过程装备与控制工程专业课程设计设计计算说明书设计题目：生产能力为2600N m³/h 甲醇制氢生产装置设计设计人： JOY学号： 1201160315 班级：过装XXXX组号：第四组指导教师： XXXXXXXXXX设计时间： 2019年12月18日至2019年1月 9 日南京工业大学机械与动力工程学院目录前言 (1)第一章摘要 (2)第二章设计任务书 (3)2.1设计参数 (3)2.2计算内容 (3)2.3图纸清单 (3)第三章甲醇制氢工艺设计 (4)3.1 甲醇制氢工艺流程 (4)3.1 物料衡算 (4)3.1.1 依据 (4)3.1.2 投料计算量 (4)3.1.3 原料液储罐（V0101） (4)3.1.4 原料液储罐（E0101）、汽化塔（T0101）、过热器（E0103） (5)3.1.5 转化器（R0101） (5)3.1.6 吸收塔和解析塔 (5)3.1.7 PSA系统 (5)3.1.8 各节点的物料量 (5)3.2 热量衡算 (7)3.2.1 气化塔顶温度确定 (7)3.2.2 转化器（R0101） (7)3.2.3 过热器（E0102） (7)3.2.4 汽化塔（T0101） (8)3.2.5 预热器（E0101） (8)3.2.6 冷凝器（E0103） (9)第四章冷凝器设计 (9)4．1 换热器段工艺计算 (9)4．1．1，原始数据 (10)4．1．2，定性温度与物性参数 (10)4．1．3,物料与热量衡算 (10)4．1．4，有效平均温差 (11)4．1．5，初算传热面积 (11)4．1．6,换热器结构设计 (11)4．1．7，管程传热与压降 (12)4．1．8、壳程传热与压降 (13)4．1．9，总传热系数 (14)4．1．10传热面积与壁温核算 (14)第五章详细结构设计与强度设计 (15)5.1确定所有零部件的尺寸和材料，并对换热设备所有受压元件进行强度计算 (15)5.2 结构设计 (16)5.2.1筒体 (16)5.2.2封头 (17)5.2.3管程接管补强计算（按照GB150-1998 等面积补强法） (18)5.2.4壳程接管补强计算（按照GB150-1998 等面积补强法） (19)5.2.5换热管（GB151-1999） (19)5.2.6折流板（GB151-1999） (20)5.2.7拉杆（GB151-1999） (20)5.2.8 管板（GB151-1999） (20)5.2.9 定距管板（GB151-1999） (20)5.3 SW6校核 (20)DA TA SHEET OF PROCESS EQUIPMENT DESIGN (21)注1：程序按照用户所选择的受压元件计算得 (23)注： (34)第六章机械选型及管道设计 (48)6.1计量泵的选型 (48)6.1.1 纯水计量泵P0101选型 (48)6.1.2 甲醇计量泵P0102选型 (48)6.1.3 混合原料计量泵P0103选型 (49)6.1.4 冷却水用泵P0104选型 (49)6.1.5 导热油用泵P0105选型 (49)6.1.6 吸收液用泵P0106选型 (50)6.2管子选型 (50)6.2.1 材料选择 (50)6.2.2 管子的规格尺寸的确定及必要的保温层设计 (50)6.2.3 主要管道工艺参数汇总表 (59)6.3 各部件选择及管道图 (60)6.3.1 阀门的选型 (60)6.3.2 管道法兰选型 (60)6.3.3 管件选型 (66)6.3.4 管道仪表流程图 (66)6.3.5 管道布置图 (66)6.3.6 管道空视图 (66)第七章自动控制方案设计 (67)7.1被控制参数选择 (67)7.2控制参数选择 (67)7.3 过程检测仪表的选用 (67)7.4调节器参数整定 (67)第八章经济评价 (68)8.1甲醇制氢装置的投资估算 (68)8.1.1 单元设备价格估算 (68)8.1.2 总投资估算 (68)8.2总成本费用估算与分析 (69)8.2.1 外购原材料 (69)8.2.2 外购燃料 (69)8.2.3 外购动力 (69)8.2.4 工资 (69)8.2.5 职工福利费 (70)8.2.6 固定资产折旧费 (70)8.2.7 修理费 (70)8.2.8 租赁费 (70)8.2.9 摊销费 (70)8.2.10 财务费用 (70)8.2.11 税金 (70)8.2.12 其他费用 (70)8.2.13 固定成本与变动成本 (70)8.3盈利能力分析 (71)8.4盈亏平衡分析 (71)参考文献 (73)前言氢气是一种重要的工业产品，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都有不相同的要求，特别是改革开放以来，随着工业化的进程，大量高精产品的投产，对高纯度的需求量正逐步加大等等对制氢工艺和装置的效率、经济性、灵活性、安全都提出了更高的要求，同时也促进了新型工艺、高效率装置的开发和投产。
依据原料及工艺路线的不同，目前氢气主要由以下几种方法获得：①电解水法；②氯碱工业中电解食盐水副产氢气；③烃类水蒸气转化法；④烃类部分氧化法；⑤煤气化和煤水蒸气转化法；⑥氨或甲醇催化裂解法；⑦石油炼制与石油化工过程中的各种副产氢等等。
其中烃类水蒸气转化法是世界上应用最普遍的方法，但该方法适用于化肥及石油化工工业上大规模用氢的场合，工艺路线复杂，流程长，投资大。
随着精细化工的行业的发展，当其氢气用量在200～3000m3/h时，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。
甲醇蒸气转化制氢具有以下特点：（1）与大规模的天然气、轻油蒸气转化制氢或水煤气制氢相比，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、贮存方便。
（4）可以做成组装式或可移动式的装置，操作方便，搬运灵活。
对于中小规模的用氢场合，在没有工业含氢尾气的情况下，甲醇蒸气转化及变压吸附的制氢路线是一较好的选择。
本设计采用甲醇裂解+吸收法脱二氧化碳+变压吸附工艺，增加吸收法的目的是为了提高氢气的回收率，同时在需要二氧化碳时，也可以方便的得到高纯度的二氧化碳。
第一章摘要本次课程设计是设计生产能力为2600m3/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）设备设计和分组进行（4）机器选型（5）设备布置设计（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第二章设计任务书2.1设计参数生产能为2600Nm3/h2.2计算内容（1）工艺计算：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2.3图纸清单（1）管道仪表流程图2号1张（2）设备总图1号1张（CAD），主要零部件图2号2张(手工或CAD) （3）设备平面布置图 2号1张（CAD）（4）管道平面布置图 2号1张（CAD）（5）管道空视图3号2张，至少有一根管道与泵相连（6）单参数控制方案图3号1张第三章甲醇制氢工艺设计3.1 甲醇制氢工艺流程甲醇制氢的物料流程如图2-1。
流程包括以下步骤：甲醇与水按配比1：1.5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，在经过换热器(E0102)过热到反应温度进入转化器(R0101)，转化反应生成H 2、CO2以及未反应的甲醇和水蒸气等首先与原料液换热(E0101)冷却，然后经水冷器(E0103)冷凝分离水和甲醇,这部分水和甲醇可以进入原料液储罐，水冷分离后的气体进入吸收塔，经碳酸丙烯脂吸收分离CO2，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装置进一步脱除分离残余的CO2、CO及其它杂质，得到一定纯度要求的氢气。
3.1 物料衡算3.1.1 依据甲醇蒸气转化反应方程式:CH3OH→CO↑+2H2↑ (2-1)CO+H2O→CO2↑+H2↑ (2-2) CH3OH分解为CO转化率99%,反应温度280℃,反应压力1.5MPa,醇水投料比1:1.5(mol)。
3.1.2 投料计算量代入转化率数据,式(2-3)和式(2-4)变为:CH3OH→0.99CO↑+1.98H2↑+0.01CH3OH (2-3) CO+0.99H2O→0.99CO2↑+0.99H2↑+0.01CO↑ (2-4) 合并式(2-3)、式(2-4)得到:CH3OH+0.9801H2O→0.9801CO2↑+0.0099CO↑+2.9601H2↑+0.01CH3OH 氢气产量为：2600m3/h=116.072kmol/h甲醇投料量为：116.0722.9601×32=1254.790kg/ℎ水投料量为：1254.79032×18×1.5=1058.729kg/ℎ3.1.3 原料液储罐（V0101）进：甲醇1254.790kg/h，水1058.729kg/h 。
出：甲醇1254.790kg/h，水1058.729kg/h 。
3.1.4 原料液储罐（E0101）、汽化塔（T0101）、过热器（E0103）没有物流变化3.1.5 转化器（R0101）进：甲醇1254.790kg/h，水1058.729kg/h，总计2313.519kg/h出：生成CO21254.79032×0.9801×44=1691.002Kg/ℎH21254.79032×2.9601×2=232.114kg/ℎCO 1254.79032×0.0099×28=10.870kg/ℎ剩余甲醇1254.790×0.01=12.5479kg/h剩余水1058.729−1254.79032×0.9801×18=366.955kg/ℎ总计 2313.4889kg/h3.1.6 吸收塔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℃)。