【《基于光气法的年产60000吨TDI的设备计算选型和投资分析案例》5500字】

基于光气法的年产60000吨TDI的设备计算选型和投资分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u60301设备计算及选型 1209831.1脱邻塔的设计计算 1323221.1.1脱邻塔理论板数的计算 1217581.1.2脱邻塔塔径塔高的计算 7131521.2辅助设备的计算及选型 8205251.2.1换热器的选型 8294031.2.2泵的计算及选型 9319371.2.3储罐的计算及选型 11127201.2.4管径的计算及选型 13250071.2.5设备一览表 15208022原材料及动力消耗 1642.1原材料消耗量 16181072.2动力消耗 19223533车间成本估算 1977533.1设备费用 19108553.2原料费用 20167493.3公用工程费用 211设备计算及选型1.1脱邻塔的设计计算1.1.1脱邻塔理论板数的计算工艺要求如下：进料条件：F=6276.392kg/hF(MTD)=5654.431kg/hF(OTD)=329.235kg/hF(H2O)=16.946kg/hF(焦油)=276.000kg/h常压泡点进料分离条件：塔顶压力1.5kPa全塔压降4.5kPa塔顶温度94℃塔釜温度209℃分离任务：塔顶OTD91.5%，H2O3.8%，MTD0.7%塔釜OTD0.09%首先用DSTWU进行简捷计算。DSTWU计算结果如图5-1所示：图5-1DSTWU简捷计算模拟结果在简捷计算模块的计算选项中勾选生成回流比随理论板数变化表，根据生成的数据表格在Aspenplus直接绘制回流比与理论板数的关系图如下图5-2：图5-2回流比与理论板数关系图将数据表结果复制到Excel中，另外计算理论板数与回流比的乘积（N×RR）的结果，并生成其与理论板数的关系曲线，如图5-3所示，适宜理论板数为44，其对应回流比为33.27。图5-3理论板数与回流比乘积vs.理论板数关系曲线图根据简捷计算得到的结果，进行严格计算，输入参数见下图5-4：图5-4输入RADFRAC模块参数选择第15块理论板进料，得到的产品流股结果满足分离要求，故不再进行回流比优化。但是目前的理论板数不一定最优，可进行进一步的调整。对脱邻塔进行灵敏度分析，得到不同理论板数时再沸器热负荷随进料位置变化曲线图，如下图5-5所示：图5-5不同理论板数时再沸器热负荷随进料位置变化曲线图从上图可以看出，随着理论板数增加，同一进料位置对应的热负荷减小，操作费用减小，但塔的制造费用增加。综合考虑，选择理论板数为48块，此时进料位置为第20块板。按上述结果重新进行严格计算，得到塔板温度、压力、热负荷及气液相流量见下表5-1：表5-1脱邻塔塔板温度、压力、热负荷及气液相流量表塔板数温度℃压力bar热负荷kW液相来源kg/h气相来源kg/h1151.1860.055-2411.514691.494.32192172.3230.0559574015882.914789.83172.9340.0569149015907.116221.84173.3590.0578723015916.7162465173.780.058829801592616251.66174.1990.059787201593516264.97174.620.0607447015943.616273.98171.0490.0617021015951.616282.59171.4940.0626596015958.816290.610171.970.063617015964.616297.711176.5010.0645745015968.316303.512177.1210.065531901596916307.213177.8870.0664894015961.716307.914178.8690.0674468015958.216304.615180.1480.0684043015948.416297.116181.7780.0693617015941.816287.317183.7410.070319101594816280.718181.9040.0712766015977.316286.919188.0520.072234016038.416316.220189.8040.0731915020774.114777.921190.3960.074148902079414836.722191.0030.0751064020814.214856.623191.6270.0760638020834.614876.824192.2640.0770213020851.314897.125192.9080.0779787020876.414917.826193.5540.0789362020897.514938.927194.1940.0798936020918.91496028194.8230.0808511020940.114981.429191.4330.0818085020961.115002.730196.0220.082766020981.715023.731196.5850.0837234021001.815044.332197.1210.0846809021021.215064.333197.6290.0856383021039.915083.734198.1110.086595702105815102.435198.5670.0875532021071.315120.536198.9990.0885106021092.115137.937199.4090.0894681021108.215154.638199.8010.0904255021123.815170.739200.1750.09138302113915186.440200.5340.092340402115415201.641200.8810.0932979021168.915216.542201.2170.0942553021184.215231.443201.5430.0952128021200.915246.844201.8620.0961702021220.615263.445202.1780.0971277021246.915283.146202.4930.0980851021287.115309.447202.8180.099042602135615349.648203.1660.12233.075937.4715418.5脱邻塔各层塔板上气、液相各组分含量见下图5-6、图5-7：图5-6各层塔板上气相组分含量图图5-7各层塔板上液相组分含量图1.1.2脱邻塔塔径塔高的计算本次脱邻塔设计采用板式塔。正常工作时，液体依靠自身重力自上而下流动，气体则依靠压差的推动力自下而上运动，塔内气液两相总体呈逆流流动。而在每块塔板上，液体沿水平方向流过板面，与气体实现错流接触。本次设计塔板类型选用浮阀塔板。待分离物系中含有少量焦油，较之筛板塔，浮阀塔板不易产生堵塞。经Aspenplus进行交互设计计算并核算得到脱邻塔塔径及有效塔高见下图5-8：图5-8模拟塔径及有效塔高结果由上图可知脱邻塔塔径D=2.8m，精馏段共18块板，有效塔高H1=12.6m；提馏段共28块板，有效塔高为H2=19.6m。取脱邻塔的塔顶空间高度为Hd=1.5m；塔底空间高度取Hb=1.7m；考虑再沸器的安装取裙座高度H3=3m；进料板间距取Hf=1.2m；人孔处的板间距HP=0.8m，塔段内设置5个人孔（精馏段2个，提馏段3个），此外在塔顶、塔釜和进料板处各安装一个人孔；塔段内板间距Ht=0.7m。故脱邻塔总高度为：H=Hd+(H1+H2-5Ht)+Hb+H3+Hf+5HP=1.5+(12.6+19.6-5×0.7)+1.7+3+1.2+5×0.8=40.1m1.2辅助设备的计算及选型1.2.1换热器的选型在换热器的选型中，要留有10%～25%的设计裕量，本次设计取20%。即：实际换热面积S=1.2S计。换热器选用固定管板式反应器，其标准号为JB/T4714—92，选用公称压力PN=1.6MPa。换热器选型汇总见下表5-2：表5-2换热设备选型表设备位号E0302E0301E0304E0303E0307E0306型式立式卧式立式立式立式卧式S计/m271.22170.6629.78107.8629.91170.82S/m281.46204.7931.74129.4331.89204.98公称直径DN/mm600900450900450900管程数112221管子根数245605164588164605中心排管数172715271527换热器尺寸/mmφ25×2φ25×2φ25×2φ25×2φ25×2φ25×2换热管长度/mm4500450030003000300045001.2.2泵的计算及选型泵选型时从流体输送量、扬程以及流体性质考虑。流体输送量安全系数为1.1-1.2，取1.15；扬程安全系数为1.05-1.1，取1.07。（1）脱水塔进料泵P0202由aspenplus模拟得到脱水塔进料泵的流量为11.088m3/h，取安全系数1.15，则泵的实际流量为Q=11.0878×1.15=12.751m3/h。脱水塔进料高度2m，取总阻力为1m，则泵的扬程为3m。加上安全系数，则泵的扬程为He=3×1.07=3.21m。选取离心泵型号为IS65—50—160，具体参数见表5-3。脱水塔氢化水泵P0302塔顶回流量：L=RD=0.011×4399.237=48.392kg/h密度ρ1=963.194kg/m3Q0=(L+D)/ρ1=(4399.237+48.392)/963.194=4.618m3/hQ=1.15Q0=1.310m3/h脱水塔总高度20m，取总阻力为1m，则泵的扬程为21m。加上安全系数，则泵的扬程为He=21×1.07=22.47m。选取离心泵型号为IS50—32—160，具体参数见表5-3。脱水塔TDA泵P0301提馏段液相流量：L’=L+qF=48.392+1×10671.630=10724.022kg/h液相密度：ρ2=856.492kg/m3Q0=L’/ρ2=10724.022/856.492=12.521m3/hQ=1.15Q0=14.399m3/hTDA泵出口液体进入脱邻塔，脱邻塔进料高度24.6m，取总阻力为1m，则泵的扬程为21.6m。再加上安全系数，则泵的扬程为He=21.6×1.07=27.390m。选取离心泵型号为IS65—50—160，具体参数见表5-3。脱邻塔塔顶回流泵P0304塔顶回流量：L=RD=42.6378×338.922=14450.911kg/h密度ρ3=1138.36kg/m3体积流量Q0=L/ρ1=14450.911/1138.36=12.695m3/h实际体积流量Q=1.15Q0=14.597m3/h脱邻塔总高度40.1m，取总阻力为1m，则泵的扬程为41.1m。加上安全系数，则泵的扬程为He=41.1×1.07=43.977m。选取离心泵型号为IS65—40—250，具体参数见表5-3。脱邻塔OTD泵P0305经过OTD泵的流量为D=338.922kg/h密度ρ3=1138.36kg/m3体积流量Q0=D/ρ3=338.922/1138.36=0.298m3/h实际体积流量Q=1.15Q0=0.342m3/hOTD泵出口液体直接进入储罐，取其进料位置为1m，并取总阻力为1m，则扬程为2m。算上安全系数泵的扬程为He=2×1.07=2.14m。选取离心泵型号为IS50—32—160，具体参数见表5-3。脱邻塔塔釜MTD泵P0303由aspenplus模拟得到再沸比为2.5962（质量），故经过MTD泵的流体质量流量为：W=5937.47×(2.5962+1)=21352.330kg/h密度ρ4=933.068kg/m3体积流量Q0=W/ρ4=21352.330/933.068=22.884m3/h实际体积流量Q=1.15Q0=26.317m3/h估算脱焦塔进料位置为9m，取总阻力为1m，则扬程为10m。计算安全系数后，泵的扬程为He=10×1.07=10.7m。选取离心泵型号为IS80—65—125，具体参数见表5-3。泵选型结果见下表5-3：表5-3泵选型结果设备位号型号转速r/min流量m3/h扬程/m效率/%电机功率/kw必需汽蚀余量/mP0202IS65—50—125290019.911.453.02.22.15P0302IS50—32—160290011.426.652.03.02.0P0301IS65—50—160290023.528.263.02.24.0P0304IS65—40—250290020.553.746.311.02.0P0305IS50—32—160(J)14504.64.238.00.552.0P0303IS80—65—125290038.611.961.53.03.01.2.3储罐的计算及选型本次设计中装料系数取0.8。泵前缓冲罐一般考虑10~20min的液体保有量，本次取15min。储罐选择参照HG/T3153-1985立式储罐尺寸表（支腿、裙座式）和HG/T3154-1985卧式储罐尺寸表选用。湿TDA槽V0201由泵的计算可知，流经进料泵的流量为Q0=11.088m3/h缓冲罐考虑15min的用量，液体体积：V0=Q0/60×15=2.772m3考虑装料系数，则湿TDA槽的体积为：V=V0/0.8=3.465m3选用全容积为4.13m3的立式储罐，详见表5-4。氢化水罐V0301由泵的计算可知，液体出料为Q0=4.618m3/h缓冲罐考虑15min的用量，液体体积：V0=Q0/60×15=1.154m3考虑装料系数，则氢化水罐的体积为：V=V0/0.8=1.443m3选用全容积为1.57m3的卧式储罐，详见表5-4。OTD储罐V0302OTD储罐液体出料分别进入P0304和P0305，则其流量为：Q0=12.695+0.298=12.983m3/h缓冲罐考虑15min的用量，液体体积：V0=Q0/60×15=3.246m3考虑装料系数，则湿TDA槽的体积为：V=V0/0.8=4.057m3选用全容积为4.13m3的立式储罐，详见表5-4。凝液贮槽V0303凝液量是塔顶采出的3.5倍，则凝液量为：L=3.5×5639.394=19737.879kg/h质量密度ρ=996.914kg/m3液体的出料量Q0=L/ρ=19737.879/996.914=19.799m3/h缓冲罐考虑15min的用量，液体体积：V0=Q0/60×15=4.869m3考虑装料系数，则湿TDA槽的体积为：V=V0/0.8=6.086m3选用全容积为6.40m3的立式储罐，详见表5-4。焦油贮槽V0305焦油的采出量L=298.076kg/h，取ρ=1200kg/m3液体的出料量Q0=L/ρ=298.076/1200=0.248m3/h缓冲罐考虑15min的用量，液体体积：V0=Q0/60×15=0.062m3考虑装料系数，则湿TDA槽的体积为：V=V0/0.8=0.078m3选用全容积为0.10m3的立式储罐，详见表5-4。储罐选型结果见下表5-4：表5-4储罐选型结果表设备位号型式数量/个全容积/m3公称直径/mm筒体/mm封头厚度/mm腐蚀裕量/mm壁厚长度V0201立式24.1312005320081.5V0301卧式11.577005100061.5V0302立式14.1312005320081.5V0303立式16.4016006260081.6V0304立式10.1400560061.51.2.4管径的计算及选型水及低粘度液体流速范围为1.5～3.0m/s，本设计中纯水取2.5m/s，物料流速取2.0m/s。饱和蒸汽流速范围为30～40m/s，本设计取35m/s。以脱水塔为例进行说明。根据SH/T3045-2017对管道进行选型。进料管已知条件：流量Q0=11.088m3/h，流速u=2m/s计算管径：选取DN50、φ57×4.5mm的无缝钢管，20#碳钢。进料管实际流速为：塔釜出料管已知条件：流量Q0=12.521m3/h，流速u=2m/s计算管径：选取DN50、φ57×3.5mm的无缝钢管，20#碳钢。进料管实际流速为：塔釜回流管已知条件：Vˊ=Lˊ-W=10724.022-6276.392=4447.630kg/h，密度ρ1=1.052kg/m3。流量Q0=Vˊ/ρ1=4227.785m3/h，流速u=35m/s。计算管径：选取DN200、φ219×4.5mm的无缝钢管，20#碳钢。进料管实际流速为：去TDA脱邻塔已知条件：流量W=6.363m3/h，流速u=2m/s计算管径：选取DN40、φ45×3.5mm的无缝钢管，20#碳钢。进料管实际流速为：塔顶出料管已知条件：流量L=4447.630kg/h，密度ρ2=0.4655kg/m3。流量Q0=L/ρ2=9554.522m3/h，取流速u=35m/s。计算管径：选取DN300、φ325×3.5mm的无缝钢管，20#碳钢。进料管实际流速为：塔顶回流管已知条件：L=48.392kg/h，密度ρ3=963.194kg/m3。流量Q0=L/ρ3=0.050m3/h，取流速u=2m/s。计算管径：选取DN10、φ14×4.0mm的无缝钢管，20#碳钢。进料管实际流速为：塔顶废水管已知条件：D=6276.392kg/h，密度ρ3=963.194kg/m3。流量Q0=D/ρ3=7.328m3/h，流速u=2m/s。计算管径：选取DN350、φ377×4.0mm的无缝钢管，20#碳钢。进料管实际流速为：冷凝器E0302冷凝水管径已知条件：Q0=0.95W/ρ=4.05×105/1000=401.25m3/h，冷凝水流速u=2.5m/s。计算管径：选取DN250、φ273×6.5mm的无缝钢管，20#碳钢。进料管实际流速为：再沸器E0301中压蒸汽管径已知条件：L=0.95W=6796.125kg/h，蒸气密度ρ=1.754kg/m3，流量Q0=L/ρ=6796.125/1.754=3874.644m3/h，饱和蒸汽流速u=35m/s。计算管径：选取DN200、φ219×4.5mm的无缝钢管，20#碳钢。进料管实际流速为：1.2.5设备一览表加氢工段设备一览表见表5-5。2原材料及动力消耗2.1原材料消耗量根据物料衡算得出原材料消耗量，计算结果见表6-1。表6-1原材料消耗量序号名称规格（wt％）消耗量备注t/小时t/年1甲苯100%4.784382682硝酸65%10.132810623氢氧化钠5%1.12289764氢气99.9%0.58947095光气99.21%1.754460326ODCB100%67.245溶剂循环图5-5加氢工段设备一览表河北工业大学工程名称加氢工段设备一览表编制王雨菲2021.05编号校核王雨菲2021.05第1页共1页设计项目加氢工段审核序号设备位号名称及规格图号或标准号数量材料重量/kg技术特性表编号备注1E0301卧式换热器JB/T4714—921个碳钢φ25×6052E0302立式换热器JB/T4714—921个碳钢φ25×2453E0303立式换热器JB/T4714—921个碳钢φ25×5884E0304立式换热器JB/T4714—921个碳钢φ25×1645E0306卧式换热器JB/T4714—921个碳钢φ25×6056E0307立式换热器JB/T4714—921个碳钢φ25×1647P0202IS型单级离心泵IS65—50—1252台铸铁78H=11.4m8P0301IS型单级离心泵IS65—50—1602台铸铁78H=28.2m9P0302IS型单级离心泵IS50—32—1602台铸铁78H=26.6m10P0303IS型单级离心泵IS80—65—1252台铸铁78H=11.9m11P0304IS型单级离心泵IS60—40—2502台铸铁78H=53.7m12P0305IS型单级离心泵IS50—32—160(J)2台铸铁78H=4.2m13V0201立式储罐HG/T3153-19852个玻璃钢870椭圆形封头14V0301卧式储罐HG/T3154-19851个玻璃钢435椭圆形封头15V0302立式储罐HG/T3153-19851个玻璃钢870椭圆形封头16V0303立式储罐HG/T3153-19852个玻璃钢1140椭圆形封头17V0304立式储罐HG/T3153-19851个玻璃钢65椭圆形封头18R0201氢化器1个2.25Cr-1Mo-0.25V进行氢化反应19S0201TDA气体分离器1个惰性气体的循环20S0202驰放气分离器1个可进行取样分析21F0201A/B料浆增稠器2个Q235A对物料增稠22F0202清净过滤器1个过滤残余固体23T0301脱水塔1个减压、塔高20m24T0302脱邻塔1个减压、塔高40.1m25T0303脱焦塔1个闪蒸26LIST油气分离器1个Q345R得到焦油