论文总字数：36722字

摘 要

本设计首先对10kt/a纯氢CO变换装置工艺过程以及研究状况进行了简单的阐述。然后对采用中低低变换工艺的CO变换流程进行了模拟，并对其中的热量回收换热器进行了详细设计。在整个变换反应流程中，能量的合理利用和换热器设计与选型对过程的稳定运行及节能减排显得非常重要。

本设计利用Aspen Plus软件对工艺过程进行模拟分析，获得相关工艺数据。根据相关原理及一定的原则，利用Aspen Plus和EDR软件对换热器进行设计与选型，确定了换热器E5301~E5308的有效换热面积，即E5301为86.6sqm，面积裕度39.5%；E5302为45.8sqm，面积裕度43.4%；E5303为349.7sqm，面积裕度34.3%；E5304为61.5sqm，面积裕度52.7%；E5305为73.9sqm，面积裕度31.4%；E5306为106.0sqm，面积裕度21.6%；E5307为108.7sqm，面积裕度53.4%和E5308为896.1sqm，面积裕度29.9%。

最后根据相关标准与规范，利用AutoCAD软件绘制了PFD图、PID图及换热器总装图。

关键词：CO变换 模拟 Aspen Plus EDR 换热器 设计与选型

Design of Heat Exchangers Used for Energies Recovery in CO Shift Plant Producing 10000 Tons of Pure Hydrogen Each Year

ABSTRACT

Firstly, the process of CO shift plant producing 10000 tons of pure hydrogen each year and the research status are simply introduced in this paper. Then,heat exchangers used for recovery of energies in CO shift plant which adopted Middle-Low-low technology was design in detail.In the process of the whole shift reaction,the rational use of energies and the design and selection of heat exchangers is extremely important for steady operation and energy saving in the factory.

The process was simulated and analyzed with related engineering software, Aspen Plus, and then overall process data was obtained.According to relevant theory and specific principles, this paper designed heat exchangers and selected optimum type using Aspen Plus and EDR.The valid area of the heat exchanger E5301~E5308 is determined by detailed accounting. Among them,the area of E5301 was 86.6 sqm, 39.5% surplus.The date of the heat exchanger E5302~E5308 was respectively 45.8

sqm,43.4%,349.7sqm,34,3%,61.5sqm,52.7%,73.9sqm,31.4%,106.0sqm,21.6%,108.7

sqm,53.4% and 896.1sqm,29.9%.

Finally, in accordance with the relevant standards and norms, Process Flow Diagram, Piping amp; Instruments Diagram and Heat Exchanger Layout was designed and drew with the software of AutoCAD.

Keywords: CO shift reaction;Simulation; Aspen Plus; EDR; Heat exchanger;Design and selection.

目 录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 文献综述 1

1.1课题背景及意义 1

1.2 基本内容与原理 1

1.2.1影响变换反应化学平衡的因素 2

1.3 CO变换催化剂的研究进展 3

1.3.1 负载贵金属催化剂 3

1.3.2 二氧化铈( CeO2) 基变换催化剂 3

1.4 CO变换工艺 4

1.4.1 中温变换工艺 4

1.4.2 中温串低变工艺 4

1.4.3 中低低工艺 5

1.4.4 全低变工艺 5

1.5 本设计任务 6

第二章 换热器设计基础 7

2.1 概述^[20] 7

2.2 管壳式换热器的类型 7

2.2.1 管壳式换热器的零、部件名称 7

2.2.2 管壳式换热器主要部件 8

2.3 管壳式换热器的型式与结构 9

2.3.1 固定管板式换热器 10

2.3.2 浮头式换热器 11

2.3.3 U型管式换热器 12

2.3.4填料函式换热器 13

第三章 物料与能量衡算 14

3.1 物料与能量衡算的目的及原理^[29] 14

3.2 第一段变换反应流程模拟 14

3.2.1 工艺流程简述 14

3.2.2 物性方法 15

3.2.3 化学反应 15

3.2.4 定义组分、流股和模块 15

3.2.5 物料衡算结果 19

3.2.6 能量衡算结果 20

3.3 第二段变换反应流程模拟 22

3.3.1 工艺流程简述 22

3.3.2 物性方法 22

3.3.3 化学反应 23

3.3.4 定义组分、流股和模块 23

3.3.5 物料衡算结果 27

3.3.6 能量衡算结果 28

3.4 第三段变换反应流程模拟 30

3.4.1 工艺流程简述 30

3.4.2 物性方法 30

3.4.3 化学反应 30

3.4.5 物料衡算结果 33

3.4.6 能量衡算结果 34

第四章 换热器设计与选型^[31] 36

4.1 换热器设计步骤 36

4.2 压降 36

4.3 粗合成气预热器E5301 37

4.3.1 E5301简捷计算 37

4.3.2 换热器E5301选型 38

4.3.3 E5301详细计算 39

4.3.4 EDR核算 42

4.4中压蒸汽过热器E5302 45

4.4.1 E5302简捷计算 45

4.4.2 换热器E5302选型 45

4.4.3 E5302详细计算 46

4.4.4 EDR核算 48

4.5 中压余热锅炉E5303 52

4.5.1 E5303简捷计算 52

4.5.2 换热器E5303选型 52

4.5.3 E5303详细计算 53

4.5.4 EDR核算 54

4.6 冷凝液加热器E5304 58

4.6.1 E5304简捷计算 58

4.6.2 换热器E5304选型 58

4.6.3 E5304详细计算 59

4.6.4 EDR核算 60

4.7低压蒸汽过热器E5305 64

4.7.1 E5305简捷计算 64

4.7.2 换热器E5305选型 64

4.7.3 E5305详细核算 65

4.7.4 EDR核算 66

4.8 第一低压余热锅炉E5306 70

4.8.1 E5306简捷计算 70

4.8.2 换热器E5306选型 70

4.8.3 E5306详细核算 71

4.8.4 EDR核算 72

4.9 锅炉给水预热器E5307 76

4.9.1 E5307简捷计算 76

4.9.2 换热器E5307选型 76

4.9.3 E5307详细计算 77

4.9.4 EDR核算 79

4.10 第二低压余热锅炉E5308 82

4.10.1 E5308简捷计算 82

4.10.2 换热器E5308选型 82

4.10.3 E5308详细计算 83

4.10.4 EDR核算 84

4.11 换热器数据一览表 88

第五章 结论 89

参考文献 90

致 谢 92

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