4-1设备选型与典型设备设计

镇海炼化18万吨丙烷资源化项目四川大学帆船队2016年“东华科技陕西鼓杯”第十届全国大学生化学设计竞赛镇海炼油厂18万吨丙烷资源利用项目设备选择和典型设备设计团队名称：四川大学帆船队教员：中共八国联军和李赛组员：王超、曾文、陈元、梁潇、李倩完成时间：2016年8月镇海炼化公司18万吨丙烷资源化项目设备选型及典型设备设计目录第一章塔式设备设计11.1塔设备设计依据11.2塔设备介绍11.3 T0103重质组分脱除塔2的设计1.3.1塔设备选择要求21.3.2塔型选择的一般原则31.3.3塔板类型和板式塔的选择41.4板式浮阀塔5的设计和计算1.4.1使用软件清单61.4.2实际塔板数和柱径的计算61.4.3溢流装置81.4.4托盘结构设计101.4.5塔盘流体动力学计算131.4.6托盘装载性能图151.4.7杯塔在塔盘工艺结构计算中的应用171.5塔式机械工程设计231.5.1塔架高度的计算231.5.2接管的计算241.5.3塔身和封头25的材料选择1.5.4裙部设计261.5.5塔设备附件271.5.6塔架机械强度检查271.6塔设备计算说明281.7新型高效3D圆形阀盘37的应用1.7.1设计基础371.7.2引入新托盘37第二章换热器设计392.1换热器设计基础392.2换热器工艺方案39的确定2.2.1换热器概述392.2.2换热器选择402.2.3热交换管规格的选择412.2.4壳程和单元42的数量2.2.5工艺条件的选择422.3热交换器(以E2013冷却器为例)设计432.3.1过程模拟数据432.3.2类型选择442.3.3类型选择442.3.4温度442.3.5压力442.3.6传热系数452.3.7尺寸452.3.8详细结构2.3.9热交换器的机械设计和验证472.4热交换器设计手册48第三章气液分离器的设计673.1设计基础673.2气液分离器(V0201) 67的设计3.2.1设计任务673 . 2 . 2 67型分离器的选择3.2.3立式重力分离器68的尺寸设计第四章罐和回流罐的选择714.1储罐选择的依据714.2概述714.3甲醇储罐(V0403) 72的选择4.3.1甲醇72的基本性质工艺要求724.3.3选择结果724.4回流罐的选择(V0305PO预分离塔回流罐)73工艺要求734.4.2选择结果73第五章泵的选择745.1泵74的概述和选择依据5.2泵74的选择原则5.3泵的类型和特性755.3新型节能屏蔽泵的应用765.4新屏蔽泵的选择(P0307) 775.4.1选择方法775.4.2进出口液体的流速775.4.3水头计算785.4.4选择结果78第六章压缩机选择806.1概述和选择依据806.2压缩机类型和特性806.3选择原则816.4压缩机的选择(C0201) 816.4.1工艺条件816.4.2过程计算816.4.3选择结果82第七章反应堆设计83四川大学帆船队3/4第一章塔架设备设计1.1塔设备设计依据表1-1塔架设备的设计依据内容的出版日期和标准编号化工设备设计全书塔设备2003-5压力容器GB 150-2011塔式容器注意/T 47041-2014压力容器封头GB/T 25198-2010化工配管用无缝及焊接钢管尺寸选用系列汞/吨20553-2011钢制管法兰、垫片和紧固件汞/吨2059220635-2009补强圈JB/T 4736-20021.2塔设备简介塔式设备是化工、石化和炼油生产中最重要的设备之一。它能使气体(或蒸汽)液或液-液两相紧密接触，达到相间传质和传热的目的。在塔设备中可以完成的常见操作包括精馏、吸收、解吸和萃取。此外，工业气体的冷却和回收，气体的湿静态和干燥，以及气液传质和传热的加湿和除湿等。塔主要有两种类型：板式塔和填料塔，可用于蒸馏和吸收等气液传质过程，但各有优缺点，应根据具体情况选择塔内装有一定高度的填料，是气液接触和传质的基本部件。属于差动接触式气液传质设备。液体在填料表面以薄膜的形式从上到下流动。气体从底部到顶部与连续相的液体逆流流动，并在气体和液体之间传递质量和热量。两相的组分浓度或温度沿着塔的高度连续变化。下表显示了两种塔架类型的比较：表1-2填料塔和板式塔的比较塔式项目填料塔板式塔压力下降小尺寸填料的压降较大，大尺寸填料和普通填料的压降较小。更大的空塔风速(生产能力)小尺寸填料的气速较小，而大尺寸规整填料的气速较大。更大的塔效率传统填料效率较低，而新型随机填料和规整填料效率较高。稳定高效液气比对液体的量有一定的要求。适用范围广。持液率较少的更大的安装和维护困难的更容易的材料金属和非金属材料都可以使用。常用金属材料费用投资大的新包装当直径较大时，成本较低。1.3 T0103重质组分脱除塔的设计1.3.1塔设备选择要求(1)生产能力大。在较大的气液流速下，不会出现大量夹带、液体堵塞、溢流等损害正常运行的现象。(2)运行稳定，灵活性大。当塔设备的气液负荷波动较大时，仍可在较高的传质效率下稳定运行。塔设备应能保证长期连续运行。(3)流体流动阻力小，即流体通过塔设备的压降小。这将大大节省生产中的电力消耗，并降低经常性的运营成本。对于真空蒸馏操作，较大的压降也会使系统无法保持必要的真空度。(4)结构简单，材料消耗少，易于制造和安装。这可以降低基础设施建设过程中的投资成本。(5)耐腐蚀且不易堵塞，便于操作、调整和维护。1.3.2塔型选择的一般原则选择时要考虑的因素包括：材料特性、操作条件、塔架设备性能和塔架制造、安装、操作、维护等。优先申请如下：表1-3填料塔和板式塔的优选应用填料塔板式塔在高度分离的条件下，由于一些新的填料具有较高的传质效率，新的填料可以用来降低塔的高度。塔内持液量大，操作负荷范围宽，对进料浓度变化不敏感，操作简单稳定。对于热敏性物质的蒸馏和分离，可以优选真空操作下的填料塔，因为新填料的持液率小且压降小。液相负荷小。对于腐蚀性材料，可选择填料塔。因为填料塔可以由非金属材料制成，如陶瓷、塑料等。含有固体颗粒，容易结垢并有结晶物质，因为板式塔可以选择液体流动通道较大的板式，而且堵塞的风险较小。对于容易起泡的材料，应选择填料塔。操作过程伴随放热或需要加热的物料，需要在塔内设置加热盘管等内部换热部件，需要多个进料口或多个侧线出料口。这是因为，一方面，板式塔的结构容易实现，另外，在塔盘上有更多的滞留液体，用于与加热管或冷却管的有效传热。板式塔仍然广泛用于在较高压力下操作的蒸馏塔中。综合考虑，本工程采用板式塔。1.3.3塔板类型及板式塔的选择1.3.3.1塔盘塔的塔盘类型根据塔板上气体和液体的相对流动状态，板式塔可分为两种类型：通流型和溢流型。目前，大多数板式塔采用溢流板。通流托盘操作不稳定分离要求高，负荷变化大。筛板结构简单，成本低，托盘效率高。容易堵塞，操作不灵活。分离要求高，塔板数多。舌板结构简单，托盘阻力小操作灵活性小，效率低分离要求较低的闪蒸塔浮动喷射板压降低，处理能力大浮板容易脱落，效率低。分离要求较低的减压塔表1-5给出了几种主要塔板性能的定量比较。表1-5几种主要塔板性能的定量比较托盘类型托盘效率处理能力操作弹性压力下降结构费用泡罩板1.01.051.0复杂的1.0筛板1.21.41.430.5简单的0.40.5浮动阀板1.21.31.590.6一般0.70.9舌板1.11.21.530.8简单的0.50.6从以上两个表中可以看出，浮阀塔兼有泡罩塔和筛板塔的优点，现已成为我国广泛使用的蒸馏塔类型之一，在石油和化工行业中使用最为普遍。1.3.3.3浮阀塔的优势(1)生产能力大由于浮阀塔板开度大，气流水平喷射，减少了液体和泡沫的夹带，其生产能力比泡罩塔高20%40%，与筛板塔相似。(2)操作灵活性高由于阀板可以随气体负荷的变化而升降，阀板与阀板之间的间隙大小可以自动调节，阀孔的气体速度几乎不随气体负荷的变化而变化，在较大的气体负荷范围内可以保证气体与液体的良好接触，因此操作弹性比泡罩塔和筛板塔宽，可达7-9。(3)板分离效率高由于上升气体沿水平方向吹入液体层，气液接触时间更长，液滴夹带量更小，塔板效率更高，比泡罩塔高约10%。(4)气体压降和液位降小由于气道比泡罩塔简单得多，塔板上没有复杂的障碍物，塔板上的气流分布更加均匀，气液流通过浮阀塔板时遇到的阻力较小，因此塔板上的气压降和液位降比泡罩塔板小。(5)塔的成本相对较低浮阀塔结构简单，制造容易，成本一般是泡罩塔的60% 80%，但比筛板塔贵，是筛板塔的120% 130%。尽管浮阀塔具有上述许多优点，但浮阀塔不容易处理容易焦化或高粘度的系统，因为焦化或高粘度流体会阻碍浮阀提升的灵活性。然而，对于粘度稍高或一般聚合的系统，浮阀塔仍能正常运行。从以上几点可以看出，浮阀塔在蒸汽负荷、操作灵活性、效率和价格等方面都优于泡罩塔。根据工程实际情况，初步选择浮阀塔。1.4板式浮阀塔的设计与计算1.4.1使用的软件列表表1-6所用软件列表名字使用来源Aspen Plus V7.2版分离性能设计阿斯彭科技公司杯塔流体动力学设计中国石油大学(华东)SW6-2011塔架强度的结构设计国家化工设备设计技术中心站AutoCAD2012蒸馏塔布局图Autodesk corporation1.4.2实际塔板数和塔板直径的计算(1)物理参数提取Aspen plus各塔板的物理参数，选择塔板气液相负荷最大的第24块塔板进行人工计算和验证。然后，利用CUP-Tower进行软件计算，并通过对比检验计算的正确性。块38的物理参数如表1-7所示：表1-7浮阀塔板参数液体质量流量l千克/小时气相质量流量v千克/小时液相密度Lkg/m3气相密度Vkg/m3液相体积流量气相体积流量VS m3/s混合液体表面张力N/m116865.285107854.927472.715638.811190确定相关图的横坐标，即气液两相流参数；沉降高度的确定：(1)托盘间距：塔板间距HT的选择与塔高、塔径、物性、分离效率、操作灵活性、塔的安装和维护等因素有关。设计通常基于塔直径的大小，并通过表9-8中列出的塔板间距的经验值来选择。表1-8列间距参考值塔架直径D/m0.30.50.50.80.81.61.62.02.02.42.4板间距HT/mm200300300350350450450600500800600据估计，塔的直径约为2米，因此板间距ht=650毫米(2)板上液层高度hL一般来说，常压塔取hL=50 100mm毫米，减压塔取hL=25 30mm毫米。因此，如果以hL=100毫米作为板上的液层高度，液滴沉