年产27万吨丙烯腈项目设备设计说明书.docx
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1、XX集团XX石化27万吨/年丙烯腈项目设备设计说明书2016年8月目 录第一章 设备设计总述11.1 过程设备类别11.2 过程设备设计与选型原则11.3 过程设备设计与选型的主要内容2第二章 反应器设计3第三章 塔设备设计43.1 设计依据43.2 塔的设计要求43.3 塔类型的选择53.3.1 板式塔及塔板选择73.3.2 填料塔及填料选择83.4 T0503初馏塔的设计103.4.1 T0503初馏塔水力学核算113.4.2 T0503初馏塔塔高设计253.4.3 T0503初馏塔接管设计273.4.4 T0503初馏塔机械强度核算283.5 塔设备设计一览表55第四章 换热器设计584
2、.1 设计依据584.2 换热器类型的选择584.3 换热器选型原则614.3.1 换热介质流程614.3.2 换热介质终点温差614.3.3 换热介质流速624.3.4 换热器管壳层压降624.3.5 传热膜系数634.3.6 污垢系数634.4 管壳式换热器E0707选型634.4.1 换热流体数据644.4.2 类型选择644.4.3 E0707换热器结构数据654.4.4 E0707校核结果654.4.5 E0707换热器校核示意图674.4.6 E0707技术特性表684.4.7 E0707机械校核684.5 板式换热器E0501选型874.5.1 板式换热器的结构874.5.2 换
3、热流体数据884.5.3 类型选择884.5.4 E0501换热器结构数据904.5.5 E0501校核结果924.4.6 E0501换热器校核示意图934.4.6 E0501板式、管壳式换热器性能对比934.6 换热器结构形式优化944.7 换热器设计一览表96第五章 容器选型1055.1 储罐、回流罐1055.1.1 概述1055.1.2 设计原则1055.1.3 分类1055.1.4 材料的选择1065.1.5 储罐容积的选择1065.1.6 设计实例1075.1.7 储罐、回流罐设计一览表1085.2 气液分离器1095.2.1 概述1095.2.2 设计步骤1095.2.3 设计实例
4、1115.2.4 气液分相器一览表1135.3 液液分相器1145.3.1 概述1145.3.2 设计步骤1145.3.3 设计实例1155.3.4 液液分相器一览表116第六章 泵设备选型1176.1 泵的选型原则1176.2 泵的选型依据1176.3 设计实例1186.3.1 设计目标1186.3.2 设计过程1186.3.3 泵选型一览表1216.4 真空泵的选型1246.4.1 真空泵选型一览表124第七章 加热炉1257.1 设计实例1257.2 加热炉选型一览表128第八章 蒸发器1298.1 概述1298.1.1 循环式换热器1298.1.2 单程型换热器1308.1.3 直接接
5、触传热的蒸发器1318.2 蒸发器选型原则1318.2.1 选型应考虑的有关因素1318.2.2 选型的定性准则1328.3 设计实例1338.3.1 原料物性1338.3.2 蒸发器操作条件1338.3.3 蒸发器选型设计1338.4 蒸发器选型一览表134第九章 吸附塔设备设计1359.1 干燥塔设计1359.1.1 吸附材料的选择分子筛1359.1.2 吸附设备尺寸的确定1359.1.3 吸附器内吸附剂装填1369.1.4 吸附器高度的确定1369.2 氢气变压吸附塔设计1369.2.1 吸附材料的选择分子筛1369.2.2 吸附设备尺寸的确定1379.2.3 吸附器内吸附剂装填1389
6、.2.4 吸附器高度的确定1399.2.5 吸附器细节设置1399.2.6 吸附器选型一览表139第十章 压缩机选型设计14010.1 压缩机设备概述14010.2 选型原则14010.3 压缩机设计计算举例14010.4 压缩机选型一览表14210.5 鼓风机选型一览表142XX集团XX石化27万吨/年丙烯腈项目设备设计说明书第一章 设备设计总述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、施工图设计及非工艺设计项目提供足够的设计数据。过程设备最基本的要求是满足安全性与经济性，安全是核心，在充分保证安全的前提下
7、尽可能做到经济。过程设备的基本要求是能满足工艺要求。对于工艺上所要求的温度、压力、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，过程设备也必保证有足够的强度，不会在操作过程中遭到破坏。1.1 过程设备类别化工设备从总体上分为两类，一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；另一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，如小的储罐、塔器、反应器等。1.2 过程设备设计与选型原则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，其中包括合理
8、性、可靠性和先进性、安全性、经济性。合理性即设备必须满足工艺需求，与工艺流程、生产规模、工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工艺的合理和优化并运转可靠。可靠性和先进性即工艺设备的型式、牌号多种多样，实现某一化工单元过程，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、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。安全性即设备的选型和工艺设计要求安全可靠、操作稳定、无事故隐患，对工艺和建筑、地基、厂房等无苛刻要求，工人在操作时劳动
9、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。经济性即设备的选择力求做到技术上先进，经济上合理。1.3 过程设备设计与选型的主要内容（1）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起来进行。（2） 确定设备的材质。根据工艺操作条件（温度、压力、介质的性质）和对设备的工艺要求确定符合要求的设备材质。这项工作应与设备设计专业人员共同完成。（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。对不同的设备，它们有不同的设计参数。对塔设备，需要确定进出口物料的流量、组成、温度、压力、
10、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，对于精馏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。定型设备是一些加工厂成批、成系列生产的设备，即那些可以直接向生产厂家订货或购买的现成设备。对已有标准图纸的设备，确定标准图的图号和型号。随着中国化工设备标准化的推进，有些本来用于非标设备的化工装置，已逐步走向系列化、定型化。这些设备包括换热器系列、容器系列、搪玻璃设备系列以及圆泡罩、F1 型浮阀和浮阀塔塔盘系列等，它们已经有了国家标准。（5）对非标设备，向化工
11、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（如防爆口、人孔、手孔、卸料口、液面计接口等）。（6）编制工艺设备一览表。在初步设计阶段，根据设备工艺设计的结果，编制工艺设备一览表，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一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。第二章 反应器设计化学反应是反应过程的主体，而反应装置是实现这种反应的客观环境。化学反应过程和反应器作为化工生产流程中的中心环节，反应器的设计往往占有重要的地位。而在工业中，运用最广泛的有固定床、流化床和移动床反应器。本项目主要涉
12、及到三种反应，分别为丙烷脱氢反应、氢气选择性氧化反应以及丙烯氨氧化反应。对于丙烷脱氢反应来说，由于反应吸热而且工艺条件比较苛刻，所以我们选用了移动床反应器使催化剂在里面循环移动并且一边反应一边再生使之保持比较高的活性；从移动床反应器出来的物料由于反应温度下降，所以本项目组利用氢气选择性氧化放出的热量给物料升温，本项目组设计了列管式固定反应器进行反应；最后反应生成的丙烯再经过流化床反应器，通过丙烯氨氧化过程生产丙烯腈产品。反应器的具体设计见反应器设计说明书。第三章 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。它可使气（或汽）液或液液两相进行紧密接触，达到相际传质及传热的目的。
13、可在塔设备中完成的常见操作有：精馏、吸收、解吸和萃取等。在化工厂、石油化工厂、炼油厂等中，塔设备的性能对于整个装置的产品产量、质量、生产能力和消耗定额，以及三废处理和环境保护等各个方面，都有重大的影响。因此，塔设备的设计和研究，受到化工炼油等行业的极大重视。本项目为XX集团XX石化27万吨/年丙烯腈项目，该项目所涉及的塔设备共12座，其中板式塔7座，填料塔4座，复合塔1座。本项目借助Aspen Plus V8.4软件得到塔设备水力学数据，并利用XX石油大学（XX）自主研发的Cup Tower 软件对板式塔进行水力学校核，使用SULZER公司研发的Sulpak软件对填料塔进行水力学校核，使用全国
14、化工设备设计中心站研发的SW6软件对塔设备进行机械强度校核。 3.1 设计依据化工设备设计全书塔设备压力容器 GB150-2011设备及管道绝热设计导则 GB/T8175-2008压力容器封头 GB/T25198-2010中国地震动参数区划分 GB 18306-2001塔器设计技术规定 HG20652-1998钢制化工容器结构设计规定 HG/T20583-2011工艺系统工程设计技术规范 HG/T20570-1995塔顶吊柱 HG/T21639-2005钢制人孔和手孔的类型与技术条件 HG/T21514-2005钢制塔器容器 JB/T4710-20053.2 塔的设计要求（1）生产能力大。在较
15、大的气液流速下，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）操作稳定、弹性大。当塔设备的气液负荷量有较大的波动时，仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作。并且塔设备应能保证长期连续操作。（3）流体流动的阻力小，即流体通过塔设备的压力降小。这将大大节省生产中的动力消耗，以降低经常操作费用。对于减压蒸馏操作，较大的压力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。3.3 塔类型的选择塔主要有板式塔和填料塔两种，它们都可以用作蒸馏和吸收等气液传质过程，但两者各有优缺点，要
16、根据具体情况选择。（1）板式塔，塔内装有一定数量的塔盘，是气液接触和传质的基本构件；属逐级（板）接触的气液传质设备；气体自塔底向上以鼓泡或喷射的形式穿过塔板上的液层，使气液相密切接触而进行传质与传热；两相的组分浓度呈阶梯式变化。（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。类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。对于真空精馏和常压精馏，通常填料塔塔效率优
17、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。而对于加压精馏，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。气膜控制的吸收优先考虑选用高效规整填料塔；液膜控制的吸收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。表3-1 板式塔与填料塔的对比序号板式塔填料塔1600mm以下时，安装较困难800mm以下，造价一般比板式塔低，直径大则造价高2
18、效率较稳定，大塔效率比小塔高用小填料时，小塔的效率高，3空塔速度高空塔速度（生产能力）低4检修清理比填料塔容易大塔检修费用大，劳动量大5压降比填料塔大压降小，对阻力要求小的场合较适用6气液比的适应范围大对液相喷淋量有一定的要求7多数不便于非金属材料制作内部结构简单，便于非金属材料制作8持液量大持液量小本项目组根据实际装置特点，根据塔内液体滞液量较大，操作负荷变化范围较宽，对进料浓度变化要求敏感程度进行选择，板式塔有液流通道较大的塔板，堵塞的危险较小；我们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，但是对于吸收和解吸塔，及气液相负荷
19、较小的塔，选用填料塔。选择结果如表3-2所示：表3-2 塔设备型式设备位号设备名称选择类型T0203深冷分离塔板式塔T0301丙烷丙烯精馏塔板式塔T0501急冷塔板式塔T0502水洗塔填料塔T0503初馏塔复合塔T0504分水塔板式塔T0505氢氰酸精馏塔板式塔T0701萃取精馏塔板式塔T0702丙烯腈分离塔板式塔T0703水分离塔填料塔T0801常压精馏塔填料塔T0802高压精馏塔填料塔3.3.1 板式塔及塔板选择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，就成了命名这些他的依据，诸如筛板塔、舌形板塔、斜孔板塔、波纹形板塔、泡罩塔
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