MDI装置中和罐水洗罐分层器设计计算表

MDI装置中和罐水洗罐分层器设计计算,,,,,,,,,

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,其他说明

,一、基础参数计算,,,,,,,,

1,年生产能力,Q_year,设计值,Q_year=14000,t/a,14000,年生产MDI总量,工艺设计要求,项目产能要求

2,年操作天数,d_op,设计值,d_op=330,d/a,330,年运行天数,工艺设计要求,考虑检修时间

3,日操作时间,t_d,设计值,t_d=24,h/d,24,每日连续操作时间,工艺设计要求,连续生产模式

4,小时处理能力,Q_h,计算值,Q_h=Q_year×1000/(d_op×t_d),kg/h,1767.44,每小时处理MDI量,物料衡算基础,年产能折算小时处理量

5,操作温度,T,设计值,T=40,℃,40,中和水洗操作温度,工艺设计要求,降低副反应发生

6,操作压力,P,设计值,P=0.1,MPa,0.1,常压操作,化工设备设计规范,降低设备制造成本

7,MDA密度,ρ_mda,查表值,ρ_mda=1020,kg/m³,1020,MDA密度,化工物性手册,20℃下测定值

8,水密度,ρ_water,查表值,ρ_water=998,kg/m³,998,水密度,化工物性手册,20℃下测定值

9,盐酸浓度,c_hcl,设计值,c_hcl=30,wt%,30,中和前盐酸浓度,工艺设计要求,缩合反应后盐酸浓度

10,氢氧化钠浓度,c_naoh,设计值,c_naoh=30,wt%,30,中和用氢氧化钠浓度,工艺设计要求,工业级氢氧化钠溶液

11,初始pH值,pH_initial,设计值,pH_initial=2,-,2,中和前物料初始pH值,工艺设计要求,酸性物料

12,目标pH值,pH_target,设计值,pH_target=9,-,9,中和后目标pH值,工艺设计要求,碱性物料

13,水洗液固比,L/S,设计值,L/S=3:1,-,3:1,水洗液固比,工艺设计要求,保证洗涤效果

14,盐含量,w_salt,设计值,w_salt=0.05,-,0.05,中和后物料盐含量,工艺设计要求,氯化钠含量

15,脱盐率要求,η_salt,设计值,η_salt=0.95,-,0.95,水洗脱盐率要求,工艺设计要求,脱盐率95%

,二、中和罐设计计算,,,,,,,,

16,MDA进料量,Q_mda,计算值,Q_mda=Q_h×(250/252),kg/h,1753.9,MDA进料量,物料衡算,MDI产量折算MDA量

17,盐酸进料量,Q_hcl,计算值,Q_hcl=Q_mda×0.1,kg/h,175.4,盐酸进料量,物料衡算,缩合反应后盐酸量

18,盐酸摩尔浓度,c_hcl_mol,计算值,c_hcl_mol=c_hcl×1000/(36.5×100),mol/L,8.22,盐酸摩尔浓度,浓度计算,30wt%盐酸摩尔浓度

19,氢氧化钠摩尔浓度,c_naoh_mol,计算值,c_naoh_mol=c_naoh×1000/(40×100),mol/L,7.5,氢氧化钠摩尔浓度,浓度计算,30wt%氢氧化钠摩尔浓度

20,氢氧化钠理论用量,m_naoh,计算值,m_naoh=Q_hcl×c_hcl_mol×40/(c_naoh_mol×1000),kg/h,76.3,氢氧化钠理论用量,中和反应公式,NaOH+HCl→NaCl+H2O

21,氢氧化钠实际用量,m_naoh_actual,计算值,m_naoh_actual=m_naoh×1.1,kg/h,83.9,氢氧化钠实际用量,工艺设计要求,考虑10%过量

22,中和反应时间,τ_neutral,设计值,τ_neutral=30,min,30,中和反应时间,中和罐设计规范,保证反应完全

23,中和罐有效容积,V_tank,计算值,V_tank=(Q_mda+Q_hcl+m_naoh_actual)/ρ_water×τ_neutral/60,m³,1.42,中和罐有效容积,中和罐设计公式,停留时间30min

24,装料系数,η_tank,设计值,η_tank=0.75,-,0.75,中和罐装料系数,中和罐设计规范,避免溢出

25,中和罐总容积,V_tank_total,计算值,V_tank_total=V_tank/η_tank,m³,1.89,中和罐总容积,中和罐设计公式,考虑装料系数

26,中和罐高径比,H/D_tank,设计值,H/D_tank=1.2,-,1.2,中和罐高径比,中和罐设计规范,推荐高径比1.2

27,中和罐内径,D_tank,计算值,D_tank=(4×V_tank_total/(π×(H/D_tank)))^(1/3),m,1.16,中和罐内径,中和罐设计公式,圆整为1200mm

28,中和罐高度,H_tank,计算值,H_tank=(H/D_tank)×D_tank,m,1.39,中和罐高度,中和罐设计公式,实际高度1390mm

29,搅拌转速,n_stir,设计值,n_stir=100,r/min,100,搅拌器转速,搅拌设备设计规范,保证混合效果

30,搅拌功率,P_stir,计算值,P_stir=0.1×V_tank_total×n_stir,W,18.9,搅拌功率,搅拌设备设计公式,保证混合均匀

31,pH控制精度,pH_precision,设计值,pH_precision=±0.1,-,±0.1,pH控制精度,工艺设计要求,精确控制pH

32,pH监测点数量,pH_points,设计值,pH_points=3,-,3,pH监测点数量,中和罐设计规范,多点监测保证均匀性

33,碱耗量校核,m_check,判断值,"IF(m_naoh_actual≤100,""满足"",""不满足"")",-,满足,碱耗量在设计范围内,工艺设计要求,碱耗量合理

34,容积校核,V_check,判断值,"IF(V_tank_total≥1.5,""满足"",""不满足"")",-,满足,容积满足处理要求,中和罐设计规范,容积足够

35,反应时间校核,τ_check,判断值,"IF(τ_neutral≥20,""满足"",""不满足"")",-,满足,反应时间足够,中和罐设计规范,反应完全

,三、水洗罐设计计算,,,,,,,,

36,中和后物料量,Q_neutral,计算值,Q_neutral=Q_mda+Q_hcl+m_naoh_actual,kg/h,2013.2,中和后物料量,物料衡算,中和后总物料量

37,水洗水量,Q_wash,计算值,Q_wash=Q_neutral×L/S,kg/h,6039.6,水洗水量,物料衡算,液固比3:1

38,水洗罐有效容积,V_wash,计算值,V_wash=(Q_neutral+Q_wash)/ρ_water×τ_wash/60,m³,3.03,水洗罐有效容积,水洗罐设计公式,停留时间20min

39,水洗时间,τ_wash,设计值,τ_wash=20,min,20,水洗时间,水洗罐设计规范,保证洗涤效果

40,水洗罐装料系数,η_wash,设计值,η_wash=0.8,-,0.8,水洗罐装料系数,水洗罐设计规范,避免溢出

41,水洗罐总容积,V_wash_total,计算值,V_wash_total=V_wash/η_wash,m³,3.79,水洗罐总容积,水洗罐设计公式,考虑装料系数

42,水洗罐高径比,H/D_wash,设计值,H/D_wash=1.5,-,1.5,水洗罐高径比,水洗罐设计规范,推荐高径比1.5

43,水洗罐内径,D_wash,计算值,D_wash=(4×V_wash_total/(π×(H/D_wash)))^(1/3),m,1.47,水洗罐内径,水洗罐设计公式,圆整为1500mm

44,水洗罐高度,H_wash,计算值,H_wash=(H/D_wash)×D_wash,m,2.21,水洗罐高度,水洗罐设计公式,实际高度2210mm

45,盐含量脱除效率,η_salt_actual,计算值,η_salt_actual=1-(w_salt×Q_neutral/(Q_neutral+Q_wash)),-,0.975,盐含量脱除效率,物料衡算,实际脱盐率97.5%

46,脱盐率校核,η_salt_check,判断值,"IF(η_salt_actual≥η_salt,""满足"",""不满足"")",-,满足,实际脱盐率大于要求值,工艺设计要求,脱盐效果良好

47,水洗后盐含量,w_salt_out,计算值,w_salt_out=w_salt×(1-η_salt_actual),-,0.00125,水洗后盐含量,物料衡算,盐含量降至0.125%

48,水洗水回收量,Q_wash_recycle,计算值,Q_wash_recycle=Q_wash×0.8,kg/h,4831.7,水洗水回收量,工艺设计要求,80%水洗水回收

49,水洗水排放量,Q_wash_discharge,计算值,Q_wash_discharge=Q_wash×0.2,kg/h,1207.9,水洗水排放量,物料衡算,20%水洗水排放

50,水洗水排放量校核,Q_wash_check,判断值,"IF(Q_wash_discharge≤2000,""满足"",""不满足"")",-,满足,排放量在设计范围内,环保要求,排放量符合要求

51,水洗罐搅拌转速,n_wash,设计值,n_wash=80,r/min,80,水洗罐搅拌转速,搅拌设备设计规范,保证混合效果

52,水洗罐搅拌功率,P_wash,计算值,P_wash=0.1×V_wash_total×n_wash,W,30.3,水洗罐搅拌功率,搅拌设备设计公式,保证混合均匀

,四、分层器设计计算,,,,,,,,

53,水洗后物料量,Q_wash_out,计算值,Q_wash_out=Q_neutral+Q_wash,kg/h,8052.8,水洗后物料量,物料衡算,水洗后总物料量

54,有机相含量,w_organic,设计值,w_organic=0.25,-,0.25,水洗后有机相含量,工艺设计要求,MDA有机相含量

55,有机相流量,Q_organic,计算值,Q_organic=Q_wash_out×w_organic,kg/h,2013.2,有机相流量,物料衡算,MDA有机相流量

56,水相流量,Q_water_out,计算值,Q_water_out=Q_wash_out-Q_organic,kg/h,6039.6,水相流量,物料衡算,水相流量

57,沉降时间,τ_settle,设计值,τ_settle=60,min,60,分层器沉降时间,分层器设计规范,保证分离完全

58,分层器有效容积,V_sep,计算值,V_sep=Q_wash_out/ρ_water×τ_settle/60,m³,8.05,分层器有效容积,分层器设计公式,停留时间60min

59,分层器装料系数,η_sep,设计值,η_sep=0.8,-,0.8,分层器装料系数,分层器设计规范,避免溢出

60,分层器总容积,V_sep_total,计算值,V_sep_total=V_sep/η_sep,m³,10.06,分层器总容积,分层器设计公式,考虑装料系数

61,分层器高径比,H/D_sep,设计值,H/D_sep=1.5,-,1.5,分层器高径比,分层器设计规范,推荐高径比1.5

62,分层器内径,D_sep,计算值,D_sep=(4×V_sep_total/(π×(H/D_sep)))^(1/3),m,1.87,分层器内径,分层器设计公式,圆整为1900mm

63,分层器高度,H_sep,计算值,H_sep=(H/D_sep)×D_sep,m,2.81,分层器高度,分层器设计公式,实际高度2810mm

64,界面控制高度,H_interface,计算值,H_interface=H_sep×Q_organic/Q_wash_out,m,0.7,界面控制高度,分层器设计公式,有机相高度

65,界面控制器类型,interface_ctrl,选用值,interface_ctrl=电导式,-,电导式,界面控制器类型,分层器设计规范,精确控制界面

66,沉降速度,u_settle,计算值,u_settle=(d²×(ρ_water-ρ_mda))/(18×μ),m/s,0.0005,沉降速度,斯托克斯公式,液滴沉降速度

67,液滴直径,d,设计值,d=0.0001,m,0.0001,液滴直径,分层器设计规范,液滴直径100μm

68,水相黏度,μ,查表值,μ=0.001,Pa·s,0.001,水相黏度,化工物性手册,20℃下水的黏度

69,沉降时间校核,τ_sep_check,判断值,"IF(τ_settle≥30,""满足"",""不满足"")",-,满足,停留时间足够,分层器设计规范,分离完全

70,容积校核,V_sep_check,判断值,"IF(V_sep_total≥8,""满足"",""不满足"")",-,满足,容积满足处理要求,分层器设计规范,容积足够

71,界面控制精度,interface_precision,设计值,interface_precision=±0.01,m,±0.01,界面控制精度,工艺设计要求,精确控制界面

72,溢流堰高度,H_weir,设计值,H_weir=0.5,m,0.5,溢流堰高度,分层器设计规范,保证水相溢流

73,溢流堰宽度,W_weir,设计值,W_weir=0.8×D_sep,m,1.52,溢流堰宽度,分层器设计规范,保证均匀溢流

74,底流口直径,D_outlet,设计值,D_outlet=0.3,m,0.3,底流口直径,分层器设计规范,保证有机相流出

75,底流流速,u_outlet,计算值,u_outlet=Q_organic/(ρ_mda×π×(D_outlet/2)²),m/s,0.016,底流流速,分层器设计公式,流速合理

76,底流流速校核,u_outlet_check,判断值,"IF(u_outlet≤0.1,""满足"",""不满足"")",-,满足,底流流速合理,分层器设计规范,避免夹带

77,溢流流速,u_weir,计算值,u_weir=Q_water_out/(ρ_water×W_weir×0.01),m/s,0.027,溢流流速,分层器设计公式,流速合理

78,溢流流速校核,u_weir_check,判断值,"IF(u_weir≤0.1,""满足"",""不满足"")",-,满足,溢流流速合理,分层器设计规范,避免夹带

,五、壁厚校核（GB150标准）,,,,,,,,

79,设计压力,P_d,设计值,P_d=0.15,MPa,0.15,设计压力为操作压力1.5倍,GB150-2017,安全系数1.5

80,设计温度,T_d,设计值,T_d=50,℃,50,设计温度,GB150-2017,考虑最高操作温度

81,材料许用应力,[σ]^t,查表值,[σ]^t=130,MPa,130,316L不锈钢50℃下许用应力,GB150-2017,材料性能表

82,焊缝系数,φ,设计值,φ=0.85,-,0.85,焊接接头系数,GB150-2017,双面焊对接接头

83,腐蚀裕量,C,设计值,C=2,mm,2,腐蚀裕量,GB150-2017,强腐蚀环境

84,钢板负偏差,C1,查表值,C1=0.3,mm,0.3,钢板负偏差,GB150-2017,钢板标准偏差

85,中和罐筒体计算壁厚,δ_tank,计算值,δ_tank=(P_d×D_tank×1000)/(2×[σ]^t×φ-P_d×1000),mm,0.81,筒体壁厚计算公式,GB150.3-2017公式3-1,计算壁厚

86,中和罐筒体名义壁厚,δ_tank_n,计算值,δ_tank_n=δ_tank+C+C1,mm,3.11,名义壁厚=计算壁厚+腐蚀裕量+负偏差,GB150-2017,考虑腐蚀裕量和负偏差

87,中和罐筒体选用壁厚,δ_tank_e,选用值,δ_tank_e=4,mm,4,实际选用壁厚,钢板标准规格,选用4mm厚钢板

88,水洗罐筒体计算壁厚,δ_wash,计算值,δ_wash=(P_d×D_wash×1000)/(2×[σ]^t×φ-P_d×1000),mm,1.03,筒体壁厚计算公式,GB150.3-2017公式3-1,计算壁厚

89,水洗罐筒体名义壁厚,δ_wash_n,计算值,δ_wash_n=δ_wash+C+C1,mm,3.33,名义壁厚=计算壁厚+腐蚀裕量+负偏差,GB150-2017,考虑腐蚀裕量和负偏差

90,水洗罐筒体选用壁厚,δ_wash_e,选用值,δ_wash_e=4,mm,4,实际选用壁厚,钢板标准规格,选用4mm厚钢板

91,分层器筒体计算壁厚,δ_sep,计算值,δ_sep=(P_d×D_sep×1000)/(2×[σ]^t×φ-P_d×1000),mm,1.31,筒体壁厚计算公式,GB150.3-2017公式3-1,计算壁厚

92,分层器筒体名义壁厚,δ_sep_n,计算值,δ_sep_n=δ_sep+C+C1,mm,3.61,名义壁厚=计算壁厚+腐蚀裕量+负偏差,GB150-2017,考虑腐蚀裕量和负偏差

93,分层器筒体选用壁厚,δ_sep_e,选用值,δ_sep_e=5,mm,5,实际选用壁厚,钢板标准规格,选用5mm厚钢板

94,中和罐壁厚校核,δ_tank_check,判断值,"IF(δ_tank_e≥δ_tank_n,""满足"",""不满足"")",-,满足,实际壁厚大于计算壁厚,GB150-2017,强度满足要求

95,水洗罐壁厚校核,δ_wash_check,判断值,"IF(δ_wash_e≥δ_wash_n,""满足"",""不满足"")",-,满足,实际壁厚大于计算壁厚,GB150-2017,强度满足要求

96,分层器壁厚校核,δ_sep_check,判断值,"IF(δ_sep_e≥δ_sep_n,""满足"",""不满足"")",-,满足,实际壁厚大于计算壁厚,GB150-2017,强度满足要求

,六、安全设施计算,,,,,,,,

97,安全阀整定压力,P_set,设计值,P_set=1.1×P_d,MPa,0.165,安全阀整定压力,GB150-2017,整定压力为设计压力1.1倍

98,安全阀泄放面积,A_sv,计算值,A_sv=Q_wash_out/(C×K×SQRT(P_set×ρ_water)),m²,0.005,安全阀泄放面积,安全阀设计规范,泄放面积计算

99,安全阀选用,A_sv_selected,选用值,A_sv_selected=0.006,m²,0.006,实际选用安全阀泄放面积,安全阀标准规格,选用DN20安全阀

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