2021-2022年收藏的精品资料课程设计~过程装备与控制工程.doc
《2021-2022年收藏的精品资料课程设计~过程装备与控制工程.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《2021-2022年收藏的精品资料课程设计~过程装备与控制工程.doc(28页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、设计类型:过程装备与控制工程专业课程设计 设计题目:生产能力为700 m/h 甲醇制氢生产装置设计 设计人: 指导教师: 班级: 学号: 设计完成时间:2003年1月10日星期五 前言 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公司首先实现工业化。这种制氢方法
2、工作压力为2.0-4.0MPa,原料适用范围为天然气至干点小于215.6的石脑油。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: 1、 与大规模天然气、轻油蒸气转化制氢或水煤气制氢比较,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,运输储存方便。而且由于所用的原料甲醇纯度高,不需要在净化处理,反应条件温和,流程简单,故易于操作。 4、 可以做成组装式或可移动式的装置,操作方便,搬运灵活。 目录 前言.
3、 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 结束语:. 28 致谢:. 29 参考文献:. 30 摘要 本次课程设计是设计生产能力为700m3/h甲醇制氢生产装置。 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
4、时间的实际训练。课程设计的知识领域包括化工原理、过程装备设计、过程机械、过程装备控制技术及应用、过程装备成套技术等课程。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。 设计包括以下内容和步骤: 1、工艺计算。 2、生产装置工艺设计。 3、设备设计。分组进行。 4、机器选型。 5、设备不知设计。 6、管道布置设计。 7、绘制管道空视图。 8、设计一个单参数、单回路的自动控制方案。 9、对该装置进行技术经济评价。 10、整理设计计算说明书。 设计任务书 一、题目:生产能力为700m3/h甲醇制氢生产装置 二、设计参数:生产能为700m3/h 三、计算内容: 1、工艺计算
5、:物料衡算和能量衡算。 2、机器选型计算。 3、设备布置设计计算。 4、管道布置设计计算。 5、技术经济评价计算。 四、图纸清单: 1、甲醇制氢装置物流图 2、换热器设备图 3、管板零件图 4、管道仪表流程图 5、设备布置图 6、管道布置图 7、管道空视图(PL0104-15L1B) 8、管道空视图(PL0105-15L1B) 第一章 工艺设计 1.1.1甲醇制氢物料衡算. (1)依据 甲醇蒸气转化反应方程式: CH3OHCO + 2H2 CO + H2O CO2 + H2 CH3OHF分解为CO,转化率99%,CO变换转化率99*,反应温度 280,反应压力为1. 5 MPa,醇水投料比1:
6、1.5(mol)。 (2)投料量计算 代如转化率数据 CH3OH 0.99 CO + 1.98 2H2 +0.01 CH3OH CO + 0.99 H2O 0.99 CO2 + 0.99 H2+ 0.01 CO 合并得到 CH3OH + 0.9801 H2O 0.9801 CO2 + 2.9601 H2 + 0.01 CH3OH+ 0.0099 CO 氢气产量为:700 m/h=31.250 kmol/h 甲醇投料量为: 31.250/2.9601 * 32=337.828 kg/h 水投料量为:337.828/32 * 1.5 * 18=285.042 kg/h (3)原料储液槽 (V010
7、1) 进:甲醇 337.828 kg/h,水 285.042 kg/h。 出:甲醇 337.828 kg/h,水 285.042 kg/h。 (4)换热器(E0101),汽化塔(T0101)、过热器(E0103) 没有物流变化 (5)转化器(R0101) 进:甲醇 337.828 kg/h,水 285.042 kg/h,总计622.87 kg/h 出:生成CO2337.828/32 * 0.9801 * 44=455.370 kg/h H2 337.828/32 * 2.9601 * 2=62.500 kg/h CO337.828/32 * 0.0099 * 28=2.926 kg/h 剩余甲
8、醇 337.828/32 * 0.01 * 32=3.378 kg/h 剩余水 285.042- 337.828/32 * 0.9801 * 18 =98.796 kg/h 总计622.87 kg/h (6)吸收和解析塔 吸收塔总压为1.5Mpa,其中CO2分压为0.38Mpa,操作温度为常温(25)。此时每m吸收液可溶解CO211.77 m. 解吸塔的操作压力为0.1MPa, CO2 溶解度为2.32 ,则此时吸收塔的吸收能力为: 1177-232=9.45 0.4MPa压力下 CO2 = pM /RT =4 * 44/0.082 * (273.15 + 25) =7.20 kg/m CO2
9、体积重量 V CO2 =455.370/7.20 =63.232 m/h 据此,所需吸收液的量为 63.232/9.45 =6.691 m/h 考虑吸收塔效率以及操作弹性需要,取吸收液量为6.691 * 3=20.074m/h 系统压力降至0.1MPa时,析出CO2 量为 86.510 m/h = 455.370 kg/h (7)PSA系统 略。 (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。 1.1.2热量恒算 (1) 气化塔顶温度确定 要使甲醇完全汽化,则其气相分率必然是甲醇40%,水60%(mol),且已知操作压力为1.5MPa,设温度为T,根据汽液平
10、衡关系有: 0.4p甲醇 + 0.6 p水=1.5MPa 初设 T=170 p甲醇=2.19MPa; p水 =0.824MPa p总 =1.3704MPa 1.5MPa 再设 T=175 p甲醇=2.4MPA; p水 0.93MPa p总 =1.51MPa 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 (2) 转化器(R0101) 两步反应的总反应热为49.66 kj/mol,于是在转化器内需要共给热量为: Q反应=337.826*0.99/32*1000*(-49.66) =-5.190*105 kj/h 此热量有导热油系统带来,反应温度为280,可以选用导
11、热油温度为320,导热油温降设定为5,从手册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: Cp320=4.1868*0.68=2.85 kj/(kgK),Cp300=2.81 kj/(kgK) 取平均值Cp=2.83 kj/(kgK) 则导热油的用量 w=Q反应 /(Cpt)= 5.190*105/ (2.83*5)=3.668*104 kg/h (3) 过热器(E0102) 甲醇和水的饱和正气在过热器中175过热到280,此热量由导热油供给。 气体升温所需热量为 Q=Cp mt=(1.90*337.828+4.82*285.042)*(280-175)=2.117*105 kj/
12、h 导热油 Cp=2.825 kj/(kgK),于是其温度降为 t=Q/(Cp m)= 2.117 * 105 /(2.86 * 3.668*104 )=2.042 导热油出口温度为 :315-2.042=312.958 (4) 汽化塔(T0101) 认为汽化塔仅有潜热变化。 175 甲醇H=727.2 kj/kg 水 H=2031 kj/kg Q=337.828 *727.2 +2031*285.042=8.246*105 kj/h 以300导热油Cp计算 Cp=2.76 kj/(kgK) t=Q/(Cp m)=2.36*106 /2.76*3.668*104)=8.145 则导热油出口温度
13、t2 =312.958-8.145=304.812 导热油系统温差为T=320-304.812=15.187 基本合适 (5) 换热器(E0101) 壳程:甲醇和水液体混合物由常温(25)升至175 液体混合物升温所需的热量 Q=cpmt=(337.828*3.14 + 285.042 *4.30)*(175-25)=3.430*105 kj/h 管程: 取各种气体的比定压热容为: CpCO2 10.47 kj/(kgK) CPH2 14.65 kj/(kgK) CPH20 4.19 kj/(kgK) 则管程中反应后其体混合物的温度变化为: t=Q/(Cp * m)= 3.430*105 /(
14、10.47*455.267+14.65*62.5+4.19*98.8)= 56.264 换热器出口温度 280-56.264=223.736 (6) 冷凝器(E0103) CO2 、CO 、H2的冷却 Q1 =cpmt=(10.47*455.267+14.65*62.5+10.47*2.926)*(223.736-40)=1.05*10 6 kj/h 压力为1.5MPa时水的冷凝热为: H=2135kj/kg,总冷凝热Q2 =H * m=2135 *98.8=2.109*105 kj/h 水显热变化 Q3 =cpmt=4.19* 98.795*(223.736-40)=7.600*104 kj
15、/h Q= Q1+ Q2+ Q3=1.407*106 kj/h 冷却介质为循环水,才用中温型凉水塔,则温差T=10 用水量 w=Q/(cpt)= 1.407*106/(4.19*10)=3.359*104 kg/h 第二章设 备设计计算和选型换热设备 1.1设计任务 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。 1.2总体设计 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。 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。 1.3热工计算 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
16、甲醇和水混合液壳程流体名称混合气体管程进、出口的温度Ti;T0已计算25;175壳程进、出口的温度ti;t0已计算280 ;223.736管程、壳程的工作压力pt;psMPa已计算1.5;1.5管程的质量流量Wtkg/s已计算01730(表2-1) 物料与热量恒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取用098负荷QW3.43*105壳程的质量流量wskg/s01730(表2-2) 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度tlog146.918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R0375参数P0.588温度校正系数查图4-20
17、.95有效平均温差tMtM = tlog141.041(表2-3) 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K0W/(m2)参考表4-1240初算传热面积A0m22815(表2-4) 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管程 结 构 设 计换热管材料选用碳钢无缝钢管换热管内径、外径di;dm0.025;0.021换热管管长Lm选用9m标准管长折半15换热管根数n24(圆整)管程数Ni根据管内流体流速范围选定2管程进出口接管尺寸(外径*壁厚)djt*Sjtm按接管内流体流速3m/s合理选取管程结构设计壳程数Ns1换热管排列形式分程隔板槽两侧
18、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0.032分程隔板槽两侧中心距Sn按标准0004管束中心排管数nc7壳体内径Dim0171换热器长径比L/ DiL/ Di8771合理实排热管根数n作图36折流板形式选定弹弓形折流板折流板外直径Dbm按GB151-19990.168折流板缺口弦离hm取0.0342折流板间距Bm取0.171折流板数Nb16选取壳程进出口接管尺寸djs*Sjs合理选取 (表2-5) 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. 2)换热管及其排列方式:采用的无缝钢管,材料为20号钢。热管排列方式为三角形排
19、列。如图所示,共排列36根。 3)折流板:采用通用的单弓形折流板,材料为Q235-B钢,板厚6mm,板数16块。 4)拉杆:采用Q235-B, mm,共6根。 5)筒体:材料采用16MnR钢,采用钢管,取Dn=219mm 6)封头:采用标准椭圆形封头,材料采用16MnR钢。 取Dn=219mm采用标准封头,长径是短径的2倍,即54.75取55 筒体厚度, =1.05mm 考虑到内部压力较大,有腐蚀性等因素,取=4mm 封头h2=25mmh1=55mm (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 螺栓材料:35 螺母材料:Q235-B 筒体法兰
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 2021 2022 收藏 精品 资料 课程设计 过程 装备 控制工程
限制150内