设备选型计算.docx
《设备选型计算.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《设备选型计算.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
设备选型计算
设备选型计算
.1催化剂的使用量
由合成段物料衡算得：
每小时入塔气量为42697.746kmol/h,即为
956429.510m7h,
合成塔的空速为13000riV（m3催化剂•h），则催化剂的使用量为：
956429.510
13000
=73.57m3
.2合成塔的设计
.2.1换热面积的确定
此次设计采用管壳式合成塔，管程走合成气，壳程走低压蒸汽，由热量衡算
In
得：
每小时的传热量为：
Q4=1.333108KJ=3.703107W，取传热系数为300W/
（m.°c），
合成塔入塔气的温度由
225C升至
255C;壳程水蒸气进口温度由
224C，贝U
合成气：
225C
—255C
水蒸气
:
224C
J200C
200C升至
“1=1C逬2=55C
=13.48C
In55
1
由Q=KS"m得：
传热面积S二严匸28兀右981°83m2
2.2换热管数的确定
查《化工机械设备基础》［18］，选用材质为00Cr18Ni5Mo3Si2、：
」382.5的无缝不锈钢管钢管，长度为12000mm正三角形排布，共需换热管根数：
n=_S二
9810.83=7335根
nd均L3.14汉0.0355勺2
由催化剂填充体积计算得需7169根换热管，符合要求。
因需设置拉杆18根，故实际换热管数为7317根。
2.3合成塔直径
由换热管外径查得相邻两换热管中心距为a=48mm对角线管数：
b=1.1.n=1.17317=94.09mm，则合成塔壳体直径为：
D=ab-121=4894.09-12238=4620.32mm，圆整为4650mm
2.4合成塔的壁厚设计
合成塔壳体材质采用18MnMoNb低合金钢钢材，壁厚的计算公式：
右=PcDi
2心“—Pc
其中封头与壳体采用双面对接焊，100僦损检测，故焊接系数审;=1.0壳程通入的是饱和水蒸气，查得240r下饱和水蒸气的压力为3.35MPa取设计压力pc=5MPa，外径Di=4650mm，查得在255r下的许用应力为（插值法）
〔二严二190MPa，由此计算得合成塔壳体的计算壁厚：
瞬5465062mm，取附加厚度C=1.25mm
2U©-pc2汉190-5
则名义壁厚j.n=621.2^63.25mm，圆整后去厚度为65mm
・2・5壳体设计液压强度校核
压力试验一般采用液压试验，进行液压实验的目的是，设备在试验条件下能确保不会损坏，则在实际生产操作中也就能保障生产的安全性，不会出现严重的生产事故，所以水压试验是一项重要的生产检验工作。
试验条件为常温，常温下换热器许用应力为―.l190MPa
由上面的计算，取试验压力卩丁=1.25卩吕
190
=1.2511.25MPa
190
压力试验的的应力校核应满足下面条件：
:
十丘P—0.9匕
2…
查表得：
常温下18MnMoNbR的屈服点为：
.^371.55MPa
则换热器壳体在试验压力下的计算应力:
而0.9；二=0.91.0371.55=334.395MPa
由上面计算可知匚tv0.9「；「s，所设计的换热器壳体厚度符合要求
壳体最高允许工作压力：
?
e=2190「°63.75".14MPa
Di+&4650+63.75
2.6合成塔封头设计
上下封头采用椭圆形封头，材质为18MnMoNbF直边高度为25mm取形状系数K=0.93，即D/2hi=1.9，封头内径为4650mm则hi=1224mm则封头的设计壁厚：
0.935.54650
2190-0.55.5
取封头的附加厚度为C=1.25mm，设计壁厚为64.3mm,圆整为65mm。
所设计的封头最大使用压力：
2.7折流板和管板的选择及设计
采用弓形折流板，材质为16MnR，折流板高度为
33
h=-Di=-4650=3487.5mm。
查得管径为38mm的换热管折流板间距最大为
44
2500mm取折流板间距为2000mm则所需折流板数为6块，拉杆数为18，直径为12mm管板直径4500,厚度150mm管板通过双面对接焊在筒体和封头之间。
2.8支座
支座采用裙座，裙座座体厚度为75mm，基础环内径4000mm，外径4800mm，基础环厚度为23mm,地脚螺栓公称直径M30，数量为24个。
3合成气进塔换热器的选型
（1）由热量衡算得：
换热器的热负荷为2.192X108KJ/h，即6.089X107V，
取总传热系数KWOOW/g2°C），加热器与合成气采用逆向换热,
出塔气：
255C
平均温差：
二打-：
t230-25
•：
tmtt27.42C
也t1.30
InIn
.：
t225
「：
ti=30C
由Q=KS.）tm得：
传热面积S-6.089102220.64m2
K汉也tm1000x27.42
（2）
查《化工机械设备基础》，选用材质为18MnMoNbR「382.5的无缝不锈钢管钢管，长度为9000mm正三角形排布，共需换热管根数：
由换热管外径查得相邻两换热管中心距为a=48mm对角线管数:
b=1.1、-n=1.1.2214>51.76mm，则合成塔壳体直径为：
D二ab-121=4851.76-12238=2588.48mm，圆整为2600mm
（3）合成塔壳体材质采用18MnMoNb低合金钢钢材，壁厚的计算公式：
5_PcDi
2Gf©一Pc
其中封头与壳体采用双面对接焊，100僦损检测，故焊接系数审;-1.0
壳程通入的是合成气，压力为5.2MPa,取设计压力pc=5.5MPa，外径Di=2600mm查得在225C下的许用应力为G严=197MPa，由此计算得合成塔壳体的计算壁厚：
P；Di=5.5汉2600=36.81mm，取附加厚度C=1.25mm
-pc2197-5.5
则名义壁厚、」=36.81•1.25=38.06mm，圆整后去厚度为40mm
（4）壳体进行水压试验：
由上面的计算，取试验压力卩丁=1.25p—f
=1.251197=1.25MPa
197
压力试验的的应力校核应满足下面条件:
而0.9；「s=0.91.0371.55=334.395MPa
由上面计算可知二tv09\「s，所设计的换热器壳体厚度符合要求
取封头的附加厚度为C=1.25mm设计壁厚为37.80mm圆整为40mm
所设计的封头最大使用压力
管程进口压力为5.2MPa,该设计符合要求。
（6）在操作压力下，管子每平方米胀接周边上所收到的力
其中f=0.8663d2=0?
84毘卩汉3=8mm1.15
44
p=5.2MPaI二50mm
由温差应力导致管子没平方米胀接周边上所受到的力
冗体截面积As=二D中心n=二264040=331584mm2
换热管的总截面积atd0~'din382214=617299mm
44
压力作用在壳体上的轴向力F2:
二22
QDi—nd0psnd「2、.
4-
二222
—2600-22143825.5221438-22.55.5
^2.579107N
压力作用在
76
617299
^L^』.577109.°1210=_10.948MPa
At
根据GB151-1999《管壳式换热器》：
；二=74.738MPa:
:
:
2I；一-f=394MPa
:
.~t~-10.948MPa:
:
:
2l；「（=394MPa
条件成立，故本设计的换热器不需安装膨胀节
4水冷器的选型
水冷器采用固定管板式换热器，壳体与换热管材质为16MnR由热量衡算得
水冷器的热负荷为4.590X107KJ,即1.275X107W,取传热系数
K=1000W/（m2°C）
出塔气：
85r
—
40r
冷却水
:
50C
25r
•进1=35C七=15C
平均温差：
人t1-餌235-15一
：
tm23.60C
1.t.35
InIn-
七15
由Q二KShm得：
传热面积SQ佃510540.25m2
K^tm1000汉23.60
由《典型化工单元操作设备设计》［19］附表查得所需型号G110CM-4.00-579.9,具体参数如下：
表6.1选定换热器相关参数
项目
规格
项目
规格
壳程/mm
1100
管子尺寸/mm
025X2.5
公称压强/Mpa
4.0
管长/m
9
公称面积/m2
579.9
管子总数
830
管程数
6
管子排列方法
三角形
5汽包的选型
由合成塔出来的水蒸气为224C，与来自加热器器的100C沸水经汽包进行换热后降为200E。
汽包采用管壳式换热器，壳体与换热管材质为16MnR,
采用浮头式换热器，由热量衡算得热负荷为1.333X108KJ,即3.703X107V,
取传热系数K^1100W/（m2°C）
热源：
224C—200C
冷源：
200C—100C
.：
ti=24C“2=100C
由Q=KS=tm得：
传热面积SQ3.703—10695.40m2
K7tm1000^53.25
由《典型化工单元操作设备设计》附表查得所需型号F1200W-4.00-709.5,
具体参数如下：
表6.2选定换热器相关参数
项目
规格
项目
规格
壳程/mm
1200
管子尺寸/mm
025X2.5
公称压强/Mpa
4.0
管长/m
9
公称面积/m2
709.5
中心排管子数
21
管程数
6
管子排列方法
三角形
6加热器的选型
由物料衡算的冷却水的用量为
244369.91kg/h,升温至100C,加热器热负荷
为3.07X107KJ,g卩8.526X06W，取传热系数K=1100W/（m2°C）
热源：
200°C—
100C
冷源
:
100C—
50C
辻1=100C
t=50C
平均温差：
街_兀-也t2
100-50
72.13C
t1In
100In
由Q二KS^tm得：
传热面积S-3.0710386.93m2
K汇心tm1100x72.13
由《典型化工单元操作设备设计》附表查得所需型号F1200W-2.5-402.2,
具体参数如下：
表6.3选定换热器相关参数
项目
规格
项目
规格
壳程/mm
1200
管子尺寸/mm
025X2.5
公称压强/Mpa
2.5
管长/m
6
公称面积/m2
402.2
中心排管数
22
管程数
2
管子排列方法
三角形
7分离器的设计
采用丝网除沫分离器，其具有比表面积大，质量轻，空隙大以及使用方便等优点。
令u=20m/s。
由物料衡算得分离器出口气量为810895.81m3/h，分离器内设100层除沫层。
除沫器的直径为:
»1严=丄4810895.81=2.27m
100.r：
u100-3.1420
选取不锈钢标准型除沫器，规格40-100,不锈钢丝网尺寸匚二。
分离器的高度
3000mm，裙座的直径2270mm,壁厚60mm,即上下封头壁厚也为60mm,直径
2270mm,材料选择15MnR。
8合成气压缩机选型
由物料衡算得每小时的进料量为42697.746kmol/h,即每分钟进料为15940.49m3,
采用沈阳鼓风机集团生产的2MCL807型压缩机，
表6.4压缩机参数
型号
代号
结构
形式
转速
/rpm
标准流量
3
/m/min
吸气压
力/MPa
出口压
力/MPa
轴功率
/kw
材料
2MCL
807
水平
剖分
9495
16230
0.097
5.5
7600
16MnR
9出塔气离心泵
由物料衡算得每小时的进料量为38562.65kmol/h,即每分钟进料为
3
14396.72m3,
采用沈阳鼓风机集团生产的AV100-17型压缩机,
表6.5压缩机参数
型号
结构
形式
转速
/rpm
标准流量
/m3/min
吸气压
力/MPa
出口压
力/MPa
轴功率
/kw
材料
AV100-17
轴流
7100
15130
0.12
5.3
7180
16MnR
10冷却水离心泵
由物料衡算的冷却水的用量为244369.91kg/h,即244.37m3/h,
表6.6离心泵参数
型号
转速
/rpm
流量m/h
扬程/H
效率/%
轴功率
/kw
汽蚀余量
/m
IS200-150
-315
1450
250
28.5
80
44.6
4.0
11粗产品泵
由物料衡算得每小时的粗产品质量为69483.772kg/h,查《甲醇工学》的含量为
33
90%的粗甲醇密度约为810kg/m，即为85.78m/h。
表6.7离心泵参数
型号
转速
/rpm
流量m/h
扬程/H
效率/%
轴功率
/kw
汽蚀余量
/m
100F-92A
2960
94.3
80.0
68
31.0
4.0
升级会员 