煤气化装置中闪蒸罐设计【字数：12720】
闪蒸罐是利用闪蒸原理工作的一种压力容器，闪蒸就是高压状态的饱和液体进入压力较低的容器中，由于压力突然的降低使这些饱和液体迅速气化，从而达到气液分离。压力容器用来装液体或者气体，工作环境为一定压力范围，分离容器是一种用来分离不同成分的反应压力容器，此次设计的闪蒸罐就是此类型。闪蒸罐的运用广泛，在很多领域都有运用，在化工领域各种化合物的制取、农业化肥的生产、石油化工中分离原油制得各种产品、海水淡化、余热发电等领域均得到了应用。本次设计的闪蒸罐是根据煤化工要求来完成的，煤气化的加工过程产生黑水，黑水一般是指气流床高压粉煤气化工艺中水循环中的水，水中含细灰。加工过程要对黑水进行加工分离。本次设计的闪蒸罐是立式容器，立式容器工作时与反应物质接触面积大，利于换热；根据筒体和盘管的设计压力、设计温度等相关参数，查阅压力容器手册，进行筒体和盘管材料的选择和总体结构的确定，并对选择的材料和结构进行论证；计算筒体厚度并根据计算结果选用合适厚度的钢板，然后根据厚度进行强度校核；对于封头、支座等标准件，根据设计要求，按照国家标准选取。设计过程主要进行材料和结构的选取、参数计算、结构校核、三维模型建立、结构分析等。通过这个设计，能够学习到压力容器设计的一般步骤和方式。通过查阅设计手册进行结构的计算和建模，并对模型进行结构分析来验证设计的可靠性。对化工机械的设计过程有初步掌握，并能运用自己所学的知识分析问题和解决问题。
目录
第一章 绪论 1
1.1 选题目的和课题意义 1
1.2 课题研究内容 1
1.3 煤气化工艺流程 2
1.4 国内外煤气化技术发展现状 4
1.5 本课题研究的现状与趋势 5
1.6 本课题解决思路或实验方法 5
第二章 材料及结构的选择与论证 7
2.1设计要求 7
2.2材料的选择 7
2.3结构的选择 8
2.3.1闪蒸罐罐体结构 8
2.3.2法兰形式 9
2.3.3支座结构 9
第三章 闪蒸罐结构设计 11
3.1罐体设计及强度校核 11
3.1.1筒体强度计算 11
3.1.2.上封头设计及强度校核 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
15
3.1.3下封头设计及强度校核 17
3.1.4裙式底座 20
3.2盘管设计及强度校核 23
3.2.1内压圆筒壁厚的设计 23
3.2.2内压圆筒的质量 24
3.2.3耐压试验及强度校核 24
第四章 三维建模及有限元分析 25
4.1 闪蒸罐建模 25
4.1.1闪蒸罐主体模型 25
4.1.2 闪蒸罐附属设施模型 27
4.2 模型有限元分析 28
第五章 附属设施 32
5.1人孔和手孔 32
5.2 扶梯 32
5.3 检测装置 32
5.4 接管 32
第六章 总结 34
参考文献 35
致谢 36
第一章 绪论
1.1 选题目的和课题意义
煤是一种不可再生的化石能源，在各方面有着广泛的使用。是工业生产、农业生产等重要能源物质，从早期工业革命时期的蒸汽机到当代的火力发电都是用煤作为能源。煤的广泛使用推动社会发展的同时也带来很多问题，煤燃烧的时候产生二氧化硫、二氧化氮等各种有害气体。煤气化技术能很好的解决这个问题。作为当代煤化工基础的煤气化技术，通常是由煤经过液化后得到油类产品或者在高温下气化生成合成气，再用合成气作为原料进行加工，可以得到天然气、甲醇、合成气等产品，更深一步再用甲醇作为原料生产乙烯、丙烯等产品。不仅能够减少污染，而且能够使煤炭的利用更加充分，达到节约资源的效果。煤气化的加工过程产生黑水，黑水一般是指气流床高压粉煤气化工艺中水循环中的水,水中含细灰。加工过程要对黑水进行加工分离。闪蒸罐是利用闪蒸原理，即高温高压的液体进入低压罐内，迅速沸腾气化，完成气液分离，能够完成对黑水的分离。闪蒸过程通常是在高温高压的条件下进行的，有时可能需要多次使用闪蒸罐，这就要求闪蒸罐在工作过程中满足工作需求的同时需要一定的刚度来满足压力要求。对闪蒸罐进行设计，可以提升煤气化装置性能、改善生产、提高生产安全性，进一步提高经济效益和减轻环境污染问题。
通过这个课题，能够学习到设计的一般步骤和方式，了解闪蒸罐的设计过程。通过查阅设计手册进行结构的计算和建模，并对模型进行结构分析来验证设计的可靠性。学会运用自己所学的知识分析问题和解决问题，也为今后工作打下基础。
1.2 课题研究内容
1.了解闪煤气化装置蒸罐研究的目的和意义以及研究的内容。查阅资料了解闪蒸罐的工作原理以及基本结构，查阅相关手册，掌握闪蒸罐的相关参数计算 。查阅相关文献，了解煤气化技术及闪蒸罐的研究现状及趋势，在此基础上确定本课题的解决思路和研究方法。
2.根据筒体和盘管的设计压力、设计温度等相关参数，查阅压力容器手册，进行筒体和盘管材料的选择和总体结构的确定，并对选择的材料和结构进行论证。完成闪蒸罐的总体结构设计草图。
3根据闪蒸罐的工作压力、工作温度和容积等设计要求，完成闪蒸罐筒体和盘管的结构尺寸的计算并校核计算结果。根据结构尺寸的计算结果，对闪蒸罐的筒体和盘管进行三维建模，并对模型进行有限元分析，校核强度，验证设计结构是否满足工作压力、工作温度等相关要求。
4.完成设计说明书的编写，装配图设计是根据设计说明书计算参数完成的，设计说明书是对设计过程概述。相关三维图、零件图、装配图的整理。
课题研究过程要对闪蒸罐的一些结构进行三维建模，主要学习使用CAD、Solidworks等三维软件，并用软件对闪蒸罐进行结构分析，校核设计的结构。
1.3 煤气化工艺流程
一系列物理、化学变化发生在煤气化过程。化学变化是煤气化进行的主要方式，主要的化学反应有:
1、水蒸气转化反应 。
2、水煤气变换反应 。
3、部分氧化反应 。
4、完全氧化（燃烧）反应 。
5、甲烷化反应 。
6、附反应 。
煤气化过程主要有气化、变换、低温甲醇洗、甲醇合成及精馏、空分装置。
气化过程分为煤浆制备、气化、黑水处理三个过程。煤浆制备过程是把干煤粉和一定量水送入棒磨机中，加入一定量添加剂调节PH值和粘度后进行研磨，得到水煤浆。气化过程是将上一步制得的水煤浆和氧气经加压泵通入气化炉中，本阶段主要反应为“水蒸气转化反应”和“水煤气变换反应”，生成
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目录
第一章 绪论 1
1.1 选题目的和课题意义 1
1.2 课题研究内容 1
1.3 煤气化工艺流程 2
1.4 国内外煤气化技术发展现状 4
1.5 本课题研究的现状与趋势 5
1.6 本课题解决思路或实验方法 5
第二章 材料及结构的选择与论证 7
2.1设计要求 7
2.2材料的选择 7
2.3结构的选择 8
2.3.1闪蒸罐罐体结构 8
2.3.2法兰形式 9
2.3.3支座结构 9
第三章 闪蒸罐结构设计 11
3.1罐体设计及强度校核 11
3.1.1筒体强度计算 11
3.1.2.上封头设计及强度校核 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
15
3.1.3下封头设计及强度校核 17
3.1.4裙式底座 20
3.2盘管设计及强度校核 23
3.2.1内压圆筒壁厚的设计 23
3.2.2内压圆筒的质量 24
3.2.3耐压试验及强度校核 24
第四章 三维建模及有限元分析 25
4.1 闪蒸罐建模 25
4.1.1闪蒸罐主体模型 25
4.1.2 闪蒸罐附属设施模型 27
4.2 模型有限元分析 28
第五章 附属设施 32
5.1人孔和手孔 32
5.2 扶梯 32
5.3 检测装置 32
5.4 接管 32
第六章 总结 34
参考文献 35
致谢 36
第一章 绪论
1.1 选题目的和课题意义
煤是一种不可再生的化石能源，在各方面有着广泛的使用。是工业生产、农业生产等重要能源物质，从早期工业革命时期的蒸汽机到当代的火力发电都是用煤作为能源。煤的广泛使用推动社会发展的同时也带来很多问题，煤燃烧的时候产生二氧化硫、二氧化氮等各种有害气体。煤气化技术能很好的解决这个问题。作为当代煤化工基础的煤气化技术，通常是由煤经过液化后得到油类产品或者在高温下气化生成合成气，再用合成气作为原料进行加工，可以得到天然气、甲醇、合成气等产品，更深一步再用甲醇作为原料生产乙烯、丙烯等产品。不仅能够减少污染，而且能够使煤炭的利用更加充分，达到节约资源的效果。煤气化的加工过程产生黑水，黑水一般是指气流床高压粉煤气化工艺中水循环中的水,水中含细灰。加工过程要对黑水进行加工分离。闪蒸罐是利用闪蒸原理，即高温高压的液体进入低压罐内，迅速沸腾气化，完成气液分离，能够完成对黑水的分离。闪蒸过程通常是在高温高压的条件下进行的，有时可能需要多次使用闪蒸罐，这就要求闪蒸罐在工作过程中满足工作需求的同时需要一定的刚度来满足压力要求。对闪蒸罐进行设计，可以提升煤气化装置性能、改善生产、提高生产安全性，进一步提高经济效益和减轻环境污染问题。
通过这个课题，能够学习到设计的一般步骤和方式，了解闪蒸罐的设计过程。通过查阅设计手册进行结构的计算和建模，并对模型进行结构分析来验证设计的可靠性。学会运用自己所学的知识分析问题和解决问题，也为今后工作打下基础。
1.2 课题研究内容
1.了解闪煤气化装置蒸罐研究的目的和意义以及研究的内容。查阅资料了解闪蒸罐的工作原理以及基本结构，查阅相关手册，掌握闪蒸罐的相关参数计算 。查阅相关文献，了解煤气化技术及闪蒸罐的研究现状及趋势，在此基础上确定本课题的解决思路和研究方法。
2.根据筒体和盘管的设计压力、设计温度等相关参数，查阅压力容器手册，进行筒体和盘管材料的选择和总体结构的确定，并对选择的材料和结构进行论证。完成闪蒸罐的总体结构设计草图。
3根据闪蒸罐的工作压力、工作温度和容积等设计要求，完成闪蒸罐筒体和盘管的结构尺寸的计算并校核计算结果。根据结构尺寸的计算结果，对闪蒸罐的筒体和盘管进行三维建模，并对模型进行有限元分析，校核强度，验证设计结构是否满足工作压力、工作温度等相关要求。
4.完成设计说明书的编写，装配图设计是根据设计说明书计算参数完成的，设计说明书是对设计过程概述。相关三维图、零件图、装配图的整理。
课题研究过程要对闪蒸罐的一些结构进行三维建模，主要学习使用CAD、Solidworks等三维软件，并用软件对闪蒸罐进行结构分析，校核设计的结构。
1.3 煤气化工艺流程
一系列物理、化学变化发生在煤气化过程。化学变化是煤气化进行的主要方式，主要的化学反应有:
1、水蒸气转化反应 。
2、水煤气变换反应 。
3、部分氧化反应 。
4、完全氧化（燃烧）反应 。
5、甲烷化反应 。
6、附反应 。
煤气化过程主要有气化、变换、低温甲醇洗、甲醇合成及精馏、空分装置。
气化过程分为煤浆制备、气化、黑水处理三个过程。煤浆制备过程是把干煤粉和一定量水送入棒磨机中，加入一定量添加剂调节PH值和粘度后进行研磨，得到水煤浆。气化过程是将上一步制得的水煤浆和氧气经加压泵通入气化炉中，本阶段主要反应为“水蒸气转化反应”和“水煤气变换反应”，生成
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