扬子石化年产10万吨甲基丙烯酸甲酯项目设备设计说明书

化学工程与工艺专业毕业设计扬子石化年产10万吨甲基丙烯酸甲酯项目设 备 设 计 说 明 书目录第1章塔设备设计11.1塔设备设计依据和要求11.2塔设备设计1第2章换热器的选型设计62.1换热器的选型设计依据62.2选型范例62.3工艺参数确定82.3.1公用工程82.3.2物流流程的选择82.4EDR数据输入82.5换热器结构参数确定122.5.1换热管规格122.5.2管长132.5.3管程数132.5.4换热管中心距132.5.5排列方式132.5.6折流板132.5.7裕量142.6换热器设计条件142.6.1设计条件的确定142.6.2确定主要物性数据142.7换热器设计15第3章反应器163.1设计目标163.2反应器类型的选择163.2.1固定床反应器163.2.2流化床反应器183.2.3移动床反应器193.2.4涓流床反应器203.2.5浆态床反应器213.2.6本工艺反应器的选择213.3工艺条件的选择223.3.1反应温度223.3.2反应压力223.3.3氧化剂223.3.4异丁烯与空气的配比223.4异丁烯氧化反应器的设计233.5反应器校核243.5.1物料衡算243.5.2动力学方程253.6反应器结果汇总25第4章容器274.1设计依据274.2储罐类型274.3选型原则284.4储罐设计原则28第5章气液分离器305.1设计依据305.2气液分离器设计305.2.1浮动（沉降）流速305.2.2直径计算305.2.3高度计算305.2.4进出口管径31第6章泵336.1泵选型原则336.2泵选型示例336.3泵选型结果33第7章压缩机367.1压缩机分类367.2压缩机选型37第8章设备选型一览表388.1非标设备设计一览表388.1.1反应器设计一览表388.1.2塔设备设计一览表388.1.3气液分离器设计一览表398.2标准设备选型一览表408.2.1泵选型一览表408.2.2压缩机选型一览表418.2.3储罐选型一览表428.2.4换热器设计一览表44第1章 塔设备设计1.1 塔设备设计依据和要求化工工艺设计施工图内容和深度统一规定HH/T 20519-2009化工装置设备布置设计规定HG/T 20546-2009圆形塔平台通用图HG/T 21543-2009建筑设计防火规范GB50016-2006石油化工企业设计防火规范GB50160-2008工业企业设计卫生标准GBZ1-2002工业企业噪声控制设计规范GB87-1985工业企业厂界噪声标准GB12348-1990爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范GB50058-1992石油化工工艺装置布置设计通则SH3011-2000化工厂初步设计文件内容和深度的规定 HG/T20688-2000 过程测量和控制仪表的功能标志及图形符号 HG/T20505-2000 自动化仪表选型设计规定 HG/T20507-2000。1.2 塔设备设计采用Aspen Plus对C0201添加Pack Sizing，选用MELLAPAK 250X型塔板，查询填料手册可知，该类型塔板的特性总结如下表所示：表1-1 M250X规整填料的特性数据填料型号填料规格填料表面材质比表面积波纹倾角每米填料理论板数Mellapak250X金属薄片不锈钢250m2/m3302.0水力直径空隙率峰高金属板片厚度密度填料因子等板高度15mm98.9%12.5mm0.2mm200m3/kg3.28m-10.5持液量参数载点因子泛点因子43.973.1572.464在Aspen Plus的Sizing and Rating中选择Packing Sizing进行塔设计得到图1-1、1-2的设计结果。图1-1 C0201 Packing Sizing Results图1-2 C0201 Packing Sizing Results得到水力学参数表后，从中选择流量最大的塔板，作为设计的计算依据：表1-2 Aspen Plus模拟的T0101工艺要求StageTemperature liquid from/Temperature vapor to/Mass flow liquid from /（kg/hr）Mass flow vapor to /（kg/hr）2015.438529.639250591.125670.5Volume flow liquid from /（L/min）Volume flow vapor to /（L/min）Molecular wt liquid fromMolecular wt vapor toDensity liquid from /（kg/m3）881.947596221.822729.4702956.057Density vapor to /（kg/m3）Viscosity liquid from/cPViscosity vapor to/cPSurface tension liquid from（mN/m）Foaming index / (dyne/cm)5.632321.045080.01753470.3951-5.5572Traying Rating核算在Aspen Plus的Sizing and Rating中选择Packing Rating进行填料层设计,由Aspen Plus的计算结果可以看出,C0201的理论板数为20块,按照等板高度0.5米计算,填料层设为一段,塔径圆整为1.6米,数据输入如图1-3所示:图1-3 Packing Rating数据输入运行得到结果如图1-4、1-5所示:图1-4 C0201 Packing Rating Results图1-5 C0201 Packing Rating Profiles由Packing Rating Profiles可以看出,对于填料塔,整个填料层的填料因子(Fractional Capacity)均介于0.4-0.8之间,C0201结构设计合理。第2章 换热器的选型设计2.1 换热器的选型设计依据浮头式换热器和冷凝器型式与基本参数 JB/T 471492固定管板式换热器型式与基本参数 JB/T 471592立式热虹吸式重沸器型式与基本参数 JB/T 471692管壳式换热器 GB 151-1999换热器包括过程流股的加热器，塔的再沸器和冷凝器。根据工艺衡算和工艺物料的要求，掌握物料流量、温度、压力、化学性质、物性参数等特性，结合Aspen Energy Analyzer得出的有关设备负荷、传热面积、流程中的位置等来明确设计任务，选择换热器型式。在设计过程中，需满足如下几个方面的要求：（1）合理地实现所规定的工艺条件。（2）结构安全可靠。（3）便于制造、安装、操作和维修。（4）经济上合理。2.2 选型范例换热器作为传热设备在工业中应用非常普遍，按照换热的方式和原理不同，换热设备分为直接式、蓄热式和间壁式。间壁式换热器又分为夹套式、管式、管壳式和板式。根据生产工艺的特点，选择管壳式换热器，管壳式换热器的主要形式大致可分为固定管板式、浮头式、U型管式、外填料函式、滑动管板式、双管板式及薄管板式几种。管壳式换热器是把管子和管板连接，再用壳体固定。其优缺点如下表所示。表2-1 管壳式换热器的类型与特点名称特点相对费用耗用金属（kg/m2）固定管板式换热器结构简单、制造成本低，使用广泛，已系列化，管板最薄，但壳侧不易清洗或检修，所以壳程必须走清洁且不易结垢的流体。当两流体温差较大时，可采用具有膨胀节的壳体。但是不宜用于两流体温差过大(一般要3.3410-3VL+VG0.5G0.25=3.3410-338.35+52460.519.340.25=0.509m选取管规格为60012mm 。（2）气体出口管径气体出口管径要求不小于所连接的管道直径。任何情况下，较小的出口气速有利于分离。取管道内流速u=10m/s，则 d=VG0.785uG=5246/36000.78510=0.430m选取管的规格50011mm 。（3）液体出口管径液体出口接管的设计，应使液体流速小于等于1m/s。取液体流速u=0.8m/s，则： d=VL0.785uL=38.35/36000.7850.8=0.130m圆整后取1504.5mm 。第6章 泵 6.1 泵选型原则工业泵选用手册化工机械手册：流体输送机械6.2 泵选型示例现选用吸收塔塔顶进料泵。物料90水，密度为927.22 kgm-3。根据模拟的结果，流量为659.90 Lmin-1，取正常流量的1.1倍，得Q=1.1659.90=725.89 Lmin-1=12.10 Ls-1由模拟的结果，高度差z=12 m，压力差p=3.90105 Pa，ub=0 ms-1，Hf取7 m，取g=9.81m-2，代入方程H=z+pg+ub22g+Hf得H=61.88 m，取1.1倍所需扬程，得吸收塔顶进料泵的额定扬程为H=1.161.88=68.07 m最后根据上述计算数据，进行泵的选型。6.3 泵选型结果以工业泵选用手册为基础，结合网上各大购泵软件，对所有的泵进行选型，以满足工艺要求。45设备位号设备名称型号数量运行方式转速 r/min总流量 L/s总扬程m效率 %电机总功率 kW汽蚀余量 mP0201急冷塔进料泵IS80-50-200B4串联290012.175.967.09152P0202MAL精馏塔进料泵XA65/202单泵145017.5513.3373.7142P0203MAL精馏塔回流泵XA60/202单泵145016.8713.5373.742P0204MAL精馏塔塔釜出料泵IX180-65-1002单泵290013.2412.8873.0232P0301氧化酯化反应器进料泵300S12A4并联145035310.1477.66602P0302甲醇回收塔进料泵IS150-125-315B2单泵145054.1822.7176.4218.52P0303甲醇回收塔A回流泵XA125/264并联1450147.719.8980.08442P0304甲醇回收塔A塔顶出料泵IS80-65-160B6并联290039.4421.5874.08122P0305甲醇回收塔A塔釜出料泵CK50/16L2单泵14507.559.9167.591.52P0401水回收塔回流泵IS65-50-160B2单泵29005.4525.4861.4632P0402水回收塔塔顶出料泵GDF40-302单泵29002.5532.0963.712.22P0403水回收塔塔釜出料泵IS50-32-125A2单泵29003.6915.0557.151.52P0404水回收塔进料泵IX150-32-1004并联29006.2313.2662.611.52P0405MMA提馏塔进料泵XA50/204并联145018.612.4763.44.42P0406MMA提馏塔塔釜出料泵XA32/132单泵29004.7420.6762.042.22第7章 压缩机 7.1 压缩机分类压缩机的种类很多，按工作原理可以分为三大类：容积型、动力型和热力型。主要分类如下：（1）容积式压缩机-是将一定量的连续气流限制于一个封闭的空间里，使压力升高。（2）往复式压缩机-是容积式压缩机，其压缩元件是一个活塞，在气缸内作往复运动。（3）回转式压缩机-是容积式压缩机，压缩是由旋转元件的强制运动实现的。（4）滑片式压缩机-是回转式变容压缩机，其轴向滑片在同圆柱缸体偏心的转子上作径向滑动。截留于滑片之间的空气被压缩后排出。（5）液体-活塞式压缩机-是回转容积式压缩机，在其中水或其它液体当作活塞来压缩气体，然后将气体排出。（6）罗茨双转子式压缩机-属回转容积式压缩机，在其中两个罗茨转子互相啮合从而将气体截住，并将其从进气口送到排气口。没有内部压缩。（7）螺杆压缩机-是回转容积式压缩机，在其中两个带有螺旋型齿轮的转子相互啮合，从而将气体压缩并排出。（8）速度型压缩机-是回转式连续气流压缩机，在其中高速旋转的叶片使通过它的气体加速，从而将速度能转化为压力。这种转化部分发生在旋转叶片上，部分发生在固定的扩压器或回流器挡板上。（9）离心式压缩机-属速度型压缩机，在其中有一个或多个旋转叶轮（叶片通常在侧面）使气体加速。主气流是径向的。（10）轴流式