寸：φ60×1.6接管材料：16Mn法兰类型：板式平焊法兰(HG20593-97)法兰材料：20R法兰外径中心孔直径法兰厚度法兰内径螺栓孔直径螺栓孔数螺纹规格4M12表3-3管程法兰数据9、壳程数据壳程数：1壳程液体流速：1.2m/s进出口接管尺寸：φ114×2接管材料：16Mn法兰类型：板式平焊法兰(HG20593-97)法兰材料：16MnR法兰外径中心孔直径法兰厚度法兰内径螺栓孔直径螺栓孔数螺纹规格4M16表3-4壳程法兰数据材料：16MnR形式：单弓形外直径：795.5管孔直径：25.4缺口弦高：140间距：330板数：8厚度：6直径：16螺纹规格：M16根数；6(7)耳式支座选用及验算由于该吸收塔相对结构较小，故选用结构简单的耳式支座。根据JB/T4732-92选用支座：JB/T4732-92,耳座A3,其允许载荷[Q]=30Kn,适用公径DN700～1400,支座处许用弯矩[M;]=8.35kN*m。支座材料Q235-A*F。1)支座承受的实际载荷计算水平地震载荷为：p。=am。g其中f;为风压高度变化系数，按设备质心所在高度。q₀为基本风压，假设该填料塔安装在南京地区，南京地区的q₀=550N/m²。f;风压高度系数见参考资料。水平力取p。与p两者的大值，即P=Pe+0.25pw=2631.99+0.25*3366=3473.5N支座安装尺寸为D:D=√(D+2δ,+28,²-(b₂-26,)+2(₂-s)=867mm式中，δ₂为耳式支座侧板厚度；δ₃为耳式支座衬板厚度。支座承受的实际载荷为Q:满足支座本体允许载荷的要求。因此，开始选用的2A3支座满足要求。高度：200地角螺栓规格：M24材料：16MnR厚度：50螺栓孔直径：27拉杆管孔直径：18换热管管孔直径：25拉杆管孔直径：18外径：860内筒体内压计算计算单位制工程系计算条件筒体简图计算压力PMPa设计温度tmm材料试验温度许用应力[σMPa设计温度许用应力[o]MPa试验温度下屈服点σ₃MPa钢板负偏差Gmm腐蚀裕量Cmm焊接接头系数φ厚度及重量计算计算厚度mm有效厚度mm名义厚度mm重量压力试验时应力校核压力试验类型液压试验试验压力值(或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平[σ]MPa试验压力下圆筒的应力MPa校核条件校核结果合格压力及应力计算最大允许工作压力MPa设计温度下计算应力MPaMPa校核条件结论合格内压椭圆封头校核计算单位程系计算条件椭圆封头简图计算压力PMPaHi设计温度t内径Dmm曲面高度h;mm材料16MnR(热轧)(板材)试验温度许用应力[σMPa设计温度许用应力[o]'MPa钢板负偏差C₁mm腐蚀裕量C₂mm焊接接头系数φ厚度及重量计算形状系数计算厚度有效厚度mm最小厚度名义厚度结论重量压力计算最大允许工作压力MPa结论合格程系设计计算条件简图壳程圆筒设计压力p:MPa00设计温度T,C平均金属温度tsC装配温度t。C材料名称16MnR(正火)设计温度下许用应力[o]’Mpa平均金属温度下弹性模量EsMpa平均金属温度下热膨胀系数mm/mmC壳程圆筒内径Dmm壳程圆筒名义厚度8mm壳程圆筒有效厚度δmm壳体法兰设计温度下弹性模量E;MPa壳程圆筒内直径横截面积A=0.25mD;壳程圆筒金属横截面积A₃=πδ,(Di+δs)管箱圆筒设计压力p₁MPa设计温度TC材料名称设计温度下弹性模量Enmm管箱圆筒有效厚度δhemm管箱法兰设计温度下弹性模量E,”MPa换热管材料名称20G(正火)管子平均温度trC设计温度下管子材料许用应力[o];MPa设计温度下管子材料屈服应力σMPa设计温度下管子材料弹性模量E!MPa平均金属温度下管子材料弹性模量E,MPa平均金属温度下管子材料热膨胀系数αmm/mmC管子外径dmm管子壁厚δ;mm换热管换热管中心距S一根管子金属横截面积a=πδ(d-8)换热管长度L管子有效长度(两管板内侧间距)L,管束模数K,=E,na/LD管子回转半径i=0.25√d²+(d-26,)²管子受压失稳当量长度l系数C,=π√2E;/σ比值l/i管子稳定许用压应力管子稳定许用压应力(管板材料名称16MnR(正火)设计温度tp设计温度下弹性模量E,管板腐蚀裕量C:管板输入厚度δ管板计算厚度δ隔板槽面积(包括拉杆和假管区面积)Aa管板强度削弱系数η管板刚度削弱系数μ管子加强系数管板和管子连接型式焊接管板和管子胀接(焊接)高度1胀接许用拉脱应力[q]焊接许用拉脱应力[g]管箱法兰材料名称管箱法兰厚度δ法兰外径D;mm基本法兰力矩MmN·mm管程压力操作工况下法兰力M。N·mm法兰宽度br=(D;-D;)/2mm比值δ”/D系数C(按δ/D,&ID;,查<<GB151-1999>>图25系数o”(按δ/D,δ;ID,查<<GB151-1999>>图26)旋转刚度MPa壳体法兰材料名称16MnR(正火)壳体法兰厚度0mm法兰外径Dmm法兰宽度br=(De-D;)/2mm比值8;/D系数C,按8/D,&/D,查<<GB151-1999>>图25系数河按δ/D,8ID,查<<GB151-1999>>图26旋转刚度MPa法兰外径与内径之比K=D₁/D壳体法兰应力系数Y(按K查<<GB150-1998>>表9-5)旋转刚度无量纲参数膨胀节总体轴向刚度N/mm系数计算管板第一弯矩系数(按K,K₁查<<GB151-1999>图27)m;系数系数(按K,K;查<<GB151-98>>图29)G₂奂热管束与不带膨胀节壹体则庭的换热管束与带膨胀节壳体刚度之比管板第二弯矩系数(按K,Q或Qa查<<GB151-1999>>图28(a)或(b)"z2系数(带膨胀节时Q代替Q)系数(按K,Q或Q。查图30)G₃法兰力矩折减系数管板边缘力矩变化系数法兰力矩变化系数AM,=△MK,/K;管板參数管板开孔后面积A,=A-0.25nmd²mm²管板布管区面积(三角形布管)A₄=0.866nS²+A₄mm²(正方形布管)A₁=nS²+A₄管板布管区当量直径D,=√4A,/πmm系数计算系数λ=A,/A系数β=na/A系数Z,=0.4+0.6×(1+Q)/λ系数(带膨胀节时Q代替Q)=0.4(1+β)+(0.6+Q)/λ管板布管区当量直径与壳体内径之比P=D,/D管板周边不布管区无量纲宽度k=K(1-p仅有壳程压力P、作用下的危险组合工况(P,=0不计温差应力计温差应力换热管与壳程圆筒热膨胀变形差y=a,(t,-t₀)-α,(ts-t₀)当量压力组合P。=P有效压力组合Pa=Z、P₅+βyE,基本法兰力矩系数管板边缘力矩系数M=Mm+(△M)M₁管板边缘剪力系数v=wM管板总弯矩系数系数G。仅用于m>0时Gj=3mμ/K当m>0时，按K和m查图31(a)实线当m<0时，按K和m查图31(b)系数G₁m>0,G=mx(Gj,G₁),管板布管区周边处径向应力系数管板布管区周边处剪切应力系数壳体法兰力矩系数M=ξMm-(△M,)M₁r壳体法兰应力换热管轴向应力MPa壳程圆筒轴向应MPa3[q]焊接[q]胀接MPa仅有管程压力P,作用下的危险组合工况(P=0)不计温差应力计温差应力换热管与壳程圆筒热膨胀变形差当量压力组合P=-P,(1+β)MPa有效压力组合Pa=-2,P+βyE,MPa操作情况下法兰力矩系数管板边缘力矩系数M=M,管板边缘剪力系数v=wM管板总弯矩系数系数G₁。仅用于m>0时G=3mμ/K系数G当m>0时，按K和m查图31(a)实线当m<0时，按K和m查31(b)系数g,m>0,G₁=max(G₁,G₁);管板径向应力系数带膨胀节Q为Q管板布管区周边处径向应力系数管板布管区周边处剪切应力系数壳体法兰力矩系数Mw=EMp-M计算值许用值许用值管板径向应力MPa管板布管区周边处径向应力MPa管板布管区周边剪切应力MPa壳体法兰应：MPa换热管轴向应力MPa壳程圆筒轴向应力MPa换热管与管板连接拉般应3[q]焊接[q]胀接MPa计算结果管板名义厚度δ管板校核通过窄面整体(或带颈松式)法兰计算计算单位南京工业大学过程装备与控制工程系设计条件简图设计压力pMPa计算压力peMPa设计温度t轴向外载荷FN外力矩MNmm壳体材料名称16MnR(正火)许用应力[σ];MPawwD法兰材料名称16MnR(热轧)许用应力MPaMPa螺栓材料名称许用应力MPaGDMPa公称直径dgmm螺栓根径d₁mm数量n个垫片结构尺寸mmDh材料类型软垫片Nm压紧面形状bb₀>6.4mmDg=D₄-2b螺栓受力计算预紧状态下需要的最小螺栓载荷W₄NN所需螺栓总截面积Ammm²实际使用螺栓总截面积A,mm²力矩计算作作操M₂NLp=L₄+0.5δ₁mmMp=FDLDNmmF₆=FpNLa=0.5(D₀-Dg)mmMg=FgLgNmmFr=F-FDNLn=0.5(LA+δ₁+Lg)mmM₁=FrLnNmm外压：Mp=Fp(Lp-La)+F₁(Lr-Lg);内压：Mp=Mp+Mg+MrM₀=12327168.0N'mm预紧MNmmN'mm计算力矩M₀=Mp与M₄[o]}/[o]中大者M。=28041098.0螺栓间距校核实际间距mm最小间距Lmin=56.4(查GB150-98表9-3)mm最大间距mm形状常数确定由K查表9-5得整体法兰查图9-3和图9-4松式法兰查图9-5和图9-6查图9-7由δ₁/8。得w=δ剪应力校核计算值许用值结论预紧状态操作状态校核合格输入法兰厚度δr=46.0mm时，法兰应力校核应力性质计算值许用值结论轴向应力2.5[o]。=335.0(按整体法兰设计的任意式法兰，取1.5[o]。)径向应力g切向应力综合应力max(0.5(oh+σR),0.5(σH+σr))法兰校核结果校核合格开孔补强计算计算单位南京工业大学过程装备与控制工程系计算方法：GB150-1998等面积补强法单孔设计条件简图计算压力peMPaB设计温度℃壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型16MnR(正火)EA2A4壳体开孔处焊接接头系数φ壳体内直径DmmA1A;壳体开孔处名义厚度δnmm壳体厚度负偏差C₁0mm壳体腐蚀裕量C₂1mm壳体材料许用应力[o]'MPa接管实际外伸长度接管实际内伸长度mm接管材料名称及类型20G(热轧)管材接管焊接接头系数1接管腐蚀裕量1mm补强圈材料名称凸形封头开孔中心至封头轴线的距离mm补强圈外径mm补强圈厚度mm接管厚度负偏差Cumm补强圈厚度负偏差Cirmm接管材料许用应力[o]’MPa补强圈许用应力[o]MPa开孔补强计算壳体计算厚度δmm接管计算厚度8补强圈强度削弱系数fr接管材料强度削弱系数f开孔直径d补强区有效宽度B接管有效外伸长度h₁接管有效内伸长度h₂mm开孔削弱所需的补强面积A壳体多余金属面积A₁接管多余金属面积A₂补强区内的焊缝面积A₃A₁+A₂+A₃=403.7mm²,大于A,不需另加补强。补强圈面积A₄A-(A₁+A₂+A₃)(1)材料——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20g无缝钢管，理由如下：①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。②温度——20g无缝钢管的最高工作温度可达475℃,温度符合要求。③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。二氧化碳用于食品，其管道选用不锈钢。(2)管子的规格尺寸的确定及必要的保温层设计①导热油管道的规格和保温结构的确定查表应选用Sch.5系列得管子故选择RO0101、RO0102、RO0103、RO0104管道规格为φ159×4.5无缝钢管保温层计算：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,贷款计息年数为5年，复利率为10%,热价为10元/10kJ.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表面放热系数为保温工程投资偿还年分摊率计算经济保温层经济厚度二计算保温后的散热量计算保温后表面温度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δ②甲醇原料管道的规格速u₂=1.8m/s则故选择PL0101管道规格为φ25×2无缝钢管选择PL0102管道规格为φ20×2无缝钢管③脱盐水原料管道的规格流量qv=855.123Kg/h=0.00024m³/s计算过程同上选择DNW0101管道规格为φ22×2无缝钢管选择DNW0102管道规格为φ18×2无缝钢管④甲醇水混合后原料管道的规格选择PL0103管道规格为φ32×2无缝钢管选择PL0104、PL0105管道规格为φ25×2无缝钢管⑤吸收液碳酸丙烯酯管道的规格选择PL0106管道规格为φ48×4无缝钢管选择PL0107、PL0108管道规格为φ38×3无缝钢管选择CWS0101管道规格为φ159×4.5无缝钢管选择CWS0102、CWR0101管道规格为φ133×4无缝钢管⑦PG0101、PG0102、PG0103、PG0104混合气管道的规格选择PG0101、PG0102、PG0103、PG0104管道规格为φ89×4.5无缝钢管选择PG0105管道规格为φ73×4PG0106管道规格为φ89×4.5类似以上管道规格的计算过程，将本工艺所有主要管道工艺参数结果汇总于下表：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1PG0106-80M1B氢气气相2PG0101-80M1B甲醇54.5%水45.5%气相3PG0102-80M1B-H气相4PG0103-80M1B气相5PG0104-80M1B-H气相6PG0105-65M1B气相7R00101-150L1B-H导热油液相8R00102-150L1B-H导热油液相9R00103-150L1B-H导热油液相R00104-150L1B-H导热油液相PL0101-20L1B甲醇常压液相PL0102-15L1B甲醇常压液相PL0103-32L1B原料液常压液相PLO104-20M1B原料液液相PL0105-20M1B原料液液相PL0106-40L1B吸收液液相PLO107-32L1B吸收液液相PL0108-32L1B吸收液液相DNWO101-20L1B脱盐水液相DNWO102-15L1B脱盐水液相CWSO101-150L1B冷却水液相镀锌管CWSO102-125L1B冷却水液相镀锌管CWRO101-125L1B冷却水液相镀锌管)ATPG0107-80L1B食品二氧化碳气相0Cr18Ni9PL0109-20M1B工艺冷凝水液相整个系统有五处需要用泵：1.原料水输送计量泵P01012.原料甲醇输送计量泵P01023.混合原料计量泵P01034.吸收液用泵P01045.冷却水用泵P0105(1)甲醇计量泵P0102选型已知条件：甲醇正常投料量为1013.479kg/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：1013.479/0.807=1255.86L/h泵的流量Q=1.05×1255.86=1318.65L/h工艺估算所需扬程80m,泵的扬程H=1.1×80=88m泵的选型：查表得，JD1600/0.8型计量泵的流量为1600L/h,压力0.8MPa,转速115r/min,电机功率2.2KW,满足要求(2)纯水计量泵P0101选型已知条件：水的正常投料量为855.123kg/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：855.123/0.997=857.70L/h泵的流量Q=1.05×857.70=900.58L/h工艺估算所需扬程80m,泵的扬程H=1.1×80=88m折合程计量泵的压力：P=pgh=997×9.81×88/10⁶=0.861MPa泵的选型：查表得，JD1000/1.3型计量泵的流量为1000L/h,压力1.3MPa,转速115r/min,电机功率2.2KW,满足要求(3)混合原料计量泵P0103选型已知条件：原料的正常投料量为1868.802kg/h。温度为25℃。密度为0.860kg/L;操作情况为泵从原料液储槽VO101中吸入原料，送入预热器E0101工艺所需正常的体积流量为：1868.802/0.860=2173.03L/h泵的流量Q=1.05×2173.03=2281.68L/h工艺估算所需扬程80m,泵的扬程H=1.1×80=88m折合程计量泵的压力：P=pgh=860×9.81×88泵的选型：查表得，JD2500/0.8型计量泵的流量为2500L/h,压力0.8MPa,转速115r/min,电机功率2.2KW,满足要求(4).吸收液用泵P0104已知条件：①吸收液的输送温度25℃,密度760Kg/m².泵的正常流量为4200kg/h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4200/1000=4.20m²/h泵的流量取正常流量的1.05倍：Q=1.05×4.20=4.41m/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=1.1×35=38.5水泵选型，选用离心式水泵查表得，40W—40型水泵最佳工况点：扬程40m,流量5.4m³/h,转速2900r/min,电机功(5).冷却水用泵P0105已知条件：①水的输送温度25℃,密度997Kg/m³.泵的正常流量为95465kg/h②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95465/997=95.75m³/h泵的流量取正常流量的1.05倍：Q=1.05×95.75=100.54m³/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=1.1×35=38.5水泵选型，选用离心式水泵查表得，IS100-65-200型水泵最佳工况点：扬程47m,流量120m²/h,转速2900r/min,轴功率19.9KW,电机功率为22KW,效率77%。允许气蚀余量4.8m,选用该型号泵较合适。从工艺流程图可以知道需用阀门的设计压力、设计温度和接触的介质特性，据此数据选择阀门的压力等级和型式，汇总于下表：序号所在管道编号管内介质设计压力设计温度公称直径阀门选型连接形式阀门型号1PG0106-80M1B氢气法兰闸阀：Z41H-1.6C等，截止阀：J41H-1.6C2R00101-150L1B-H导热油法兰闸阀：Z41H-1.6C、Z41Y-1.6C等，截止阀：J41H-1.6C等3R00104-150L1B-H导热油法兰4PL0101-20L1B甲醇常压法兰闸阀：Z41H-1.6C、Z41Y-1.6C、Z15W-1.0K(螺纹)等，截止阀：J41H-1.6C等止回阀：H41H-1.65PL0102-15L1B甲醇常压法兰6PL0103-32L1B原料液常压螺纹7DNWO101-20L1B脱盐水螺纹Z15W-1.OT8PG0107-80L1B食品二氧化碳螺纹闸阀：Z41H-1.6C等，截止阀：J41H-1.6C等9PL0107-32L1B吸收液螺纹H41H-1.6PL0109-20M1B工艺冷凝水法兰Z1