3-1 设备设计说明书

2016年“东华科技-陕西鼓杯”第十届全国大学生化工设计比赛中化集团泉州石化27万吨/年丙烯腈项目设备设计书设计团队：火炬设计小组团队配置：赵绍磊张超吕鸿洋王强李世月指导老师：赫佩军丁传芹中国石油大学(华东)火炬设计队2016年8月前言本小组根据相关标准和文献，对“中化集团泉州石化27万吨/年丙烯腈项目”相关化工设备进行设计和选型，其设计计算和选型结果见本书第一章至第十章。为了使本团队的设备设计达到实用和标准，团队成员认真负责，进行了大量的资料收集、设计计算和设备验证，同时参考了最新的标准、规范、数据资料、公式和图表。 评委反复校阅，进一步完善个别章节。本书序言，第一章至第四章是吕鸿洋，第五章至第九章是李世月，第十章是张超，最后吕鸿洋审查和完善了本书的内容。本队的设计过程离不开赫佩军老师、丁传芹老师的勤奋指导和支付，同时本队在中国石油大学(华东)张庆东老师的指导和刘守国老师、谭雅雫老师的指导下，在此向他们表示衷心的感谢。中国石油大学(华东)火炬设计队2016年8月目录第一章设备设计概要11.1工艺设备类别11.2工艺设备设计和选定原则11.3工艺设备设计和选定的主要内容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塔型的选择53.3.1板式塔和板选择73.3.2填充塔及填充剂选择83.4 T0503初馏塔的设计103.4.1 T0503初馏塔水力学计算113.4.2 T0503初馏塔塔高设计253.4.3 T0503初馏塔接收设计273.4.4 T0503初馏塔机械强度计算283.5塔式设备设计一览表55第四章换热器设计584.1设计依据584.2热交换器类型的选定584.3热交换器选定原则614.3.1热交换介质流614.3.2热交换介质终点温差614.3.3热交换介质流速624.3.4热交换器的壳管层叠下降624.3.5传热膜系数634.3.6污染系数634.4管壳式热交换器E0707选型634.4.1热交换流体数据644.4.2类型选择644.4.3 E0707热交换器结构数据654.4.4 E0707核对结果654.4.5 E0707热交换器检查图674.4.6 E0707技术特性表684.4.7 E0707机械对照684.5板式热交换器E0501选定874.5.1板式热交换器的结构874.5.2热交换流体数据884.5.3类型选择884.5.4 E0501热交换器结构数据904.5.5 E0501检定结果924.4.6 E0501热交换器检查图934.4.6 E0501板式、管壳式热交换器的性能比较934.6换热器结构形式优化944.7换热器设计一览表96第五章容器选定1055.1罐、回流罐1055.1.1概要1055.1.2设计原则1055.1.3分类1055.1.4材料的选定1065.1.5罐容积的选择1065.1.6设计例1075.1.7储罐、回流储罐设计一览表1085.2气液分离器1095.2.1概要1095.2.2设计步骤1095.2.3设计示例1115.2.4气液分相器一览表1135.3液分相器1145.3.1概要1145.3.2设计步骤1145.3.3设计示例1155.3.4液分相器一览表116第六章泵设备选定1176.1泵的选定原则1176.2泵的选定依据1176.3设计示例1186.3.1设计目标1186.3.2设计过程1186.3.3泵选定一览表1216.4真空泵的选定1246.4.1真空泵选定一览表124第七章加热炉1257.1设计示例1257.2加热炉选定一览表128第八章蒸发器1298.1概要1298.1.1循环式热交换器1298.1.2单向型热交换器1308.1.3与传热的蒸发器131直接接触8.2蒸发器选定原则1318.2.1选定应考虑的有关因素1318.2.2选定的定性标准1328.3设计示例1338.3.1原料物性1338.3.2蒸发器运行条件1338.3.3蒸发器选定设计1338.4蒸发器选定一览表134第九章吸附塔设备设计1359.1干燥塔设计1359.1.1吸附材料的选定分子筛1359.1.2吸附设备尺寸的决定1359.1.3吸附器内的吸附剂填充1369.1.4吸附器的高度的确定1369.2氢变压吸附塔设计1369.2.1吸附材料的选定分子筛1369.2.2吸附设备的尺寸的确定1379.2.3吸附器内的吸附剂填充1389.2.4吸附器的高度的确定1399.2.5吸附器的详细设定1399.2.6吸附器选型一览表139第十章压缩机选型设计14010.1压缩机设备的概要14010.2选定原则14010.3压缩机设计计算例14010.4压缩机选定一览表14210.5鼓风机选定一览表142中化集团泉州石化27万吨/年丙烯腈项目设备设计说明书第一章设备设计概要化工设备的工艺设计和选定是根据材料平衡计算和热平衡计算进行的，其目的是确定工艺设备的类型、标准、主要尺寸和数量，为现场布置设计、设计图设计以及非工艺设计项目提供充分的设计数据。 工艺设备的基本要求是满足安全性和经济性，安全是核心，在充分保证安全的基础上尽量实现经济。 工艺设备的基本要求是满足工艺要求。 工艺要求的温度、压力、液位、流量等都需要工艺设备。 在满足工艺要求的同时，工艺设备也必须保证充分的强度，操作过程中不会被破坏。1.1工艺设备类别化工设备总体上分为两种，一种称为定型设备或标准设备，这是几个加工厂统一系列生产的设备，一般来说，可以购买的现成设备，如泵、反应釜、热交换器、大型罐等，另一种类型称为非定型设备或非标准设备1.2工艺设备设计和选定原则在满足流程要求的前提下，为了确保安全和经济，流程设备必须满足以下基本要求，包括合理性、可靠性和先进性、安全性、经济性。 合理性是指设备必须满足过程需求，适应过程流程、生产规模、过程条件和过程控制水平，能在设备许可范围内最大限度地保证过程的合理性、优化和可靠性。 可靠性和先进性要求工艺设备的型号、品种多样，实现某化工机组的流程，有多种设备，设备运行可靠。 在确实的基础上考虑先进性，连续化和生产自动化容易，转化率、收率、效率尽量达到高先进水平，运行过程中变动范围小，运行质量可靠，操作容易，具有一定的弹性，维护容易，备品易加工等。 安全性即设备选型和技术设计安全可靠，操作稳定，无事故危险性，对技术和建筑、基础、现场等没有苛刻的要求，工人操作时的劳动强度小，尽量避免在高温高压高处工作，尽量不使用有害设备附件、附件，没有良好的工作环境和污染。 经济性即设备的选择以技术先进、经济合理为目标。1.3工艺设备设计和选定的主要内容(1)确定用于单元操作的设备的种类。 这项工作应该和流程设计结合起来进行。(2)决定机器的材质。 根据工艺的工作条件(温度、压力、介质的性质)和对设备的工艺要求，决定满足要求的设备的材质。 这项工作必须与设备设计专家合作完成。(3)确定设备的设计参数。 设备的设计参数来自于工艺流程设计、材料平衡计算、热平衡计算、设备的工艺计算等工作。 各设备的设计参数不同。 关于塔设备，有必要决定进出口材料的流量、组成、温度、压力、塔径和塔的材质、填充材料的种类和填充材料的高度和塔板的种类和塔板的数量等，关于精馏塔，有必要决定塔顶冷凝器和塔底再沸器的热负荷、热交换流体的种类等，有必要决定热负荷、热交换面积、冷热流体的(4)确定定型设备(即标准设备)的型号或品种及数量。 定型设备是几个加工厂一揽子生产的一系列设备，是可以直接向厂家订购或购买的现成设备。 确定现有标准图纸的设备的标准图纸编号和型号。 随着中国化工设备标准化的推进，未标准化设备所使用的一部分化工装置正在走向系列化、定型化。 这些设备在换热器系列、容器系列、搪瓷设备系列以及圆泡罩、F1型浮子阀和浮子阀塔盘系列等，已具有国家标准。(5)对非标准设备，向化工设备的专业设计者提交设计条件和设备草图，明确设备的型号、材质、基本设计参数、喷嘴、保养安装要求、支撑要求及其他要求(如防爆口、人孔、排出口、液面计接口等)。(六)编制工艺设备一览表。 初步设计阶段，可以根据设备工艺设计的结果，编制工艺设备一览表，分为非定型工艺设备和定型工艺设备两种。 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向有关部门提供设计审查。第二章反应器设计化学反应是反应过程的主体，反应装置是实现该反应的客观环境。 化学反应过程和反应器作为化工生产过程的中心环节，反应器的设计占重要地位。 工业中应用最广泛的是固定床、流化床和移动床反应器。本项目主要涉及丙烷脱氢酶反应、氢选择氧化反应和丙烯酸氧化反应三种反应。 在丙烷脱氢反应中，反应吸热，工艺条件严格，因此，使用移动床反应器使催化剂循环移动，边反应边再生，维持高活性的移动床反应器出来的材料的反应温度下降，本项目组利用氢的选择性氧化放出的热使材料升温， 本项目组设计了列管式固定反应器进行反应最后生成的丙烯通过流化床反应器，通过丙烯的氨氧化过程生产丙烯腈产品。反应器的具体设计参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、精油等生产中最重要的设备之一。 它可以使气(或蒸汽)液或液液两相紧密接触，以达到相互遗传和传热的目的。 塔设备能做的一般操作是精馏、吸收、解吸、提取等。 在化工厂、石油化工厂、炼油厂等中，塔设备的性能对整个装置产品的产量、质量、生产能力和消费定额、三废处理和环境保护等方面产生了很大影响。 因此塔设备的设计和研究受到化工制油等行业的高度重视。本项目为中化集团泉州石化27万吨/年丙烯腈项目，该项目涉及的塔设备共计12座，其中板式塔7座，填充塔4座，复合塔1座。 本项目利用Aspen Plus V8.4软件获取塔式设备水力学数据，利用中国石油大学(华东)自主开发的Cup Tower软件进行板塔水力学检定，利用SULZER公司开发的Sulpak软件进行填充塔水力学检定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。 在大气液流速下，仍然不会发生大量雾沫的卷入、止液、液体泛滥等破坏正常操作的现象。(2)操作稳定，弹性大。 塔设备的气液负荷量有大的变动时，可以以高遗传效率进行稳定的操作。 塔设备必须保证长期连续操作。(3)流体流动的阻力小，即通过塔设备的流体的压力降小。 这样可以大大节省生产过程中的功耗，降低运营成本。 减压蒸馏操作需要较大的压力降，无法维持真空度。(4)结构简单，材料消耗量少，容易制造和设置。 这样就可以减少建设过程中的投资费用。(5)耐腐蚀和不易堵塞，操作、调节、检查容易。3.3塔型的选择塔主要有板式塔和填充塔两种，它们可以用于蒸馏和吸收等气液的传播过程，但两