3-典型设备设计说明书含设备选型一览表

2018“东华科技陕鼓杯”第十二届全国大学生化工设计竞赛 1 2018“东华科技陕鼓杯” 第十二届全国大学生化工设计竞赛 扬子石化年产 8 万吨甲基丙烯酸甲酯项目 参赛队员：蔡楚源 何泽兴 彭建文 刘琦玮 陈思帆 指导老师：汤吉海 包宗宏 周志伟 刘定华 崔 群 2018“东华科技陕鼓杯”第十二届全国大学生化工设计竞赛 1 目 录 第一章第一章 塔设塔设备备设计设计.5 1.1 塔设备设计依据塔设备设计依据.5 1.2 塔设备设计要求塔设备设计要求.5 1.3 塔设备简介塔设备简介.5 1.3.1 填料塔简介填料塔简介.5 1.3.2 板式塔简介板式塔简介.6 1.4 塔设备设计与校核（以塔设备设计与校核（以 T0202 为例）为例）.6 1.4.1 塔设备设计方法说明塔设备设计方法说明.6 1.4.2 塔内件设计（以塔内件设计（以 T0202 为例）为例）.7 1.4.3 塔的水力学校核塔的水力学校核.11 1.5 塔设备机械设计塔设备机械设计.13 1.5.1 实际塔板数实际塔板数.13 1.5.2 塔高的计算塔高的计算.13 1.5.3 接管的计算接管的计算.13 1.5.4 筒体、封头及裙座的壁厚计算筒体、封头及裙座的壁厚计算.14 1.5.5 机械强度校核机械强度校核.15 1.6 新型塔板的使用新型塔板的使用.28 1.7 塔设备设备条件图塔设备设备条件图.28 1.8 塔设备计算结果一览表塔设备计算结果一览表.30 第二章第二章 换热器的选型设计换热器的选型设计.31 2.1 换热器的选型设计依据换热器的选型设计依据.31 2.2 换热器类型介绍换热器类型介绍.31 2.2.1 按工艺功能分类按工艺功能分类.31 2.2.3 按结构分类按结构分类.31 2.3 换热器的设计选型规则换热器的设计选型规则.33 2.3.1 基本要求基本要求.33 2.3.2 介质流程介质流程.33 2.3.3 终端温度终端温度.33 扬子石化年产 8 万吨甲基丙烯酸甲酯项目典型设备设计说明书 2 2.3.4 流速选择流速选择.34 2.3.5 压力降压力降.34 2.3.6 传热膜系数传热膜系数.34 2.3.7 污垢热阻污垢热阻.34 2.3.8 换热管换热管.35 2.4 换热器型号的表示方法换热器型号的表示方法.35 2.5 换热器选型所用软件换热器选型所用软件.35 2.6 选型范例（以选型范例（以 E0405 为例）为例）.36 2.6.1 工艺参数确定工艺参数确定.36 2.6.2 EDR 数据输入数据输入 .37 2.6.3 换热器结构参数确定换热器结构参数确定.38 2.6.4 换热器详细尺寸换热器详细尺寸.43 2.6.5 换热器机械强度校核换热器机械强度校核.44 2.6.6 换热器设计和校核小结换热器设计和校核小结.77 2.6.7 设备条件图设备条件图.78 2.7 换热器设备选型一览表换热器设备选型一览表.80 2.7 换热器设备选型一览表换热器设备选型一览表.82 第三章第三章 反应器反应器.83 3.1 反应器概述反应器概述.83 3.2 反应器类型反应器类型.83 3.2.1 釜式反应器（反应釜）釜式反应器（反应釜）.83 3.2.2 管式反应器管式反应器.83 3.2.3 固定床反应器固定床反应器.83 3.2.4 流化床反应器流化床反应器.84 3.3 设计要点设计要点.84 3.4 甲基丙烯醛反应器设计条件甲基丙烯醛反应器设计条件.84 3.4.1 反应方程式及动力学反应方程式及动力学.84 3.4.2 催化剂参数催化剂参数.85 3.4.3 反应器类型的选择反应器类型的选择.85 3.4.4 工艺条件的选择工艺条件的选择.85 2018“东华科技陕鼓杯”第十二届全国大学生化工设计竞赛 3 3.5 甲基丙烯醛反应器设计甲基丙烯醛反应器设计.88 3.5.1 进出口物料信息进出口物料信息.89 3.5.2 催化剂用量计算催化剂用量计算.89 3.5.3 反应器列管数反应器列管数.89 3.5.4 床层压降计算床层压降计算.90 3.5.5 传热面积核算传热面积核算.90 3.5.6 双盘气体分布器双盘气体分布器.91 3.5.7 拉杆设计拉杆设计.92 3.5.8 接管设计接管设计.92 3.5.9 反应器管板、管箱、反应列管的连接结构设计反应器管板、管箱、反应列管的连接结构设计.93 3.5.10 支座与附件设计支座与附件设计.93 3.5.11 反应器校核反应器校核.93 3.5.12 反应器结果汇总反应器结果汇总.120 3.6 反应器设备条件图反应器设备条件图.120 3.7 反应器设计一览表反应器设计一览表.122 第四章第四章 容器容器.123 4.1 设计依据设计依据.123 4.2 容器简介及要求容器简介及要求.123 4.3 储罐、回流罐储罐、回流罐.123 4.3.1 储罐、回流罐容积计算储罐、回流罐容积计算.123 4.3.2 储罐、回流罐计算示例（以储罐、回流罐计算示例（以 V0101 为例）为例）.124 4.3.3 储罐、回流罐选型一览表储罐、回流罐选型一览表.125 4.4 缓冲罐缓冲罐.127 4.4.1 缓冲罐的计算（以缓冲罐的计算（以 V0201 为例）为例）.127 4.4.2 缓冲罐选型一览表缓冲罐选型一览表.127 第五章第五章 气液分离器气液分离器.128 5.1 设计依据设计依据.128 5.2 气液分离器的分类气液分离器的分类.128 5.2.1 立式和卧式重力分离器立式和卧式重力分离器.128 5.2.2 立式和卧式丝网分离器立式和卧式丝网分离器.128 扬子石化年产 8 万吨甲基丙烯酸甲酯项目典型设备设计说明书 4 5.3 设计目标设计目标.128 5.4 气液分离器设计（以气液分离器设计（以 V0102 为例）为例）.128 5.4.1 丝网自由截面上的气体流速（丝网自由截面上的气体流速（uG）的计算）的计算 .129 5.4.2 气液分离器尺寸计算气液分离器尺寸计算.129 5.4.3 气液分离器接管计算气液分离器接管计算.129 5.4.4 机械强度校核机械强度校核.131 5.5 气液分离器选型一览表气液分离器选型一览表.134 第六章第六章 泵泵.136 6.1 泵的概述泵的概述.136 6.2 泵类型和特点泵类型和特点.136 6.3 泵选型原则泵选型原则.137 6.4 泵选型示例（以泵选型示例（以 P0101 为例）为例） .138 6.4.1 具体选型（以具体选型（以 P0101 为例）为例） .139 6.5 泵选型一览表泵选型一览表.143 第七章第七章 压缩机压缩机.146 7.1 压缩机分类压缩机分类.146 7.2 压缩机适用范围压缩机适用范围.147 7.3 压缩机选型压缩机选型.147 7.3.1 压缩机工艺参数压缩机工艺参数.147 7.3.2 压缩机选型一览表压缩机选型一览表.148 第八章第八章 设备选型一览表设备选型一览表.149 8.1 非标设备设计一览表非标设备设计一览表.149 8.1.1 反应器设计一览表反应器设计一览表.149 8.1.2 塔设备设计一览表塔设备设计一览表.150 8.1.3 缓冲罐选型一览表缓冲罐选型一览表.150 8.1.4 气液分离器选型一览表气液分离器选型一览表.151 8.2 标准设备选型一览表标准设备选型一览表.151 8.2.1 换热器设计一览表换热器设计一览表.151 8.2.2 储罐、回流罐选型一览表储罐、回流罐选型一览表.153 8.2.3 泵选型一览表泵选型一览表.154 2018“东华科技陕鼓杯”第十二届全国大学生化工设计竞赛 5 8.2.4 压缩机选型一览表压缩机选型一览表.156 扬子石化年产 8 万吨甲基丙烯酸甲酯项目典型设备设计说明书 6 第一章第一章 塔设备设计塔设备设计 1.1 塔设备设计依据塔设备设计依据 化工设备设计全书塔设备 化工工艺设计手册（第四版） 化工设备设计基础规定HG/T 20643-2012 设备及管道保温设计导则GB 8175-2008 钢制人孔和手孔的类型与技术条件HG/T 21514-2014 钢制化工容器结构设计规定HG/T 20583-2011 工艺系统工程设计技术规范HG/T 20570-1995 钢制压力容器焊接规程JB/T 4709-2007 塔器设计技术规定HG 20652-1998 管径的选择HG/T 20570.6-1995 石油化工钢管尺寸系列SH/T3405-2012 不锈钢人、手孔HG 21594-21604-2014 压力容器封头GB/T 25198-2010 钢制塔式容器NB/T 47041-2014 塔顶吊柱HG/T 21639-2005 1.2 塔设备设计要求塔设备设计要求 作为气、液两相传质所用的塔设备，首先必须要能使气、液两相得到充分的接触，以达到较高的传质 效率。为了满足工业生产需要，塔设备还应具备下列各种基本要求： （1）气、液处理量大，即生产能力大时，仍不致发生大量的雾沫夹带、拦液或液泛等破坏操作的现 象。 （2）操作稳定，弹性大，即当塔设备的气、液负荷有较大范围的变动时，仍能在较高的传质效率下 进行未定的操作并应保证长期连续操作所必须具有的可靠性。 （3）流体流动的阻力小，即流体流经塔设备的压降小，这将大大节省动力消耗，从而降低操作费用。 对于减压精馏操作，过大的压降还将使整个系统无法维持必要的真空度，最终破环物系的操作。 （5）结构简单，材料耗用量小，制造和安装容易。 （4）耐腐蚀和不易堵塞，方便操作、调节和检修。 （6）塔内的滞留量要小。 不同的塔型各有某些独特的优点，设计时应根据物系的性质和具体要求进行设计、选型。 1.3 塔设备简介塔设备简介 工业上使用的塔类型主要是填料塔和板式塔两种，需要根据不同的物系以及操作条件选择适合的塔设 备已达到成本最低、分离效果最优的目的。 1.3.1 填料塔简介填料塔简介 填料塔以填料作为气液传质的元件，两相在填料层中逆向连续接触。它具有简单的结构、较小的压力 降、可用耐腐蚀非金属材料制造等优点，对于吸收、解吸、真空蒸馏以及处理腐蚀性流体的操作，十分适 用。 但当塔径增大时，引起气液两相分布不均匀、接触状况差等，造成塔设备生产效率下降，即为放大效 应。此外，填料塔有质量大、造价昂贵、维护繁琐、填料损耗大等缺点，因此填料塔在很长时间内不及板 式塔使用广泛。但随着新型高效填料的出现，流体分布技术的不断改进，填料塔的效率有所提高，放大效 应也渐渐得以解决。 2018“东华科技陕鼓杯”第十二届全国大学生化工设计竞赛 7 1.3.2 板式塔简介板式塔简介 板式塔是塔设备除填料塔外的另一大类板式塔内沿塔高装有若干层塔板（或称塔盘） ，液体靠重力作 用由顶部逐板流向塔底，并在各块板面上形成流动的液层；气体则靠压强差推动，由塔底向上依次穿过各 塔板上的液层而流向塔顶。气、液两相在塔内进行逐级接触，两相的组成沿塔高呈阶梯式变化。 1.4 塔设备设计与校核（以塔设备设计与校核（以 T0202 为例）为例） 1.4.1 塔设备设计方法说明塔设备设计方法说明 (1)使用 Aspen Plus V9.0 软件内置的塔内件设计模块 Column Internals 对塔的基础参数、塔内件结构进 行详细设计，并进行水力学校核； (2)使用 SW6-2011 进行塔的机械计算与强度校核。 所需的软件如下表所示。 表表 1-2 塔设备设计所用软件一览表塔设备设计所用软件一览表 序号序号名称名称来源来源用途用途 1Aspen Plus V9.0Aspen Tech 公司详细设计 2SW6-2011全国化工设备设计技术中心站设备校核 扬子石化年产 8 万吨甲基丙烯酸甲酯项目典型设备设计说明书 8 1.4.2 塔内件设计（以塔内件设计（以 T0202 为例）为例） 1.4.2.1 T0202 粗粗 MAL 吸收塔简介吸收塔简介 T0202 粗 MAL 吸收塔内进行的是反应产生并经过脱重的甲基丙烯醛（MAL）与反应剩余的原料气经 由甲醇吸收得到醛醇混合液也进入后续流程进行反应生成甲基丙烯酸甲酯（MMA） 。由于 MAL 氧化酯化 生成 MMA 的催化剂在水含量达到一定量（水的质量分数不大于 3%）时易失活，因此该塔的性能与装置 工况、寿命以及产品质量直接相关，故选择此塔作为计算示例十分具有代表意义。 首先通过 Aspen Plus V9.0 进行塔的工艺计算，得到 T0202 具体的进出口流股信息，如下表所示。 表表 1-3（1） T0202 进出口流股信息进出口流股信息 2-132-152-162-17 来自T0201E0401T0202T0202 送往T0202T0202P0301V0401 相态VaporLiquidLiquidVapor 温度 52.43 35.00 51.06 46.57 压力MPa0.13 0.12 0.13 0.12 摩尔密度 kmol/m 0.05 22.96 19.67 0.05 质量密度 kg/m 1.61 798.54 781.26 1.41 平均相对分子质量33.31 34.77 39.71 31.13 摩尔流率kmol/h1438.84 585.00 614.52 1409.32 IBEkmol/h0.08 0.00 0.00 0.07 O2kmol/h65.66 0.00 0.17 65.49 MALkmol/h128.13 0.00 127.86 0.27 H2Okmol/h19.67 0.37 19.90 0.14 MEOHkmol/h447.61 561.09 463.79 544.91 MMAkmol/h0.04 23.54 1.81 21.77 N2kmol/h757.93 0.00 0.73 757.20 CO2kmol/h0.28 0.00 0.00 0.27 1-BEkmol/h5.44 0.00 0.10 5.35 T-C4H8kmol/h2.06 0.00 0.04 2.01 C-C4H8kmol/h1.02 0.00 0.02 1.00 C3kmol/h0.03 0.00 0.00 0.03 1-BAkmol/h3.18 0.00 0.04 3.14 I-BAkmol/h0.56 0.00 0.01 0.56 COkmol/h7.09 0.00 0.01 7.08 METHY-01kmol/h0.06 0.00 0.05 0.02 摩尔分率 IBE0.00 0.00 0.00 0.00 O20.05 0.00 0.00 0.05 MAL0.09 0.00 0.21 0.00 H2O0.01 0.00 0.03 0.00 MEOH0.31 0.96 0.75 0.39 MMA0.00 0.04 0.00 0.02 N20.53 0.00 0.00 0.54 CO20.00 0.00 0.00 0.00 1-BE0.00 0.00 0.00 0.00 T-C4H80.00 0.00 0.00 0.00 C-C4H80.00 0.00 0.00 0.00 C30.00 0.00 0.00 0.00 2018“东华科技陕鼓杯”第十二届全国大学生化工设计竞赛 9 1-BA0.00 0.00 0.00 0.00 I-BA0.00 0.00 0.00 0.00 CO0.00 0.00 0.00 0.01 METHY-010.00 0.00 0.00 0.00 质量流率kg/h47933.50 20342.00 244