2万吨年异戊二烯生产项目3-1典型设备设计选型说明书

目录

第1章塔设备设计............................................-1-

1.1塔器设计计算与选型....................................-1-

1.1.1概述..............................................-1-

1.1.2设计依据...........................................-1-

1.1.3与操作条件有关的因素...............................-1-

1.1.4塔的分类与总体结构.................................-2-

1.2塔设备设计举例........................................-5-

1.2.1塔的基础数据.......................................-6-

1.2.2塔的设计计算.......................................-6-

1.2.3塔高的确定.........................................-8-

1.2.4塔体厚度计算......................................-10-

1.2.5接管设计..........................................-11-

1.2.6塔器校核..........................................-12-

第2章换热器设计选型.......................................-38-

2.1换热器的选型..........................................-38-

2.1.1设计依据..........................................-38-

2.1.2换热器类型简介....................................-38-

2.1.3选型原则..........................................-43-

2.2换热器选型举例........................................-47-

2.2.1混合C4换热器（E0101）选型举例...................-47-

2.2.2强度校核..........................................-56-

2.2.3换热器计算与校核小结............................-108-

第3章反应器设计...........................................-110-

3.1概述.................................................-110-

3.2设计依据.............................................-110-

3.3反应器类型与特点.....................................-110-

3.4反应器的设计方法.....................................-111-

3.5反应器结构形式的选择................................-112-

3.6反应器设计举例——叔丁醇反应器......................■112-

3.6.1工艺参数........................................-112-

3.6.2催化剂用量计算..................................-113-

3.6.3反应器列管数....................................-113-

3.6.4床层压力降计算...................................-114-

3.6.5反应器筒体直径..................................-115-

3.6.6反应器高度.......................................-115-

3.6.7筒体壁厚.........................................■116-

3.6.8封头壁厚.........................................-116-

3.6.9强度校核.........................................-117-

3.6.10接管的设计......................................-117-

3.6.11支座与附件设计..................................-118-

3.6.12接管法兰........................................-118-

3.6.13容器法兰........................................-118-

3.6.14反应器管板、管箱的连接结构设计..................■119-

3.6.15管板厚度........................................-119-

3.7反应器强度校核......................................■119-

3.8反应器的工艺计算及强度计算结果......................-132-

第4章泵的选型............................................-134-

4.1泵的概述及选型依据..................................-134-

4.2泵的选型原则........................................-134-

4.3泵(P0201A/B)的选型..................................-135-

4.3.1泵(P0201A/B)进出口物流...........................-135-

4.3.2扬程计算.........................................-135-

第5章储罐选型............................................-137-

5.1储罐选型依据........................................-137-

5.2储罐选型原则........................................-137-

5.3储罐选型举例(异戊二烯储罐V0002)...................................-137-

第6章压缩机选型.............................................139

6.1选型依据...............................................139

6.2压缩机分类.............................................139

6.3压缩机适用范围.........................................140

6.4压缩机选型.............................................141

6.4.1压缩机工艺参数.....................................141

6.4.2压缩机选型实例（以C0301为例）.....................141

KtiEtitrnmn中石化泉州分厂2万吨/年异戊二烯生产项目

第1章塔设备设计

1.1塔器设计计算与选型

1.1.1概述

塔设备是化工、石油化工和炼油等生产中最重要的设备之一，塔可以使气液

相或者液液相之间进行紧密接触，达到较为良好的相际传质及传热的目的。

在塔设备中常见的单元操作有：吸收、精储、解吸和萃取等。此外工业气体的冷

却与回收、气体的湿法净制和干燥，以及兼有气液两相传质和传热的增湿和减湿

等效果。

1.1.2设计依据

《化工容器设计》王志文蔡仁良第三版化学工业出版社

《化工设计概论》李国庭等著化学工业出版社

《化工工艺设计手册》第二版化学工业出版社

《旋流板塔的应用计算》耿泉

《旋流板技术及应用》浙江大学化工原理教研组

1.1.3与操作条件有关的因素

（1）若气相传质阻力大（即气相控制系统，如低黏度液体的蒸储，空气增

湿等），宜采用填料塔，因填料层中气相呈湍流，液相为膜状流。反之，受液相

控制的系统（如水洗C02）,宜采用板式塔，因为板式塔中液相呈湍流，用气体

在液层中鼓泡；

（2）大的液体负荷系统，可选用填料塔，若用板式塔时宜选用气液并流的

塔型或选用板上液流阻力较小的塔型。止匕外，导向筛板塔盘和多降液管筛板塔盘

都能承受较大的液体负荷；

（3）低的液体负荷，一般不宜采用填料塔。因为填料塔要求一定量的喷淋

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卜”二篇中石化泉州分厂2万吨/年异戊二烯生产项目

2KxK2KIK2KxK2KIK2KxK2KIK2KxK2KIK2KxK2KIK2KxK2KIK2KxK2KIK2KxK2KIK2KxK2KIK2KxK2KIK2KxK2KIK2KxK2KIK2KxK2KIK2KxK2KIK2KxK2KIK2KxK2KIK2KxK2K

密度，但网体填料能用于低液体负荷的场合；

（4）液气比波动的稳定性，板式塔优于填料塔，故当液气比波动大时，选

用板式塔；

（5）对于多种情况，塔径小于800mm时，不宜采用板式塔，宜用填料塔。

对于大塔径塔设备来说，需进行加压或常压操作时，应优先选用板式塔；对于减

压操作过程，宜采用新型填料；

（6）一般填料塔比板式塔重；

（7）大塔以填料塔造价便宜。因填料价格约与塔体的容积成正比，板式塔

按单位面积计算的价格，随塔径增大而减小。

1.1.4塔的分类与总体结构

1.1.4.1分类

（1）按操作压力：加压塔；常压塔；减压塔。

（2）按单元操作：精储塔；吸收塔；解吸塔；反应塔；干燥塔；萃取塔。

（3）按形成相际接触界面：固定相界面；流动过程中形成相界面。

（4）按内件结构：其中按内部结构又可分为以下两种：

a.板式塔，塔内装有一定数量的塔盘，是气液接触和传质的基本构件；属逐

级（板）接触的气液传质设备；气体自塔底向上以鼓泡或喷射的形式穿过塔板上

的液层，使气液相密切接触而进行传质与传热；两相的组分浓度呈阶梯式变化。

b.填料塔，塔内装有一定高度的填料，是气液接触和传质的基本构件；属微

分接触型气液传质设备；液体在填料表面呈膜状自上而下流动；气体呈连续相自

下而上与液体作逆流流动，并进行气液两相的传质和传热；两相的组分浓度或温

度沿塔高连续变化。

1.1.4.2总体结构

（1）塔体：即塔外壳，包括筒节、封头、连接法兰等。除操作压力（内压或

外压）、温度外，要考虑风载、地震载荷、偏心载荷及试压、运输吊装

时的强度、刚度、稳定性等要求。

-2-

⑥由，叮手

中石化泉州分厂2万吨/年异戊二烯生产项目

CTKXK2KIK2KxK2KIK2KxK2KIK2KxK2KIK2KxK2KIK2KxK2KIK2KxK2KIK2KxK2KIK2KxK2KIK2KxK2KIK2KxK2KIK2KxK2KIK2KxK2KIK2KxK2KIK2KxK2KIK2KxK2KIK2KxK2KIK2KxK2K

(2)内件：塔板或填料及支承装置等。

(3)支座：塔体与基础的连接结构，一般采用裙式支座。

(4)附件：人孔或手孔、除沫器、接管、吊柱及扶梯、操作平台、保温层等。

板式塔与填料塔的主要结构特点列于表5.4-1：

表5.4-1板式塔和填料塔的主要特点比较

项目板式塔填料塔备注

塔板的开孔率为

5%-10%,又有

各块理论板压散装填料约0.3KPa

约IKPa25-50mm清液层，故压

降规整填料约0.15KPa

降大。压降小是填料塔

的主要优点

规整填料HETP值

分离效率比较填料塔效率受液体分

分离效率比板式塔小，丝网效

稳定，大塔效率布影响大，预测比较

(HETP)率更高，新型散装填

会更高些难，可靠性不如板式塔

料与板式塔相当

规整填料处理能力

比板式塔大，真空和由于填料塔压降低，在

处理能力与操

操作弹性大常压塔为30%-50%,高真空塔时还可以使

作弹性

新型散装填料也可相对挥发度有所上升

比板式塔高些

高真空填料塔液体分

因压降大较难压降小的优点使其

对高真空操作布器往往要特殊设计

适应，尤其在高特别适用，高真空下

的适应性(热才能达到高的分布质

真空板中有多应用规整填料会更

敏、高沸物料)量。且散装填料可能会

的场合佳

VQmin

很适应，因为有不少场合效率下降Pf,pvT，流量又大，

对操作压力高

较高效率，并且尤其是规整填料，压易引起液相严重返混；

的适应性

液量大也易处降小点几乎无意义，PT，T3⑺，填料塔中

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KtiEtitrnmn中石化泉州分厂2万吨/年异戊二烯生产项目

理处理能力下降较大，两相分离变难

一般认为＞2MPa应

用板式塔

须用耐腐蚀性

对腐蚀性物料易用陶瓷性耐腐蚀

材料制作，比较

的适应性性材料，较合适

困难或价格高

对易结垢、易堵

比较容易解决，

塞系统的适应不适用

清理也较容易

，性.

较难，塔径、塔

填料塔的液体分布器

易起泡物系高均需要较大比较合适

需特别留意

值

填料费用上升很大，减压大直径填料塔已

尤其是丝网规整填有不少成功实例，此时

大直径塔很适合，造价低

料，而且汽液分布均因高效、高处理能力使

匀较难塔体积减小

0.6m以下较难液体均布较易达到，应

小直径塔很合适

制作有较大的径向混合

因持液量少而更合

间歇精储可以用

适

增加一个再分布器，结

多进料、轴测线

比较容易实现不太合适构复杂而造价高，不太

的方便性

合适

中间换热易实现较难实施

规整填料几乎不可

塔的检修容易

能

在实际操作中，塔盘的结构在一定程度上仍然影响着操作的流体力学状态和

传质性能的优劣。现将各种板式塔的优缺点及用途列于表5.4-2：

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KtiEtitrnmn中石化泉州分厂2万吨/年异戊二烯生产项目

表542各种板式塔的优缺点及用途

塔盘形式结构优点缺点用途

费用高；板间用于具有特

弹性好无泄

圆形泡罩复杂距大；压力降定要求的场

漏

泡罩型比较大合

简化了泡罩费用高；板间用于具有特

S形泡罩塔

稍简单的形式因此距大；压力降定要求的场

板

性能相似比较大合

条形浮阀简单

操作弹性较适用于加压

有简单的

浮阀型好、塔板效率无其他明显及常压下的

重盘式浮阀和稍复杂

较高、处理能缺点气液传递过

的

力较大程

T行浮阀简单

正常负荷下

筛板（溢流效率高、费用

简单稳定操作范适于处理量

式）最低、压力将

小

比筛板压力

降稍高，但具围窄；易堵塞变动小且不

穿流型

波纹筛板简单有同样的优原料；容易发析出固体物

点；气液分布生液体泄漏的系统

好

处理能力大；

塔板效率低；

栅板简单压力降小；费适于粗精储

弹性较小

用便宜

L2塔设备设计举例

根据以上基本原则，以叔丁醇精储塔（T0101）为例，进行详细设计。其它

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⑥「切“手

.Mimn中石化泉州分厂2万吨/年异戊二烯生产项目

CTKXK2KIK2KxK2KIK2KxK2KIK2KxK2KIK2KxK2KIK2KxK2KIK2KxK2KIK2KxK2KIK2KxK2KIK2KxK2KIK2KxK2KIK2KxK2KIK2KxK2KIK2KxK2KIK2KxK2KIK2KxK2KIK2KxK2KIK2KxK2KTKXT*

塔设备的设计与该叔丁醇精储塔的设计方法相同。

1.2.1塔的基础数据

根据(T0101)叔丁醇精储塔的处理量及物性，以及操作条件、物系的组成

和特点。

根据Aspen,T0101塔的设计条件如下：

表5.4-3T0101塔设计条件

组成叔丁醇87.2%,水

塔顶体积流速V2.53m3/h

质量流量L1779.88kg/h

组成水

塔底体积流速V0.68m3/h

质量流量L593.295kg/h

组成叔丁醇65.4%,水

进料体积流速V2.9m3/h

质量流量L2373.18kg/h

工作压力/MPa0.8

设计压力/MPa0.85

工作温度/℃150

设计温度/℃165

实际塔板数19

加料位置On7stage

1.2.2塔的设计计算

(1)在Aspen中对塔进行模拟

InternalingTrayDetailsPackingDetailsTraySpacing/SectionDiameterDetails

PackedHeight

NumberofVendorMaterialDimension

Passes

6InteractivettzingTroyed0.6mete(14meterViewX

19InteractivettJMgTroyed0.6metef1.05meterViewX

-6-

⑥，S，“手

.Mimn中石化泉州分厂2万吨/年异戊二烯生产项目

CXKXK2KIK2KxK2KxK2KxK2KxK2KxK2KxK2KxK2KxK2KxK2KxK2KxK2KxK2KxK2KIK2KxK2KIK2KxK2KIK2KxK2KIK2KxK2KIK2KxK2KIK2KxK2KIK2KxK2KIK2KxK2KIK2KxK2KIK2KxK2KTKXT*

JQGeometiy|DesignParameters|TrayGeometrySummary|

NameCS-1Startstage2Endstage6StatusActiveMode9InteractivesizingRating

SectiontypeoTrayedPacked

SideDowncomerWidth

300.8mm

meter-

Bottom

Deckthickness10GAUGE

3.4036mm

BalancedowncomersbasedonMaximumloading

WarHeight

RebalanceDowncomers

」

ActiveareaunderdowncomerDowncomerClearance

WeirModificationsmeter▼

oNone

Picketed

Swept-back

|©Geometry[DesignParameters|TrayGeometiySummary；

Name|C5-2Startstage7Endstage19StatusActiveMode。InteractivesizingRating

Sectiontype®TrayedPacked

SideDowncomerWidth

254.6mmSideWeirLength

0.9meter▼

Bottom

Numberofholes427

Deckthickness10GAUGE

Diameter

34mm

BalancedowncomersbasedonMaximumloading

RebalanceDowncomer*

Activeareaunderdowncomer

meter一

WeirModifications

°None

Picketed

Swept-back

（2）水力学校核，并绘制负荷性能图

NameStartModeInternalTray/PackingTrayDetailsPachngDetailsTraySpacing/S«ctionDiameter

StageTypeTypePackedHeight

NumberofWndorMaterialDimension

Passet

CS-126tntemetivefilingTro*sieveX

CS-2719InteractiveiizingTrayed0.6mete«1.05meterX

-7-

⑥「切“手

.Mimn中石化泉州分厂2万吨/年异戊二烯生产项目

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