聚酯厂EG回收系统设计计算书

聚酯厂EG回收系统设计计算,,,,,,,,,

序号,计算项目,符号表示,参数来源,计算公式,国际单位,计算结果,参数说明,规范依据,判断结果

一、基础参数计算,,,,,,,,,

1,处理量,Q,设计值,Q=50,t/d,50,EG回收系统处理量,设计任务书,

2,进料EG浓度,x_F,设计值,x_F=0.1,,0.1,进料中EG质量分数,设计任务书,

3,进料温度,T_F,设计值,T_F=40,℃,40,进料温度,设计任务书,

4,进料压力,P_F,设计值,P_F=0.1,MPa,0.1,进料压力,设计任务书,

5,产品EG浓度,x_D,设计值,x_D=0.995,,0.995,产品中EG质量分数,设计任务书,

6,塔底EG浓度,x_W,设计值,x_W=0.005,,0.005,塔底产品中EG质量分数,设计任务书,

7,回收率,η,设计值,η=0.95,,0.95,EG回收率,设计任务书,

8,操作压力,P,设计值,P=0.08,MPa,0.08,精馏塔操作压力,设计任务书,

9,塔顶温度,T_D,计算值,T_D=105,℃,105,塔顶温度,相平衡计算,P=0.08MPa时水沸点

10,塔底温度,T_W,计算值,T_W=160,℃,160,塔底温度,相平衡计算,P=0.08MPa时EG沸点

11,回流比,R,设计值,R=2.5,,2.5,回流比,设计任务书,

12,最小回流比,R_min,计算值,R_min=(x_D/x_F-α×(1-x_D)/(1-x_F))/(α-1),,1.8,最小回流比,芬斯克方程,α=2.5

13,回流比裕量,R_margin,计算值,R_margin=(R-R_min)/R_min×100,%,38.9,回流比裕量,裕量计算,

14,进料流量,F,计算值,F=Q/24,t/h,2.083,进料流量,物料平衡,

15,产品流量,D,计算值,D=F×x_F×η/x_D,t/h,0.97,产品流量,物料平衡,

16,塔底流量,W,计算值,W=F-D,t/h,1.113,塔底流量,物料平衡,

二、精馏塔工艺计算,,,,,,,,,

17,理论板数,N_T,计算值,N_T=25,,25,理论板数,简捷计算法,

18,实际板数,N,计算值,N=N_T/η_T,,35,实际板数,塔板效率,η_T=0.7

19,进料板位置,N_F,计算值,N_F=15,,15,进料板位置,简捷计算法,

20,塔高,H,计算值,H=(N-1)×h_T,m,27.2,精馏塔高度,塔板间距h_T=0.8m,

21,塔径,D,计算值,D=sqrt(4×V_s/(π×u)),m,1.2,精馏塔直径,泛点气速法,"V_s=1.2m³/s,u=1.0m/s"

22,塔板间距,h_T,设计值,h_T=0.8,m,0.8,塔板间距,设计规范,

23,堰长,l_w,计算值,l_w=0.8×D,m,0.96,堰长,设计规范,

24,堰高,h_w,设计值,h_w=0.05,m,0.05,堰高,设计规范,

25,降液管面积,A_f,计算值,A_f=0.1×A_T,m²,0.113,降液管面积,设计规范,A_T=1.13m²

26,有效面积,A_a,计算值,A_a=A_T-2×A_f,m²,0.904,塔板有效面积,几何计算,

27,开孔面积,A_o,计算值,A_o=0.1×A_a,m²,0.09,开孔面积,设计规范,

28,筛孔直径,d_o,设计值,d_o=0.005,m,0.005,筛孔直径,设计规范,

29,筛孔数量,n_o,计算值,n_o=A_o/(π×(d_o/2)²),,4584,筛孔数量,几何计算,

30,孔速,v_o,计算值,v_o=V_s/A_o,m/s,13.3,筛孔气速,气速计算,

31,空塔气速,v,计算值,v=V_s/A_T,m/s,1.06,空塔气速,气速计算,

32,泛点气速,v_f,计算值,v_f=0.8×sqrt((ρ_L-ρ_V)/ρ_V),m/s,1.5,泛点气速,泛点气速公式,"ρ_L=950kg/m³,ρ_V=0.5kg/m³"

33,泛点率,v/v_f,计算值,v/v_f=v/v_f×100,%,70.7,泛点率,泛点率计算,

34,泛点率限值,v/v_f_limit,设计值,v/v_f_limit=80,%,80,最大允许泛点率,设计规范,

35,泛点率判断,,判断值,"=IF(v/v_f≤v/v_f_limit,""满足"",""不满足"")",,满足,验证泛点率是否符合要求,设计要求,

36,雾沫夹带量,e,计算值,e=0.01,kg/kg,0.01,雾沫夹带量,亨特方程,

37,雾沫夹带限值,e_limit,设计值,e_limit=0.1,kg/kg,0.1,最大允许雾沫夹带量,设计规范,

38,雾沫夹带判断,,判断值,"=IF(e≤e_limit,""满足"",""不满足"")",,满足,验证雾沫夹带是否符合要求,设计要求,

三、塔体结构计算,,,,,,,,,

39,塔体材料,material,设计值,material=316L不锈钢,,316L不锈钢,塔体材料,设计规范,

40,塔体壁厚,t,计算值,t=P×D/(2×σ_allow×φ-P),m,0.008,塔体壁厚,GB150-2011,"σ_allow=140MPa,φ=0.8"

41,封头类型,head_type,设计值,head_type=椭圆形封头,,椭圆形封头,封头类型,设计规范,

42,封头壁厚,t_head,计算值,t_head=P×D/(2×σ_allow×φ-0.2×P),m,0.008,封头壁厚,GB150-2011,

43,裙座类型,skirt_type,设计值,skirt_type=圆筒形裙座,,圆筒形裙座,裙座类型,设计规范,

44,裙座壁厚,t_skirt,计算值,t_skirt=M_max/(π×D×σ_allow),m,0.012,裙座壁厚,GB150-2011,M_max=1.5e6N·m

45,塔体重量,W_shell,计算值,W_shell=π×D×H×t×ρ_material,kg,21100,塔体重量,重量计算,ρ_material=7850kg/m³

46,封头重量,W_head,计算值,W_head=2×π×(D/2)²×t_head×ρ_material,kg,2300,封头重量,重量计算,

47,裙座重量,W_skirt,计算值,W_skirt=π×D×H_skirt×t_skirt×ρ_material,kg,4500,裙座重量,重量计算,H_skirt=4m

48,塔内件重量,W_internal,计算值,W_internal=0.1×(W_shell+W_head),kg,2340,塔内件重量,重量计算,

49,总重量,W_total,计算值,W_total=W_shell+W_head+W_skirt+W_internal,kg,30240,塔总重量,重量计算,

50,操作重量,W_operating,计算值,W_operating=W_total+W_liquid,kg,35240,操作重量,重量计算,W_liquid=5000kg

四、冷凝器设计计算,,,,,,,,,

51,冷凝器类型,condenser_type,设计值,condenser_type=管壳式冷凝器,,管壳式冷凝器,冷凝器类型,设计规范,

52,冷凝负荷,Q_C,计算值,Q_C=D×(h_D-h_L),kW,1200,冷凝器热负荷,热量平衡,"h_D=2600kJ/kg,h_L=440kJ/kg"

53,冷却介质,coolant,设计值,coolant=循环水,,循环水,冷却介质,设计规范,

54,冷却介质进口温度,T_c_in,设计值,T_c_in=30,℃,30,冷却介质进口温度,设计规范,

55,冷却介质出口温度,T_c_out,设计值,T_c_out=40,℃,40,冷却介质出口温度,设计规范,

56,对数平均温差,ΔT_log,计算值,ΔT_log=(T_D-T_c_in-T_D-T_c_out)/ln((T_D-T_c_in)/(T_D-T_c_out)),℃,61.6,对数平均温差,传热计算,

57,传热系数,K,设计值,K=800,W/(m²·℃),800,总传热系数,设计规范,

58,传热面积,A_C,计算值,A_C=Q_C×1000/(K×ΔT_log),m²,24.3,冷凝器传热面积,传热计算,

59,管径,d_tube,设计值,d_tube=0.025,m,0.025,传热管直径,设计规范,

60,管长,L_tube,设计值,L_tube=6,m,6,传热管长度,设计规范,

61,管数,n_tube,计算值,n_tube=A_C/(π×d_tube×L_tube),,207,传热管数量,传热计算,

62,壳径,D_shell,计算值,D_shell=d_tube×(n_tube/0.5)^0.5,m,0.5,冷凝器壳径,壳径计算,管间距1.25d_tube

63,冷却介质流量,Q_coolant,计算值,Q_coolant=Q_C/(c_p×(T_c_out-T_c_in)),m³/h,28.6,冷却介质流量,热量平衡,c_p=4.18kJ/(kg·℃)

64,管内流速,v_tube,计算值,v_tube=Q_coolant/(n_tube×π×(d_tube/2)²×3600),m/s,0.8,管内流速,流速计算,

65,雷诺数,Re,计算值,Re=ρ×v_tube×d_tube/μ,,20000,管内雷诺数,雷诺数计算,"ρ=1000kg/m³,μ=0.001Pa·s"

66,努塞尔数,Nu,计算值,Nu=0.023×Re^0.8×Pr^0.4,,117,管内努塞尔数,努塞尔数计算,Pr=7

67,管内传热系数,h_i,计算值,h_i=Nu×λ/d_tube,W/(m²·℃),1900,管内传热系数,传热计算,λ=0.6W/(m·℃)

68,管外传热系数,h_o,计算值,h_o=K-1/(1/h_i+R_f),W/(m²·℃),1200,管外传热系数,传热计算,R_f=0.0005m²·℃/W

69,冷凝器重量,W_condenser,计算值,W_condenser=π×D_shell×L_tube×t_shell×ρ_material,kg,3770,冷凝器重量,重量计算,t_shell=0.008m

五、再沸器设计计算,,,,,,,,,

70,再沸器类型,reboiler_type,设计值,reboiler_type=立式热虹吸再沸器,,立式热虹吸再沸器,再沸器类型,设计规范,

71,再沸负荷,Q_R,计算值,Q_R=Q_C+F×(h_F-h_W),kW,1500,再沸器热负荷,热量平衡,"h_F=160kJ/kg,h_W=670kJ/kg"

72,加热介质,heating_medium,设计值,heating_medium=导热油,,导热油,加热介质,设计规范,

73,加热介质进口温度,T_h_in,设计值,T_h_in=200,℃,200,加热介质进口温度,设计规范,

74,加热介质出口温度,T_h_out,设计值,T_h_out=180,℃,180,加热介质出口温度,设计规范,

75,对数平均温差,ΔT_log,计算值,ΔT_log=(T_h_in-T_W-T_h_out-T_W)/ln((T_h_in-T_W)/(T_h_out-T_W)),℃,36.4,对数平均温差,传热计算,

76,传热系数,K,设计值,K=600,W/(m²·℃),600,总传热系数,设计规范,

77,传热面积,A_R,计算值,A_R=Q_R×1000/(K×ΔT_log),m²,68.7,再沸器传热面积,传热计算,

78,管径,d_tube,设计值,d_tube=0.025,m,0.025,传热管直径,设计规范,

79,管长,L_tube,设计值,L_tube=6,m,6,传热管长度,设计规范,

80,管数,n_tube,计算值,n_tube=A_R/(π×d_tube×L_tube),,147,传热管数量,传热计算,

81,壳径,D_shell,计算值,D_shell=d_tube×(n_tube/0.5)^0.5,m,0.43,再沸器壳径,壳径计算,管间距1.25d_tube

82,加热介质流量,Q_heating,计算值,Q_heating=Q_R/(c_p×(T_h_in-T_h_out)),m³/h,16.7,加热介质流量,热量平衡,"c_p=2.2kJ/(kg·℃),ρ=850kg/m³"

83,管内流速,v_tube,计算值,v_tube=Q_heating/(n_tube×π×(d_tube/2)²×3600),m/s,0.7,管内流速,流速计算,

84,雷诺数,Re,计算值,Re=ρ×v_tube×d_tube/μ,,12000,管内雷诺数,雷诺数计算,μ=0.001Pa·s

85,努塞尔数,Nu,计算值,Nu=0.023×Re^0.8×Pr^0.4,,75,管内努塞尔数,努塞尔数计算,Pr=30

86,管内传热系数,h_i,计算值,h_i=Nu×λ/d_tube,W/(m²·℃),1800,管内传热系数,传热计算,λ=0.15W/(m·℃)

87,管外传热系数,h_o,计算值,h_o=K-1/(1/h_i+R_f),W/(m²·℃),900,管外传热系数,传热计算,R_f=0.0005m²·℃/W

88,再沸器重量,W_reboiler,计算值,W_reboiler=π×D_shell×L_tube×t_shell×ρ_material,kg,3300,再沸器重量,重量计算,t_shell=0.008m

六、管道系统设计,,,,,,,,,

89,进料管道直径,D_feed,计算值,D_feed=sqrt(4×Q_F/(π×v×3600)),m,0.15,进料管道直径,流速计算,"Q_F=0.002m³/s,v=1.2m/s"

90,产品管道直径,D_product,计算值,D_product=sqrt(4×Q_D/(π×v×3600)),m,0.08,产品管道直径,流速计算,"Q_D=0.000027m³/s,v=1.2m/s"

91,塔底管道直径,D_bottom,计算值,D_bottom=sqrt(4×Q_W/(π×v×3600)),m,0.1,塔底管道直径,流速计算,"Q_W=0.000031m³/s,v=1.2m/s"

92,回流管道直径,D_reflux,计算值,D_reflux=sqrt(4×Q_R/(π×v×3600)),m,0.12,回流管道直径,流速计算,"Q_R=0.000038m³/s,v=1.2m/s"

93,管道壁厚,t_pipe,计算值,t_pipe=P×D/(2×σ_allow×φ-P),m,0.005,管道壁厚,GB150-2011,"σ_allow=140MPa,φ=0.8"

94,管道总长度,L_total,设计值,L_total=100,m,100,管道总长度,设计任务书,

95,弯头数量,n_elbow,设计值,n_elbow=20,,20,弯头数量,设计任务书,

96,弯头局部阻力系数,ξ_elbow,查表值,ξ_elbow=0.7,,0.7,弯头局部阻力系数,水力计算手册,

97,三通数量,n_tee,设计值,n_tee=10,,10,三通数量,设计任务书,

98,三通局部阻力系数,ξ_tee,查表值,ξ_tee=1.0,,1,三通局部阻力系数,水力计算手册,

99,阀门数量,n_valve,设计值,n_valve=15,,15,阀门数量,设计任务书,

100,阀门局部阻力系数,ξ_valve,查表值,ξ_valve=0.5,,0.5,阀门局部阻力系数,水力计算手册,

101,管道摩擦系数,f,计算值,f=0.02,,0.02,管道摩擦系数,莫迪图,

102,管道压力损失,ΔP_pipe,计算值,ΔP_pipe=f×L_total×ρ×v²/(2×D),Pa,10000,管道压力损失,达西-魏斯巴赫公式,ρ=1000kg/m³

103,局部阻力损失,ΔP_local,计算值,ΔP_local=(n_elbow×ξ_elbow+n_tee×ξ_tee+n_valve×ξ_valve)×ρ×v²/2,Pa,15000,局部阻力损失,局部阻力公式,

104,总压力损失,ΔP_total,计算值,ΔP_total=ΔP_pipe+ΔP_local,Pa,25000,总压力损失,压力损失计算,

105,压力损失限值,ΔP_limit,设计值,ΔP_limit=30000,Pa,30000,最大允许压力损失,设计规范,

106,压力损失判断,,判断值,"=IF(ΔP_total≤ΔP_limit,""满足"",""不满足"")",,满足,验证压力损失是否符合要求,设计要求,

七、泵选型计算,,,,,,,,,

107,进料泵流量,Q_feed_pump,计算值,Q_feed_pump=Q_F×1.1,m³/h,1.32,进料泵流量,泵选型,10%裕量

108,进料泵扬程,H_feed_pump,计算值,H_feed_pump=ΔP_total/ρ/g+20,m,22.5,进料泵扬程,泵选型,"ρ=1000kg/m³,g=9.81m/s²"

109,进料泵功率,P_feed_pump,计算值,P_feed_pump=Q_feed_pump×H_feed_pump×ρ×g/(3600×η_pump),kW,1.1,进料泵功率,泵功率计算,η_pump=0.8

110,产品泵流量,Q_product_pump,计算值,Q_product_pump=Q_D×1.1,m³/h,0.03,产品泵流量,泵选型,10%裕量

111,产品泵扬程,H_product_pump,计算值,H_product_pump=30,m,30,产品泵扬程,泵选型,

112,产品泵功率,P_product_pump,计算值,P_product_pump=Q_product_pump×H_product_pump×ρ×g/(3600×η_pump),kW,0.3,产品泵功率,泵功率计算,η_pump=0.8

113,塔底泵流量,Q_bottom_pump,计算值,Q_bottom_pump=Q_W×1.1,m³/h,0.036,塔底泵流量,泵选型,10%裕量

114,塔底泵扬程,H_bottom_pump,计算值,H_bottom_pump=30,m,30,塔底泵扬程,泵选型,

115,塔底泵功率,P_bottom_pump,计算值,P_bottom_pump=Q_bottom_pump×H_bottom_pump×ρ×g/(3600×η_pump),kW,0.4,塔底泵功率,泵功率计算,η_pump=0.8

116,回流泵流量,Q_reflux_pump,计算值,Q_reflux_pump=Q_R×1.1,m³/h,0.042,回流泵流量,泵选型,10%裕量

117,回流泵扬程,H_reflux_pump,计算值,H_reflux_pump=25,m,25,回流泵扬程,泵选型,

118,回流泵功率,P_reflux_pump,计算值,P_reflux_pump=Q_reflux_pump×H_reflux_pump×ρ×g/(3600×η_pump),kW,0.4,回流泵功率,泵功率计算,η_pump=0.8

八、控制系统设计,,,,,,,,,

119,温度控制回路,TC,设计值,TC=3,,3,温度控制回路数量,设计规范,塔顶、塔底、进料

120,压力控制回路,PC,设计值,PC=1,,1,压力控制回路数量,设计规范,塔顶压力

121,流量控制回路,FC,设计值,FC=4,,4,流量控制回路数量,设计规范,进料、产品、塔底、回流

122,液位控制回路,LC,设计值,LC=2,,2,液位控制回路数量,设计规范,塔顶回流罐、塔底

123,温度变送器数量,TT,设计值,TT=5,,5,温度变送器数量,设计规范,

124,压力变送器数量,PT,设计值,PT=3,,3,压力变送器数量,设计规范,

125,流量变送器数量,FT,设计值,FT=4,,4,流量变送器数量,设计规范,

126,液位变送器数量,LT,设计值,LT=2,,2,液位变送器数量,设计规范,

127,控制阀数量,CV,设计值,CV=6,,6,控制阀数量,设计规范,

128,PLC型号,PLC_type,设计值,PLC_type=S7-1200,,S7-1200,PLC型号,设计规范,

129,控制柜数量,control_cabinet,设计值,control_cabinet=1,,1,控制柜数量,设计规范,

九、安全系统设计,,,,,,,,,

130,安全阀数量,safety_valve,设计值,safety_valve=2,,2,安全阀数量,设计规范,塔顶、塔底

131,安全阀开启压力,P_safety,设计值,P_safety=0.12,MPa,0.12,安全阀开启压力,设计规范,

132,爆破片数量,rupture_disc,设计值,rupture_disc=2,,2,爆破片数量,设计规范,塔顶、塔底

133,爆破片爆破压力,P_rupture,设计值,P_rupture=0.15,MPa,0.15,爆破片爆破压力,设计规范,

134,压力报警器数量,pressure_alarm,设计值,pressure_alarm=3,,3,压力报警器数量,设计规范,

135,温度报警器数量,temperature_alarm,设计值,temperature_alarm=3,,3,温度报警器数量,设计规范,

136,紧急停车装置,emergency_stop,设计值,emergency_stop=1,,1,紧急停车装置数量,设计规范,

137,安全联锁装置,interlock,设计值,interlock=2,,2,安全联锁装置数量,设计规范,

138,防火材料等级,fire_rating,设计值,fire_rating=ClassA,,ClassA,防火材料等级,设计规范,

139,防爆等级,explosion_rating,设计值,explosion_rating=ExdIIBT4,,ExdIIBT4,防爆等级,设计规范,

十、环保系统设计,,,,,,,,,

140,废水排放流量,Q_wastewater,计算值,Q_wastewater=W,t/d,26.7,废水排放流量,物料平衡,

141,废水COD浓度,COD,计算值,COD=500,mg/L,500,废水COD浓度,环保计算,

142,废水COD排放量,COD_emission,计算值,COD_emission=Q_wastewater×COD×10^-6,kg/d,13.3,废水COD排放量,环保计算,

143,COD排放标准,COD_limit,设计值,COD_limit=100,mg/L,100,COD排放标准,GB8978-1996,

144,废水处理要求,treatment_req,判断值,"treatment_req=IF(COD≤COD_limit,""满足"",""不满足"")",,不满足,废水处理要求,环保要求,

145,废气排放流量,Q_wastegas,计算值,Q_wastegas=0.1,m³/h,0.1,废气排放流量,环保计算,

146,废气EG浓度,EG_gas,计算值,EG_gas=10,mg/m³,10,废气中EG浓度,环保计算,

147,废气EG排放量,EG_emission,计算值,EG_emission=Q_wastegas×EG_gas×10^-6,kg/h,0.001,废气EG排放量,环保计算,

148,EG排放标准,EG_limit,设计值,EG_limit=30,mg/m³,30,EG排放标准,GB16297-1996,

149,废气处理要求,gas_treatment_req,判断值,"gas_treatment_req=IF(EG_gas≤EG_limit,""满足"",""不满足"")",,满足,废气处理要求,环保要求,

十一、经济性计算,,,,,,,,,

150,设备投资,equipment_cost,计算值,equipment_cost=tower_cost+condenser_cost+reboiler_cost+pump_cost,万元,180,设备投资,经济计算,"tower_cost=100万,condenser_cost=30万,reboiler_cost=40万,pump_cost=10万"

151,安装费