生产能力为800n立方米小时甲醇制氢生产装置设计(编辑修改稿)

生产能力为800n立方米小时甲醇制氢生产装置设计(编辑修改稿)内容摘要：

f= %99%100*  即反应过程中消耗甲醇的物质的量为： 99%= kmol/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δ A。 对于甲醇有： δ A= 21 1113  （ 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： rA=kpA k= 104e RT68600 CA=CAOAAAxxAy11δ  上式两边同乘以 RT，则得： pA=CAORTAAA xxAy11δ  反应过程的空间时间τ为： τ =CAO∫ Afx0AArdx = CAO∫ Afx0 Adx /[k CAORTAAA xxAy11δ  ] = kRT1 ∫ Afx0AAAx x1 y1 Aδ dxA 将 k= 104e RT68600 m3/(kmol h)， R= )( Kkmolkj ， T=，δ A=2， yA=，代入上式，可得空间时间： τ = （ 5）计算所需反应器的容积 VR=τ VO 进料气的总体积流量为： V0= += /h= m3 /s 则可得所需反应器的容积为： VR=τ V0 = =0351 m3 （ 6）计算管长 由文献可知，气体在反应器内的空塔流速为 ，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 =，则反应管的长度为： l=τ u= 3600 = 根据 GB151 推荐的换热管长度 ,取管长 l=3m。 反应器内的实际气速为： u=τl = sm / 6 0 0*0 0 3 6  （ 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+CO+H2O=CO2+H2+ 过 程 设 备 强 度 计 算 书 SW620xx 全 国 化 工 设 备 设 计 技 术 中 心 站 11 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。 反应器出口处的一氧化碳的物质的量为 ，转化的一氧化碳的物质的量为： = kmol/h 一氧化碳的转化率为： xCO= %99%  则反应过程中所需向反应器内供给的热量为： Q= 103 103 = 103 kJ/h （ 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， 320oC 时钢的导热系数为λ =（ m OC），管外油侧的对流给热系数为α o=300W/（ m2 OC），管内侧的对流给热系数为α i=80 W/（ m2 OC），根据表 52 所列的壁面污垢系数查得，反应管内、外侧的污垢系数分别为 m2 OC/W 和 m2 OC/W 总污垢系数为 Rf=+= m2 OC/W 根据传热学，反应器的传热系数为： K=1/（ i1α dtd 2 + oα1 +λt +Rf） 由于 dtd 2 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： K=1/（ i1α + oα1 +Rf） = 1  W/（ m2 OC） =(h m2 OC) 由于反应器所需的换热面积为： F= tΔKQ = 6 5 )2 8 03 2 0(* 1 3 10* 7 0 3 m2 （ 9）计算管子的内径 反应器需要的换热面积为： F=nπ dl 反应器内气体的体积流量为： V0=n 4d2π u 联立上述两式，并将 l= 3 m， u= (m/s) ， F= (m2 ) V0= (m3 /s) 代入，即可得所需管子的内径为： d= 根据计算所得的管子内径，按前述换热设备设计选择合适的管子型号和所需的管数及布管方式。 反应器外壳及封头尺寸及管板厚度均参照前述换热设备的设计方法和相关标准进行计算。 （ 10）催化剂支撑件 催化剂支撑件置于反应管的底部（立式）或端部（卧式），强度应能支撑催化剂的质量，其自由截面积不小于催化剂的孔隙率。 详细结构可参照填料塔。 过 程 设 备 强 度 计 算 书 SW620xx 全 国 化 工 设 备 设 计 技 术 中 心 站 12 结构设计 按照GB1501998《钢制压力容器》进行结构设计计算。 筒体 (1) 筒体内径 :600mm 设计压力： Pc = MPa 设计温度取 350 C 筒体材料： 16MnR 焊接接头系数 Φ= 钢板厚度负偏差 C1=0,腐蚀裕量 C2=,厚度附加量 = C1+ C2=. 筒体的计算厚度计算 δ = PDPc it c2[ ] = 3 42 6 0 00 . 6   mm 考虑厚度附加量并圆整至钢板厚度系列，得材料名义厚度 n = n=6mm 强度校核 有效厚度 e =n C1 C2=5mm 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 Φ 25 2 换热管内径、外径 di。 d m。 换热管管长 L m 选用 3m 标准管长 换热管根数 n 30 2 6 . 6 5 0  dLn Ao 283(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*Sjt m 按接管内流体流速合理选取 Φ 159 9 壳程结构设计 壳程数 Ns 1 换热管排列形式 正三角形排列 正三角形排列 换热管中心距 S m S= 或按标准 分程隔板槽两侧中心距 Sn 按标准 管束中心排管数 nc  （外加 4 根拉杆） 19 壳体内径 Di m Di=S(nc1)+(1~2)d 换热器长径比 L/ Di L/ Di 5 合理 实排热管根数 n 作图 290 折流板形式 选定 单弓形折流板 折流板外直径 Db m 按 GB1511999 折流板缺口弦离 h m 取 h= 折流板间距 B m 取 B=(～ 1)Di 折流板数 Nb Nb=L/B1 9 壳程进出口接管尺寸 djs*Sjs 合理选取 Φ 133 选取 过 程 设 备 强 度 计 算 书 SW620xx 全 国 化 工 设 备 设 计 技 术 中 心 站 13 t = P Dc i ee( )2= 52 )5600(   MPa t =122MPa 符合强度要求。 （ 2）根据筒径 选用非金属软垫片： 垫片厚度： 3 垫片外径 :644 垫片内径： 604 根据筒体名义厚度 选用乙型平焊法兰（ JB4702） 法兰材料： 16MnR DN 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 600 760 715 50 27 M24 24 表 32 筒体法兰数据 封头 （ 1）封头内径： 600mm 设计压力： P= 设计温度取 300 C 封头材料： 16MnR 焊接接头系数 Φ= 钢板厚度负偏差 C1=0,腐蚀裕量 C2=,厚度附加量 C= C1+ C2=. 封头的计算厚度计算 选用标准椭圆形封头， K=  = ct ic ][2 PDKP = 4 . 2 3 m m1 . 60 . 511 5 32 6 0 01 . 61 . 0   考虑厚度附加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，得材料名义厚度 n = 6mm. 强度校核 有效厚度 e =n C1 C2=5mm t = e eic 2 )(  KDP= ）（   MPat =153MPa 符合强度要求。 根据筒径选用标准椭圆形封头直边高： 25mm 曲边高： 150mm 壁厚： 6mm 排液、排气口接管补强计算 根据 GB150 第 节的规定 ,本开孔可不另行补强。 换热管（ GB1511999） 管子材料： 16MnR 根据上节中计算的管子内径选用尺寸：φ 25 2 管长： 3000 根数： 286 实排根数： 230（外加 4 根拉杆） 排列形式：正三角形 中心距： 32 管束中心排管数： 22 长径比： 5 管程数据 管程数： 1 管程气体流速： 进出口接管尺寸：φ 159 9 接管材料： 16Mn 法兰类型：板式平焊法兰（ HG2059397） 法兰材料： 20R DN 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 150 285 240 24 161 22 8 M20 表 33 管程法兰数据 δ = PDPc it c2[ ] = PDPc it c2[ ] = *140*2 600* mm d=150+2 =152mm tn =9mm 81921  CCntet  mm rf )1(2d ret fA   =152 +2 8（ ） =  mm3 0 43 0 4 m m15222d 1 8 2 m m926215222d    BB ntn  过 程 设 备 强 度 计 算 书 SW620xx 全 国 化 工 设 备 设 计 技 术 中 心 站 14  3 6 . 9 8 6 m m9152 mm180接管实际外伸高度    hh ntd   022 3 6 . 9 8 6 m m9152 0接管实际内伸高度    hh ntd  21 ))((82))(152304()1)((2))((   reete fdBA  222212 ）（)(2)(2   fChfhA etrtet  23 mm21A AAAAA  2321e 壳程数据 壳程数： 1 壳程液体流速： 进出口接管尺寸：φ 133 接管材料： 16Mn 法兰类型：板式平焊法兰 HG2059397） 法兰材料： 16MnR DN 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 125 240 200 20 135 18 8 M16 表 34 壳程法兰数据 δ = PDPc it c2[ ] = PDPc it c2[ ] = *140*2 600*  mm d=125+2 =127mm tn =  CCntet  mm rf )1(2d ret fA   =127 +2 （ ） =  mm2 5 4mm25412722d 1 4 6 m    BB ntn   2 3 . 9 m mm180接管实际外伸高度    h。