2019年第十三届全国大学生化工设计竞赛安徽建筑大学作品年产10万吨醋酸乙烯项目(97-2003).docx
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1、2019 “东华科技恒逸石化杯” 第十三届全国大学生化工设计竞赛 安徽巢湖皖维分公司年产10万吨醋酸乙烯项目设备设计及选型说明书立皖狂男团队团队成员:蒋怡斌郭帆徐非凡杨港张艺娴 指导老师:陈广美杨明娣黄静金杰李菲菲目录第一章塔设备收计11.1 塔设备设计概述11.1.1 塔设备设计原则11.1.2 塔设备的设计目标11.1.3 塔型选择原则21.2 VAC精储塔的设计(T0204)51.2.1 T0204塔设计条件51.2.2 塔体结构初步设计与水力学校核81.2.3 VAC精储塔(T0204)结构设计121.2.4 强度校核161.2.5 塔设计小结表171.2.6 塔设备装配图181.2.
2、7 SW6强度校核计算说明书191.3 乙醛精储塔的设计(T0205)321.3.1 T0205塔设计条件321.3.2 T0205 填料选择341.3.3 塔填料装填与水力学校核361.3.4 T0205内部构件选型与设计391.3.5 T0205乙醛精储塔结构设计441.3.6 强度校核481.3.7 塔设计小结表501.3.8 SW6强度校核计算说明书501.4 城吸收塔的设计(T0303)651.4.1 T0303塔设计条件651.4.2 T0303 填料选择681.4.3 塔填料装填与水力学校核691.4.4 T0303内部构件选型与设计701.4.5 T0303乙醛精徳塔结构设计7
3、51.4.6 强度校核791.4.7 塔设计小结表801.4.8 塔设备装配图811.4.9 SW6强度校核计算说明书811.5 塔设备设计览表96第二章换热器选型设计972.1 换热器选型设计概述972.1.1 设计依据972.1.2 换热器类型972.1.3 换热器的选型软件992.2 换热器选型示例:E0402992.2.1 换热器选型参数设计992.2.2 换热器选型结构设计1032.2.3 换热器设计小结表1082.2.4 换热器E0402设备条件图1093.1 反应器设计概述1103.1.1 反应器设计目标1103.1.2 反应器类型1103.2 醋酸乙烯合成反应器设计(R0101
4、) 1153.2.1 固定床概述1163.2.2 反应器选择1173.2.3 催化剂的选择1173.2.4 反应器内层结构设计1173.2.5 反应器外层结构设计1233.2.6 反应器换热任务核算1253.2.7 反应器构件计算1263.2.8 反应器压降校核1333.2.9 反应器设计小结1333.2.10 反应器SW6校核1353.3 乙醇脱水反应器 R04011443.3.1 反应特点1443.3.2 绝热式固定床反应器概述1443.3.3 反应器选择1453.3.4 催化剂的选择1453.3.5 反应器内层结构设计1453.3.6 反应器结构设计1473.3.7 反应器压降校核153
5、3.3.8 反应器设计小结1533.3.9 反应器SW6校核154第四章气液分离器设计1614.1 设计依据1614.2 设计 目 标1614.3 气液分离器的分类1614.3.1 立式和卧式重力分离器1614.3.2 立式和卧式丝网分离器1614.4 气液分离器的设计(F0101以为例)1624.4.1 气液分离器艺参数1624.4.3 尺寸设计1624.5 气液分离器设计览表1745.1 概述1755.2 泵的类型和特点1755.3 泵的选型原则1765.4 泵的选型1785.4.1 选型方法1785.4.2 进出口液体流速1795.4.3 扬程计算1795.5 选型结果1795.6 新型
6、泵的应用1805.7 泵选型览表181第六章储罐与回流罐的选型1826.2 储罐简述1826.3 储罐系列1836.4 选型原则184第七章压缩机的选型1867.1 选型依据1867.2 选型原则1867.3 压缩机选型1887.3.1 压缩机艺参数1887.3.2 压缩机选型实例(以 8101为例)1887.4 新型降噪压缩机的应用189第一章塔设备设计高径比很大的设备统称为塔器。由于蒸储(精馅)和吸收的塔器风别称为蒸 储塔和吸收塔。塔设备是化工、石油化工、生物、制药等生产过程中广泛采用的 气液传质设备。蒸馆和吸收作为分离过程,虽基于不同的物理化学原理,但均属 于气、液两相间的传质过程,有着
7、共同的特点,可在同样的设备中进行操作。在塔设备中较为常见的单元操作有:吸收、精悟、解吸和萃取等。此外, 业气体的冷却与回收、气体的湿法精制和干燥,以及兼有气液两相传质和传热的 增湿和减湿等效果。1.1 塔设备设计概述1.1.1 塔设备设计原则为获得最大的传质速率,塔设备应该满足两条基本原则:(1)使气、液两相充分接触,适当湍动,以提供尽可能大的传质面积和传 质系数,接触后两相又能及时的完善分离;(2)在塔内使气、液两相最大限度地接近逆流,以提供最大的传质推动。 板式塔的各种结构设计、新型高效填料的开发,均是这两条原则的体现和展1.1.2 塔设备的设计目标作为主要用于传质过程的塔设备,首先必须使
8、气液两相能充分接触,以获得 较高的传质效率。此外,为满足工业生产的需要,塔设备还得考虑下列各项要求:(1)生产能力大。在较大的气(汽)液流速下,仍不致发生大量的雾沬夹 带、拦液、或液泛等破坏正常操作的现象;(2)操作稳定、弹性大。当塔设备的气(汽)液负荷量有较大波动时,仍 能在较高的传质效率下进行稳定的操作,并且塔设备应保证能长期稳定操作;(3)流体流动的阻小,即流体通过塔设备的压降小。这将大大节省生产 中的动消耗,以降低正常操作费用。对于减压蒸僑操作,较大的压降还将使 系统无法维持必要的真空度;(4)结构简单、材料耗用量小,制造和安装容易。这可以减少基建过程中 的投资费用;(5)耐腐蚀和不易
9、堵塞,方便操作、调节和检修。事实上,对于现有的任何种塔器,都不可能完全满足上述所有要求,但是 我们可以在某些方面做到独特之处。以此来达到较大的生产效率,提高企业的生 产效益。1.1.3塔型选择原则1.1.3.1 填料塔和板式塔的介绍和比较根据塔内气、液接触构件的结构形式的不同,塔设备可以分为板式塔和填料 塔两大类。按塔内气液接触方式,有逐级接触式和微分(连续)接触式。板式塔内设置定数量的塔板,气体通常以泡沫状或喷射状穿过塔板上的液 层,进行传质与传热。在正常操作下,气相为分散相,液相为连续相,气相组成 呈阶梯变化,属逐级接触逆流操作过程。填料塔内装有一定高度的填料层,液体自塔顶沿填料表面下流,
10、气体逆流而 上(有时也采取并流而下)流动,气、液两相密切接触进行传质和传热。在正常 操作条件下,气相为连续相,液相为分散相,气相组成呈连续变化,属微分逆流 接触过程。如下表1.1所示,板式塔和填料塔各有其优缺点,要根据具体情况具体分析 具体选择。表1.1填料塔和板式塔比较表项目填料塔板式塔散堆填料规整填料空塔气速较小大比散堆填料大压降较小小一般比填料塔大塔效率小塔效率髙高(对大直径无放大效 应)较稳定,效率较高液气比对液体喷淋量有一定要 求范围大适应范围大持液量较小较小较大材质可用非金属耐腐蚀材料适应各类材料金属材料造价小塔较低较板式塔高大直径塔较低安装检修较困难适中较容易1.1.3.2 塔型
11、选择一般原则塔型选择时需要考虑多方面的因素,如物料性质、操作条件、塔设备的性能, 以及塔的制造、安装、运转和维修等。对于真空精僑和常压精憎,通常填料塔塔效率优于板式塔,应优先考虑选用 填料塔,其原因在于填料充分利用了塔内空间,提供的传质面积很大,使得汽液 两相能够充分接触传质。而对于加压精馆,若没有特殊情况,一般不采用填料塔。 这是因为填料塔的投资大,耐波动能力差。同样,吸收过程也分为液膜控制、气膜控制和介于两者之间的共同控制吸收 三种类型。气膜控制的吸收与真空精储相似,应优先考虑选用高效规整填料塔; 液膜控制的吸收与加压精储相似,往往选用板式塔或汽液湍动大、持液量高的散 装填料塔;介于两者之
12、间的,宜采用比表面积大、持液量高、液相湍动大的填料 塔,一般多采用散装填料塔。具体来讲,应着重考虑以下几个方面:(1)与物性有关的因素易起泡的物系,如处理量不大时,以选用填料塔为宜。因为填料能使泡沫破 裂,在板式塔中则易引起液泛。具有腐蚀性的介质,可选用填料塔。如必须用板式塔,宜选用结构简单、造 价便宜的筛板塔盘、穿流式塔盘或舌形塔盘,以便及时更换。具有热敏性的物料须减压操作,以防过热引起分解或聚合,故应选用压降 较小的塔型。粘性较大的物系,可以选用大尺寸填料。板式塔的传质效率太差。含有悬浮物的物料,应选择液流通道大的塔型,以板式塔为宜。操作过程中有热效应的系统,用板式塔为宜。(2)与操作条件
13、有关的因素若气相传质阻大,宜采用填料塔。大的液体负荷,可选用填料塔。液气比波动的适应性,板式塔优于填料塔。操作弹性,板式塔较填料塔大,其中以浮阀塔最大,泡罩塔次之。(3)其他因素对于多数情况,塔径大于800mm时,宜用板式塔,小于800mm时,则可 用填料塔。但也有例外,鲍尔环及某些新型填料在大塔中的使用效果可优于板式 塔。一般填料塔比板式塔重。大塔以板式塔造价较廉。填料塔用于吸收和解吸过程,可以达到很好的传质效果,它具有通量大、阻 小、传质效率高等性能。因此实际过程中,吸收、解吸和气体洗涤过程绝大多 数都使用填料塔。(4)本厂实际情况从分离效率、成本和操作维修等方面考虑,并结合实际情况,我们
14、在设备选 择过程中优先考虑采用板式塔,控制设备投资成本和操作成本,既有较高的操作 弹性,同时操作维修也较为方便。选择结果如下:表1.2塔设备型式位号名称类型T0201初偸塔板式塔T0202共沸精倒塔板式塔T0203VAC回收塔板式塔T0204VAC精億塔板式塔T0205乙醛精備塔填料塔T0301醋酸吸收塔填料塔T0302水洗塔填料塔T0303碱吸收塔填料塔T0401浓硫酸吸收塔填料塔1.2 VAC精储塔的设计(T0204)1.2.1 T0204塔设计条件1.2.1.1 流股参数T0204是VAC精储塔,通过精僑对VAC与醋酸进行彻底的分离,制得浓度 99.8%以上的VAC产品,是本工艺重要的设
15、备之一,因此,对其进行设备设计计 算非常具有代表性。T0204利用VAC与醋酸之间较大的沸点差,通过普通精馅,使液体混合物 实现高纯度的分离,从塔顶得到较纯的VAC产品,实现产品的提纯。T0204塔 内的整个过程主要是传质过程,通过Aspen Plus模拟和优化,得到T0204进出 口流股信息,如下表1.3所示:表1.3 T0204进出流股信息流股进料(T0203W)塔顶出料(T0204D)塔底出料 (T0204W)PhaseLiquid PhaseLiquid PhaseLiquid PhaseTemperatureC86.5777216372.51072304123.4449161Pres
16、surebar1.211.2Mass Flows (总计)kg/hr17426.1124212928.842464497.269954C2H4kg/hr1.57E-1400HACkg/hr4505.3854268.1190906944497.26633602kg/hr1.28E-2000C02kg/hr3.88E-1400H20kg/hr0.3184555580.3184038295.17E-05VACkg/hr12908.8197812908.816520.003259186BXQkg/hr0.6413637070.6413635761.30E-07CSJZkg/hr0.9061057270
17、.9061056151.12E-07CSYZkg/hr9.9902576999.9899535930.000304106YQkg/hr0.0477433870.0477433872.23E-15YECEYSZkg/hr3.10E-064.69E-223.10E-06N2kg/hr7.93E-1800H30+kg/hr000HCO3-kg/hr000OH-kg/hr000CO3-kg/hr000KOHkg/hr000K+kg/hr000K2CO3kg/hr000KHCO3kg/hr000H2SO4kg/hr000YMkg/hr0.003278290.003278293.90E-15YCkg/hr
18、000Mass FractionsC2H49.01E-1900HAC0.2585421990.0006279830.999999195027.35E-2500CO22.23E-1800H201.83E-052.46E-051.15E-08VAC0.7407745040.9984510657.25E-07BXQ3.68E-054.96E-052.90E-11CSJZ5.20E-057.01E-052.49E-11CSYZ0.0005732920.0007726876.76E-08YQ2.74E-063.69E-064.95E-19YECEYSZ1.78E-103.62E-266.88E-10N2
19、4.55E-2200H3O+000HCO3-000OH-000CO3-000KOH000K+000K2CO3000KHCO3000H2SO4000Distillate to feed ratioMole0.667345YM1.88E-072.54E-078.67E-19YC0001.2.1.2 设计温度与设计压根据GB150-2011,压容器操作压指压容器中的最大压,对于T0204 而言,为1.2bar。塔顶装有安全阀,而安全阀的整定压为正常操作压力的 1.057.1倍,设计压应高于或等于安全阀的整定压。因此取设计压为:P = 1.1 X % = 1.3bar塔顶温度为72.5,体系最高温度为
20、123.5,设计温度需要比操作温度高 1530,取设计温度为145,根据该操作条件,选择S30408来作为本塔的材 料。1.2.1.3 总板数与加料板的确定由Aspen Plus模拟出的理论板数为23块,理论加料板位置为第10块塔板。Calculation type Number of stages Condenser ReboilerEquilibrium23 3 Stage WizardTotalKettleValid phasesConvergenceVapor-Liquid.StandardSetup optionsOperating specificationsReflux rati
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