甲醇制氢2500课程设计.docx
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甲醇制氢2500课程设计
甲醇制氢2500课程设计
甲醇制氢2500课程设计
设计任务书一、题目：
生产能力为2500m3/h甲醇制氢生产装置二、设计参数：
生产能为2500m3/h三、计算内容：
1、工艺计算：
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）
工艺设计
甲醇制氢物料衡算.
（1）依据
甲醇蒸气转化反应方程式：
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:
1.5（mol）。
（2）投料量计算
代入转化率数据
CH3OH→0.99CO↑+1.982H2↑+0.01CH3OH
CO+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：
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：
甲醇1206.528kg/h，水1018.008kg/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1018.008-1206.528/32×0.9801×18=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。
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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：
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:
1.5（mol）。
（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
甲醇投料量为：
129.464/2.9601*32=1399.564kg/h水投料量为：
129.464/2.9601*1.5*181180.882kg/h
（3）原料储液槽（V0101）
进：
甲醇1399.564kg/h，水1180.882kg/h。
出：
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
（5）转化器（R0101）
进：
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
（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CO211.77m.
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/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
（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=1.3704MPa6.4mmb=2.53b0b0≤6.4mmDG=（D外+D内）/2b0>6.4mmDG=D外-2b螺栓受力计算Wa=πbDGy=594540.0NNmm2mm2预紧状态下需要的最小螺栓载荷Wa操作状态下需要的最小螺栓载荷Wp所需螺栓总截面积Am实际使用螺栓总截面积AbWp=Fp+F=467778.3Am=max（Ap,Aa）=3033.4nd12Ab=4=5637.6力矩计算FD=0.785Di2pc操=294375.0FG=Fp作=139274.8FT=F-FDMp=33891.8NNNLD=LA+0.5δ1=39.0LG=0.5（Db-DG）=36.0mmmmMD=FDLD=11480625.0MG=FGLG=5013968.5MT=FTLT=1457356.4N.mmN.mmN.mmN.mm=N.mmLT=0.5（LA+1+LG）mm=43.0外压:
Mp=FD（LD-LG）+FT（LT-LG）;内压:
Mp=MD+MG+MTMp=17951950.0NLG=36.0mmMa=WLG30591524.0预W=849751.6紧Ma计算力矩Mo=Mp与t[][]Moff中大者Mo=28151996.0N.mm螺栓间距校核实际间距最小间距最大间距DbLnLminLmaxmm=78.546.0（查GB150-98表9-3）97.0K=Do/DI=1.2801.810mmmm形状常数确定h0Di077.46由K查表9-5得整体法兰松式法兰查图9-7由1h/ho=0.3Z=4.133T=1.806Y=8.005VI=0.30827VL=0.00000U=8.797eFhI0eFhL0查图9-3和图9-4FI=0.86670查图9-5和图9-6FL=0.00000f=1.643270.011190.000000得U2U2h00d1h003VIVLf整体松式d10.2法兰=法兰=0.0318301.2d1=ψ=δ=1.43fe+1==/T0.79计算值4e11.573f许用值MPaMPa0.81n
=0.96结论剪应力校核预紧状态1WDil0.00Wp操作状态2Dil0.00t20.8n输入法兰厚度δf=38.0mm时,法兰应力校核应力性质轴向应力径向应力切向应力0T2ZRfDi计算值许用值15.[]tf=216.7或25.[]tn=408.9（按整体法兰设计.[]n）的任意式法兰,取15t结论MYMPa校核合格198.80RM02fDi63.54MPa[]tf=144.5校核合格MY0ZT2R49.54DfiMPa[]tf=144.5校核合格0.5（）,0.5（））综合max（HRHT=MPa应力131.17[]tf=144.5校核合格校核合格法兰校核结果窄面整体（或带颈松式）法兰计算设计条件设计压力p计算压力pc设计温度t轴向外载荷F外力矩M壳材料名称体许用应力法材料名称许用[]f材料名称应力[]tb螺栓根径d1数量nDiDbLe兰应力[]tf螺许用[]b栓公称直径dB[]tnMPaMPaCNN.mmMPaMPaMPaMPaMPammmm个DoD外LAN1a,1b640.0544.028.020.0D内hmb504.025.03.508.00简图1.5001.500200.00.00.016MnR（正火）163.616MnR（正火）157.0144.540Cr196.0163.620.017.324500.0600.020.0软垫片垫结构尺寸mm材料类型压紧面形状δ0δ1yDG12.022.044.8528.0片b0≤6.4mmb=b0b0>6.4mmb=2.53b0b0≤6.4mmDG=（D外+D内）/2b0>6.4mmDG=D外-2b螺栓受力计算Wa=πbDGy=594540.0NNmm2mm2预紧状态下需要的最小螺栓载荷Wa操作状态下需要的最小螺栓载荷Wp所需螺栓总截面积Am实际使用螺栓总截面积AbWp=Fp+F=467778.3Am=max（Ap,Aa）=3033.4nd12Ab=4=5637.6力矩计算FD=0.785Di2pc操=294375.0FG=Fp作=139274.8FT=F-FDMp=33891.8NNNLD=LA+0.5δ1=39.0LG=0.5（Db-DG）=36.0mmmmMD=FDLD=11480625.0MG=FGLG=5013968.5MT=FTLT=1457356.4N.mmN.mmN.mmN.mm=N.mmLT=0.5（LA+1+LG）mm=43.0外压:
Mp=FD（LD-LG）+FT（LT-LG）;内压:
Mp=MD+MG+MTMp=17951950.0NLG=36.0mmMa=WLG30591524.0预W=849751.6紧Ma计算力矩Mo=Mp与t[][]Moff中大者Mo=28151996.0N.mm螺栓间距校核实际间距最小间距最大间距DbLnLminLmaxmm=78.546.0（查GB150-98表9-3）97.0K=Do/DI=1.2801.810mmmm形状常数确定h0Di077.46由K查表9-5得整体法兰松式法兰查图9-7由1h/ho=0.3Z=4.133T=1.806Y=8.005VI=0.30827VL=0.00000U=8.797eFhI0eFhL0查图9-3和图9-4FI=0.86670查图9-5和图9-6FL=0.00000f=1.643270.011190.000000得U2U2h00d1h003VIVLf整体松式d10.2法兰=法兰=0.0318301.2d1=ψ=δ=1.43fe+1==/T0.79计算值4e11.573f许用值MPaMPa0.81n
=0.96结论剪应力校核预紧状态1WDil0.00Wp操作状态2Dil0.00t20.8n输入法兰厚度δf=38.0mm时,法兰应力校核应力性质轴向应力径向应力切向应力0T2ZRfDi计算值许用值15.[]tf=216.7或25.[]tn=408.9（按整体法兰设计.[]n）的任意式法兰,取15t结论MYMPa校核合格198.80RM02fDi63.54MPa[]tf=144.5校核合格MY0ZT2R49.54DfiMPa[]tf=144.5校核合格0.5（）,0.5（））综合max（HRHT=MPa应力131.17[]tf=144.5校核合格校核合格法兰校核结果
课程设计总结：
通过为期一个月的课程设计，我学到了很多专业方面的知识，如过热器的设计过程及步骤。
更重要的是让我体会到了团队合作的价值，自己的设计部分的好坏直接会影响到别人的进度和质量。
当然，我也有很多不足的地方，例如：
图中有些线形没有统一。
错误！
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：
在完成这次课程设计中，我非常感谢各位指导老师细心的辅导，以及本组同学的热情帮助。
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1.黄振仁，魏新利。
《过程装备成套技术设计指南（M）》。
北京：
化学工业出版社，20xx
2.黄振仁，魏新利。
《过程装备成套技术（M）》。
北京：
化学工业出版社，20xx3.时钧等。
化学工程手册（1.化工基础数据）（M）。
北京：
化学工业出版社，19894.GB150-1998《钢制压力容器》
5.JB/T4700-4707-20xx《压力容器法兰》
6.HG20592-20635-20xx《钢制管兰、垫片、紧固件》7.JB/T4712.1-20xx《鞍式支座》
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