2019年第十三届全国大学生化工设计竞赛作品九江学院年产15万吨醋酸乙烯生产项目设计文档4-设备设计计算说明书.docx
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1、中韩(武汉)石化年产15万吨醋酸乙烯生产项目【设备设计说明书】风追倭队:|黃套汪萍蔡子薇杨监辉李东兴目录第一章总述11.1 基本要求11.2 主要内容11.3 设备类别21.4 设计原则21.4.1 合理性21.4.2 可靠性21.4.3 安全性31.4.4 经济性31.5 设计依据3第二章塔设备设计42.1 设计依据42.2 设计要求42.3 塔设备简介52.3.1 板式塔52.3.2 填料塔72.3.3 选用依据102.4 塔结构设计122.4.1 塔体结构设计132.2.2塔结构水力学校核162.5 塔结构计算与校核222.5.1 塔髙的计算222.5.2 接管设计242.5.3 塔体机
2、械强度校核252.5.4 设备条件图382.6 选型结果览表39第三章 反应器设计403.1 反应器选型目标403.1.1 固定床反应器403.1.2 流化床反应器423.1.3 釜式反应器433.2 反应器R0101设计443.2.1 反应方程式443.2.2 动力学方程453.2.3 催化剂463.2.4 设计过程463.3 反应器艺计算结果543.4 SW6 校核563.5 设备条件图633.6 选型结果一览表64第四章泵选型654.1 泵类型和特点654.2 泵选型原则664.3 泵选型示例674.3.1 具体选型674.4 选型结果览表74第五章换热器设计765.1 设计依据765.
3、2 设计概述765.3 换热器类型775.4 选用原则775.4.1 基本要求775.4.2 介质流程785.4.3 终端温差795.4.4 流速选择795.4.5 压降795.4.6 传热膜系数805.4.7 污垢系数805.4.8 换热管815.4.9 型号表示825.5 设计过程825.5.1 选型软件825.5.2 E0201 选型设计835.5.3 E0204 选型设计1015.6 设备条件图1165.7 选型结果览表117第六章压缩机1196.1 设计概述1196.2 选用要求1196.3 压缩机分类和使用范围1206.3.1 按工作原理分类1206.3.2 按排气压力分类1206
4、.3.3 压缩机的使用范围1216.4 压缩机艺参数1216.5 压缩机选型举例1226.5.1 进出口物料衡算1226.5.2 压缩机模拟结果1236.6 选型结果一览表124第七章储罐选型1257.1 选型依据1257.2 储罐类型1257.3 储罐系列1251.1.1 立式储罐1261.1.2 卧式储罐1261.1.3 球罐系列1271.1.4 气柜系列1277.4 选型原则1277.4.1 立式平底筒形储罐1287.4.2 球形储罐1287.5 储罐选型1297.5.1 原料储罐1297.5.2 产品储罐1317.5.3 回流罐1327.5.4 缓冲罐1337.5.5 混合罐1347.
5、6 选型结果一览表137第一章总述1.1 基本要求过程设备最基本的要求是满足安全性与经济性。经济性包括经济的制造过 程,经济的安装、使用与维护,以及设备的长期安全运行。在满足工艺要求的前 提下,为了确保安全与经济,过程设备应满足以下基本要求。首先,结构合理, 安全可靠。过程设备所有部件都必须具有足够的强度、刚度和稳定性,可靠的密 封性和一定的耐久性。其次,设备必须具有先进的技术经济指标,技术经济指标 是衡量过程设备优劣的重要参数。再次,运转性能好,操作简单,运转方便;最 后,还要具有优良的环境性能。上述要求很难全部满足,设计选用时应针对具体 问题具体分析,满足主要要求,兼顾次要要求。1.2 主
6、要内容(I)确定单元操作所用设备的类型。这项工作应与工艺流程设计结合进行。(2)确定设备的材质。根据工艺操作条件(温度、压、介质性质)和工艺要求确定符合要求的设 备材质。(3)确定设备的设计参数。设备的设计参数是由工艺流程设计、物料衡算、热量衡算、设备的工艺计算 多项工作得到的。对塔设备,需要确定进出口物料的流量、组成、温度、压、 塔径与塔的材质、填料类型与填料高度或塔板类型与塔板数等,对于精僧塔还要 确定塔顶冷凝器和塔底再沸器的热负荷、换热流体的种类等;对换热器,则需要 知道热负荷、换热面积、冷热流体的种类及流量。(4)确定定型设备(即标准设备)的型号或牌号以及数量。对已有标准图纸的设备,确
7、定标准图的图号和型号。对非标设备,向化工设 备专业设计人员提出设计条件和设备草图,明确设备的型式、材质、基本设计参 数、管口、维修安装要求、支承要求及其他要求(如防爆、人孔、手孔、卸料 、液面计接口等)。(5)编制工艺设备览表。在初步设计阶段,根据设备艺设计的结果,编制艺设备览表,可按非 定型工艺设备和定型工艺设备两类编制。初步设计阶段的工艺设备览表作为设 计说明书的组成部分提供给有关部门进行设计审查。1.2 设备类别化工设备从总体上分为两类,类称定型设备或标准设备,这是由一些加工 厂成批成系列生产的设备,通俗地说,就是可以买到的现成的设备,如泵、反应 釜、换热器、大型储罐等;另类称非定型设备
8、或非标准设备,是指规格和材料 都是不定型的、需要专门设计的特殊设备,如反应器、塔器等。1.3 设计原则1.3.1 合理性即设备必须满足工艺需求,与工艺流程、生产规模、艺条件及工艺控制水 平相适应,在设备的许可范围内,能够最大限度地保证艺的合理和优化并运转 可靠。1.3.2 可靠性艺设备的型式、牌号多种多样,为实现某化工单元过程,可能有多种设 备,因此要求设备运行可靠。在可靠的基础上考虑先进性,便于连续化和自动化 生产,转化率、收率、效率要尽可能达到高的先进水平;在运转的过程中,波动 范围要小,保证运行质量可靠,操作上方便易行,有一定的弹性,维修容易,备 件易于加工等。1.3.3 安全性设备的选
9、型和艺设计要求安全可靠、操作稳定、无事故隐患,对艺和建 筑、地基、厂房等无苛刻要求,工人在操作时劳动强度小,尽量避免高温高压高 空作业,尽量不用有毒有害的设备附件、附材,创造良好的工作环境和无污染。1.3.4 经济性设备的选择求做到技术上先进,经济上合理。1.4 设计依据表!-!设计标准与依据名称标准号压容器GB150-2011锅炉和压容器用钢板GB713-2008奥氏体不锈钢焊接钢管选用规定HG20537.1-1992化工装置用奥氏体不锈钢大口径焊接钢管技术要求HG20537.4-1992艺系统工程设计技术规定HG20570.9-1995钢制化工容器设计基础规定HG20580-2011钢制化
10、工容器材料选用规定HG/T20581-2011钢制化工容器强度计算规定HG/T20582-2011钢制化工容器制造技术要求HG20584-2011化工设备基础设计规定HG/T20643-2012承压设备无损检测(合订本)JB/T4730.1 6-2005石油化工塔型设备基础设计规范SH/T3030-2009管壳式换热器GB151-1999石油、重化学和天然气工业用离心泵GB/T3215-2007离心泵效率GB/T13007-2011第二章塔设备设计2.1 设计依据化工设备设计全书塔设备固定式压容器GB150-2011设备及管道保温设计导则GB8175-2008压容器封头GB/T25198-20
11、10石油化工塔器设计规范SHT3098-2011钢制化工容器结构设计规定HG“20853-2011艺系统工程设计技术规范HG“20570-1995塔顶吊柱HG/T21639-2005常压人孔HG21515-20142.2 设计要求(1)分离效率高,达到定分离程度所需塔的高度低;(2)生产能力大,单位塔截面积处理量大;(3)操作弹性大,对一定的塔器,操作时气液流量的变化会影响分离效率。若 将分离效率最高时的气液负荷作为最佳负荷点,可把分离效率比最高效率下降 15%的最大负荷与最小负荷之比称为操作弹性,易于稳定操作;(4)气体阻小可使气体的输送功率消耗小。对真空精储来说,降低塔器对气 流的阻可减小
12、塔顶、塔底间的压差,降低塔底操作的压强,从而可降低塔底溶 液泡点,降低对塔釜加热剂的要求,还可防止塔底物料的分解;结构简单,设备取材面广便于加工制造与维修,价格低廉,适用面广。2.3 塔设备简介可以从不同的角度对塔设备进行分类。例如:按操作压分为加压塔、常压 塔和减压塔;按单元操作分为精储塔、吸收塔、解吸塔、萃取塔、反应塔和干燥 塔;按形成相际接触界面的方式分为具有固定相界面的塔和流动过程中形成相界 面的塔;也有按塔釜形式分类的,但是长期以来最常用的分类是按塔的内件结构 分为板式塔和填料塔。填料塔以填料作为气液接触元件,气液两相在填料层中逆向连续接触。它具 有结构简单、压降小、易于用耐腐蚀非金
13、属材料制造等优点,对于气体吸收、真空蒸储以及处理腐蚀性流体的操作,颇为适用。当塔径增大时,引起气液 分布不均、接触不良等,造成效率下降,即称为放大效应。同时,填料塔还有重 量大、造价高、清理维修麻烦、填料损耗大等缺点,以致使填料塔在很长时期以 来不及板式塔使用广泛。但是随着新型高效填料的出现,流体分布技术的改进, 填料塔的效率有所提高,放大效应也在逐步得以解决。板式塔是分级式接触型气液传质设备,种类繁多。根据目前国内外实际使用 的情况,主要的塔型是泡罩塔、筛板塔、浮阀塔、舌形塔、浮动喷射塔、等等。2.3.1 板式塔板式塔是在塔内有多层塔板,传热传质过程基本上在每层塔板上进行,塔板 的形状、塔板
14、结构或塔板上气液两相的表现,就成了命名这些塔的依据,诸如筛 板塔、舌形板塔、斜孔板塔、波纹形板塔、泡罩塔、浮阀塔、喷射板塔、波纹传 流塔、浮动喷射塔。下面简单介绍下几种常见的板式塔性能。2.3.1.1 浮阀塔生产能力大,弹性大,分离效率高,雾沫夹带少,液面梯度较小,结构较简 单,是新发展的一种塔。目前很多专家正图对此改进提高,不断有新的浮阀类 型出现。23.1.2泡罩塔泡罩塔是工业上使用最早的种板式塔,气液接触有充分的保证,操作弹性 大,但其分离效率不高,金属消耗量大且加工较复杂,应用逐渐减少。2.3.13筛板塔筛板塔是种有降液管、板形式结构最简单的板式塔,孔径一般为48mm, 制造方便,处理
15、量大,清洗、更换、修理均较容易,但操作范围较小,适用于清 洁的物料,以免堵塞。23.1.4波纹穿流板塔波纹穿流板塔是种新型板式塔,气液两相在板上穿流通过,没有降液管, 加工方便,生产能力大,雾沫夹带小,压降小,除污容易且不易堵塞,甚至在除 尘、中和、洗涤等方面应用更为广泛。国内常用浮阀有3种:F1型、V-4型和T型。三种浮阀中,F1型浮阀最简 单,该类型浮阀已被广泛使用,我国已有颁布标准(JB1118-68)O F!型阀又分重 阀与轻阀两种,重阀用厚度2mm钢板冲成,阀质量约33g,轻阀用厚度1.5mm 钢板冲成,质量约25g。阀重则阀的惯性大,操作稳定性好,但气体阻大。 般采用重阀,只有要求
16、压降很小的场合,如真空精储时使用轻阀。3种阀的主 要尺寸见下表:表2-1三种阀主要尺寸Fl型(重阀)V-4型T型筛孔直径/mm393939阀片直径/mm484850阀片厚度/mm21.52最大开度/mm8.58.58静止开度/mm2.52.51.0-2.0阀片质量/mm32-3435-2630-322.3.2填料塔填料塔是个圆筒塔体,塔内装载层或多层填料,气相由下而上、液相由 上而下接触,传热和传质主要在填料表面上进行,因此,填料的选择是填料塔的 关键。填料的种类很多,许多研究者还在不断地试图改进填料,填料塔的命名也以 填料名称为依据,如金属鲍尔环塔、波网填料塔。常用的填料还有拉西环填料、 鲍
17、尔环填料、矩鞍形填料、阶梯形填料、波纹填料、波网(丝网)填料、螺旋环 填料、十字环填料等。填料塔制造方便,结构简单,便于采用耐腐蚀材料,特别适用于塔径较小的 情况,使用金属材料省,一次投资较少,塔高相对较低。表2-2填料分类与名称填料类型填料名称散装填料环形拉西环形拉西环,十字环,内螺旋环开孔环形鲍尔环,改进型鲍尔环,阶梯环鞍形弧鞍形,矩鞍形,改进矩鞍形环鞍形金属环矩鞍形,金属双弧形,纳特环其他新型塑料球形,花环形,麦勒环形规整填料波纹型垂直波纹型网波纹型,板波纹型水平波纹型Spraypak, Panapak非波纹型珊格形Glitsch Grid板片形压延金属板,多孔金属板绕圈形古德洛形,Hy
18、perfil2.3.2.1散装填料(1)拉西环:目前已被淘汰(2)矩鞍填料:属于乱堆敞开式填料(3)鲍尔环:是在拉西环壁面上开层或两层长方形小窗(4)金属环矩鞍:1977年由美国诺顿公司开发成功,它结合了鲍尔环的空隙大 和矩鞍填料流体均布性好的优点,是目前应用最广的种散装填料可用金属、陶瓷做成(5)阶梯环图2-1拉西环图2-2矩鞍填料图2-5金属矩鞍环图2-4瓷环鲍尔环宴長图2-6特纳环图2-7阶梯环2.3.2.2规整填料目前常用的规整填料为波纹填料,其基本类型有丝网形和孔板形两大类,均 是20世纪60年代以后发展起来的新型规整填料,主要是由平行丝网波纹片或(开 孔)板波纹片平行(波纹)、垂直
19、排列组装而成,盘高约40300mm,具有以下 特点:(1)填料由丝网或(开孔)板组成,材料细(或薄),孔隙率大,加之排列 规整,因而气流通过能力大,压降小。能适用于高真空及精密精储塔器。(2)由于丝网(或开孔)板波纹材料细(或薄),比表面积大,又能从选材 (或加工)上确保液体能在网体或板面上形成稳定薄液层,使填料表面润湿率提 高、避免沟流现象,从面提高传质效率。(3)气液两相在填料中不断呈Z形曲线运动(如图)、液体分布良好、充分 混合、无积液死角,因面放大效应很小。适用于大直径塔设备。图2-9孔板型近年来波纹填料发展较快,有逐步取代其他填料及部分板式塔的倾向,但造 价、安装要求较高,因面受到某
20、种程度的影响。表2-3填料塔和板式塔比较览项目填料塔板式塔散堆填料规整填料空塔气速稍小大比散堆填料大压降小更小一般比填料塔大塔效率小塔效率高高,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2.3.3选用依据塔型的合理选择是做好塔设备设计的首要环节。选择时考虑的因素有:物料 性质、操作条件、塔设备性能,以及塔设备的制造、安装、运转和维修等。与物性相关的因素(1)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
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