【一套年产10万吨异丙苯生产装置的设备选型与计算案例4800字】

I一套年产10万吨异丙苯生产装置的设备选型与计算案例目录TOC\o"1-3"\h\u21339一套年产10万吨异丙苯生产装置的设备选型与计算案例 1266251.1设备的设计以及选型的原则 1242491.1.1化工设备工艺设计的步骤 238441.2反应器设计 2270041.2.1反应器类型的选择 2240601.2.2反应器R101的设备计算 2253381.3塔设备的设计 586901.3.1精馏塔设备类型的选择 6232621.3.2苯精馏塔T101的设计 6285611.4换热器选型 12205501.4.1AspenEDR模拟结果 12312721.4.2换热器结构及管板布局 13243651.4.3选型结果 14297121.5泵的选型 15260511.5.1扬程计算 15192041.6储罐选型 17189111.7压缩机的选型 17267271.1.1压缩机选型原则 1717161.1.2压缩机选型 1773121.8设备一览表 18设备应具有最新的技术经济指标和重要的质量参数该装置具有良好的性能和结构设备必须与可以很好地使用，由于难以满足上述所有要求，在选择和解释设备时，必须根据实际情况进行具体分析，以解决主要问题还必须考虑次要要求因此，必须设计和选择设备。1.1设备的设计以及选型的原则化工设备分为标准设备和非标准设备，化工设备设计或选型应满足以下几个方面的要求：①技术合理性；②安全性；③经济型；④政策性；⑤系统性。在反应器设计时，除了要符合以上原则时，落实到具体问题时候，还要考虑到下列的设计要点：保证物料转化率和反应时间；满足物料和反应的热传递要求；注意材质选用和机械加工要求。1.1.1化工设备工艺设计的步骤设备工艺设计是化工设计的核心内容之一，其主要工作内容及程序如下：单元操作设备的选型；选择设备材质；计算基本设备尺寸；设备型号和数量选择；1.2反应器设计1.2.1反应器类型的选择化学反应器是主要的化学反应设备。该项目是用于液体固体催化剂反应，但反应过程有一定的气相，并有一个连续的操作模式。固定的多级反应堆经常用于工业聚合器。纤维素和丙烯酸的合成是由反应过程中的放热反应引起加热部分用于调节反应堆温度反应堆温度反应在烷基化建筑部门，采用了四个具有结构简单性优势的永久性反应堆。使用方便，运行灵活性高，建筑投资低，但也有缺点，催化剂装载量也很难，和反应堆的温度是困难的。这一过程产生的反应热由冷却液原料控制，第二部分为含冷却剂的反应堆热交换器，保持反应温度。反应产生的热量的一部分由液体冷却控制。1.2.2反应器R101的设备计算1.设计数据利用AspenPlusV9模拟与调试，最终设计得到的反应器反应温度为350℃，进口压力为2.4MPa，苯与丙烯的总摩尔比为3.9:1，反应条件下进料总体积流量V总=1162.7m3/h；进入反应器的物料总质量流量m总=47199.1kg/h，反应过程中维持各催化床层的温度在150℃，计算得液相空速取GHSV=101.5-1，催化剂堆密度为。2.催化剂床层高度和反应器直径的计算利用经验法对反应器参数进行计算，由下列公式可计算催化剂总体积公式：则VR=11.45m3；催化剂总用量=4582.1kg；根据已有数据假设，可以取催化剂床层高度L=6m；则催化剂床层截面积：3.催化剂床层直径：圆整后可取反应器内径D=2m。反应器高度确定4.封头计算此反应器的封头采用椭圆形标准封头，由GB/T25198——2010中可以查得，封头直边高度h取25mm，故封头直边高度h=0.025m；根据形式参数关系：DN=Di其中DN=Di=5m,h=0.025m，因此计算得到封头总高度：5.反应器主体部分长度计算在反应器的主体部分中，长径比一般为1-3，此时取长径比为3，=3,则反应器的直筒高度为：H=2×3=6m封头曲面高度：；则反应器总长度：6.反应器裙座计算此反应器是固定床反应器，支座选择裙式支座，裙座高度一般取1.5~2Di，此次选择选取1.5D1.反应器总高度计算反应器总高度：反应器筒体强度校核8.筒体材料选择由SH/T3074——2018压力容器的选取标准，当容器工作压力1.8＜Pw≤4.0MPa时，设计压力；当工作温度15＜t≤350℃时，设计温度在工作温度的基础上再加15～30℃；本项目中反应器反应的压力为2.4MPa，反应温度350℃。所以此反应器的设计压力为：P=1.1Pw=2.64MPa，设计温度为380℃。在所有的生产原料中，原料的腐蚀性很小，故选取价格便宜的碳素钢即可。根据压力容器的选取与标准，反应器的材料最终选择Q354R。9.设计参数确定由《化工设备机械基础第七版》[21]中可知，选取双面焊对接接头、100%无损检测时，焊接头系数φ=1.1，选取负偏差，腐蚀裕量，Q345R钢材在设计温度380℃下的许用应力约为[σ]t=125MPa，反应器筒体内径Di=2000mm。10.筒体壁厚的计算计算厚度：设计厚度：圆整后，取名义厚度为：，则反应器筒体选择的厚度为23mm的Q345R碳素钢。强度测试水压试验：式中：有效壁厚：在380℃下，ReL=325MPa，由上可得：由上计算可得，，所以反应器水压试验强度足够。11.反应器封头厚度计算（1）封头材料选择反应器封头的设计温度为380℃设计压力为2.64MPa，所以选择的材料与筒体材料一致，选择Q345R碳素钢。（2）确定封头设计参数反应器封头用标准椭圆形封头，设计压力为2.64MPa，设计温度为380℃；封头焊接用双面焊，100%无损检测，其中，焊接接头系数，材料负偏差，腐蚀裕量，Q345R在设计温度380℃下的[σ]t=125MPa，反应器筒体内径Di=2000mm。（3）封头厚度计算计算壁厚：设计壁厚：名义壁厚：圆整后取名义厚度，所以封头的材料是23mm的Q345R碳素钢材料。12.反应器管口设计（1）进料管口设计通过AspenPlus进行可知，进料管的管口体积流量为：V=1162.7m3/h由《化工流体常用经济流速》中可知，取管子的流速为：u=10m/s，则管道的直径为：m进行流速校核：，9.32m/s＜10m/s，所以设计符合要求；（2）出料管口设计由AspenPlus模拟数据可知，出口物流体积流量为：V出=970.13m3/h，取管道流速为u=6m/s，则出口管径为：进行流速校核：，5.96m/s＜6m/s，所以设计符合要求。1.3塔设备的设计本设计的塔设备包括苯精馏塔T101和异丙苯塔T102两个塔，下面以T101为例进行计算1.3.1精馏塔设备类型的选择塔设备可分为板式塔和填料塔两大类，二者各有优缺点，表7-1是这两种形式的塔板性能比较。表7-1筛板塔和浮阀塔的性能比较塔板类型优点缺点适用范围浮阀塔效率高、操作范围宽浮阀易脱落分离要求高、符合变化大筛板塔结构简单、造价低、板效率高易堵塞、操作弹性较小分离要求高、塔板数较高通过对这两种形式的塔的性能比较，再结合本设计中的生产工艺情况，本设计中塔设备采用板式浮阀塔。1.3.2苯精馏塔T101的设计板式浮阀塔的设计计算在Aspenplus模拟中得到苯精馏塔T101的部分水力学物性数据，物性数据如图1.1所示：图1.1AspenPlus模拟出的部分水力学数据及各项平均值根据图1.1的数据，液相体积流量LS=115.591m3/h，气相体积流量为VS=16303.2m3/h(1)实际塔板数N由Aspenplus模拟得出的最优理论板数为18块（包括再沸器和冷凝器），根据《化工计算手册，第三版》[22]中提到的正常塔的塔板效率在0.6～0.85之间，设计中取塔板效率ET=0.7，则精馏塔实际塔板数为：N=塔径塔径的计算式为：D=式中：Vs——气相负荷，m3/h；u'所以，要求取塔径，需要知道表观空塔气速u'而u'=式中：CQUOTE为气体负荷因子，m/s；ugmax为允许空塔气速m/s；由QUOTEC=C20(σL20)0.2计算，其中C20图1.2史密斯关联图史密斯关联图中横坐标为气液两相流动参数；纵坐标为C20经验系数，其中：L沉降高度的确定选择HT=600mm，D=2.7mC=则可求得ugug取u'=0.7uD=圆整后取塔径D=2700mm。实际空塔气速：u=塔布置塔板设计参数如图1.3和1.4所示设计参数模拟均在ASPEN软件进行图1.3塔板设计参数图1.4塔板设计参数4.塔板几何尺寸图1.5塔段图1.6降液管几何尺寸图1.7堰几何尺寸5.塔的水力学校核塔的负荷性能图如图1.8和1.9所示图1.8负荷性能图图1.9负荷性能图6.塔主体结构设计及总压降的确定（1）塔顶空间HD塔顶空间指塔内最上层塔板与塔顶的间距，为利于出塔气体夹带的液滴沉降此段远高于塔板间距，一般取塔顶空间高度HD=1.5~2.0（2）塔底空间HB塔底空间要求塔底液面至最下层塔板之间要有1～2m的间距，大塔可大于此值,本设计取HB=1.5m。（3）人孔板间距HT设有人孔的上下两塔板间距HT'≥600（4）进料段空间高度HF一般进料段空间高度HF比板间距HT要大，本设计取HF（5）封头高度Hh塔体封头选用标准椭圆形封头，取h1=40mm，曲面高h2=0.675m，此封头高度为0.715m（6）裙座高度Hq裙座高度计算公式为：H（7）塔高H总=N1.接管的计算塔顶蒸汽接管本设计取塔顶蒸汽流速uv=15m/s，由AspenPlus模拟得到塔顶物流体积流量为Vd圆整后选取管子规格为Φ325x8mm，核算实际流速：u进料管取液体在进料管中的流速为uv=7m/s，由AspenPlus模拟得到进料液体积流量为Ld圆整后管径Φ60x4mm，核算实际流速：u塔底液体出料接管取料液流速为uv=2m/s，由AspenPlus模拟得到塔底液体积流量为Ld圆整后取管子规格Φ27x5.5mm，核算实际流速：u现将苯精馏塔T101的工艺设计结果列于表7-3中。表7-3苯精馏塔T101的初步设计结果项目数值及说明备注塔径D/mm2700——塔板间距HT/mm0.6——塔高18.256塔板型式单溢流降液管分块式塔板适宜气速u/m•s-12.25——溢流堰长lw/m1.9727——溢流堰出口高度hw/m0.0508——板上液层高度HL/mm60——降液管底隙高度h0/m0.045——浮阀数目/个236等腰三角形叉排孔面积0.1——阀孔气速u0/m•s-14.89——阀孔动能因数F010.87——临界阀孔气速u0c/m•s-14.38——孔心距t’/mm75同一排的中心线距离排间距t/mm60相邻二横排的中心线距离1.4换热器选型1.4.1AspenEDR模拟结果利用AspenEDR模拟换热器E101的换热过程，得到的模拟结果如图1.10、1.11所示。图1.10换热器E101模拟结果图1.11换热器E101模拟结果1.4.2换热器结构及管板布局利用AspenEDR中的结构设计可以得到换热器E101的结构及管板布局，结果如图1.12，1.13所示。图1.12换热器E101的结构图1.13换热器E101的管板布局1.4.3选型结果根据AspenEDR模拟结果得到换热器壳程和管程的设计温度为188℃，管程设计压力为2.8MPa，壳程设计压力为0.35MPa，壳体材料选用Q345R，换热管材料选用S30408。换热器E101的选型结果如表7-4所示。表7-4换热器E101的参数项目参数项目参数壳体公称直径/mm219壳程数1管径/mmΦ19×2管心距/mm25管长/mm1500管子排列方式正三角形管子数/根40折流板间距/mm100传热面积/m23.4传热量/kW141.9管程数1壳体材质Q345R1.5泵的选型大多数的离心泵和活塞泵是最常用的。选择考虑介质的物理和化学性质和流量腐蚀和出口压力的其他主要参数来确定泵的材料类型和数量。在生产过程中需要不同的泵，以苯为例介绍了P101清水泵的原材料选择。由于选择是相同的，其他选定的插件不显示详细的选择。由AspenPlus模拟出泵P101的工况参数。1.5.1扬程计算得出泵的出口流量Q=41.57m3/h和扬程H=25m；图1.14泵选型结果图1.15IX180-65-160A型离心泵性能参数图1.16泵外形及安装尺寸图1.6储罐选型本设计中的储罐包括储存苯和丙烯的原料储罐、储存产品异丙苯和副产品二异丙苯的产品储罐等，储罐选型过程以苯原料储罐V102为例介绍。由AspenPlus模拟计算得到，原料苯的消耗量为41.57m3/h。本设计取3天的生产储存用量，24小时连续生产，则需要储存的原料苯体积为：V=47.57×24×3=3425.04球罐系列适用于储存量较大的化工原料、