设备选型计算(DOC)

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956429.510m 3/h ，

合成塔的空速为13000m 3/(m 3催化剂·h)，则催化剂的使用量为：

3956429.510

V 73.57m 13000

=

= .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：874 1.333KJ 3.703W Q 1010=⨯=⨯，取传热系数为300W/（m 2.℃），

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℃ 11C t ∆=︒ 255C t ∆=︒ 合成塔的平均温差：21m 21551

t t 13.48C t 55t In In 1

t ∆-∆-∆=

==︒∆∆ 由m Q KS t =∆ 得：传热面积7

2m Q 3.70310S 9810.83m K 28013.48

t ⨯===⨯∆⨯

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、38 2.5Φ⨯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： S 9810.83

n 7335L

3.140.035512

d =

=

=∏⨯⨯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：

b 1.194.09mm ===，则合成塔壳体直径为：

()()D a b 12l 4894.0912*******.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： []i c t

c

p D 2p δ=

φ-σ

其中封头与壳体采用双面对接焊，100%无损检测，故焊接系数 1.0Φ= 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c 5MPa p =，外径i 4650mm D =，查得在255℃下的许用应力为（插值法）

[]

255

190MPa =σ，由此计算得合成塔壳体的计算壁厚：

[]i

c t

c

p 54650

D 62mm 21905

2p ⨯δ=

=

=⨯-φ-σ，取附加厚度C =1.25mm ，

则名义壁厚n 62 1.2563.25mm =+=δ，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[]t

190MPa =σ

由上面的计算，取试验压力[][]

σσt

T p

.p 251= 190

1.251 1.25MPa 190

=⨯⨯

= 压力试验的的应力校核应满足下面条件：

()σϕδδσs e

e i T T .D p 902≤+=

查表得：常温下18MnMoNbR 的屈服点为e 371.55MPa =δ

则换热器壳体在试验压力下的计算应力：

()()

i e T T e 1.25465063.75p D 46.21MPa 2263.75

+⨯+δ=

==σ⨯δ

而 s 0.90.9 1.0371.55334.395MPa φ=⨯⨯=σ

由上面计算可知σT <σϕs 9.0 ，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：[]250

e w i e

22190 1.063.75

5.14MPa p 465063.75D φσ⨯⨯⨯δ===⎡⎤⎣⎦++δ 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D i /2h i =1.9，封头内径为4650mm ，则h i =1224mm ，则封头的设计壁厚：

[]c i t

c

Kp D 0.93 5.54650

63.05mm

21900.5 5.5

20.5p ⨯⨯δ==

=⨯-⨯σφ-

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：

[]255

e w i e 22190 1.063.75 5.56MPa p 0.50.9346500.563.75

KD φσ⨯⨯⨯δ===⎡⎤⎣⎦

+⨯+⨯δ 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i 33

h 46503487.5mm D 44

==⨯=。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2o 1000W/(m C)=⋅K ，加热器与合成气采用逆向换热， 出塔气： 255℃ → 85℃