《(工程设计)程装备与控制工程设计精品》由会员分享，可在线阅读，更多相关《(工程设计)程装备与控制工程设计精品（28页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、设计类型：过程装备与控制工程专业课程设计 设计题目：生产能力为700 m/h 甲醇制氢生产装置设计 设计人： 指导教师： 班级： 学号： 设计完成时间：2003年1月10日星期五 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
2、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.
3、 2 目录. 3 摘要. 3 设计任务书. 4 第一章工艺设计. 5 第二章设备设计计算和选型换热设备. 8 第三章机器选型. 13 第四章 设备布置图设计. 15 第五章管道布置设计. 16 第六章 自动控制方案设计. 21 第七章工程项目的经济评价. 24 结束语：. 28 致谢：. 29 参考文献：. 30 摘要 本次课程设计是设计生产能力为700m3/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
4、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700m3/h甲醇制氢生产装置 二、设计参数：生产能为700m3/h 三、计算内容： 1、工艺计算
5、：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) 第一章 工艺设计 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： CH3OHCO + 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. 5 MPa,醇水投料比1:
6、1.5(mol)。 (2)投料量计算 代如转化率数据 CH3OH 0.99 CO + 1.98 2H2 +0.01 CH3OH CO + 0.99 H2O 0.99 CO2 + 0.99 H2+ 0.01 CO 合并得到 CH3OH + 0.9801 H2O 0.9801 CO2 + 2.9601 H2 + 0.01 CH3OH+ 0.0099 CO 氢气产量为：700 m/h=31.250 kmol/h 甲醇投料量为： 31.250/2.9601 * 32=337.828 kg/h 水投料量为：337.828/32 * 1.5 * 18=285.042 kg/h (3)原料储液槽 (V010
7、1) 进：甲醇 337.828 kg/h，水 285.042 kg/h。 出：甲醇 337.828 kg/h，水 285.042 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 337.828 kg/h，水 285.042 kg/h，总计622.87 kg/h 出：生成CO2337.828/32 * 0.9801 * 44=455.370 kg/h H2 337.828/32 * 2.9601 * 2=62.500 kg/h CO337.828/32 * 0.0099 * 28=2.926 kg/h 剩余甲
8、醇 337.828/32 * 0.01 * 32=3.378 kg/h 剩余水 285.042- 337.828/32 * 0.9801 * 18 =98.796 kg/h 总计622.87 kg/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CO211.77 m. 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: 1177-232=9.45 0.4MPa压力下 CO2 = pM /RT =4 * 44/0.082 * (273.15 + 25) =7.20 kg/m CO2
9、体积重量 V CO2 =455.370/7.20 =63.232 m/h 据此，所需吸收液的量为 63.232/9.45 =6.691 m/h 考虑吸收塔效率以及操作弹性需要，取吸收液量为6.691 * 3=20.074m/h 系统压力降至0.1MPa时，析出CO2 量为 86.510 m/h = 455.370 kg/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
10、衡关系有： 0.4p甲醇 + 0.6 p水=1.5MPa 初设 T=170 p甲醇=2.19MPa; p水 =0.824MPa p总 =1.3704MPa 1.5MPa 再设 T=175 p甲醇=2.4MPA; p水 0.93MPa p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49.66 kj/mol,于是在转化器内需要共给热量为： Q反应=337.826*0.99/32*1000*(-49.66) =-5.190*105 kj/h 此热量有导热油系统带来，反应温度为280，可以选用导
11、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=2.85 kj/(kgK),Cp300=2.81 kj/(kgK) 取平均值Cp=2.83 kj/(kgK) 则导热油的用量 w=Q反应 /(Cpt)= 5.190*105/ (2.83*5)=3.668*104 kg/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=Cp mt=（1.90*337.828+4.82*285.042）*(280-175)=2.117*105 kj/
12、h 导热油 Cp=2.825 kj/(kgK),于是其温度降为 t=Q/(Cp m)= 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=727.2 kj/kg 水 H=2031 kj/kg Q=337.828 *727.2 +2031*285.042=8.246*105 kj/h 以300导热油Cp计算 Cp=2.76 kj/(kgK) t=Q/(Cp m)=2.36*106 /2.76*3.668*104)=8.145 则导热油出口温度
13、t2 =312.958-8.145=304.812 导热油系统温差为T=320-304.812=15.187 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=cpmt=(337.828*3.14 + 285.042 *4.30)*(175-25)=3.430*105 kj/h 管程： 取各种气体的比定压热容为： CpCO2 10.47 kj/(kgK) CPH2 14.65 kj/(kgK) CPH20 4.19 kj/(kgK) 则管程中反应后其体混合物的温度变化为： t=Q/(Cp * m)= 3.430*105 /(
14、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) CO2 、CO 、H2的冷却 Q1 =cpmt=(10.47*455.267+14.65*62.5+10.47*2.926)*(223.736-40)=1.05*10 6 kj/h 压力为1.5MPa时水的冷凝热为： H=2135kj/kg,总冷凝热Q2 =H * m=2135 *98.8=2.109*105 kj/h 水显热变化 Q3 =cpmt=4.19* 98.795*(223.736-40)=7.600*104 kj/h Q= Q1+ Q2+ Q3=1.407*106 kj/h 冷却介质为循环水，才用中温型凉水塔，则温差T=10 用水量 w=Q/(cpt)= 1.407*106/(4.19*10)=3.359*
