3 设备设计与校核

设备设计与校核2018年“东华科技陕鼓杯”第十二届全国大学生化工设计竞赛指导老师：石国亮、苏静、郭晓霞、郭银章、陈敏团队成员：柴秀如、李娜、段立雄、王佳峰、韩佳淄博齐翔腾达化工有限公司年产1.3万吨叔丁胺项目太原科技大学华科学院太原科技大学华科学院目录第一章 反应器11.1 设计基本原则11.2 反应器类型的选择11.3 设计条件21.3.1 工艺参数21.3.2 催化剂的选择31.3.3 基本物性参数41.3.4 设计选材51.3.5 换热介质51.4 工艺计算51.4.1 流体与颗粒外表面的传热51.4.2 换热面积71.4.3 动力学方程71.4.4 物料衡算91.4.5催化床层直径与高度101.4.6 催化剂用量计算101.4.7床层压降计算101.4.8 反应器列管数及反应器内径111.5 设备尺寸计算121.5.1 反应器体积与高度121.5.2 反应器壁厚121.5.3 管箱选材及筒体壁厚计算131.5.4 管箱封头141.6 管口与内件结构设计141.6.1测温装置141.6.2 人孔151.7 反应器支座设计151.8反应器设计结果汇总151.9 设备条件161.10 反应器机械强度校核16第二章 塔342.1 塔设备设计依据342.2 塔型概述342.3 塔型选择原则362.3.1 工业上对塔设备的要求362.3.2 塔型选择362.4 塔结构设计（以T0303为例进行设计）372.4.1 使用软件372.4.2 塔内介质名称及组成372.4.3设计工艺条件382.5 板式塔的塔盘种类和选型392.5.1 板式塔的塔板种类392.5.2 塔盘的选型392.6 塔体结构设计（精馏段）402.7 塔体结构设计（提馏段）422.8 塔体设计442.9 接管尺寸及方位设计442.9.1 筒体接管452.9.2 上封头接管462.9.3 下封头接管462.10 封头结构及材质选择462.10.1 封头选型462.10.2 封头壁厚设计472.11 裙座及地脚螺栓设计482.12 设备条件图492.13 塔体强度校核49第三章 换热器643.1 设计概述643.2 设计依据643.3.换热器类型简介653.4换热器选型原则663.5 换热器选型软件663.6 换热器（以E0310为例）设计673.6.1 设计数据673.6.2 结构形式及材质选择683.6.3 管、壳程内介质选择683.6.4 设计温度683.6.5 设计压力683.6.6 污垢热阻确定683.6.7 换热器尺寸与换热面积683.6.8 设备详细结构图713.6.9 接管尺寸及方位设计723.6.10 设备条件图733.6.11 换热器的机械校核733.7 换热器（以E0301为例）设计823.7.1 设计数据823.7.2 结构形式及材质选择833.7.3 管、壳程内介质选择843.7.4 设计温度843.7.5 设计压力843.7.6 污垢热阻确定843.7.7 换热器尺寸与换热面积843.7.8 设备详细结构图863.7.9 接管尺寸及方位设计873.7.10 设备条件图883.7.11 换热器的机械校核88第四章 泵的选型1004.1 概述1004.2 选型依据1004.3选型原则1014.5选泵基本程序1024.6 泵的设计（P0306）103第五章 储罐设计1065.1 选型依据1065.2 叔丁胺储罐选型原则1065.3 储罐几何参数设计1075.3.1 叔丁胺物理性质1075.3.2 储罐容量1075.3.3 储罐选型1075.3.4 固定顶储罐的设计储存高液位1085.3.5 上封头选择1085.3.6 材质的选择1085.3.7 其他设计1095.4 叔丁胺储罐机械强度校核110第六章 减压阀设计1176.1 减压阀概述1176.2 减压阀选用原则1176.3 减压阀适用场合1176.4 工艺设计数据及选型1186.5 减压阀相关结构参数设计1186.5.1 接管管径计算1186.5.2 尼小孔直径及长度1186.5.3 阀体材质选择119淄博齐翔腾达化工股份有限公司分厂年产1.3万吨叔丁胺项目设备设计与校核第一章 反应器化学反应器是将反应物通过化学反应转化为产物的装置，是化工生产及相关工业生产的关键设备。由于化学反应种类繁多、机理各异，因此，为了适应不同反应的需要，化学反应器的类型结构也必然差异很大。反应器的性能优良与否，不仅直接影响化学反应本身，而且影响原料的预处理和产物的分离，因而，反应器设计过程中需要考虑的工艺和工程因素应该是多方面的。反应器设计的主要任务首先是选择反应器的形式和操作方法，然后根据反应和物料的特点，计算所需的加料速度、操作条件（温度、压力、组成等）及反应器体积，并以此确定反应器主要构件的尺寸，同时还应考虑经济的合理性和环境保护等方面的要求。1.1 设计基本原则在反应器设计时，除了通常说的要符合“合理、先进、安全、经济”的原则，本反应器还要考虑下列设计点：一、保证物料转化率和反应时间；二、满足物料和反应的热传递要求；三、设计适当的搅拌器和类似作用的机构；四、注意材质选用和机械加工要求。1.2 反应器类型的选择常用反应器的类型有：(1) 管式反应器。由长径比较大的空管或填充管构成，可用于实现气相反应和液相反应。(2) 釜式反应器。由长径比较小的圆筒形容器构成，常装有机械搅拌或气流搅拌装置，可用于液相单相反应过程和液液相、气液相、气液固相等多相反应过程。用于气液相反应过程的称为鼓泡搅拌釜（见鼓泡反应器）；用于气液固相反应过程的称为搅拌釜式浆态反应器。(3) 有固体颗粒床层的反应器。气体或(和)液体通过固定的或运动的固体颗粒床层以实现多相反应过程，包括固定床反应器、流化床反应器、移动床反应器、涓流床反应器等。(4) 塔式反应器。用于实现气液相或液液相反应过程的塔式设备，包括填充塔、板式塔、鼓泡塔等。(5) 喷射反应器。利用喷射器进行混合，实现气相或液相单相反应过程和气液相、液液相等多相反应过程的设备。(6) 其他多种非典型反应器。如回转窑、曝气池等。异丁烯水合反应为采用固体催化剂的液固非均相反应，且反应放热。过高温度不但降低水合反应速率，且会产生异丁烯二聚等副反应。异丁烯水合化工艺宜采用列管式固定床反应器，进行恒温反应。1.3 设计条件1.3.1 工艺参数表1-1 进出口物料组成反应器类型固定床列管式反应器反应器进口流量9.9269m3/h年操作时间7200h异丁烯转化率60.2%异丁烯的初始质量分数0.237426设计温度100设计压力2.2Mpa停留时间1.5h表1-2 进出口物料组成进口出口介质液体液体摩尔流量/kmol/h丙烷0.02033750.0203375异丁烷1.558381.55838正丁烷5.801495.80149异戊烷0.04971920.0497192正戊烷0.01864470.0186447丙烯0.1278710.127871反-2-丁烯8.239678.23967异丁烯29.354329.3543正丁烯26.573211.4867顺-2-丁烯26.62126.5732丁二烯7.872057.87205水136.1520.0580283总物质的量流量/kmol/h215.826197.977总体积流量/m3/h9.92699.60818温度/8585压力/bar20201.3.2 催化剂的选择此工艺所选用的催化剂是大孔磺酸型阳离子交换树脂，主要交换基团为磺酸基（-SO3H）的阳离子交换树脂，可以重复使用。交换速度快，机械强度好、不易破碎、可以多次使用、更换周期长等长处。催化剂的理化参数与使用条件如表1-3所示：表1-3 催化剂理化参数原料配比HO:C=1:1.6颗粒粒度mmDp=5*5mm堆积密度kg/mPb=600700kg/m视密度Pb=1.25g/ml比表面1115m/g孔体积0.30.4ml/g空隙率=0.350.381.3.3 基本物性参数表1-4 相对分子质量M丙烷异丁烷正丁烷异戊烷正戊烷44.0958.1258.1272.1572.15丙烯反-2-丁烯异丁烯正丁烯顺-2-丁烯丁二烯42.0856.1156.1156.1156.1154.09进料混合物得平均相对分子质量：出口混合物得平均相对分子质量：混合物的密度：进料物料混合物的黏度：出口物料混合物的黏度：进料物料混合物的比热容：出口物料混合物的比热容：1.3.4 设计选材考虑到使用温度、许用应力、价格、供货情况及材料得焊接性能等，在设计中选取：壳体、封头材料为Q345，法兰、管板为35号钢，列管为0Cr18Ni9。1.3.5 换热介质冷却水温度（进/出）压力20/60.2101.325KPa比热容密度CP=4.102KJ/(kgK)H2O=998.767kg/m3采用Aspen Plus模拟软件对该反应器进行换热模拟，冷却水进口的质量流量为6485.5kg/h，取液态水的进口流速为0.5m/s进口管口直径为89mm。换热介质出口的温度为60.2，出口流量为6485.5kg/h。取液态水的进口流速为0.5m/s，出口管口直径为89mm，最终选取进出口无缝钢管规格为894mm。1.4 工艺计算此反应选用固定床列管式反应器，反应物为含异丁烯得抽余丁二烯混合物、产物为混合叔丁醇得液体，催化剂为大孔磺酸型阳离子交换树脂，此模型为拟非均相模型；对于实际的工业固定床反应器，尤其是列管式床层，其床层高度都可以满足L10dp的条件，因此也都可以认为床层轴向返混的影响可以忽略，即可以将固定床床层进一步简化为拟均相的活塞流反应器，从而得到简化的拟均相一维模型。1.4.1 流体与颗粒外表面的传热单位时间内从颗粒外表面传递到液相主体热量为：dQdT：单位时间传递的热量，J/hhP：流体对颗粒的传热系数，J/（m2hK）Ss：催化剂外表面积，TG：液相主体的温度，KTs：催化剂颗粒外表面处温度，K：颗粒表面利用系数，球体 =1，圆柱体 =0.91，其他形状 =0.90其中传热系数采用传热因子法计算JH：传热因子，无量纲数G：液体质量流率，Kg/（s）Cp：液体恒压热容，J/（kgK)Pr：普朗特准数普朗特准数的计算公式：ug：液相黏度 Pasg：液体导热系数 W/mk)Cp：比热容：当0.06Rem300时， JH=2.26Rem-0.51当300Rem6000时，JH=1.28Rem-0.41ds：颗粒比表面当量直径，mmB：催化剂床层空隙率已知该反应器中物料的质量流量1.92691Kg/ s，恒压比热容：3366.04J/(kgK)，气体的导热系数为0.10773 W/(mk)，气相黏度：0.0002268uPas，计算得普朗特常数为7.0864，传热因子为 0.0267，计算得到流体与颗粒外表面的传热方程为：1.4.2 换热面积由aspen模拟可得水合反应实际放热为33628.99995KJ/hr。列管内壁与外壁污垢热阻均取0.00018后，应用EDR模拟得反应传热系数为725.4。冷却水进口温度为20，出口温度为60.2，C4烃进口温度为85，出口温度为85。故传热推动力为：tm=85-20+85-60.22=44.9需要传热面积为：A需=QKtm=33628999.95725.444.9=1032.5m2实际传热面积为：A实=dmLn=3.14（0.019+0.015）/2611100=3555.108m2A实A需,能满足传热要求。1.4.3 动力学方程水合反应过程涉及以下2个反应，CH+HOCH2CHCH 异丁烯水合反应的动力学方程为：r=k(CBCW-CA/KC)/(1+KACA)公式中：CB代表异丁烯的浓度；CW代表水的浓度；CA代表叔丁醇的浓度；当反应前加入少量叔丁醇以增加异丁烯在液相的溶解度时，=1，而在反应前不加叔丁醇时，动力学为分段函数，当x0.4时，0.031，当x0.04时，=1。平衡常数用下式表示：叔丁醇的抑制系数用下式表示：反应速率常数用下式表示：异丁烯二聚的反应动力学方程为：比较两个反应的k值，水合反应进行程度远大于异丁烯二聚程度，故选择性忽略异丁烯二聚副反应。当T=358.15K时，代入数据得：其中由ASPEN数据可知：浓度与转化率的关系为：带入相关数据到式（6）得：1.4.4 物料衡算为了计算反应体积，将FA与rA变为转化率的函数关系式，因故又因积分后可得反应体积：Q0：进料混合物的体积流量； CA0：关键组分的初始浓度。由Aspen数据可知：代入可得： 解得：V催=18.62m31.4.5催化床层直径与高度我们通过参考大量文献，发现该类反应器的高径比大约为3：1，由上述所求催化剂床层体积为18.62m3，于是取催化剂床层高度为Z=6m，内径为D=2m，则此时催化剂床层体积为：空时：=VRQ=18.84m39.9269m3h=1.89h空速SV：1.4.6 催化剂用量计算有计算可知催化剂的体积VR=18.84m3，已知堆密度为700kg/m3，故可计算得到催化剂用量为：1.4.7床层压降计算式中：p压力，Pa；fm修正的摩擦系数；流体密度，kg/m3；u0空床线速，m/s；dp催化剂颗粒直径，m；b床层空隙率；H床层高度，m；流体的绝对黏度，Pas由以上计算结果可知，压降不大于进料压力的10%，故动力消耗不大，符合规定1.4.8 反应器列管数及反应器内径由于管程压力较高，为得到较大的许用应力以满足换热管的强度和刚度，和介质的物性最后选择材料为0Cr18Ni9的管子。因混合物黏度小，便于清洗，不易结构堵塞，故选取的反应列管为：19*2mm。计算单根列管的体积：d：列管内径；h：催化床层高度。由催化床层体积进一步可得反应列管根数：圆整后取列管根数为11100。根据钢制列管式固定管板换热器结构设计手册4.9换热管中关于换热管排列方式相关规定及推荐原则，相邻换热管排列方式采用正三角形（30）排列，查文献可知，19mm的换热管的管心距t为25mm，各程相邻管的管心距为38mm。则管束直径Di为：其中：为管板利用率1管程时，为0.7-0.9，故取=0.85圆整后取管束直径为3000mm。反应管根数为：11100反应器内径：3000mm催化剂装填量：18.84m31.5 设备尺寸计算1.5.1 反应器体积与高度催化剂一般填满整个反应器的60%80%，此处选取75%的填装量，则反应器的体积V=VR0.75=18.840.75=25.12m3此时反应器筒体的高度H为H=4VD2=7.99m38m反应器内径为3000mm。1.5.2 反应器壁厚反应器壁厚的计算公式：圆筒的计算厚度，mmP：圆筒计算压力，MPaDI：圆筒的内径，mm：钢板在设计温度下的许用压力，MPa：焊接接头系数代入数据计算得：1.5.3 管箱选材及筒体壁厚计算(1) 管箱材料选择选用Q345R。(2) 筒体厚度计算式为：取许用应力：=185MPa=0.85管箱筒体的设计厚度为：取筒体名义厚度为：筒体有效厚度：筒体名义厚度大于或等于GB151中规定的最小厚度15.00mm，合格。设计温度下圆筒的计算应力：，故满足要求1.5.4 管箱封头选用椭圆形封头，椭圆形封头内径3000mm，壁厚24mm，曲面高度750mm，直边高度50mm。1.6 管口与内件结构设计本设计依据GBT17395-2008管径选择标准进行设计。管径的选择按照下式进行基本计算，再根据实际情况，选择合适管道尺寸。反应器物料管系设计温度为100，设计压力为2.2MPa，管道材质0Cr18Ni9一、反应物进料取液体流速uv=0.5m/s，提取Aspen数据V=9.9269m3/h，则管径：圆整后选用公称直径为100mm的接管，规格为1086mm。二、产物出口取液体流速uv=0.5m/s，提取Aspen数据V=9.60818m3/h，则管径：圆整后选用公称直径为100mm的接管，规格为1086mm。三、卸料管已知圆柱形催化剂直径为5mm，长度为5mm，可选用公称直径为100mm的接管，规格为1084mm。1.6.1测温装置在反应器顶部装有若干个热电偶管口，热电偶竖直插入到催化剂床层中，热电偶套管内部设置有多个测量点，测量床层内不同高度处的温度。1.6.2 人孔该固定床反应器内装催化剂，为了装卸催化剂并检查设备的内部空间以及安装和拆卸设备的内部构件等，设置人孔。本反应器为固定床反应，操作压力（2.2MPa）小于2.5MPa，选取公称直径DN=450mm人孔。根据标准HG/T21514-2005钢制人孔和手孔的类型与技术条件，选用垂直吊盖板式带颈对焊法兰人孔。1.7 反应器支座设计表1-5 支座设计结果一览表部件材质反应器壳体Q345R反应器Q345R封头Q345R管板35号钢法兰35号钢选用圆筒形裙式支座，材质为Q235-B。裙座与塔体的连接采用对接式焊接，裙座筒体外径为3000mm，筒体厚度15mm，裙座筒体上端面至塔釜封头切线距离h=150mm，螺栓个数为4个，基础环板厚度为16mm。裙座上开设圆形人孔方便检查。裙座上部设置排气管，根据塔径，设定排气管规格1084，数量1个，排气管中心距裙座顶端距离H=480mm。考虑裙座的防火问题，在裙座的内外侧均敷设防火层，防火层材料为石棉水泥层（容积密度约为1900kg/m3），厚度为60mm。1.8反应器设计结果汇总项目设计结果设计温度（管/壳）100/70设计压力（管/壳）2.2/0.11Mpa反应器内径（mm）3000反应器高度（mm）8000反应器壳体壁厚（mm）15椭圆封头壁厚（mm）24列管规格/长度192mm/6000mm列管数量11100进/出料管规格1084mm卸料管规格1084mm排气管规格1084mm空时1.89h床层压降（pa）23.30251.9 设备条件1.10 反应器机械强度校核表1-6 数据输入列管式反应器设计计算计算单位太原科技大学华科学院设计计算条件壳程管程设计压力0.11MPa设计压力2.2MPa设计温度70设计温度100壳程圆筒内径Di3000mm管箱圆筒内径Di3000mm材料名称Q345R材料名称Q345R简图计算内容表1-7 壳程圆筒校核计算表1-8 前端管箱圆筒校核计算表1-9 前端管箱封头(平盖)校核计算表1-10 后端管箱圆筒校核计算表1-11 后端管箱封头(平盖)校核计算表1-12 管箱法兰校核计算表1-13 开孔补强设计计算表1-14 管板校核计算表1-7 壳程圆筒校核计算壳程圆筒计算计算单位太原科技大学华科学院计算所依据的标准GB 150.3-2011计算条件筒体简图计算压力 Pc0.11MPa设计温度 t70.00C内径 Di3000.00mm材料Q345R(板材)试验温度许用应力 s189.00MPa设计温度许用应力 st189.00MPa试验温度下屈服点ss345.00MPa钢板负偏差C10.30mm腐蚀裕量C22.00mm焊接接头系数f0.85厚度及重量计算计算厚度d=1.03mm有效厚度de=dn-C1-C2=12.70mm名义厚度dn=15.00mm重量8922.25Kg压力试验时应力校核压力试验类型液压试验试验压力值PT =1.25 =0.1250(或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT 0.90 ss=310.50MPa试验压力下圆筒的应力sT=17.44MPa校核条件sTsT校核结果合格压力及应力计算最大允许工作压力Pw= = 1.35444MPa设计温度下计算应力st = = 13.05MPastf160.65MPa校核条件stf st结论筒体名义厚度大于或等于GB151中规定的最小厚度15.00mm,合格表1-8 前端管箱筒体计算前端管箱筒体计算计算单位太原科技大学华科学院计算所依据的标准GB 150.3-2011计算条件筒体简图计算压力Pc2.20MPa设计温度t100.00C内径Di3000.00mm材料Q345R(板材)试验温度许用应力s185.00MPa设计温度许用应力st185.00MPa试验温度下屈服点ss325.00MPa钢板负偏差C10.30mm腐蚀裕量C22.00mm焊接接头系数f0.85厚度及重量计算计算厚度d=21.13mm有效厚度de=dn-C1- C2=21.70mm名义厚度dn =24.00mm重量447.44Kg压力试验时应力校核压力试验类型液压试验试验压力值PT=1.25P=2.5000(或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平sTsT0.90ss=292.50MPa试验压力下圆筒的应力sT=204.78MPa校核条件sT sT校核结果合格压力及应力计算最大允许工作压力Pw=2.25855MPa设计温度下计算应力st =153.17MPastf157.25MPa校核条件stf st结论筒体名义厚度大于或等于GB151中规定的最小厚度15.00mm,合格表1-9 前端管箱封头计算前端管箱封头计算计算单位太原科技大学华科学院计算所依据的标准GB 150.3-2011计算条件椭圆封头简图计算压力 Pc2.20MPa设计温度 t100.00C内径 Di3000.00mm曲面深度 hi750.00mmQ345R(板材)试验温度许用应力 s185.00MPa试验温度许用应力 s185.00MPa钢板负偏差 C10.30mm腐蚀裕量C22.00mm焊接接头系数f0.85压力试验时应力校核压力试验类型液压试验试验压力值PT=1.25Pc=2.5000(或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力stsT0.90ss =292.50MPa试验压力下封头的应力sT=204.04MPa校核条件sT sT校核结果合格厚度及重量计算形状系数K = = 1.0000计算厚度dh = = 21.06mm有效厚度deh =dnh - C1- C2= 21.70mm最小厚度dmin = 4.50mm名义厚度dnh = 24.00mm结论满足最小厚度要求重量1900.81Kg压力计算最大允许工作压力Pw= = 2.26669MPa结论合格表1-10 后端管箱圆筒校核计算后端管箱筒体计算计算单位太原科技大学华科学院计算所依据的标准GB 150.3-2011计算条件筒体简图计算压力Pc2.20MPa设计温度t100.00C内径Di3000.00mm材料Q345R(板材)试验温度许用应力s185.00MPa设计温度许用应力st185.00MPa试验温度下屈服点ss325.00MPa钢板负偏差C10.30mm腐蚀裕量C22.00mm焊接接头系数f0.85厚度及重量计算计算厚度d=21.13mm有效厚度de=dn-C1-C2=21.70mm名义厚度dn=24.00mm重量447.44Kg压力试验时应力校核压力试验类型液压试验试验压力值PT = 1.25P = 2.5000 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT 0.90 ss = 292.50MPa试验压力下圆筒的应力sT=204.78MPa校核条件sTsT校核结果合格压力及应力计算最大允许工作压力Pw=2.25855MPa设计温度下计算应力st=153.17MPastf157.25MPa校核条件stfst结论筒体名义厚度大于或等于GB151中规定的最小厚度15.00mm,合格表1-11 后端管箱封头(平盖)校核计算后端管箱封头计算计算单位太原科技大学华科学院计算所依据的标准GB 150.3-2011计算条件椭圆封头简图计算压力Pc2.20MPa设计温度t100.00C内径Di3000.00mm曲面深度hi750.00mm材料Q345R(板材)设计温度许用应力st185.00MPa试验温度许用应力s185.00MPa钢板负偏差C10.30mm腐蚀裕量C22.00mm焊接接头系数f0.85压力试验时应力校核压力试验类型液压试验试验压力值PT=1.25Pc=2.5000(或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力stsT0.90ss=292.50MPa试验压力下封头的应力sT=204.04MPa校核条件sTsT校核结果合格厚度及重量计算形状系数K=1.0000计算厚度dh=21.06mm有效厚度deh=dnh-C1-C2=21.70mm最小厚度dmin=4.50mm名义厚度dnh=24.00mm结论满足最小厚度要求重量1900.81Kg压力计算最大允许工作压力Pw=2.26669MPa结论合格表1-12 管箱法兰校核计算管箱法兰材料名称35管程压力操作工况下法兰力2.235e+09Nmm法兰宽度 343mm比值0.007233比值0.09133系数(按dh/Di ,df”/Di , 查图25)0.00系数w”(按dh/Di ,df”/Di ,查图 26)0.0003454旋转刚度 26.32MPa壳体法兰材料名称35壳体法兰厚度180mm法兰外径 3686mm法兰宽度 343mm比值 0.004233比值0.06系数, 按dh/Di ,df”/Di , 查图250.00系数, 按dh/Di ,df”/Di , 查图267.605e-05旋转刚度 7.133MPa法兰外径与内径之比1.229壳体法兰应力系数Y (按 K 查表7-9)9.547旋转刚度无量纲参数 0.0004205膨胀节总体轴向刚度 0N/mm表1-13 开孔补强设计计算（1）开孔补强计算计算单位太原科技大学华科学院接管：N1，894计算方法：GB150.3-2011等面积补强法，单孔设计条件简图计算压力 pc0.11MPa设计温度70壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型Q345R板材壳体开孔处焊接接头系数0.85壳体内直径 Di3000mm壳体开孔处名义厚度n15mm壳体厚度负偏差 C10.3mm壳体腐蚀裕量 C22mm壳体材料许用应力t189MPa接管轴线与筒体表面法线的夹角()0凸形封头上接管轴线与封头轴线的夹角()接管实际外伸长度150mm接管连接型式插入式接管接管实际内伸长度0mm接管材料20(GB9948)接管焊接接头系数1名称及类型管材接管腐蚀裕量2mm补强圈材料名称凸形封头开孔中心至封头轴线的距离mm补强圈外径mm补强圈厚度mm接管厚度负偏差 C1t0.4mm补强圈厚度负偏差C1rmm接管材料许用应力t148.88MPa补强圈许用应力tMPa开孔补强计算非圆形开孔长直径85.8mm开孔长径与短径之比1壳体计算厚度1.0274mm接管计算厚度t0.0299mm补强圈强度削弱系数frr0接管材料强度削弱系数fr0.7877开孔补强计算直径 d85.8mm补强区有效宽度 B171.6mm接管有效外伸长度 h118.526mm接管有效内伸长度 h20mm开孔削弱所需的补强面积A89mm2壳体多余金属面积 A1994mm2接管多余金属面积 A246mm2补强区内的焊缝面积 A315mm2A1+A2+A3=1054mm2，大于A，不需另加补强。补强圈面积 A4mm2A-(A1+A2+A3)mm2结论：合格表1-13 开孔补强设计计算（2）开孔补强计算计算单位太原科技大学华科学院接管：N2，894计算方法: GB150.3-2011等面积补强法，单孔设计条件简图计算压力pc0.11MPa设计温度70壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型Q345R板材壳体开孔处焊接接头系数0.85壳体内直径 Di3000mm壳体开孔处名义厚度n15mm壳体厚度负偏差 C10.3mm壳体腐蚀裕量 C22mm壳体材料许用应力t189MPa接管轴线与筒体表面法线的夹角()0凸形封头上接管轴线与封头轴线的夹角()接管实际外伸长度150mm接管连接型式插入式接管接管实际内伸长度0mm接管材料20(GB9948)接管焊接接头系数1名称及类型管材接管腐蚀裕量2mm补强圈材料名称凸形封头开孔中心至封头轴线的距离mm补强圈外径mm补强圈厚度mm接管厚度负偏差 C1t0.4mm补强圈厚度负偏差 C1rmm接管材料许用应力t148.88MPa补强圈许用应力tMPa开孔补强计算非圆形开孔长直径85.8mm开孔长径与短径之比1壳体计算厚度1.0274mm接管计算厚度t0.0299mm补强圈强度削弱系数frr0接管材料强度削弱系数fr0.7877开孔补强计算直径 d85.8mm补强区有效宽度 B171.6mm接管有效外伸长度 h118.526mm接管有效内伸长度 h20mm开孔削弱所需的补强面积A89mm2壳体多余金属面积 A1994mm2接管多余金属面积 A246mm2补强区内的焊缝面积 A315mm2A1+A2+A3=1054mm2，大于A，不需另加补强。补强圈面积A4mm2A-(A1+A2+A3)mm2结论：合格表1-13 开孔补强设计计算（3）开孔补强计算计算单位太原科技大学华科学院接管：N4，1086计算方法: GB150.3-2011等面积补强法，单孔设计条件简图计算压力 pc2.2MPa设计温度100壳体型式椭圆形封头壳体材料名称及类型Q345R板材壳体开孔处焊接接头系数0.85壳体内直径 Di3000mm壳体开孔处名义厚度n24mm壳体厚度负偏差 C10.3mm壳体腐蚀裕量 C22mm壳体材料许用应力t185MPa椭圆形封头长短轴之比2凸形封头上接管轴线与封头轴线的夹角()-0接管实际外伸长度150mm接管连接型式插入式接管接管实际内伸长度0mm接管材料0Cr18Ni9接管焊接接头系数1名称及类型管材接管腐蚀裕量2mm补强圈材料名称Q245R凸形封头开孔中心至封头轴线的距离mm补强圈外径200mm补强圈厚度24mm接管厚度负偏差 C1t0.6mm补强圈厚度负偏差 C1r0.3mm接管材料许用应力t137MPa补强圈许用应力t140MPa开孔补强计算非圆形开孔长直径101.2mm开孔长径与短径之比1壳体计算厚度18.953mm接管计算厚度t0.777mm补强圈强度削弱系数frr0.7568接管材料强度削弱系数fr0.7405开孔补强计算直径 d101.2mm补强区有效宽度B202.4mm接管有效外伸长度 h124.641mm接管有效内伸长度 h20mm开孔削弱所需的补强面积A1952mm2壳体多余金属面积 A1273mm2接管多余金属面积 A296mm2补强区内的焊缝面积 A36mm2A1+A2+A3= 405mm2 ，小于A，需另加补强。补强圈面积 A41650mm2A-(A1+A2+A3)1547mm2结论：合格表1-13 开孔补强设计计算（4）开孔补强计算计算单位太原科技大学华科学院接管：N2，1084计算方法: GB150.3-2011等面积补强法，单孔设计条件简图计算压力 pc0.11MPa设计温度70壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型Q345R板材壳体开孔处焊接接头系数0.85壳体内直径 Di3000mm壳体开孔处名义厚度n15mm壳体厚度负偏差 C10.3mm壳体腐蚀裕量 C22mm壳体材料许用应力t189MPa接管轴线与筒体表面法线的夹角()0凸形封头上接管轴线与封头轴线的夹角()接管实际外伸长度150mm接管连接型式插入式接管接管实际内伸长度0mm接管材料20(GB9948)接管焊接接头系数1名称及类型管材接管腐蚀裕量2mm补强圈材料名称凸形封头开孔中心至封头轴线的距离mm补强圈外径mm补强圈厚度mm接管厚度负偏差 C1t0.4mm补强圈厚度负偏差 C1rmm接管材料许用应力t148.88MPa补强圈许用应力tMPa开孔补强计算非圆形开孔长直径104.8mm开孔长径与短径之比1壳体计算厚度1.0274mm接管计算厚度t0.037mm补强圈强度削弱系数frr0接管材料强度削弱系数fr0.7877开孔补强计算直径 d104.8mm补强区有效宽度 B209.6mm接管有效外伸长度h120.474mm接管有效内伸长度h20mm开孔削弱所需的补强面积A108mm2壳体多余金属面积A11215mm2接管多余金属面积A250mm2补强区内的焊缝面积A315mm2A1+A2+A3=1281mm2 ，大于A，不需另加补强。补强圈面积 A4mm2A-(A1+A2+A3)mm2结论：合格表1-14 管板校核计算换热管管子根数n11100换热管中心距S25mm一根管子金属横截面积106.8mm2换热管长度L6000mm管子有效长度(两管板内侧间距) L15640mm管束模数Kt=Et na/LDi1.332e+04MPa管子回转半径6.052mm管子受压失稳当量长度 lcr600mm系数Cr =147.7比值lcr /i99.14管子稳定许用压应力()MPa管子稳定许用压应力() 56.81MPa管板材料名称35设计温度 tp100设计温度下许用应力150MPa设计温度下弹性模量 Ep1.97e+05MPa管板腐蚀裕量 C20mm管板输入厚度dn180mm管板计算厚度 d180mm隔板槽面积 (包括拉杆和假管区面积)Ad0mm2管板强度削弱系数 h0.4管板刚度削弱系数 m0.4管子加强系数 =6.072管板和管子连接型式焊接管板和管子胀接(焊接)高度l3mm胀接许用拉脱应力 qMPa焊接许用拉脱应力 q68.5MPa第二章 塔2.1 塔设备设计依据1化工设备设计全书塔设备2压力容器GB150-20113塔式容器NB/T47041-20144压力容器封头GB/T25198-20105化工配管用无缝及焊接钢管尺寸选用系列HG/T20553-20116钢制管法兰、垫片和紧固件HG/T2059220635-20097钢制人孔和手孔的类型与技术条件HG/T21514-20148钢制化工容器结构设计规定HG/T20583-20119工艺系统工程设计技术规范HG/T20570-19952.2 塔型概述精馏塔是进行精馏的一种塔式汽液接触装置。利用混合物中各组分具有不同的挥发度，即在同一温度下各组分的蒸气压不同这一性质，使液相中的轻组分(低沸物)转移到气相中，而气相中的重组分(高沸物)转移到液相中，从而实现分离的目的。精馏塔也是石油化工生产中应用极为广泛的一种传质传热装置。一、板式塔板式塔是一种应用极为广泛的气液传质设备，它由一个通常呈圆柱形的壳体及其中按一定间距水平设置的若干塔板所组成。板式塔正常工作时，液体在重力作用下自上而下通过各层塔板后由塔底排出；气体在压差推动下，经均布在塔板上的开孔由下而上穿过各层塔板后由塔顶排出，在每块塔板上皆储有一定的液体，气体穿过板上液层时，两相接触进行传质。二、填料塔填料塔的塔身是一直立式圆筒，底部装有支承板。填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。在填料的上方安装填料压板，以限制填料随上升气流的运动。液体从塔顶加入，经液体分布器喷淋到填料上，并沿填料表面流下。气体从塔底送