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

物流管程壳程/(kg/h)

名称

进口出口设计压力进出设计压力

/(kg/h/(kg/h温度/MPa口温度/MPa

))/℃/(kg/h/℃

)

甲醇1689.16.892801.5

132

水1425.493.9

20576

二氧2276.

化碳338

一氧11.63

化碳2

氢气312.5

导热903200.5

油

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L5Mpa,液体的入口温度为175℃。气体的质量流

量也为3111.336kg/h,压力为L5Mpa,温度为175℃。

1.L1.1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Py=16.05kg/m3

混合液体的密度P,=729.85kg/m3

混合气体的质量流量mv=3111.337kg/h

混合液体的质量流量ml=3111.337kg/h。则

W(Pv_)os—3114.337(16.05)0.5——Q]483

丁~p,3114.337729.85

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

gPi

式中。=160/夕=1.222〃/=0.047mPa*s

由此可得泛点气速u「

=I0.14x9.81x729.85-7685

\（t）（pp声/V160x1.222x16.05x0.04702

取空塔气速为泛点气速的70%,得空塔气速U

u=0.7J=0.7*0.7940=0.5380m/s

由此可得填料塔的塔径D

D区:I4X3114337Z=0.357

V7niV3.14X0.5380X3600x16.05

圆整至D=0.4mo

1.1.2填料段结构设计

由于该填料段的总高在10nl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。

设计压力匕=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"0.85（双面对接焊，局部无损探伤）

钢板厚度负偏差C1=0.5mm,腐蚀余量C2=LOmni,厚度

附加量C=C1+C2=1.5mm。

（1）筒体体的计算厚度计算

"二2流工,1.65x0.4=2.30mm

2x170x0.85-1.65

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-8mmo

考虑到与换热器的连接，最终取名义厚度为3=8mm

（2）封头厚度计算

选用标准椭圆形封头，其厚度为：

5=---四---=-----1'"。-----=1.72mm

2团。-0.5*P,2x170X（）.85-0.5x1.65

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，3“=8nmi。

（3）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1300mmo

(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lOmmX6nim,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=p〃+PL

其中填料亘量重力P”=9.8HLt=9.8X1.0X0.6

X0.018X380=42.219N

4

填料层持液量PL=3.43HLLP/XIO-

=3.43X1.0X0.6X0.018X860X104=

3.19X10-3N

考虑栅条上载荷的不均匀性及安全系数，梁上弯矩

为:

M

(PL+Pp)L=(42.219+0.00319)x0.6

~66~=1.222N/m

栅条上的应力为:

=M_-_______6M________

正(5-C)i/?-C)(/7-C)

6x4.222=62.5

(0.006-0.001)(0.01-0.001)(0.01-0.001)

5MPa

式中s---栅条截面高度，m

h---栅条截面宽度，m

C——栅条材料腐蚀余量，m

。＜［。］l=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45cn)2塔截面设一个喷

淋点，喷淋点数为30。莲蓬头的安装高度为lOOnim.

1.1.2换热器段工艺计算

(1)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。

(2)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。

(3)热工设计

热工设计的计算步骤与结果列丁•下各表中。

1,原始数据

计算内容或项目符号单计算公式结果备注

位或来源

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

小T。℃给定313；301.9

温度

甲醇+水的进出

。；小℃给定175；175

口温度

甲醇+水，导热油0；MP

给定1.5；0.3

的工作压力Psa

甲醇+水的质量

kg/

叫给定0.519

流量s

2,定性温度与物性参数

计算公式备

计算内容或项目i'J勺单位结果

或来源注

甲醇+水的定性*℃，尸(E)/175

温度2

导热油的定性温

Tm℃*(。+%)/2309

度

按定性温

甲醇+水，导热油kg/860；

P,；Ps度查物性

的密度m31070

表

按定性温

甲醇+水，导热油J/(kg3836；

G；生度查物性

的比热容•℃)2760

表

W/(按定性温

甲醇+水，导热油0.66；

儿；儿m•度查物性

的导热系数0.99

℃)表

O.lxlO-

按定性温

3*

甲醇+水，导热油9

从；4Pa*s度查物性

的粘度0.21x1

表

07

甲醇+水导热油查表或计

Pr;；Pry32.981；

普朗特数算

45.296

3,物料与热量衡算

计算内容或计算公式或

仆Jr单位结果备注

项目来源

换热器效率n1

见汽化塔热

负荷QW6.861xlO5

量衡算

导热油的质见过热器热

吗kg/s30.565

量流量量衡算

4,有效平均温差

计算内容或单

符号计算公式或来源结果备注

项目位

逆流对数平

△Q℃133.9

均温差

t2)/ln(At_/At2)

初步确定1—21壳程一2

流程型式

型管壳式换热器管程

参数RR=（Ti-T。）/（，oF）1

参数PP=（…）/（，-〃）0

温度校正系

夕查图4-21

数

有效平均温

△t.w℃△G(P△K133.9

差

5,初算传热面积

计算内容或计算公式或

符号单位结果备注

项目来源

初选总传热W/(加2•

参考表4-1600

系数℃)

初算传热面Ao=Q/(Ko△

4m28.540

积tj

6,换热器结构设计

计算内容或计算公式或

符号单位结果备注

项目来源

选用碳钢无

换热管材料（1）19X2

缝钢管

换热管内，0.019；

4;dm

外径0.015

选用9m标

换热管管长Lm1.5

准管长折半

n=AJ（兀d

换热管根数n96

L）

根据管内流

管程数W体流速范围1

选定

管程进出口按接管内流

d/S,4）40X4

接管尺寸体流速V

（外径*壁3m/s合理

厚）选取

壳程数m1

分程隔板槽

两侧正方形

换热管排列正三角

排列，其余

形式形排列

正三角形排

列

换热管中心S=L25d或

Sm0.038

距按标准4

管束中心排nc=1.14n（夕卜

%12

管数力口6根拉杆）

D,=S(nc-\)

壳体内径4m0.5

+(1-2)d

换热管长径

L/D,L/23

比

实排换热器作图或按计

n102

管根数算

单弓形

折流板型式选定

折流板

按

折流板外径&m0.497

GB151-1999

折流板缺口

hm取h=0.20°0.100

弦高

取B=(0.2〜

折流板间距Bm0.15

1)5

折流板数N产L/B-19

壳程进出口

接管尺寸

”,4>133X

m合理选取

（外径*壁4

厚）

7,管程传热与压降

计算内

备

容或项1'J勺单位计算公式或来源结果

注

目

管程流

%m/s%=4吗NT/(p,n兀J?)0.0356

速

管程雷

Re,R"=4/0./44592.4

诺数

换热器

℃假定260

壁温

管程流W/(

病•08

体给热%at=0.023入Rep„/d.3119.94

系数℃)

管程进

出口处UNtm/s4w/3r(%-2SQ2]0.7508

流速

管程摩f.查表4-30.015

擦因子

△

管内摩

△PfPaPf=4'N,Lp*/4(4//)6.5396

擦压降

回弯压

△PrPa△P=4N,PIU；/22.1799

降

进出口

△363.586

局部压PaAPM=1.5p,吸/2

PNI9

降

管程压Ap,=(△P/+△P,)K+△372.306

△P,Pa

降4

管程最

[△

大允许Pa查表4-335000

Pt]

压降

校核管△P.V合

程压降理

8、壳程传热与压降

计算内容符备

单位计算公式或来源结果

或项目号注

壳程当量

D

Dme皿0.1358

直径

横过管束

的流通截A,m2N,=Dj(S-d)B/S0.0375

面积

壳程流体

忆

u0m/s旷--0.762

流速

壳程雷诺527253.

Re。

A

数2

W/(

a

壳程流体13127.0

Clo〃J•

5,,30J4

给热系数O=0.36—Re^Pr(^-)9

℃)

折流板圆切口上管子按圆弧比计

nw16

缺部分的入

换热管数

B值8按表4-40.112

折流板圆

AL/?。"M2乂

缺部分流Abm270.0235

通面积

折流板圆

织

缺区流体Ubm/sub=\1.2155

Ps\

流速

圆缺区平

Urnm/sllm=*uh0.9624

均流速

壳程进出

UNSm/sUNs=....-----r1.1162

中0%-2SJ

口处流速

壳程摩擦

fo查图4-40.046

因子

折流板间△PaAp,=4fo券&%+1)2101.51

e

错流管束P,4

压降

圆缺部分A10555.5

Pa

压降P%48

进出口局△13596.8

Pa△PXL5/V4/2

部压降PNs40

A26256.9

壳程压降PaApt=Ap+Ap6+Ap^

P,0

壳程最大[△

Pa查表4-335000

允许压降PJ

校核壳程△p.<合

压降理

[Apv]

9,总传热系数

计算内容符计算公式或来

单位结果备注

或项目号源

管内污垢%m2•℃查表4-535.2X

热阻/W10-5

管外污垢川•℃17.6X

5查表4-5

热阻/W10-5

换热管材

W/(m•

料导热系心查表351.8

℃)

数

川•℃%1.21X

d,d、

管壁热阻%----In(-z------)