2019年第十三届全国大学生化工设计竞赛作品湖北文理学院年产10万吨醋酸乙烯项目设计文档03-设备设计及选型说明书.docx
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1、2019年“东华科技恒通石化杯”第十三届全国大学生化工设计竞赛山东辰能既分公司10万吨库醋酸乙烯项目设备设计及选型说明书Greenland 团队裴斐李想徐迎迎章先刚 指导老师:鲁俊目录绪论10. 1过程设备的选型目的和基本要求10. 2设计依据和原则10.3过程设备设计与选型原则10.4设计标准与依据20.5全厂设备概况2第一章塔设备设计31.1 塔设备设计依据31.1.1 塔设备设计原则31. 1. 2塔设备的设计目标41. 1.3塔型选择原则41. 1.4塔型选择一般原则91.2醋酸乙烯酯精储塔的设计(T0303) 111. 2. 1 T0303塔设计条件111.2 . 2塔体结构设计14
2、1.3 塔机械结构设计与校核211.3. 1塔高的确定211.3. 2接管设计231. 3. 3壁厚设计241. 3. 4地脚螺栓大小及个数261.3.5塔体机械强度校核261.4 设备艺条件图491.5 设备装配图491.6 塔设计选型览表49第二章换热器选型设计512.1换热器选型设计概述512. 1. 1设计依据512.2 换热器简介512.3 换热器选用原则542. 3. I基本要求542. 3.2介质流程542. 3.3终端温差552. 3.4流速552. 3.5压降562. 3.6传热膜系数562. 3.7污垢系数572. 3.8换热管582.4换热器型号表示方法592. 4.1换
3、热器的选型软件602. 5换热器选型示例:管売式换热器E0102602. 5.1换热器选型参数设计602. 5. 2换热器选型结构设计652. 5.3换热器设计小结表702. 5.4换热器艺条件图712. 5.5换热器E0102设备装配图722. 5. 6换热器强度校核722.6 换热器选型览表792.7 “扭曲管”的使用802.7. 1“扭曲管使用背景802. 7.2“扭曲管”结构原理812. 7.3“扭曲管”作用原理822. 7.4工程实例82第三章反应器设计说明842.1 反应器设计目标842.2 主要反应机理及动力学853. 3反应机理854. 4动力学方程873. 5催化剂特性923
4、. 6催化剂失活933. 6. 1催化剂结焦93TT3. 6.2催化剂烧结943. 6. 3催化剂化学形态及化学组成变化943. 6.4催化剂活性953. 6.5永久性失活953. 7催化剂的再生方法953. 7. 1干空气吹扫953. 7.2高温还原法953. 8反应器类型选择963. 8. 1反应器概述963. 8.2流化床概述993. 8. 3本厂反应器选择1003.9 反应器模拟模型构建1003. 9. 1模型描述1004. 9.2晕相流动模型方程1015. 9. 3质平衡方程1023.10 艺条件的选择1033. 10. 1反应温度1033. 10. 2反应压1033. 10. 3反
5、应器体积1043.11反应器设计条件1043. 11. 1艺参数1043.12 醋酸乙烯酯合成反应器结构参数设计1053.13 撤热系统设计1103. 13. 1 热负荷 Q1103. 13. 2总传热系数K1113. 13. 3 传热温差 AT,1123. 13. 4换热面积A1123. 14气体分布器1143. 14. 1压降和开孔率1143. 14. 2孔数和孔径的确定1163. 14.3缝隙高度1163. 14. 4风帽中心距1173.15 旋风分离器1173.16 接管设计1203. 16. 1原料气进料口1203. 16. 2催化剂固体进料口1203. 16. 3气体出料口1203
6、. 16. 4 人孔1203.17 控制系统1213.18 强度校核1223. 18. 1材料的选择1223. 18. 2筒体壁厚计算1223. 18. 3反应器强度校核1253.19设备条件图1293. 20设备装配图1303. 21反应器设计览表130第四章气液分离器设计1314. 1设计依据1314. 2设计目标1314.3气液分离器的分类1314. 3. 1立式和卧式重力分离器1314. 3. 2立式和卧式丝网分离器1314. 4设计目标1324. 5气液分离器的设计(以V0210为例)1324. 5. 1气液分离器艺参数1324. 5.2类型选择1334. 5.3尺寸设计1334.
7、6气液分离器设计览表144第五章泵的设计1465. 1 概述1466. 2泵的类型和特点1465. 3泵的选型原则1475.4泵选型示例(以P0101为例)1495. 4. I进出口流速1505. 4. 2扬程计算1505. 4.3艺参数输入1515. 4.4选型结果1515. 4.5性能负荷图1525.5 泵选型一览表1545.6 新型泵的选用156第六章储罐、回流罐、缓冲罐的选型1576. 1选型依据1576. 2储罐选型1576. 2. 1储罐系列1586. 2. 2选型原则1596. 2. 3储罐选型1606. 3储罐选型览表1626.4回流罐选型1636. 4. 1醋酸精億塔回流罐1
8、636. 4.2粗VAC精僧上塔回流罐1636. 4.3 V0316 回流罐1636.5回流罐选型览表1636. 6缓冲罐选型1646. 6. 1选型原则1646. 6. 2缓冲罐选型1646. 6. 3压空缓冲罐选型1666. 6. 4气体分离缓冲罐选型1676.6.5液液分相器选型1676. 7缓冲罐选型一览表1676.8靜态混合器1696. 8. 1静态混合器概念1696. 8. 2静态混合器选型1716.9靜态混合器选型览表171第七章压缩机的选型1737.1 选型依据 1737.2 选型原则1747.3 压缩机艺参数1757.4 4压缩机选型实例C0202选型1767. 4. 1压缩
9、机艺参数1767. 5压缩机选型览表177绪论0.1过程设备的选型目的和基本要求化工设备的工艺设计与选型是在物料衡算和热量衡算的基础上进行的,其目 的是决定工艺设备的类型、规格、主要尺寸和数量,为车间布置设计、施工图设 计及非艺设计项目提供足够的设计数据。过程设备的第一个基本要求是能满足艺要求。对于艺上所要求的温度、 压、液位、流量等都需要过程设备来实现。在满足工艺要求的同时,过程设备 也必须保证有足够的强度,不会在操作过程中遭到破坏。还有一个基本要求,经 济上要合理。在满足前个基本要求之后,要考虑尽量降低设备的生产费用和操 作费用,这样才能使企业获得更大的利益。0.2设计依据和原则化工设备从
10、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。0.3过程设备设计与选型原则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。2 .可靠性和先进性艺设备的型式、牌号多种多样,实现某化工单元过程,可能有多种设备, 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、
11、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。3 .安全性设备的选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,尽量避免高温髙压髙 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。4 .经济性设备的选择求做到技术上先进,经济上合理。0.4设计标准与依据表0-1设计标准与依据名称标准号压容器GB 150-2011锅炉和压容器用钢板GB 713-2008奥氏体不锈钢焊接钢管选用规定HG/T 20537. 1-1992化工
12、装置用奥氏体不锈钢大口径焊接钢管技术要求HG/T 20537. 4-1992艺系统工程设计技术规定HG/T 20570.9-1995钢制化工容器设计基础规定HG/T 20580-2011钢制化工容器材料选用规定HG/T 20581-2011钢制化工容器强度计算规定HG/T 20582-2011钢制化工容器制造技术要求HG/T 20584-2011化工设备基础设计规定HG/T 20643-2012承压设备无损检测(合订本)JB/T 4730. 16-2005石油化工塔型设备基础设计规范SH/T 3030-2009管壳式换热器GB 151-1999石油、重化学和天然气工业用离心泵GB/T 3215
13、-2007离心泵效率GB/T 13007-20110.5全厂设备概况经过艺选择、组合、模拟以及优化,最终设计的工艺流程包括反应器1台, 塔设备8台,泵12台,换热器28台,各类储罐21台,气液分离器8台、静态 混合器5台,压缩机及风机5台,共计设备88台。除塔设备、反应器、容器为自主设计非标设备外,其余设备均为定型设备。 对于非标设备,均详细书写了设计说明书,对于标准设备,均做了设备选型,并 整理了设备览表。全厂重型机器多,设备安装时多采用现场组焊的方式。第一章塔设备设计塔设备是化工、石油化工和炼油等生产中最重要的设备之一,塔可以使气液 相或者液液相之间进行紧密接触,达到较为良好的相际传质及传
14、热的目的。在塔设备中常见的单元操作有:吸收、精億、解吸和萃取等。此外工业气体 的冷却与回收、气体的湿法净制和干燥,以及兼有气液两相传质和传热的增湿和 减湿等效果。1.1 塔设备设计依据化工设备设计全书塔设备化工设备设计基础规定设备及管道保温设计导则钢制人孔和手孔的类型与技术条件钢制化工容器结构设计规定 艺系统工程设计技术规范 钢制压容器焊接规程 塔器设计技术规定 不锈钢人、手孔 压容器封头压容器封头 钢制塔式容器 塔顶吊柱HG/T20643-2012GB 8175-2008HG/T 21514-2014HG/T 20583-2011HG/T 20570-1995JB/T4709-2007HG2
15、0652-1998HG21594-21604-2014GB/T 25198-2010GB/T 25198-2010NB/T47041-2014HGfT 21639-20051.1.1 塔设备设计原则1)具有适宜的流体力学条件,可使气液两相良好接触;(2)结构简单,处理能力大,压降低;(3)强化质量传递和能量传递。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沫夹 带、拦液、或液泛等破坏正常操作的现象;(2)操作稳
16、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。对于减压蒸億操作,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 板式
17、塔板式塔是分级接触传质设备,广泛应用于精備和吸收,有些类型也用于萃取, 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。板式塔一般由塔壳 体、塔板、艺管口、进气分布器、液体分布器、丝网除沫器等组成。根据目前 国内外实际使用的情况,主要的塔型是筛板塔、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。对塔型的评价具体 可以从生产能力、塔板效率、操作弹性、气体通过塔盘的压降、造价和操作是 否方便等方面来考虑。下面现将简单介绍几类主要塔的性能:表1-!几类主要塔的性能比较M6匕塔型性能泡罩塔浮阀塔筛板塔穿流式生产能力差良优优分离效果良优优良操作弹性优优良优造价
18、高良良优压降差良优优本项目通过精億粗分醋酸、VAC和水,处理流量较大,且操作弹性也较大,故本项目优先考虑使用筛板塔。表1-2各类塔板性量化比较塔盘型式指标F型浮阀十字架型浮阀条型浮阀筛板舌型板浮动喷射塔板圆形泡罩条形泡罩S形泡罩棚板筛孔板波纹板气液负荷高444444213444低555233333233操作弹性555334434112压降233324000433雾沫夹带量334343112444分离效率554433434444单位体积设备处理量444444213444制造费用334443213553材料消耗444454223554安装检修434443113553污垢对操作的影响23212310
19、0244注:差;1及格;2中;3一良;4优;5超由上面两个表可知,浮阀塔兼有泡罩塔和筛板塔的优点,现在已成为国内应用广泛的精储塔塔型之一,并且在石油、化学业中使用最为普遍。1.1.3.2 填料塔塔内装有一定高度的填料,是气液接触和传质的基本构件;属微分接触型气液传质设备;液体在填料表面呈膜状自上而下流动;气体呈连续相自下而上与液 体作逆流流动,并进行气液两相的传质和传热;两相的组分浓度或温度沿塔高连 续变化。填料塔中的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,有拉西环填料、鲍尔环填料、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
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