甲醇制氢2500课程设计Word格式.docx
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2500m3/h=111.607kmol/h
甲醇投料量为：
111.607/2.9601×
32=1206.528kg/h水投料量为：
1206.528/32×
1.5×
18=1018.008kg/h
（3）原料储液槽（V0101）
进：
甲醇1206.528kg/h，水1018.008kg/h。
出：
（4）换热器（E0101）,汽化塔（T0101）、过热器（E0103）没有物流变化
（5）转化器（R0101）
甲醇1206.528kg/h，水1018.008kg/h，总计2224.536kg/h出：
生成CO21206.528/32×
0.9801×
44=1625.962kg/hH21206.528/32×
2.9601×
2=223.215kg/hCO1206.528/32×
0.0099×
28=10.451kg/h
剩余甲醇1206.528/32×
0.01×
32=12.065kg/h剩余水1018.008-1206.528/32×
18=352.842kg/h
总计2224.536kg/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m3吸收液可溶解CO211.77m3.
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:
11．77-2．32=9.45
0.4MPa压力下ρCO2=pM/RT=4×
44/[0.082×
（273.15+25）]=7.20kg/m3CO2体积重量VCO2=1625.962/7.20=225.828m3/h
据此，所需吸收液的量为225.828/9.45=23.897m3/h
考虑吸收塔效率以及操作弹性需要，取吸收液量为23.897×
3=71.691m3/h系统压力降至0.1MPa时，析出CO2量为225.828m3/h=1625.962kg/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。
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,根据汽液平衡关系有：
0.4p甲醇+0.6p水=1.5MPa
初设T=170℃p甲醇=2.19MPa;
p水=0.824MPap总=1.3704MPa<
1.5MPa再设T=175℃p甲醇=2.4MPa;
p水0.93MPap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49.66kj/mol,于是在转化器内需要共给热量为：
Q反应=1206.528×
0.99/32×
1000×
（-49.66）=－1.854×
106kJ/h
此热量有导热油系统带来，反应温度为280℃，可以选用导热油温度为360℃，导热油温降设定为25℃，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：
Cp360℃=2.93kJ/（kg．K）,Cp300℃=2.81kJ/（kg．K）取平均值Cp=2.93kJ/（kg．K）
则导热油的用量w=Q反应/（CpΔt）=1.854×
106/（2.93×
55）=11504.8kg/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=ΣCpmΔt=（1.90×
1206.528+4.82×
1018.008）×
（280-175）=755916.2kJ/h导热油Cp=2.825kj/（kg．K）,于是其温度降为Δt=Q/（Cpm）=755916.2/（2.93×
11504.8）=22.4℃导热油出口温度为：
295-10.1=282.5
（4）汽化塔（T0101）
认为汽化塔仅有潜热变化。
175℃甲醇H=727.2kJ/kg水H=2031kJ/kgQ=1206.528×
727.2+2031×
1018.008=2944961.4kJ/h
以300℃导热油Cp计算Cp=2.76kj/（kg．K）Δt=Q/（Cpm）=2944961.4/（2.76×
11504.8）=92.7℃则导热油出口温度t2=282.5-92.7=189.75℃
导热油系统温差为ΔT=360-189.75=170.25℃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
5Q=ΣcpmΔt=（1206.528×
3.14+1018.008×
4.30）×
（175-25）=12.25×
10kJ/h管程：
取各种气体的比定压热容为：
CpCO2≈10.47kJ/（kg．K）CpH2≈14.65kJ/（kg．K）
CpH20≈4.19kJ/（kg．K）则管程中反应后其体混合物的温度变化为：
Δt=Q/（Cp×
m）=12.25×
105/（10.47×
1625.962+14.65×
223.215+4.19×
352.842）
=56.3℃
换热器出口温度280-56.3=223.7℃
（6）冷凝器（E0103）
①CO2、CO、H2的冷却
Q1=ΣcpmΔt=（10.47×
352.842）×
（223.7-40）=4.0×
10kJ/h②压力为1.5MPa时水的冷凝热为：
H=2135kJ/kg,总冷凝热Q2=H×
m=2135×
352.842=7.53×
105kJ/h水显热变化Q3=CpmΔt=4.19×
352.8×
（223.7-40）=2.72×
10kJ/h
Q=Q1+Q2+Q3=5.025×
冷却介质为循环水，才用中温型凉水塔，则温差ΔT=10℃
用水量w=Q/（CpΔt）=5.025×
106/（4.19×
10）=119928.4kg/h
5
扩展阅读：
甲醇制氢课程设计
甲醇制氢生产装置
姓名：
单位：
计算书说明书
前言---------------------------------------------设计任务书---------------------------------------第一章工艺设计-------------------------------------
1.1物料衡算1.2热量衡算
第二章设备设计计算和选型--过热器---------------------第三章机器选型-----------------------------------
3.1计量泵的选型3.2离心泵的选型
第四章设备布置图设计----------------------------------
4.1设备布置方案4.2主要设备的尺寸
第五章管道布置设计------------------------------------
5.1管子选型
5.2主要管道工艺参数汇总一览表5.3管道上阀门的选型5.4管件选型5.5管道布置图5.6管道空视图5.7法兰选型
5.8筒体保温材料一览表5.9管道仪表流程图
第六章自动控制方案设计-------------------------------第七章工程项目的经济评价----------------------------
7.1甲醇制氢装置的投资估算7.2总成本费用的估算与分析7.3甲醇制氢项目的财务评价
第八章数据校核--------------------------------------课程设计总结-------------------------------------------致谢参考文献前言
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。
错误！
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1.1.1甲醇制氢物料衡算.
CH3OH→CO↑+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1.5MPa,醇水投料比1:
（2）投料量计算代如转化率数据
CH3OH→0.99CO↑+1.982H2↑+0.01CH3OHCO+0.99H2O→0.99CO2↑+0.99H2↑+0.01CO↑合并得到
CH3OH+0.9801H2O→0.9801CO2↑+2.9601H2↑+0.01CH3OH+0.0099CO氢气产量为：
2900m/h=129.464kmol/h
129.464/2.9601*32=1399.564kg/h水投料量为：
129.464/2.9601*1.5*181180.882kg/h
甲醇1399.564kg/h，水1180.882kg/h。
（4）换热器（E0101）,汽化塔（T0101）、过热器（E0102）没有物流变化
甲醇1399.564kg/h，水1180.882kg/h，总计2580.446kg/h出：
生成CO2129.464/2.9601*0.9801*44=1886.104kg/hH2129.464/2.9601*2.9601*2=258.928kg/hCO129.464/2.9602*0.0099*28=12.124kg/h剩余甲醇129.464/2.9601*0.01*32=13.996kg/h
剩余水1180.882-129.464/2.9601*0.9801*18=409.294kg/h总计2580.446kg/h
此时每m吸收液可溶解CO211.77m.
0.4MPa压力下ρCO2=pM/RT=4*44/[0.082*（273.15+25）]=7.20kg/mCO2体积重量VCO2=1886.104/7.20=261.959m/h据此，所需吸收液的量为261.959/9.45=27.721m/h
考虑吸收塔效率以及操作弹性需要，取吸收液量为27.721*3=83.163m/h系统压力降至0.1MPa时，析出CO2量为261.959m/h=1886.104kg/h
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,根据汽液平衡关系有：
1.5MPa再设T=175℃p甲醇=2.4MPA;
2）转化器（R0101）
Q反应=337.826*0.99/32*1000*（-49.66）=-5.190*10kj/h
此热量有导热油系统带来，反应温度为280℃，可以选用导热油温度为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=2.85kj/（kg．K）,Cp300℃=2.81kj/（kg．K）取平均值Cp=2.83kj/（kg．K）
则导热油的用量w=Q反应/（CpΔt）=5.190*10/（2.83*5）=3.668*10kg/h
3）过热器（E0102）
气体升温所需热量为:
Q=ΣCpmΔt=（1.90*337.828+4.82*285.042）*（280-175）=2.117*10kj/h导热油Cp=2.825kj/（kg．K）,于是其温度降为
Δt=Q/（Cpm）=2.117*10/（2.86*3.668*10）=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。
54554175℃甲醇H=727.2kj/kg水H=2031kj/kgQ=337.828*727.2+2031*285.042=8.246*10kj/h以300℃导热油Cp计算Cp=2.76kj/（kg．K）Δt=Q/（Cpm）=2.36*10/2.76*3.668*10）=8.145℃则导热油出口温度t2=312.958-8.145=304.812℃导热油系统温差为ΔT=320-304.812=15.2℃基本合适
5）换热器（E0101）
Q=ΣcpmΔt=（337.828*3.14+285.042*4.30）*（175-25）=3.430*10kj/h管程：
CpCO2≈10.47kj/（kg．K）CPH2≈14.65kj/（kg．K）CPH20≈4.19kj/（kg．K）则管程中反应后其体混合物的温度变化为：
Δt=Q/（Cp*m）=3.430*10/（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）①CO2、CO、H2的冷却
Q1=ΣcpmΔt=（10.47*41886.104+14.65*258.928+4.19*12.124）*（223.736-40）=4.335*10kJ/h
②压力为1.5MPa时水的冷凝热为：
H=2135kj/kg,总冷凝热Q2=H*m=2135*409.294=8.74*10kJ/h
565564水显热变化Q3=cpmΔt=4.19*409.294*（223.736-40）=3.15*10kj/hQ=Q1+Q2+Q3=5.524*10kJ/h
冷却介质为循环水，才用中温型凉水塔，则温差ΔT=10℃用水量w=Q/（cpΔt）=5.524*10/（4.19*10）=1.318*10kg/h
6563.1计量泵的选择
往复泵是容积式泵。
在高压力小流量，输送粘度大的液体，要求精确计量即要求流量随压力变化小的情况下宜选用各种类型式的往复泵。
要求精确计量时，应用计量泵。
往复泵的流量可采用各种调节机构达到精确计量，即计量泵。
计量泵用于生产中需要精确计量，所输送介质的场合：
如注缓蚀剂，输送酸，碱等。
流量可在0-100%范围内调节，但一般应在30%-100%范围内使用，计量泵有柱塞式和隔膜式，柱塞式计量流量的精度高玉隔膜式。
J型计量泵适用于输送各种不含固体颗粒的腐蚀性和非腐蚀性介质。
甲醇制氢工艺需要精确的投料比，故应选用计量泵。
现工艺设计要求甲醇的投料量为337.826kg/h,水为285.041kg/h,现按工艺要求分别选择一台甲醇计量泵，一台纯水计量泵，一台原料计量泵。
已知条件：
1、甲醇正常投料量为337.826kg/h,温度为25℃,密度为0.807kg/h，操作情况为泵从甲醇储槽中吸入甲醇，送入与原料液储槽，与水混合。
2、水的正常投料量为285.041kg/h，温度为25℃,密度为0.997kg/h,操作情况为泵从纯水储槽中吸入水，送入原料液储槽，与甲醇混合。
3、原料液储槽出来的量为甲醇337.826kg/h,水285.041kg/h,温度为25℃，操作情况为泵从原料液储槽中吸入原料液，送入换热器。
3.11甲醇计量泵选型
工艺所需正常的体积流量为：
1399.564/0.807=1734.280L/h泵的流量Q=1.05*1734.280=1820.994L/h
工艺估算所需扬程30m,泵的扬程H=1.1*30=33m。
折合成计量泵的压力（泵的升压）P=ρHg=0.807*8.81*10-3*33=0.261Mpa泵的选型，查文献一，JZ-1000/0.32型计量泵的流量为1000L/h,压力为0.32Mpa,转速为126r/min,进出口管径为24mm,电机功率为1.1KW,满足需要。
3.1.2纯水计量泵的选型
1180.882/0.997=1184.435L/h泵的流量Q=1.05*1184.435=1243.657L/h.工艺估算所需扬程30M,泵的扬程：
H=1.1*30=33M折合成泵的压力：
P=Hρg=33*997*9.81/10=0.323Mpa
泵的选型：
查文献一，JZ-630/0.5型计量泵的流量为630L/h,压力为0.5Mpa,转速为126r/min,进出口管径为24mm,电机功率为1.1KW,满足要求。
3.1.3原料计量泵的选型
原料液密度：
ρ=807*1/（1+1.5）+997*1.5/（1+1.5）=921kg/m
（1399.564+1180.882）/（0.921）=2801.79L/h泵的流量Q=1.05*2801.79=2941.88L/h
工艺估算所需的扬程80M,泵的扬程H=1.1*80=88M折合成泵的压力P=ρHg=88*921*9.81/10=0.795MPa
泵的选型查文献一，JD-1000/1.3型计量泵的流量为1000L/h,压力为1.3MPa,转速为115r/min,电机功率为2.2KW,满足要求。
3.2离心泵的选型3.2.1吸收剂循环泵
碳酸丙烯酯吸收剂的用量为80.29m/h,温度为40℃,密度为1100kg/m,由吸收塔出口出来经泵送到吸收塔，选择离心泵作为吸收剂的输送泵。
工艺所需正常的体积流量为:
80.29m/h。
泵的流量Q=1.05*80.29=84.304m/h工艺估算所需的扬程30M泵的扬程H=1.1*30=33M
查文献一，选用IS型单级离心泵，IS100-65-200型离心泵，流量为100m/h,扬程为50m,转速为2900r/min,电机功率17.9KW,满足要求。
3.2.2冷却水泵。
冷凝水为循环水，采用中温型冷水塔,温差ΔT=10℃,用水量3.19*1180.882kg/h,温度为常温25℃，密度为997kg/m3,在冷凝器中进行换热，采用B型单级离心泵。
工艺上所需正常体积流量为3.19*1180.882/997=32m/h
33333363泵的流量：
Q=1.05*32=33.6m/h工艺估算所需的扬程30M泵的扬程H=1.1*30=33M
查文献一，选用B型单级离心泵BJ（B）50-40型离心泵,流量50m/h，扬程42m,转速2950r/min,电机功率10KW,满足要求
4.1设备布置方案
本次设备布置方案，采用设备在室外布置，具体设备布置方案和尺寸清参加设备布置图，比例为1:
100。
4.2主要设备的尺寸代号V0101V0102V0103T0101T0102T0103R0101E0101E0102E0103
计量泵甲醇计量泵纯水计量泵原料液计量泵
往复泵
吸收剂循环泵冷却水循环泵
代号
JZ-1000/0.32JZ-630/0.5JD-1000/1.3
流量L/h10006301000
压力MPa0.320.51.3
转速r/min126126115
电机功率KW1.11.12.2电机功率17.910
名称甲醇储罐纯水储罐原料液储罐气化塔吸收塔解析塔转化器预热器过热器冷凝器
高度mm1201*201*800660066006600
4505
直径mm201*201*201*800201*201*500
33代号流量L/h压力MPa转速r/minIS100-65-201*00652900BJ（B）50-40504029错误！
5．1管子选型（确定几种主要管道尺寸的方法如下）5.11脱盐水管径确定
脱盐水流量为1180.882kg/h,密度为997kg/m,流速取2m/s,由V=Л/4*dmm
根据标准选用DN15无缝钢管，壁厚取为2.5mm5.1.2走甲醇管的管径确定
甲醇流量为1399.564kg/h,密度为807kg/m,流速取为2m/s.同样由V=Л/4*d2*u=8.61mm，得d=22.3mm
根据标准选用DN25无缝钢管，壁厚取2.5MM5.1.3原料输送管
原料液用量为2580.446kg/h,密度为921kg/m,流速取为2m/s.则d=22.3mm根据标准选用DN15无缝钢管，壁厚度为2.5mm5.1.4进入吸收塔混合气体所需管径尺寸确定
混合气体质量为2157.156kg/h,密度0.557kg/m,流速35m/s.则d==197.8mm根据标准选用DN100无缝钢管，壁厚度为4mm5.1.5吸收液管子尺寸
吸收液量为83.163m
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