設(shè)計(jì)設(shè)備計(jì)算說(shuō)明書

第一章反應(yīng)器設(shè)計(jì) 0反應(yīng)器概述 0反應(yīng)器的基本類型與特點(diǎn) 0反應(yīng)過(guò)程和條件第一章反應(yīng)器設(shè)計(jì) 0反應(yīng)器概述 0反應(yīng)器的基本類型與特點(diǎn) 0反應(yīng)過(guò)程和條件 3乙烯的環(huán)氧化反應(yīng) 3催化劑的選擇 4反應(yīng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程 5進(jìn)料組成 5床層體積計(jì)算 6反應(yīng)器列管數(shù)計(jì)算 7應(yīng)器直徑 7反應(yīng)器高度計(jì)算 8反應(yīng)器換熱情況 9COMSOLMultiphysics對(duì)床層壓降的計(jì)算 101.7反應(yīng)器接口..........................................................................................111.7.1反應(yīng)器進(jìn)出料口.......................................................................111.7.2反應(yīng)器殼程進(jìn)出接口 12反應(yīng)器附件設(shè)計(jì) 12折流板的設(shè)計(jì) 12反應(yīng)器拉桿設(shè)計(jì) 13反應(yīng)器接口法蘭設(shè)計(jì) 13反應(yīng)器管板、管箱、反應(yīng)列管的連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 13反應(yīng)器強(qiáng)度設(shè)計(jì) 14反應(yīng)器筒體強(qiáng)度設(shè)計(jì) 14反應(yīng)器列管的強(qiáng)度設(shè)計(jì) 26第二章塔設(shè)備計(jì)算 28塔型的選擇 28塔盤的類型與選擇 31塔設(shè)備參數(shù)計(jì)算 32塔參數(shù)的確定 32塔徑計(jì)算 34塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 36塔板流體力學(xué)計(jì)算 38氣相通過(guò)浮閥塔板的壓強(qiáng)降 382.3.2液泛 392.3.3霧沫夾帶 39塔校驗(yàn)及負(fù)荷性能圖 40塔設(shè)備機(jī)械強(qiáng)度設(shè)計(jì) 45第三章泵選型 59泵選型依據(jù) 59泵的選型原則 59泵選型要求 61選型舉例介紹 61第四章壓縮機(jī)選型 644.1概述 64選型原則 64選型舉例介紹 64第五章?lián)Q熱器設(shè)計(jì) 4.1概述 64選型原則 64選型舉例介紹 64第五章?lián)Q熱器設(shè)計(jì) 655.15.2換熱器設(shè)備設(shè)計(jì)和選型 65換熱器工藝方案的確定 65換熱器型號(hào)的確定 65換熱器流體通道及程數(shù)的選擇 67工藝計(jì)算 67結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 69換熱器的機(jī)械設(shè)計(jì)及校核 695.35.45.55.5.15.5.25.5.65.5.7選材 69管板的選擇 70折流板 72防沖、導(dǎo)流 72拉桿、定距管、防短路結(jié)構(gòu) 73進(jìn)出管口的設(shè)計(jì) 73換熱器校核 73儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)與選型 90儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)依據(jù) 90儲(chǔ)罐類型 90罐區(qū)設(shè)計(jì)的原則 90原料儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)選型 915.6第六章6.16.26.36.4原料乙烯儲(chǔ)罐 91原料氧氣儲(chǔ)罐 916.56.6儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)選型 92回流罐的設(shè)計(jì)選型（V-301為例） 93回流罐的操作條件 93回流罐的選型 93混合罐的設(shè)計(jì)選型（以V0301為例） 94熱量集成 95數(shù)據(jù)提取 95最優(yōu)最小夾點(diǎn)溫差確定 96系統(tǒng)夾點(diǎn)的確定 97公用工程的選定 98換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì) 99換熱網(wǎng)絡(luò)概述 104節(jié)能效果 105設(shè)備選型一覽表 107物料衡算 115能量衡算 1396.7第七章7.17.27.37.47.57.67.71.1反應(yīng)器概述了反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)型式，反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)型式對(duì)工藝過(guò)程又有一個(gè)促進(jìn)和完善的作應(yīng)器設(shè)計(jì)往往較多地倚重研究實(shí)驗(yàn)工作。R0101反應(yīng)器進(jìn)行了較為詳細(xì)的設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)過(guò)程和結(jié)果可由下文表示。1.2反應(yīng)器的基本類型與特點(diǎn)器。下面分析四種反應(yīng)器的特點(diǎn)。1、釜式反應(yīng)器反應(yīng)器中物料濃度和溫度處處相等，并且等于反應(yīng)器出口物料的濃度和溫1.1反應(yīng)器概述了反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)型式，反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)型式對(duì)工藝過(guò)程又有一個(gè)促進(jìn)和完善的作應(yīng)器設(shè)計(jì)往往較多地倚重研究實(shí)驗(yàn)工作。R0101反應(yīng)器進(jìn)行了較為詳細(xì)的設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)過(guò)程和結(jié)果可由下文表示。1.2反應(yīng)器的基本類型與特點(diǎn)器。下面分析四種反應(yīng)器的特點(diǎn)。1、釜式反應(yīng)器反應(yīng)器中物料濃度和溫度處處相等，并且等于反應(yīng)器出口物料的濃度和溫存在時(shí)間這個(gè)自變量。優(yōu)點(diǎn)：適用范圍廣泛，投資少，投產(chǎn)容易，可以方便地改變反應(yīng)內(nèi)容。液相參與的反應(yīng)。2、管式反應(yīng)器(1)由于反應(yīng)物的在反應(yīng)器內(nèi)停留時(shí)間相等，所以在反應(yīng)器內(nèi)任何一點(diǎn)上的反應(yīng)物濃度和化學(xué)反應(yīng)速度都不隨時(shí)間而變化，只隨管長(zhǎng)變化；(2)管式反應(yīng)器具有容積小、比表面大、于熱效應(yīng)較大的反應(yīng)；容積的傳熱面積大，特別適用(4)管式反應(yīng)器適用于大型化和連續(xù)化的化工生產(chǎn)；(5)和釜式反應(yīng)器相比較，其返混較小，在流速較低的情況下，其管內(nèi)流體流型接近與理想流體；(6)管式反應(yīng)器既適用于液相反應(yīng)，又適用于氣相反應(yīng)，用于加壓反應(yīng)尤為合適。3、固定床反應(yīng)器固定床反應(yīng)器有三種基本形式：（1）軸向絕熱式固定床反應(yīng)器。流體沿軸向自上而界無(wú)熱交換。經(jīng)床層，床層同外2、管式反應(yīng)器(1)由于反應(yīng)物的在反應(yīng)器內(nèi)停留時(shí)間相等，所以在反應(yīng)器內(nèi)任何一點(diǎn)上的反應(yīng)物濃度和化學(xué)反應(yīng)速度都不隨時(shí)間而變化，只隨管長(zhǎng)變化；(2)管式反應(yīng)器具有容積小、比表面大、于熱效應(yīng)較大的反應(yīng)；容積的傳熱面積大，特別適用(4)管式反應(yīng)器適用于大型化和連續(xù)化的化工生產(chǎn)；(5)和釜式反應(yīng)器相比較，其返混較小，在流速較低的情況下，其管內(nèi)流體流型接近與理想流體；(6)管式反應(yīng)器既適用于液相反應(yīng)，又適用于氣相反應(yīng)，用于加壓反應(yīng)尤為合適。3、固定床反應(yīng)器固定床反應(yīng)器有三種基本形式：（1）軸向絕熱式固定床反應(yīng)器。流體沿軸向自上而界無(wú)熱交換。經(jīng)床層，床層同外（2）徑向絕熱式固定床反應(yīng)器。流體沿徑向流經(jīng)床層，可采用離心或向心的距離較絕熱條件下由反應(yīng)熱效應(yīng)引起的溫度變化的場(chǎng)合。（3）列管式固定床反應(yīng)器。由多根反應(yīng)管并聯(lián)構(gòu)成。管內(nèi)或管間填充催化25~50mm之間，管數(shù)由上述基本形式串聯(lián)組合而成的反應(yīng)器，稱為多級(jí)固定床反應(yīng)器。4、流化床反應(yīng)器流化床作為一種有效的反應(yīng)器己被廣泛地應(yīng)用于催化反應(yīng)、氣固非催化反的液體。流化床反應(yīng)器有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）從對(duì)催化劑的要求來(lái)看，流化應(yīng)采用小顆粒且粒度范圍較寬的催化劑，可以消除內(nèi)擴(kuò)散阻力，催化劑的效能得到充分發(fā)揮；傳熱上看，由于流化床可采用小顆粒催化劑(0.01~0.5mm)，所以流作，易于控制；（3）從傳質(zhì)上看，由于催化劑顆粒與流體處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，其間的相界面不斷更新，故傳質(zhì)系數(shù)較大，加之催化劑顆粒較小，每 接觸面積大，即傳質(zhì)面積大，因此有利于傳質(zhì)；（4）從操作看，由于催化劑顆粒處于穩(wěn)定的的液體。流化床反應(yīng)器有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）從對(duì)催化劑的要求來(lái)看，流化應(yīng)采用小顆粒且粒度范圍較寬的催化劑，可以消除內(nèi)擴(kuò)散阻力，催化劑的效能得到充分發(fā)揮；傳熱上看，由于流化床可采用小顆粒催化劑(0.01~0.5mm)，所以流作，易于控制；（3）從傳質(zhì)上看，由于催化劑顆粒與流體處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，其間的相界面不斷更新，故傳質(zhì)系數(shù)較大，加之催化劑顆粒較小，每 接觸面積大，即傳質(zhì)面積大，因此有利于傳質(zhì)；（4）從操作看，由于催化劑顆粒處于穩(wěn)定的狀態(tài)，所以催化劑可以連續(xù)裝入和卸出，對(duì)于催化劑易失活反應(yīng)，可使反應(yīng)過(guò)程和催化劑再生過(guò)程連續(xù)化；（5）從生產(chǎn)規(guī)模上看，流化床傳熱傳質(zhì)性能好，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用于大型化生產(chǎn)。但流化床也有一些缺點(diǎn)：模型接近于理論返混，從而降低了反應(yīng)推動(dòng)，促進(jìn)了副反應(yīng)，使得反應(yīng)收率低于固定床反應(yīng)器；氣流狀況不均，不少氣體以氣泡狀態(tài)經(jīng)過(guò)床層，氣固接觸效率不夠有效；由于催化劑顆粒間的相互劇烈碰撞，催化劑顆粒與器壁、內(nèi)構(gòu)件的磨擦，提出了較高的要求；（4）由于催化劑顆粒與設(shè)備的劇烈碰撞，易造成反應(yīng)設(shè)備及管道的磨損，增大了設(shè)備消耗。操作方便、操作彈性較大。制比較難。劑損失,同時(shí)保證反應(yīng)器內(nèi)部產(chǎn)生的大量熱量能夠及時(shí)移除反應(yīng)器以保證反應(yīng)器列管式固定床反應(yīng)器。1.3反應(yīng)過(guò)程和條件1.3.1乙烯的環(huán)氧化反應(yīng)1反應(yīng)方程式本項(xiàng)目的主要反應(yīng)為乙烯和氧氣在二氯乙烷做抑制劑和甲烷做致穩(wěn)氣在多相催化的條件下生成環(huán)氧乙烷以及副產(chǎn)物水此外還產(chǎn)生微量的醛、甲酸和乙酸，但其含量極低本過(guò)程將其忽略。其反應(yīng)方程式可表示為：2C2操作方便、操作彈性較大。制比較難。劑損失,同時(shí)保證反應(yīng)器內(nèi)部產(chǎn)生的大量熱量能夠及時(shí)移除反應(yīng)器以保證反應(yīng)器列管式固定床反應(yīng)器。1.3反應(yīng)過(guò)程和條件1.3.1乙烯的環(huán)氧化反應(yīng)1反應(yīng)方程式本項(xiàng)目的主要反應(yīng)為乙烯和氧氣在二氯乙烷做抑制劑和甲烷做致穩(wěn)氣在多相催化的條件下生成環(huán)氧乙烷以及副產(chǎn)物水此外還產(chǎn)生微量的醛、甲酸和乙酸，但其含量極低本過(guò)程將其忽略。其反應(yīng)方程式可表示為：2C2H4O22C2H4O2C2H43O22H2O2CO22反應(yīng)條件經(jīng)查閱大量資料文獻(xiàn)，本反應(yīng)優(yōu)選在高于200℃低于300℃的溫度下以及高1MPa3MPa的270℃、在2.1MPa的條件下進(jìn)行生產(chǎn)反應(yīng)。1.3.2催化劑的選擇Shell公司催化劑Shell1988g-e-sg-e—cs—在2.1MPa的條件下進(jìn)行生產(chǎn)反應(yīng)。1.3.2催化劑的選擇Shell公司催化劑Shell1988g-e-sg-e—cs—S體系催化劑即S880大量工作。目前擁有高活性和高選擇性2種系列催化劑。高活性催化劑系列S-860，S-861，S-862，S-863，其特點(diǎn)是初始反應(yīng)溫度低(220～235℃)，初始特別是近年來(lái)在活性和穩(wěn)定性方面較為突出，23年。SD公司催化劑SD-1105催化劑，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)了-2100(1m3lh)2702kg，的銀有機(jī)酸鹽烴溶液浸漬多孔載體，在含有惰性氣體和()<21％的氣氛中分四級(jí)過(guò)渡金屬的催化劑，選擇性和穩(wěn)定性較高。等綜合考慮之后決定采用Shell公司生產(chǎn)的S-886Ag，α-1-1：1-1催化劑表征數(shù)據(jù)項(xiàng)目表征數(shù)據(jù)載體主要成分α-氧化鋁載體其他成分Mg可見Shell公司的催化劑、助催化劑應(yīng)包括堿金屬、錸和錸的協(xié)同助催化劑385％以上。1.4反應(yīng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程1.4.1進(jìn)料組成根據(jù)本項(xiàng)目設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，年處理25萬(wàn)噸乙烯，按年開工300天即720034811.9108Kg1240.9Kmol/hr。我們用AspenPlusV7.3版本軟件對(duì)反應(yīng)進(jìn)行了模擬，得到了反應(yīng)器物料組成，詳細(xì)組成數(shù)據(jù)如下表1-2所示:處1-2反應(yīng)器處物料組成可見Shell公司的催化劑、助催化劑應(yīng)包括堿金屬、錸和錸的協(xié)同助催化劑385％以上。1.4反應(yīng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程1.4.1進(jìn)料組成根據(jù)本項(xiàng)目設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，年處理25萬(wàn)噸乙烯，按年開工300天即720034811.9108Kg1240.9Kmol/hr。我們用AspenPlusV7.3版本軟件對(duì)反應(yīng)進(jìn)行了模擬，得到了反應(yīng)器物料組成，詳細(xì)組成數(shù)據(jù)如下表1-2所示:處1-2反應(yīng)器處物料組成MoleFlowkmol/hrH2O82.7803109CO21629.28707C2H45764.66101O21944.54036CH419083.1905N2238.303996AR322.921885C2H4O38.6331626S（Ag），%17.5助活性組分Zr、Re、Ni催化劑比表面積/（m2g-1）1.3/（mLg-1）0.360.86催化劑形狀、 /mm環(huán)形，8催化劑點(diǎn)壓碎強(qiáng)度/N18-241.4.2床層體積計(jì)算空速對(duì)反應(yīng)的影響：時(shí)間里通過(guò)催化劑的原料多，原料在催化劑上的停留時(shí)間短，反應(yīng)深度淺。相反，低的空速意味著在相同處理量的情況下需要的催化劑數(shù)量較多，反應(yīng)器體積較的活性、原料性質(zhì)、要求等各方面綜合確定。劑床層的傳熱性能主要受到過(guò)對(duì)相關(guān)資料文獻(xiàn)的綜合比對(duì)我們最終決定催化劑空速為2500。床層計(jì)算：MassFlowkg/hrH2O1491.31048CO271704.598C2H4161720.416O262222.958CH4306147.046N26675.72423AR12900.0835C2H4O1701.91289TotalFlowkmol/hr1.4.2床層體積計(jì)算空速對(duì)反應(yīng)的影響：時(shí)間里通過(guò)催化劑的原料多，原料在催化劑上的停留時(shí)間短，反應(yīng)深度淺。相反，低的空速意味著在相同處理量的情況下需要的催化劑數(shù)量較多，反應(yīng)器體積較的活性、原料性質(zhì)、要求等各方面綜合確定。劑床層的傳熱性能主要受到過(guò)對(duì)相關(guān)資料文獻(xiàn)的綜合比對(duì)我們最終決定催化劑空速為2500。床層計(jì)算：MassFlowkg/hrH2O1491.31048CO271704.598C2H4161720.416O262222.958CH4306147.046N26675.72423AR12900.0835C2H4O1701.91289TotalFlowkmol/hr29104.3183TotalFlowkg/hr624564.049TotalFlowcum/hr62846.0967Vf由公式VRv3上式中：VR為床層體積， 為mV為原料氣體體積流量， 為m3/hf為h1v為催化劑空速，62846.096725.14m3故有：Vf由公式VRv3上式中：VR為床層體積， 為mV為原料氣體體積流量， 為m3/hf為h1v為催化劑空速，62846.096725.14m3故有：VR25001.4.3反應(yīng)器列管數(shù)計(jì)算7.2m。故列管數(shù)：V床25.14n7117根22dLt441.4.4應(yīng)器直徑根，反應(yīng)列管優(yōu)選采用錯(cuò)列正三角形排列。1-1所示：1-1反應(yīng)器列管排列由于反應(yīng)為強(qiáng)放熱反應(yīng)，則管心距取t1.4d0則t1-1反應(yīng)器列管排列由于反應(yīng)為強(qiáng)放熱反應(yīng)，則管心距取t1.4d0則t1.43042mm橫過(guò)管束中心線的管數(shù)為：nc1.1 n1.1711793根殼體內(nèi)徑為：Dt(nc1)2e其中e為管束中心線最外層管的中心至殼體內(nèi)壁的距離，一般情況下取e(1~1.5)d0本工藝取則殼體內(nèi)徑為：D42(931)237.5mm3939mm將其圓整到4000mmD=4m。1.4.5反應(yīng)器高度計(jì)算列管長(zhǎng)度：L=8m筒體頂部空間：根據(jù)《Ha=1mHb=2m筒體底部空間：根據(jù)《封頭高度：采用橢圓形封頭，根據(jù)JB/T4746—2002可得，曲面高度H1=1m,直邊高度H2=50mm,Hc=2×（1.0+0.05）=2.1m。由以上可得：反應(yīng)器高度H=L+Ha+Hb+Hc=8+1+2+2.1=13.1m1.5反應(yīng)器換熱情況熱介質(zhì)。260℃。將反應(yīng)器床270℃。傳熱推動(dòng)力為2封頭高度：采用橢圓形封頭，根據(jù)JB/T4746—2002可得，曲面高度H1=1m,直邊高度H2=50mm,Hc=2×（1.0+0.05）=2.1m。由以上可得：反應(yīng)器高度H=L+Ha+Hb+Hc=8+1+2+2.1=13.1m1.5反應(yīng)器換熱情況熱介質(zhì)。260℃。將反應(yīng)器床270℃。傳熱推動(dòng)力為21)1t227022027026028CTln(270220)mTtln2 1270260換熱面積為Andol7117(3010)85363.4m3 2Aspenplus計(jì)算可得，反應(yīng)過(guò)程產(chǎn)生的熱量為Q|3.99107W則反應(yīng)器換熱操作的傳熱系數(shù)為：3.99107QK299.368W/(mC)2ATm 5363.424.82已知導(dǎo)熱油在反應(yīng)溫度下240℃下的比熱容2.23kJ/kgK則冷卻介質(zhì)的質(zhì)量流量為：3.99107QWC(tt)2230(260220)447.31kg/sp2 1COMSOLMultiphysics對(duì)床層壓降的計(jì)算我們通過(guò)用COMSOLMultiphysics軟件的反應(yīng)工程模塊對(duì)反應(yīng)停留時(shí)間做了耦合得到了以下數(shù)據(jù)1-2反應(yīng)停留時(shí)間耦合從圖中我們可以看出乙烯轉(zhuǎn)化率達(dá)到10.6％所需要的時(shí)間為1.5s，而催化7.2COMSOLMultiphysics對(duì)床層壓降的計(jì)算我們通過(guò)用COMSOLMultiphysics軟件的反應(yīng)工程模塊對(duì)反應(yīng)停留時(shí)間做了耦合得到了以下數(shù)據(jù)1-2反應(yīng)停留時(shí)間耦合從圖中我們可以看出乙烯轉(zhuǎn)化率達(dá)到10.6％所需要的時(shí)間為1.5s，而催化7.2m，計(jì)算可得到反應(yīng)氣體在管中的流速為u4.8ms。壓降公式：lu21PfBd3p B1501.75ReRedpu11Bl—層床高度；f—摩擦系數(shù)，—流體密度；dp—催化劑顆粒的當(dāng)量直徑；帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得：Re84.89.9411431710.570.062150f1.751.76所以層床壓降為：Pdp—催化劑顆粒的當(dāng)量直徑；帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得：Re84.89.9411431710.570.062150f1.751.76所以層床壓降為：P1.767.24.89.9410.57)175276Pa0.175MPa15%床內(nèi)0.0080.573所以反應(yīng)器床層壓降合適。1.7反應(yīng)器接口1.7.1反應(yīng)器進(jìn)出料口進(jìn)料口管徑：Aspenplus物料衡算可知，反應(yīng)器進(jìn)料口的體積流量Vf17.4ms。3根據(jù)《常用化工單元設(shè)計(jì)》中的相關(guān)內(nèi)容，進(jìn)料流速取vf30ms則進(jìn)料管的直徑：4Vf417.4d0.859mvin3.1430f因此選擇88010mmQ345D材料的無(wú)縫。出料口管徑：Aspenplus模擬數(shù)據(jù)可知，反應(yīng)器出料口的體積流量Vf17.2ms。3出料流速同樣取vf30ms則出料管的直徑：4Vf417.2d0.854minv3.1430f因此選擇88010mmQ345D材料的無(wú)縫。1.7.2反應(yīng)器殼程進(jìn)出接口反應(yīng)器殼程換熱介質(zhì)為熱油，其密度在工作溫度下為860Kg/m3，用量為447.309Kg/s。體積可算得為M油447.309則出料管的直徑：4Vf417.2d0.854minv3.1430f因此選擇88010mmQ345D材料的無(wú)縫。1.7.2反應(yīng)器殼程進(jìn)出接口反應(yīng)器殼程換熱介質(zhì)為熱油，其密度在工作溫度下為860Kg/m3，用量為447.309Kg/s。體積可算得為M油447.3090.52m3/sV油860油進(jìn)料流速取vm3.5ms40.52則d0.435mmv3.143.5m因此選擇44010mmQ345D材料的無(wú)縫。1.8反應(yīng)器附件設(shè)計(jì)1.8.1折流板的設(shè)計(jì)的圓缺高度為：h0.25D0.254000mm1000mm取折流板間的距離：折流板的數(shù)目為：列管N17B流折流板厚度為：24mm1.8.2反應(yīng)器拉桿設(shè)計(jì)由于反應(yīng)器選擇的是302.5mm列管N17B流折流板厚度為：24mm1.8.2反應(yīng)器拉桿設(shè)計(jì)由于反應(yīng)器選擇的是302.5mm，查表確定拉桿的直徑為12mm。拉桿螺12mm2×4518根。1.8.3反應(yīng)器接口法蘭設(shè)計(jì)面和榫槽面5，《鋼制化工容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)定》，對(duì)于中壓管道，采用凹凸面密封連接，帶頸平焊法蘭，根據(jù)管徑和GB/T9116.12000選用合理的法蘭1-3所示：1-3凹凸面帶頸平焊法1.8.4反應(yīng)器管板、管箱、反應(yīng)列管的連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1）殼體與管板的連接結(jié)構(gòu)式。2）管箱與管板的連接結(jié)構(gòu)封求以及加工制造方便性，法蘭之間采用平面密封形式。3）反應(yīng)管與管板的連接結(jié)構(gòu)本工藝考慮到反應(yīng)器的密封性能要求較高且管板要承受管束振動(dòng)及疲勞載輕度脹接。4）管板法蘭及管板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)管板法蘭通過(guò)螺栓連接，螺栓數(shù)目為32個(gè)。1.9反應(yīng)器強(qiáng)度設(shè)計(jì)1.9.1反應(yīng)器筒體強(qiáng)度設(shè)計(jì)為保證反應(yīng)器在設(shè)計(jì)溫度和度設(shè)計(jì)和測(cè)試，結(jié)果如下表1-3所示：1-3列管式固定床反應(yīng)器列管式固定床反應(yīng)器位重慶理工大學(xué)碧海 項(xiàng)目組筒體設(shè)計(jì)條件內(nèi)筒設(shè)計(jì) pMP2.3設(shè)計(jì)溫度tC式。2）管箱與管板的連接結(jié)構(gòu)封求以及加工制造方便性，法蘭之間采用平面密封形式。3）反應(yīng)管與管板的連接結(jié)構(gòu)本工藝考慮到反應(yīng)器的密封性能要求較高且管板要承受管束振動(dòng)及疲勞載輕度脹接。4）管板法蘭及管板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)管板法蘭通過(guò)螺栓連接，螺栓數(shù)目為32個(gè)。1.9反應(yīng)器強(qiáng)度設(shè)計(jì)1.9.1反應(yīng)器筒體強(qiáng)度設(shè)計(jì)為保證反應(yīng)器在設(shè)計(jì)溫度和度設(shè)計(jì)和測(cè)試，結(jié)果如下表1-3所示：1-3列管式固定床反應(yīng)器列管式固定床反應(yīng)器位重慶理工大學(xué)碧海 項(xiàng)目組筒體設(shè)計(jì)條件內(nèi)筒設(shè)計(jì) pMP2.3設(shè)計(jì)溫度tC270Dimm4000nmm50材料名稱12Cr2Mo1VR許用應(yīng)力MP219t219415tsC1mm0.3C2mm1.5C＝C1＋C2mm1.8焊接接頭系數(shù)0.85試驗(yàn)類型試驗(yàn) pTMP2.7Lwmm11000Lmm筒體上封頭筒體下封頭夾套封頭封頭形式橢圓形橢圓形nmm4646材料名稱12Cr2Mo1VR12Cr2Mo1VRtMP219219C1mm0.30.3C2mm1.51.25C＝C1＋C2mm1.81.55tsC1mm0.3C2mm1.5C＝C1＋C2mm1.8焊接接頭系數(shù)0.85試驗(yàn)類型試驗(yàn) pTMP2.7Lwmm11000Lmm筒體上封頭筒體下封頭夾套封頭封頭形式橢圓形橢圓形nmm4646材料名稱12Cr2Mo1VR12Cr2Mo1VRtMP219219C1mm0.30.3C2mm1.51.25C＝C1＋C2mm1.81.550.850.85內(nèi)圓筒體內(nèi)筒上封頭內(nèi)筒下封頭校核結(jié)果校核合格校核合格校核合格質(zhì) 量m kg54931.96455.146455.14mm1-4內(nèi)筒體內(nèi)壓計(jì)算內(nèi)筒體內(nèi)壓計(jì)算計(jì)算重慶理工大學(xué)碧海 項(xiàng)目組GB150.3-2011計(jì)算條件筒體簡(jiǎn)圖計(jì)算 Pc2.30MPa設(shè)計(jì)溫度t270.00CDi4000.00mm材料12Cr2Mo1VR (板219.00MPa219.00MPas415.00MPaC10.30mmC21.50mm0.85計(jì)算厚度 =24.86mm有效厚度e=1-4內(nèi)筒體內(nèi)壓計(jì)算內(nèi)筒體內(nèi)壓計(jì)算計(jì)算重慶理工大學(xué)碧海 項(xiàng)目組GB150.3-2011計(jì)算條件筒體簡(jiǎn)圖計(jì)算 Pc2.30MPa設(shè)計(jì)溫度t270.00CDi4000.00mm材料12Cr2Mo1VR (板219.00MPa219.00MPas415.00MPaC10.30mmC21.50mm0.85計(jì)算厚度 =24.86mm有效厚度e=n-C1-C2=48.20mm名義厚度n=50.00mm重量54931.91Kg試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核試驗(yàn)類型試驗(yàn)試驗(yàn) 值P=1.25P[]=2.7000 ( )T 或由用戶輸入MPaTT0.90s= 373.50MPa試驗(yàn) 應(yīng)力pT.(Die)T= 2e. =133.39MPa校核條件TT校核結(jié)果合格2e[]t[Pw]= MPat= 2e =96.59MPat186.15MPa校核條件t≥t結(jié)論合格內(nèi)筒上封頭內(nèi)壓計(jì)算計(jì)算重慶理工大學(xué)碧海 項(xiàng)目組GB150.3-2011計(jì)算條件橢圓封頭簡(jiǎn)圖計(jì)算 Pc2.30MPa設(shè)計(jì)溫度t270.00CDi4000.00mmhi1000.00mm材料12Cr2Mo1VR (板材)t219.00MPa219.00MPaC10.30mmC21.50mm0.85試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核試驗(yàn)類型試驗(yàn)試驗(yàn) 值PT1.25Pc]=2.7000 (或由用戶輸入)MPa力內(nèi)筒上封頭內(nèi)壓計(jì)算計(jì)算重慶理工大學(xué)碧海 項(xiàng)目組GB150.3-2011計(jì)算條件橢圓封頭簡(jiǎn)圖計(jì)算 Pc2.30MPa設(shè)計(jì)溫度t270.00CDi4000.00mmhi1000.00mm材料12Cr2Mo1VR (板材)t219.00MPa219.00MPaC10.30mmC21.50mm0.85試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核試驗(yàn)類型試驗(yàn)試驗(yàn) 值PT1.25Pc]=2.7000 (或由用戶輸入)MPa力tT0.90s= 373.50MPa試驗(yàn) 下封頭的應(yīng)力pT.(KDi0.5e)T= =144.53MPa校核條件TT校核結(jié)果合格形狀系數(shù)1 D22i6 2hK= i=1.0000計(jì)算厚度 =2[]t0.5Pch =24.79mm有效厚度eh=nh-C1-C2=44.20mm最小厚度min=6.00mm名義厚度nh=46.00mm結(jié)論滿足最小厚度要求重量6455.14Kg壓力計(jì)算1-6內(nèi)筒上封頭內(nèi)壓計(jì)算內(nèi)筒上封頭內(nèi)壓計(jì)算計(jì)算重慶理工大學(xué)碧海 項(xiàng)目組GB150.3-2011計(jì)算條件橢圓封頭簡(jiǎn)圖計(jì)算 Pc2.30MPa設(shè)計(jì)溫度t270.00CDi4000.00mmhi1000.00mm材料12Cr2Mo1VR (板材)t219.00MPa219.00MPaC10.30mmC21.50mm0.85試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核試驗(yàn)類型試驗(yàn)試驗(yàn) 值PT1.25P1-6內(nèi)筒上封頭內(nèi)壓計(jì)算內(nèi)筒上封頭內(nèi)壓計(jì)算計(jì)算重慶理工大學(xué)碧海 項(xiàng)目組GB150.3-2011計(jì)算條件橢圓封頭簡(jiǎn)圖計(jì)算 Pc2.30MPa設(shè)計(jì)溫度t270.00CDi4000.00mmhi1000.00mm材料12Cr2Mo1VR (板材)t219.00MPa219.00MPaC10.30mmC21.50mm0.85試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核試驗(yàn)類型試驗(yàn)試驗(yàn) 值PT1.25Pc]=2.7000 (或由用戶輸入)MPa力tT0.90s= 373.50MPa試驗(yàn) 下封頭的應(yīng)力pT.(KDi0.5e)T= =144.53MPa校核條件TT校核結(jié)果合格形狀系數(shù)1 D22i6 2hK= i=1.00002[]tee=4.09131MPa結(jié)論合格內(nèi)筒下封頭內(nèi)壓計(jì)算計(jì)算重慶理工大學(xué)碧海 項(xiàng)目組GB150.3-2011計(jì)算條件橢圓封頭簡(jiǎn)圖計(jì)算 Pc2.30MPa計(jì)算厚度 =2[]t0.5Pch內(nèi)筒下封頭內(nèi)壓計(jì)算計(jì)算重慶理工大學(xué)碧海 項(xiàng)目組GB150.3-2011計(jì)算條件橢圓封頭簡(jiǎn)圖計(jì)算 Pc2.30MPa計(jì)算厚度 =2[]t0.5Pch =24.79mm有效厚度eh=nh-C1-C2=44.20mm最小厚度min=6.00mm名義厚度nh=46.00mm結(jié)論滿足最小厚度要求重量6455.14Kg壓力計(jì)算2[]tee=4.09131MPa結(jié)論合格開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算計(jì)算重慶理工大學(xué)碧海 項(xiàng)目組接管: N1,φ870×10計(jì)算方法GB150.3-2011等面積補(bǔ)強(qiáng)法，單孔設(shè) 計(jì) 條 件簡(jiǎn) 圖設(shè)計(jì)溫度t270.00CDi4000.00mmhi1000.00mm材料12Cr2Mo1VR (板材)t219.00MPa219.00MPaC10.30mmC21.25mm0.85試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核試驗(yàn)類型試驗(yàn)試驗(yàn) 值PT1.25Pc]=2.7000 (或由用戶輸入)MPa試驗(yàn)允許通過(guò)的應(yīng)力開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算計(jì)算重慶理工大學(xué)碧海 項(xiàng)目組接管: N1,φ870×10計(jì)算方法GB150.3-2011等面積補(bǔ)強(qiáng)法，單孔設(shè) 計(jì) 條 件簡(jiǎn) 圖設(shè)計(jì)溫度t270.00CDi4000.00mmhi1000.00mm材料12Cr2Mo1VR (板材)t219.00MPa219.00MPaC10.30mmC21.25mm0.85試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核試驗(yàn)類型試驗(yàn)試驗(yàn) 值PT1.25Pc]=2.7000 (或由用戶輸入)MPa試驗(yàn)允許通過(guò)的應(yīng)力tT0.90s= 373.50MPa試驗(yàn) 下封頭的應(yīng)力pT.(KDi0.5e)T= =143.72MPa校核條件TT校核結(jié)果合格形狀系數(shù)1 D22i6 2hK= i=1.0000計(jì)算厚度 =2[]t0.5Pch =24.79mm有效厚度eh=nh-C1-C2=44.45mm最小厚度min=6.00mm名義厚度nh=46.00mm結(jié)論滿足最小厚度要求重量6455.14Kg壓力計(jì)算2[]tee=4.11432MPa結(jié)論合格計(jì)算 pc2.3MPa設(shè)計(jì)溫度270℃殼體型式橢圓形封頭殼體材料12Cr2Mo1VR板材數(shù)φ0.85Di4000mm殼體開孔處名義厚度δn46mmC10.3mmC21.5mm殼體材料許用應(yīng)力[σ]t219MPa橢圓形封頭長(zhǎng)短軸之比2的夾角(°)-01000mm接管連接型式式接管100mm接管材料名稱及類型Q345D管材1接管腐蝕裕量1.25mm稱封頭軸線的距離mm補(bǔ)強(qiáng)圈外徑mm補(bǔ)強(qiáng)圈厚度mmC1t1.5mmC1rmm接管材料許用應(yīng)力[σ]t161.4MPa[σ]tMPa開 孔 補(bǔ) 強(qiáng) 計(jì) 算855.5mm1殼體計(jì)算厚度δ22.309mm接管計(jì)算厚度δt6.0998mmfrr0接管材料強(qiáng)度削弱系數(shù)fr0.737d855.5mmB1711mmh192.493mmh292.493mmA19170mm2A118644mm2A2975mm2A計(jì)算 pc2.3MPa設(shè)計(jì)溫度270℃殼體型式橢圓形封頭殼體材料12Cr2Mo1VR板材數(shù)φ0.85Di4000mm殼體開孔處名義厚度δn46mmC10.3mmC21.5mm殼體材料許用應(yīng)力[σ]t219MPa橢圓形封頭長(zhǎng)短軸之比2的夾角(°)-01000mm接管連接型式式接管100mm接管材料名稱及類型Q345D管材1接管腐蝕裕量1.25mm稱封頭軸線的距離mm補(bǔ)強(qiáng)圈外徑mm補(bǔ)強(qiáng)圈厚度mmC1t1.5mmC1rmm接管材料許用應(yīng)力[σ]t161.4MPa[σ]tMPa開 孔 補(bǔ) 強(qiáng) 計(jì) 算855.5mm1殼體計(jì)算厚度δ22.309mm接管計(jì)算厚度δt6.0998mmfrr0接管材料強(qiáng)度削弱系數(shù)fr0.737d855.5mmB1711mmh192.493mmh292.493mmA19170mm2A118644mm2A2975mm2A3212mm2A1+A2+A3=mm2A，不需另加補(bǔ)強(qiáng)。19831A4mm2A-(A1+A2+A3)mm2開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算計(jì)算重慶理工大學(xué)碧海 項(xiàng)目組接管: N2,φ870×10計(jì)算方法GB150.3-2011等面積補(bǔ)強(qiáng)法，單孔設(shè) 計(jì) 條 件簡(jiǎn) 圖計(jì)算 pc2.3MPa設(shè)計(jì)溫度270℃殼體型式橢圓形封頭殼體材料12Cr2Mo1VR板材數(shù)φ0.85Di4000mm殼體開孔處名義厚度δn46mmC10.3mmC21.25mm殼體材料許用應(yīng)力[σ]t219MPa橢圓形封頭長(zhǎng)短軸之比2線的夾角(°)-01000mm接管連接型式式接管100mm接管材料名稱及類型Q345D管材1接管腐蝕裕量1.25mm稱封頭軸線的距離mm補(bǔ)強(qiáng)圈外徑mm補(bǔ)強(qiáng)圈厚度mmC1t1.5mmC1rmm接管材料許用應(yīng)力[σ]t161.4MPa[σ]tMPa開 孔 補(bǔ) 強(qiáng) 計(jì) 算855.5mm1殼體計(jì)算厚度δ22.309mm接管計(jì)算厚度δt6.0998mmfrr0接管材料強(qiáng)度削弱系數(shù)fr0.737開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算計(jì)算重慶理工大學(xué)碧海 項(xiàng)目組接管: N2,φ870×10計(jì)算方法GB150.3-2011等面積補(bǔ)強(qiáng)法，單孔設(shè) 計(jì) 條 件簡(jiǎn) 圖計(jì)算 pc2.3MPa設(shè)計(jì)溫度270℃殼體型式橢圓形封頭殼體材料12Cr2Mo1VR板材數(shù)φ0.85Di4000mm殼體開孔處名義厚度δn46mmC10.3mmC21.25mm殼體材料許用應(yīng)力[σ]t219MPa橢圓形封頭長(zhǎng)短軸之比2線的夾角(°)-01000mm接管連接型式式接管100mm接管材料名稱及類型Q345D管材1接管腐蝕裕量1.25mm稱封頭軸線的距離mm補(bǔ)強(qiáng)圈外徑mm補(bǔ)強(qiáng)圈厚度mmC1t1.5mmC1rmm接管材料許用應(yīng)力[σ]t161.4MPa[σ]tMPa開 孔 補(bǔ) 強(qiáng) 計(jì) 算855.5mm1殼體計(jì)算厚度δ22.309mm接管計(jì)算厚度δt6.0998mmfrr0接管材料強(qiáng)度削弱系數(shù)fr0.737d855.5mmB1711mm結(jié)論:合格開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算計(jì)算重慶理工大學(xué)碧海 項(xiàng)目組接管: N3,φ450×10計(jì)算方法GB150.3-2011等面積補(bǔ)強(qiáng)法，單孔設(shè) 計(jì) 條 件簡(jiǎn) 圖計(jì)算 pc2.3MPa設(shè)計(jì)溫度270℃殼體型式圓形筒體殼體材料12Cr2Mo1VR板材數(shù)φ0.85Di4000mm殼體開孔處名義厚度δn50mmC10.3mmC21.5mm殼體材料許用應(yīng)力[σ]t219MPa角(°)0線的夾角(°)500mm接管連接型式式接管100mm接管材料名稱及類型Q345D管材1接管腐蝕裕量0.25mm稱封頭軸線的距離mm補(bǔ)強(qiáng)圈外徑mm補(bǔ)強(qiáng)圈厚度mmh192.493mmh292.493mmA19170mm2A118857mm2A2975mm2A3開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算計(jì)算重慶理工大學(xué)碧海 項(xiàng)目組接管: N3,φ450×10計(jì)算方法GB150.3-2011等面積補(bǔ)強(qiáng)法，單孔設(shè) 計(jì) 條 件簡(jiǎn) 圖計(jì)算 pc2.3MPa設(shè)計(jì)溫度270℃殼體型式圓形筒體殼體材料12Cr2Mo1VR板材數(shù)φ0.85Di4000mm殼體開孔處名義厚度δn50mmC10.3mmC21.5mm殼體材料許用應(yīng)力[σ]t219MPa角(°)0線的夾角(°)500mm接管連接型式式接管100mm接管材料名稱及類型Q345D管材1接管腐蝕裕量0.25mm稱封頭軸線的距離mm補(bǔ)強(qiáng)圈外徑mm補(bǔ)強(qiáng)圈厚度mmh192.493mmh292.493mmA19170mm2A118857mm2A2975mm2A3213mm2A1+A2+A3=mm2A，不需另加補(bǔ)強(qiáng)。20045A4mm2A-(A1+A2+A3)mm2結(jié)論:合格開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算計(jì)算重慶理工大學(xué)碧海 項(xiàng)目組接管: N4,φ450×10計(jì)算方法GB150.3-2011等面積補(bǔ)強(qiáng)法，單孔設(shè) 計(jì) 條 件簡(jiǎn) 圖計(jì)算 pc2.3MPa設(shè)計(jì)溫度270℃殼體型式圓形筒體殼體材料12Cr2Mo1VR板材數(shù)φ0.85Di4000mm殼體開孔處名義厚度δn50mmC10.3mmC21.5mm殼體材料許用應(yīng)力[σ]t219MPa角(°)0線的夾角(°)C1t1.5mmC1rmm接管材料許用應(yīng)力[σ]t161.4MPa[σ]tMPa開 孔 補(bǔ) 強(qiáng) 計(jì) 算433.5mm1殼體計(jì)算厚度δ24.865mm接管計(jì)算厚度δt3.0858mmfrr0接管材料強(qiáng)度削弱系數(shù)fr0.737d433.5mmB867mmh165.841mmh265.841mmA10887開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算計(jì)算重慶理工大學(xué)碧海 項(xiàng)目組接管: N4,φ450×10計(jì)算方法GB150.3-2011等面積補(bǔ)強(qiáng)法，單孔設(shè) 計(jì) 條 件簡(jiǎn) 圖計(jì)算 pc2.3MPa設(shè)計(jì)溫度270℃殼體型式圓形筒體殼體材料12Cr2Mo1VR板材數(shù)φ0.85Di4000mm殼體開孔處名義厚度δn50mmC10.3mmC21.5mm殼體材料許用應(yīng)力[σ]t219MPa角(°)0線的夾角(°)C1t1.5mmC1rmm接管材料許用應(yīng)力[σ]t161.4MPa[σ]tMPa開 孔 補(bǔ) 強(qiáng) 計(jì) 算433.5mm1殼體計(jì)算厚度δ24.865mm接管計(jì)算厚度δt3.0858mmfrr0接管材料強(qiáng)度削弱系數(shù)fr0.737d433.5mmB867mmh165.841mmh265.841mmA10887mm2A110015mm2A21278mm2A3243mm2A1+A2+A3=mm2A，不需另加補(bǔ)強(qiáng)。11535A4mm2A-(A1+A2+A3)mm2結(jié)論:合格1.9.2反應(yīng)器列管的強(qiáng)度設(shè)計(jì)反應(yīng)器列管計(jì)算重慶理工大學(xué)碧海 項(xiàng)目組GB150.3-2011計(jì)算條件筒體簡(jiǎn)圖計(jì)算 Pc3.10MPa設(shè)計(jì)溫度t270.00CDi25.00mm材料S21953 (管材)233.00MPa207.20MPas440.00MPaC10.35mmC20.00mm500mm接管連接型式式接管100mm接管材料名稱及類型Q345D管材1接管腐蝕裕量1.25mm稱封頭軸線的距離mm補(bǔ)強(qiáng)圈外徑mm補(bǔ)強(qiáng)圈厚度mmC1t1.5mmC1rmm接管材料許用應(yīng)力[σ]t161.4MPa[σ]tMPa開 孔 補(bǔ) 強(qiáng) 計(jì) 算435.5mm1殼體計(jì)算厚度δ24.865mm接管計(jì)算厚度δt3.0858mmfrr0接管材料強(qiáng)度削弱系數(shù)fr0.737d435.5mm1.9.2反應(yīng)器列管的強(qiáng)度設(shè)計(jì)反應(yīng)器列管計(jì)算重慶理工大學(xué)碧海 項(xiàng)目組GB150.3-2011計(jì)算條件筒體簡(jiǎn)圖計(jì)算 Pc3.10MPa設(shè)計(jì)溫度t270.00CDi25.00mm材料S21953 (管材)233.00MPa207.20MPas440.00MPaC10.35mmC20.00mm500mm接管連接型式式接管100mm接管材料名稱及類型Q345D管材1接管腐蝕裕量1.25mm稱封頭軸線的距離mm補(bǔ)強(qiáng)圈外徑mm補(bǔ)強(qiáng)圈厚度mmC1t1.5mmC1rmm接管材料許用應(yīng)力[σ]t161.4MPa[σ]tMPa開 孔 補(bǔ) 強(qiáng) 計(jì) 算435.5mm1殼體計(jì)算厚度δ24.865mm接管計(jì)算厚度δt3.0858mmfrr0接管材料強(qiáng)度削弱系數(shù)fr0.737d435.5mmB871mmh165.992mmh265.992mmA10923mm2A110073mm2A2989mm2A3231mm2A1+A2+A3=mm2A，不需另加補(bǔ)強(qiáng)。11293A4mm2A-(A1+A2+A3)mm2結(jié)論:合格1.00計(jì)算厚度 =0.19mm有效厚度e=n-C1-C2=2.15mm名義厚度n=2.501.00計(jì)算厚度 =0.19mm有效厚度e=n-C1-C2=2.15mm名義厚度n=2.50mm重量13.56Kg試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核試驗(yàn)類型試驗(yàn)試驗(yàn) 值P=1.25P[]=2.6000 ( )T 或由用戶輸入MPaTT0.90s= 396.00MPa試驗(yàn) 應(yīng)力pT.(Die)T= 2e. =16.42MPa校核條件TT校核結(jié)果合格2e[]t[Pw]= MPat= 2e =19.57MPat207.20MPa校核條件t≥t結(jié)論合格整個(gè)裝置的的發(fā)展起著重要的作用。本次設(shè)計(jì)對(duì)象為T0302表示。2.1塔型的選擇1、兩種塔型的區(qū)分塔主要有板式塔和填料塔兩種，它們都可以用作蒸餾和吸收等氣液傳質(zhì)過(guò)程，但兩者各有優(yōu)缺點(diǎn)，要根據(jù)具體情況選擇。（1）板式塔。塔內(nèi)裝有一定數(shù)量的塔盤，是氣液接觸和傳質(zhì)的基本構(gòu)件；化。（2）填料塔。塔內(nèi)裝有一定高度的填料，是氣液接觸和傳質(zhì)的基本構(gòu)件；整個(gè)裝置的的發(fā)展起著重要的作用。本次設(shè)計(jì)對(duì)象為T0302表示。2.1塔型的選擇1、兩種塔型的區(qū)分塔主要有板式塔和填料塔兩種，它們都可以用作蒸餾和吸收等氣液傳質(zhì)過(guò)程，但兩者各有優(yōu)缺點(diǎn)，要根據(jù)具體情況選擇。（1）板式塔。塔內(nèi)裝有一定數(shù)量的塔盤，是氣液接觸和傳質(zhì)的基本構(gòu)件；化。（2）填料塔。塔內(nèi)裝有一定高度的填料，是氣液接觸和傳質(zhì)的基本構(gòu)件；相自下而上與液體作逆流 或溫度沿塔高連續(xù)變化。2-1填料塔和板式塔的比較項(xiàng)目填料塔板式塔2、選型時(shí)需要考慮的因素（1）若氣相傳質(zhì)阻力大，宜采用填料塔；（2）大的液體負(fù)荷，可選用填料塔；（3）液氣比波動(dòng)的適應(yīng)性，板式塔優(yōu)于填料塔；（4）操作彈性，板式塔較填料塔大，其中以浮閥塔最大，泡罩塔次之；800mm800mm時(shí)，則可用塔徑解決液體再分布的問(wèn)題一般推薦使用塔徑大于800mm的大塔降降一般比填料塔大降小的場(chǎng)合空塔氣速空塔氣速較大空塔氣速大塔效率分離效率高，塔徑1.5m以下效率效率較穩(wěn)定，大塔板效率比小塔板有所提高液氣比2、選型時(shí)需要考慮的因素（1）若氣相傳質(zhì)阻力大，宜采用填料塔；（2）大的液體負(fù)荷，可選用填料塔；（3）液氣比波動(dòng)的適應(yīng)性，板式塔優(yōu)于填料塔；（4）操作彈性，板式塔較填料塔大，其中以浮閥塔最大，泡罩塔次之；800mm800mm時(shí)，則可用塔徑解決液體再分布的問(wèn)題一般推薦使用塔徑大于800mm的大塔降降一般比填料塔大降小的場(chǎng)合空塔氣速空塔氣速較大空塔氣速大塔效率分離效率高，塔徑1.5m以下效率效率較穩(wěn)定，大塔板效率比小塔板有所提高液氣比對(duì)液體噴淋量有一定要求適用范圍較大持液量較小較大安裝檢修較較容易材料可用非金屬耐腐蝕材料一般用金屬材料造價(jià)宜，直徑增大，造價(jià)顯著增加直徑大時(shí)一般比填料塔造價(jià)低質(zhì)量大較?。?）一般填料塔比板式塔重；（7）大塔以板式塔造價(jià)較廉；（8）填料塔用于吸收和解吸過(guò)程，可以達(dá)到很好的傳質(zhì)效果，它具有通量大、多數(shù)都使用填料塔。3、塔型選擇一般原則選擇時(shí)應(yīng)考慮的因素有：物料性質(zhì)、操作條件、塔設(shè)備性能及塔的制造、安裝、運(yùn)轉(zhuǎn)、維修等。1）下列情況優(yōu)先選用填料塔（1）在分離程度要求高的情況下，因某些新型填料具有很高的傳質(zhì)效率，故可采用新型填料以降低塔的高度；（2）對(duì)于熱敏性物料的蒸餾分離，因新型填料的持液量較小，壓降小，故可優(yōu)先選擇真空操作下的填料塔；（6）一般填料塔比板式塔重；（7）大塔以板式塔造價(jià)較廉；（8）填料塔用于吸收和解吸過(guò)程，可以達(dá)到很好的傳質(zhì)效果，它具有通量大、多數(shù)都使用填料塔。3、塔型選擇一般原則選擇時(shí)應(yīng)考慮的因素有：物料性質(zhì)、操作條件、塔設(shè)備性能及塔的制造、安裝、運(yùn)轉(zhuǎn)、維修等。1）下列情況優(yōu)先選用填料塔（1）在分離程度要求高的情況下，因某些新型填料具有很高的傳質(zhì)效率，故可采用新型填料以降低塔的高度；（2）對(duì)于熱敏性物料的蒸餾分離，因新型填料的持液量較小，壓降小，故可優(yōu)先選擇真空操作下的填料塔；（3）具有腐蝕性的物料，可選用填料塔。因?yàn)樘盍纤刹捎梅墙饘俨牧希缣沾?、等；?）容易發(fā)泡的物料，宜選用填料塔。2）下列情況優(yōu)先選用板式塔：（1）塔內(nèi)液體滯液量較大，操作負(fù)荷變化范圍較寬，對(duì)進(jìn)料濃度變化要求不敏感，操作易于穩(wěn)定；（2）液相負(fù)荷較??；（3）含固體顆粒，容易結(jié)垢，有結(jié)晶的物料，因?yàn)榘迨剿蛇x用液流通道較大的塔板，堵塞的較?。唬?）在操作過(guò)程中伴隨有放熱或需要加熱的物料，需要在塔內(nèi)設(shè)置內(nèi)部換熱組熱；（5）在較高下操作的蒸餾塔仍多采用板式塔。綜合考慮，本項(xiàng)目苯和甲苯混合物雙效精餾分離的塔型初步采用板式塔。2.1.1塔盤的類型與選擇板式塔大多采用溢流式塔板。穿流式塔板操作不穩(wěn)定，很少使用。工業(yè)上需分離的物料及其操作條件多種多樣，為了適應(yīng)各種不同的操作要將幾種主要塔板的性能比較列表如下：表2-2幾種主要塔板的性能比較塔盤類型優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)適用場(chǎng)合泡罩板較成熟、操作穩(wěn)定力小特別容易堵塞的物系浮閥板浮閥易脫落化大篩板塔板效率高小較多熱；（5）在較高下操作的蒸餾塔仍多采用板式塔。綜合考慮，本項(xiàng)目苯和甲苯混合物雙效精餾分離的塔型初步采用板式塔。2.1.1塔盤的類型與選擇板式塔大多采用溢流式塔板。穿流式塔板操作不穩(wěn)定，很少使用。工業(yè)上需分離的物料及其操作條件多種多樣，為了適應(yīng)各種不同的操作要將幾種主要塔板的性能比較列表如下：表2-2幾種主要塔板的性能比較塔盤類型優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)適用場(chǎng)合泡罩板較成熟、操作穩(wěn)定力小特別容易堵塞的物系浮閥板浮閥易脫落化大篩板塔板效率高小較多舌型板小塔板壓降小、處理量大低塔下表給出了幾種主要塔板性能的量化比較。2-3幾種主要塔板性能的量化比較比泡罩塔、篩板塔優(yōu)越，結(jié)合本項(xiàng)目實(shí)際情況，初步選擇浮閥塔。2.2塔設(shè)備參數(shù)計(jì)算2.2.1塔參數(shù)的確定1、設(shè)計(jì)參數(shù)接接頭系數(shù)等。1）設(shè)計(jì)P0.12MPa，工作溫度為在此生產(chǎn)操作過(guò)程中，工藝采用的工作250℃。設(shè)計(jì)為0.15PMa260℃。3）設(shè)計(jì)準(zhǔn)則型塔板效率力操作彈性壓降結(jié)構(gòu)成本泡罩板1.01.051復(fù)雜1篩板1.2下表給出了幾種主要塔板性能的量化比較。2-3幾種主要塔板性能的量化比較比泡罩塔、篩板塔優(yōu)越，結(jié)合本項(xiàng)目實(shí)際情況，初步選擇浮閥塔。2.2塔設(shè)備參數(shù)計(jì)算2.2.1塔參數(shù)的確定1、設(shè)計(jì)參數(shù)接接頭系數(shù)等。1）設(shè)計(jì)P0.12MPa，工作溫度為在此生產(chǎn)操作過(guò)程中，工藝采用的工作250℃。設(shè)計(jì)為0.15PMa260℃。3）設(shè)計(jì)準(zhǔn)則型塔板效率力操作彈性壓降結(jié)構(gòu)成本泡罩板1.01.051復(fù)雜1篩板1.2～1.41.430.5簡(jiǎn)單0.4～0.5浮閥板1.2～1.31.590.6一般0.7～0.9舌型板1.1～1.21.530.8簡(jiǎn)單0.5～0.6強(qiáng)度失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。4）設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)根據(jù)Aspenplus液相符合最大的塔板進(jìn)行計(jì)算，各塔板上的水力學(xué)數(shù)據(jù)如表2-4所示：2-4力學(xué)數(shù)據(jù)圖StageTemperatureliquidfromTemperaturevaportoMassflowliquidfromflowvaportoVolumeflowliquidfromVolumeflowvaportoCCkg/hrkg/hrcum/hrcum/hr1196.158723196.896375151374.256151374.256159.4493694570.50922196.896375197..6559151549.10388.841066793901.34783197.198396197.48175984283.3802151560.82788.884938193174.97264197.481759197.76262184290.7585151568.20588.922451392458.7765197.762621198.04164984298.3578151575.80588.960002591754.07346198.041649198.31891884306.5091151583.95688.998010491060.71397198.318918198.59448784315.3293151592.77689.036610790378.46028198.594487198.86842484324.9782151602.42589.07598289707.10129198.868424199..6553151613.10289.116344289046.443910199.140816199.4117884347.6141151625.06189.157969388396.316511199.41178199.68149784361.1883151638.63589.201202587756.573712199.681497199.95044284376.7828151654.2389.246434787127.107613199.950442200.21864284395.2459151672.69389.294479686507.870514200.218642200.4876684417.3504151694.79789.345852785898.836115200.48766200.7594284444.908151722.35589.401966185300.200416200.75942201.0382184480.8272151758.27489.464650184712.326117201.03821201.33294684530.5643151808.01189.537019784136.025318201.332946201.66230584604.6975151882.14489.624579684200.00319201.663852201.952285152434.85151333.093161.45543482662.280220201.952285202.273364152629.72151527.961161.70485782171.149421202.273364202.755077153003.606151901.845162.10824281729.1066強(qiáng)度失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。4）設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)根據(jù)Aspenplus液相符合最大的塔板進(jìn)行計(jì)算，各塔板上的水力學(xué)數(shù)據(jù)如表2-4所示：2-4力學(xué)數(shù)據(jù)圖StageTemperatureliquidfromTemperaturevaportoMassflowliquidfromflowvaportoVolumeflowliquidfromVolumeflowvaportoCCkg/hrkg/hrcum/hrcum/hr1196.158723196.896375151374.256151374.256159.4493694570.50922196.896375197..6559151549.10388.841066793901.34783197.198396197.48175984283.3802151560.82788.884938193174.97264197.481759197.76262184290.7585151568.20588.922451392458.7765197.762621198.04164984298.3578151575.80588.960002591754.07346198.041649198.31891884306.5091151583.95688.998010491060.71397198.318918198.59448784315.3293151592.77689.036610790378.46028198.594487198.86842484324.9782151602.42589.07598289707.10129198.868424199..6553151613.10289.116344289046.443910199.140816199.4117884347.6141151625.06189.157969388396.316511199.41178199.68149784361.1883151638.63589.201202587756.573712199.681497199.95044284376.7828151654.2389.246434787127.107613199.950442200.21864284395.2459151672.69389.294479686507.870514200.218642200.4876684417.3504151694.79789.345852785898.836115200.48766200.7594284444.908151722.35589.401966185300.200416200.75942201.0382184480.8272151758.27489.464650184712.326117201.03821201.33294684530.5643151808.01189.537019784136.025318201.332946201.66230584604.6975151882.14489.624579684200.00319201.663852201.952285152434.85151333.093161.45543482662.280220201.952285202.273364152629.72151527.961161.70485782171.149421202.273364202.755077153003.606151901.845162.10824281729.106622202.755077203.839771153908.08152806.318162.93350481409.131623203.839771207.202579156412.978155311.214164.90460481387.499924207.202579217.307234163758.131162656.368170.1749681865.432425217.307234234.253851181123.183180021.425182.99787182650.298926234.253851247.215366204701.375203599.62202.33761784874.8632數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算。2.2.2塔徑計(jì)算1）Smith法計(jì)算塔徑適宜空塔速度一般取為最大允許氣速uF的0.6~0.8倍，即u0.6~0.8)umax，式中C由CC(L)0.2計(jì)算，其中的C由書中圖查取，u Cmax20數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算。2.2.2塔徑計(jì)算1）Smith法計(jì)算塔徑適宜空塔速度一般取為最大允許氣速uF的0.6~0.8倍，即u0.6~0.8)umax，式中C由CC(L)0.2計(jì)算，其中的C由書中圖查取，u Cmax203020圖的橫坐標(biāo)為：（Ls）(0.024)948.5660.022Vs26.0841.6132-4塔間距參考數(shù)值HT600mm，板上液層高度hL100mmHThL500mm。D/m0.3～0.50.5～0.80.8～1.61.6～2.02.0～2.4>2.4200～300300～350350～450450～600500～800≥600LVLVV27247.215366247.2153661101.7543801.0785476602-2史密斯關(guān)聯(lián)圖0.11CC(L)0.20.11(32.68)0.20.121202020因此948.5662-2史密斯關(guān)聯(lián)圖0.11CC(L)0.20.11(32.68)0.20.121202020因此948.5661.6132.9m/su C0.121max1.613取安全系數(shù)為0.8，則空塔氣速為所以426.084D3.86m3.142.23D4000mm實(shí)際塔截面積：4VsuLVV4D24212.56m24AT實(shí)際空塔速度uVs26.0842.076m/s4D24212.56m24AT實(shí)際空塔速度uVs26.0842.076m/sAT 12.56安全系數(shù)u2.0760.71umax2.9在安全范圍0.6~0.9之間，結(jié)果合適。2.2.3塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1）流型選擇別適合于塔徑較大的場(chǎng)合。液體在塔板上的以下幾種形式：U型流、單溢流、雙溢流、多溢流。本次設(shè)計(jì)考慮到塔板的氣液相負(fù)荷較大，所以采溢流。（1）降液管設(shè)計(jì)lwD0.6~0.7根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，取lw10.6D，所以，兩側(cè)堰長(zhǎng)：lw10.742.8mA12.56m3，管面積由下圖弓形降液管的參數(shù)圖查得。T2-3弓形降液管的參數(shù)2.40.7Af0.09，lWWdD0.15D 2-3弓形降液管的參數(shù)2.40.7Af0.09，lWWdD0.15D 4計(jì)算結(jié)果如下所示弓形降液管面積：Af11.13m2弓形降液管進(jìn)口寬度：Wd10.6m取出口到下塊塔板進(jìn)口堰的距離為0.1m，出口寬度Wd1Wd20.6m取中間降液管面積等于兩側(cè)弓形降液管面積則：Af2Af11.13m2中間降液管長(zhǎng)度：w,0.314md（2）受液盤和內(nèi)堰不設(shè)內(nèi)堰和受液盤選擇平行受液盤，則有：wd1wd20.6m中間安定區(qū)寬度：Ws2Wd0.314m根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和經(jīng)驗(yàn)，邊緣區(qū)寬度可取為經(jīng)驗(yàn)值Wc0.07m（3）塔板布置及浮閥數(shù)目與排列不設(shè)內(nèi)堰和受液盤選擇平行受液盤，則有：wd1wd20.6m中間安定區(qū)寬度：Ws2Wd0.314m根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和經(jīng)驗(yàn)，邊緣區(qū)寬度可取為經(jīng)驗(yàn)值Wc0.07m（3）塔板布置及浮閥數(shù)目與排列F10，用下式求孔速Re即u0ov采用的為圓形浮閥，孔徑r0.039m，單閥重量m0.033kgV每層塔板上的浮閥數(shù)，即N s 2476個(gè)d2u0o4u塔板開孔率： 100%19.54%u02.3塔板流體力學(xué)計(jì)算2.3.1氣相通過(guò)浮閥塔板的壓強(qiáng)降為保證塔設(shè)備的操作彈性，選取板上液層高度為hL0.1mhphch1h①干板阻力： 1.05m/suocu2因uouoc，故按下式計(jì)算干板阻力，即hc5.34V00.01m液柱2Lg②板上充氣液層阻力：可取充氣系數(shù)00.573.1v③液體表面張力所造成的阻力：此阻力很小，忽略不計(jì)。因此，與氣體流經(jīng)一層浮閥塔板的壓強(qiáng)降所相當(dāng)?shù)囊褐叨葹椋篽p0.010.050.06m液柱則單板壓降PphpLg0.06948.59.8③液體表面張力所造成的阻力：此阻力很小，忽略不計(jì)。因此，與氣體流經(jīng)一層浮閥塔板的壓強(qiáng)降所相當(dāng)?shù)囊褐叨葹椋篽p0.010.050.06m液柱則單板壓降PphpLg0.06948.59.8557.7Pa700pa所以塔單板壓降符合設(shè)計(jì)要求。2.3.2液泛Hd(HTw)。HdhphLhd①與氣體通過(guò)塔板的壓強(qiáng)降所相當(dāng)?shù)囊褐叨萮p0.08m液柱②液體通過(guò)降液管的壓頭損失：因不設(shè)進(jìn)口堰，故按下式計(jì)算，即液柱h0.153(LS)20.153(0.075)20.074m1.80.06d③板上液層高度為hL0.1m則取0.5HT0.6mhW0.03m則0.315mHd(HThW，符合防止液泛的要求，滿足設(shè)計(jì)要求。2.3.3霧沫夾帶按以下兩式計(jì)算泛點(diǎn)率，即v1.36LsZLVs1L v100%KCFAbVs泛點(diǎn)率100%2：:0.78KCFATvL板上液體流徑長(zhǎng)度ZLD2WdAA2A2板上液流面積b TfK1.0又查圖得泛點(diǎn)負(fù)荷系數(shù)CF0.15，將以上數(shù)值1得：v1.36LZVssL泛點(diǎn)率 L板上液體流徑長(zhǎng)度ZLD2WdAA2A2板上液流面積b TfK1.0又查圖得泛點(diǎn)負(fù)荷系數(shù)CF0.15，將以上數(shù)值1得：v1.36LZVssL泛點(diǎn)率 L v 100%48.3%KCFAb同理再按公式2計(jì)算泛點(diǎn)率，得：泛點(diǎn)率38.4%根據(jù)以上兩式計(jì)算出的泛點(diǎn)率都在80%以下，故可知霧沫夾帶量能夠滿足Vkg/kg的設(shè)計(jì)要求。2.4塔校驗(yàn)及負(fù)荷性能圖Cup-Tower軟件由設(shè)計(jì)提供專業(yè)的參數(shù)修正和優(yōu)化。Cup-Tower軟件對(duì)塔板上的水力學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行了塔設(shè)計(jì)和塔校核得到了以下設(shè)計(jì)結(jié)果和校驗(yàn)結(jié)果：2-5塔設(shè)計(jì)和塔校核結(jié)果工藝設(shè)計(jì)條件液相氣相7質(zhì)量流量kg/h151333.021質(zhì)量流量kg/h152434.832密度kg/m3944.133體積流量m3/h161.464粘度cp0.495表面張力dyn/cm32.236體系因子/0.85塔板結(jié)構(gòu)參數(shù)溢流區(qū)圓形浮閥參數(shù)1浮閥孔徑m0.0392單閥重量kg0.033兩側(cè)中心1降液管面積比%9.9810.002堰徑比%59.2499.693度m0.38870.31454彎折距離m0.02800.05605度m0.36070.25856受液盤深度m0.02800.02807受液盤寬度m0.38870.31458堰高m0.03400.03409降液管底隙m0.02800.028010積m21.25411.256611積m21.12361.033212頂部堰長(zhǎng)m2.36963.987613底部堰長(zhǎng)m2.29153.991614進(jìn)口堰高度m15進(jìn)口堰寬度m1塔徑m4.002板間距m0.60003塔截面積m212.56644開孔區(qū)面積m28.65915開孔率%24.296孔數(shù)#2556.467開孔密度#/m2295.238溢流程數(shù)/29堰的形式/平堰8密度kg/m31.839體積流量m3/h82662.2710粘度cp0.0111安全因子/0.8212充氣因子/0.60塔板結(jié)構(gòu)參數(shù)溢流區(qū)圓形浮閥參數(shù)1浮閥孔徑m0.0392單閥重量kg0.033兩側(cè)中心1降液管面積比%9.9810.002堰徑比%59.2499.693度m0.38870.31454彎折距離m0.02800.05605度m0.36070.25856受液盤深度m0.02800.02807受液盤寬度m0.38870.31458堰高m0.03400.03409降液管底隙m0.02800.028010積m21.25411.256611積m21.12361.033212頂部堰長(zhǎng)m2.36963.987613底部堰長(zhǎng)m2.29153.991614進(jìn)口堰高度m15進(jìn)口堰寬度m1塔徑m4.002板間距m0.60003塔截面積m212.56644開孔區(qū)面積m28.65915開孔率%24.296孔數(shù)#2556.467開孔密度#/m2295.238溢流程數(shù)/29堰的形式/平堰8密度kg/m31.839體積流量m3/h82662.2710粘度cp0.0111安全因子/0.8212充氣因子/0.602-6工藝計(jì)算結(jié)果工藝計(jì)算結(jié)果1空塔氣速m/s1.82722.01001.09632子m/s(kg/m3)0.52.47232.71961.48343子m/s0.08050.08860.04834孔速m/s7.52268.27484.51365孔動(dòng)能因子m/s(kg/m3)0.510.178411.19636.10716氣速m/s3.69543.69543.69547子m/s(kg/m3)0.55.00005.00005.00008相對(duì)泄露量kg液/100kg液---9溢流強(qiáng)度m3/(h.m)34.068437.475220.441010參數(shù)/0.04440.04440.044411度m0.06380.06580.055212度m0.02980.03180.021213液面梯度m---14力m液柱0.03190.03290.027615干板壓降m液柱0.03000.03630.027416總板壓降m液柱0.06190.06920.055117霧沫夾帶kg液/kg氣0.08020.11230.010718降液管液泛%37.976541.445930.760919體高度m0.14450.15770.117020時(shí)間s16.778115.252827.9636212-6工藝計(jì)算結(jié)果工藝計(jì)算結(jié)果1空塔氣速m/s1.82722.01001.09632子m/s(kg/m3)0.52.47232.71961.48343子m/s0.08050.08860.04834孔速m/s7.52268.27484.51365孔動(dòng)能因子m/s(kg/m3)0.510.178411.19636.10716氣速m/s3.69543.69543.69547子m/s(kg/m3)0.55.00005.00005.00008相對(duì)泄露量kg液/100kg液---9溢流強(qiáng)度m3/(h.m)34.068437.475220.441010參數(shù)/0.04440.04440.044411度m0.06380.06580.055212度m0.02980.03180.021213液面梯度m---14力m液柱0.03190.03290.027615干板壓降m液柱0.03000.03630.027416總板壓降m液柱0.06190.06920.055117霧沫夾帶kg液/kg氣0.08020.11230.010718降液管液泛%37.976541.445930.760919體高度m0.14450.15770.117020時(shí)間s16.778115.252827.963621速度m/s0.03580.03930.021522速度m/s0.34950.38450.209723阻力m液柱0.01870.02260.006724穩(wěn)定系數(shù)/2.03572.23931.221425停留時(shí)間s3.00003.00003.00002-7負(fù)荷性能圖參數(shù)負(fù)荷性能圖參數(shù)2-8氣液負(fù)荷及水力學(xué)氣液負(fù)荷塔板水力學(xué)計(jì)算結(jié)果液流強(qiáng)度[m3/m*h]34.0737.4820.44空塔氣速[m/s]1.832.011.1閥孔動(dòng)能因子[m/s(kg/m3)0.5]10.1811.26.11塔板壓降[pa]572.98640.66509.39霧沫夾帶[%]8.0211.231.07漏液率[%]氣相負(fù)荷[m3/h]82662.26690928.49454557.099氣相密度[kg/m3]1.8311.8311.831液相負(fù)荷[m3/h]161.455177.