20萬噸直餾柴油年氨精制裝置設(shè)計工藝計算

1、參賽隊伍：環(huán)衛(wèi)工團隊參賽題目：20萬噸直餾柴油/年氨精制裝置設(shè)計所屬院校：廣東石油化工學(xué)院參賽學(xué)生：林寶杰，張錦恒，李德偉，吳偉榮康佳良，陳清木，陳柱輝，楊春輝指 導(dǎo) 老 師：陳 興 來，李 宗 寶目錄第 1 章 靜態(tài)混合器選型 .1.1.1 選類型 .1.1.2 流速.1.1.3 具體型號 .1.1.4 反應(yīng)時間 .1.1.5 壓力降計算 .2.第 2 章 氨分離器 .5.2.1 各股物料進料情況 .5.2.2 分離器型號 .5.2.3 減壓閥選型計算 . 7.2.4 絲網(wǎng)除沫器 .8.第 3 章 重力沉降塔 .1.0.3.1 重力沉降塔 I .1.03.1.1 重力沉降塔容積1.03.1.

2、2 確定塔徑 .1.0.3.1.3 計算筒體高度H.1.13.1.4 計算筒體厚度1.13 . 1 .5 封頭厚度計算 . 1.13 . 1 .6 水壓實驗強度校核 .1.13.2 重力沉降塔 n .1.23.2.1 確定塔徑 .1.2.3.2.2 計算筒體高度H.1.23.2.3 計算筒體厚度&.123.2.4 封頭厚度計算1.33.2.5 水壓實驗強度校核 . 1.3第 4 章 乙二醇溶劑汽提塔設(shè)計 .1.54.1 原始材料 .1.5.4.1.1 汽提塔進出物料情況 .1.54.1.2 汽提塔熱負荷1.54.1.3 操作壓力 .1.5.4.2 汽提塔設(shè)計計算 .1.5.4.2.1

3、試選傳熱系數(shù)初始值 .1.54.2.2 汽提塔尺寸地確定 . 1.54.3 傳質(zhì)過程計算 .1.7.4.3.1 列管內(nèi)氣速1.74.3.2 流體周邊流量1.74.3.3 液膜厚度 .1.8.4.3.4 液泛速度計算 .1.94.3.5 液體最小潤濕率計算 . 2.04.3.6 液膜停留時間和液膜平均速度 .2.04.4 復(fù)核傳熱系數(shù)2.1.4.5 精度計算2.3.4.6 塔體及裙座設(shè)計計算 .2.34.6.1 塔壁厚地確定 .2.34.6.2 封頭地選擇 .2.34.6.3 塔高地計算 .2.34.6.4 塔設(shè)備地穩(wěn)定計算 .2.44.7 裙座設(shè)計 .2.5.由于環(huán)烷酸與液氨地反應(yīng)為1.5級反

4、應(yīng)，所以:第1章靜態(tài)混合器選型1.1選類型選型依據(jù)：HG/T 20570.20-95靜態(tài)混合器設(shè)計已知：在工作溫度為35 C，系統(tǒng)壓力為1.8MPa下，靜態(tài)混合器各股物流地物性下表所示：物料質(zhì)量流率密度體積流率粘度kg/hkg/m3m3hmPa-s直餾柴油27777.8810.434.282.03液氨116.0587.40.2010.5乙二醇3472.21102.03.150.013631366.037.63根據(jù)表1.1，三股物料粘度均小于100mPs，選擇SV型靜態(tài)混合器較合適1.2流速總體積流量：根據(jù)表1.2，選擇靜態(tài)混合器管徑為:流體流速:對于低、中粘度流體地混合、萃取、中和、傳熱、中速

5、反應(yīng)，適宜于過渡流或湍流條件下工作，流體流速控制在符合情況.1.3具體型號選長徑比為 一=丨，貝U=一U，且設(shè)計壓力為P=2.0MPa，查表1.2，水力直徑 取6mm，所以該靜態(tài)混合器型號規(guī)格為：SV-6/150-4.0-1500.由于環(huán)烷酸與液氨地反應(yīng)為1.5級反應(yīng)，所以:1.4反應(yīng)時間積分得:所以:單個靜態(tài)混合器地反應(yīng)體積:則空時:選用兩個靜態(tài)混合器串聯(lián)，則空時：T=2X2.53=5.06s由于是該反應(yīng)是在液相中進行，可視為等容均相反應(yīng)過程，故反應(yīng)物料在靜態(tài)混合器 中地平均停留時間T=5.06s由此可見，選擇兩個SV-6/150-4.0-1500靜態(tài)混合器串聯(lián)即可滿足工藝要求1.5壓力降計

6、算查表1.2,空隙率亠，則：查表1.3,當(dāng) _I時，摩擦系數(shù)： 一 靜態(tài)混合器壓力降:式中：一為反應(yīng)速率常數(shù),環(huán)烷酸轉(zhuǎn)化率，由設(shè)計要求可得一環(huán)烷酸濃度適合itiVh01000040型號型號W型參數(shù)表產(chǎn) 品 用 邀右荽靜態(tài)世合濰 m 呂岡詵我表1.1適用于將細化工、型料、合成纖維、礦冶絆部門的渥席.乳化、配色、注星坊絲、傳適用丁化工、石油爍油、精細化工、塑料擠岀、殲保、礦冶尊部門的中、髙殆度fW小謊世井悻右雜質(zhì)的粘性介質(zhì)尤為適用表1.2適用于粘度忑WmP也*6的腋械我-乞氣氣的棍合用化、反應(yīng)、吸憶萃軋畑5、應(yīng)用介質(zhì)可伴有少最非粘結(jié)性俠質(zhì)熱警過程對流対卜混合要戒高的中、高粘度（乓2恤P*叮的清潔介

7、質(zhì)尢為叮悚休或痕澗遛合、反應(yīng)、萃取、皈收、塑料配色、擠岀、傳熱等過程.對適用于粘度ClOiPa興的中奇粘箍幣觀合反應(yīng)吸收過程或主產(chǎn)盛聚物流體的混合，反應(yīng)過程處理獲敕大時建用效果更佳適用于比工、石油、油脂等行業(yè)，粘度s或伴育高聚物流體的混臺侗時進行倍熱.混合和傳熱反應(yīng)的熱交換器+加熱或樽卻粘性產(chǎn)品嘩單元操作選型參數(shù)公杵點更DN水力苴輕!mni處理ft(V)W-3*5/401000強代傳擒過程血（注）3. 5,適用于清消介就空隙率曜合器長蠱IDSV-2. 3/305V-2,10000.5-L20, 88iOW0, 9-1.8(k 90910001. 4Z 86 9093, 57*010009.07

8、&0100014-281. 0100Q3060Z556-1105-20100088-1767-301.01000120-2507-301000353-7067-5010001413-2826SV型、酬型E型靜態(tài)混合器/與賦關(guān)系式表1.3D/51r5-VS型X$型s層潼X系Z3/?;9W3& _r32/3950滋105.I-oS4a250O1/系一33 t t. .s s一：O1115&/oaoCHCH1 132.2嚴第2章氨分離器2.1各股物料進料情況靜態(tài)混合器出口物流經(jīng)節(jié)流閥減壓至1.2MPa進入氣液分離器，由化工工藝設(shè)計手冊查得，35 C時液氨地飽和蒸汽壓MPa查計

9、算圖表圖4-3-47氨地壓焓圖，得35C、1.2MPa,NH3地比容，氨氣地質(zhì)量流量為I =56.41kg/h ,則釋放出來地氨氣地體積流量：各股物料進料情況如下:物料質(zhì)量流量mkg/h密度pkg/m3體積流量Vm3h氨氣56.419.8725.714中性油1 I 810 434 13乙二醇3.594回11033.2566.42回37.39 （液）估算混合液體密度:22分離器型號要求液體在分離器中地停留時間T=1h .(1)試算分離器直徑VI = I液體體積流率VL=34.13+3.256=37.39m3，I，假設(shè)氣體空間面積Aa為14%，可變液面面積A=80%，最小液體面積Ab為6%，則試算

10、直徑：由DT和Aa查圖2.5.1-4，得氣體空間高度a=0.65m，大于最小氣體空間高度300mm，符合要求.(2)接管距離回液滴直徑按最小分離直徑d=200m進行計算，時間比值(即液滴通過氣體空間高度所需地沉降時間與氣體停留時間地比)停留時間R=0.127，則進口出口接管之間地距離：根據(jù)以上分離器直徑和接管距離回 要求，可選用以下規(guī)格臥式容器：(JB4710-2000):公稱直徑DN=3600mm ,筒體s長度L=10800mm.注：以上計算過程依據(jù)HG/T20570-95進行設(shè)計計算iihiiihuih 川 Imihilililili 丨 i i 1111 iiihiiiliiiih 山

11、hid0l-szffiFoolsHISOZ012.3減壓閥選型計算在分離器氣體溢流口處設(shè)置一減壓閥，閥前壓力則減壓閥壓降P=0.2MPa.壓縮氨氣地絕熱系數(shù)k=1.877，壓縮氨氣地臨界壓力比:(1)求減壓閥地理論流量G(2)求減壓閥地實際流量q，取系數(shù)亠1，則實際流量:(3)求減壓閥所需地閥孔面積:根據(jù)以上閥孔面積，查化工工藝設(shè)計手冊可選用活塞式減壓閥(Y43H-16)公稱直徑DN(mm)L(mm)H(mm)H1(mm)閥孔面積(一)配法蘭型號40220652907GB1060-70-162.4絲網(wǎng)除沫器另外，需在分離器氨氣出口處設(shè)置絲網(wǎng)除沫器將氨氣中攜帶地直徑在10ym100ym液滴進行分

12、離，在液體出口處設(shè)置一聚結(jié)材料，有利于液滴聚結(jié)長大根據(jù)HGT 21618-1998選用以下規(guī)格絲網(wǎng)除沫器:公稱直徑DN(mm)主要外形尺寸H(mm)H1(mm)D(mm)P1=1.2MPa，閥后壓力P2=1.0MPa,，故減壓閥地理論流量:3001502603003.1.2確定塔徑3.1重力沉降塔I3.1.1重力沉降塔容積已知在33.0C時，兩股物料物性如下:物料密度P質(zhì)量流率m體積流率Vkg/m3kg/hm3h溶劑相1104.73.594 1033.253中性油812.627.660334.03931.2540337.292已知達到分離要求所需地沉降實際時間T=55min，即液體在分離器中地

13、停留時間為106min，則沉降塔I所需最小容積:第3章重力沉降塔溶劑體積流率:油相體積流率:3.1.2確定塔徑考慮20%地富裕量，則沉降塔I實際容積:取沉降塔I地容積為V=40m3，考慮液體靜柱壓力，取設(shè)計壓力P=1.25MPa，設(shè)計溫度為35C，因為原料油經(jīng)脫酸反應(yīng)后，含酸量大幅下降，對鋼材只有輕微腐蝕，故選用16MnR鋼材，腐蝕余量C2=1.0mm, 16MnR鋼材在35C時地許用應(yīng)力rt=170MPa焊接接頭為V形坡口雙面焊接，采用局部無損檢測，其焊縫系數(shù)$=0.85.3.1.4計算筒體厚度筒體計算厚度:則設(shè)計厚度：_ 匸_1取鋼板負偏差C1=0.8mm，故：名義厚度=+ C1=8.82

14、+0.8=9.62mm圓整后厚度A=10mm圓整值一3.1.5封頭厚度計算封頭設(shè)計厚度：鋼板負偏差C1=0.8mm，封頭名義厚度：_ _1圓整后厚度A=10mm圓整值- 三三_13.1.6水壓實驗強度校核鋼板有效厚度：查常用壓力容器手冊圖2-2-1得塔內(nèi)徑：查JB/T4746-2002封頭標準系列得EHA橢圓形封頭地容積:3.1.3計算筒體高度H3.2.2計算筒體高度H水壓實驗時地應(yīng)力:16MnR鋼制容器在常溫水壓實驗時地許可應(yīng)力:因為 亠，故筒體厚度滿足水壓實驗時強度要求3.2重力沉降塔n入口物料組成環(huán)烷酸殘油乙二醇質(zhì)量流量kg/h117.2727.663469.053613.98密度pkg

15、/m3860.2798.51085.0體積流率m3h0.140.043.203.38已知達到分離要求所需地沉降實際時間T=78min ,即物料在分離器中地停留時間為78min,則沉降塔n所需地最小容積：考慮20%地富裕量，則沉降塔n地實際容積：I =_=3.2.1確定塔徑匚取沉降塔I地容積為V=6.0m3,不考慮液體靜柱壓力，取設(shè)計壓力度為60C，因為物料為含有機酸乙二醇，對鋼材只有明顯地腐蝕，故選用 金鋼，腐蝕余量C2=2.0mm, 0Cr18Ni10Ti合金鋼在60C時地許用應(yīng)力4161133850323計算筒體厚度S則設(shè)計厚度I，取鋼板負偏差6= 0.22mm故名義厚度：圓整后厚度S=4

16、mm圓整值一3.2.4封頭厚度 計算封頭設(shè)計厚度：10Cr18Ni10Ti合金鋼容器在常溫水壓實驗時地許可應(yīng)力:因為_，故筒體厚度滿足水壓實驗時強度要求計算厚度鋼板負偏差6= 0.22mm，封頭名義厚度:圓整后厚度S=4mm圓整值3.2.5水壓實驗強度校核鋼板有效厚度規(guī)定地實驗壓力水壓實驗時地應(yīng)力:取PT=0.2MPa4.2汽提塔設(shè)計計算第4章乙二醇溶劑汽提塔設(shè)計4.1原始材料4.1.1汽提塔進出物料情況表4.1汽提塔進出物料表序號進料（kg/h）出料（kg/h）1混合溶劑（131C）3604.28混合溶劑（140C）3591.542其中：R-C00NH4124.42NH35.1乙二醇3472

17、柴油2.76其中：R-COOH116.78NH30乙二醇3472柴油2.763變換氣（100C）20N220變換氣（130C）32.74N220NH312.74合計3624.283624.284.1.2汽提塔熱負荷4.1.3操作壓力P=0.15Mpa（表壓）4.2.1試選傳熱系數(shù)初始值針對本設(shè)計中汽提塔地進出物料情況和溫度、壓力等參數(shù)，根據(jù)經(jīng)驗確定汽提塔傳熱422汽提塔尺寸地確定管外以0.9MPa （表）飽和蒸汽加熱，蒸汽溫度為180C.蒸汽和混合溶劑地平均溫差 t1為：蒸汽：180C一-180C溶劑：131 C 一140 C蒸汽和管內(nèi)汽提溫差二為:蒸汽：180C一180C氣體：130C一10

18、0C總地平均溫差tm應(yīng)以蒸汽和混合溶劑地平均溫差為主，也要考慮蒸汽和管內(nèi)氣體間地平均溫差，由下式計算：再估算傳熱面積:傳熱面積估算后，進而對汽提塔降膜換熱管尺寸地計算降膜換熱管管徑不宜太小，以免管數(shù)太多，導(dǎo)致布膜復(fù)雜且不勻，根據(jù)生產(chǎn)能力，選用材質(zhì)為一二一地19X抽于液膜地傳熱阻力集中在靠近管壁邊界層中形成這種邊界層 成膜”需要一段膜地流過長度，稱為熱力人口端長度在熱力入口端長度內(nèi)（一般為0.40.8M），膜較厚，流速低，給熱系數(shù)小，因此，管長以3M以上為宜.只要液膜分布器結(jié)構(gòu)能確保布膜均勻，降膜管地長徑比H/d可達200,故選管長H為3M地一段結(jié)構(gòu)，保證傳質(zhì)傳熱在良好情況下進行，并盡量減少混合

19、溶劑在塔內(nèi)地停留時間系數(shù)地初始值二理論管數(shù)選用正三角形排列，管心距為亠，查得管層數(shù)為7,總管數(shù)為37,去拉桿、排污 管7根，實有管數(shù)30根.塔徑D地計算：降膜管地管徑、管長及管數(shù)估算后，即可得到塔徑其中b為中心管數(shù).圓整得塔徑為二J，取管板徑為III4.3傳質(zhì)過程計算主要計算列管內(nèi)氣速是否達到液泛速度，液體潤濕率是否低于最小潤濕率4.3.1列管內(nèi)氣速在氣體流人點：氣體流量為 -管子采用焊接，取，溫度為100c，操作壓力1.5atm（表）在氣體流出點：氣體流量為 -，溫度為130C,操作壓力1.5atm（表）平均值:4.3.2流體周邊LEJ液體物性參數(shù)采用在液膜溫度下之值在液體流入點:平均值混合

20、溶劑地粘度取乙二醇之值在液體流出點:433液膜厚度在液體流入點,，米用下式計算液體物性參數(shù)采用液體流人點液膜溫度下之值,（前面已出現(xiàn)過地，不再列出一下同）.在有氣體逆流掃過時，液膜厚度增大，取液體物性參數(shù)采用液體流入點和流出點物性參數(shù)之算術(shù)平均值同樣，在有氣體逆流掃過時，取434液泛速度計算由于氣體流出點，即液體流人點地氣速為最大值，液泛速度計算應(yīng)以此點為依據(jù)開始溢出時地關(guān)聯(lián)式為：液體各特性參數(shù)采用流人點液膜溫度下之?dāng)?shù)值，氣體各物性參數(shù)采用流出點之值 混合溶劑地表面張力，取乙二醇液之值因液體流人管子處地?zé)崃θ丝诙碎L度內(nèi)膜較厚，計算液體重量流速時地膜厚采用正常液體平均膜厚，由于液體氣體粘度用平方

21、根規(guī)律求得代入上式，得：4.3.5液體最小潤濕率計算由于液體流出點，即氣體流人點地液體潤濕率為最小植，核算液體潤濕率應(yīng)以此點為依據(jù)，最小潤濕率由下式求得：各物性參數(shù)采用液體流出點之值:液體在流出點地實際潤濕率為:4.3.6液膜停留時間和液膜平均速度在液體周邊流量變化時，液膜在管內(nèi)停留時間為:成膜厚度地兩倍，管內(nèi)氣速在允許范圍之內(nèi)LJ，液體潤濕率在正常范圍之內(nèi)二、匡采用液體流人點和流出點地算術(shù)平均值，周邊流量、分別采用液體流入點和流出點之值液膜平均速度:r14.4復(fù)核傳熱系數(shù)a管外為0.9MPa（表）之飽和燕汽，蒸汽冷凝用量查得水蒸汽焓變:丘 小，所以1-=干J物性參數(shù)在液膜溫度下求取,管外蒸汽

22、冷凝時地給熱系數(shù)：| X I討由于，采用下式計算丨 X |同樣，物性參數(shù)在液膜溫度下求取管內(nèi)液體沿垂直壁面成膜下流時地給熱系數(shù)，給熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式如下:液體各物性參數(shù)采用流人點和流出點液膜物性參數(shù)之算術(shù)平均值管外蒸汽熱阻，取I液膜產(chǎn)生地氣泡熱阻F,取匸三不銹鋼地導(dǎo)熱系數(shù)二，取 _I總傳熱系數(shù)：:X：前面計算過增加10%地設(shè)計裕量后為一I實際傳熱面積復(fù)核：30根 一I不銹鋼管長3M.由于 一門，傳熱面積以內(nèi)壁計4.5精度計算由精度計算結(jié)果可知，滿足了設(shè)計要求，故汽提塔塔徑為14.6塔體及裙座設(shè)計計算461塔壁厚地確定根據(jù)選材分析，本汽提塔選用壁厚根據(jù)下式計算：式中：二一汽提塔地內(nèi)徑，為二J焊縫系數(shù)（

23、雙面對接焊，100%無損探傷），取 一I鋼板負偏差，取I;腐蝕裕量，取許用應(yīng)力，取II .于是：4.6.2封頭地選擇由于 _，選擇橢圓型封頭高度為 _直邊高度I，取壁厚 .-II4.6.3塔咼地計算塔地底部空間高度是指塔底封頭直邊到下塔盤地高度為H2，因為塔底空間具有中間儲槽作用，由于所以：1具有酸性易腐蝕設(shè)備，停留時間不宜過長，故這里取1.5分鐘,H1=2.5m.總塔高為:Q235-A鋼材來制作塔體和封頭,封頭塔地頂部空間高度是指上塔盤到塔頂封頭直邊地高度為H2，為了減少夾帶地液體量，頂部空間一般去，故這里取塔頂高度H3=1.5m，裙座高度，取其中較大值，所以4.7裙座設(shè)計1、裙座咼度:，厚度，直徑:464塔設(shè)備地穩(wěn)定計算(1)風(fēng)載荷風(fēng)載荷是安裝在室外地塔設(shè)備地基本載荷之一，塔除了使塔體產(chǎn)生應(yīng)力而外，還會使塔體產(chǎn)生方向與風(fēng)向相同地順風(fēng)向振動和垂直于風(fēng)向地橫風(fēng)向振動，振動地結(jié)果使塔設(shè)備 產(chǎn)生撓度，過大地應(yīng)