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甲醇制氢课程设计
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甲醇制氢生产装置设计毕业论文.doc
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生产能力为2800m?/h甲醇制氢生产装置设计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。目录前言-----------------------------------------------2目录-----------------------------------------------3摘要-----------------------------------------------3设计任务书-----------------------------------------4第一章工艺设计------------------------------------------51.1.甲醇制氢物料衡算--------------------------------------1.2.热量恒算----------------------------------------------第二章设备设计计算和选型：塔、换热设备、反应器-----82.1.解析塔的选择------------------------------------------2.2.换热设备的计算与选型----------------------------------2.3.反应器的设计与选型------------------------------------第三章机器选型------------------------------------------133.1.计量泵的选择------------------------------------------153.2.离心泵的选型第四章设备布置图设计----------------------------------154.1.管子选型----------------------------------------------174.2.主要管道工艺参数汇总一览表----------------------------84.3.各部件的选择及管道图----------------------------------第五章管道布置设计-------------------------------165.1.选择一个单参数自动控制方案----------------------------215.2.换热器温度控制系统及方块图课设总结-------------------------------------------28摘要本次课程设计是设计生产能力为2800m3/h甲醇制氢生产装置。在设计中要经过工艺设计计算，典型设备的工艺计算和结构设计，管道设计，单参数单回路的自动控制设计，机器选型和技术经济评价等各个环节的基本训练。在设计过程中综合应用所学的多种专业知识和专业基础知识，同时获得一次工程设计时间的实际训练。课程设计的知识领域包括化工原理、过程装备设计、过程机械、过程装备控制技术及应用、过程装备成套技术等课程。本课程设计是以甲醇制氢装置为模拟设计对象，进行过程装备成套技术的全面训练。设计包括以下内容和步骤：1、工艺计算。2、生产装置工艺设计。3、设备设计。分组进行。4、机器选型。5、设备不知设计。6、管道布置设计。7、绘制管道空视图。8、设计一个单参数、单回路的自动控制方案。9、对该装置进行技术经济评价。10、整理设计计算说明书。设计任务书一、题目：生产能力为2800m3/h甲醇制氢生产装置。二、设计参数：生产能为2800m3/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。四、图纸清单：1、物料流程图2、工艺流程图3、换热器总装图4、换热器零件图5、管道布置图6、管道空视图(PLB)第一章工艺设计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↑+H2CH3OHF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：2800m?/h=125kmol/h甲醇投料量为：125/2.1.312kg/h水投料量为：*1.5*18=kg/h(3)原料储液槽(V0101)进：甲醇kg/h，水kg/h。出：甲醇kg/h，水kg/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kg/h，水kg/h，总计2491.48kg/h出：生成CO*0.1.48kg/hH*2.kg/hCO*0..704kg/h剩余甲醇*0.01*32=13.512kg/h剩余水1.312/32*0..181kg/h总计2491.48kg/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=9.450.4MPa压力下ρCO2=pM/RT=4*44/[0.082*(273.15+25)]=7.20kg/m?CO2体积重量VCO2=.20=252.98m?/h据此，所需吸收液的量为252.98/9.45=26.764m?/h考虑吸收塔效率以及操作弹性需要，取吸收液量为26.764*3=80.296m?/h系统压力降至0.1MPa时，析出CO2量为346.04m?/h=1821.48kg/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。1.2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=1.3704MPa<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=.99/32*1000*(-49.66)=-2.076*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.=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)=2.076*106/(2.83*5)=1.467*105kg/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*.82*0-175)=8.446*105kj/h导热油Cp=2.825kj/(kg．K),于是其温度降为Δt=Q/(Cpm)=2.117*105/（2.86*3.668*104）=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。175℃甲醇H=727.2kj/kg水H=2031kj/kgQ=.2+8=3.298*106kj/h以300℃导热油Cp计算Cp=2.76kj/(kg．K)Δt=Q/(Cpm)=3.298*106/2.76*1.467*105)=8.15℃则导热油出口温度t2=312.958-8.15=304.808℃导热油系统温差为ΔT=320-304.808=15.192℃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Q=ΣcpmΔt=(.14+.30)*(175-25)=1.372*105kj/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)=1.372*105/(10.47*.65*250+4.19*395.2)=56.26℃换热器出口温度280-56.26=223.74℃(6)冷凝器(E0103)①CO2、CO、H2的冷却Q1=ΣcpmΔt=(10.47*.65*250+4.19*11.704)*(223.736-40)=3.kj/h②压力为1.5MPa时水的冷凝热为：H=2135kj/kg,总冷凝热Q2=H*m==8.438*105kj/h水显热变化Q3=cpmΔt=4.19*395.2*(223.74-40)=3.kj/hQ=Q1+Q2+Q3=4.kj/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)=4..19*10)=1.112*105kg/h
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