甲醇制氢生产装置汽化塔设计方案

甲醇制氢生产装置汽化塔设计方案1.1填料段1.1.1填料段工艺计算物流名称管程壳程/(kg/h)进口/(kg/h)出口/(kg/h)设计温度/oC压力/MPa进出口/(kg/h)设计温度/oC压力/MPa甲醇1689.13216.892801.5水1425.205493.976二氧化碳2276.338一氧化碳11.632氢气312.5导热油903200.5已知进入汽化器的混合液体质量流量为3111.337kg/h，操作压力为1.5Mpa，液体的入口温度为175℃。气体的质量流量也为3111.336kg/h，压力为1.5Mpa，温度为175℃。1.1.1.1填料塔段塔径的计算：按汽液传质经验公式计算混合气体的密度＝16.05kg/m混合液体的密度＝729.85kg/m混合气体的质量流量m＝3111.337kg/h混合液体的质量流量ml＝3111.337kg/h。则（）＝（）＝0.1483选用金属鲍尔环散堆填料DN25，查埃克特通用关联图，其纵坐标为0.11.即U＝0.14式中＝0.047mPa*s由此可得泛点气速uu＝＝＝0.7685取空塔气速为泛点气速的70％，得空塔气速uu＝0.7u＝0.7*0.7940＝0.5380m/s由此可得填料塔的塔径DD＝＝＝0.357圆整至D＝0.4m。1.1.2填料段结构设计由于该填料段的总高在10m以下，因此在设计中按照GB150－1998《钢制压力容器》进行结构设计计算。设计压力P＝1.1*1.5＝1.65Mpa.\设计温度取最高工作温度即40℃设备材料为16MnR焊接接头系数（双面对接焊，局部无损探伤）钢板厚度负偏差C＝0.5mm，腐蚀余量C＝1.0mm，厚度附加量C＝C+C＝1.5mm。筒体体的计算厚度计算＝＝2.30mm考虑厚度附加余量并圆整至钢板厚度系列，取材料名义厚度＝8mm。考虑到与换热器的连接，最终取名义厚度为＝8mm。封头厚度计算选用标准椭圆形封头，其厚度为：＝＝＝1.72mm考虑厚度附加余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，＝8mm。筒体与封头的连接采用螺拴法兰联接由于塔径较小，不宜设置人孔和手孔，况且操作压力较高，故采用螺拴法兰联接筒体和封头，以便于填料的安装。（4）填料高度取1000mm，故筒节长度取为1300mm。（5）填料支承装置选用工业上最常采用的栅板支承填料。采用整体式栅板，栅板安放在角钢组成的支承圈上。栅板扁钢截面为10mm×6mm，扁钢之间的间距为18mm.栅板强度计算采用按承受均布载荷的两端简支粱进行，略去填料对塔壁的摩擦阻力，作用在栅条上的总载荷为：P=+L 其中填料重量重力＝9.8HLt＝9.8×1.0×0.6×0.018×380=42.219N填料层持液量L＝3.43HLt×10-4＝3.43×1.0×0.6×0.018×860×10-4＝3.19×10-3N考虑栅条上载荷的不均匀性及安全系数，梁上弯矩为：M===1.222N/m栅条上的应力为：σ＝===62.55MPa式中s——栅条截面高度，mh——栅条截面宽度，mC——栅条材料腐蚀余量，mσ<[σ]t=153MPa,因此,所用栅条符合强度要求.（7）液体分布装置采用莲蓬头布液器，喷淋点数为每45cm2塔截面设一个喷淋点，喷淋点数为30。莲蓬头的安装高度为100mm.换热器段工艺计算明确设计任务按给定的工艺设计条件，此设计为有相变冷热流体间换热的管壳式换热器设计计算任务。总体设计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。安排甲醇水走管程，导热油走壳程。热工设计热工设计的计算步骤与结果列于下各表中。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甲醇+水管壳流体名称导热油导热油的进出口温度；℃给定313；301.9甲醇+水的进出口温度；℃给定175；175甲醇+水，导热油的工作压力；MPa给定1.5；0.3甲醇+水的质量流量kg/s给定0.5192，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甲醇+水的定性温度℃=(+)/2175导热油的定性温度℃=()/2309甲醇+水，导热油的密度；kg/按定性温度查物性表860；1070甲醇+水，导热油的比热容；J/(kg·℃)按定性温度查物性表3836；2760甲醇+水，导热油的导热系数；W/(m·℃)按定性温度查物性表0.66；0.99甲醇+水，导热油的粘度；Pa·s按定性温度查物性表0.110-3；0.2110-3甲醇+水导热油普朗特数；查表或计算32.981；45.2963,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1负荷QW见汽化塔热量衡算6.861105导热油的质量流量kg/s见过热器热量衡算30.5654，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差Δt℃Δ=(Δ-Δt)/ln(Δt/Δt)133.9流程型式初步确定1—2型管壳式换热器1壳程—2管程参数RR=（-）/（-）1参数PP=（-）/(-)0温度校正系数查图4-21有效平均温差Δt℃Δ=Δ133.95，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W/(·℃)参考表4-1600初算传热面积=Q/(Δt)8.5406,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φ19×2换热管内，外径；dm0.019；0.015换热管管长Lm选用9m标准管长折半1.5换热管根数nn=/（πdL）96管程数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）按接管内流体流速＜3m/s合理选取φ40×4壳程数m1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40.038管束中心排管数=1.1（外加6根拉杆）12壳体内径m=S（-1）+（1-2）d0.5换热管长径比L/L/3实排换热器管根数n作图或按计算102折流板型式选定单弓形折流板折流板外径m按GB151-19990.497折流板缺口弦高hm取h=0.200.100折流板间距Bm取B=（0.2～1）0.15折流板数=L/B-19壳程进出口接管尺寸（外径*壁厚）m合理选取φ133×47，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/(nπ)0.0356管程雷诺数=/4592.4换热器壁温℃假定260管程流体给热系数W/(·℃)=0.023/3119.94管程进出口处流速m/s40.7508管程摩擦因子查表4-30.015管内摩擦压降ΔPaΔ=4L/()6.5396回弯压降ΔPaΔ=4/22.1799进出口局部压降ΔPaΔ=1.5/2363.5869管程压降ΔPaΔ=(Δ+Δ)+Δ372.3064管程最大允许压降[Δ]Pa查表4-335000校核管程压降Δ＜[Δ]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DmD=0.1358横过管束的流通截面积AA0.0375壳程流体流速um/su=0.762壳程雷诺数ReRe=527253.2壳程流体给热系数αoW/(·℃)αo=0.3613127.09折流板圆缺部分的换热管数nw切口上管子按圆弧比计入16β值β按表4-40.112折流板圆缺部分流通面积Ab0.0235折流板圆缺区流体流速ubm/s1.2155圆缺区平均流速umm/sum=0.9624壳程进出口处流速uNsm/suNs=1.1162壳程摩擦因子fo查图4-40.046折流板间错流管束压降ΔpPaΔp=4fo2101.514圆缺部分压降ΔpPaΔp=10555.548进出口局部压降ΔpPaΔp=1.513596.840壳程压降ΔpPaΔp=Δp+Δp+Δp26256.90壳程最大允许压降[Δp]Pa查表4-335000校核壳程压降Δp＜[Δp]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·℃/W查表4-535.2×10-5管外污垢热阻·℃/W查表4-517.6×10-5换热管材料导热系数W/(m·℃)查表351.8管壁热阻·℃/W1.21×10-5总传热系数KW/(·℃)按式4-22728.18010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=7.0366实有传热面积A实A实=nπd(L-2S)设管板厚度为0.03m8.2516校核传热面积ΔAΔA=A实/A1.1727热流体传热面积℃按式4-25281.418冷流体传热面积℃按式4-26240.573管壁计算温度℃按式4-24262.495校核管壁温度Δ℃Δ=-2.495结论设计符合要求（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换热流程设计：采用壳程为单程，管程为单程的结构型式换热管及其排列方式：采用25×2的无缝钢管，材料为20号钢。换热管排列方式为三角形排列，如图，共排换热管131根，另外再设6拉杆折流板：采用通用的单弯形折流板，材料为Q235-B钢，板厚6mm，板数4块。拉杆：采用Q