年产27万吨丙烷资源化利用项目典型设备选型计算说明书.docx

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1、XX石化27万吨/年丙烷资源化利用项目 典型设备选型计算说明书典型设备选型计算说明书XX石化公司27万吨/年丙烷资源化利用项目154目录第一章 塔设备选型11.1 塔设备选型设计依据11.2 设计要求11.3 塔设备简介11.3.1 板式塔21.3.2 填料塔41.3.3 塔设备选型原则71.4 塔结构设计(以T0201为例)101.4.1 塔体结构设计101.4.2 塔盘结构具体设计131.4.3 塔盘结构校核171.5 塔机械结构计算与校核231.5.1 重接触塔塔高的确定231.5.2 接管设计241.5.3 塔体机械强度校核251.6 塔体计算与校核小结391.7 新型复合塔板的使用4

2、01.8 塔设备选型一览表42第二章 换热器选型432.1 换热器选型设计依据432.2 换热器类型简介432.3 换热器选用原则452.3.1 基本要求452.3.2 介质流程462.3.3 终端温差462.3.4 流速选择472.3.5 压力降472.3.6 传热膜系数472.3.7 污垢系数482.3.8 换热管482.4 换热器型号表示方法502.5 换热器选型示例（以E0409为例）512.5.1 选型用软件一览512.5.2 工艺参数确定512.5.3 换热器结构参数的确定532.5.4 换热器结构校核592.6 换热器机械强度校核622.7 换热器计算与校核小结842.8 换热器

3、选型一览表842.9 “洁能芯”的使用882.9.1 “洁能芯”使用背景882.9.2 “洁能芯”结构原理892.9.3 “洁能芯”作用原理902.9.4 总结90第三章 气液分离器选型923.1 设计依据923.2 气液分离器分类923.3 设计目标923.4 设计过程（以V0412为例）923.4.1 气液分离器工艺参数923.4.2 类型选择933.4.3 尺寸设计933.5 气液分离器选型一览表104第四章 泵选型1064.1 泵类型和特点1064.2 泵选型原则1074.3 泵选型示例1104.3.1 具体选型(以P0302为例)1114.4 选型结果一览表115第五章 压缩机选型1

4、175.1 压缩机分类1175.2 压缩机适用范围1185.3 压缩机选型1185.3.1 压缩机工艺参数1185.3.2 选型结果119第六章 储罐选型1206.1 选型依据1206.2 储罐类型1206.3 储罐系列1206.4 产品储罐选型1226.4.1 丙烯1226.4.2 丁烷储罐1226.4.3 稳定轻烃储罐1236.5 回流罐选型1246.5.1 T0202回流罐1246.5.2 T0203回流罐1246.5.3 T0204回流罐1256.5.4 T0402回流罐1256.5.5 T0502回流罐1256.6 储罐选型一览表126第七章 缓冲罐选型1277.1 气体进料缓冲罐1

5、277.1.1 原料性质1277.1.2 反应器进料缓冲罐1277.2 缓冲罐选型一览表128第一章 塔设备选型1.1 塔设备选型设计依据化工设备设计全书塔设备固定式压力容器 GB 150-2011设备及管道保温设计导则 GB 8175-2008压力容器封头 GB/T 25198-2010石油化工塔器设计规范 SHT 3098-2011钢制化工容器结构设计规定 HG/T 20853-2011工艺系统工程设计技术规范 HG/T 20570-1995塔顶吊柱 HG/T 21639-2005常压人孔 HG 21515-20141.2 设计要求（1）分离效率高，达到一定分离程度所需塔的高度低；（2）生

6、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）气体阻力小可使气体的输送功率消耗小。对真空精馏来说，降低塔器对气流的阻力可减小塔顶、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；（5）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。1.3 塔设备简介可以从不同的角度对塔设备进行分类。例如：按操作压力分为加压塔、常压塔和减压塔；按单元操作分

7、为精馏塔、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、压力降小、易于用耐腐蚀非金属材料制造等优点，对于气体吸收、真空蒸馏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

8、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。1.3.1 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。下面简单介绍一下几种常见的板式塔性能。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。目前很多专家正力图对此

9、改进提高，不断有新的浮阀类型出现。泡罩塔泡罩塔是工业上使用最早的一种板式塔，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。筛板塔筛板塔是一种有降液管、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。波纹穿流板塔波纹穿流板塔是一种新型板式塔，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

10、被广泛使用，我国已有颁布标准（JB1118-68）。F1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，但气体阻力大。一般采用重阀，只有要求压降很小的场合，如真空精馏时才使用轻阀。3种阀的主要尺寸见下表:表1-1 三种阀主要尺寸F1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/mm32-3435-2630-32表1-2 各类塔板性能量化比较指标溢流式穿流式F形浮阀十字架形浮

11、阀条形浮阀筛板舌形板浮动喷射塔板圆形泡罩条形泡罩S形泡罩栅板筛孔板波纹板液体和气体负荷高444444213444低555233333233弹性(稳定操作)555334434112压力降233324000433雾沫夹带量334343112444分离效率554433434444单位设备体积的处理量444444213444制造费用334443213553材料消耗444454223554安装和拆修434443113553维修333333213554污垢物料对操作的影响232123100244注：0不好；1尚可；2合适；3较满意；4很好；5最好1.3.2 填料塔填料塔是一个圆筒塔体，塔内装载一层或多层填

12、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1-3 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

13、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，Hyperfil1.3.2.1 散装填料（1）拉西环：目前已被淘汰 图1-1 拉西环 图1-2 矩鞍填料（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一层或两层长方形小窗 图1-3 钢环鲍尔环 图1-4 瓷环鲍尔环（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，是目前应用最广的一种散装填料可用

14、金属、陶瓷做成 图1-5 金属矩鞍环 图1-6 特纳环（5）阶梯环 图1-7 阶梯环1.3.2.2 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）、垂直排列组装而成，盘高约40300mm，具有以下特点：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馏塔器。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

15、象，从而提高传质效率。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，因而放大效应很小。适用于大直径塔设备。 图1-8 丝网型 图1-9 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，因而受到某种程度的影响。波纹填料的几何特征参数见下：表1-4 常见波纹填料名称类型材料比表面积a (m2/m3)水力直径dN/mm倾角/孔隙率/%密度/(kg/m3)丝网波纹填料金属丝网AX不锈钢250153095125BX5007.53090250CY70054585350塑料丝网BX聚丙烯/聚丙腈4507.53085120板波纹填料金

16、属薄板Mellapak125Y/125X不锈钢、碳钢、铝等125-45/3098.5100250Y/250X2501545/3097200350Y/350X350-45/3095280500Y/500X500-45/3093400塑料薄板Mellapak125Y聚丙烯、聚偏氯乙烯125-4598.537.5250Y25015459775陶瓷薄片Karapak BX陶瓷45063075550Melladur250-45-表1-5 工业常用波纹填料性能以及应用范围填料类型气体负荷F/(m/s)(kg/m3)0.5每块理论板压降/Pa(mmHg)每米填料理论板数滞留量/%操作压力/Pa(mbar)填

17、料适用范围AX2.53.5约40（约0.3）2.52102103(11000)要求处理量与理论板不多的蒸馏BX22.440(0.3)54102105(11000)终敏性，难分离物系的真空精馏，含有机物废气处理CY1.32.467(0.5)1065103105(501000)同位素分离，要求大量理论板的有机物蒸馏，限制高度的塔塑料丝网波纹BX22.4约60(约0.45)约5815102105(11000)低温(80)下，吸收、脱除强臭味物质，回收溶剂Mellapak250Y2.253.5100(0.75)2.535104(100)中等真空度以上压力及有污染的有机物蒸馏，常压和高压吸收(解吸)，改

18、造填料塔及部分板式塔，重水最终分离装置，用作静态混合单元Kerapak1.72.053107(0.40.8)458151025105(15000)高温或有腐蚀性介质的蒸馏与吸收，热交换器、除雾器、催化剂载体等1.3.3 塔设备选型原则1.3.3.1 填料塔与板式塔相比较表1-6 填料塔和板式塔相比较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

19、1.3.3.2 塔形式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。与物性有关的因素（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，在板式塔中则易引起液泛；（2）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；（3）具有热敏性的物料须减压操作，以防过热引起分解或聚合，故应选用压力降较小的塔型；（4）黏性较大的物系，可以选用大尺寸填料，板式塔的传质效率较差；（5）含有悬浮物的物料，应选择液流通道较大的塔型

20、，以板式塔为宜。可选用泡罩塔、浮阀塔、栅板塔、舌形塔和孔径较大的筛板塔等。不宜使用填料；（6）操作过程中有热效应的系统，用板式塔为宜。因塔板上积有液层，可在其中安放换热管，进行有效的加热或冷却。与操作条件有关的因素 （1）若气相传质阻力大（即气相控制系统。如低黏度液体的蒸馏，空气增湿等），宜采用填料塔，因填料层中气相呈湍流，液相为膜状流。反之，受液相控制的系统（如水洗CO2），宜采用板式塔，因为板式塔中液相呈湍流，用气相在液层中鼓泡;（2）大的液体负荷，可选用填料塔，若用板式塔时，宜选用气液并流的塔型（如喷射型塔盘）或选用板上液流阻力较小的塔型（如筛板和浮阀）。此外，导向筛板塔盘和多降液管筛板

21、塔盘都能承受较大的液体负荷;（3）低的液体负荷，一般不宜采用填料塔。因为填料塔要求一定量的喷淋密度，但网体填料能用于低液体负荷的场合;（4）液气比波动的适应性，板式塔优于填料塔，故当液气比波动较大时宜用板式塔。其他因素 （1）对于多数情况，塔径小于800mm时，不宜采用板式塔，宜用填料塔。对于大塔径，对加压或常压操作过程，应优先选用板式塔；对减压操作过程，宜采用新型填料；（2）一般填料塔比板式塔重；（3）大塔以板式塔造价较廉。因填料价格约与塔体的容积成正比，板式塔按单位面积计算的价格，随塔径增大而减小。塔设备的选型可以依照下列顺序：表1-7 塔型选用顺序表考虑因素选择顺序塔径800mm以下，填

22、料塔大塔径，板式塔具有腐蚀性的原料填料塔穿流式筛板塔喷流型塔污浊液体大孔径筛板塔穿流式塔喷流式塔浮阀塔泡罩塔操作弹性浮阀塔泡罩塔筛板塔真空操作填料塔导向筛板网孔筛板筛板浮阀塔板大液气比多降液管筛板塔填料塔喷射型塔浮阀塔筛板塔存在两液相的场合穿流式塔填料塔1.4 塔结构设计(以T0201为例)表1-8 设计所用软件名称用途Aspen Plus V8.6初步估算CUP-TOWER塔盘结构设计KG-TOWER塔盘水力学校核SW6-2011机械强度设计与校核由于重接触塔气相负荷较大，且存在一定的液气比波动性，因此综合考虑，我们选用筛板塔作为重接触塔型式。1.4.1 塔体结构设计在Aspen Plus的

23、Sizing and Rating中选择Traying Sizing 进行板式塔设计得到表1-9的设计结果。表1-9 T0201 Traying Sizing ResultTraying Sizing ResultSection starting stage1Section ending stage36Column diameter:3.32meterDowncomeraea/Column area0.1Side downcomer velocity0.01244m/secFlow path length2.282meterSide downcomer width0.52meterSide w

24、eir length2.41meter表1-10 T0201 Traying Sizing ProfileStageDiameterTotal areaActive area per panelSide downcomer areametersqmsqmsqm13.321142518.662931966.930345620.8662931823.319129048.652431196.9219450.86524310333.319012488.65182356.921458850.86518233343.319004718.651782996.921426450.86517828353.319

25、002948.651773776.921419060.86517736163.319002428.651771086.921416910.86517709273.319004058.651779546.921423680.86517793883.319006888.651794336.921435510.86517941793.319008118.651800716.921440620.865180055103.319008388.651802156.921441770.865180199113.319007878.651799466.921439620.86517993123.3190072

26、38.651796146.921436960.865179597133.31900688.65179396.921435170.865179374143.319006748.651793576.921434910.865179341153.319006798.651793836.921435110.865179367163.319007338.651796676.921437390.865179651173.319007348.65179676.921437410.865179654183.319007188.65179596.921436770.865179573193.319006988.

27、651794856.921435930.865179469203.319006888.651794316.92143550.865179415213.319006978.65179486.921435890.865179464223.319007258.651796246.921437040.865179608233.319007568.651797876.921438350.865179771243.319007748.65179886.921439090.865179864253.319007678.651798456.921438810.865179829263.319007428.65

28、1797116.921437730.865179695273.319007168.65179586.921436690.865179563283.319007148.651795666.921436580.86517955293.319007428.651797156.921437770.865179699303.319007728.651798696.9214390.865179853313.319005658.651787936.921430390.865178777323.318980668.651657626.921326150.865165746333.31873648.650384

29、216.920307420.865038405343.31643218.638375946.91070080.863837577353.297943898.54233126.833865020.854233099363.251227158.302033986.641627240.83020338将Traying Sizing 的结果带入到Traying Rating中去，调整塔径与塔板间距，使得（降液管液位高度/板间距）介于0.20.5之间，每块塔板的液泛因子（Flooding factor）均介于0.60.85之间，得到如下结果：表1-11 T0201 Traying Rating Resu

30、ltT0201 Traying Rating ResultSection starting stage：1Section ending stage：36Column diameter:3.5meterMaxium flooding factor:0.73189Stage:1Panel:Section pressure drop:0.191241257barMaxium backup /Traying spacing0.296333Stage1LocationBackup:0.162983meterMaxium velocity/Design velocity:Stage:1Location:V

31、elocity:0.0269925m/sec表1-12 T0201 Traying Rating ProfilesStageFlooding factorDowncomer velocityDowncomer backupBackup / Tray spacePressure dropDowncomer res. timem/secmeterbarSec10.7318897060.02699246480.1629829440.296332626469.54216920.37605720.7311309130.02687212620.1627730280.29595096469.3407720.

32、467304930.731087070.02686510110.1627608310.295928783469.32808720.47265740.7310841440.02686463620.1627600190.295927307469.32699320.473011350.7310835250.02686449170.1627597940.295926898469.32642320.473121460.7310834320.02686437950.1627596620.295926658469.326220.473206970.7310841130.02686442120.1627597

33、830.295926878469.32679320.473175280.7310851430.02686462140.1627601150.295927481469.3278820.473022590.7310855710.02686472180.1627602710.295927765469.32832720.472946100.731085640.02686476670.1627603270.295927867469.32841320.4729118110.7310854240.02686475310.1627602880.295927797469.32820920.4729222120.

34、7310851740.02686472280.1627602280.295927687469.32796920.4729453130.7310850170.02686469370.1627601790.295927598469.32780920.4729675140.7310850010.02686468310.1627601660.295927575469.32778320.4729755150.7310850460.02686466540.1627601520.295927549469.32778920.472989160.7310852420.02686470530.1627602170

35、.295927667469.32800320.4729586170.7310852390.02686470940.1627602210.295927674469.32800920.4729555180.7310851790.0268647020.1627602060.295927647469.32795320.4729611190.7310851070.02686468720.1627601820.295927603469.32787520.4729724200.7310850790.02686467180.1627601620.295927567469.32782420.4729842210

36、.7310851290.02686466630.1627601620.295927567469.32784320.4729883220.7310852390.02686467710.1627601860.29592761469.32793320.4729801230.7310853510.02686470110.1627602240.29592768469.3280520.4729618240.7310853990.02686472740.1627602580.295927742469.32813120.4729418250.7310853510.02686474180.1627602680.

37、295927761469.3281320.4729308260.731085240.02686473720.1627602510.29592773469.32805420.4729343270.731085150.02686471840.1627602210.295927674469.3279720.4729486280.7310851640.02686469820.1627602010.295927637469.32795220.472964290.7310853080.02686468530.1627602020.295927641469.32803720.4729738300.73108

38、54940.0268646430.1627601770.295927594469.32815320.4730061310.7310851660.02686415730.1627596110.295926565469.32774520.4733762320.731079910.02685931450.1627537510.295915911469.3222520.4770677330.7310278430.0268125470.1626970210.295812765469.26840620.5127845340.7305286570.02637778490.1621677470.2948504

39、49468.77142720.850879350.7260811530.02324691710.1582467130.287721297465.40220123.6590511360.7034544220.02476126830.1574598970.286290721480.65794622.2121094由Profile可以看出，每块塔板处均符合载荷条件，初步合理。1.4.2 塔盘结构具体设计利用Aspen Plus 计算的初步数据，利用Cup-Tower进行塔盘具体结构设计。Aspen Plus 导出的负荷最大的一块塔板水力学数据如下：表1-13 水力学数据级数液体温度气体温度液体质量流

40、量kg/hr气体质量流量kg/hr液体体积流量m3/hr气体体积流量m3/hr液体密度kg/m3气体密度kg/m3液体粘度/cP气体粘度/cP液体表面张力 dyne/cm1-101.3-101.321117.2120824.538.831212.1544.53.80.160.006615.071.4.2.1 Cup-Tower 数据输入如下（1） 输入工艺参数将不同序号塔板的工艺参数输进软件内，并设定每块塔板的操作范围在50%120%之间，参数设置如下:图1-10 塔盘物流数据（2） 输入塔盘结构参数选择塔盘类型为筛板塔，数据来自于Aspen模拟得到的初步结果。其设定如图所示：图1-11 塔盘结构参数设置1.4.2.2 Cup-Tower结果（1） 塔盘水力学校核结果表1-14 工