【《异丙醇合成工艺的主要设备设计及选型分析案例》3400字】

[10]可知异丙醇合成反应条件如表5-3所示。表5-3异丙醇合成反应条件设计条件参数操作温度/℃170~190设计温度/℃210操作压力/MPa0.77设计压力/MPa0.85导热介质水（饱和水）2.反应器结构设计1、列管尺寸和长度反应是放热的，必须保证反应在170-190℃的温度范围内进行。反应管内径为62mm，满足反应管换热面积和经济性的要求。查阅GB17395-2008《无缝钢管尺寸、外形、重量及允许偏差》，选用的规格为70×4mm的无缝钢管，使用材料为S31608。反应器的列管数目应当满足催化剂床层直径的要求，因此所需管数计算如下：列管的长度如下式计算：圆整完成后，取4.5m长的管体，在列管的上下端充填惰性氧化铝瓷球，以覆盖并支撑催化剂。2、壳体直径和筒体长度丙酮加氢反应器列管数440根，正三角形布局，通过焊接的方式与管板进行固定。列管排列成三角形，管心距一般不得小于1.25do，取管心距1.25do推算：通过管束中心线的管数nc：管束中心线最外层管的中心至壳体内壁的距离e：取e=1.5do：QUOTE壳体内径：QUOTE圆整后取壳体内径为2.2m。反应器长度还应该包括筒底空间与筒顶空间，根据《压力容器手册》，一般取1m左右，由于管顶空间（前部管箱）需要设计气体分布器，故取管顶空间为1.5m，塔底空间为1m：因此反应器的反应段总长度（不包括封头、裙座等外部结构）计算如下：H1=1.5+4.5+1=7m3、换热面积核算平均传热温度差由管侧和壳侧的传热状态决定。已知的条件是:反应是放热的，所以管内一半的温度升高20℃，剩下的温度会被除去，厌氧水会部分蒸发，产生低压蒸汽。使用Aspen模拟混合物体系参与反应的反应热，当反应达到要求的时候，丙酮加氢反应器换热负荷为Q=-1624.23kW。以管外表面为基准，换热面积为435.42m2对数平均温差：9.85℃所需换热面积：367.32m2实际换热面积为435.42m2，故符合换热要求。4、反应器进出料接管计算丙酮加氢是气固相催化反应，当反应器入口气体流速为8m/s时，进料接管管径：反应器出口的流速为7m/s，则出料接管管径：根据GB/T8163-2008无缝钢管，材料为S31608，选取外径为426mm，壁厚为13mm的无缝钢管，即Φ426×13mm，接管在前后端管箱筒体。法兰选用WN400(B)-1.0RF16Mn。5、换热物流进口接管计算根据：Q=0.05WcH所需水的质量流率Wc：进出口定性温度下，水的密度ρ=891.42kg/m3，则水体积流量：水进出口流速0.6m/s，接管内径为：根据GB/T17395-2008无缝钢管，材料为S31608，选取外径为219mm，壁厚为9.5mm的无缝钢管，即Φ219×9.5mm。法兰选用SO200(B)-0.6RF16Mn。6、换热物流出口接管计算反应器出口的流速10m/s，则出料接管管径：按照GB/T8163-2008无缝钢管的要求，其材质采用S31608，选用325mm的外径，壁厚为12.5mm的无缝钢管，即Φ325×12.5mm。上述两个换热物流出入接管位于筒体上。法兰选用SO300（B）-0.6RF16Mn。表5-4接管计算汇总表接管名称体积流量（m3/h）接管尺寸/mm法兰类型反应器进料管N13489.02Φ426×13WN400(B)-1.0RF16Mn反应器出料管N23090.98Φ426×13WN400(B)-1.0RF16Mn换热物流进料管N360.28Φ219×9.5SO200(B)-0.6RF16Mn换热物流出料管N42202.29Φ325×12.5SO300(B)-0.6RF16Mn7、反应器壳体、管箱参数计算分析Aspen流股的模拟信息，可以获得如下信息：7.7Pa为管内操作压力，反应过程中最高温度为190°C，工作压力为2,5pa的试管，124.9°C是管道最大响应温度。在内压无安全装置的情况下，把其内在压力设计成P=（1~1.1）PW，设计温度一般高于正常反应最高温度15~30°C。所以设定8.5pa是管道压力和210°C温度的二分之一，材质采用S3608不锈钢，管道压力二分之一、温度145°C，材质采用S3608不锈钢。反应器为内压容器，其壳程的壁厚计算如下：式中：δ—壳程计算厚度，mm；P—操作时可能的最大压力，无安全泄放装置情况，内压容器取P=(1—1.1)PW，MPa；—材料在操作温度范围内的许用应力，MPa；φ—焊接系数，20%无损检测下，单面焊取0.65，双面焊取0.85；Di—为壳体内径，mm。在本工艺中进行双面焊接，20%无损检测，焊接系数取0.85。查阅GB713《锅炉和压力容器用钢板》可知289℃下，S31608许用应力为156MPa。由此可以算出计算厚度为：在GB150的，排除腐蚀裕量，计算厚度应不低于3mm，取其腐蚀余量2mm，负偏差0.6mm。那么这个管箱名义厚度为C：该计算出来的壁厚需要经过强度校核，一般由水压试验进行校核。试验压力计算如下：压力校核公式：有效厚度为QUOTE因此可以得到：压力校验通过需满足下式：显然，压力校核通过，因此耐压试验强度通过。经过SW6-2011校核后，综合考虑反应器整体机械强度后，选用厚度为16mm。8、封头、支座计算丙酮加氢反应器封头选用标准椭圆形，其形状系数为K=1。为了便于焊接、壁厚及材质与管箱筒体的一致性，选用了16mm厚的S31608。查阅GB/T25198-2010,DN=2200mm时，厚度为16mm，封头的总深H=590mm，直边高度为h:h=H-0.25D=590-0.25×2200mm=40mmh=H-0.25D=590-0.25×2200mm=40mm曲边深度为hi:hi=H-h=550mmhi=H-h=550mm为了便于拆装和维护，根据反应器尺寸选用的适当支座是裙式支座，裙式支座采用JB/T4710-2005《钢制塔式容器》规范，调阅后选用圆筒型裙式支座，和筒体为对接型式，裙座壳外径和连接在一起的塔壳一致，外形如图5-1所示：图5-1裙座外形图调阅NB/T47041-2014的设计，其参数为：高3800mm，外径相当于封头内径2200mm、厚度20mm，排气孔4条，排气孔大小80mm，排气管有四个，大小89×4mm，排气管中心线与裙座壳尖端间距180mm。9、反应器高度计算筒体高度：H1=7m，裙座高度：H2=3.8m封头高度：H3=590+16（厚度）mm=606mm=0.606m反应器高度：H=H1+H2+H3=11.406m。10、设计总结表5-5设计总结反应器R0101壳程管程设计压力P/MPa0.275设计压力P/MPa0.85设计温度T/℃145设计温度T/℃210壳程圆筒内径/外径/mm2200/2232管箱筒体材质S31608壳体材质S31608反应管材质S31608反应器列管反应管管径/mmΦ70×4管心距87.5管长/mm4500管排列方式正三角形管数目440折流板（环盘型）间距/mm750反应器尺寸直径/m2.2长度/m11.406计算结果前端管箱筒体名义厚度/mmδn=16后端管箱筒体名义厚度/mmδn=16壳程圆筒名义厚度/mmδn=16前端管箱封头名义厚度/mmδn=16后端管箱封头名义厚度/mmδn=16管板厚度/mmδn=50（二）泵选型设计1.泵的选型原则1.使所选泵在流量、扬程、压力、温度、空化流量、真空管等工艺参数上达到机型及性能。2.它必须满足临时函数的要求。运输易燃、易爆、有毒或者贵重物品用的水泵要求轴密封可靠或者无泄漏，例如磁力泵，膜泵和罐泵。输送耐腐蚀材料的泵的对流部分必须使用耐腐蚀材料（例如，不锈钢AFB耐腐蚀泵、CQF塑料磁场泵等）。含固体颗粒泵送工具须用耐磨材料制成，有条件时可用洁净液体冲洗轴封。3、在机械上具有可靠性强、噪声小、振动低等特点。4、在经济上应考虑设备费、运转费、维修费、管理费等总费用最小。2.泵的类型表5-6泵的特点和选用要求项目叶片式类型离心泵轴流泵旋涡泵流量较大大大均匀性均匀稳定性不恒定，随管道情况变化而变化扬程较高低高特点对应一定流量，只能达到一定的扬程结构特点结构简单，造价低，体积小，重量轻，安装检修方便启动出口阀关闭出口阀全开维修简便性能曲线3.选型结果从各