【《异丙醇生产的主要化工设备工艺计算和选型分析案例》7500字】

异丙醇生产的主要化工设备工艺计算和选型分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u26811.1塔设备设计 。裙座高度：H=0.75D+2=0.75×1.6+2=6.2m1.7.7管板设计管板是列管与塔体连接部件，本反应器的管板与管壳程筒节连接时，采用应力释放槽的结构，这种结构的优点是能够在不增加管板毛坯厚度的前提下减轻管板边缘的应力集中，提升设备整体强度。管板厚度取180mm。同时，因为流体温度变化不大，采用固定式管板与固定式列管。1.7.8壳体与管板的连接结构壳体与管板的连接形式有两类：一是不可拆式，如固定式管板换热器管板与壳体是用焊接连接；一是可拆式，管板本身不直接与壳体焊接，而通过壳体上法兰和管箱法兰夹持固定。本工艺根据反应器的结构需要选择可拆式的连接方式。1.7.9管箱与管板的连接结构本工艺中采用的固定管板与管箱的连接结构比较简单，采用螺栓法兰结构进行连接，考虑到管板介质的密封要求和加工制造的方便性，法兰之间采用平面密封形式。1.7.10反应管与管板的连接结构本工艺考虑到反应器的密封性能要求较高，且操作中连接处在高温高压下受到反复的热冲击、热变形和介质压力作用，因此采用胀焊并用的连接结构。从而保证列管与管板连接的密封性能和抗拉脱强度。1.7.11管板法兰及管板的结构设计根据反应器的初步结构确定，本工艺采用固定式管板兼做法兰。管箱法兰与管板法兰通过螺栓连接，螺栓数目为40个，公称直径为20mm。1.7.12反应器高度筒体高度：10m；裙座高度：6.2m单个封头高度：1.4（曲边高度）+0.045（厚度）+0.040（直边高度）=1.49m因此反应器总长度计算如下：10+6.2+1.485=17.69mm1.8反应器床层的流动阻力降计算及温升校核流动阻力降计算：此处流动阻力降以压降形式进行计算。一般固定床反应器压降不宜超过床内压力的15%。选择Ergun公式进行床层压降计算：式中：f——摩擦阻力系数；ρ——气体密度，kg/m3；u——床层表流速，m/s；L——床层高度，m；ε——床层空隙率；dpμ——气体粘度，Pa⋅s。Rem——雷诺数；查AspenPlus得混合器粘度、密度等参数如下：表5-7反应器R0101基本数据表压降计算床层高度L（m）7.5催化剂粒径（m）0.004床层空隙率ε0.4混合气粘度µ（Pa·s）0.0000138369混合气密度（kg/m3)19.43原料气体体积流量（m3/hr）6574.90床层表观流速=0.1898m/sv——原料气体积流量，m3/hr；d——反应床层直径，m；Rem==1776.80+1.75=1.83=22511.88p表5-8床层压降计算结果表空床流速u（m/s）0.1898雷诺数Rem1776.80摩擦系数f1.83床层压降（pa）22511.88床层压力降为22511.88Pa<20000000.15Pa=300000Pa所以压降小于入口压力的15%，设计符合压降要求。1.9气液分离器的设计（以F0101为例）1.9.1气液分离器工艺参数表5-9气液分离器工艺参数参数进口物料气体出料液体出料温度/℃808080压力/bar19.519.519.5气相分率0.87610摩尔流率/（kmol/hr）3683.412801.27878.135质量流率/（kg/hr）12774411191715827.1体积流率/（m3/hr）3507.213489.8217.391.9.2类型选择因分离液体量较少，选择立式丝网分离器来完成该气液分离过程。1.9.3尺寸设计设备尺寸设计的依据是气液两相流量以及停留时间：表5-10气液两相数据液相气相VL=17.39m3/hrVG=3489.82m3/hrρL=910.18kg/m3ρG=32.07kg/m3T=80℃T=80℃P=19.5barP=19.5barVmax=135%Vmin=70%停留时间设为T=6min。1.9.3.1丝网自由截面上的气体流速（uG）的计算用常数(KG)的计算方法式中：与丝网自由横截面积相关的气体流速,m/s;分别为液体和气体的密度，kg/m3如果气流中有较大的液体量被分离，则建议采用KG=0.0755。高粘度液体、高压或高真空工艺中,KG可采用0.06。=0.31m/s1.9.3.2气液分离器尺寸计算（1）丝网直径由=2.32m圆整后取DG=2400mm（2）容器直径容器直径（D）至少要比丝网直径大100mm（考虑安装固定），取容器直径为2500mm。（3）高度(HL)由，=0.48mQUOTE则气液分离器的总高度为：H=HL+0.4D+0.5=0.48+0.4QUOTE2.5+0.5=1.98m，圆整为2000mm。1.9.3.3气液分离器接管计算（1）入口接管两相混合物的入口接管的直径应符合下式要求：式中：;;由此导出式中：;;;则该气液分离器的入口接管直径为：=0.43m根据国标GB/T8163-2008无缝钢管规格要求，选取φ480×14管道，材料为16Mn。（2）出口接管液体、气体的出口接管的直径，不得小于连接管道的直径。液体出口接管可以用小于等于2m/s的流速来设计。气体出口流速取决于气体密度，密度小时，最大出口流速μG=20m/s。密度大时，选择较小的气体出口流速。任何情况下，较小的气体出口流速有利于分离。气体出口接管的直径如下，选取流速为20m/s：=0.248m根据国标GB/T8163-2008无缝钢管规格要求，选取φ273×12管道，材料为16Mn。液体出口接管的直径如下，选取流速为2m/s：=0.055m根据国标GB/T8163-2008无缝钢管规格要求，选取φ60×2.5管道，材料为16Mn。1.9.3.4设计温度与设计压强根据GB150-2011，压力容器操作压力指压力容器顶部气相压力，一般取操作压力的1.1倍。因此取设计压力为：QUOTE=21.45barQUOTE操作温度为35℃，设计温度需要比操作温度高15～30℃，取设计温度为100℃，根据容器操作条件和流体性质，选择Q345R来作为本气液分离器的材料。1.9.3.5壁厚计算圆筒计算厚度：式中：Pc为计算压力，在液柱低时可认为与设计压力P近似相等；Di为筒体内径；[σt]为材料在设计温度下许用应力，选材为Q345R，为185MPa；从而QUOTE为==17.17mm在GB150中规定，不包括腐蚀裕量，名义厚度不可小于3mm，符合，取壁厚负偏差C1为0.6mm，腐蚀裕量QUOTEC2=2mm。因此=17.17+0.6+2=19.77mm向上圆整则名义厚度为20mm，为方便焊接、制造等。1.9.3.6封头计算本设计采用标准椭圆形封头，以上封头为计算为例：材料与筒体相同为Q345R,公称直径DN=2500mmQUOTE，曲边高度h1=0.25DQUOTE，直边高度h2QUOTE=40mm，封头高度为=0.25D+40=665mm上封头计算厚度： =22.49 式中：Pc为计算压力，对于上封头可认为与设计压力P近似相等；Di为筒体内径2.5m；[σt]为材料在设计温度下许用应力，为185MPa；=1.2m为焊接系数0.85。从而QUOTE为：==17.17mm在GB150中规定，不包括腐蚀裕量，名义厚度不可小于3mm，符合；取壁厚负偏差C1为0.6mm，腐蚀裕量QUOTEC2为2mm=17.17+0.6+2=19.77mm向上圆整