年產(chǎn)60萬噸對二甲苯項(xiàng)目初步設(shè)計(jì)說明書

XXXX石化60萬噸/年對二甲苯項(xiàng)目初步設(shè)計(jì)說明書2014年8月15日

目錄TOC\o"1-2"\h\z\u第一章 總說明 設(shè)備設(shè)計(jì)與選型全廠設(shè)備概況及主要特點(diǎn)經(jīng)過工藝選擇、組合、模擬以及優(yōu)化，最終設(shè)計(jì)的工藝流程包括氣固相反應(yīng)固定床反應(yīng)器3臺，塔設(shè)備10臺，泵68臺，換熱器51臺，大型儲罐13個，閃蒸罐3個、壓縮機(jī)4個，加熱爐4臺，結(jié)晶釜1臺，刮刀結(jié)晶器2臺，增稠器1臺，共計(jì)設(shè)備156臺。此外，全套引進(jìn)UOP模擬移動床吸附設(shè)備一套。除塔設(shè)備、反應(yīng)器及閃蒸罐為自主設(shè)計(jì)非標(biāo)設(shè)備外，其余設(shè)備均為標(biāo)準(zhǔn)件。對于非標(biāo)設(shè)備，均詳細(xì)書寫了設(shè)計(jì)說明書，對于非標(biāo)設(shè)備，均做了設(shè)備選型，并整理了設(shè)備一覽表（見附錄）。全廠重型機(jī)器多，如反應(yīng)器，隔壁塔，反應(yīng)萃取塔，設(shè)備安裝時(shí)多采用現(xiàn)場組焊的方式。填料塔設(shè)計(jì)概述石化行業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)中能耗較高的產(chǎn)業(yè)部門，其能耗占工業(yè)能耗接近1/5，占全國總能耗的14%左右。在目前占有工業(yè)能耗接近五分之一的石化行業(yè)中，較大的能耗主要來源于化學(xué)原料及化學(xué)制品制造業(yè)能耗、石油天然氣開采業(yè)能耗、石油加工、煉焦及核燃料加工業(yè)能耗、橡膠制品業(yè)能耗。而在化工生產(chǎn)中，分離的能耗占主要部分，其中尤以精餾塔在分離設(shè)備中占有最大比例，因此，塔設(shè)計(jì)的好快與否，對于整個工廠的經(jīng)濟(jì)效益有著很重要的作用。塔設(shè)備的投資費(fèi)用占整個工藝設(shè)備費(fèi)用的四分之一左右，塔設(shè)備所耗用的鋼材料重量在各類工藝設(shè)備中所占的比例也較多，例如在年產(chǎn)250萬噸常壓減壓煉油裝置中耗用的鋼材重量占62.4%，在年產(chǎn)60-120萬噸催化裂化裝置中占48.9%。因此，塔設(shè)備的設(shè)計(jì)和研究，是我們工作的重點(diǎn)。在本化工廠設(shè)計(jì)中，塔設(shè)備匯總?cè)绫硭荆罕?-1塔設(shè)備匯總表塔設(shè)備編號塔設(shè)備名稱T0101裂解油預(yù)分塔T0102隔壁塔T0103抽提塔T0104溶劑回收塔T0201甲苯塔T0202二甲苯塔（續(xù)表）T0401歧化反應(yīng)產(chǎn)物分離隔壁塔T0501抽取液塔T0502抽余液塔設(shè)計(jì)依據(jù)《壓力容器》GB150-2011《鋼制塔式容器》JB4710-2005《鋼制壓力容器用封頭標(biāo)準(zhǔn)》JB/T4746-2002《碳鋼、低合金鋼制填料塔式壓力容器技術(shù)要求》QSY-GDJ-JS121-008-2010《碳素鋼、低合金鋼人孔與手孔類型與技術(shù)條件》HG21514-95《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》GB18306-2001《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2012塔型的選擇原則精餾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)過程，但兩者各有優(yōu)缺點(diǎn)，要根據(jù)具體情況選擇。填料塔與板式塔的比較表8-2精餾塔的主要類型及特點(diǎn)類型板式塔填料塔結(jié)構(gòu)特點(diǎn)每層板上裝配有不同型式的氣液接觸元件或特殊結(jié)構(gòu)，如篩板、泡罩、浮閥等；塔內(nèi)設(shè)置有多層塔板，進(jìn)行氣液接觸塔內(nèi)設(shè)置有多層整砌或亂堆的填料，如拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、鞍型填料等散裝填料，格柵、波紋板、脈沖等規(guī)整填料；填料為氣液接觸的基本元件操作特點(diǎn)氣液逆流逐級接觸微分式接觸，可采用逆流操作，也可采用并流操作設(shè)備性能空塔速度（亦即生產(chǎn)能力）高，效率高且穩(wěn)定；壓降大，液氣比的適應(yīng)范圍大，持液量大，操作彈性小大尺寸空塔氣速較大，小尺寸空塔氣速較??；低壓時(shí)分離效率高，高壓時(shí)分離效率低，傳統(tǒng)填料效率較低，新型亂堆及規(guī)整填料效率較高；大尺寸壓力降小，小尺寸壓力降大；要求液相噴淋量較大，持液量小，操作彈性大（續(xù)表）制造與維修直徑在600mm以下的塔安裝困難，安裝程序較簡單，檢修清理容易，金屬材料耗量大新型填料制備復(fù)雜，造價(jià)高，檢修清理困難，可采用非金屬材料制造，但安裝過程較為困難適用場合處理量大，操作彈性大，帶有污垢的物料處理強(qiáng)腐蝕性，液氣比大，真空操作要求壓力降小的物料板式塔塔型選擇一般原則：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：a.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；b.對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；c.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?，如陶瓷、塑料等；d.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：a.塔內(nèi)液體滯液量較大，操作負(fù)荷變化范圍較寬，對進(jìn)料濃度變化要求不敏感，操作易于穩(wěn)定；b.液相負(fù)荷較小；c.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，堵塞的危險(xiǎn)較?。籨.在操作過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)部換熱組件，如加熱盤管，需要多個進(jìn)料口或多個側(cè)線出料口。這是因?yàn)橐环矫姘迨剿慕Y(jié)構(gòu)上容易實(shí)現(xiàn)，此外，塔板上有較多的滯液以便與加熱或冷卻管進(jìn)行有效地傳熱；e.在較高壓力下操作的蒸餾塔仍多采用板式塔。板式塔塔盤的類型與選擇1）塔板種類根據(jù)塔板上氣、液兩相的相對流動狀態(tài)，板式塔分為穿流式和溢流式。目前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。2）各種塔盤性能比較工業(yè)上需分離的物料及其操作條件多種多樣，為了適應(yīng)各種不同的操作要求，迄今已開發(fā)和使用的塔板類型繁多。這些塔板各有各的特點(diǎn)和使用體系，現(xiàn)將幾種主要塔板的性能比較。表8-3 塔板性能的比較塔盤類型優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)適用場合泡罩板浮閥板較成熟、操作穩(wěn)定結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高、塔板阻力大、處理能力小特別容易堵塞的物系效率高、操作范圍寬浮閥易脫落分離要求高、負(fù)荷變化大篩板結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低、塔板效率高易堵塞、操作彈性較小分離要求高、塔板數(shù)較多舌型板結(jié)構(gòu)簡單且阻力小操作彈性窄、效率低分離要求較低的閃蒸塔表8-4 主要塔板性能的量化比較塔板類型生產(chǎn)能力塔板效率操作彈性壓降結(jié)構(gòu)成本泡罩板1.01.051復(fù)雜1浮閥板1.2-1.31.1~1.290.6一般0.7-0.9篩板1.2-簡單0.4-0.5舌型板1.3-簡單0.5-0.6填料塔填料的選擇塔填料是填料塔的核心構(gòu)件，它為氣液兩相間熱、質(zhì)傳遞提供了有效的相界面，只有性能優(yōu)良的塔填料再輔以理想的塔內(nèi)件，才有望構(gòu)成技術(shù)上先進(jìn)的填料塔。因此，人們對塔填料的研究十分活躍。對塔填料的發(fā)展、改進(jìn)與更新，其目的在于改善流體的均勻分布，提高傳遞效率，減少流動阻力，增大流體的流動通量以滿足降耗、節(jié)能、設(shè)備放大、高純產(chǎn)品制備等各種需要。填料的幾何特性數(shù)據(jù)主要包括比表面積、空隙率、填料因子等，是評價(jià)填料性能的基本參數(shù)。

1）比表面積單位體積填料的填料表面積稱為比表面積，以a表示，其單位為m2/m3。填料的比表面積愈大，所提供的氣液傳質(zhì)面積愈大。因此，比表面積是評價(jià)填料性能優(yōu)劣的一個重要指標(biāo)。

2）空隙率單位體積填料中的空隙體積稱為空隙率，以ε表示，其單位為m3/m3，或以%表示。填料的空隙率越大，氣體通過的能力越大且壓降低。因此，空隙率是評價(jià)填料性能優(yōu)劣的又一重要指標(biāo)。3）填料因子填料的比表面積與空隙率三次方的比值，即a/ε3，稱為填料因子，以?表示，其單位為1/m。它表示填料的流體力學(xué)性能，?值越小，表明流動阻力越小。填料性能的優(yōu)劣通常根據(jù)效率、通量及壓降三要素衡量。在相同的操作條件下，填料的比表面積越大，氣液分布越均勻，表面的潤濕性能越好，則傳質(zhì)效率越高；填料的空隙率越大，結(jié)構(gòu)越開敞，則通量越大，壓降亦越低。國內(nèi)學(xué)者采用模糊數(shù)學(xué)方法對九種常用填料的性能進(jìn)行了評價(jià)如表所示：表8-5九種常用填料的性能對比填料名稱評估值評價(jià)排序絲網(wǎng)波紋填料0.86很好1孔板波紋填料金屬Intalox金屬鞍形環(huán)0.61相當(dāng)好20.59相當(dāng)好30.57相當(dāng)好4金屬階梯環(huán)金屬鮑爾環(huán)0.53一般好50.51一般好6瓷Intalox0.41較好7瓷鞍形環(huán)0.38略好8瓷拉西環(huán)0.36略好9填料的選擇包括確定填料的種類、規(guī)格及材質(zhì)等。所選填料既要滿足生產(chǎn)工藝的要求，又要使設(shè)備投資和操作費(fèi)用最低。塔型的結(jié)構(gòu)與選擇塔設(shè)備的總體結(jié)構(gòu)均包括：塔體、內(nèi)件、支座及附件。塔體是典型的高大直立容器，多由筒節(jié)、封頭組成。當(dāng)塔體直徑大于800mm時(shí)，各塔節(jié)焊接成一個整體；直徑小的塔多分段制造，然后再用法蘭連接起來。內(nèi)件是物料進(jìn)行工藝過程的地方，由塔盤或填料支承等件組成。支座常用裙式支座。附件包括人、手孔，各種接管、平臺、扶梯、吊柱等。圖8-1板式塔11—吊柱；2—排氣口；3—回流液入口；4—精餾段塔盤；5—?dú)んw；6—進(jìn)料口；7—人孔；8—提餾段塔盤；9—進(jìn)氣口；10—裙座；11—排液口；12—裙座人孔圖8-2填料塔1—吊柱；2—排氣口；3—噴淋裝置；4—?dú)んw；5—液體再分配器；6—填料；7—卸填料人孔；8—支撐裝置；9—進(jìn)氣口；10—排液口；11—裙座；12—裙座人孔綜合塔型的選擇原則，考慮到各塔的操作壓力、操作溫度、處理負(fù)荷、物料性質(zhì)、前后設(shè)備的具體情況以及工業(yè)上的經(jīng)驗(yàn)等，最終確定各塔的類型如表所示：表8-6塔型確定塔設(shè)備編號塔設(shè)備名稱設(shè)備類型備注C101裂解油預(yù)分塔填料塔填料類型選擇M250Y型規(guī)整填料；C102隔壁塔填料塔C103抽提塔填料塔C104溶劑回收塔填料塔C201BT塔填料塔C202二甲苯塔篩板塔（續(xù)表）C401平流雙段反應(yīng)耦合精餾塔篩板塔C501抽取液塔填料塔C502抽余液塔填料塔填料塔的設(shè)計(jì)對抽提塔T0103進(jìn)行設(shè)計(jì)：抽提塔T0103是萃取精餾塔，操作壓力2bar，塔頂溫度93.9℃，塔底溫度179.0℃，理論塔板數(shù)40塊，兩股進(jìn)料，萃取劑環(huán)丁砜從塔頂進(jìn)入，原料C5~C7從第36塊理論版，即第35塊塔板進(jìn)料，T0103的詳細(xì)計(jì)算過程如下文所述。水力學(xué)參數(shù)獲得采用AspenPlus對C103添加PackSizing，選用MELLAPAK250Y型塔板，查詢填料手冊可知，該類型塔板的特性總結(jié)如表所示：表8-7M250Y規(guī)整填料的特性數(shù)據(jù)填料型號填料規(guī)格填料表面材質(zhì)比表面積波紋傾角Mellapak250Y金屬薄片不銹鋼250m2/m345°水力直徑15mm空隙率峰高金屬板片厚度密度每米填料理論板數(shù)95%12.5mm0.2mm200m3/kg2.5填料因子等板高度持液量參數(shù)載點(diǎn)因子泛點(diǎn)因子3.2808m-10.443.973.1572.464到水力學(xué)參數(shù)表后，從中選擇流量最大的塔板，作為設(shè)計(jì)的計(jì)算依據(jù)：表8-8AspenPlus模擬的T0103工藝要求StageTemperatureliquidfrom/℃Temperaturevaporto/℃Massflowliquidfrom/（kg/hr）Massflowvaporto/（kg/hr）37118.72387119.6598521927.4310904.7Volumeflowliquidfrom/（m3/hr）Volumeflowvaporto/（m3/hr）MolecularwtliquidfromMolecularwtvaportoDensityliquidfrom/（kg/m3）603.534357560.388.1967978.09038864.785Densityvaporto/（kg/m3）Viscosityliquidfrom/cPViscosityvaporto/cPSurfacetensionliquidfrom（mN/m）Foamingindex5.4013730.3696770.0099121.70657-0.10785工藝尺寸概算1）泛點(diǎn)氣速與空塔氣速采用Bain-Hougen關(guān)聯(lián)式，可以計(jì)算填料的泛點(diǎn)氣速lg液相質(zhì)量流量W氣相質(zhì)量流量W氣相密度ρ液相密度ρ液相黏度μ空隙率ε=0.95填料因子?=3.2808比表面積a=重力加速度g=9.81對金屬孔板波紋填料，常數(shù)A=0.291，K=1.75，得泛點(diǎn)氣速：u泛點(diǎn)率的選擇主要考慮一下兩方面的因素，一是物性的發(fā)泡情況，對于易起泡沫的物系，泛點(diǎn)率應(yīng)取低限值，而無泡沫的物系，可以取較高的泛點(diǎn)率；二是填料塔的操作壓力，對于加壓操作的塔，應(yīng)取較高的泛點(diǎn)率，對于減壓操作的塔，應(yīng)取較低的泛點(diǎn)率。考慮到石油組分可近似看做無泡沫物系，且為加壓操作，取泛點(diǎn)率：u故空塔氣速u=0.850m/s。2）氣相動能因子F與氣相負(fù)荷因子CF=u在工業(yè)設(shè)計(jì)中推薦的1.8~2.1的范圍之內(nèi)。C3）塔徑計(jì)算D=塔橫截面積S=4）填料裝填計(jì)算等板高度取HETP=0.4m；理論板數(shù)NT=40，Z=HETP·填料堆積設(shè)計(jì)高度：Z填料裝填體積：V=填料裝填質(zhì)量：M=ρ5）噴淋密度液體噴淋密度是指單位塔截面積上，單位時(shí)間內(nèi)噴淋的液體體積，單位是m3/（m2·h）。填料塔中汽液兩相的相間傳質(zhì)主要是在填料表面流動的液膜上進(jìn)行的。要形成液膜，填料表面必須被液體充分潤濕，而填料表面的潤濕狀況取決于塔內(nèi)的液體噴淋密度以及填料材質(zhì)的表面潤濕性能。U=查詢《工業(yè)塔新型規(guī)整填料應(yīng)用手冊》（劉乃鴻主編），在0~60m3/（m2·h）的范圍之內(nèi)，設(shè)計(jì)是合理的?？梢员ＷC填料的充分潤濕，和一定的操作余量。實(shí)際操作時(shí)，采用的液體噴淋密度應(yīng)大于最小噴淋密度。若噴淋密度過小，可用增大回流比或采用液體再循環(huán)的方法加大液體流量，以保證填料表面的充分潤濕；也可采用減小塔徑予以補(bǔ)償；可采用表面處理方法，改善其表面的潤濕性能。6）塔板壓降查詢《現(xiàn)代塔器技術(shù)》，可得干填料壓降：?P/Z濕填料壓降：?P/Z工作狀態(tài)下，填料層總壓降：?P=3057×22.8工業(yè)上推薦的250Y孔板波紋填料的壓降范圍在0.25~0.32kPa/m之間，計(jì)算結(jié)果符合這一要求。7）持液量填料層的持液量是指在一定操作條件下，在單位體積填料層內(nèi)所積存的液體體積，以（m3液體/m3填料，%）表示，持液量可分為靜持液量、動持液量和總持液量，總持液量是指在一定操作條件下存留于填料層中的液體的總量，即總持液量為動靜持液量之和。關(guān)于持液量的計(jì)算既可由實(shí)驗(yàn)測定，也有相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)公式，通常金屬板波紋（如本設(shè)計(jì)使用的Mellapak250Y，材質(zhì)304不銹鋼）的操作符合低于75%極限負(fù)荷時(shí)，其持液量為3~5%。通常持液量的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式主要關(guān)聯(lián)了雷諾數(shù)Re，弗勞德數(shù)Fr和填料的特性尺寸等。如持液量計(jì)算公式和Billet-Schultes關(guān)聯(lián)式。H8）接管原料進(jìn)料質(zhì)量流量：W=75290.4kg/h，密度ρ=116.0kg/m3，為氣液混合進(jìn)料，取流速u=8d=18.81圓整取公稱直徑DN=400mm，同理，可以計(jì)算得到萃取劑進(jìn)料管直徑為200mm、塔頂出料管直徑為300mm、塔底出料管直徑為350mm、塔頂回流管直徑為250mm、塔底回流管的直徑為1000mm（可能過大）。設(shè)計(jì)水力學(xué)校核利用Cuptower，對設(shè)計(jì)進(jìn)行水力學(xué)校核：圖8-3T0103的Cuptower校核輸入界面結(jié)果如下頁表中所示，塔頂和塔頂?shù)牟僮鳁l件都在填料塔全負(fù)荷的80%左右，氣體動能因子在經(jīng)濟(jì)適宜的F范圍內(nèi)，噴淋密度符合范圍之內(nèi)，填料層總壓降為39.01mbar，持液量5%。軟件計(jì)算結(jié)果與手動計(jì)算結(jié)果相似，進(jìn)一步驗(yàn)證了計(jì)算過程與結(jié)果的正確性，設(shè)計(jì)是合理的。T0103的流體力學(xué)校核結(jié)果如表所示：表8-9T0103的Cuptower核算詳單基本信息1項(xiàng)目名稱2客戶名稱7塔板名稱3項(xiàng)目號8計(jì)算人4裝置名稱9校核人5塔的名稱10日期DATE\@"M/d/yyyyh:mmam/pm"11/1/20209:58PM6塔段號11（續(xù)表）12說明工藝設(shè)計(jì)條件頂部底部氣相條件1質(zhì)量流量kg/h313782.1000310904.70002密度kg/m35.28045.40143體積流量m3/h59423.840057560.30004粘度cP0.00850.0099液相條件5質(zhì)量流量kg/h449514.4000521927.40006密度kg/m3792.6422864.78507體積流量m3/h567.1089603.53428粘度cP0.49400.36979表面張力mN/m21.753021.7066工藝計(jì)算結(jié)果1液泛分率%72.870.42氣體動能因子Pa0.51.931.893液體噴淋密度m3/m2.h28.9030.754單位填料層壓降mbar/m1.741.665空塔氣速m/s0.84110.81476泛點(diǎn)氣速m/s1.15541.15657氣體負(fù)荷因子m/s0.06890.06468流動參數(shù)/0.11690.13279填料層總壓降mbar39.01塔的結(jié)構(gòu)參數(shù)1填料類型/M250Y6塔徑m5.002材質(zhì)/不銹鋼7填料層高度m22.893比表面積m2/m32508持液量%5.04空隙率%98.89每米理論級數(shù)m-12.505傾斜角°4510經(jīng)濟(jì)F范圍Pa0.50.3-2.5（續(xù)表）操作負(fù)荷性能圖頂部底部1操作點(diǎn)橫坐標(biāo)/0.11690.13272操作點(diǎn)縱坐標(biāo)m/s0.06890.06463備注設(shè)計(jì)強(qiáng)度校核T103操作壓力2bar，屬于低壓容器（0.1~1,6MPa），塔頂溫度93.9℃，塔底溫度179.0℃，屬于常溫容器，因其設(shè)備體積龐大，負(fù)荷高，介質(zhì)微毒易燃，因此為第一類壓力容器。由計(jì)算和校核的結(jié)果，可取填料塔公稱直徑DN=5000mm公稱壓力PN=2bar=0.2MPa在該溫度和壓力范圍內(nèi)，鋼材選用16MnR（Q345R），據(jù)經(jīng)驗(yàn)，大型化工容器采用16MnR制造，質(zhì)量可比用碳鋼減輕1/3。運(yùn)用SW6-2011進(jìn)行塔體強(qiáng)度校核圖8-4T0103的SW6-2011校核輸入界面之一計(jì)算報(bào)告簡略如下，詳細(xì)塔校核報(bào)告見附帶源文件。表8-10內(nèi)壓圓筒校核報(bào)告表內(nèi)壓圓筒校核計(jì)算單位天津大學(xué)藍(lán)圖.TJU計(jì)算所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)GB150.3-2011計(jì)算條件筒體簡圖計(jì)算壓力Pc0.20MPa設(shè)計(jì)溫度t180.00C內(nèi)徑Di5000.00mm材料Q345R(板材)試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力185.00MPa設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力t175.20MPa試驗(yàn)溫度下屈服點(diǎn)s325.00MPa鋼板負(fù)偏差C10.30mm腐蝕裕量C22.00mm焊接接頭系數(shù)0.80厚度及重量計(jì)算（續(xù)表）計(jì)算厚度==3.57mm有效厚度e=n-C1-C2=15.70mm名義厚度n=18.00mm重量57468.53Kg壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核壓力試驗(yàn)類型液壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力值PT=1.25P=0.5183(或由用戶輸入)MPa壓力試驗(yàn)允許通過的應(yīng)力水平TT0.90s=292.50MPa試驗(yàn)壓力下圓筒的應(yīng)力T==103.49MPa校核條件TT校核結(jié)果合格壓力及應(yīng)力計(jì)算最大允許工作壓力[Pw]==0.87745MPa設(shè)計(jì)溫度下計(jì)算應(yīng)力t==31.95MPat140.16MPa校核條件t≥t結(jié)論合格表8-11上封頭校核報(bào)告表上封頭校核計(jì)算計(jì)算單位天津大學(xué)藍(lán)圖.TJU計(jì)算所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)GB150.3-2011計(jì)算條件橢圓封頭簡圖計(jì)算壓力Pc0.22MPa設(shè)計(jì)溫度t180.00C內(nèi)徑Di5000.00mm曲面深度hi1000.00mm材料Q345R(板材)設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力t175.20MPa試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力185.00MPa鋼板負(fù)偏差C10.30mm腐蝕裕量C22.00mm(續(xù)表)焊接接頭系數(shù)0.85壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核壓力試驗(yàn)類型液壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力值PT=1.25Pc=0.5157(或由用戶輸入)MPa壓力試驗(yàn)允許通過的應(yīng)力tT0.90s=292.50MPa試驗(yàn)壓力下封頭的應(yīng)力T==133.00MPa校核條件TT校核結(jié)果合格厚度及重量計(jì)算形狀系數(shù)K==1.3750計(jì)算厚度h==6.93mm有效厚度eh=nh-C1-C2=15.70mm最小厚度min=15.00mm名義厚度nh=18.00mm結(jié)論滿足最小厚度要求重量3472.63Kg壓力計(jì)算最大允許工作壓力[Pw]==0.67938MPa結(jié)論合格表8-12下封頭校核報(bào)告表下封頭校核計(jì)算計(jì)算單位天津大學(xué)藍(lán)圖.TJU計(jì)算所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)GB150.3-2011計(jì)算條件橢圓封頭簡圖計(jì)算壓力Pc0.30MPa設(shè)計(jì)溫度t180.00C內(nèi)徑Di5000.00mm曲面深度hi1165.00mm材料Q345R(板材)設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力t175.20MPa試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力185.00MPa（續(xù)表）鋼板負(fù)偏差C10.30mm腐蝕裕量C22.00mm焊接接頭系數(shù)0.85壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核壓力試驗(yàn)類型液壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力值PT=1.25Pc=0.5183(或由用戶輸入)MPa壓力試驗(yàn)允許通過的應(yīng)力tT0.90s=292.50MPa試驗(yàn)壓力下封頭的應(yīng)力T==107.04MPa校核條件TT校核結(jié)果合格厚度及重量計(jì)算形狀系數(shù)K==1.1008計(jì)算厚度h==4.01mm有效厚度eh=nh-C1-C2=15.70mm最小厚度min=15.00mm名義厚度nh=18.00mm結(jié)論滿足最小厚度要求重量3717.66Kg壓力計(jì)算最大允許工作壓力[Pw]==0.84835MPa結(jié)論合格填料塔內(nèi)件設(shè)計(jì)填料塔內(nèi)件主要有填料支撐裝置、填料壓緊裝置、液體分布裝置、液體收集再分布裝置等。合理地選用和設(shè)計(jì)塔內(nèi)件，對保證填料塔的正常操作及優(yōu)良的傳質(zhì)性能十分重要。液體分布裝置不良的流體初始分布難以達(dá)到填料層的自然流分布，會導(dǎo)致傳遞效率急劇下降，實(shí)踐證明，沒有良好的液體分布器，填料塔甚至不可能正常操作，新型高效填料的優(yōu)越性難以發(fā)揮。性質(zhì)優(yōu)良的液體分布器除了常規(guī)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)要求外，還必須滿足操作的可行性、分布的均勻性、合適的操作，彈性和足夠的氣流通道。表8-11 常用液體分布器的特點(diǎn)多孔型布液裝置溢流型布液裝置工作原理借助孔口以上液層產(chǎn)生的靜壓或管路的泵送壓力，迫使液體從小孔流出，注入塔內(nèi)。進(jìn)入布液裝置的液體超過堰口高度時(shí)，依靠液體的自重通過堰口流出，并沿著溢流管（槽）壁呈膜狀留下，淋灑至填料層上。優(yōu)點(diǎn)能夠提供足夠均勻的液體分布和空出足夠大的氣體通道（自由截面一般在70%以上），便于分塊安裝。操作彈性大，不易堵塞，操作可靠和便于分塊安裝。缺點(diǎn)分布器的小孔易被沖蝕或堵塞。分類1.多孔直管式噴淋器；2.多管式噴淋器；3.排管式噴淋器；4.環(huán)管式噴淋器；5.篩孔盤式分布器；6.可拆型槽盤氣液分布器；7.蓮蓬頭噴灑器。1.溢流盤式布液器；2.溢流槽式布液器。通過對（重力推動）排管式、（壓力推動）排管式、環(huán)管式、（圓形升氣管）孔盤式、（矩形升氣管）孔盤式、堰盤式、堰槽式等7種通用型典型的液體分布器性能對比，最終選定采用噴淋密度范圍2.5~125m圖8-5堰槽式液體分布器設(shè)計(jì)平面圖液體收集與再分布裝置按照Horner推薦的標(biāo)準(zhǔn)，取以下三條中最低值作為再分布分段高度：填料高度7m；相當(dāng)于20塊理論板或傳遞單元數(shù)的高度；6~8倍塔徑高度。計(jì)算得到的填料裝填高度21.1mm，因此將填料層分為4段；其中精餾段填料高度18.9m，分為三段，每段填料層高度為6.3m；提餾段填料高度2.2m，單獨(dú)作為一段。4段填料層需要3套液體收集與再分布裝置。液體再分布器由集液器與常規(guī)液體分布器組合而得，無論是簡單的再分布，還是兼有中間加料或出料的再分布，均能達(dá)到理想的效果，而且氣流通量大，阻力小，很適用于大塔徑。液體收集裝置選用遮板式液體收集器，液體收集器需要從人孔裝入塔中，因此要做成分體式結(jié)構(gòu)，集液盤三片制成一體，進(jìn)塔后組裝成整體。對于我們大直徑、大液量的填料塔，采用雙流式結(jié)構(gòu)，集液槽由周邊槽和橫槽組成，周邊槽和橫槽相同，收集的液體由橫槽導(dǎo)液管流入再分布器。填料支撐板格柵式支撐板最適合于規(guī)整填料的支撐，其空隙率比較大，采用金屬材料，其空隙率在95%~97%范圍。格柵式支撐板是由一定數(shù)量柵條平行排列而成，為便于安裝和使用，將柵條分組連接成格柵塊，再安裝于支撐面上，每塊的大小設(shè)計(jì)合理，以便從人孔送入塔內(nèi)。填料床層固定裝置對于規(guī)整填料的固定，需要結(jié)合床層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)采用波紋板填料，在填料層頂面垂直于板片方向，設(shè)置一定數(shù)量的壓條來防止填料盤向上松動，壓條采用扁鋼制作，豎直放置，組成格柵壓圈，并將其用螺栓固定在塔壁上。這種方法簡單、可靠，又幾乎不影響氣液流動和分布。除霧裝置在通過兩相的密切接觸和分離以促進(jìn)相見組分的傳遞，達(dá)到液體輕重組分分離的目的的同時(shí)，在離開填料塔的氣相中，會夾帶一定數(shù)量、大小不等的液滴，但是除霧裝置大多應(yīng)用在吸收塔中，防止排出的氣體夾帶吸收有毒或有用組成成分的小液滴。對于應(yīng)用于精餾的填料塔，一般不必添加除霧裝置，因?yàn)榧词顾?nèi)液滴隨氣體排出塔頂，依舊會在冷凝器中冷卻，再次回流到精餾塔中。氣體分布裝置由于塔填料是一個低壓降的傳質(zhì)設(shè)備,依靠氣相的自分布在填料塔內(nèi)很難達(dá)到均勻分布。尤其對于大型的填料塔,一旦氣相在塔內(nèi)分布不均勻,勢必影響到大型填料塔的分離或傳熱效果。對于大型填料塔，北洋國家精餾技術(shù)工程發(fā)展有限公司在實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐基礎(chǔ)上改進(jìn)并研制了大量綜合性能優(yōu)良的氣體初始分布器。其中包括新型雙切向環(huán)流進(jìn)氣分布器、新型雙列葉片進(jìn)氣初始分布器以及輻射式進(jìn)氣初始分布器等，在本次設(shè)計(jì)中，采用的是新型雙切向環(huán)流進(jìn)氣分布器。大型精餾塔常用的再沸器為熱虹吸式再沸器，再沸氣體從塔底進(jìn)入精餾塔時(shí)，氣量特別大，因此采用雙切向環(huán)流。氣體經(jīng)過梯級排列的導(dǎo)氣板，向下流動，再從塔的中部上升，達(dá)到均勻分布的目的。反應(yīng)器設(shè)計(jì)概述芳烴的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)是通過現(xiàn)代化芳烴聯(lián)合裝置實(shí)現(xiàn)的，其加工流程相當(dāng)復(fù)雜，并且伴有芳烴間的相互轉(zhuǎn)化過程。C8芳烴異構(gòu)化反應(yīng)、甲苯歧化反應(yīng)以及苯和C9芳烴烷基轉(zhuǎn)移過程是芳烴聯(lián)合裝置中重要的芳烴轉(zhuǎn)化工藝，其目的均是將異構(gòu)體鄰二甲苯(OX)、間二甲苯(MX)和乙苯(EB)以及產(chǎn)量過剩的苯、甲苯和經(jīng)濟(jì)價(jià)值不高的碳九以上重質(zhì)芳烴轉(zhuǎn)化為附加值更高的對二甲苯(PX)。反應(yīng)是化工生產(chǎn)流程中的中心環(huán)節(jié)，反應(yīng)器的設(shè)計(jì)在化工設(shè)計(jì)中占有重要的地位。下面以碳八芳烴異構(gòu)化反應(yīng)器為例列舉設(shè)計(jì)過程。其他反應(yīng)器設(shè)計(jì)見附錄。反應(yīng)器的選型本設(shè)計(jì)的主要反應(yīng)均為由固體催化劑催化的氣相反應(yīng)，常見的氣固相反應(yīng)器主要有固定床和流化床兩大類。固定床反應(yīng)器固定床反應(yīng)器又稱填充床反應(yīng)器，裝填有固體催化劑或固體反應(yīng)物用以實(shí)現(xiàn)多相反應(yīng)過程的一種反應(yīng)器。固體物通常呈顆粒狀，粒徑2～15mm左右,堆積成一定高度（或厚度）的床層。床層靜止不動，流體通過床層進(jìn)行反應(yīng)。它與流化床反應(yīng)器及移動床反應(yīng)器的區(qū)別在于固體顆粒處于靜止?fàn)顟B(tài)。固定床反應(yīng)器主要用于實(shí)現(xiàn)氣固相催化反應(yīng)，如氨合成塔、二氧化硫接觸氧化器、烴類蒸汽轉(zhuǎn)化爐等。固定床反應(yīng)器可分類為三種基本形式：①軸向絕熱式固定床反應(yīng)器(見圖8-6)。流體沿軸向自上而下流經(jīng)床層，床層同外界無熱交換。②徑向絕熱式固定床反應(yīng)器（見圖8-7）。流體沿徑向流過床層，可采用離心流動或向心流動，床層同外界無熱交換。徑向反應(yīng)器與軸向反應(yīng)器相比，流體流動的距離較短,流道截面積較大,流體的壓力降較小。但徑向反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)較軸向反應(yīng)器復(fù)雜。以上兩種形式都屬絕熱反應(yīng)器,適用于反應(yīng)熱效應(yīng)不大,或反應(yīng)系統(tǒng)能承受絕熱條件下由反應(yīng)熱效應(yīng)引起的溫度變化的場合。③列管式固定床反應(yīng)器（見圖8-8）。反應(yīng)器由多根反應(yīng)管并聯(lián)構(gòu)成。管內(nèi)或管間置催化劑，載熱體流經(jīng)管間或管內(nèi)進(jìn)行加熱或冷卻，管徑通常在25～50mm之間，管數(shù)可多達(dá)上萬根。列管式固定床反應(yīng)器適用于反應(yīng)熱效應(yīng)較大的反應(yīng)。此外，尚有由上述基本形式串聯(lián)組合而成的反應(yīng)器，稱為多級固定床反應(yīng)器。例如：當(dāng)反應(yīng)熱效應(yīng)大或需分段控制溫度時(shí)，可將多個絕熱反應(yīng)器串聯(lián)成多級絕熱式固定床反應(yīng)器(見圖8-9),反應(yīng)器之間設(shè)換熱器或補(bǔ)充物料以調(diào)節(jié)溫度，以便在接近于最佳溫度條件下操作。圖8-6軸向絕熱式固定床反應(yīng)器圖8-7徑向絕熱式固定床反應(yīng)圖8-8列管式固定床反應(yīng)器圖8-9多級絕熱式固定床反應(yīng)器優(yōu)點(diǎn)：返混小，流體同催化劑可進(jìn)行有效接觸，當(dāng)反應(yīng)伴有串聯(lián)副反應(yīng)時(shí)可得較高催化劑機(jī)械損耗小；結(jié)構(gòu)簡單；固定床反應(yīng)器中的催化劑不限于顆粒狀，網(wǎng)狀催化劑早已應(yīng)用于工業(yè)上。目前，蜂窩狀、纖維狀催化劑也已被廣泛使用。缺點(diǎn)：傳熱差，反應(yīng)放熱量很大時(shí)，即使是列管式反應(yīng)器也可能出現(xiàn)飛溫（反應(yīng)溫度失去控制，急劇上升，超過允許范圍）；操作過程中催化劑不能更換，催化劑需要頻繁再生的反應(yīng)一般不宜使用，常代之以流化床反應(yīng)器或移動床反應(yīng)器。流化床反應(yīng)器流化床反應(yīng)器是一種利用氣體或液體通過顆粒狀固體層而使固體顆粒處于懸浮運(yùn)動狀態(tài)，并進(jìn)行氣固相反應(yīng)過程或液固相反應(yīng)過程的反應(yīng)器。在用于氣固系統(tǒng)時(shí)，又稱沸騰床反應(yīng)器。按流化床的運(yùn)用狀況主要分為以下兩類：（1）一類是有固體物料連續(xù)進(jìn)料和出料的裝置，主要用于固相加工過程或催化劑迅速失活的流體相加工過程。例如催化裂化過程，催化劑在幾分鐘內(nèi)即顯著失活，須用上述裝置不斷予以分離后進(jìn)行再生。（2）另一類是無固體物料連續(xù)進(jìn)料和出料裝置，主要用于固體顆粒性狀在相當(dāng)長時(shí)間（如半年或一年）內(nèi)，不發(fā)生明顯變化的反應(yīng)過程，如石油催化裂化、酶反應(yīng)過程等催化反應(yīng)過程，稱為流體相加工過程。常見的兩類流化床如下圖所示：圖8-10流化床反應(yīng)器工作示意圖與固定床相比，流化床反應(yīng)器的特點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)：a.可以實(shí)現(xiàn)固體物料的連續(xù)輸入和輸出；b.流體和顆粒的運(yùn)動使床層具有良好的傳熱性能，床層內(nèi)部溫度均勻，而且易于控制,特別適用于強(qiáng)放熱反應(yīng)。c.流化床適合使用細(xì)粒子催化劑，易消除內(nèi)擴(kuò)散阻力，能充分發(fā)揮催化劑的效能。d.由于返混嚴(yán)重，可對反應(yīng)器的效率和反應(yīng)的選擇性帶來一定影響。再加上氣固流化床中氣泡的存在使得氣固接觸變差，導(dǎo)致氣體反應(yīng)得不完全。因此，通常不宜用于要求單程轉(zhuǎn)化率很高的反應(yīng)。e.固體顆粒的磨損和氣流中的粉塵夾帶，也使流化床的應(yīng)用受到一定限制。為了限制返混，可采用多層流化床或在床內(nèi)設(shè)置內(nèi)部構(gòu)件。這樣便可在床內(nèi)建立起一定的濃度差或溫度差。此外，由于氣體得到再分布，氣固間的接觸亦可有所改善。通過以上反應(yīng)器特點(diǎn)的比較，考慮到異構(gòu)化反應(yīng)為放熱反應(yīng)，但反應(yīng)熱效應(yīng)不大等特點(diǎn)，同時(shí)結(jié)合控制的難易與技術(shù)經(jīng)濟(jì)的實(shí)際，我們決定采用徑向絕熱式固定床反應(yīng)器。二甲苯異構(gòu)化反應(yīng)器設(shè)計(jì)反應(yīng)機(jī)理二甲苯異構(gòu)化方法可分為無定形硅一鋁異構(gòu)化方法沸石催化劑異構(gòu)化方法和雙功能催化劑異構(gòu)化方法。各種異構(gòu)化方法工藝大同小異，但所用的催化劑各有特點(diǎn)。芳烴的異構(gòu)化、歧化和脫烷基等反應(yīng)都屬于正碳離子反應(yīng)機(jī)理，因此二甲苯催化劑上發(fā)生異構(gòu)化反應(yīng)的同時(shí)，亦發(fā)生歧化、脫烷基、裂解等副反應(yīng)。a.二甲苯異構(gòu)化反應(yīng)當(dāng)二甲苯在酸性催化劑上發(fā)生異構(gòu)化反應(yīng)時(shí)，在苯環(huán)上快速添加或減少一個氫原子，使分子內(nèi)的甲基產(chǎn)生位移，從而使異構(gòu)體組成達(dá)到平衡。在雙功能催化劑上發(fā)生反應(yīng)時(shí)，除了上述的反應(yīng)過程，還會在雙功能催化劑的金屬組元上發(fā)生另一類反應(yīng)。由于反應(yīng)物中存在C8環(huán)烷烴中間物，在氫壓的作用下，異構(gòu)化反應(yīng)可通過C8環(huán)烷烴中間物完成。其反應(yīng)過程如下：圖8-11二甲苯異構(gòu)化反應(yīng)b.乙苯異構(gòu)化用酸性催化劑時(shí)，乙苯在較苛刻的操作條件下，可發(fā)生歧化和脫烷基等反應(yīng)，從而生成苯和重芳烴,同時(shí)乙苯和二甲苯間產(chǎn)生烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)。當(dāng)異構(gòu)化采用雙功能催化劑時(shí)，在反應(yīng)體系中含有環(huán)烷烴的情況下，乙苯可轉(zhuǎn)化為二甲苯，反應(yīng)過程如下:圖8-12乙苯異構(gòu)化c.副反應(yīng)在二甲苯異構(gòu)化反應(yīng)中，同時(shí)產(chǎn)生歧化、脫烷基、加氫裂化等副反應(yīng)。二甲苯的歧化反應(yīng)可生成苯與三甲苯，當(dāng)反應(yīng)條件苛刻時(shí)，可生成六甲苯。二甲苯與乙苯間的烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)既能生成甲基乙基苯與甲苯，亦能生成苯與二甲基乙基苯。在一般的異構(gòu)化反應(yīng)條件下，基本上不產(chǎn)生脫烷基反應(yīng)，當(dāng)反應(yīng)條件較苛刻時(shí)，乙苯可脫烷基生成苯，而二甲苯較難發(fā)生脫烷基反應(yīng)。由于反應(yīng)體系中含有一定量的C8環(huán)烷烴，在臨氫的條件下C8環(huán)烷烴容易加氫開環(huán)為C8直鏈烷烴，直鏈烷烴容易進(jìn)一步加氫裂解為小分子烷烴。催化劑的選擇碳八芳烴異構(gòu)化是增產(chǎn)芳烴的重要過程，其直接影響著芳烴聯(lián)合運(yùn)行裝置的技術(shù)經(jīng)濟(jì)。按照對乙苯的不同轉(zhuǎn)化方式，可將二甲苯異構(gòu)化催化劑分為乙苯轉(zhuǎn)化為二甲苯型催化劑和乙苯脫烷基轉(zhuǎn)化為苯型催化劑。芳烴異構(gòu)化催化劑一般為雙功能催化劑，包括金屬組元和酸性組元，金屬組元一般采用貴金屬，提供加氫和脫氫活性中心；酸性組元提供異構(gòu)化活性中心。隨著沸石合成和改性技術(shù)的發(fā)展，沸石作為酸性組元在二甲苯異構(gòu)化催化劑中的應(yīng)用得到拓展。目前，二甲苯催化劑研究開發(fā)的重點(diǎn)主要集中于催化劑中沸石組分的研究，即對新型沸石的應(yīng)用和對現(xiàn)有沸石的改性處理，以期開發(fā)出具有更好活性選擇性和穩(wěn)定性的芳烴異構(gòu)化催化劑。常用的催化劑可具體分類如下：表8-12各類異構(gòu)化催化劑比較催化劑劑功能加氫脫氫乙苯異構(gòu)化特點(diǎn)無定型SiO2-Al2O3無無不能催化劑廉價(jià)，操作簡便，但選擇性較差，易結(jié)焦，需頻繁再生鉑/酸性載體催化劑有有能對二甲苯之間的異構(gòu)化及乙苯異構(gòu)化制備二甲苯有較好的活性和選擇性ZSM-4————不能低溫液相異構(gòu)化，副產(chǎn)物少NiZSM-5————能對乙苯異構(gòu)化具有較好的活性，二甲苯收率達(dá)到99.6%HF-BF3催化劑————不能對間二甲化具有較高的選擇性和活性，反應(yīng)溫度低，不用氫氣，有水時(shí)有強(qiáng)腐蝕性對沸石分子篩酸性組元改進(jìn)的新型催化劑常見的有以下四類：表8-13分子篩改進(jìn)新型催化劑名稱分子篩類型乙苯轉(zhuǎn)化率/%C8芳烴收率/%對二甲苯收率/%MFI型催化劑ZSM分子篩77.788.520.8MOR型催化劑SKI分子篩30.21-34.5691.79-98.5121.84-22.31EUO型催化劑EU分子篩46.5-59.495.9-98.5其他新型催化劑ITQ為代表56.498.6通過對催化劑壽命、活性、穩(wěn)定性及價(jià)格的綜合分析，我們選擇的催化劑為由上海石化研究院開發(fā)的SKI-400型催化劑。該劑系采用高純氧化鋁和雙沸石為載體的載鉑雙功能催化劑，能長期穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，活性和選擇性指標(biāo)，均達(dá)到工業(yè)要求。目前，此催化劑以在揚(yáng)子石化芳烴擴(kuò)建裝置得以應(yīng)用，開車后分析結(jié)果顯示反應(yīng)(PX+OX)總收率顯著超過外商催化劑，創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，節(jié)省了巨額改造資金，可為國內(nèi)同類裝置擴(kuò)產(chǎn)增效提供可靠依據(jù)。工藝條件的選擇反應(yīng)溫度其它工藝條件保持不變的情況下，提高反應(yīng)溫度，催化劑異構(gòu)化活性和乙苯轉(zhuǎn)化率顯著增加，但裂解等副反應(yīng)也會明顯增加，導(dǎo)致二甲苯損失增加。確定催化劑的最佳反應(yīng)溫度應(yīng)綜合考慮活性和選擇性要求，催化劑的起始反應(yīng)溫度在348~358oC均可，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)后期催化劑活性略有下降，可適當(dāng)提高反應(yīng)溫度，此時(shí)，在360~380oC為宜。反應(yīng)壓力增加反應(yīng)壓力，乙苯轉(zhuǎn)化率和異構(gòu)化活性略有增加，二甲苯損失也相應(yīng)增加，苯的選擇性略有降低。該催化劑適宜在0.5~0.8MPa范圍內(nèi)的壓力條件下操作，本設(shè)計(jì)采用0.8Mpa。氫烴比在其它工藝條件保持不變的情況下，氫烴比降低，反應(yīng)深度有所增加，異構(gòu)化活性略有增強(qiáng)，乙苯轉(zhuǎn)化率小幅增加。確定氫烴比需綜合考慮催化劑活性、選擇性和壽命等各種因素而定。綜合考慮以上各種因素，該催化劑可以在相對較寬的氫烴比范圍內(nèi)操作，優(yōu)選氫烴摩爾比1.0~2.0的操作范圍?？账倏账俳档停悩?gòu)化活性和乙苯轉(zhuǎn)化率均增加，但同時(shí)副反應(yīng)增加。綜合考慮活性和選擇性，適宜的重時(shí)空速選擇為3.65h-1。原料技術(shù)指標(biāo)抽余液異構(gòu)化原料為吸附分抽余液為貧PX混合C8芳烴。反應(yīng)器設(shè)計(jì)處理能力為106.0萬噸/年(每年以8000小時(shí)計(jì))。抽余液質(zhì)量組成要求為：解吸劑<20wtppmPX≤2%H2O≤10%進(jìn)料口原料要求如下:H2O5~10ppmCO+CO2<10wtppmS<1.0wtppm氮<1.0wtppm補(bǔ)充氫氣補(bǔ)充H2大部分來自本反應(yīng)車間的循環(huán)氫氣，因整個生產(chǎn)流程中的損耗，還需從外界再補(bǔ)充少量氫氣，設(shè)計(jì)氫氣流量為25102.709kg/h，外界補(bǔ)充氫氣量為700kg/h。氫氣的純度要求如下：H2純度>80mol%CO+CO2<10molppmH2S<1.0molppmH2O<10molppm催化劑所用催化劑特性如下表所示：表8-14SKI-400催化劑特性一覽表評價(jià)項(xiàng)目設(shè)計(jì)指標(biāo)工業(yè)產(chǎn)品鉑含量/%0.380.387粒度/mm~mmΦ1.6×（2~5）Φ1.6×（2~5）堆積密度/g·mL-10.70~0.720.71強(qiáng)度/N·cm-1＞6086.4粉化度(質(zhì)量分?jǐn)?shù)%）＜0.1＜0.1壽命3年3年異構(gòu)化反應(yīng)器設(shè)計(jì)異構(gòu)化反應(yīng)器描述本設(shè)計(jì)選擇用立式徑向固定床反應(yīng)器，對于氣固相反應(yīng)非常適合。固定床反應(yīng)器是一種常用的化學(xué)反應(yīng)器，由于其具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、催化劑機(jī)械磨損小、選擇性高等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于基本化學(xué)工業(yè)及石油化學(xué)工業(yè)，如圖8-13是反應(yīng)器的橫截面示意圖。來自進(jìn)料加熱爐的汽化進(jìn)料通過頂部人孔接管和進(jìn)料進(jìn)口分布器進(jìn)入反應(yīng)器。催化劑床層的頂部有折流板，或蓋板以防蒸汽直接流入催化劑床層。管套從蓋板外測半徑范圍向下延伸。圖8-13異構(gòu)化反應(yīng)器本設(shè)計(jì)選擇立式徑向固定床反應(yīng)器，原則是：立式徑向固定床反應(yīng)器具有床層壓降小、空速高、處理量大等優(yōu)點(diǎn)。用Ergun方程對固定床(氣相)反應(yīng)器壓降進(jìn)行描述：式中：Rcm為修正的雷諾數(shù)，um平均流速（空塔氣速）L床層高度dg顆粒當(dāng)量直徑ρg氣體密度εg床層孔隙率由上式可以看到壓降隨著床層高度變化的關(guān)系趨勢，壓力隨床層高度變化很小。反應(yīng)器體積計(jì)算a.反應(yīng)動力學(xué)基礎(chǔ)反應(yīng)動力學(xué)方程一般形式：是指反應(yīng)速率，、是指反應(yīng)物濃度本設(shè)計(jì)中三種二甲苯異構(gòu)化反應(yīng)均可看成是擬一級可逆反應(yīng)，在這里本設(shè)計(jì)只關(guān)注一級可逆反應(yīng)的動力學(xué)方程。我們現(xiàn)假設(shè)最簡單的一級可逆反應(yīng)方程為：AP，則其反應(yīng)速率方程如下:微分式：積分式：反應(yīng)速率常數(shù):b.相關(guān)動力學(xué)數(shù)據(jù)表8-15異構(gòu)化動力學(xué)參數(shù)表360℃375℃390℃E/(kj/mol)0.4440.5620.72356.720.4340.4410.4524.540.0190.0390.148238.310.3150.6970.977132.190.9670.9710.9892.580.0300.1690.264254.510.0880.0970.10418.890.1980.2270.24524.720.0910.1040.11223.91參考相關(guān)文獻(xiàn)，本設(shè)計(jì)選擇的操作溫度為360℃，后續(xù)設(shè)計(jì)所使用動力學(xué)參數(shù)均為360℃條件下的值。c.反應(yīng)器體積的計(jì)算（一）以反應(yīng)動力學(xué)為依據(jù)的計(jì)算1）異構(gòu)化反應(yīng)器模型二甲苯異構(gòu)化徑向反應(yīng)器體系流體力學(xué)行為狀況相當(dāng)復(fù)雜，為了簡化模型方程的推導(dǎo)，根據(jù)操作條件和徑向反應(yīng)器的特點(diǎn)，對二甲苯異構(gòu)化反應(yīng)器作理想化處理，提出以下幾點(diǎn)假設(shè)：(1)忽略徑向反應(yīng)器的軸向溫度分布，認(rèn)為徑向反應(yīng)器的軸向溫度分布均一，軸向溫度差dT=0；(2)徑向反應(yīng)器的軸向各組份濃度分布均一，即軸向各組份濃度變化dC=0。按以上假設(shè)，由于忽略徑向反應(yīng)器的軸向溫度分布和濃度分布，我們現(xiàn)在只考慮反應(yīng)器徑向參數(shù)的變化，并按均相反應(yīng)器來考慮。根據(jù)以上假設(shè)導(dǎo)出徑向反應(yīng)器模型：設(shè)異構(gòu)化徑向反應(yīng)器床層外徑為Ro，內(nèi)徑為Ri，在半徑R處取一對稱于反應(yīng)器軸線的床層微元體，微元體厚為dR，流入該微元體的物料組份i的濃度假設(shè)為Ci，溫度為T，流出該微元體的i組份濃度為Ci+dCi，溫度為T+dT，催化劑堆積密度為ρc，反應(yīng)器催化劑床層高度L0，i組份的氣相比熱容為Cpi，各組分反應(yīng)的反應(yīng)熱為Δhi，對該微元體進(jìn)行物料衡算和熱量衡算，則徑向反應(yīng)器的微分方程組如下所示：物料衡算微分方程式：式中：i=1~n，n為組分?jǐn)?shù)；j=1~m，m為反應(yīng)數(shù)；Ci各組分的濃度；Ρc催化劑堆積密度，kg/m3；L0:反應(yīng)器催化劑床層高度，m；Fii組分的進(jìn)料量，kmol/h；Cpii組分的氣相比熱容，kj/(kmol·oC）；T床層溫度，K；aij第j個反應(yīng)中，組分i的化學(xué)計(jì)量數(shù)。2）異構(gòu)化動力學(xué)模型在氫烴比較大，而且反應(yīng)器內(nèi)氫分壓變化不大的情況下，PX、OX、MX、EB和C8N間異構(gòu)化大致可以認(rèn)為擬一級可逆反應(yīng)。當(dāng)氫分壓恒定和氫烴分子比較大的情況下，可將加氫、脫氫、臨氫開環(huán)和脫烷基等副反應(yīng)視為一級不可逆反應(yīng)。在異構(gòu)化反應(yīng)過程中，我們采用復(fù)雜反應(yīng)系統(tǒng)六組分臨氫異構(gòu)化反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，異構(gòu)化網(wǎng)絡(luò)如下圖所示。所以整個異構(gòu)化反應(yīng)可以看作一級可逆反應(yīng)。圖8-14五元異構(gòu)化反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，我們知道二甲苯異構(gòu)化過程所發(fā)生的各種反應(yīng)均為復(fù)雜的非均相催化反應(yīng)，為了研究方便，我們可以對異構(gòu)化反應(yīng)作以下簡化假設(shè)：(l)異構(gòu)化反應(yīng)可按擬均相反應(yīng)簡化；(2)異構(gòu)化各反應(yīng)相對于烴組份呈簡單的一級反應(yīng)；(3)由于反應(yīng)在同一個活性中心進(jìn)行，我們假定催化劑失活函數(shù)是一致的。建立如下數(shù)學(xué)模型：定義kij為反應(yīng)Ai~Aj的速率常數(shù)，其中kii=0（i==1~6），ki6=(i=1~6)。并假定速率常數(shù)遵循Arrhenius方程為：（8）式中：k0-頻率因子Ea活化能，kJΦ催化劑失活函數(shù)。由于反應(yīng)在同一個活性中心進(jìn)行，我們假定催化劑失活函數(shù)是一致的，其形式如下：（9）式中：α催化劑失活常數(shù)；t催化劑使用時(shí)間，day；r空速指數(shù)；LHSV液時(shí)空速，h-1；β壓力指數(shù)；Ph氫分壓，kPa；LHSV、Ph表達(dá)式如下：（10）（11）式中：氫烴比，mol/mol；Pt反應(yīng)器出口壓力，kPa；YH2為循環(huán)氫純度，%。3）計(jì)算反應(yīng)器體積（1）理想反應(yīng)器體積的計(jì)算根據(jù)反應(yīng)實(shí)際，可改寫成：，將其帶入下式：(12)由反應(yīng)知：aij=ai，i為組分?jǐn)?shù)，所以（11）可整理為：（13）積分得：（14）又Ci=Ci0(1-X)（16）結(jié)合式（13）、（14）、（15）可得：（17）（2）反應(yīng)器失活常數(shù)的計(jì)算查文獻(xiàn)得α=0.0003，β=0.0687，γ=?0.6507， 氫烴比為2，循環(huán)氫氣純度為80%，催化劑的壽命為3年，以三年時(shí)催化劑的失活狀態(tài)帶入催化劑失活常數(shù)進(jìn)行保守估計(jì)。反應(yīng)器可視作無壓降，故其出口壓力為0.8MPa。則：可化為：(18)用反應(yīng)失活常數(shù)對k進(jìn)行修正，帶入（17）式整理后可得：（19）工業(yè)裝填的催化劑密度ρc為0.71t/m3；反應(yīng)轉(zhuǎn)化率X以乙苯計(jì)，為37.32%；反應(yīng)溫度為360oC，因此，由表8-15動力學(xué)數(shù)據(jù)可求得：。根據(jù)生產(chǎn)要求，WHSV取3.65h-1，原料每小時(shí)進(jìn)料體積為44537.661m3/h；在360℃下，原料混合氣密度為3.829kg/m3；根據(jù)催化劑裝填經(jīng)驗(yàn)，催化劑一般裝填整個反應(yīng)器的50%~60%，此處我們選取55%裝填量，所以有：（20）聯(lián)立式（19）、（20），可得：（二）以催化劑負(fù)荷為依據(jù)進(jìn)行計(jì)算我們擬采用的異構(gòu)化催化劑為SIC-400，查閱資料后發(fā)現(xiàn)，該催化劑已在中國石化揚(yáng)子石化公司芳烴廠2號大型芳烴聯(lián)合裝置上實(shí)現(xiàn)了工業(yè)應(yīng)用，其催化劑的裝填密度為0.71t/m3，催化劑裝填量為55t，根據(jù)其生產(chǎn)負(fù)荷，可得其產(chǎn)品質(zhì)量流量為31.25t/h，根據(jù)文獻(xiàn)取乙苯轉(zhuǎn)化率為36.45%，進(jìn)料中乙苯含量為33.83%，可計(jì)算得進(jìn)料流量為255.048t/h于是由：可知SIC-400催化劑的生產(chǎn)負(fù)荷為4.637。根據(jù)生產(chǎn)要求，本設(shè)計(jì)的進(jìn)料質(zhì)量流量為132.200t/h，由上式并結(jié)合已求得的催化劑負(fù)荷，可求得所需催化劑質(zhì)量為28.510t。催化劑裝填密度為0.71t/m3，由式可計(jì)算得催化劑裝填體積為40.155m3。前面已經(jīng)介紹過催化劑一般裝填整個反應(yīng)器的50%~60%，我們選取55%裝填量，所以可得反應(yīng)器的體積為73.008m3，圓整為74m3。兩種計(jì)算方法結(jié)果相近，但考慮到實(shí)際應(yīng)用中的諸多因素，認(rèn)為后一種計(jì)算結(jié)果與實(shí)際跟接近，故本設(shè)計(jì)采用后一種作為異構(gòu)化反應(yīng)的設(shè)計(jì)體積。反應(yīng)器尺寸確定反應(yīng)器直徑與高度計(jì)算查閱文獻(xiàn)并參考經(jīng)驗(yàn)值，反應(yīng)器內(nèi)氣體流速為20--200m/min，參考北京理工大學(xué)劉祥榮博士論文《二甲苯異構(gòu)化反應(yīng)器的模擬研究》中選用的氣體平均流速3.01m/s，本設(shè)計(jì)最終選定氣體平均流速（即空塔氣速）為180m/min，又根據(jù)產(chǎn)量定異構(gòu)化反應(yīng)器的氣體流量為13.603m3/s，于是有故反應(yīng)器半徑為：前面計(jì)算已得反應(yīng)器體積為74m3，按此直徑計(jì)算可得：H=16.358m，可圓整為16.4m。此時(shí)，反應(yīng)器的長徑比為6.833。根據(jù)《工業(yè)催化》中規(guī)定，為了保證反應(yīng)氣流穩(wěn)定固定床反應(yīng)器的長徑比一般在6~12之間，可知本設(shè)計(jì)符合規(guī)定。三段反應(yīng)器設(shè)計(jì)考慮氣體均布、底層催化劑承壓以及床層壓降等方面的因素，本設(shè)計(jì)擬采用三段反應(yīng)器分別進(jìn)料的設(shè)計(jì)。根據(jù)《二甲苯異構(gòu)化反應(yīng)器的模擬研究》中相關(guān)參數(shù)計(jì)算得反應(yīng)所需最小停留時(shí)間為4.32s。當(dāng)我們將原料分三股進(jìn)入反應(yīng)器時(shí)，每股進(jìn)料的流量為4.534m3/s，根據(jù)前面計(jì)算所得反應(yīng)器截面積，可得反應(yīng)器最小段高如下：本設(shè)計(jì)取段高5.5m，滿足反應(yīng)對停留時(shí)間的要求；根據(jù)Aspen模擬結(jié)果得到：氣體密度為3.24kg/m3，粘度為1.710-5Pas，根據(jù)Ergun方程，反應(yīng)器壓降如下：積分得：反應(yīng)器厚度計(jì)算設(shè)計(jì)參數(shù)的確定①設(shè)計(jì)壓力的相關(guān)確定計(jì)算壓力=設(shè)計(jì)壓力+液柱靜壓力本反應(yīng)為純氣體反應(yīng)，液柱靜壓力為零，全塔以反應(yīng)操作壓力計(jì)算，計(jì)做0.8MPa。根據(jù)相關(guān)規(guī)定有：設(shè)計(jì)壓力P=1.05~1.1P工本設(shè)計(jì)我們?nèi)“踩禂?shù)為1.1，于是P=0.88MPa②設(shè)計(jì)溫度的相關(guān)確定該反應(yīng)器操作溫度為360~380℃，取設(shè)計(jì)溫度為400℃；取焊接接頭系數(shù)=1.0（雙面焊對接接頭，100％無損探傷），根據(jù)反應(yīng)器直徑2.4m，由徑向應(yīng)力環(huán)向應(yīng)力經(jīng)試差法，最終確定設(shè)備計(jì)算壁厚δe為14mm，所選鋼材為304L鋼材。根據(jù)設(shè)備設(shè)計(jì)的相關(guān)要求，鋼板腐蝕裕量C1可取1mm，負(fù)偏差C2取0.8mm，于是有：設(shè)計(jì)厚度名義厚度d．反應(yīng)器簡體封頭設(shè)計(jì)反應(yīng)釜的封頭選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓型封頭（GB/T25198-2010），內(nèi)徑與筒體相同，封頭采用304L不銹鋼材料制造。相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)如下：公稱直徑DN=2400mm長短軸之比：2曲面高度h1=575mm直邊高度h2=40mm內(nèi)表面積F=6.0m2容積V=1.76m3封頭壁厚由下式計(jì)算其中，由于為標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，且長短軸之比為2，故橢圓形封頭形狀系數(shù)K=1.0；封頭φ取1；許用應(yīng)力[σ]取89MPa，計(jì)算得：圓整后取13mm，但鑒于筒體的壁厚，封頭也取15.8mm的壁厚。e．反應(yīng)器氣壓試驗(yàn)氣壓試驗(yàn)壓力的確定氣壓試驗(yàn)的壓力：氣壓試驗(yàn)的強(qiáng)度氣壓試驗(yàn)要求滿足的強(qiáng)度條件為可知?dú)鈮簩?shí)驗(yàn)強(qiáng)度基本滿足條件。反應(yīng)器相關(guān)附件計(jì)算a.人孔設(shè)計(jì)（1）人孔該固定床反應(yīng)器內(nèi)裝催化劑，為了裝卸催化劑并檢查設(shè)備的內(nèi)部空間以及安裝和拆卸設(shè)備的內(nèi)部構(gòu)件等，需設(shè)置人孔。本反應(yīng)器為固定床反應(yīng)器，本反應(yīng)操作壓力為0.80MPa，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)HG/T21514-2005《鋼制人孔和手孔的類型與技術(shù)條件》，本設(shè)計(jì)決定采用回轉(zhuǎn)蓋帶頸平焊法蘭人孔，見圖8-16其安裝位置比較靈活。固定床反應(yīng)器為立式反應(yīng)器，反應(yīng)器高度為18.2m，催化劑裝填分為三段，故設(shè)四個人孔。圖8-16回轉(zhuǎn)蓋帶頸平焊法蘭人孔查閱《回轉(zhuǎn)蓋帶頸平焊法蘭人孔》HG/T21517-2005人孔設(shè)計(jì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，考慮到人孔主要設(shè)置在容器側(cè)面，選擇A型人孔，人孔的具體規(guī)格如下：人孔RFⅣb-8.8(A.O)A500-1.0H1=250HG/T21517-2005。其公稱直徑500mm，公稱壓力1.6MPa；密封面型式為突面；筒節(jié)、凸緣材料為304L；墊片材料為耐油石棉橡膠板；筒節(jié)高度為250mm。人孔所用法蘭型號為304L鍛件，所需螺母為20個，其直徑為24mm，長度為95mm。（2）人孔補(bǔ)強(qiáng)確定根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)JB/T4736-2002《補(bǔ)強(qiáng)圈》，該人孔可用補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)。采用內(nèi)坡口型式、全焊透焊接，補(bǔ)強(qiáng)圈放在釜壁外單面補(bǔ)強(qiáng)。所選人孔筒節(jié)內(nèi)徑為500mm，外徑為520mm、壁厚為10mm。補(bǔ)強(qiáng)圈材料采用304L不銹鋼，根據(jù)《補(bǔ)強(qiáng)圈》JB/T4736-95中相關(guān)規(guī)定，可確定補(bǔ)強(qiáng)圈尺寸如下：補(bǔ)強(qiáng)圈外徑D2為840mm，內(nèi)徑D1為510mm。其示意圖如下所示：圖8-17人孔補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)圖根據(jù)補(bǔ)強(qiáng)的金屬面積應(yīng)大于或等于開孔減少的截面積，補(bǔ)強(qiáng)圈的厚度按下式估算：δ補(bǔ)——補(bǔ)強(qiáng)圈厚度，mm；δ1——人孔筒節(jié)厚度，mm；δ2——器壁厚度（δn取15mm）與腐蝕裕量（C2取0.8mm）之差，mm；di——人孔筒節(jié)內(nèi)徑，mm；計(jì)算結(jié)果圓整至標(biāo)準(zhǔn)值，取18mm厚。.4反應(yīng)器支座的設(shè)計(jì)本反應(yīng)器選擇圓筒裙式支座。（1）選擇依據(jù)裙式支座適用于高大型或重型立式容器的支承。裙座有圓筒形和圓錐形兩種形式，圓筒型支座制造方便，節(jié)省材料，因此通常采用圓筒型裙座。圓錐形裙座一般用于以下情況：1塔徑D>1000，且H/D≥30或D≤1000，且H/D≥25；2基本風(fēng)壓q≥0.5KN/m2或地震烈度≥8度時(shí)，采用圓錐形裙座，半錐角≤15°。通過反應(yīng)器體積及主要尺寸計(jì)算得到：筒體直徑D為2400mm，H/D值為6.833；查閱資料得到天津大港的地震烈度為7度，基本風(fēng)壓為400N/m2。因此，本設(shè)計(jì)可采用圓筒型裙座。（2）裙座開孔排氣孔裙座頂部須開設(shè)Φ80的排氣孔，以排放可能聚結(jié)在裙座與封頭死區(qū)有害氣體。排液孔裙座底部須開設(shè)100的排液孔，一般孔徑Φ50，中心高50mm的長圓孔。檢修孔裙座上必須開設(shè)人孔，以方便檢修；人孔為圓形，對稱開設(shè)，公稱直徑取500mm即可。引出管通道孔考慮到管子熱膨脹，在支承筋與引出管之間應(yīng)保留一定間隙。裙座與容器封頭連接裙座直接焊接在容器封頭上，可采用對接焊縫或搭接焊縫。在沒有風(fēng)載荷或地震載荷時(shí)，對接焊縫承受容器重量產(chǎn)生的壓縮載荷，搭接焊縫則承受剪切載荷。相比而言，搭接焊縫受力情況較差，在一些小塔或受力較小的情況下采用。本設(shè)計(jì)容器體積較大，可選用對接焊縫。裙座殼體過渡段設(shè)備設(shè)計(jì)溫度低于-20℃或高于250℃時(shí)，裙座頂部部分，即裙座殼體過渡段，其材料應(yīng)與塔下封頭材料相同，選擇304L，裙座殼體過渡段長度取4倍保溫層厚度，但不小于500mm。群座保護(hù)層當(dāng)塔內(nèi)或周圍容器內(nèi)有易燃、易爆介質(zhì)時(shí)，一旦發(fā)生火災(zāi)，裙式支座型式會因溫度升高而喪失強(qiáng)度，故裙座應(yīng)設(shè)防火層。當(dāng)裙座D≤1500mm時(shí)，僅外面敷設(shè)防火層；當(dāng)裙座D>1500mm時(shí)，兩側(cè)均敷設(shè)50mm石棉水泥層。當(dāng)塔內(nèi)操作溫度很高，塔體與裙座的溫度差引起不均勻熱膨脹，會使裙座與塔底封頭連接焊縫受力情況惡化，此時(shí)須對裙座加以保溫。選用圓錐形裙座，裙座內(nèi)徑2400mm，裙座壁厚10mm，裙座高度2m。兩側(cè)均敷設(shè)50mm石棉水泥層。.5接口管設(shè)計(jì)常用原料管內(nèi)流速參照見下表8-17表8-17某些流體在管中的常用流速范圍流體及流動類型流速范圍（m/s）水及低濃度液體（1×105Pa~1×106Pa)1.5~3.0工業(yè)供水（81×105Pa以下）1.5~3.0飽和蒸汽20~40低壓空氣12~15一般氣體（常壓）10~20(一)氫氣進(jìn)料管根據(jù)上表給出的流速參考值，氫氣在管內(nèi)的流速取20m/s。進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)的氫氣分為兩股，一股是由外部補(bǔ)充的氫氣，另一股為循環(huán)氫氣。（1）外部補(bǔ)充氫氣的流量為700kg/h，密度為0.651kg/m3，則：前面已經(jīng)選取了氫氣的流速為20m/s，于是有：根據(jù)常用管道公稱直徑與外徑對照表，可確定選擇DN為150的無縫鋼管，管材質(zhì)采用304L不銹鋼材料，壁厚為5mm。配用具有突面密封的板式平焊管法蘭，法蘭標(biāo)記為PL70-0.25JB/T4700-2000。循環(huán)氫氣流量為25102.709kg/h，因氫氣不純，混有少量其他芳烴，加之因熱利用溫度較低，僅為10oC時(shí)的密度，因此其密度為1.404kg/m3，則：于是有：根據(jù)常用管道公稱直徑與外徑對照表，可確定選擇公稱直徑DN為600mm的無縫鋼管，鋼管材質(zhì)為304L不銹鋼，壁厚為15mm。為使反應(yīng)器便于控制，將兩股氫氣在進(jìn)反應(yīng)器前，進(jìn)行管混，混合后管徑如下：(因補(bǔ)充氫量較少，混合后原料密度取循環(huán)氫密度）因此，仍可采用公稱直徑DN為600mm的無縫鋼管，鋼管材質(zhì)為304L不銹鋼，壁厚為15mm。(二)碳八芳烴混合物進(jìn)料管反應(yīng)要求在氣相中進(jìn)行，碳八芳烴由各設(shè)備集中至異構(gòu)化反應(yīng)器之前，先經(jīng)加熱器加熱后，再從反應(yīng)器頂部加入。根據(jù)生產(chǎn)要求，可知碳八芳烴進(jìn)料流量為132500kg/h，密度為12.421kg/m3，則：于是有根據(jù)常用管道公稱直徑與外徑對照表，可確定選擇公稱直徑DN為350mm的無縫鋼管，材料為304L不銹鋼，壁厚為10mm。（三）原料混合總管直徑碳八芳烴進(jìn)料與氫氣進(jìn)料直接采用管混后進(jìn)入反應(yīng)器，忽略混合前后氣體體積的變化，可得到原料氣混合后的總體積流量為29045.418m3/s,于是有：根據(jù)常用管道公稱直徑與外徑對照表，可確定選擇公稱直徑DN為750mm的無縫鋼管，材料選擇304L不銹鋼，壁厚為15mm。（四）進(jìn)料分管直徑根據(jù)本設(shè)計(jì)三段反應(yīng)器分別進(jìn)料的要求，采用等截面積的思想，可求得進(jìn)料分管的內(nèi)徑為414mm，根據(jù)無縫鋼管公稱直徑與外徑對照表，選擇公稱直徑為450mm的管道，材料為304L不銹鋼，壁厚為15mm。（五）反應(yīng)器出料總管直徑根據(jù)生產(chǎn)要求，可得到反應(yīng)器出料流量為158302.709kg/h，氣體密度3.136kg/m3。于是有根據(jù)常用管道公稱直徑與外徑對照表，可確定選擇公稱直徑DN為800mm的無縫鋼管，材料為304L不銹鋼，壁厚為20mm。（六）反應(yīng)器出料分管直徑為保證反應(yīng)器內(nèi)氣流始終穩(wěn)定，本設(shè)計(jì)每段反應(yīng)器均帶有采出，根據(jù)出料總管計(jì)算結(jié)果，采用等截面積的思想計(jì)算得所需出料分管的內(nèi)徑為445mm，根據(jù)常用管道公稱直徑與外徑對照表，選擇公稱直徑為500mm的無縫鋼管，管材為304L,壁厚為15mm。反應(yīng)器設(shè)計(jì)結(jié)果總結(jié)反應(yīng)器進(jìn)料情況見表8-18表8-18進(jìn)料狀況一覽表項(xiàng)目原料進(jìn)料參數(shù)補(bǔ)充氫氣進(jìn)料參數(shù)循環(huán)氫氣進(jìn)料參數(shù)溫度/oC5502510壓力/MPa進(jìn)料相態(tài)氣態(tài)氣態(tài)氣態(tài)總質(zhì)量流量/kg·h-113250070025102.71密度/kg·m312.4210.6511.404管道公稱直徑/mm350150600反應(yīng)器尺寸及附件設(shè)計(jì)結(jié)果見表8-19表8-19反應(yīng)器設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表項(xiàng)目參數(shù)反應(yīng)器體積/m374反應(yīng)器直徑/mm2400（續(xù)表）反應(yīng)器高度/m16.4反應(yīng)器段數(shù)3筒體壁厚/mm15.8反應(yīng)器材質(zhì)封頭類型304L標(biāo)準(zhǔn)橢圓型封頭直徑/mm2400封頭厚度/mm15.8封頭材質(zhì)304L裙座高度/m2裙座厚度/mm10裙座材質(zhì)Q-235/304L人孔數(shù)量4人孔類型回轉(zhuǎn)蓋帶頸平焊法蘭人孔人孔直徑500反應(yīng)器出料情況見表8-20表8-20反應(yīng)器出料結(jié)果一覽表項(xiàng)目參數(shù)出料溫度oC360出料壓力/MPa0.8出料相態(tài)氣態(tài)總質(zhì)量流量/kg·h-1158302.7密度/kg·m33.136管道公稱直徑/mm800結(jié)晶設(shè)計(jì)結(jié)晶提純工藝簡介深冷結(jié)晶工藝傳統(tǒng)的生產(chǎn)PX的原料來源主要有催化重整生成油和裂解加氫汽油以及煤焦油副產(chǎn)物,由于受熱力學(xué)平衡的限制,這些原料中的PX質(zhì)量分?jǐn)?shù)均不大于24%。為了達(dá)到較高的PX回收率,結(jié)晶過程需要在很低的溫度下進(jìn)行,深冷結(jié)晶工藝便是針對這種低濃度PX原料所開發(fā)的。深冷結(jié)晶法通常都采用兩級結(jié)晶過程,第1級結(jié)晶溫度為-62～-68℃,分離出85%～90%的粗對二甲苯,再通過第2級重結(jié)晶分離出高純度的對二甲苯。第1級結(jié)晶過程在于達(dá)到一定的回收率,以利于提高整個工藝的回收率;而第2級結(jié)晶過程則側(cè)重于提高產(chǎn)品純度,以提高產(chǎn)品的附加值,結(jié)晶溫度為-20～-10℃。由于混合二甲苯是一個多元體系,其固液相圖十分復(fù)雜,在理論上能形成多個低共熔點(diǎn),從而限制了PX回收率的無限制提高(PX的總回收率在冷卻到-65℃時(shí)僅能達(dá)到65%左右),因此深冷結(jié)晶法中對二甲苯單程回收率較低,二甲苯損失量和物料循環(huán)量都較大。而且在分離對二甲苯晶體時(shí)還需要相應(yīng)的離心機(jī)、回旋過濾器等固液分離設(shè)備,因此深冷結(jié)晶法中的設(shè)備投資和維護(hù)費(fèi)用均較大。再加上當(dāng)時(shí)的機(jī)械制造加工水平相對較低,自動化控制技術(shù)相對落后,使得深冷結(jié)晶工藝中許多設(shè)備的可靠性較差,大型化困難,結(jié)晶過程的維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用較高,因此深冷結(jié)晶法逐漸被后續(xù)開發(fā)的模擬移動床吸附分離技術(shù)所取代。熔融結(jié)晶工藝隨著對二甲苯需求量的日益增加,直接從催化重整油和裂解汽油中生產(chǎn)和分離PX已遠(yuǎn)不能滿足需求,當(dāng)前工業(yè)上常通過甲苯歧化和烷基轉(zhuǎn)移工藝、C8芳烴異構(gòu)化工藝、甲苯選擇性歧化工藝、甲苯甲基化工藝和甲醇芳構(gòu)化工藝等來增產(chǎn)PX，其中的一些工藝技術(shù)，已經(jīng)避開或突破了碳八芳烴熱力學(xué)上的限制，制備得到的PX濃度大大增加。在分離高濃度的PX原料時(shí),現(xiàn)有吸附分離法，因?yàn)槲絼┪饺萘康南拗疲疃嘀荒軐X在含有PX質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%以下的混合物中分離出來，因此，對于高PX含量的混合物，常規(guī)的模擬移動床吸附分離技術(shù)將難以適應(yīng)，因而國外石化公司又相繼開發(fā)了多種PX熔融結(jié)晶分離工藝。按照操作模式的不同，可以將熔融結(jié)晶分為層式熔融結(jié)晶（分步結(jié)晶），懸浮式熔融結(jié)晶，兩者對比如表所示：表8-21層式與懸浮式熔融結(jié)晶對比表No.特征層式結(jié)晶懸浮式結(jié)晶1熔融體溫度高于或低于關(guān)鍵組分熔點(diǎn)低于關(guān)鍵組分熔點(diǎn)附近2結(jié)晶熱的轉(zhuǎn)移通過晶層通過溶液3晶體生長速率快，10-7-10-5

m/s慢，10-8-10-7m/s4晶體熔液相界面積小，10-102m2/m3大，約104m2/m35轉(zhuǎn)動裝置無有6傳質(zhì)速率大小7結(jié)垢現(xiàn)象無有8流體輸送易，均為液體難，固液混合物9固液分離易，液體單獨(dú)排出難10裝置放大易難（續(xù)表）11復(fù)雜程度大小現(xiàn)有熔融結(jié)晶工藝MWB工藝由瑞士Sulzer公司開發(fā),采用降膜結(jié)晶技術(shù),屬于動態(tài)層式熔融結(jié)晶過程。該工藝核心裝置是熱泵結(jié)晶器,它由提供傳熱表面的立管系統(tǒng)組成。二甲苯混合物從結(jié)晶器頂部進(jìn)入,在立管內(nèi)部形成向下流動的薄膜,被立管外部的致冷劑冷卻后結(jié)晶析出,改變致冷劑的溫度,便可進(jìn)行晶體的發(fā)汗、熔化過程。由于將結(jié)晶、發(fā)汗提純和產(chǎn)品收集集中在同一臺設(shè)備中完成,因此該工藝的流程十分簡單,而且整個過程中除必要的泵閥外沒有其他的轉(zhuǎn)動件,因而設(shè)備的維護(hù)和保養(yǎng)費(fèi)用極低。Sulzer公司稱將該工藝用于分離提純對二甲苯,對二甲苯純度可達(dá)99.9%,回收率可達(dá)90%以上,而且裝置投資費(fèi)用低、能耗和維修費(fèi)用也低。但如果要實(shí)現(xiàn)連續(xù)性生產(chǎn),則還需要再配一套相同的結(jié)晶系統(tǒng)進(jìn)行切換操作,進(jìn)而會增加設(shè)備投資。該工藝也可配合Sulzer公司開發(fā)的靜態(tài)熔融結(jié)晶裝置使用,此時(shí)對二甲苯回收率可達(dá)到96%以上。PXPlusXP工藝由美國UOP公司、Raytheon公司(Badger)和荷蘭Niro公司(德國GEA集團(tuán))聯(lián)合開發(fā),該工藝使用立式刮刀結(jié)晶器,其特點(diǎn)是使用了Badger/Niro螺桿式洗滌塔(與離心操作相反)。來自結(jié)晶器的晶漿進(jìn)入到洗滌塔底部,塔內(nèi)的螺桿裝置推動塔內(nèi)晶漿向上移動。隨著母液被逆流的對二甲苯洗掉,晶體被壓實(shí)。晶體在床頂被刮落,并在循環(huán)純二甲苯的頂部流化。形成的晶漿被加熱到使晶體熔融,從熔融器中流出的物流分成2股:一股是純的產(chǎn)品,另一股回流到洗滌塔作洗液。據(jù)稱,該工藝可得到純度為99.9%的對二甲苯,回收率可達(dá)93.5%。MobilPX結(jié)晶分離工藝由預(yù)冷卻、結(jié)晶、離心分離和產(chǎn)品洗滌4部分組成,為提高整個過程的PX回收率,可相應(yīng)增設(shè)回收段,使結(jié)晶母液中的PX進(jìn)行重結(jié)晶以回收,回收段的結(jié)晶級數(shù)可根據(jù)實(shí)際情況和需要達(dá)到的PX回收率采用多級或單級,各回收段的結(jié)晶器結(jié)晶溫度依次降低,以獲得高的PX收率。該結(jié)晶工藝適用的原料濃度范圍是PX質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于70%,最好大于80%;原料在結(jié)晶器中的停留時(shí)間為3～8h,最佳停留時(shí)間為4～8h;結(jié)晶溫度為-18～10℃,最佳結(jié)晶溫度為-1.1～10.0℃;回收率可達(dá)80%～90%;PX純度可達(dá)99.5%～99.8%。晶體洗滌塔PX產(chǎn)品晶體的純度最終取決于PX晶體與母液的固液分離效率。傳統(tǒng)的PX二級深冷結(jié)晶工藝中,第1級結(jié)晶所得晶體多為細(xì)長的針狀,給過濾帶來困難,通常所得PX晶體純度為80%～90%;第2級結(jié)晶所得晶體為圓柱狀,過濾較容易,而且第2級結(jié)晶操作溫度較高,故母液黏度降低,有利于固液分離。近代離心分離技術(shù)的發(fā)展,雖然使得離心分離過程的處理能力和效率都得到了很大提高,但是為進(jìn)一步提高PX產(chǎn)品晶體的純度,通常在離心分離后還需要用純的PX晶體熔融液來洗滌PX產(chǎn)品晶體。晶體洗滌塔由于能在同一裝置中同時(shí)實(shí)現(xiàn)晶體的逆流洗滌、發(fā)汗和重結(jié)晶提純效果,因而一直是熔融結(jié)晶領(lǐng)域的一個熱點(diǎn),而將晶體洗滌塔應(yīng)用于PX的分離提純也受到了廣泛關(guān)注。晶體洗滌塔的開發(fā)難點(diǎn)在于要確保洗滌塔中固液兩相的穩(wěn)定逆流接觸,并涉及固