课程设计~(过程装备与控制工程)eaqu.docx
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1、设计类型型:过程程装备与与控制工工程专业业课程设设计 设计题目目:生产产能力为为7000 m/h 甲醇制制氢生产产装置设设计 设计人: 指导教师师: 班级: 学号: 设计完成成时间:20003年11月100日星期期五 前言 氢气是一一种重要要的工业业用品,它它广泛用用于石油油、化工工、建材材、冶金金、电子子、医药药、电力力、轻工工、气象象、交通通等工业业部门和和服务部部门,由由于使用用要求的的不同,这这些部门门对氢气气的纯度度、对所所含杂质质的种类类和含量量也有着着不同的的要求。近近年来随随着中国国改革开开放的进进程,随随着大量量高精产产品的投投产,对对高纯氢氢气的需需求量正正在逐渐渐扩大。
2、烃类水蒸蒸气转化化制氢气气是目前前世界上上应用最最普遍的的制氢方方法,是是由巴登登苯胺公公司发明明并加以以利用,英英国ICCI公司司首先实实现工业业化。这这种制氢氢方法工工作压力力为2.0-44.0MMPa,原料适适用范围围为天然然气至干干点小于于2155.6的石脑脑油。近近年来,由由于转化化制氢炉炉型的不不断改进进。转化化气提纯纯工艺的的不断更更新,烃烃类水蒸蒸气转化化制氢工工艺成为为目前生生产氢气气最经济济可靠的的途径。 甲醇蒸气气转化制制氢技术术表现出出很好的的技术经经济指标标,受到到许多国国家的重重视。它它具有以以下的特特点: 1、 与大规规模天然然气、轻轻油蒸气气转化制制氢或水水煤气
3、制制氢比较较,投资资省,能能耗低。 2、与与电解水水制氢相相比,单单位氢气气成本较较低。 3、 所用原原料甲醇醇易得,运运输储存存方便。而而且由于于所用的的原料甲甲醇纯度度高,不不需要在在净化处处理,反反应条件件温和,流流程简单单,故易易于操作作。 4、 可以做做成组装装式或可可移动式式的装置置,操作作方便,搬搬运灵活活。 目录 前言. 2目录. 3摘要. 3设计任务务书. 4第一章工工艺设计计. 55第二章设设备设计计计算和和选型换热热设备. 8第三章机机器选型型. 113第四章 设备备布置图图设计. 155第五章管管道布置置设计. 166第六章自自动控制制方案设设计. 21第七章工工程项目
4、目的经济济评价. 244结束语:. 228致谢:. 299参考文献献:. 30 摘要 本次课程程设计是是设计生生产能力力为7000m3/h甲甲醇制氢氢生产装装置。 在设计中中要经过过工艺设设计计算算,典型型设备的的工艺计计算和结结构设计计,管道道设计,单单参数单单回路的的自动控控制设计计,机器器选型和和技术经经济评价价等各个个环节的的基本训训练。 在设计过过程中综综合应用用所学的的多种专专业知识识和专业业基础知知识,同同时获得得一次工工程设计计时间的的实际训训练。课课程设计计的知识识领域包包括化工工原理、过过程装备备设计、过过程机械械、过程程装备控控制技术术及应用用、过程程装备成成套技术术等课
5、程程。本课课程设计计是以甲甲醇制氢氢装置为为模拟设设计对象象,进行行过程装装备成套套技术的的全面训训练。 设计计包括以以下内容容和步骤骤: 1、工工艺计算算。 2、生生产装置置工艺设设计。 3、设设备设计计。分组组进行。 4、机机器选型型。 5、设设备不知知设计。 6、管管道布置置设计。 7、绘绘制管道道空视图图。 8、设设计一个个单参数数、单回回路的自自动控制制方案。 9、对对该装置置进行技技术经济济评价。 10、整整理设计计计算说说明书。 设计任务务书 一、题目目:生产产能力为为7000m3/h甲甲醇制氢氢生产装装置 二、设计计参数:生产能能为7000m33/h 三、计算算内容: 1、工工
6、艺计算算:物料料衡算和和能量衡衡算。 2、机机器选型型计算。 3、设设备布置置设计计计算。 4、管管道布置置设计计计算。 5、技技术经济济评价计计算。 四、图纸纸清单: 1、甲甲醇制氢氢装置物物流图 2、换换热器设设备图 3、管管板零件件图 4、管管道仪表表流程图图 5、设设备布置置图 6、管管道布置置图 7、管管道空视视图(PPL01104-15LL1B) 8、管管道空视视图(PPL01105-15LL1B) 第一章 工艺设设计 1.1.1甲醇醇制氢物物料衡算算.(1)依依据 甲醇蒸气气转化反反应方程程式: CHH3OHHCCO + 22H2 COO + H2OO CO22 + H22 CH
7、3OOHF分分解为CCO,转转化率999%,CO变变换转化化率999*,反反应温度度 2880,反应压压力为11. 55 MPPa,醇醇水投料料比1:1.55(mool)。 (2)投投料量计计算 代如转化化率数据据 CH3OOH 00.999 COO + 1.98 2H22 +0.001 CCH3OOH CO + 0.99 H2OO 0.99 CO22 + 0.99 H2+ 00.011 COO 合并得到到 CH3OOH + 0.98001 HH2O 0.998011 COO2 + 22.96601 H2 + 0.001 CCH3OOH+ 0.000999 COO 氢气产量量为:7000 mm
8、/hh=311.2550 kkmoll/h 甲醇投料料量为: 331.2250/2.996011 * 32=3377.8228 kkg/hh 水投料量量为:3337.8828/32 * 11.5 * 118=2285.0422 kgg/h (3)原原料储液液槽 (V01101) 进:甲醇醇 3337.8828 kg/h,水水 2885.0042 kg/h。 出:甲醇醇 3337.8828 kg/h,水水 2885.0042 kg/h。 (4)换热热器(EE01001),汽化塔塔(T001011)、过过热器(E01103) 没有物流流变化 (5)转化化器(RR01001) 进:甲醇醇 3337.
9、8828 kg/h,水水 2885.0042 kg/h,总总计6222.887 kkg/hh 出:生成成CO223337.8288/322 * 0.998011 * 44=4555.3770 kkg/hh H22 3337.8828/32 * 22.96601 * 22=622.5000 kkg/hh COO3337.8288/322 * 0.000999 * 28=2.9926 kg/h 剩余余甲醇 3337.8828/32 * 00.011 * 32=3.3378 kg/h 剩余余水 2885.0042- 3337.8828/32 * 00.98801 * 118 =98.7966 kgg
10、/h 总计6622.87 kg/h (6)吸吸收和解解析塔 吸收塔总总压为11.5MMpa,其中CCO2分分压为00.388Mpaa,操作作温度为为常温(25)。此时时每m吸收液液可溶解解CO2211.77 m. 解吸塔的的操作压压力为00.1MMPa, COO2 溶溶解度为为2.332 ,则则此时吸吸收塔的的吸收能能力为: 111777-232=9.445 0.4MMPa压压力下 COO2 = pMM /RRT =4 * 444/00.0882 * (2273.15 + 225) =77.200 kgg/m CO2体体积重量量 V CO22 =4455.3700/7.20 =633.2332
11、 mm/hh 据此,所所需吸收收液的量量为 663.2232/9.445 =6.6691 m/h 考虑吸收收塔效率率以及操操作弹性性需要,取取吸收液液量为66.6991 * 3=20.0744m/h 系统压力力降至00.1MMPa时时,析出出CO22 量为为 866.5110 mm/hh = 4555.3770 kkg/hh (7)PPSA系系统 略略。 (8)各各节点的的物料量量 综合上面面的工艺艺物料恒恒算结果果,给出出物料流流程图及及各节点点的物料料量。 1.1.2热量量恒算(1) 气化化塔顶温温度确定定 要使甲醇醇完全汽汽化,则则其气相相分率必必然是甲甲醇400%,水水60%(mool
12、),且已知知操作压压力为11.5MMPa,设温度度为T,根据汽汽液平衡衡关系有有: 0.4pp甲醇 + 00.6 p水=1.55MPaa 初设 T=1170 p甲醇醇=2.19MMPa; p水水 =00.8224MPPa pp总 =1.337044MPaa 1.55MPaa 再设 TT=1775pp甲醇=2.44MPAA; pp水 00.933MPaa p总总 =11.511MPaa 蒸气压与与总压基基本一致致,可以以认为操操作压力力为1.5MPPa时,汽汽化塔塔塔顶温度度为1775 (2) 转化化器(RR01001) 两步反应应的总反反应热为为49.66 kj/moll,于是是在转化化器内需
13、需要共给给热量为为: Q反应=3377.8226*00.999/322*10000*(-449.666) =-55.1990*1105 kjj/h 此热量有有导热油油系统带带来,反反应温度度为2880,可以以选用导导热油温温度为3320,导热热油温降降设定为为5,从手手册中查查到导热热油的物物性参数数,如必必定压热热容与温温度的关关系,可可得: Cpp3200=4.18668*00.688=2.85 kj/(kggK),Cpp3000=2.81 kj/(kggK) 取平均值值CCp=22.833 kjj/(kkgKK) 则导热油油的用量量 w=Q反应应 /(Cpt)= 5.1900*1005/
14、 (2.83*5)=3.6668*1044 kgg/h (3) 过热热器(EE01002) 甲醇和水水的饱和和正气在在过热器器中1775过热到到2800,此热热量由导导热油供供给。 气体升温温所需热热量为 Q=CCp mmt=(1.90*3377.8228+44.822*2885.0042)*(2880-1175)=2.1177*1005 kjj/h 导热油 Cp=2.8825 kj/(kggK),于是是其温度度降为 t=QQ/(CCp mm)= 2.1117 * 1105 /(22.866 * 3.6668*1044 )=2.0042导热油出出口温度度为 :3155-2.0422=3112.
15、9958 (4) 汽化化塔(TT01001) 认为汽化化塔仅有有潜热变变化。 175 甲甲醇HH=7227.22 kjj/kgg 水 H=220311 kjj/kgg QQ=3337.8828 *7227.22 +220311*2885.0042=8.2246*1055 kkj/hh 以3000导热油油Cp计计算 CCp=22.766 kjj/(kkgKK) t=Q/(Cp m)=2.336*1106 /22.766*3.6688*1004)=88.1445则导热油油出口温温度t22 =3312.9588-8.1455=3004.8812导热油系系统温差差为TT=3220-3304.8122=
16、155.1887基本合合适 (5) 换热热器(EE01001) 壳程:甲甲醇和水水液体混混合物由由常温(25)升至1175液体混合合物升温温所需的的热量 Q=ccpmt=(3377.8228*33.144 + 2855.0442 *4.330)*(1775-225)=3.4430*1055 kjj/h 管程: 取各各种气体体的比定定压热容容为: CpCCO2 10.47 kj/(kggK) CPHH2 144.655 kjj/(kkgKK) CPHH20 4.19 kj/(kggK) 则管程中中反应后后其体混混合物的的温度变变化为: t=QQ/(CCp * m)= 33.4330*1105 /
17、(10.47*4555.2667+114.665*662.55+4.19*98.8)= 566.2664换热器出出口温度度 2880-556.2264=2233.7336(6) 冷凝凝器(EE01003) CO22 、CCO 、HH2的冷冷却 Q1 =cppmtt=(110.447*4455.2677+144.655*622.5+10.47*2.9926)*(2223.7366-400)=11.055*100 6 kjj/h 压力为为1.55MPaa时水的的冷凝热热为: H=21135kkj/kkg,总总冷凝热热Q2 =HH * m=221355 *998.88=2.1099*1005 kjj
18、/h 水显热变变化 QQ3 =ccpmt=44.199* 998.7955*(2223.7366-400)=77.6000*1104 kjj/h Q= QQ1+ QQ2+ QQ3=1.4077*1006 kjj/h 冷却介质质为循环环水,才才用中温温型凉水水塔,则则温差T=110用水量 w=QQ/(ccptt)= 1.4407*1066/(44.199*100)=33.3559*1104 kgg/h 第二章设设备设计计计算和和选型换热热设备 1.1设设计任务务根据据给定的的工艺设设计条件件,此设设计为无无相变热热、冷流流体间换换热的管管壳式换换热器设设计任务务。 1.2总总体设计计确定结结构形
19、式式。由于于介质换换热温差差不大,在在工艺和和结构上上均无特特殊要求求,因此此选用固固定管板板式换热热器。 合理安安排流程程。安排排水和甲甲醇的混混合液体体走管程程,混合合气体走走壳程。 1.3热热工计算算原始数数据 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) 物料与与热量恒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
20、098负荷QW3.43*105壳程的质量流量wskg/s01730(表2-2) 有效平平均温差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4-20.95有效平均温差tMtM = tlog141.041(表2-3) 初算传传热面积积 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) 换热器器结构设设计 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
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