南京工业大学过程装备成套技术课程设计-过热器
《过程装备成套技术》教学大纲
《过程装备成套技术》教学大纲二、课程目的和任务过程装备成套技术课程是为工科院校过程装备与控制工程专业的一门综合性专业选修课，实践性较强。
本课程旨在学习过程装置设计、建设全过程中涉及到的新产品生产工艺开发和项目可行性研究、工艺设计、经济性评价和环境评价、机器设备的型式选择、重要工艺参数的自动控制方案选择与设计、管道设计、绝热与防腐设计、装置的安装及检验、装置的试车等各种工程知识，获得与过程工业生产装置建设有关的广泛而全面的基础知识。
三、本课程与其它课程的关系本课程是在工程材料、化工原理、过程设备设计、过程流体机械、过程装备控制技术及应用、过程装备材料腐蚀与防护、专业生产实习等课程的基础上，综合运用先修课程的基础知识，分析和解决过程工业成套装备从设计到试车全过程问题的工程学科，与过程设备设计、化工机械制造、过程流体机械等课程共同构成过程装备与控制过程专业完整的知识体系。
通过本课程的学习，学生将掌握过程工业生产装置建设中涉及到的相关原理、一般方法，为日后的实践工作奠定理论基础。
四、教学内容、重点、教学进度、学时分配（一）概论(2学时)1、主要内容过程工业与过程装备成套技术；典型成套装备示例；过程装备成套技术的主要任务和基本要求。
2、重点过程工业的特点。
3、教学要求掌握过程工业的特点，了解过程装备技术的工程应用状况。
（二）工艺开发与工艺设计概述(4学时)1、主要内容工艺过程开发及工艺路线选择；工艺设计的内容及设计文件；工艺设计中的全局性问题。
2、重点工艺开发与工艺设计的基本程序和主要内容。
3、教学要求掌握工艺开发与工艺设计的基本程序和主要内容；工艺路线选择的原则及顺序；了解初步设计及施工图设计的基本内容，初步了解厂址选择、总图布置、安全环保、公用工程等非工艺设计内容。
工艺路线选择的原则及顺序是本章难点。
（三）经济分析与评价(2学时)1、主要内容投资估算与成本分析；经济评价；环境影响评价及可行性研究报告概述。
南京工业大学2008级各专业学位
过热器与再热器检修工序及质量标准
过热器与再热器检修工序及质量标准1、过热器结构过热器系统布置按烟气流程分为分隔屏、后屏、末级、包覆和低温过热器五级；按蒸汽流程分为炉顶及包覆，低温过热器、分隔屏、后屏和末级对流过热器五级组成：过热器系统的主要特点是装设了5％旁路，其位置在后烟井包覆管的下环形集箱上面，靠设置疏水管作为蒸汽旁路。
蒸汽通向旁路系统的容量按4．12MPa压力下，饱和蒸汽通流量为51t/h设计的。
在启动过程中，5％旁路全开，直到汽轮机并网之后才关闭。
在启动时，投运5％旁路系统，可使锅炉采用较高的燃烧率，加速提高过热蒸汽温度，同时又可限制压力的上升速度，使蒸汽参数能较快地达到汽轮机冲转的要求，为缩短起动时间提供了有利条件。
过热器管子的壁厚由强度确定，选用的材料取决于过热器的工作温度并根据安全、经济的原则。
过热器管的管径及材质见表1-1。
表1-1 过热器管的管径及材质2、对流过热器对流过热器是指末级过热器和低温过热器。
其中末级过热器为立式顺流布置，共80排，每排由4圈蛇形管组成。
横向节距Sl=171mm，纵向节距S2＝102mm，见图2—3。
为了固定管排横向节距，在管排间有活动连接板相连。
低温过热器为卧却帧流布置，并分为4个部分即下部、中部和上部及低温过热器的直管端。
整个低温过热器共99排，每排由5圈蛇形管组成，通过150根省煤器的悬吊管将其悬吊。
管排的横向节距Sl＝140mm，纵向节距S2＝l02mm。
见图1-2。
3、屏式过热器屏式过热器是指分隔屏过热器和后屏过热器。
其中分隔屏过热器悬吊在炉膛的前上方，对炉膛出口烟气进行分隔均流，使炉膛出口烟温均匀。
分隔屏过热器共4屏，每屏由24圈管子组成，共计96根，见图2-5：管屏的横向节距Sl＝2972mm，纵向节距S2=60mm。
为使分隔屏过热器受热膨胀后不左右摇晃，故在分隔屏的进口炉前侧第—根管子从其进口联箱下来至分隔屏的下部进行分叉和水平交叉，将分隔屏过热器固定。
后屏过热器置于分隔屏后，共有20屏，每屏由14根U形管。
《过热器和再热器》课件
入口和出口集箱
用于连接过热器和再热器的主管道 ，收集和分配蒸汽。
蒸汽入口和出口
控制蒸汽进入和离开过热器和再热 器的位置。
03
02
蛇形管
由多个弯曲的小管组成，用于热能 的传导和交换。
支撑结构
用于支撑蛇形管和其他部件，确保 设备的稳定运行。
04
材料选择和制造工艺
材料选择
根据使用环境和工况选择耐高温、耐腐蚀、高强度和 高可靠性的材料。
VS
泄漏
设备泄漏不仅会影响正常运行，还可能引 发安全事故。为预防泄漏，应定期检查设 备各部件的密封性，及时更换损坏的密封 件。
04 过热器和再热器的应用和发展
CHAPTER
应用领域和案例分析
应用领域
电力、化工、石油、食品等工业领域。
案例分析
某电厂过热器和再热器的设计、选型和使用情况，以及在运行中遇到的问题和解决方案 。
过热器和再热器的设计和制造需要考虑到传热效率、耐久性、安全性和经 济性等多个因素。
对未来研究和发展的建议
01
随着技术的发展和环保要求的提高，过热器和再热器
的性能和效率需要进一步提高。
02
新型的传热材料、高效的传热技术、先进的控制系统
等将会被应用到过热器和再热器的设计和制造中。
03
未来的研究和发展应该注重提高过热器和再热器的能
作用
过热器和再热器的主要作用是提高蒸 汽的温度和压力，以满足汽轮机的需 求，从而提高发电效率。
工作原理
过热器
过热器通过燃烧燃料加热锅炉中的水 ，使水蒸发成蒸汽，并对蒸汽进行过 热处理，使其达到更高的温度和压力 。
再热器
再热器接收从汽轮机高压缸排出的蒸 汽，对其进行再热处理，使其达到更 高的温度和压力，然后送回汽轮机中 低压缸继续做功。
南京工业大学过程装备与控制工程专业介绍
过程装备与控制⼯程专业简介 ⼀、历史沿⾰ “过程装备与控制⼯程”专业是从“化⼯机械”专业发展⽽来。
新中国成⽴后，经济建设⼈才奇缺，建国后不久就创办了“化⼯机械”专业。
1956年原南京⼯学院(现东南⼤学)根据国家建设的需要开设了“化⼯机械”专业，成为当时仅有的⼏所设有“化⼯机械”专业的⼤学之⼀。
1958年原南京⼯学院化⼯系从学院中分出来独⽴组建南京化⼯学院。
“化⼯机械”专业是当时南京化⼯学院所设的五个专业之⼀。
1998年国家教育部制定新的⾼校专业⽬录时，将专业名称改为《过程装备与控制⼯程》，专业⾯进⼀步拓宽。
南京⼯业⼤学“过程装备与控制⼯程”专业经过近五⼗年的建设，在教学和科学研究⽅⾯均取得了长⾜的进步，在全国⾼等学校同类专业中⼀直名列前茅。
逐步形成了以⾼效、可靠、绿⾊、智能、数字化为特⾊的研究⽅向，逐步发展为以⼯为主，理、⼯科兼备的学科体系，形成具有⾃⼰特⾊的学科内容，在重⼤过程装备安全可靠性⼯程、⾼效传热传质设备、先进再制造技术、再⽣能源技术等科技领域取得了突破性进展。
我校“化⼯过程机械”1981年和1984年分别获得硕⼠、博⼠学位授予权，是本专业最早拥有博⼠学位授予权的三个单位之⼀。
1994年被原化⼯部确定为重点学科,2002年⼜被确认为江苏省重点学科。
“过程装备与控制⼯程”专业2006年被授予江苏省本科品牌专业。
⼆、专业实⼒ “过程装备与控制⼯程”专业经过近五⼗年的发展，实验室建设有了较强的实⼒和长⾜的发展。
⽬前已有的主要教学设备包括：薄壁容器应⼒测定装置、厚壁圆筒爆破装置、外压容器失稳装置、⾼压容器应⼒测定装置、活塞式压缩机性能测试装置、多功能柔性转⼦实验装置、离⼼泵综合性能测试实验装置、换热器综合性能测试实验装置、全⾃动喷雾⼲燥综合性能测试实验装置、薄膜蒸发器综合性能测试实验装置、快速成型设备、静态电阻应变仪、接触与⾮接触两⽤表⾯轮廓测量仪、⽴式万能摩擦磨损试验机、慢应变应⼒腐蚀试验机、屏显式液压材料实验机、电⼦万能材料实验机、摆锤式冲击实验机等，新够了⼀批实验测试仪器和新型⾃控泵，实现了实验装置的机电⼀体化⾃动控制和测量。
过程控制工程课程设计-锅炉过热蒸汽温度控制系统-要求保证过热蒸汽温度稳定
注：目录没弄……；附图我另传，要的进我文库下摘要过热蒸汽温度的扰动来源很多，蒸汽流量、燃烧工况、进入过热器蒸汽的热焙、流经过热器的烟气温度和流速等的变化都会使过热蒸汽温度发生变化。
而有些扰动间又相互影响，使对象动态过程变得复杂。
但归纳起来，主要有三种扰动：蒸汽量、烟气量和减温水量。
本文是针对锅炉过热蒸汽温度控制系统进行的分析和设计。
控制系统采用串级控制来控制减温器喷水量以提高系统的控制性能。
喷水减温作为调节汽温的手段，根据汽温偏差来改变喷水量。
通过使用该系统，可以使得锅炉过热器出口蒸汽温度在允许的范围内变化，并保护过热器营壁温度不超过允许的工作温度。
关键字：扰动来源过热蒸汽控制串级控制系统调节手段1、生产工艺介绍1.1 锅炉设备介绍锅炉是工业过程必不可少的重要动力设备，它所产生的高压蒸汽既可作为驱动透平的动力源，又可作为精馏、干燥、反应、加热等过程的热源。
随着工业生产规模的不断扩大，作为动力和热源的过滤，也向着大容量、高参数、高效率的方向发展。
锅炉设备根据用途、燃料性质、压力高低等有多种类型和称呼，工艺流程多种多样，常用的锅炉设备的蒸汽发生系统是由给水泵、给水控制阀、省煤器、汽包及循环管等组成。
燃料与空气按照一定比例送入锅炉燃烧室燃烧，生成的热量传递给蒸汽发生系统，产生饱和蒸汽，经过过热器形成过热蒸汽，在汇集到蒸汽母管。
过热蒸汽经负荷设备控制，供给负荷设备用，于此同时，燃烧过程中产生的烟气，除将饱和蒸汽变成过热蒸汽外，还经省煤器预热锅炉给水和空气预热器预热空气，最后经引风送往烟囱排空。
锅炉设备主要工艺流程图锅炉设备的控制任务是根据生产负荷的需要，供应一定压力或温度的蒸汽，同时要使锅炉在安全、经济的条件下运行。
按照这些控制要求，锅炉设备将有如下主要的控制系统：①供给蒸汽量适应负荷变化需要或保持给定负荷。
②锅炉供给用汽设备的蒸汽压力保持在一定范围内。
③过热蒸汽温度保持在一定范围。
④汽包水位保持在一定范围内。
控制方面的课程设计基于工业以太网过热器汽温监测系统设计 精品
基于工业以太网过热器汽温监测系统设计过热器汽温监测系统设计一、设计背景概述过热器是锅炉的重要部件，其作用是在锅炉中将一定压力下的饱和水蒸汽加热成相应压力下的过热蒸汽。
其性能如寿命等与温度有着密不可分的关系，电站中的与锅炉相关的整个系统由于受到外界环境或内在的影响，各个部件内的温度不可能保持恒定不变的，但是与锅炉相关的各个部件在设计以及过热器安装还之后，设计工况不仅有流速，功率等，更重要的还有一个设计好的温度界限。
对于过热器来说，尤其是当温度超过温度界限并且累积到一定次数后，容易产生爆管事故。
对整个系统的运行产生影响，严重的甚至会影响整个电站的运行，对电站产生影响。
故再过热气的运行过程中，对过热器的温度进行实时监控十分重要，可以保证整个系统的正常运行。
中将蒸汽从饱和温度进一步加热至过热温度的部件，称为蒸汽过热器。
大部分不装设过热器，因为许多工业生产流程和生活设施只需要饱和蒸汽。
在电站、机车和船用锅炉中，为了提高整个的循环热效率，一般都装有过热器。
采用过热蒸汽可以减少排汽中的含水率。
过热蒸汽温度的高低取决于锅炉的压力、蒸发量、钢材的耐高温性能以及燃料与钢材的比价等因素，对来说,4兆帕的锅炉一般为450℃左右;10兆帕以上的锅炉为540～570℃。
少数电站锅炉也有采用更高过热汽温的（甚至可达650℃）。
现代电站锅炉的过热器是在高温、高压条件下工作的部件，过热蒸汽温度是锅炉给水通道中温度最高的地方。
如果过热蒸汽温度过高, 则过热器容易损坏, 也会使用汽负荷设备内部引起过度的热膨胀, 严重影响运行的安全，过热蒸汽温度偏低, 则设备的热效率降低以及影响汽轮机的安全运行。
因此, 必须对过热蒸汽温度加以实时监测控制。
二、硬件系统设计所需设备温度传感器（热电偶）、温度变送器、数据采集卡、服务器、集线器硬件设计主要包括系统的总体组网设计、原理图设计、硬件的选型及其介绍三部分构成。
（1）、组网图客户端服务器图1.组网图（2）、原理图（3）、硬件选型（1）热电偶热电偶是一种感温元件，是一种。
《过程设备》课程设计
第一部分《过程设备课程设计》教学大纲适用专业：过程装备与控制工程教学周数： 2 周一、课程设计的性质、目的与任务按过程装备与控制工程专业教学计划要求，在学完专业核心课《过程设备设计》后，进行《过程设备课程设计》教学环节，其主要目的是使学生在学习过程设备设计的基础上，进行一次工程设计训练，培养学生解决工程实际问题的能力。
本课程设计的先修课程为：《过程装备力学基础》，《过程装备制造技术》，《工程材料》二、程设计的主要内容与要求本课程设计以化工生产中的单元过程设备为主，包括：塔、换热器、反应器、储罐等设备的设计。
设计条件由工艺人员提供工艺条件、设备的初步选型及轮廓尺寸。
1.课程设计的主要内容1.1设备的机械设计1.1.1 设备的结构设计1.1. 2 设备的强度计算1.2. 技术条件的编制1.2.1总装配图技术条件1.2.2零部件技术条件1.3绘制设备总装配图及零部件图1.4编制设计说明书2.课程设计要求学生应交出的设计文件2.1设计说明书一份2.2总装配图一张（ 1 号图纸）三、课程设计教学的基本要求（一）教学的基本要求1．课程设计是一次综合应用所学知识的实际训练环节，要求学生独立完成2．课程设计实行指导教师负责制，指导教师根据本教学大纲制定课程设计任务书、指导书；准备设计所需要的有关设计资料；安排设计进度及其答疑时间；指导学生完成设计任务。
学生在教师指导下应独立、按时完成课程设计任务书所规定的全部内容和工作量；（二）课程设计的能力培养要求1．巩固、灵活运用本课程基础理论知识2．通过课程设计，培养学生（1）国家、专业标准及规范熟悉、使用能力；（2）分析、综合解决实际工程问题能力；（3）计算机综合应用能力；（4）对过程装备工程概念的理解能力；（5）综合素质、创新意识及创新能力。
（三）课程设计的规范性要求课程设计报告由设计说明书和设计图纸组成。
1.设计图纸应遵循国家机械制图标准和化工设备图样技术要求有关规定，图面布置要合理，结构表达要清楚、正确，图面要整洁，文字书写采用仿宋体、内容要详尽。
过程装备成套技术课程设计
过程装备成套技术课程设计
概述
过程装备成套技术课程是工程技术专业的重要课程之一，主要涵盖工业过程控制、流程装备选择、调试、安装和维护等方面的知识点。
通过该课程的学习，学生应该掌握过程装备的选择、设计、施工以及维护等技能，为其今后从事工艺装备的设计、生产和维护方面提供坚实的理论和实践基础。
本文就如何进行过程装备成套技术课程设计进行详细阐述。
课程目标
•掌握工业过程控制的基本概念和控制系统的组成结构，了解自动控制原理和PID控制原理。
•了解过程装备的工作原理和分类。
•掌握流程装备设计的几个重要步骤和原则。
•学会过程装备调试、安装和维护，了解在过程装备的维护过程中需要注意的问题和方法。
•培养学生分析和解决过程装备故障的能力。
课程设置与内容
课程设置
课程名称：过程装备成套技术
学时：48学时
学分：3学分
1。
过热器流程
1. 锅炉设备主要规范和结构1.1 锅炉设备主要规范扬州发电有限公司扩建工程配置的2×300MW锅炉主要系统及基本简要描述如下：2×300MW机组配套的 5#、6#炉为东方锅炉（集团）股份有限公司生产，型号DG1036/18.2-Ⅱ4，锅炉为亚临界参数、四角切圆燃烧方式、自然循环汽包炉。
单炉膛п型露天布置，燃用烟煤，一次再热，平衡通风、固态排渣，全钢架、全悬吊结构，炉顶带金属防雨罩。
锅炉的炉膛容积较大，取用较低的炉膛容积热负荷，有利于锅炉的安全经济运行，炉膛断面尺寸（宽×深）：13335×12829mm，炉膛高度：54.3米。
锅炉本体布置特点：炉膛四周为膜式水冷壁，炉膛上部靠近火焰的三侧布置壁式再热器，炉膛出口处布置全大屏和后屏过热器，水平烟道内依次为中温再热器、高温再热器和高温过热器。
后竖井烟道内布置低温过热器和省煤器，炉内还布置了顶棚过热器包墙过热器。
为了防止膜态沸腾，大量采用水冷壁内螺纹管。
再热器高温布置。
再热器、过热器受热面按辐射——对流布置方式，其汽温特性随负荷变化比较平稳。
尾部烟道装有两台三分仓回转式空气预热器，采用较高的出口风温以满足燃用低挥发份的贫煤的需要。
锅炉燃烧系统采用四角布置燃烧器、切圆燃烧，四角燃烧器的中心线分别与炉膛中心的两个假想圆相切，两个假想切圆的直径分别为Φ681mm和Φ772mm，燃烧器分上、下两组。
上组每个角各有2只煤粉燃烧器，1只油燃烧器和2只三次风燃烧器，下组每个角各有3只煤粉燃烧器和1只油燃烧器。
其中，最下两层煤粉燃烧器为清华大学研制的“双通道”Ⅲ、Ⅳ型喷燃器。
锅炉制粉系统采用五台中速磨煤机（其中四台运行，一台备用），磨煤机为HP843型，冷一次风机、正压直吹式送粉系统。
锅炉随汽轮机运行方式可采用定压运行,也可采用定—滑—定方式运行。
过热蒸汽采用三级喷水减温调节，再热蒸汽以摆动燃烧器喷口为主，并辅以喷水微调。
1.2 锅炉设备结构锅炉铭牌锅炉铭牌DG1036/18.2-Ⅱ4制造厂家东方锅炉（集团）股份有限公司主要参数过热蒸汽：B—MCR工况：蒸发量1036t/h，出口压力17.4MPa(g)，出口温度540℃。
过热器系统
锅炉过热器系统第一节概述过热器是锅炉中将一定压力下的饱和水蒸气加热成相应压力下的过热水蒸气的受热面。
类型和特点过热器按传热方式可分为对流式、辐射式和半辐射式；按结构特点可分为蛇形管式、屏式、墙式和包墙式。
它们都由若干根并联管子和进出口集箱组成。
管子的外径一般为30～60毫米。
对流式过热器最为常用，采用蛇形管式。
它具有比较密集的管组，布置在 450～1000℃烟气温度的烟道中，受烟气的横向和纵向冲刷。
烟气主要以对流的方式将热量传递给管子，也有一部分辐射吸热量。
屏式过热器由多片管屏组成，布置在炉膛内上部或出口处，属于辐射或半辐射式过热器。
前者吸收炉膛火焰的辐射热，后者还吸收一部分对流热量。
我厂锅炉采用美国B&W公司RBC自然循环燃煤锅炉的标准布置。
系单炉膛、平衡通风，固态排渣全悬吊结构，尾部分烟道倒L型布置。
炉膛由膜式水冷壁构成，炉膛上部布置屏式过热器，炉膛折焰角上方有二级高温过热器，在水平烟道处布置了垂直再热器，尾部竖井由隔墙分成前后两个烟道，前部布置水平再热器，后部布置一级过热器和省煤器。
第二节过热器系统的主要设备过热器由顶棚、包墙、一级过热器、屏式过热器及二级过热器组成。
1．顶棚管和包墙顶棚管处于炉膛和水平烟道上部，由Φ76×9，12Cr1MoVG管和12Cr1MoV扁钢（或扁销钉）焊成鳍片管组成，节距为150mm，便于过热器和再热器管子穿过。
整个顶棚和穿墙管处的密封结构先是在鳍片上打上耐火塑料，再置以高冠板结构的金属密封（如图2-2所示）只要按照制造厂图纸要求精心施工，就能实现良好的炉顶密封。
包墙管绝大部分制成膜式结构，并根据运输条件最大限度地在厂内组装。
顶棚和包墙壁管的蒸汽流程如图2-1所示。
图2-1 顶棚及包墙管流程图锅筒顶部引出的饱和蒸汽分成两路进入过热器其中一路的流程为：锅筒→12根Φ133×16mm，饱和蒸汽连接管→水平烟道侧墙下集箱→66根Φ42×5，15CrMoG管的水平烟道侧包墙→水平烟道侧墙上集箱→12根Φ133×16mm连接管引入尾部竖井前墙上集箱（Φ245×40mm 12Cr1MoVG）。
说明书(过热器)
物料衡算1、依据甲醇蒸气转化反应方程式:CH3OH→CO↑+2H2↑CO+H2O→CO2↑+ H2CH3OH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).2、投料计算量代入转化率数据,式(1-3)和式(1-4)变为:CH3OH→0.99CO↑+1.98H2↑+0.01 CH3OHCO+0.99H2O→0.99CO2↑+ 1.99H2+0.01CO合并式(1-5),式(1-6)得到:CH3OH+0.981 H2O→0.981 CO2↑+0.961 H2↑+0.01 CH3OH+0.0099 CO↑氢气产量为: 2100m3/h=93.750 kmol/h甲醇投料量为: 93.750/2.9601ⅹ32=1013.479 kg/h水投料量为: 1013.222/32ⅹ1.5ⅹ18=855.123 kg/h3、原料液储槽(V0101)进: 甲醇 1013.479 kg/h , 水 855.123 kg/h出: 甲醇 1013.479 kg/h , 水 855.123 kg/h4、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 1013.479kg/h , 水 855.123 kg/h , 总计1868.802kg/h出 : 生成CO21013.479/32ⅹ0.9801ⅹ44 =1365.720kg/hH21013.479/32ⅹ2.9601ⅹ2 =187.500 kg/hCO 1013.479/32ⅹ0.0099ⅹ28 =8.779 kg/h剩余甲醇 1013.479/32ⅹ0.01ⅹ32 =10.135kg/h剩余水 855.123-1013.479/32ⅹ0.9801ⅹ18=296.386总计 1868.6026、吸收塔和解析塔吸收塔的总压为1．5MPa,其中CO2的分压为0.38 MPa ,操作温度为常温(25℃). 此时,每m3吸收液可溶解CO211.77 m3.此数据可以在一般化工基础数据手册中找到，二氯化碳在碳酸丙烯酯中的溶解度数据见表1一l及表1—2。
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南京工业大学过程装备成套技术课程设计-过热器————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：1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：3)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。
4)与电解水制氢相比，单位氢气成本较低。
5)所用原料甲醇易得，运输、贮存方便。
6)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。
1、设计任务书一、题目：生产能力为1600 Nm3/h甲醇制氢生产装置。
二、设计参数：生产能为1600 Nm3/h。
1、工艺计算：物料衡算和热量衡算。
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。
三、图纸清单：1、预热器总装配图1张，1号2、预热器零件图2号，2张3、管道仪表流程图2号，1张4、设备平面布置图2号，1张5、管道平面布置图2号，1张6、管道空视图3号，2张7、自动控制方案图3号，1张2、甲醇制氢工艺设计2.1 甲醇制氢工艺流程甲醇制氢的物料流程如图1－2。
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，通过计算泵进入换热器（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H2、CO2的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。
图1－2 甲醇制氢的物料流程图及各节点物料量2.2 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%，反.应温度280℃，反应压力1.5MPa，醇水投料比1：1.5(mol)。
2、投料计算量代入转化率数据，式(1-3)和式(1-4)变为：CH3OH→0.99CO↑+1.98H2↑+0.01 CH3OHCO+0.99H 2O→0.99CO 2↑+ 1.99H 2+0.01CO合并式(1-5)，式(1-6)得到：CH 3OH+0.9801 H 2O→0.9801 CO 2↑+2.9601 H 2↑+0.01 CH 3OH+0.0099 CO↑ 氢气产量为： 1600m 3/h=71.429 kmol/h甲醇投料量为： 71.429/2.9601ⅹ32=772.179kg/h 水投料量为： 71.429/2.9601ⅹ1.5ⅹ18=651.526 kg/h 3、原料液储槽(V0101) 进： 甲醇 772.179 kg/h 水 651.526 kg/h 出： 甲醇 772.179 kg/h 水651.526 kg/h4、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 772.179 kg/h ；水651.526kg/h ；总计1423.705kg/h 出： 生成CO 2772.179/32ⅹ0.9801ⅹ44 =1040.617kg/hH 2 772.179/32ⅹ2.9601ⅹ2 =142.858 kg/h CO772.179/32ⅹ0.0099ⅹ28 =6.689 kg/h 剩余甲醇 772.179/32ⅹ0.01ⅹ32=7.722kg/h剩余水 651.526-772.179/32ⅹ0.9801ⅹ18=225.819 kg/h 总计1423.705kg/h6、吸收塔和解析塔吸收塔的总压为1．5MPa ，其中CO 2的分压为0.38 MPa ，操作温度为常温(25℃). 此时，每m 3吸收液可溶解CO 211.77 m 3.此数据可以在一般化工基础数据手册中找到，二氧化碳在碳酸丙烯酯中的溶解度数据见表1一l 及表1—2。
解吸塔操作压力为0.1MPa ， CO 2溶解度为2.32，则此时吸收塔的吸收能力为：11.77-2.32=9.450.4MPa 压力下2co ρ=p M/RT=0.4⨯44/[0.0082⨯(273.15+25)]=7.20kg/m 3CO 2体积量V 2CO =1040.617/7.20=144.530 m 3/h 据此，所需吸收液量为144.530/9.45= 15.294m 3/h考虑吸收塔效率以及操作弹性需要，取吸收量为 15.294 m 3/h 3⨯=45.883 m 3/h 可知系统压力降至0.1MPa 时，析出CO 2量为144.530 m 3/h=1040.617 kg/h. 混合气体中的其他组分如氢气，CO 以及微量甲醇等也可以按上述过程进行计算，在此，忽略这些组分在吸收液内的吸收.7、PSA 系统略.8、各节点的物料量综合上面的工艺物料衡算结果，给出物料流程图及各节点的物料量，见图1一2.2.3 热量衡算1、汽化塔顶温确定在已知汽相组成和总压的条件下，可以根据汽液平衡关系确定汽化塔的操作温度· 甲醇和水的蒸气压数据可以从一些化工基础数据手册中得到：表1-3列出了甲醇的蒸气压数据；水的物性数据在很多手册中都可以得到，这里从略。
在本工艺过程中，要使甲醇水完全汽化，则其汽相分率必然是甲醇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+0.6p水=1.5MPa初设T=170℃p甲醇=2.19MPa; p水=0.824 MPap总=1.3704<1.5 MPa再设T=175℃p甲醇=2.4MPa; p水=0.93 MPap总=1.51 MPa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、转换器(R0101)两步反应的总反应热为49.66kJ/mol，于是，在转化器内需要供给热量为：Q反应=772.179×0.99/32×1000×(-49.66)=-1.19⨯106 kJ/h此热量由导热油系统带来，反应温度为280℃，可以选用导热油温度为320℃，导热油温度降设定为5℃，从手册中查到导热油的物性参数，如比定压热容与温度的关系，可得：cæ320p =4.1868⨯0.68=2.85kJ/(kg·K)，cæ300p=2.81kJ/(kg·K)取平均值c p=2.83 kJ/(kg·K)则导热油用量w=Q反应/(cp∆t)=1.19⨯610/(2.83⨯5)=84099 kg/h3、过热器(E0102)甲醇和水的饱和蒸气在过热器中175℃过热到280℃，此热量由导热油供给.从手册中可以方便地得到甲醇和水蒸气的部分比定压热容数据，见表1-4气体升温所需热量为：Q=∑c p m∆t=(1.90⨯772.179+4.82⨯651.526) ⨯(280-175)=4.83⨯105kJ/h导热油cp=2.826 kJ/(kg·K)，于是其温降为：∆t=Q/(cPm)= 3.63⨯105/(2.826⨯62898)=2.04℃导热油出口温度为：315-2.0=313.0℃4、汽化塔（TO101 )认为汽化塔仅有潜热变化。
175 ℃时甲醇H = 727.2kJ/kg；水H = 203IkJ/kgQ=772.1779⨯727.2+2031⨯651.526=1.88⨯106kJ/h以300℃导热油计算cp=2.76 kJ/(kg·K)∆t=Q/(cPm)=1.88⨯106/(2.76⨯83840)=8.12℃则导热油出口温度：t2=313.0-8.1=304.9℃导热油系统温差为：∆T=320-304.9=15.1℃，基本合适。
5、换热器（EO101)壳程：甲醇和水液体混合物由常温（25 ℃）升至175 ℃，其比热容数据也可以从手册中得到，表1 一5 列出了甲醇和水液体的部分比定压热容数据。
液体混合物升温所需热量Q=∑c p m∆t=(772.179⨯3.14+651.526⨯4.30) ⨯(175-25)=7.84⨯105kJ/h 管程：没有相变化，同时一般气体在一定的温度范围内，热容变化不大，以恒定值计算，这里取各种气体的比定压热容为：c 2pco ≈10.47 kJ/(kg·K) c 2pH ≈14.65 kJ/(kg·K) c pco ≈4.19 kJ/(kg·K)则管程中反应后气体混合物的温度变化为：∆t=Q/(c P m)=7.84⨯105/(10.47⨯1040.617+14.65⨯142.858+4.19⨯225.819)=56.3℃换热器出口温度为280-56.3=223.7℃6、冷凝器（EO103)在E0103 中包含两方面的变化：①CO 2， CO ， H 2的冷却以及②CH 3OH ， H 2O 的冷却和冷凝.1、CO 2， CO ， H 2的冷却Q=∑c pm ∆t=(10.47⨯1040.617+14.65⨯142.858+1.04⨯ 6.689)⨯(223.7-40)=2.39⨯106kJ/h2、CH 3OH 的量很小，在此其冷凝和冷却忽略不计。