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1、甲醇制氢生产装置计算书说明书 目录前言 -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
2、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
3、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。 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 +
4、 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. 5 MPa,醇水投料比1:1.5(mol)。(2)投料量计算代如转化率数据CH3OH 0.99 CO + 1.98 2H2 +0.01 CH3OHCO + 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：2900 m/h=129.464 kmol/h甲醇投料量为： 129.464/2.9601 * 32=
5、1399.564 kg/h水投料量为：129.464/2.9601* 1.5 * 181180.882 kg/h(3)原料储液槽 (V0101)进：甲醇 1399.564 kg/h，水 1180.882 kg/h。出：甲醇 1399.564 kg/h，水 1180.882 kg/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 1399.564 kg/h，水1180.882 kg/h，总计2580.446 kg/h出：生成CO2129.464/2.9601 * 0.9801 * 44=1886.104 kg/h H2 12
6、9.464/2.9601 * 2.9601 * 2=258.928 kg/h CO129.464/2.9602 * 0.0099 * 28=12.124 kg/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 =409.294 kg/h总计2580.446 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
7、收塔的吸收能力为: 1177-232=9.450.4MPa压力下 CO2 = pM /RT =4 * 44/0.082 * (273.15 + 25) =7.20 kg/mCO2体积重量 V CO2 =1886.104/7.20 =261.959 m/h据此，所需吸收液的量为261.959/9.45 =27.721 m/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=83.163 m/h系统压力降至0.1MPa时，析出CO2 量为 261.959 m/h = 1886.104 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
8、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 + 0.6 p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1752) 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：
9、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/h3) 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
10、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/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=312.9584) 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/kgQ=337.828 *727.2 +2031*285.042=8.246*105 kj/h以300导热油Cp计算 Cp=2.76 k
11、j/(kgK)t=Q/(Cp m)=2.36*106 /2.76*3.668*104)=8.145则导热油出口温度t2 =312.958-8.145=304.812导热油系统温差为T=320-304.812=15.2 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
12、中反应后其体混合物的温度变化为：t=Q/(Cp * m)= 3.430*105 /(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*41886.104+14.65*258.928+4.19*12.124)*(223.736-40)=4.335*106 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 *409.294=8.74*105 kJ/h水显热变化 Q3 =
13、cpmt=4.19* 409.294*(223.736-40)=3.15*105 kj/hQ= Q1+ Q2+ Q3=5.524*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)= 5.524*106/(4.19*10)=1.318*105 kg/h第三章 机器选型3.1计量泵的选择 往复泵是容积式泵。在高压力小流量，输送粘度大的液体，要求精确计量即要求流量随压力变化小的情况下宜选用各种类型式的往复泵。要求精确计量时，应用计量泵。 往复泵的流量可采用各种调节机构达到精确计量，即计量泵。计量泵用于生产中需要精确计量，所输送介质的场合：如注缓蚀剂，输送酸，碱等。流量可在0-100%范围内调节，但一般应在30%-100%范围内使用，计量泵有柱塞式和隔膜式，柱塞式计量流量的精度高玉隔膜式。J型计量泵适用于输送各
