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1、甲醇制氢装置冷凝器毕业设计目 录1 概述11.1 甲醇制氢工艺简介11.2 设计参数及介质特性数据 12 换热器选型23 换热器的工艺设计23.1确定设计方案23.1.1 热负荷及冷却水用量计算23.1.2 传热平均温度差的的计算23.1.3 计算传热面积33.2 计算工艺结构尺寸33.2.1 管径和管流速33.2.2 管程数和换热管数33.2.3 平均传热温差校正及壳程数 43.2.4 换热管排列和分程方法43.2.5 壳体径的确定43.2.6 折流板43.2.7 接管43.2.8 换热管束的分程53.3 接管位置最小尺寸53.4 接管尺寸63.4.1 管法兰的选择63.5 换热器核算73.
2、5.1 壳程表面传热系数73.5.3 污垢热阻和管壁热阻93.5.4 传热系数93.5.5 传热面积裕度93.6 换热器流体的流动阻力103.6.1 管程流体阻力103.6.2 壳程流体阻力104 换热器的机械设计124.1 计算筒体厚度124.1.1 筒体材料的选择124.1.2 筒体厚度124.2 计算管箱短节、封头厚度134.2.1 后管箱短节及封头厚度134.2.2 前管箱短节及封头厚度154.3 壳体上开孔补强计算174.4 浮头盖184.4.1 浮头盖的设计计算184.4.2 管程压力作用下（压）浮头盖的计算：194.4.3 壳程压力作用下（外压）浮头盖的计算194.5管板设计19
3、4.5.1 管板与壳体的连接194.5.2 管板与管箱的连接194.5.3 管板材料204.5.4 管板有关参数的确定204.5.5 管板厚度计算225 拉杆与定距管235.1 拉杆的结构形式235.2 拉杆的直径、数量及布置236 防冲板237 钩圈238 分程隔板249 法兰与垫片249.1 固定端的管箱法兰及垫片选择249.2 浮头端管箱法兰及壳体法兰及垫片选择249.3 壳程、管程接管法兰型式与尺寸259.4 浮头盖法兰及垫片选择2610鞍座2610.1 支反力计算2610.2 鞍座的型号及尺寸2710.3 鞍座的布置2811换热器的制造与检验要求2811.2 管箱2911.3 换热管
4、2911.4 管板2911.5 换热管与管板的连接2911.6 折流板29主要参考文献31 摘 要 氢气是一种重要的工业产品，而甲醇制氢相对于其他制氢工艺投入资金少、耗能低等条件，本设计是甲醇制氢装置中冷凝器的设计。 设计的第一半部分为工艺计算，根据甲醇制氢装置中转化器出来的物料物性条件作为设计条件来估算冷凝器所需要的换热面积，从而可以选择合适的换热器类型，校核传热系数，然后计算实际所需要的换热面积，最后计算换热器的相关参数。设计最后进行结构和机械设计，由选定的换热器类型进行换热器部零件的设计，包括：根据介质物性选择材料、管板厚度计算、浮头盖和浮头法兰厚度的计算、开孔补强计算等。最后设计结果可
5、通过图纸表现出来。 关于冷凝器设计的每个个环节，本设计说明书中有详细的介绍。关键词：换热器 管板 浮头盖 浮头 法兰 AbstractHydrogen is a kind of important industrial products, hydrogen and methanol compared with other hydrogen production process, less investment, low energy consumption condition of this design is the design of the condenser in methanol h
6、ydrogen production unit.Design calculation for the first half part of the process, according to the methanol converter in hydrogen production device of material property as a design conditions to estimate the required condenser heat transfer area, thus can choose the appropriate type heat exchanger,
7、 heat transfer coefficient, check and calculate the heat transfer area of the actual need, the last calculating the related parameters of the heat exchanger. Design the structure and mechanical design, according to the selected type of heat exchanger heat exchanger internal components (such as to ta
8、ke over, baffle, tube sheet, etc.) design, including: choose according to physical properties of the medium material, the tube plate thickness calculation, calculation of floating head cover and floating head flange thickness, opening reinforcement calculation, etc. The final design result by drawin
9、gs.On the condenser design of each part, there are detailed introduction in this design specification.Keywords: heat exchanger Floating head flange of floating head heat exchanger tube plate floating head cover .专业.专注. 甲醇制氢装置冷凝器设计1 概述1.1 甲醇制氢工艺简介 甲醇制氢装置设计采用甲醇裂解、吸收法脱二氧化碳和变压吸附工艺，增加吸附法的目的是为了提高氢气的回收率，同时
10、在需要二氧化碳时，也可以得到高纯度的二氧化碳。 本工艺流程大致经过以下步骤：甲醇与水按配比进入原料液储罐，通过计量泵进入换热器（E0101）预热，然后在汽化塔（T0101）汽化，再经换热器（E0102）过热到反应温度进入转化器（R0102），转化生成的氢气、二氧化碳以及为反应的甲醇和水蒸气等首先与原料液换热冷却（E0101），然后经水冷器（E0103）冷凝分离甲醇和水，这部分水和甲醇可以进入原料液储罐，水冷分离后气体进入吸收塔，经碳酸丙烯酯吸收分离二氧化碳，吸收饱和的吸收液进入解析塔降压解析后循环使用，最后进入PSA进一步分离参与的二氧化碳一氧化碳以及其他杂质得到一定纯度要求的氢气。其工艺流程
11、图如图1.1E0103冷凝器是甲醇制氢装置的重要设备，其主要作用是通过温度相对较低的水带走温度相对较高的热流体，包括两个方面的变化：（1） CO2、CO、H2的冷却以及；（2） CH3OH、H2O的冷却和冷凝。这两个过程可以满足工艺给定指标。1.2 设计参数及介质特性数据 本设计需要冷凝的混合气有较大的温差应力存在而且操作压力较高，混合气体有轻微的腐蚀性故混合气体走壳程，冷却水走管程。主要技术指标：（1） 壳程：混合气 入口：280，出口：25 (甲醇484.23 kg/h ，水408.57 kg/h ，二氧化碳645.98 kg/h，一氧化碳8.39 kg/h，氢气89.29 kg/h) 压
12、力：1.5MPa（2） 管程：循环水 入口：20，出口：30 压力：0.5MPa1.5MPa下各组分比定压热容为：PCO2=10.47 KJ/(Kg.K) PH2=14.65 KJ/(Kg.K) PCO=4.19 KJ/(Kg.K)2换热器选型 在冷凝器中混合气体介质从280降温到25。由于传热温差较大，而浮头式换热器中浮头可拆卸，管束与壳体的受热变形互不影响，因而不会产生热应力，必要时可以把管束从壳体抽出来，因此初步选为浮头式换热器。浮头式换热器的典型结构如图2.1图2.1 浮头式换热器3 换热器的工艺设计3.1确定设计方案 在冷凝器的设计计算中，根据本设计给定的设计条件选择合适的换热器，其
13、次计算换热的传热面积。3.1.1 热负荷及冷却水用量计算（1） CO2、CO、H2的冷却Q1=Cp m（T1-T2）=（10.47645.98+14.6589.29+4.198.39）（280-25）=2067000KJ/h （3.1） （2） 混合气体中甲醇的量很小可忽略不计，1.5MPa下的水的冷凝热为H=2135KJ/Kg，总冷凝热Q2=Hm=2135408.57=872000KJ/h （3.2）水显热变化 Q3=Cp m（T1-T2）=4.19 408.57 （280-25）=436500KJ/h （3.3） Q=Q1+Q2+Q3=3375500KJ/h 则冷却水用量W=Q/（Cpt）
14、=80560.86Kg/h （3.4）3.1.2 传热平均温度差的的计算 根据流动方向，分为逆流、并流、错流和折流。在逆流操作时，换热效率高，所以逆流操作在工程中经常采用，在本设计中首先按逆流计算，然后再进行校正。 先求逆流时的传热平均温度差： , ； （3.5）3.1.3计算传热面积 由于热流体为气体冷凝，冷流体为冷却水，传热系数 1 则有估算的传热面积： （3.6）3.2计算工艺结构尺寸3.2.1管径和管流速 （1）管径 近年来国常选用的管壳式换热器系列标准换热管规格为： 、。本设计壳程气体进出口温差大、冷却水属于较清洁的流体走管程。小直径管子用于较清洁的流体。所以本设计选用规格。 （2）管流速 管壳式换热器常用流速的围如表3.1液体在列管由于冷却水黏度小于，最大流速为，取管流速2。 表3.1 管壳式换热
