【《异丙醇生产工艺的主要化工设备工艺计算和选型分析案例》10000字】

异丙醇生产工艺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\u19481.1塔设备设计 。裙座高度：H=0.75D+2=0.75×1.6+2=6.2m1.7.7管板的设计与考量在处理塔中，管板是非常重要的部件它是管与塔的桥梁。在处理塔中，管板作用是固定与支撑管，在本设计中，管与管板的链接设计有压力释放槽的结构。因为在管大量放置在管板上时，会造成应力集中，这时的管板不管是强度，还是刚度都有所下降，不仅如此，应力集中还会造成抗疲劳强度减少，会减少管板使用寿命。而这种结构可以避免此情况，通过模拟仿真，将管板厚度定为180mm。1.7.8壳体与管板的连接结构在处理塔中，有可拆卸式的壳体与管板的链接方式，还有一种是不可拆卸式的链接方式。这两种链接方式各有优点。不可拆卸式是将管板焊接在壳体上，这样的链接方式是稳定，但是维修成本与安装成本较高。可拆卸式是指管板与壳体通过法兰相链，虽然强度没有不可拆卸式的高，但是维修方便。所以经过综合考虑，本设计选用可拆卸式结构。1.7.9管箱与管板的连接结构在处理塔中，通常使用螺栓—法兰这种常见的结构来使固定板与管箱相连。因为这种方式简单可靠，且维护性高。不过需要注意的是管板介质密封，对于密封要求高的需要仔细加工法兰端面，以达到平面密封的效果。1.7.10反应管与管板的连接结构在处理塔中，反应管是关键部件，密封要求高。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。所以在反应管与管板链接时需要考虑膨胀裕量，在这种情况下可采用胀焊并用的连接结构来保证体统的可靠性。1.7.11管板法兰及管板的结构设计在综合考虑后，可以选择将管板设计成带有法兰功能的开孔这样可以式管板兼做法兰，可以降低材料的用量以及成本。同时管板与管箱可以通过一体式法兰相连，通过计算，可以确定使用公称直径为20mm的螺栓相连，螺栓数目确立为40个。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在此处可用Ergun公式来计算床层压降，公式如下。需注意的是固定床反应器压降不宜超过床内压力的15%。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尺寸设计设备尺寸数据需要通过流体流量与滞留时间来确立。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）的计算通常使用KG计算法，公式如下：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当KG=0.0755，说明气液两相分离度大。当KG=0.06，说明是粘度很高的流体。=0.31m/s1.9.3.2气液分离器尺寸计算（1）丝网直径由=2.32m向上取整后DG=2400mm（2）容器直径根据查阅相关标准，丝网直径要小于容器直径100mm（考虑安装固定），取所以容器直径可定为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：;;综上可以推导出：式中：;;;通过以上计算结果，可以通过下式计算出入口直径：=0.43m经查阅GB/T8163-2008标准后，并且综合以上计算结果，可确定选用材料为16Mn的无缝钢管，规格为φ480×14。（2）出口接管参考其他塔的设计要求，可以得知流体出口接管管径应该与链接管管径相一致。在设计流体管道接口时，可参考模拟结果，不大于2m/s的流速即可。在设计气体出口时，应考虑以下几个因素，因为气体的密度会影响气体的流速，所以我们要在设计时要考虑气体的密度问题。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。但是，若使用小的气体出口，则更有利于增加气液分离。在设计时选用流速为20m/s，则气体出口管径可用下式来计算：=0.248m经查阅GB/T8163-2008标准并综合以上计算结果，可确立选择材料为16Mn的无缝钢管，规格为φ273×12。与确立气体管径接口类似，液体出口管径可用下式来确立，流速是2m/s时=0.055m经查阅GB/T8163-2008标准并综合以上计算结果，可确立选择材料为16Mn的无缝钢管，规格为φ60×2.5。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，则通过下式来计算：QUOTE=21.45barQUOTE在实际情况下，操作温度为35℃。为了能够保证系统能够稳定的，正常的运作，需要在设计时留有裕量，即在高于操作温度65℃。同时，可以使用与前文所述部件一样Q345R材料来制作气液分离器。1.9.3.5壁厚计算圆通壁厚可以通过下式来计算：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通过查阅GB150标准，需要留有腐蚀裕量则C1与C2（壁厚负偏差与腐蚀裕量）为0.6mm与2mm。那么名义厚度可用下式来计算：=17.17+0.6+2=19.77mm将此计算结果向上取整，取名义厚度为20mm。1.9.3.6封头计算与前文类似，选取材料Q345R来制作标准椭圆形封头所需数据如下：h2QUOTE=40mm，h1=0.25D，DN=2500mm。则封头高度可用下式来经行计算=0.25D+40=665mm上封头的理论厚度计算： =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通过查阅GB150标准，需要留有腐蚀裕量则C1与C2（壁厚负偏差与腐蚀裕量）为0.6mm与2mm。那么名义厚度可