甲醇制氢生产装置汽化塔设计方案.docx

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1、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/(kgh)进口/(kgh)出口/(kgh)设计温度/压力/MPa进出口/(kgh)设计温度/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3111.337kgh,操作压力为L5Mpa,液体的入口温度为175。气体的质量流量也为3111.336kgh,压力为1.5Mpa,温度为175。LL1.1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4=16.0

2、5kgm3混合液体的密度P,=729.85kgm3混合气体的质量流量mv=3111.337kgh混合液体的质量流量ml=3111.337kgh0则m(Pv_)0,5=3114337(16.05)0,5=0483Z33114.337729.85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0.1L即U；皿货=0.14SP1式中=160根Ie=.2224=0.047mPa*s由此可得泛点气速UF=I0.14X9.81729.85ZZ=0.7685pV1601.22216.050.04702取空塔气速为泛点气速的70%,得空塔气速Uu=0.7UF=O,7*0.7940=0.5380m

3、s由此可得填料塔的塔径DD=、区=J4x3114.337=0.357VmiV3.140.5380X360016.05圆整至D=O.4HU1.1.2填料段结构设计由于该填料段的总高在IOnI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Pc=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Cl=O5mb腐蚀余量C2=L0mm,厚度附加量C=C1C2=1.5mmo（1）筒体体的计算厚度计算PM2t-pc1.65x0.421700.85-1.65=2.30mm考虑厚度附加

4、余量并圆整至钢板厚度系列，取材料名义厚度=8考虑到与换热器的连接，最终取名义厚度为2=8mm（2）封头厚度计算选用标准椭圆形封头，其厚度为：PCDi2打。0.5* P,=1.72mm1.65x0.321700.85-0.51.65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，=8mmo（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IOOOmni,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

5、承圈上。栅板扁钢截面为IOmmX6mm,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=Pp+pL其中填料重量重力Pp=98HLtp=9.8X1.0X0.60.018380=42.219N填料层持液量pL=3.43HLta101=3.431.00.60.018X860IoM=3.19103N考虑栅条上载荷的不均匀性及安全系数，梁上弯矩为:M=(Pl+7P)L=(42.219+0.00319)x0.6二222Nm66.栅条上的应力为：n_M_6MUW(J-CXZz-C)(Zz-C)=6X4.222=625(0.006

6、-o.ooi)(.o-0.001)(.o-o.ooi).5MPa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，m=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45c)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IOOnln1.1.2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。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

7、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温度T1；T0给定313；301.9甲醇+水的进出口温度乙；%给定175；175甲醇+水，导热油的工作压力亿；PsMPa给定1.5；0.3甲醇+水的质量流量叱kgS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4Ttl=(2)/175温度2导热油的定性温度Tmg4+G2309甲醇+水,导热油的密度Pt；Pskgnv,按定性温度查物性表860；1070甲醺+水，导热油的比热容Cl；CSJ(kg)按定性温度查物性表3836；2760甲醇

8、+水，导热油的导热系数4；4W(m)按定性温度查物性表0.66；0.99甲醇+水，导热油的粘度从；4Pas按定性温度查物性表0.1103.90.21l0-3甲醇+水导热油普朗特数Pr,;PrS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6.861XIO5导热油的质量流量町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%二（-133.9t2)ln(t,t2)流程型式初步确定12型管壳式换热器1壳程一2管程参数RR=(n,-0)/(0-f)1

9、参数PP=COF)/(Tif)0温度校正系数查图4.21有效平均温差BIm=(P每133.95,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(,n2)参考表4-1600初算传热面积4m2AO=Q/(K。tw)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192换热管内，外径4；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=40(ndL)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d/S,按接管内流体流速V404（外径*壁厚）3ms合理选取壳程数NSm1换热管排列形式分程

10、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nCnc=1.14n（夕卜加6根拉杆）12壳体内径mDi=S(久-1)+(1-2)d0.5换热管长径比LDiLDi3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Dbm按GB151-19990.497折流板缺口弦高hm取h=0.20,0.100折流板间距Bm取B=(021)Di0.15折流板数NbNb=LB-I9壳程进出口接管尺寸（外径*壁厚）disS,m合理选取13347,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uim/s%=4

11、wlNiJ(Pa兀d；)0.0356管程雷诺数Re.Rei=diuipii4592.4换热器壁温C假定260管程流W(体给热%m2ai=0.023Re0-8pjdi3119.94系数)管程进出口处uNtm/s4wlpt(djl-2Sjt)20.7508流速管程摩fi查表4-30.015擦因子管内摩擦压降PfPaPf=4fiN1LP,U./di(/4)m6.5396回弯压降PrPapr=4n/22.1799进出口局部压降Pn,PaPNt=I5/2363.5869管程压降P1PaPt=(APPr)Fj+APni372.3064管程最大允许压降P1Pa查表4-335000校核管程压降p,V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主工口-冗和E三里直径