闪蒸罐设计计算说明

云南石化120万Nm3/h催化裂化烟气脱硫项目2017“东华科技陕鼓杯”第十一届全国大学生化工设计竞赛云南石化120万Nm3/h催化裂化烟气脱硫项目闪蒸罐设计计算说明团队名称： 兰州理工大学鸿成团队 指导老师： 王东亮、朱照琪、张栋强、李宁、杨勇 团队成员： 史嘉桢、史娟利、张俊彦、朱文祥、罗正刚完成时间： 2017年8月 目录第一章 概述31.1设计依据31.2 设计目标31.3 气液分离器类型3第二章 闪蒸罐设计32.1V0101闪蒸罐32.2V0102闪蒸罐62.3V0201闪蒸罐92.4V0202闪蒸罐122.5 V0203闪蒸罐142.6V0204闪蒸罐172.7V0205闪蒸罐202.8V0206闪蒸罐23第一章 概述气液分离器在ASPEN PLUS 中用FLASH模块进行模拟，实际过程中可以用一个气液分离罐实现，气体从罐的上部出，液体从罐的下部出。1.1设计依据 工艺系统工程设计技术规定 气液分离器设计 HG/T 20570.8-1995 1.2 设计目标 1、气液混合物进入气液分离罐时能均匀分散，利于气液分开；2、气液分离罐的体积能满足气液体积负荷； 3、气液分离罐有足够的壁厚，能满足分离的温度和压力要求。1.3 气液分离器类型 1、重力分离器适用于分离液滴直径大于200m的气液。 2、液体量较多，在高液面和低液面之间的停留时间在69min，应采用卧式重力分离器。 3、液体量较少，液面高度不是由停留时间来确定，而是通过各个调节点间的最小距离100mm来加以限制的，应采用立式重力分离器。第二章 闪蒸罐设计2.1V0101闪蒸罐物流参数：参数进口物流液体出料气体出料温度/110.88150150压力/bar1.013251.013251.01325液相分率110摩尔流率/ kmol/hr10203.064439.635877.44质量流率/ kg/hr306365.81195194.33111171.47体积流率/ l/min306365.8195194.33111171.47类型选择：因分离液体量较小，可选用立式重力分离器尺寸设计：以及液体流量及停留时间已知：液相气相VL=52.39 cum/hrVG=203038.09cum/hrL=3725.14 kg/cumG=0.54 kg/cumT=150 T=150 P=1 atmd*=350 mVgmax=135%Vlmin=70%气速计算由浮动液滴的计算条件可得：ut=4gd(L-G)3CWG0.5式中 ut浮动（沉降）流速，m/s; d*液滴直径，m； L、G液体密度和气体密度，kg/m3； g重力加速度，8m/s2； CW阻力系数。直径0.35mm，假设Re=300，查Re与阻力系数图得CW=0.45，求出ut=0.457m/s，再由ut计算Re。G=1.9*10-5 Ns/m2 Re=Gd*utG则Re=154.3反复计算，直至前后两次迭代的Re数相等。最终ut=0.619m/s，Re=5556直径计算D=0.0188(VGmaxue)0.5式中D分离器直径，mVGmax气体最大体积流量，m3/h ue容器中气体流速，m/s D=0.0188VGmaxue0.5=0.01881.353495.140.6190.5=3.3m取D=1800mm入口接管两相入口接管的直径应符合Gup23.3410-3(VG+VL)0.5G0.25=1.1m式中 VG、VL分别为气体与液体体积流量，m3/h； DP接管直径，m。综上所述，入口接管直径定为1.5m。出口接管气体出口接管直径，必须不小于所连接的管道直径。取经济流速为15m/s，则SG=VGu=3.76m2由此取得气体接管直径为150 mm液体出口接管应使液体流速小于等于1m/s。SL=VLtv=0.931/36000.5=0.00172m2由此取得液体接管直径为15 mm。高度计算容器高度分为气相空间高度和液相高度，此处所指的高度，是指设备的圆柱部分高度。低液位LL与高液位HL之间的距离由下式计算：H=tV47.1D2=34956/360047.11.82.42=0.627m式中HL液体高度，m； t停留时间，min； D容器直径，m； V物料体积流量，m3/h。故总高度 H=0.05+HL+0.5D=2.37m 壁厚计算设计温度：150，设计压力：1atm焊接方式为双面焊对接接头，100%无损探伤，焊接系数为1。选取C1=0.3mm, C2=2mmpc=p+gL=0.45+100083.410-6=0.127MPa假设壁厚为4-16mm，在40下许用应力为t=170MPaa，s=345MPa=pDi2t-p=0.4833180021701-0.45=0.424mmd=+C2=0.424+2=2.424mmn=+C1+C2+=0.3+0.424+2+=4mm由钢材标准规定，钢板的最小厚度为4mm，故取名义厚度为4mm。根据HG/T 2601-2011 高温承压用离心铸造合金炉管液压试验：PT=1.25pt=1.250.5170170=0.625MpaT=PT(Di+e)2e=0.625（1800+5.7）25.7=99MPa0.9s=310.5MPa故壁厚设计满足要求，即内管壁厚为4mm。2.2V0102闪蒸罐物流参数：参数进口物流气体出料液体出料温度/1508282压力/bar1.013251.013251.01325液相分率001摩尔流率/ kmol/hr5877.44198.555676.03质量流率/ kg/hr111171.478078.91103092.56体积流率/ l/min203038.095740.73106.05类型选择：因分离液体量较小，可选用立式重力分离器尺寸设计：以及液体流量及停留时间已知：液相气相VL=106.0 cum/hrVG=5740.73cum/hrL=972.11kg/cumG=1.41kg/cumT=82 T=82 P=1 atmd*=350 mVgmax=135%Vlmin=70%气速计算：由浮动液滴的计算条件可得：ut=4gd(L-G)3CWG0.5式中 ut浮动（沉降）流速，m/s; d*液滴直径，m； L、G液体密度和气体密度，kg/m3； g重力加速度，8m/s2； CW阻力系数。直径0.35mm，假设Re=300，查Re与阻力系数图得CW=0.45，求出ut=0.457m/s，再由ut计算Re。G=1.9*10-5 Ns/m2 Re=Gd*utG则Re=154.3反复计算，直至前后两次迭代的Re数相等。最终ut=0.619m/s，Re=5556直径计算D=0.0188(VGmaxue)0.5式中D分离器直径，mVGmax气体最大体积流量，m3/h ue容器中气体流速，m/s D=0.0188VGmaxue0.5=0.01881.353495.140.6190.5=0.80m取D=800mm入口接管：两相入口接管的直径应符合Gup23.3410-3(VG+VL)0.5G0.25=1.1m式中 VG、VL分别为气体与液体体积流量，m3/h； DP接管直径，m。综上所述，入口接管直径定为1.5m。出口接管：气体出口接管直径，必须不小于所连接的管道直径。取经济流速为15m/s，则SG=VGu=0.11m2由此取得气体接管直径为150 mm液体出口接管应使液体流速小于等于1m/s。SL=VLtv=0.931/36000.5=0.0068m2由此取得液体接管直径为15 mm。高度计算：容器高度分为气相空间高度和液相高度，此处所指的高度，是指设备的圆柱部分高度。低液位LL与高液位HL之间的距离由下式计算：H=tV47.1D2=34956/360047.11.82.42=0.302m式中HL液体高度，m； t停留时间，min； D容器直径，m； V物料体积流量，m3/h。故总高度 H=0.05+HL+0.5D=0.768m 壁厚计算：设计温度：150，设计压力：1atm焊接方式为双面焊对接接头，100%无损探伤，焊接系数为1。选取C1=0.3mm, C2=2mmpc=p+gL=0.45+100083.410-6=0.106MPa假设壁厚为4-16mm，在40下许用应力为t=170MPaa，s=345MPa=pDi2t-p=0.4833180021701-0.45=0.16mmd=+C2=0.16+2=2.16mmn=+C1+C2+=0.3+0.424+2+=4mm由钢材标准规定，钢板的最小厚度为4mm，故取名义厚度为4mm。根据HG/T 2601-2011 高温承压用离心铸造合金炉管液压试验：PT=1.25pt=1.250.5170170=0.625MpaT=PT(Di+e)2e=0.625（1800+5.7）25.7=99MPa0.9s=310.5MPa故壁厚设计满足要求，即内管壁厚为4mm。2.3V0201闪蒸罐物流参数：参数进口物流气体出料液体出料温度/150136.97136.97压力/bar1.331.331.33液相分率0.50401摩尔流率/ kmol/hr454.48399.9454.54质量流率/ kg/hr19594.299609.519984.78体积流率/ l/min10679.6310181.903.57类型选择：因分离液体量较小，可选用立式重力分离器尺寸设计：以及液体流量及停留时间已知：液相气相VL=3.57cum/hrVG=10181.90cum/hrL=2798.11kg/cumG=0.94kg/cumT=136.97 T=136.97 P=1.33bard*=350 mVgmax=135%Vlmin=70%气速计算：由浮动液滴的计算条件可得：ut=4gd(L-G)3CWG0.5式中 ut浮动（沉降）流速，m/s; d*液滴直径，m； L、G液体密度和气体密度，kg/m3； g重力加速度，8m/s2； CW阻力系数。直径0.35mm，假设Re=300，查Re与阻力系数图得CW=0.45，求出ut=0.457m/s，再由ut计算Re。G=1.9*10-5 Ns/m2 Re=Gd*utG则Re=154.3反复计算，直至前后两次迭代的Re数相等。最终ut=0.619m/s，Re=5556直径计算D=0.0188(VGmaxue)0.5式中D分离器直径，mVGmax气体最大体积流量，m3/h ue容器中气体流速，m/s D=0.0188VGmaxue0.5=0.01881.353495.140.6190.5=1.12m取D=1200mm入口接管：两相入口接管的直径应符合Gup23.3410-3(VG+VL)0.5G0.25=0.33m式中 VG、VL分别为气体与液体体积流量，m3/h； DP接管直径，m。综上所述，入口接管直径定为0.5m。出口接管：气体出口接管直径，必须不小于所连接的管道直径。取经济流速为15m/s，则SG=VGu=0.19m2由此取得气体接管直径为150 mm液体出口接管应使液体流速小于等于1m/s。SL=VLtv=0.931/36000.5=0.0025m2由此取得液体接管直径为20 mm。高度计算：容器高度分为气相空间高度和液相高度，此处所指的高度，是指设备的圆柱部分高度。低液位LL与高液位HL之间的距离由下式计算：H=tV47.1D2=34956/360047.11.82.42=0.30m式中HL液体高度，m； t停留时间，min； D容器直径，m； V物料体积流量，m3/h。故总高度 H=0.05+HL+0.5D=0.90m 壁厚计算：设计温度：150，设计压力：1atm焊接方式为双面焊对接接头，100%无损探伤，焊接系数为1。选取C1=0.3mm, C2=2mmpc=p+gL=0.45+100083.410-6=0.142MPa假设壁厚为4-16mm，在40下许用应力为t=170MPaa，s=345MPa=pDi2t-p=0.4833180021701-0.45=0.315mmd=+C2=0.315+2=2.16315mmn=+C1+C2+=0.3+0.424+2+=4mm由钢材标准规定，钢板的最小厚度为4mm，故取名义厚度为4mm。根据HG/T 2601-2011 高温承压用离心铸造合金炉管液压试验：PT=1.25pt=1.250.5170170=0.625MpaT=PT(Di+e)2e=0.625（1800+5.7）25.7=99MPa0.9s=310.5MPa故壁厚设计满足要求，即内管壁厚为4mm。2.4V0202闪蒸罐物流参数：参数进口物流气体出料液体出料温度/136.9798.7298.72压力/bar1.331.331.33液相分率001摩尔流率/ kmol/hr399.94359.9440.00质量流率/ kg/hr9609.518887.62721.90体积流率/ l/min10181.908291.581.02类型选择：因分离液体量较小，可选用立式重力分离器尺寸设计：以及液体流量及停留时间已知：液相气相VL=1.02cum/hrVG=8291.58cum/hrL=709.47kg/cumG=1.07kg/cumT=98.72 T=98.72 P=1.33bard*=350 mVgmax=135%Vlmin=70%气速计算：由浮动液滴的计算条件可得：ut=4gd(L-G)3CWG0.5式中 ut浮动（沉降）流速，m/s; d*液滴直径，m； L、G液体密度和气体密度，kg/m3； g重力加速度，8m/s2； CW阻力系数。直径0.35mm，假设Re=300，查Re与阻力系数图得CW=0.45，求出ut=0.457m/s，再由ut计算Re。G=1.9*10-5 Ns/m2 Re=Gd*utG则Re=154.3反复计算，直至前后两次迭代的Re数相等。最终ut=0.619m/s，Re=5556直径计算D=0.0188(VGmaxue)0.5式中D分离器直径，mVGmax气体最大体积流量，m3/h ue容器中气体流速，m/s D=0.0188VGmaxue0.5=0.01881.353495.140.6190.5=1 m取D=1000mm入口接管：两相入口接管的直径应符合Gup23.3410-3(VG+VL)0.5G0.25=0.315m式中 VG、VL分别为气体与液体体积流量，m3/h； DP接管直径，m。综上所述，入口接管直径定为0.5m。出口接管：气体出口接管直径，必须不小于所连接的管道直径。取经济流速为15m/s，则SG=VGu=0.153m2由此取得气体接管直径为150 mm液体出口接管应使液体流速小于等于1m/s。SL=VLtv=0.931/36000.5=0.00724m2由此取得液体接管直径为20 mm。高度计算：容器高度分为气相空间高度和液相高度，此处所指的高度，是指设备的圆柱部分高度。低液位LL与高液位HL之间的距离由下式计算：H=tV47.1D2=34956/360047.11.82.42=0.30m式中HL液体高度，m； t停留时间，min； D容器直径，m； V物料体积流量，m3/h。故总高度 H=0.05+HL+0.5D=0.85m 壁厚计算：设计温度：150，设计压力：1.33bar焊接方式为双面焊对接接头，100%无损探伤，焊接系数为1。选取C1=0.3mm, C2=2mmpc=p+gL=0.45+100083.410-6=0.141MPa假设壁厚为4-16mm，在40下许用应力为t=170MPaa，s=345MPa=pDi2t-p=0.4833180021701-0.45=0.261mmd=+C2=0.261+2=2.261mmn=+C1+C2+=0.3+0.424+2+=4mm由钢材标准规定，钢板的最小厚度为4mm，故取名义厚度为4mm。根据HG/T 2601-2011 高温承压用离心铸造合金炉管液压试验：PT=1.25pt=1.250.5170170=0.625MpaT=PT(Di+e)2e=0.625（1800+5.7）25.7=99MPa0.9s=310.5MPa故壁厚设计满足要求，即内管壁厚为4mm。2.5 V0203闪蒸罐物流参数：参数进口物流气体出料液体出料温度/125108.40108.40压力/bar1.331.331.33液相分率0.009901摩尔流率/ kmol/hr356.57349.447.13质量流率/ kg/hr8887.628276.08611.54体积流率/ l/min9136.218657.500.30类型选择：因分离液体量较小，可选用立式重力分离器尺寸设计：以及液体流量及停留时间已知：液相气相VL=0.3 cum/hrVG=8657.50cum/hrL=2050.15kg/cumG=0.96kg/cumT=108.40 T=108.40 P=1.33bard*=350 mVgmax=135%Vlmin=70%气速计算：由浮动液滴的计算条件可得：ut=4gd(L-G)3CWG0.5式中 ut浮动（沉降）流速，m/s; d*液滴直径，m； L、G液体密度和气体密度，kg/m3； g重力加速度，8m/s2； CW阻力系数。直径0.35mm，假设Re=300，查Re与阻力系数图得CW=0.45，求出ut=0.457m/s，再由ut计算Re。G=1.9*10-5 Ns/m2 Re=Gd*utG则Re=154.3反复计算，直至前后两次迭代的Re数相等。最终ut=0.619m/s，Re=5556直径计算D=0.0188(VGmaxue)0.5式中D分离器直径，mVGmax气体最大体积流量，m3/h ue容器中气体流速，m/s D=0.0188VGmaxue0.5=0.01881.353495.140.6190.5=0.81 m取D=900mm入口接管：两相入口接管的直径应符合Gup23.3410-3(VG+VL)0.5G0.25=0.30m式中 VG、VL分别为气体与液体体积流量，m3/h； DP接管直径，m。综上所述，入口接管直径定为0.5m。出口接管：气体出口接管直径，必须不小于所连接的管道直径。取经济流速为15m/s，则SG=VGu=0.16m2由此取得气体接管直径为150 mm液体出口接管应使液体流速小于等于1m/s。SL=VLtv=0.931/36000.5=0.00132m2由此取得液体接管直径为20 mm。高度计算：容器高度分为气相空间高度和液相高度，此处所指的高度，是指设备的圆柱部分高度。低液位LL与高液位HL之间的距离由下式计算：H=tV47.1D2=34956/360047.11.82.42=0.47m式中HL液体高度，m； t停留时间，min； D容器直径，m； V物料体积流量，m3/h。故总高度 H=0.05+HL+0.5D=0.92m 壁厚计算：设计温度：150，设计压力：1.33bar焊接方式为双面焊对接接头，100%无损探伤，焊接系数为1。选取C1=0.3mm, C2=2mmpc=p+gL=0.45+100083.410-6=0.141MPa假设壁厚为4-16mm，在40下许用应力为t=170MPaa，s=345MPa=pDi2t-p=0.4833180021701-0.45=0.14mmd=+C2=0.14+2=2.14mmn=+C1+C2+=0.3+0.424+2+=4mm由钢材标准规定，钢板的最小厚度为4mm，故取名义厚度为4mm。根据HG/T 2601-2011 高温承压用离心铸造合金炉管液压试验：PT=1.25pt=1.250.5170170=0.625MpaT=PT(Di+e)2e=0.625（1800+5.7）25.7=99MPa0.9s=310.5MPa故壁厚设计满足要求，即内管壁厚为4mm2.6V0204闪蒸罐物流参数：参数进口物流气体出料液体出料温度/108.4092.7292.72压力/bar1.271.271.27液相分率001摩尔流率/ kmol/hr349.44209.66139.78质量流率/ kg/hr8276.085754.152521.92体积流率/ l/min8657.504981.843.54类型选择：因分离液体量较小，可选用立式重力分离器尺寸设计：以及液体流量及停留时间已知：液相气相VL=3.54cum/hrVG=4981.84cum/hrL=713.21kg/cumG=1.15kg/cumT=92.72 T=92.72 P=1.33bard*=350 mVgmax=135%Vlmin=70%气速计算：由浮动液滴的计算条件可得：ut=4gd(L-G)3CWG0.5式中 ut浮动（沉降）流速，m/s; d*液滴直径，m； L、G液体密度和气体密度，kg/m3； g重力加速度，8m/s2； CW阻力系数。直径0.35mm，假设Re=300，查Re与阻力系数图得CW=0.45，求出ut=0.457m/s，再由ut计算Re。G=1.9*10-5 Ns/m2 Re=Gd*utG则Re=154.3反复计算，直至前后两次迭代的Re数相等。最终ut=0.619m/s，Re=5556直径计算D=0.0188(VGmaxue)0.5式中D分离器直径，mVGmax气体最大体积流量，m3/h ue容器中气体流速，m/s D=0.0188VGmaxue0.5=0.01881.353495.140.6190.5=0.80m取D=900mm入口接管：两相入口接管的直径应符合Gup23.3410-3(VG+VL)0.5G0.25=0.26m式中 VG、VL分别为气体与液体体积流量，m3/h； DP接管直径，m。综上所述，入口接管直径定为0.5m。出口接管：气体出口接管直径，必须不小于所连接的管道直径。取经济流速为15m/s，则SG=VGu=0.10m2由此取得气体接管直径为150 mm液体出口接管应使液体流速小于等于1m/s。SL=VLtv=0.931/36000.5=0.00266m2由此取得液体接管直径为20 mm。高度计算：容器高度分为气相空间高度和液相高度，此处所指的高度，是指设备的圆柱部分高度。低液位LL与高液位HL之间的距离由下式计算：H=tV47.1D2=34956/360047.11.82.42=0.28m式中HL液体高度，m； t停留时间，min； D容器直径，m； V物料体积流量，m3/h。故总高度 H=0.05+HL+0.5D=0.73m 壁厚计算：设计温度：150，设计压力：1.33bar焊接方式为双面焊对接接头，100%无损探伤，焊接系数为1。选取C1=0.3mm, C2=2mmpc=p+gL=0.45+100083.410-6=0.140MPa假设壁厚为4-16mm，在40下许用应力为t=170MPaa，s=345MPa=pDi2t-p=0.4833180021701-0.45=0.232mmd=+C2=0.232+2=2.232mmn=+C1+C2+=0.3+0.424+2+=4mm由钢材标准规定，钢板的最小厚度为4mm，故取名义厚度为4mm。根据HG/T 2601-2011 高温承压用离心铸造合金炉管液压试验：PT=1.25pt=1.250.5170170=0.625MpaT=PT(Di+e)2e=0.625（1800+5.7）25.7=99MPa0.9s=310.5MPa故壁厚设计满足要求，即内管壁厚为4mm2.7V0205闪蒸罐物流参数：参数进口物流气体出料液体出料温度/125105.22105.22压力/bar1.281.281.28液相分率0.0101摩尔流率/ kmol/hr207.49203.334.15质量流率/ kg/hr5754.155367.03387.12体积流率/ l/min5278.684960.340.18类型选择：因分离液体量较小，可选用立式重力分离器尺寸设计：以及液体流量及停留时间已知：液相气相VL=0.18cum/hrVG=4960.34cum/hrL=2142.03kg/cumG=1.08kg/cumT=105.22 T=105.22 P=1.33bard*=350 mVgmax=135%Vlmin=70%气速计算：由浮动液滴的计算条件可得：ut=4gd(L-G)3CWG0.5式中 ut浮动（沉降）流速，m/s; d*液滴直径，m； L、G液体密度和气体密度，kg/m3； g重力加速度，8m/s2； CW阻力系数。直径0.35mm，假设Re=300，查Re与阻力系数图得CW=0.45，求出ut=0.457m/s，再由ut计算Re。G=1.9*10-5 Ns/m2 Re=Gd*utG则Re=154.3反复计算，直至前后两次迭代的Re数相等。最终ut=0.619m/s，Re=5556直径计算D=0.0188(VGmaxue)0.5式中D分离器直径，mVGmax气体最大体积流量，m3/h ue容器中气体流速，m/s D=0.0188VGmaxue0.5=0.01881.353495.140.6190.5=0.60m取D=1000mm入口接管：两相入口接管的直径应符合Gup23.3410-3(VG+VL)0.5G0.25=0.25m式中 VG、VL分别为气体与液体体积流量，m3/h； DP接管直径，m。综上所述，入口接管直径定为0.5m。出口接管：气体出口接管直径，必须不小于所连接的管道直径。取经济流速为15m/s，则SG=VGu=0.10m2由此取得气体接管直径为150 mm液体出口接管应使液体流速小于等于1m/s。SL=VLtv=0.931/36000.5=0.00780m2由此取得液体接管直径为20 mm。高度计算：容器高度分为气相空间高度和液相高度，此处所指的高度，是指设备的圆柱部分高度。低液位LL与高液位HL之间的距离由下式计算：H=tV47.1D2=34956/360047.11.82.42=0.48m式中HL液体高度，m； t停留时间，min； D容器直径，m； V物料体积流量，m3/h。故总高度 H=0.05+HL+0.5D=0.83m 壁厚计算：设计温度：150，设计压力：1.33bar焊接方式为双面焊对接接头，100%无损探伤，焊接系数为1。选取C1=0.3mm, C2=2mmpc=p+gL=0.45+100083.410-6=0.138MPa假设壁厚为4-16mm，在40下许用应力为t=170MPaa，s=345MPa=pDi2t-p=0.4833180021701-0.45=0.255mmd=+C2=0.255+2=2.255mmn=+C1+C2+=0.3+0.424+2+=4mm由钢材标准规定，钢板的最小厚度为4mm，故取名义厚度为4mm。根据HG/T 2601-2011 高温承压用离心铸造合金炉管液压试验：PT=1.25pt=1.250.5170170=0.625MpaT=PT(Di+e)2e=0.625（1800+5.7）25.7=99MPa0.9s=310.5MPa故壁厚设计满足要求，即内管壁厚为4mm2.8V0206闪蒸罐物流参数：参数进口物流气体出料液体出料温度/105.2157.2757.27压力/bar1.281.281.28液相分率001摩尔流率/ kmol/hr203.3381.33122.00质量流率/ kg/hr5367.03163.602203.43体积流率/ l/min4960.341734.923类型选择：因分离液体量较小，可选用立式重力分离器尺寸设计：以及液体流量及停留时间已知：液相气相VL=3cum/hrVG=173