課程設(shè)計～(過程裝備與控制工程)

設(shè)計類型：過程裝備與控制工程專業(yè)課程設(shè)計0m3/h甲醇制氫生產(chǎn)裝置設(shè)計氫氣是一種重要的工業(yè)用品，它廣泛用于石油、化工、建材、冶金、電子、醫(yī)藥、電力、輕工、氣象、交通等工業(yè)部門和服務(wù)部門，由于使用要求的不同，這些部門對氫氣的純度、對所含雜質(zhì)的種類和含量也有著不同的要求。近年來隨著中國改革開放的進程，隨著大量高精產(chǎn)品的投產(chǎn)，對高純氫氣的需求量正在逐漸擴大。烴類水蒸氣轉(zhuǎn)化制氫氣是目前世界上應(yīng)用最普遍的制氫方法，是由巴登苯胺公司發(fā)明并加以利用，英國ICI公近年來，由于轉(zhuǎn)化制氫爐型的不斷改進。轉(zhuǎn)化氣提純工藝的不斷更新，烴類水蒸氣轉(zhuǎn)化制氫工藝成為目前生產(chǎn)氫氣最經(jīng)濟可靠的途徑。甲醇蒸氣轉(zhuǎn)化制氫技術(shù)表現(xiàn)出很好的技術(shù)經(jīng)濟指標，受到許多國家的重視。它具有以下的特點：流程簡單，故易于操作。前言.2目錄.3摘要.3設(shè)計任務(wù)書.4第一章工藝設(shè)計.5第二章設(shè)備設(shè)計計算和選型——換熱設(shè)備.8第三章機器選型.13第四章設(shè)備布置圖設(shè)計.15第五章管道布置設(shè)計.16第六章自動控制方案設(shè)計.21第七章工程項目的經(jīng)濟評價.24致謝：.29摘要在設(shè)計中要經(jīng)過工藝設(shè)計計算，典型設(shè)備的工藝計算和結(jié)構(gòu)設(shè)計，管道設(shè)計，單參數(shù)單回路的自動控制設(shè)計，機器選型和技術(shù)經(jīng)濟評價等各個環(huán)節(jié)的基本訓練。在設(shè)計過程中綜合應(yīng)用所學的多種專業(yè)知識和專業(yè)基礎(chǔ)知識，同時獲得一次工程設(shè)計時間的實際訓練。課程設(shè)術(shù)等課程。本課程設(shè)計是以甲醇制氫裝置為模擬設(shè)計對象，進行過程裝備成套技術(shù)的全面訓練。第一章工藝設(shè)計設(shè)計任務(wù)書CHOHCOH2↑CO+H2O—→CO2↑+H2(2)投料量計算代如轉(zhuǎn)化率數(shù)據(jù)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沒有物流變化剩余甲醇剩余水(6)吸收和解析塔0.4MPa壓力下ρCO2=pM/RT=4*44/[0.082*(273.15+25)]=7.20kg/m3VCOmh(8)各節(jié)點的物料量綜合上面的工藝物料恒算結(jié)果，給出物料流程圖及各節(jié)點的物料量。(1)氣化塔頂溫度確定kjmol共給熱量為：中查到導(dǎo)熱油的物性參數(shù)，如必定壓熱容與溫度的關(guān)系，可得：pkjkgK則導(dǎo)熱油的用量w=Q反應(yīng)/(CpΔt)=5.190*105/(2.83*5)=3.668*104kg/h由導(dǎo)熱油供給。氣體升溫所需熱量為jhtQCpm7*105/(2.86*3.668*104)=2.042℃T)2Hkjkg水H=2031kj/kg液體混合物升溫所需的熱量Qcpmt.042*4.30)*(175-25)=3.430*105kj/hCPH≈CPH≈K則管程中反應(yīng)后其體混合物的溫度變化為：Q1=ΣcpmΔt=(10.47*455.267+14.65*62.5+10.47*2.926)*(223.736-40)=1.05*106kj/hQcpmt4.19*98..795*(223.736-40)=7.600*104kj/hQ=Q1+Q2+Q3=1.407*106kj/h冷卻介質(zhì)為循環(huán)水，才用中溫型涼水塔，則溫差ΔT=10℃wQcpt3.359*104kg/h第二章設(shè)備設(shè)計計算和選型——換熱設(shè)備根據(jù)給定的工藝設(shè)計條件，此設(shè)計為無相變熱、冷流體間換熱的管殼式換熱器設(shè)計任務(wù)。①確定結(jié)構(gòu)形式。由于介質(zhì)換熱溫差不大，在工藝和結(jié)構(gòu)上均無特殊要求，因此選用固定管板式換熱器。②合理安排流程。安排水和甲醇的混合液體走管程，混合氣體走殼程。①原始數(shù)據(jù)計算內(nèi)容或項目管程流體名稱殼程流體名稱管程進、出口的溫度殼程進、出口的溫度管程、殼程的工作壓力管程的質(zhì)量流量(表2-1)②物料與熱量恒算計算內(nèi)容或項目換熱器效率符號單位Ti;T0ti;t0Wt℃ηW計算公式或來源計算公式或來源結(jié)果備注液混合氣體管程管程結(jié)構(gòu)設(shè)(表2-2)③有效平均溫差計算內(nèi)容或項目逆流對數(shù)平均溫度流程型式溫度校正系數(shù)有效平均溫差(表2-3)ΔtRPΦΔtM℃℃計算公式或來源ΔtM=ΦΔtlog結(jié)果備注程④初算傳熱面積計算內(nèi)容或項目初選總傳熱系數(shù)初算傳熱面積(表2-4)⑤換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計計算內(nèi)容或項目換熱管材料換熱管內(nèi)徑、外徑換熱管管長換熱管根數(shù)管程進出口接管尺寸(外徑*壁厚)計管程殼程數(shù)結(jié)構(gòu)換熱管排列形式換熱管中心距分程隔板槽兩側(cè)中A0符號單位符號單位選用碳鋼無縫鋼管di;dLnNidi;dLnNi根據(jù)管內(nèi)流體流速范圍選定mm1正三角形排1正三角形排列分程隔板槽兩側(cè)正方形排列，其余正三角形排列mSmS按標準管束中心排管數(shù)殼體內(nèi)徑換熱器長徑比實排熱管根數(shù)折流板形式折流板外直徑折流板缺口弦離折流板間距iDiL/DinDbhBmmmmL/L/D圖選定取取7彈弓形折流板折流板數(shù)殼程進出口接管尺寸bNb合理選取選取(表2-5)⑥結(jié)構(gòu)設(shè)計與強度設(shè)計1)換熱流程設(shè)計：采用殼程為單程、管程為雙程的結(jié)構(gòu)型式.的無縫鋼管，材料為20號鋼。熱管排列方式為三角形排列。如圖所示，共排列36考慮到內(nèi)部壓力較大，有腐蝕性等因素，取δ=4mm(圖2-1)7)法蘭：甲型。墊片種類。非金屬輕墊片，石棉橡膠板法蘭材料：板材16MnR筒體法蘭管程和殼程進出口接管法蘭選用帶頸平焊鋼制管法蘭 型式：重型第三章機器選型選用各種類型式的往復(fù)泵。要求精確計量時，應(yīng)用計量泵。1kg/h,現(xiàn)按工藝要求分別選擇一臺甲醇計量泵，一臺純水計量泵，一臺原料計量泵。與原料液儲槽，與水混合。料液儲槽，與甲醇混合。液，送入換熱器。a吸收塔，選擇離心泵作為吸收劑的輸送泵。n第四章設(shè)備布置圖設(shè)計本次設(shè)備布置方案，采用設(shè)備在室外布置，具體設(shè)備布置方案和尺寸清參加設(shè)備布置圖，比例為1:100。要設(shè)備的尺寸代號純水儲罐原料液儲罐氣化塔解析塔轉(zhuǎn)化器預(yù)熱器過熱器冷凝器計量泵代號純水計量泵原料液計量泵往復(fù)泵代號吸收劑循環(huán)泵冷卻水循環(huán)泵(表4-1)第五章管道布置設(shè)計5.1.4進入吸收塔混合氣體所需管徑尺寸確定5.2主要管道工藝參數(shù)匯總一覽表序號管道編號管內(nèi)介質(zhì)設(shè)計壓力MPa設(shè)計溫度℃管子規(guī)格材料123456789脫鹽水脫鹽水料液料液料液料氣料氣料氣料液料氣氫氣碳酸丙烯酯碳酸丙烯酯碳酸丙烯酯食品二氧碳油油油油冷卻水鍍鋅管鍍鋅管(表5-1)上閥門的選型序號管道編號aM12蘭法蘭、螺紋3蘭4法蘭、螺紋5蘭6法蘭、螺紋7法蘭、螺紋8蘭9蘭蘭法蘭法蘭蘭蘭(表5-2)管件與彎頭處采用焊接連接。P管線，支座情況清參見管道布置圖(具體定為參照參考文獻一)法蘭的選用主要根據(jù)工作壓力，管子外徑等參數(shù)，現(xiàn)將主要管道法蘭列表如下：管道編號管內(nèi)介設(shè)計壓力公稱直徑閥門公稱壓法蘭類型密封面形公稱壓力等質(zhì)力等級(MP式級(MPa)氣原料氣原料氣二氧化食品二氧化碳導(dǎo)熱油導(dǎo)熱油醇醇原料液原料液吸收液吸收液吸收液脫鹽水脫鹽水(表5-3)冷卻水帶頸平焊帶頸平焊帶頸平焊帶頸平焊帶頸平焊帶頸平焊帶頸平焊帶頸平焊帶頸平焊帶頸平焊帶頸平焊帶頸平焊帶頸平焊帶頸平焊帶頸平焊帶頸平焊帶頸平焊帶頸平焊帶頸平焊帶頸平焊覽表序號管道編號設(shè)計溫度℃保溫材料巖棉巖棉巖棉巖棉巖棉巖棉巖棉B巖棉巖棉巖棉巖棉巖棉巖棉巖棉巖棉B巖棉巖棉巖棉巖棉巖棉巖棉巖棉(表5-4)巖棉說明：本章補充說明：本章有些數(shù)據(jù)是參照本組其他同學的設(shè)計、計算數(shù)據(jù)，而關(guān)于汽化器、解析塔以及另外兩臺換熱器的相關(guān)數(shù)據(jù)通過推力假設(shè)所得。第六章自動控制方案設(shè)計6．1選擇一個單參數(shù)自動控制方案本組選擇溫度作為控制系數(shù)進行設(shè)計首先從被測點測出的溫度通過測量元件及變送器，將所測數(shù)值與定植進行比較，然后通過調(diào)節(jié)器讀對執(zhí)行器進行有所動作，以用來調(diào)節(jié)冷卻水的流量，以利于換熱器出來的氣體達到一個穩(wěn)定的溫度值，有效的控制好氣體V1V2V3V4V1V2V3V4(圖6-1)6.3換熱器溫度控制系統(tǒng)方塊圖(圖6-2)該溫度控制系統(tǒng)為一負反饋控制系統(tǒng)T表示被加熱介質(zhì)的出口溫度，是被調(diào)節(jié)參數(shù)TT表示溫度測量并將其變換為TC可接受的信號的儀表TC表示用來控制溫度的調(diào)整器氣動執(zhí)行閥是執(zhí)行器換熱器是被控制物理對象f表示干擾因素，有原料氣體流量變化，換熱器環(huán)境溫度的變化。第七章工程項目的經(jīng)濟評價7.1工程項目投資計算甲醇制氫裝置的投資估算VVVVmVVVkg器，上部為一填料塔(D=0.5M)kg7.2總成本費用的估算與分析(1)外購原材料購燃料(3)外購動力(4)工資(5)職工福利(6)固定資產(chǎn)折舊費%,年固定資產(chǎn)折曲額(7)修理費(8)租貸費本裝置不發(fā)生租貸費(9)攤銷費用(10)財務(wù)費用元(11)稅金稅按(12)其他費用(13)固定成本與變動成本成本費用一覽表序號項目合計/萬元序號項目合計/萬元1外購材料486．61職工工資20.02外購燃料8.7332職工福利費2.83外購動力14.81062固定資產(chǎn)折舊費8.54周轉(zhuǎn)資金借貸利息凈支出3.64修理費4.255匯兌損失凈支出5租賃費6金融機構(gòu)手續(xù)費6攤銷費用2.07其他費用12.17長期負債利息凈支出2.78稅金50.14(表7-1)由前面已知，甲醇裂解制氫裝置的固定資產(chǎn)投資估算為42.5萬元。總成本費用如上表所示。因該項目規(guī)模較小，因此只做財務(wù)評價，不再做國民經(jīng)濟評價及社會效益分析，從以上指標分析看，該項目的盈利能力是比較好的。應(yīng)付帳款=外購原材料、燃料、水費等全年的費用/周轉(zhuǎn)次數(shù)所以可見清償能力良好。BEP-年可變總成本-年銷售稅金)*100%=40.25/(835.6-525.8BEP(產(chǎn)量)=年固定總成本/(單位產(chǎn)品價格-單位產(chǎn)品可變成本-單位產(chǎn)品銷售稅金)=該值小。說明項目適應(yīng)市場需求能力大，抗風險能力強。并且節(jié)省