设备选型计算

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设备选型计算 .1 催化剂的使用量 由合成段物料衡算得:每小时入塔气量为42697.746kmol/h,即为956429.510m3/h, 合成塔的空速为13000m3/(m3催化剂·h),则催化剂的使用量为:

3956429.510V73.57m13000

.2 合成塔的设计 .2.1 换热面积的确定 此次设计采用管壳式合成塔,管程走合成气,壳程走低压蒸汽,由热量衡算得:

每小时的传热量为:8741.333KJ3.703WQ1010,取传热系数为300W/(m2.℃), 合成塔入塔气的温度由225℃升至255℃;壳程水蒸气进口温度由200℃升至224℃,则 合成气: 225℃ → 255℃ 水蒸气 :224℃ ← 200℃

11Ct 255Ct

合成塔的平均温差:21m21551tt13.48Ct55tInIn1t

由mQKSt 得:传热面积72mQ3.70310S9810.83mK28013.48t 2.2 换热管数的确定 查《化工机械设备基础》[18],选用材质为00Cr18Ni5Mo3Si2、382.5的无缝不锈钢管钢管,长度为12000mm,正三角形排布,共需换热管根数:

S9810.83n7335L3.140.035512d均根 由催化剂填充体积计算得需7169根换热管,符合要求。因需设置拉杆18根,故实际换热管数为7317根。 2.3 合成塔直径 由换热管外径查得相邻两换热管中心距为a=48mm,对角线管数: b1.1n1.1731794.09mm,则合成塔壳体直径为: Dab12l4894.09122384620.32mm,圆整为4650mm。

2.4 合成塔的壁厚设计 合成塔壳体材质采用18MnMoNbR低合金钢钢材,壁厚的计算公式: ictcpD2p

其中封头与壳体采用双面对接焊,100%无损检测,故焊接系数1.0 壳程通入的是饱和水蒸气,查得240℃下饱和水蒸气的压力为3.35MPa,取设计

压力c5MPap,外径i4650mmD,查得在255℃下的许用应力为(插值法)

255190MPa

,由此计算得合成塔壳体的计算壁厚:

ic

t

c

p54650D62mm219052p





,取附加厚度C =1.25mm,

则名义壁厚n621.2563.25mm,圆整后去厚度为65mm。 .2.5 壳体设计液压强度校核 压力试验一般采用液压试验,进行液压实验的目的是,设备在试验条件下能确保不会损坏,则在实际生产操作中也就能保障生产的安全性,不会出现严重的生产事故,所以水压试验是一项重要的生产检验工作。试验条件为常温,常温下

换热器许用应力为t190MPa

由上面的计算,取试验压力tTp.p251 1901.2511.25MPa190

压力试验的的应力校核应满足下面条件: seeiTT.Dp902

查表得:常温下18MnMoNbR的屈服点为e371.55MPa 则换热器壳体在试验压力下的计算应力: ie

T

T

e

1.25465063.75pD46.21MPa2263.75





而 s0.90.91.0371.55334.395MPa 由上面计算可知T<s9.0 ,所设计的换热器壳体厚度符合要求。

壳体最高允许工作压力:250ewie221901.063.755.14MPap465063.75D 2.6 合成塔封头设计 上下封头采用椭圆形封头,材质为18MnMoNbR,直边高度为25mm,取形状系数K=0.93,即Di/2hi=1.9,封头内径为4650mm,则hi=1224mm,则封头的设计壁厚:

cit

c

KpD0.935.5465063.05mm21900.55.520.5p





取封头的附加厚度为C=1.25mm,设计壁厚为64.3mm,圆整为65mm。 所设计的封头最大使用压力:255ewie

221901.063.755.56MPap0.50.9346500.563.75KD









2.7 折流板和管板的选择及设计 采用弓形折流板,材质为16MnR,折流板高度为i33h46503487.5mmD44。查得管径为38mm的换热管折流板间距最大为

2500mm,取折流板间距为2000mm,则所需折流板数为6块,拉杆数为18,直径为12mm.管板直径4500,厚度150mm,管板通过双面对接焊在筒体和封头之间。

2.8 支座 支座采用裙座,裙座座体厚度为75mm,基础环内径4000mm,外径4800mm,基础环厚度为23mm,地脚螺栓公称直径M30,数量为24个。

3 合成气进塔换热器的选型 (1)由热量衡算得:换热器的热负荷为2.192×108KJ/h,即6.089×107W,取总传热系数2o1000W/(mC)K

,加热器与合成气采用逆向换热,

出塔气: 255℃ → 85℃ 合成气 :225℃ ← 60℃ 130Ct 225Ct

平均温差:12m123025tt27.42Ct30tInIn25t

由mQKSt 得:传热面积72mQ6.08910S2220.64mK100027.42t (2)查《化工机械设备基础》,选用材质为18MnMoNbR、382.5的无缝不锈钢管钢管,长度为9000mm,正三角形排布,共需换热管根数:

S2220.64n2214L3.140.03559d均根

由换热管外径查得相邻两换热管中心距为a=48mm,对角线管数: b1.1n1.1221451.76mm,则合成塔壳体直径为:

Dab12l4851.76122382588.48mm,圆整为2600mm。

(3)合成塔壳体材质采用18MnMoNbR低合金钢钢材,壁厚的计算公式: ictcpD2p

其中封头与壳体采用双面对接焊,100%无损检测,故焊接系数1.0 壳程通入的是合成气,压力为5.2MPa,取设计压力c5.5MPap,外径

i2600mmD,查得在225℃下的许用应力为225197MPa,由此计算得合成塔壳体的计算壁厚:

ic

t

c

p5.52600D36.81mm21975.52p





,取附加厚度C =1.25mm,

则名义壁厚n36.811.2538.06mm,圆整后去厚度为40mm。 (4)壳体进行水压试验:由上面的计算,取试验压力tTp.p251 1971.2511.25MPa197 压力试验的的应力校核应满足下面条件: seeiTT.Dp902

查表得:225℃下18MnMoNbR的屈服点为e371.55MPa 则换热器壳体在试验压力下的计算应力: ie

T

T

e

1.25260038.75pD42.56MPa2238.75





而 s0.90.91.0371.55334.395MPa 由上面计算可知T<s9.0 ,所设计的换热器壳体厚度符合要求。

壳体最高允许工作压力:225ewie221971.038.755.79MPap260038.75D 壳程压力为5.2MPa,该设计符合要求。 (5)上下封头采用椭圆形封头,形状系数K=1.0,材质为18MnMoNbR,直边高度为25mm,封头内径为2600mm,则hi=650mm,则封头的设计壁厚:

cit

c

KpD1.05.5260036.55mm21970.55.520.5p





取封头的附加厚度为C=1.25mm,设计壁厚为37.80mm,圆整为40mm。 所设计的封头最大使用压力:300ewie

221971.038.755.83MPap0.51.026000.538.75KD









管程进口压力为5.2MPa,该设计符合要求。 (6)在操作压力下,管子每平方米胀接周边上所收到的力

ldpfqp0

其中 222220f0.8660.866861.15ad4838mm44 p5.2MPa mml50

则 p0pf5.2861.150.75MPaql3.143850d 由温差应力导致管子没平方米胀接周边上所受到的力