课程设计～过程装备与控制工程

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 m³/h 甲醇制氢生产装置设计 设计人： 指导教师： 班级： 学号： 设计完毕时间：2023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，由于使用规定的不同，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规定。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运用，英国ICI公司一方面实现工业化。这种制氢方法工作压力为2.0-4.0MPa,原料合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善。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，运送储存方便。并且由于所用的原料甲醇纯度高，不需要在净化解决，反映条件温和，流程简朴，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. 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。 在设计中要通过工艺设计计算，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涉及化工原理、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。 设计涉及以下内容和环节： 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：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 甲醇蒸气转化反映方程式： CH3OH—→CO↑ + 2H2↑ CO + H2O —→CO2↑ + H2 CH3OHF分解为CO,转化率99%,CO变换转化率99*,反映温度 280℃,反映压力为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 —→ 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 m³/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 (V0101) 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CO2 337.828/32 * 0.9801 * 44=455.370 kg/h H2 337.828/32 * 2.9601 * 2=62.500 kg/h CO 337.828/32 * 0.0099 * 28=2.926 kg/h 剩余甲醇 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)吸取和解析塔 吸取塔总压为1.5Mpa,其中CO2分压为0.38Mpa,操作温度为常温(25℃)。此时每m³吸取液可溶解CO211.77 m³. 解吸塔的操作压力为0.1MPa, CO2 溶解度为2.32 ，则此时吸取塔的吸取能力为: 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 V CO2 =455.370/7.20 =63.232 m³/h 据此，所需吸取液的量为 63.232/9.45 =6.691 m³/h 考虑吸取塔效率以及操作弹性需要，取吸取液量为6.691 * 3=20.074m³/h 系统压力降至0.1MPa时，析出CO2 量为 86.510 m³/h = 455.