化工工艺课程设计

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　　　　长江大学

　　　　工程技术学院

　　　　化工工艺及设备课程设计

　　　　设计题目：　３４００　ｍ３　设计题目：生产能力为　３４００　ｍ３／ｈ　甲醇制氢生产装置设计　设　计　人：丁红林　丁俊松　高冉　郭先锋　指导教师：　指导教师：　班　组　级：　号：　张慢来　艾龙　白晓旭　江龙　陈晶晶　黄天成　江源

　　　　装备　０６０１　班　１　（　１　—１　１　号　）　２００９　２００９　年　１２　月　２０　日—２００９　年　１２　月　３１　日

　　　　设计时间：　设计时间：

　　　　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。

　　　　１

　　　　目

　　　　录

　　　　…………………………………………………………………………　前言　…………………………………………………………………………　１　…………………………………………………………………………　目录　…………………………………………………………………………　２　…………………………………………………………………………　摘要　…………………………………………………………………………　３　…………………………………………………………………　………４　设计任务书　…………………………………………………………………４　…………………………………………………………５　第一章　工艺设计　…………………………………………………………５　１．１．甲醇制氢物料衡算　……………………………………………………　……………………………………５　１．１．甲醇制氢物料衡算　……………………………………………………５　１．２．热量恒算　………………………………………………………………６　１．２．热量恒算　………………………………………………………………６

　　　　设备设计计算和选型：换热设备…………………………　第二章　设备设计计算和选型：换热设备…………………………９

　　　　２．１　………………………………………………　２．１．换热设备的计算与选型　………………………………………………９　…………………………………………………………１３　第三章　机器选型　…………………………………………………………１３　３．１．计量泵的选择　…………………………………………………………１　３．１．计量泵的选择　…………………………………………………………１３　３．２．离心泵的选型　…………………………………………………………１５　３．２．离心泵的选型　…………………………………………………………１５　………………………………………………　………　第四

章　管道布置设计　……………………………………………………１６　４．１．管子选型　４．１．管子选型　………………………………………………………………　１６　４．２．主要管道工艺参数汇总一览表　………………………………………１　４．２．主要管道工艺参数汇总一览表　………………………………………１８　４．３．各部件的选择及管道图…………………………………………………　４．３．各部件的选择及管道图…………………………………………………１９　各部件的选择及管道图………………………………………………　　　　设计…………………………………………　第五章　自动控制方案设计…………………………………………　２２

　　　　５．１．选择一个单参数自动控制方案…………………………………………２２　５．１．选择一个单参数自动控制方案…………………………………………２２　选择一个单参数自动控制方案　５．２．换热器温度控制系统及方块图…………………………………………２２　５．２．换热器温度控制系统及方块图…………………………………………２２　换热器温度控制系统及方块图…………………………………………　………………………………………………………………………２３　…………………………………………………………………　课设总结　………………………………………………………………………２３　………………………………………………………………………　………２４　参考文献　………………………………………………………………………２４

　　　　２

　　　　摘

　　　　要

　　　　本次课程设计是设计生产能力为　３４００ｍ３／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；　４、　机器选型；　５、　管道布置设计；　６、　绘制管道空视图；　７、　设计一个单参数、单回路的自动控制方案；　８、　整理设计计算说明书。　　　　３

　　　　设计任务书　一、题目：生产能力为　３４００　ｍ３／ｈ　甲醇制氢生产装置。

　　　　二、设计参数：生产能为　３４００　ｍ３／ｈ　。

　　　　三、计算内容：　１、工艺设计：物料衡算和能量衡算；　２、设备设计：　换热器的计算选型；　３、机器设计：泵的计算选型；　４、管道设计：管道布置图和空视图；　　　　四、图纸清单：　１、工艺流程图　２、物料流程图　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（ＰＬ０１０２－２０Ｌ１Ｂ）

　　　　４

　　　　第一章　工艺设计

　　　　１．１．甲醇制氢物料衡算．　１．１．甲醇制氢物料衡算．　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↑　＋　Ｈ２　ＣＨ３ＯＨ　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　ＣＨ３ＯＨ　ＣＯ　＋　０．９９　Ｈ２Ｏ　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：　甲醇投料量为：　水投料量为：　３４００　ｍ３／ｈ＝１５１．７８６　ｋｍｏｌ／ｈ　１５１．７８６／２．９６０１×３２＝１６４０．８７４　ｋｇ／ｈ　１６４０．８７４／３２×１．５×１８＝１３８４．４８７　ｋｇ／ｈ　—→　０．９９　ＣＯ２↑　＋　０．９９　Ｈ２↑＋　０．０１　ＣＯ↑　　　　（３）原料储液槽　（Ｖ０１０１）　进：甲醇　１６４０．８７４　ｋｇ／ｈ，水　１３８４．４８７　ｋｇ／ｈ。　出：甲醇　１６４０．８７４　ｋｇ／ｈ，水　１３８４．４８７　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　１６４０．８７４　ｋｇ／ｈ，水　１３８４．４８

７　ｋｇ／ｈ，总计　３０２５．３６１　ｋｇ／ｈ　出：生成　ＣＯ２　Ｈ２　ＣＯ　剩余甲醇　剩余水　１６４０．８７４／３２×０．９８０１×４４＝２２１１．３０３　ｋｇ／ｈ　１６４０．８７４／３２×２．９６０１×２＝３０３．５７２　ｋｇ／ｈ　１６４０．８７４／３２×０．００９９×２８＝１４．２１４　ｋｇ／ｈ　１６４０．８７４／３２×０．０１×３２＝１６．４０９　ｋｇ／ｈ　１３８４．４８７－　１６４０．８７４／３２×０．９８０１×１８　＝４７９．８６３ｋｇ／ｈ

　　　　５

　　　　总计　（６）吸收和解析塔

　　　　３０２５．３６１　ｋｇ／ｈ

　　　　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　ｍ３吸收液可溶解　ＣＯ２　１１．７７　ｍ３．　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＝９．４５　０．４ＭＰａ　压力下　ρＣＯ２　＝　ＰＭ　／ＲＴ　＝４×４４／［０．０８２×（２７３．１５＋２５）］　＝７．２０　ｋｇ／ｍ３　ＣＯ２　体积重量　ＶＣＯ２　＝２２１１．３０３／７．２０　＝３０７．１２５　ｍ３／ｈ　据此，所需吸收液的量为　３０７．１２５／９．４５　＝３２．５００　ｍ３／ｈ　考虑吸收塔效率以及操作弹性需要，取吸收液量为　３２．５００×３＝９７．５００ｍ３／ｈ　系统压力降至　０．１ＭＰａ　时，析出　ＣＯ２　量为　３０７．１２５　ｍ３／ｈ　＝　２２１１．３００　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。　１．２　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　＝０．８２４ＭＰａ　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＝１６４０．８７４×０．９９／３２×１０００×（－４９．６６）　＝－２．５２１×１０６　ｋＪ／ｈ　　　　６

　　　　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／（ｋｇ．Ｋ），Ｃｐ３００℃＝２．８１　ｋＪ／（ｋｇ．Ｋ）　取平均值　Ｃｐ＝２．８３　ｋＪ／（ｋｇ．Ｋ）

　　　　６　５

　　　　则导热油的用量　Ｗ＝Ｑ　反应　／（ＣｐΔｔ）＝　２．５２１×１０　／（２．８３×５）＝１．７８２×１０　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＝ΣＣｐ　ｍΔｔ＝　（１．９０×１６４０．８７４＋４．８２×１３８４．４８７）　×（２８０－１７５）＝１．０２８×１０６　ｋＪ／ｈ　导热油　Ｃｐ＝２．８２６　ｋＪ／（ｋｇ．Ｋ），于是其温度降为　Δｔ＝Ｑ／（Ｃｐ　ｍ）＝　１．０２８×１０　／（２．８２６×１．７８２×１０　）＝２．０４１℃　导热油出口温度为　：３１５－２．０４１＝３１２．９５９　（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

　　　　６　５

　　　　Ｑ＝１６４０．８７４　×７２７．２　＋２０３１×１３８４．４８７＝４．００５×１０６　ｋＪ／ｈ　以　３００℃导热油　Ｃｐ　计算　Ｃｐ＝２．７６　ｋＪ／（ｋｇ．Ｋ）　Δｔ＝Ｑ／（Ｃｐ　ｍ）＝　４．００５×１０　／（２．７６×１．７８２×１０　）＝８．１４℃　则导热油出口温度　ｔ２　＝３１２．９５９－８．１４＝３０４．８１９℃　导热油系统温差为ΔＴ＝３２０－３０４．８１９＝１５．１８１℃　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＝（１６４０．８７４×３．１４　＋　１３８４．４８７×４．３０）×（１７５－２５）＝１．６６６×１０６　ｋＪ／ｈ　管程：

　　　　６　５

　　　　７

　　　　取各种气体的比定压热容为：　ＣｐＣＯ２　≈　１０．４７　ｋＪ／（ｋｇ．Ｋ）　ＣＰＨ２　≈　１４．６５　ｋＪ／（ｋｇ．Ｋ）　ＣＰＨ２０　≈　４．１９　ｋＪ／（ｋｇ．Ｋ）　则管程中反应后其体混合物的温度变化为：　Δｔ＝Ｑ／（Ｃｐ×ｍ）　＝　１．６６６×１０　／（１０．４７×２２１１．３０３＋１４．６５×３０３．５７２＋４．１９×４７９．８６３）＝　５６．３℃　换热器出口温度　２８０－５６．３＝２２３．７℃　（６）冷凝器（Ｅ０１０３）　①ＣＯ２　、ＣＯ　、Ｈ２　的冷却　Ｑ１＝ΣＣｐｍΔｔ　＝（１０．４７×２２１１．３０３＋１４．６５×３０３．５７２＋４．１９×１４．２１４）×（２２３．７－４０）　＝５．０８１×１０

　　　　６　６

　　　　ｋＪ／ｈ

　　　　②压力为　１．５ＭＰａ　时水的冷凝热为：　Ｈ＝２１３５ｋＪ／ｋｇ，总冷凝热　Ｑ２　＝Ｈ×ｍ＝２１３５×４７９．８６３＝１．０２５×１０６　ｋＪ／ｈ　水显热变化　Ｑ３　＝ＣｐｍΔｔ＝４．１９×４７９．８６３×（２２３．７－４０）＝３．６９４×１０５　ｋＪ／ｈ　Ｑ＝　Ｑ１＋　Ｑ２＋　Ｑ３＝６．４７５×１０６　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）＝　６．４７５×１０６／（４．１９×１０）＝１．５４５×１０５　ｋｇ／ｈ

　　　　８

　　　　第二章　设备设计计算和选型

　　　　２．１　２．１．换热设备的计算与选型　２．１．１．设计任务　．１．１．设计任务　根据给定的工艺设计条件，此设计为无相变热、冷流体间换热的管壳式换热　器设计任务。　２．１．２．总体设计　１．２　①确定结构形式。由于介质换热温差不大，在工艺和结构上均无特殊要求，因此　选用固定管板式换热器。　②合理安排流程。安排水和甲醇的混合液体走管程，混合气体走壳程。　２．１．３．热工计算　１．３　①原始数据　计算内容或项目　符号　单位　计算公式或来　源　管程流体名称　甲醇和水混合　液　壳程流体名称　管程进、出口的温度　Ｔｉ；Ｔ０　壳程进、出口的温度　ｔｉ；ｔ０　管程、壳程的工作压力ｐｔ；ｐｓ　管程的质量流量　（表　２－１）　②物料与热量恒算　计算内容或项目　符号　单位　计算公式或来源　结果　备注

　　　　９

　　　　结果

　　　　备注

　　　　混合气体　℃　℃　ＭＰａ　ｋｇ／ｓ　已计算　已计算　已计算　已计算　２５；　１７５　２８０；２２３．７　１．５；１．５　０．８４

　　　　Ｗｔ

　　　　换热器效率　负荷　壳程的质量流量　（表　２－２）　③有效平均温差　计算内容或项目　逆流对数平均温度　流程型式

　　　　η　Ｑ　ｗｓ　Ｗ　ｋｇ／ｓ

　　　　取用

　　　　０．９８　１．６６６×１０　０．８４

　　　　６

　　　　符号

　　　　单位　计算公式或来源

　　　　结果　１４６．９２

　　　　备注

　　　　Δｔｌｏｇ　℃

　　　　初步确定　１－２　型管壳式换热　１　壳程－２　器　管程　０．３７５　０．５８８　查图　４－２　℃　ΔｔＭ　＝　ΦΔｔｌｏｇ　０．９５　１４１．０４１

　　　　参数　参数　温度校正系数　有效平均温差　（表　２－３）　④初算传热面积　计算内容或项目　初选总传热系数　初算传热面积　（表　２－４）　⑤换热器结构设计　计算内容或项目　管　程　结　换热管材料　换热管内径、外径ｄｉ；ｄ　换热管管长　Ｌ　符号

　　　　Ｒ　Ｐ　Φ　ΔｔＭ

　　　　符号　Ｋ０　Ａ０

　　　　单位

　　　　计算公式或来源　结果　２４０　４９．０４

　　　　备注

　　　　Ｗ／（ｍ２．℃）　参考表　４－１　ｍ２

　　　　单位

　　　　计算公式或来源　选用碳钢无缝钢管

　　　　结果

　　　　备注

　　　　ｍ　ｍ　选用　９ｍ　标准管长折半

　　　　０．０２５；０．０２１　１．５

　　　　１０

　　　　构　设　计

　　　　换热管根数　管程数

　　　　ｎ　Ｎｉ　ｍ　根据管内流体流速范围选定　按接管内流体流速＜３ｍ／ｓ　合理选取　　　　２４（圆整）　２

　　　　管程进出口接管　ｄＪｔ×ＳＪｔ　尺寸（外径×壁　厚）

　　　　φ１３３×　４

　　　　管程　壳程数　结构　换热管排列形式　设计　换热管中心距

　　　　Ｎｓ

　　　　１　分程隔板槽两侧正方形排列，其余正正三角形排　三角形排列　列

　　　　Ｓ

　　　　ｍ

　　　　Ｓ＝１．２５ｄ　或按标准　按标准

　　　　０．０３２　０．００４

　　　　分程隔板槽两侧　Ｓｎ　中心距　管束中心排管数　ｎｃ　壳体内径　换热器长径比　实排热管根数　折流板形式　Ｄｉ　Ｌ／　Ｄｉ　ｎ　ｍ

　　　　７　０．１７１　Ｌ／　Ｄｉ　作图　选定　８．７７１　３６　弹弓形折流　板　合理

　　　　折流板外直径

　　　　Ｄｂ

　　　　ｍ　ｍ　ｍ

　　　　按　ＧＢ１５１－１９９９　取　取

　　　　０．１６８　０．０３４２　０．１７１　１６　选取

　　　　折流板缺口弦离　ｈ　折流板间距　折流板数　Ｂ　Ｎｂ

　　　　壳程进出口接管　ｄＪｓ×ＳＪｓ　尺寸　（表　２－５）　⑥结构设计与强度设计

　　　　合理选取

　　　　φ１３３×　４

　　　　１）换热流程设计：采用壳程为单程、管程为双程的结构型式．　２）换热管及其排列方式：采用的无缝钢管，材料为　２０　号钢。热管排列方式为三角　形排列。如图所示，共排列　３６　根。

　　　　１１

　　　　３）折流板：采用通用的单弓形折流板，材料为　Ｑ２３５－Ｂ　钢，板厚　６ｍｍ，板数　１６　块。　４）拉杆：采用　Ｑ２３５－Ｂ，　ｍｍ，共　６　根。　５）筒体：材料采用　１６ＭｎＲ　钢，采用钢管，取　Ｄｎ＝２１９ｍｍ　６）封头：采用标准椭圆形封头，材料采用　１６ＭｎＲ　钢。　取　Ｄｎ＝２１９ｍｍ　采用标准封头，长径是短径的　２　倍，即　５４．７５　取　５５　筒体厚度　δ　＝１．０５ｍｍ　考虑到内部压力较大，有腐蚀性等因素，取　δ＝４ｍｍ　封头　ｈ２＝２５ｍｍ　（图　２－１）　７）法兰：甲型。垫片种类。非金属轻垫片，石棉橡胶板　法兰材料：板材　１６ＭｎＲ　螺栓材料：３５　螺母材料：Ｑ２３５－Ｂ　筒体法兰　选用甲型平焊法兰　ＪＢ４７０１－９２，密封面选用平密封面　ＪＢ４７０１－９２　法兰　ＰⅡ　２１９－１６Ｍ　ＤＮ＝３００　Ｄ＝４３０，Ｄ１＝３９０，Ｄ２＝３５５，Ｄ３＝３４５，Ｄ４＝３４５，δ＝３４２，螺柱：Ｍ２０，１６　个　管程和壳程进出口接管法兰　选用带颈平焊钢制管法兰

　　　　１２

　　　　ｈ１＝５５ｍｍ

　　　　尺寸分别为：　管程：　Ｄ＝１４０，Ｋ＝１００，Ｌ＝１８，ｎ＝４，Ｔｈ＝Ｍ１６，Ｃ＝１８，Ｂ１＝３９，Ｎ＝６０，Ｒ＝５，Ｈ＝３０，质量＝２．０２ｋｇ　壳程：Ｄ＝１８５，Ｋ＝１４５，Ｌ＝１８，ｎ＝４，Ｔｈ＝Ｍ１６，Ｃ＝２－，Ｂ１＝７８，Ｎ＝１０４，Ｒ＝６，Ｈ＝３２，质量＝３．６６　（图　２－２）　８）管板：采用固定式管板，其厚度可以按照　ＧＢ１５１《管壳式换热器》标准进行设　计，取　４０ｍｍ。　９）支座：　型式：重型　安装形式，固定式，代号　Ｆ　材料：Ｑ２３５－Ａ．Ｆ　结构特征，　包角，弯制，单筋，不带垫板　标记：ＪＢ／Ｔ　４７１２－９２　鞍座　ＢＶ２１９－Ｆ　管方式。

　　　　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。

　　　　１３

　　　　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种不含固体颗　粒的腐蚀性和非腐蚀性介质。　甲醇制氢工艺需要精确的投料比，故应选用计量泵。现工艺设计要求甲醇的　投料量为　１６４０．８７４　ｋｇ／ｈ，水为　１３８４．４８７　ｋｇ／ｈ，现按工艺要求分别选择一台甲醇　计量泵，一台纯水计量泵，一台原料计量泵。　已知条件：

　　　　３

　　　　１、甲醇正常投料量为　１６４０．８７４　ｋｇ／ｈ，温度为　２５℃，密度为　０．８０７ｋｇ／　ｍ　，操作情　况为泵从甲醇储槽中吸入甲醇，送入与原料液储槽，与水混合。　２、水的正常投料量为　１３８４．４８７　ｋｇ／ｈ，温度为　２５℃，密度为　０．９９７ｋｇ／　ｍ３，操作情　况为泵从纯水储槽中吸入水，送入原料液储槽，与甲醇混合。　３、原料液储槽出来的量为甲醇　１６４０．８７４　ｋｇ／ｈ，水　１３８４．４８７　ｋｇ／ｈ，温度为　２５℃，　操作情况为泵从原料液储槽中吸入原料液，送入换热器。　３．１．　３．１．１　甲醇计量泵选型　工艺所需正常的体积流量为：１６４０．８７４／０．８０７＝２０３３．３０１Ｌ／ｈ　泵的流量　Ｑ＝１．０５×２０３３．３０１＝２１３４．９７Ｌ／ｈ　工艺估算所需扬程　３０ｍ，泵的扬程　Ｈ＝１．１×３０＝３３ｍ。　折合成计量泵的压力（泵的升压）Ｐ＝ρＨｇ＝３３×８０７×９．８１／１０６＝０．２６１Ｍｐａ　泵的选型，查资料，ＪＤ－１２５０／１　型计量泵的流量为　１２５０Ｌ／ｈ，压力为　１Ｍｐａ，转速为　９１ｒ／ｍｉｎ，进出口管径为　３０／３２ｍｍ，电机功率为　２．２ＫＷ，两个并联，满足需要。

　　　　１４

　　　　３．１．２　纯水计量泵的选型　工艺所需正常的体积流量为：１３８４．４８７　／０．９９７＝１３８８．６５Ｌ／ｈ　泵的流量　Ｑ＝１．０５×１３８８．６５＝１４５８．０８Ｌ／ｈ．　工艺估算所需扬程　３０ｍ，泵的扬程：Ｈ＝１．１×３０＝３３ｍ　折合成泵的压力：Ｐ＝Ｈρｇ＝３３×９９７×９．８１／１０　＝０．３２３Ｍｐａ　泵的选型：查资料，ＪＺ－８００／０．４　型计量泵的流量为　８００Ｌ／ｈ，压力为　０．４Ｍｐａ，转速　为　１０２ｒ／ｍｉｎ，进出口管径为　１５／３２ｍｍ，电机功率为　０．７５ＫＷ，　两个并联，满足要求。　３．１．３　原料计量泵的选型　原料液密度：ρ＝８０７×１／（１＋１．５）＋９９７×１．５／（１＋１．５）＝９２１ｋｇ／ｍ３　工艺所需正常的体积流量为：　（１３８４．４８７＋１６４０．８７４）／（０．９２１）＝３０２５．３６１／０．９２１＝３２８４．８６６Ｌ／ｈ　泵的流量　Ｑ＝１．０５×３２８４．８６６＝３４４９．１１Ｌ／ｈ　工艺估算所需的扬程　８０ｍ，泵的扬程　Ｈ＝１．１×８０＝８８ｍ　折合成泵的压力　Ｐ＝ρＨｇ＝８８×９２１×９．８１／１０６＝０．７９５ＭＰａ　泵的选型查资料，ＪＤ－１２５０／１　型计量泵的流量为　１２５０Ｌ／ｈ，压力为　１Ｍｐａ，转速为　９１ｒ／ｍｉｎ，进出口管径为　３０／３２ｍｍ，电机功率为　２．２ＫＷ，三个并联，满足需要。　３．２　离心泵的选型　３．２．１　吸收剂循环泵　已知条件：碳酸丙烯酯吸收剂的用量为　９７．５ｍ３／ｈ，温度为　４０℃，密度为　１１００ｋｇ／ｍ　３，由吸收塔出口出来经泵送到吸收塔，选择离心泵作为吸收剂的输送　泵。　　　　１５

　　　　６

　　　　工艺所需正常的体积流量为：９７．５ｍ３／ｈ。　泵的流量　Ｑ＝１．０５×９７．５＝１０２．３７５ｍ　／ｈ　工艺估算所需的扬程　３０ｍ　泵的扬程　Ｈ＝１．１×３０＝３３ｍ　泵的选型：查资料，选用　ＩＳ　型单级离心泵，ＩＳ１００－６５－２００　型离心泵，流量为　１２０ｍ　３／ｈ，扬程为　４７ｍ，转速为　２９００ｒ／ｍｉｎ，电机功率　２２ＫＷ，满足要求。　３．２．２　冷却水泵　已知条件：冷凝水为循环水，采用中温型冷水塔，温差　ΔＴ＝１０℃，用水量　３．１９×１３８４．４８７ｋｇ／ｈ，温度为常温　２５℃，密度为　９９７ｋｇ／ｍ３，在冷凝器中进行换热，　采用　Ｂ　型单级离心泵。　工艺上所需正常体积流量为　３．１９×１３８４．４８７／９９７＝４．４３ｍ３／ｈ　泵的流量：Ｑ＝１．０５×４．４３＝４．６５ｍ　／ｈ　工艺估算所需的扬程　３０ｍ　泵的扬程　Ｈ＝１．１×３０＝３３ｍ　泵的选型：查资料，选用　Ｂ　型单级离心泵　ＢＪ（Ｂ）２５－４０　型离心泵，流量　２５ｍ　３／ｈ，　扬程　４０ｍ，转速　２９５０ｒ／ｍｉｎ，电机功率　５．５ＫＷ，满足要求。

　　　　３　３

　　　　第四章

　　　　管道布置设计

　　　　４．１　管子选型（确定几种主要管道尺寸的方法如下）　４．１　管子选型

　　　　１６

　　　　４．１．１　脱盐水管径确定　．１．　脱盐水流量为　１３８４．４８７ｋｇ／ｈ，密度为　９９７ｋｇ／ｍ　，流速取　２ｍ／ｓ　由　Ｑ＝ｄ　ｕπ／４　得　ｄ＝　１５．７ｍｍ　根据标准选用　ＤＮ２０　钢管，壁厚取为　２．５ｍｍ　４．１．２　走甲醇管的管径确定　甲醇流量为　１６４０．８７４ｋｇ／ｈ，密度为　８０７ｋｇ／ｍ３，流速取为　２ｍ／ｓ　则　ｄ＝１９ｍｍ　根据标准选用　ＤＮ２０　钢管，壁厚取　２．５ｍｍ　４．１．３　原料输送管　原料

液用量为　３０２５．３６１ｋｇ／ｈ，密度为　９２１ｋｇ／ｍ３，流速取为　２ｍ／ｓ　则　ｄ＝２４．１ｍｍ　根据标准选用　ＤＮ２５　缝钢管，壁厚度为　３．２５ｍｍ　４．１．４　进入吸收塔混合气体所需管径尺寸确定　混合气体质量为　２５２９．０８９　ｋｇ／ｈ，密度　０．５５７ｋｇ／ｍ３，流速　３５ｍ／ｓ　则　ｄ＝２１４ｍｍ　根据标准选用　ＤＮ２２５　无缝钢管，壁厚度为　４ｍｍ　４．１．５　吸收液管子尺寸　吸收液量为　９７．５ｍ３／ｈ，密度为　１１０ｋｇ／ｍ３，流速　２．５ｍ／ｓ　则　ｄ＝１１７．５ｍｍ

　　　　１７

　　　　２　３

　　　　根据标准选用　ＤＮ１２５　无缝钢管，壁厚度为　４．５ｍｍ　４．１．６　冷却水管子尺寸　冷却水为　３．１９×１３８４．４８７ｋｇ／ｈ，密度为　９９７ｋｇ／ｍ　，流速　２ｍ／ｓ　则　ｄ＝２８ｍｍ　根据标准选　ＤＮ３２　无缝钢管，壁厚为　３．２５ｍｍ　４．２　主要管道工艺参数汇总一览表　序号　１　２　３　４　５　６　７　８　９　１０　１１　１２　１３　１４　１５　１６　１７　１８　１９　２０　２１　２２　２３　管道编号　管内介质　设计压力　ＭＰａ　设计温度℃　管子规格　ＤＮ０１０１－２０Ｌ１Ｂ　脱盐水　０．３　５０　ＤＮ０１０２－２０Ｌ１Ｂ　脱盐水　０．３　５０　０．３　５０　ＰＬ０１０１－１５Ｌ１Ｂ　甲醇　ＰＬ０１０２－１５Ｌ１Ｂ　甲醇　０．３　５０　５０　ＰＬ０１０３－１５Ｌ１Ｂ　原料液　０．３　ＰＬ０１０４－１５Ｌ１Ｂ　原料液　１．６　５０　ＰＬ０１０５－１５Ｌ１Ｂ　原料液　１．６　１７５　１７５　ＰＧ０１０１－１００Ｎ１Ｂ　原料气　１．６　ＰＧ０１０２－１００Ｎ１Ｂ　原料气　１．６　２８０　２８０　ＰＧ０１０３－１００Ｎ１Ｂ　原料气　１．６　ＰＧ０１０４－１００Ｎ１Ｂ　原料液　１．６　２２５　ＰＧ０１０５－１００Ｎ１Ｂ　原料气　１．６　５０　１．６　５０　Ｈ０１０１－１００Ｎ１Ｂ　氢气　ＰＬ０１０６－２０Ｎ１Ｂ　碳酸丙烯　１．６５　５０　酯　ＰＬ０１０７－２０Ｎ１Ｂ　碳酸丙烯　１．６５　５０　酯　ＰＬ０１０８－２０Ｎ１Ｂ　碳酸丙烯　１．６５　５０　酯　ＰＧ０１０６－８０Ｎ１Ｂ　食品二氧　０．４　５０　化碳　Ｒ００１０１－１２５Ｌ１Ｂ　导热油　０．６　３２０　Ｒ００１０２－１２５Ｌ１Ｂ　导热油　０．６　３２０　Ｒ００１０３－１２５Ｌ１Ｂ　导热油　０．６　３２０　Ｒ００１０４－１２５Ｌ１Ｂ　导热油　０．６　３２０　ＣＷＳ０１０１－８０Ｌ１Ｂ　冷却水　０．３　５０　ＣＷＲ０１０１－８０Ｌ１Ｂ　冷却水　０．３　５０　材料　２０　２０　２０　２０　２０　２０　２０　２０　２０　２０　２０　２０　２０　２０　２０　２０　０Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ　２０　２０　２０　２０　镀锌管　镀锌管

　　　　３

　　　　（表　５－１）

　　　　１８

　　　　以上　２０　号钢军参照　ＧＢ／Ｔ８１６３－１９９９　０Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ　参照标准　ＧＢ／Ｔ１４９７６　镀锌管参照　ＧＢ／Ｔ１４９７６　４．３　各部件的选择及管道图　４．３．１　管道上阀门的选型　序号　管道编号　设计压　ＭＰａ　公称直　ＤＮ／ＭＭ　连接形式　阀门型号　２５　法兰　闸阀　Ｚ２５Ｗ－１．０Ｔ　１　ＤＮ０１０１－２０Ｌ１Ｂ　０．３　２　ＤＮ０１０２－２０Ｌ１Ｂ　０．３　２５　法兰、　螺纹闸阀　Ｚ２５Ｗ－１．０Ｔ／止回　阀　Ｈ１１Ｔ－１．６　３　４　５　６　７　８　９　１０　１１　１２　１３　１４　ＰＬ０１０１－１５Ｌ１Ｂ　０．３　ＰＬ０１０２－１５Ｌ１Ｂ　０．３　ＰＬ０１０３－１５Ｌ１Ｂ　０．３　ＰＬ０１０４－１５Ｌ１Ｂ　１．６　ＰＬ０１０６－２０Ｎ１Ｂ　１．６５　ＰＬ０１０８－２０Ｎ１Ｂ　１．６５　Ｒ００１０１－１２５Ｌ１Ｂ　０．６　Ｒ００１０４－１２５Ｌ１Ｂ　０．６　ＣＷＳ０１０１－８０Ｌ１Ｂ　０．３　ＣＷＥ０１０１－８０Ｌ１Ｂ　０．３　Ｈ０１０１－１００Ｎ１Ｂ　１．６　ＰＧ０１０６－８０Ｎ１Ｂ　０．４　１５　１５　１５　１５　２０　２０　１２５　１２５　８０　８０　１００　８０　法兰　Ｚ１５Ｗ－１．０Ｋ　法兰、　螺纹Ｚ１５Ｗ－１．０Ｋ／Ｈ１１Ｗ－１．６Ｋ　法兰　Ｚ１５Ｗ－１．０ＯＫ　法兰、　螺纹Ｚ１５Ｗ－１．０Ｋ／Ｈ１１Ｗ－１６Ｋ　法兰、　螺纹Ｚ１５Ｗ－１．０Ｔ／Ｈ１１Ｔ－１．６　法兰　Ｚ１５Ｗ－１．０Ｔ　法兰　Ｚ４１Ｈ－１．６Ｃ　法兰　Ｚ４１Ｈ－１．６Ｃ，Ｊ４１Ｈ－１．６Ｃ　法兰　Ｚ１５Ｗ－１．０Ｔ　法兰　Ｚ１５Ｗ－１．０Ｔ　法兰　Ｚ４１Ｈ－１．６Ｃ，Ｊ４１Ｈ－１．６Ｃ　法兰　Ｚ４１Ｈ－１．６Ｃ，Ｊ４１Ｈ－１．６Ｃ

　　　　（表　５－２）　所选阀门军参照标准　ＪＢ３０８－７５　４．３．２　管件选型　弯头采用　９０°弯头，参考文献一，弯头曲率半径　Ｒ＝１．５Ｄ０，Ｄ０　为外管。　管件与弯头处采用焊接连接。　管件与筒体连接处采用法兰连接，参见标准　ＨＧ２０５９５．　管法兰、垫片，紧固件选择参见文献一，Ｐ１８９

　　　　１９

　　　　４．３．３　管道布置图　选取该区域的中上部区域来布置管线，具体管路布置清参考　ＪＱ１１－０３２　管道布置　图，所含设备有　Ｐ０１０１，Ｐ０１０２，Ｐ０１０３，Ｅ０１０１，Ｖ０１０１　管线，支座情况清参见管道布置图（具体定为参照参考文献一）　４．３．４　管道空视图　选取：ＰＬ０１０４－１５Ｌ１Ｂ　和　ＰＬ０１０５－１５Ｌ１Ｂ　两根管线作管道空视图，具体请参见空图。　４．３．５　法兰选型　法兰的选用主要根据工作压力，管子外径等参数，现将主要管道法兰列表如下：　设计力　公称直　径　Ｈ０１０１－１００Ｎ１Ｂ　氧气　１．６　１００　１．６　１００　ＰＧ０１０１－１００Ｎ１Ｂ　原料气　ＰＧ０１０２－１００Ｎ１Ｂ　原料气　１．６　１００　ＰＧ０１０３－１００Ｎ１Ｂ　氢　１０％　１．６　１００　１ＯＯ　ＰＧ０１０４－１００Ｎ１Ｂ　二氧化　７３％　１．６　ＰＧ０１０５－１００Ｎ１Ｂ　水　１７％　１．６　１００　８０　ＰＧ０１０６－８０Ｎ１Ｂ　食品二氧碳　０．４　Ｒ００１０１－１２５Ｌ１Ｂ　导热油　０．６　１２５　Ｒ００１０４－１２５Ｌ１Ｂ　导热油　０．６　１２５　ＰＬ０１０１－１５Ｌ１Ｂ　甲醇　０．３　１５　ＰＬ０１０２－１５Ｌ１Ｂ　甲醇　０．３　１５　ＰＬ０１０３－１５Ｌ１Ｂ　原料液　０．３　１５　ＰＬ０１０４－１５Ｌ１

Ｂ　原料液　１．６　１５　ＰＬ０１０６－２０Ｎ１Ｂ　吸收液　１．６５　２０　ＰＬ０１０７－２０Ｎ１Ｂ　吸收液　１．６５　２０　ＰＬ０１０８－２０Ｎ１Ｂ　吸收液　１．６５　２０　ＤＮ０１０１－２０Ｌ１Ｂ　脱盐水　０．３　２５　ＤＮ０１０２－２０Ｌ１Ｂ　脱盐水　０．３　２５　ＣＷＳ０１０１－８０Ｌ１Ｂ　冷却水　０．３　８０　ＣＷＲ０１０１－８０Ｌ１Ｂ　冷却水　冷却水　０．３　（表　５－３）　４．３．６　筒体保温材料一览表　序号　管道编号　设计温度℃　保温层厚度　ｍｍ　保温材料

　　　　２０

　　　　管道编号

　　　　管内介质

　　　　阀门公称力　法兰类　等级（ＭＰａ）　型　２．５　带颈焊　２．５　带颈焊　４．０　带颈焊　４．０　带颈焊　４．０　带颈焊　２．５　带颈焊　１．６　带颈焊　１．６　带颈焊　１．６　带颈焊　１．６　带颈焊　１．６　带颈焊　２．５　带颈焊　２．５　带颈焊　２．５　带颈焊　２．５　带颈焊　２．５　带颈焊　１．０　带颈焊　１．０　带颈焊　１．０　带颈焊　１．０　带颈焊

　　　　密封面形　式　凹凸面　凹凸面　凹凸面　凹凸面　凹凸面　凹凸面　凹凸面　凹凸面　凹凸面　凹凸面　凹凸面　凹凸面　凹凸面　凹凸面　凹凸面　凹凸面　凸面　凸面　凸面　凸面　　　　公称压力　等级（ＭＰａ）　２．５　２．５　４．０　４．０　４．０　２．５　１．６　１．６　１．６　１．６　１．６　１．６　２．５　２．５　２．５　２．５　１．０　１．０　１．０　１．０

　　　　１　２　３　４　５　６　７　８　９　１０　１１　１２　１３　１４　１５　１６　１７　１８　１９　２０　２１　２２　２３

　　　　ＤＮ０１０１－２０Ｌ１Ｂ　ＤＮ０１０２－２０Ｌ１Ｂ　ＰＬ０１０１－１５Ｌ１Ｂ　ＰＬ０１０２－１５Ｌ１Ｂ　ＰＬ０１０３－１５Ｌ１Ｂ　ＰＬ０１０４－１５Ｌ１Ｂ　ＰＬ０１０５－１５Ｌ１Ｂ　ＰＬ０１０６－２０Ｌ１Ｂ　ＰＬ０１０７－２０Ｌ１Ｂ　ＰＬ０１０８－２０Ｌ１Ｂ　ＰＧ０１０１－１００Ｎ１Ｂ　ＰＧ０１０２－１００Ｎ１Ｂ　ＰＧ０１０３－１００Ｎ１Ｂ　ＰＧ０１０４－１００Ｎ１Ｂ　ＰＧ０１０５－１００Ｎ１Ｂ　Ｈ０１０１－１００Ｎ１Ｂ　ＰＧ０１０６－８０Ｎ１Ｂ　Ｒ００１０１－１２５Ｌ１Ｂ　Ｒ００１０２－１２５Ｌ１Ｂ　Ｒ００１０３－１２５Ｌ１Ｂ　Ｒ００１０４－１２５Ｌ１Ｂ　ＣＷＳ０１０１－８０Ｌ１Ｂ　ＣＷＲ０１０１－８０Ｌ１Ｂ

　　　　５０　５０　５０　５０　５０　５０　１７５　５０　５０　５０　１７５　２８０　２８０　２２５　５０　５０　５０　３２０　３２０　３２０　３２０　５０　５０

　　　　８０　８０　８０　８０　８０　８０　１００　８０　８０　８０　１００　１００　１００　１００　８０　８０　８０　１００　１００　１００　１００　８０　８０

　　　　岩棉　岩棉　岩棉　岩棉　岩棉　岩棉　岩棉　岩棉　岩棉　岩棉　岩棉　岩棉　岩棉　岩棉　岩棉　岩棉　岩棉　岩棉　岩棉　岩棉　岩棉　岩棉　岩棉

　　　　（表　５－４）　４．３．７　管道仪表流程图　关于管道仪表流程图有以下说明：　１、　图中，甲醇储罐给水处罐、冷却水泵，水泵均未表现出来。

　　　　本章补充说明：本章有些数据是参照本组其他同学的设计、计算数据，而关于汽　化器、解析塔以及另外两台换热器的相关数据通过推力假设所得。

　　　　２１

　　　　第五章

　　　　自动控制方案设计　自动控制方案设计

　　　　５．１　选择一个单参数自动控制方案　本组选择流量作为控制系数进行设计　选择从　Ｅ０１０１　热器出来的气体温度作为调节系数，　冷却水的流量作为控制参　数。　首先从被测点测出的流量通过测量元件及变送器，将所测数值与定植进行比较，　然后通过调节器读对执行器进行有所动作，以用来调节气体温度，以利于换热器　冷却水达到一个稳定的流量值，有效的控制好冷却水流量。

　　　　５．２　换热器温度控制系统方块图

　　　　流量控制

　　　　温度控制

　　　　执行阀

　　　　温度　对象

　　　　流量　对象

　　　　温度检测变送器

　　　　流量检测变送器

　　　　２２

　　　　课设总结

　　　　通过这次的课程设计收获颇丰，不仅从中学到了许多的专业方面　的知识，如解析塔的基本结构和工艺过程，工艺流程图和物料流程图　画法及其包含的内容，　我们

从一个了解的层面到了一个基本掌握的层　次；更重要的是让我们懂得了团队合作精神的重要性，我们在设计过　程中每个同学都积极的完成自己的任务，　同时也积极和其他同学积极　地配合探讨，本来这个课设就是一个整体，每个人好像就是设计步骤　中的一步，只有组合起来才是一份完整的设计说明书。　在完成这次课程设计中，我们也遇到了很多的问题，在查阅资料　和相互讨论解决外，更多的是各位指导老师细心的辅导，感谢各位老　师！！！

　　　　２３

　　　　参考文献

　　　　２４

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