20万吨直馏柴油氨精制装置设计工艺计算 .docx

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1、精品名师归纳总结参赛队伍：环卫工团队参赛题目： 20 万吨直馏柴油 /年氨精制装置设计所属院校：广东石油化工学院参赛同学：林宝杰，张锦恒，李德伟，吴伟荣康佳良，陈清木，陈柱辉，杨春辉指导老师：陈兴来，李宗宝可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结目录第 1 章 静态混合器选型 .1.1.1 选类型 .1.1.2 流速.1.1.3 详细型号 .1.1.4 反应时间 .1.1.5 压力降运算 .2.第 2 章 氨分别器 .5.2.1 各股物料进料情形5.2.2 分别器型号 .5.2.3 减压阀选型运算 .7.2.4 丝网除沫器 .8.第 3

2、章 重力沉降塔 .1 0.3.1 重力沉降塔 .1 0.3.1.1 重力沉降塔容积 .1 03.1.2 确定塔径 .1 0.3.1.3 运算筒体高度 H.1 13.1.4 运算筒体厚度 .1 13.1.5封头厚度运算 .1 13.1.6水压试验强度校核 .1 13.2 重力沉降塔 .1 2.3.2.1 确定塔径 .1 2.3.2.2 运算筒体高度 H.1 23.2.3 运算筒体厚度 .1 23.2.4 封头厚度运算 .1 33.2.5 水压试验强度校核 .1 3第 4 章 乙二醇溶剂汽提塔设计 .1 54.1 原始材料 .1 5.4.1.1 汽提塔进出物料情形 .1 54.1.2 汽提塔热负荷

3、 .1 54.1.3 操作压力 .1 5.4.2 汽提塔设计运算 .1 5.4.2.1 试选传热系数初始值 .1 54.2.2 汽提塔尺寸的确定 .1 54.3 传质过程运算 .1 7.4.3.1 列管内气速 .1 74.3.2 流体周边流量 .1 7可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结4.3.3 液膜厚度 1.8.4.3.4 液泛速度运算 .1 94.3.5 液体最小润湿率运算 .2 04.3.6 液膜停留时间和液膜平均速度2.04.4 复核传热系数 .2 1.4.5 精度运算 .2 3.4.6 塔体及裙座设计运算 .2 34.6.1 塔壁厚的确定 .2 34.6.2 封头的挑选

4、 .2 34.6.3 塔高的运算 .2 34.6.4 塔设备的稳固运算 .2 44.7 裙座设计 .2 5.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结第 1 章 静态混合器选型1.1 选类型选型依据： HG/T 20570.20-95 静态混合器设计已知：在工作温度为35，系统压力为 1.8MPa 下，静态混合器各股物流的物性下表所示：物料质量流率kg/h密度kg/m3体积流率m3/h粘度mPas直馏柴油27777.8810.434.282.03液氨116.0587.40.2010.5乙二醇3472.21102.03.150.013631366.037.63依据表 1.1，三股物料粘度均

5、小于100mPs，挑选 SV 型静态混合器较合适 .1.2 流速总体积流量：依据表 1.2，挑选静态混合器管径为： 流体流速：对于低、中粘度流体的混合、萃取、中和、传热、中速反应，相宜于过渡流或湍流条件下工作，流体流速掌握在，符合情形 .1.3 详细型号选长径比为，就，且设计压力为 P=2.0MPa，查表1.2，水力直径取 6mm，所以该静态混合器型号规格为：SV-6/150-4.0-1500.1.4 反应时间由于环烷酸与液氨的反应为1.5 级反应，所以：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结积分得：式中： 为反应速率常数，。 环烷酸转化率，由设计要求可得。 环烷酸浓度 .所以：单个

6、静态混合器的反应体积：就空时：选用两个静态混合器串联，就空时：=22.53=5.06s由于是该反应是在液相中进行，可视为等容均相反应过程，故反应物料在静态混合器中的平均停留时间T=5.06s由此可见，挑选两个SV-6/150-4.0-1500 静态混合器串联即可满意工艺要求.1.5 压力降运算查表 1.2，间隙率，就：查表 1.3，当时，摩擦系数： 静态混合器压力降：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结.表 1.1表 1.2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结表 1.3第 2 章 氨分别器2.1 各股物料进料情形静态混合器出口物流经节流阀减压至1.2MPa 进入气液分别

7、器，由化工工艺设计手册查得， 35时液氨的饱和蒸汽压MPa查运算图表图4-3-47 氨的压焓图，得35、 1.2MPa ， NH3 的比容，氨气的质量流量为=56.41kg/h , 就释放出来的氨气的体积流量：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结各股物料进料情形如下：物料质量流量密度 体积流量 V可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结mkg/hkg/m3m3/h氨气56.419.8725.714中性油810.434.13乙二醇3.59411033.2566.4237.39 液估算混合液体密度：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结2.2 分别器型号要求液体在分别

8、器中的停留时间T=1h .（1） 试算分别器直径液体体积流率VL=34.13+3.256=37.39m3 ，假设气体空间面积Aa为 14%，可变液面面积 A=80% ，最小液风光积 Ab 为 6%，就试算直径：由 DT 和 Aa 查图 2.5.1-4，得气体空间高度a=0.65m，大于最小气体空间高度300mm，符合要求 .（2） 接管距离液滴直径按最小分别直径d=200m进行运算，时间比值（即液滴通过气体空间高度所需的沉降时间与气体停留时间的比）停留时间R=0.127 ，就进口出口接管之间的距离：依据以上分别器直径和接管距离要求，可选用以下规格卧式容器：（JB4710- 2000）：公称直径

9、DN=3600mm , 筒体 s 长度 L=10800mm.注：以上运算过程依据HG/T20570-95 进行设计运算 .可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结2.3 减压阀选型运算在分别器气体溢流口处设置一减压阀，阀前压力P1=1.2MPa ，阀后压力 P2=1.0MPa ， 就减压阀压降 P=0.2MPa.（1）求减压阀的理论流量G因，故减压阀的理论流量：（2）求减压阀的实际流量q ,取系数，就实际流量：（3）求减压阀所需的阀孔面积：依据以上阀孔面积，查化工工艺设计手册可选用活塞式减压阀（Y43H-16 ）2.4 丝网除沫器另外，需

10、在分别器氨气出口处设置丝网除沫器将氨气中携带的直径在10m 100m液滴进行分别，在液体出口处设置一聚结材料，有利于液滴聚结长大.依据 HGT 21618-1998 选用以下规格丝网除沫器：公称直径DNmm300Hmm150主要外形尺寸H1mm 260Dmm300压缩氨气的绝热系数k=1.877 ，压缩氨气的临界压力比：公称直径 DNmmLmmHmmH1mm阀孔面积（）配法兰型号40220652907GB1060-70-16可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结第 3 章 重力沉降塔3.1 重力沉降塔可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结3.1.1 重力沉降塔容积已知在 3

11、3.0时，两股物料物性如下：密度 物料kg/m3质量流率 m kg/h体积流率 V m3/h可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结溶剂相1104.73.594 1033.253中性油812.627.66 10334.03931.254 10337.292溶剂体积流率：油相体积流率：已知达到分别要求所需的沉降实际时间T=55min ，即液体在分别器中的停留时间为106min ，就沉降塔所需最小容积：考虑 20%的富有量，就沉降塔实际容积：3.1.2 确定塔径可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结取沉降塔的容积为V=40m3，考虑液体静柱压力，取设计压力P=1.25MPa，设计

12、温度为 35，由于原料油经脱酸反应后，含酸量大幅下降，对钢材只有稍微腐蚀，应选用16MnR 钢材，腐蚀余量C2=1.0mm, 16MnR 钢材在 35时的许用应力 t=170MPa焊接接头为 V 形坡口双面焊接，采纳局部无损检测，其焊缝系数=0.85.系数查常用压力容器手册图2-2-1 得塔内径：查 JB/T4746-2002 封头标准系列得 EHA 椭圆形封头的容积：3.1.3 运算筒体高度H3.1.4 运算筒体厚度筒体运算厚度：就设计厚度：取钢板负偏差C1=0.8mm ，故：名义厚度 =+ C1=8.82+0.8=9.62mm圆整后厚度 =10mm，圆整值.3.1.5 封头厚度运算封头设计

13、厚度：钢板负偏差 C1=0.8mm ，封头名义厚度：圆整后厚度 =10mm，圆整值3.1.6 水压试验强度校核钢板有效厚度：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结规定的试验压力取 PT=1.56Mpa水压试验时的应力：16MnR 钢制容器在常温水压试验时的许可应力：由于，故筒体厚度满意水压试验时强度要求.3.2 重力沉降塔入口物料组成环烷酸残油乙二醇质量流量 kg/h117.2727.663469.053613.98密度 kg/m3860.2798.51085.0体积流率 m3/h0.140.043.203.38已知达到分别要求所需的沉降实际时间T=78min , 即物料在分别器中的

14、停留时间为78min, 就沉降塔所需的最小容积：考虑 20%的富有量，就沉降塔的实际容积：3.2.1 确定塔径取沉降塔的容积为V=6.0m3，不考虑液体静柱压力，取设计压力P=0.1Mpa ，设计温度为 60，由于物料为含有机酸乙二醇，对钢材只有明显的腐蚀，应选用0Cr18Ni10Ti 合金钢，腐蚀余量 C2=2.0mm, 0Cr18Ni10Ti合金钢在 60时的许用应力 t=137Mpa焊接接头为 V 形坡口双面焊接，采纳局部无损检测，其焊缝系数=0.85系数查常用压力容器手册图2-2-1 得塔内径查 JB/T4746-2002 封头标准系列得 EHA 椭圆形封头的容积3.2.2 运算筒体高

15、度H可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结3.2.3 运算筒体厚度 运算厚度就设计厚度，取钢板负偏差 C1=0.22mm 故名义厚度：圆整后厚度 =4mm，圆整值3.2.4 封头厚度运算封头设计厚度：钢板负偏差 C1=0.22mm ，封头名义厚度：圆整后厚度 =4mm，圆整值3.2.5 水压试验强度校核钢板有效厚度规定的试验压力取 PT=0.2MPa水压试验时的应力：10Cr18Ni10Ti 合金钢容器在常温水压试验时的许可应力：由于，故筒体厚度满意水压试验时强度要求.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结第 4 章 乙二醇溶剂汽提塔设计4.1 原始材料4.1.1 汽提塔进

16、出物料情形3变换气（100）N22020变换气（ 130）32.74N2NH32012.74合计3624.283624.284.1.2 汽提塔热负荷表 4.1 汽提塔进出物料表序号进料 kg/h出料 kg/h1混合溶剂（131） 3604.28混合溶剂（ 140）3591.542其中： R-COONH4124.42其中： R-COOH116.78NH35.1NH30乙二醇3472乙二醇3472柴油2.76柴油2.764.1.3 操作压力P=0.15Mpa 表压 4.2 汽提塔设计运算可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结4.2.1 试选传热系数初始值针对本设计中汽提塔的进出物料情形和

17、温度、压力等参数，依据体会确定汽提塔传热系数的初始值.4.2.2 汽提塔尺寸的确定管外以 0.9MPa 表饱和蒸汽加热，蒸汽温度为180.蒸汽和混合溶剂的平均温差 t1 为： 蒸汽： 180180溶剂： 131140蒸汽和管内汽提温差为： 蒸汽： 180180气体： 130100总的平均温差 tm 应以蒸汽和混合溶剂的平均温差为主，也要考虑蒸汽和管内气体间的平均温差，由下式运算：再估算传热面积：传热面积估算后，进而对汽提塔降膜换热管尺寸的运算.降膜换热管管径不宜太小，以免管数太多，导致布膜复杂且不匀，依据生产才能，选用材质为的 192由. 于液膜的传热阻力集中在靠近管壁边界层中形成这种边界层

18、“成膜 ”需要一段膜的流过长度，称为热力人口端长度.在热力入口端长度内 一般为 0.40.8M ，膜较厚，流速低，给热系数小，因此，管长以3M 以上为宜 .只要液膜分布器结构能确保布膜匀称，降膜管的长径比H/d 可达 200，应选管长H 为 3M 的一段结构， 保证传质传热在良好情形下进行，并尽量削减混合溶剂在塔内的停留时间.理论管数可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结选用正三角形排列，管心距为，查得管层数为 7，总管数为 37，去拉杆、排污管 7 根，实有管数 30 根.塔径 D 的运算 :降膜管的管径、管长及管数估算后，即可得到塔径.管子采纳焊接，取.其中 b 为中心管数 .圆

19、整得塔径为，取管板径为.4.3 传质过程运算主要运算列管内气速是否达到液泛速度，液体润湿率是否低于最小润湿率.4.3.1 列管内气速在气体流人点：气体流量为，温度为 100，操作压力 1.5atm（表）在气体流出点：气体流量为，温度为 130，操作压力 1.5atm（表）平均值：4.3.2 流体周边流量液体物性参数采纳在液膜温度下之值可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结在液体流入点：混合溶剂的粘度取乙二醇之值在液体流出点：平均值4.3.3 液膜厚度在液体流入点，采纳下式运算液体物性参数采纳液体流人点液膜温度下之值，前面已显现过的，不再列出 下同 .可编辑资料 - - - 欢迎下载精

20、品名师归纳总结在有气体逆流扫过时，液膜厚度增大，取.液体平均膜厚，由于，采纳下式运算：液体物性参数采纳液体流入点和流出点物性参数之算术平均值.同样，在有气体逆流扫过时，取4.3.4 液泛速度运算由于气体流出点，即液体流人点的气速为最大值，液泛速度运算应以此点为依据.液体开头溢出时的关联式为：液体各特性参数采纳流人点液膜温度下之数值，气体各物性参数采纳流出点之值.混合溶剂的表面张力，取乙二醇液之值.气体粘度用平方根规律求得代入上式，得：因液体流人管子处的热力人口端长度内膜较厚，运算液体重量流速时的膜厚采纳正常可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结成膜厚度的两倍 .，管内气速在答应范畴之

21、内.4.3.5 液体最小润湿率运算由于液体流出点，即气体流人点的液体润湿率为最小植，核算液体润湿率应以此点为依据，最小润湿率由下式求得：各物性参数采纳液体流出点之值：液体在流出点的实际润湿率为：，液体润湿率在正常范畴之内.4.3.6 液膜停留时间和液膜平均速度在液体周边流量变化时，液膜在管内停留时间为：、采纳液体流人点和流出点的算术平均值，周边流量、分别采纳液体流可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结入点和流出点之值 .液膜平均速度：4.4 复核传热系数管外为 0.9MPa （表）之饱和燕汽，蒸汽冷凝用量： 查得水蒸汽焓变：，所以物性参数在液膜温度下求取，管外蒸汽冷凝时的给热系数：

22、由于，采纳下式运算同样，物性参数在液膜温度下求取.管内液体沿垂直壁面成膜下流时的给热系数：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结，给热系数关联式如下：液体各物性参数采纳流人点和流出点液膜物性参数之算术平均值.管外蒸汽热阻，取液膜产生的气泡热阻，取不锈钢的导热系数，取 总传热系数：前面运算过增加 10%的设计裕量后为实际传热面积复核：30 根不锈钢管长 3M. 由于，传热面积以内壁计 .4.5 精度运算由精度运算结果可知，满意了设计要求，故汽提塔塔径为.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结4.6 塔体及裙座设计运算4.6.1 塔壁厚的确定依据选材分析，本汽提塔选用Q235-

23、A 钢材来制作塔体和封头 .壁厚依据下式运算：式中： 汽提塔的内径，为。 焊缝系数（双面对接焊，100% 无损探伤），取。 钢板负偏差，取。 腐蚀裕量，取。 许用应力，取.于是：4.6.2 封头的挑选由于，挑选椭圆型封头,封头高度为直边高度，取壁厚4.6.3 塔高的运算塔的底部空间高度是指塔底封头直边到下塔盘的高度为H2 ，由于塔底空间具有中间储槽作用，由于具有酸性易腐蚀设备，停留时间不宜过长，故这里取1.5 分钟， 所以：塔的顶部空间高度是指上塔盘到塔顶封头直边的高度为H2 ，为了削减塔顶出口气体中夹带的液体量，顶部空间一般去，故这里取塔顶高度H3=1.5m ，裙座高度H1=2.5m.总塔高

24、为：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结4.6.4 塔设备的稳固运算（ 1）风载荷风载荷是安装在室外的塔设备的基本载荷之一，塔除了使塔体产生应力而外，仍会使塔体产生方向与风向相同的顺风向振动和垂直于风向的横风向振动，振动的结果使塔设备产生挠度，过大的应力会造成塔体的强度和稳固失效，过大的挠度不仅会使塔的分别成效降低，也会使塔的偏心矩增加 .如产生共振，仍可能导致塔体的破坏 .因此，不行忽视风载荷的作用 .由当的最大风力 12 级，查得风速，风压Pa，塔高为 .风载荷式中： 体型系数，表示稳固风压在设备上的分布情形，它与设备的势状有关.在塔设备运算中，通常取0.7. 塔器各运算段的风

25、振系数，与风压脉动和塔体特点有关，通常当塔高时，取. 风压高度变化系数，这里取所以塔底部截面的最大弯矩： 风弯矩： 偏心弯矩：塔设备在使用中，有时要承担偏心载荷，故应考虑偏心载荷在塔设备上引起的偏心弯矩.在本设计中认为偏心弯矩很小，所以忽视不计，取其中较大值，所以4.7 裙座设计1、裙座高度：，厚度，直径：.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结2、裙座手孔： DN=2003、基础环：基础环压在混凝土基础之上，其结构尺寸的确定应考虑到的脚螺栓位置置及基础混凝土的抗压强度.混凝土基础上的最大压应力考虑正常操作与水压试验两种状态， 取其较大者 .基础环的内、外径使用以下公式选取：故这里选

26、取所以基础环的实际受力面积为：基础环的厚度运算：本基础环采纳有筋板设计，故：其中： 基础环材料的许用应力，对于Q235-A 钢材.圆整得4、的脚螺栓的确定塔设备必需用的脚螺栓牢牢的固定在基础上，以防在风、的震等载荷的作用下使其翻到.塔设备的基础环在轴向载荷和组合弯矩的作用下，在迎风侧的的脚螺栓中可能显现拉应力，背风显现压应力，拉应力通过的脚螺栓传递给基础.因此，的脚螺栓必需有足够的强度.基础环截面系数：的脚落的受的最大拉应力：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结当时，塔设备必需设置的脚螺栓.的脚螺栓的螺纹小径可按下式运算：式中： di 的脚螺栓螺纹小径， mm。 C2的脚螺栓腐蚀裕量，取C2=3mm 。的脚螺栓个数，对小直径塔器可取。 的脚螺栓材料的许用应力MPa. 圆整后的脚螺栓的公称直径不得小于M24. 的脚螺栓材料选用Q235-A.