萬噸直餾柴油年氨精制裝置設(shè)計(jì)工藝計(jì)算6968488

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。萬噸直餾柴油年氨精制裝置設(shè)計(jì)工藝計(jì)算6968488萬噸直餾柴油年氨精制裝置設(shè)計(jì)工藝計(jì)算6968488參賽隊(duì)伍：環(huán)衛(wèi)工團(tuán)隊(duì)參賽題目：20萬噸直餾柴油/年氨精制裝置設(shè)計(jì)所屬院校：廣東石油化工學(xué)院26目錄第1章 靜態(tài)混合器選型11.1 選類型11.2 流速11.3 具體型號11.4 反應(yīng)時(shí)間11.5 壓力降計(jì)算2第2章 氨分離器52.1 各股物料進(jìn)料情況52.2 分離器型號52.3 減壓閥選型計(jì)算72.4 絲網(wǎng)除沫器8第3章 重力沉降塔93.1 重力沉降塔93.1.1 重力沉降塔容積93.1.2 確定塔徑93

2、.1.3 計(jì)算筒體高度H103.1.4 計(jì)算筒體厚度103.1.5封頭厚度計(jì)算103.1.6水壓試驗(yàn)強(qiáng)度校核103.2 重力沉降塔113.2.1 確定塔徑113.2.2 計(jì)算筒體高度H113.2.3 計(jì)算筒體厚度113.2.4 封頭厚度計(jì)算123.2.5 水壓試驗(yàn)強(qiáng)度校核12第4章 乙二醇溶劑汽提塔設(shè)計(jì)144.1 原始材料144.1.1 汽提塔進(jìn)出物料情況144.1.2 汽提塔熱負(fù)荷144.1.3 操作壓力144.2 汽提塔設(shè)計(jì)計(jì)算144.2.1 試選傳熱系數(shù)初始值144.2.2 汽提塔尺寸的確定144.3 傳質(zhì)過程計(jì)算154.3.1 列管內(nèi)氣速164.3.2 流體周邊流量164.3.3 液膜

3、厚度174.3.4 液泛速度計(jì)算184.3.5 液體最小潤濕率計(jì)算194.3.6 液膜停留時(shí)間和液膜平均速度194.4 復(fù)核傳熱系數(shù)204.5 精度計(jì)算214.6 塔體及裙座設(shè)計(jì)計(jì)算214.6.1 塔壁厚的確定214.6.2 封頭的選擇224.6.3 塔高的計(jì)算224.6.4 塔設(shè)備的穩(wěn)定計(jì)算224.7 裙座設(shè)計(jì)23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(jì)已知：在工作溫度為35，系統(tǒng)壓力為1.8MPa下，靜態(tài)混合器各股物流的物性下表所示：物料質(zhì)量流率kg/h密度kg/m³體積流率m³/h粘度mPa·s直餾柴油2

4、7777.8810.434.282.03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100mP·s，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、中粘度流體的混合、萃取、中和、傳熱、中速反應(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，則 ，且設(shè)計(jì)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。1.4 反應(yīng)時(shí)間由

5、于環(huán)烷酸與液氨的反應(yīng)為1.5級反應(yīng)，所以： 積分得：式中：為反應(yīng)速率常數(shù)， ；環(huán)烷酸轉(zhuǎn)化率，由設(shè)計(jì)要求可得；環(huán)烷酸濃度。所以： 單個(gè)靜態(tài)混合器的反應(yīng)體積：則空時(shí)：選用兩個(gè)靜態(tài)混合器串聯(lián)，則空時(shí)：=2×2.53=5.06s由于是該反應(yīng)是在液相中進(jìn)行，可視為等容均相反應(yīng)過程，故反應(yīng)物料在靜態(tài)混合器中的平均停留時(shí)間T=5.06s由此可見，選擇兩個(gè)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(jì)算查表1.2，空隙率，則：查表1.3，當(dāng)時(shí)，摩擦系數(shù)：靜態(tài)混合器壓力降：。表 1.1表 1.2表 1.3第2章 氨分離器2.1 各股物料進(jìn)料情況靜態(tài)混合器出口物流經(jīng)節(jié)

6、流閥減壓至1.2MPa進(jìn)入氣液分離器，由化工工藝設(shè)計(jì)手冊查得，35時(shí)液氨的飽和蒸汽壓MPa查計(jì)算圖表圖4-3-47氨的壓焓圖，得35、1.2MPa ，NH3的比容，氨氣的質(zhì)量流量為=56.41kg/h ,則釋放出來的氨氣的體積流量：各股物料進(jìn)料情況如下：物料質(zhì)量流量mkg/h密度kg/m³體積流量Vm³/h氨氣56.419.8725.714中性油810.434.13乙二醇3.59411033.2566.4237.39 (液)估算混合液體密度：2.2 分離器型號要求液體在分離器中的停留時(shí)間T=1h 。（1）試算分離器直徑 液體體積流率VL=34.13+3.256=37.39m

7、³ ， ，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 液滴直徑按最小分離直徑d=200m進(jìn)行計(jì)算，時(shí)間比值（即液滴通過氣體空間高度所需的沉降時(shí)間與氣體停留時(shí)間的比）停留時(shí)間R=0.127，則進(jìn)口出口接管之間的距離：根據(jù)以上分離器直徑和接管距離要求，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(jì)算過程依據(jù)HG/T20570-95進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。2.3

8、 減壓閥選型計(jì)算在分離器氣體溢流口處設(shè)置一減壓閥，閥前壓力P1=1.2MPa ，閥后壓力P2=1.0MPa ，則減壓閥壓降P=0.2MPa。壓縮氨氣的絕熱系數(shù)k=1.877，壓縮氨氣的臨界壓力比：（1）求減壓閥的理論流量G因 ，故減壓閥的理論流量：（2）求減壓閥的實(shí)際流量q ,取系數(shù)，則實(shí)際流量：（3）求減壓閥所需的閥孔面積： 根據(jù)以上閥孔面積，查化工工藝設(shè)計(jì)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（）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的直徑在

9、10m100m液滴進(jìn)行分離，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)300150260300第3章 重力沉降塔3.1 重力沉降塔3.1.1 重力沉降塔容積已知在33.0時(shí)，兩股物料物性如下：物料密度kg/m³質(zhì)量流率mkg/h體積流率Vm³/h溶劑相1104.73.594×1033.253中性油812.627.66×10334.03931.254×10337.292溶劑體積流率：油相體積流率：已知達(dá)到分離要求所需的沉降

10、實(shí)際時(shí)間T=55min ，即液體在分離器中的停留時(shí)間為106min，則沉降塔所需最小容積：考慮20%的富裕量，則沉降塔實(shí)際容積：3.1.2 確定塔徑取沉降塔的容積為V=40m³，考慮液體靜柱壓力，取設(shè)計(jì)壓力P=1.25MPa，設(shè)計(jì)溫度為35，因?yàn)樵嫌徒?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35時(shí)的許用應(yīng)力t=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。系數(shù)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(biāo)準(zhǔn)系列得EHA橢圓形封頭的容積：3.1.3

11、 計(jì)算筒體高度H3.1.4 計(jì)算筒體厚度筒體計(jì)算厚度：則設(shè)計(jì)厚度：取鋼板負(fù)偏差C1=0.8mm，故：名義厚度=+ C1=8.82+0.8=9.62mm圓整后厚度=10mm，圓整值。3.1.5封頭厚度計(jì)算封頭設(shè)計(jì)厚度：鋼板負(fù)偏差C1=0.8mm ，封頭名義厚度：圓整后厚度=10mm，圓整值3.1.6水壓試驗(yàn)強(qiáng)度校核鋼板有效厚度：規(guī)定的試驗(yàn)壓力取PT=1.56Mpa 水壓試驗(yàn)時(shí)的應(yīng)力：16MnR鋼制容器在常溫水壓試驗(yàn)時(shí)的許可應(yīng)力：因?yàn)椋释搀w厚度滿足水壓試驗(yàn)時(shí)強(qiáng)度要求。3.2 重力沉降塔入口物料組成環(huán)烷酸殘油乙二醇質(zhì)量流量kg/h117.2727.663469.053613.98密度kg/m

12、79;860.2798.51085.0體積流率m³/h0.140.043.203.38已知達(dá)到分離要求所需的沉降實(shí)際時(shí)間T=78min ,即物料在分離器中的停留時(shí)間為78min,則沉降塔所需的最小容積：考慮20%的富裕量，則沉降塔的實(shí)際容積：3.2.1 確定塔徑取沉降塔的容積為V=6.0m³，不考慮液體靜柱壓力，取設(shè)計(jì)壓力P=0.1Mpa，設(shè)計(jì)溫度為60，因?yàn)槲锪蠟楹袡C(jī)酸乙二醇，對鋼材只有明顯的腐蝕，故選用0Cr18Ni10Ti合金鋼，腐蝕余量C2=2.0mm, 0Cr18Ni10Ti合金鋼在60時(shí)的許用應(yīng)力t=137Mpa 焊接接頭為V形坡口雙面焊接，采用局部無損檢測，

13、其焊縫系數(shù)=0.85系數(shù)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(biāo)準(zhǔn)系列得EHA橢圓形封頭的容積3.2.2 計(jì)算筒體高度H3.2.3 計(jì)算筒體厚度計(jì)算厚度則設(shè)計(jì)厚度，取鋼板負(fù)偏差C1=0.22mm故名義厚度：圓整后厚度=4mm，圓整值3.2.4 封頭厚度計(jì)算封頭設(shè)計(jì)厚度：鋼板負(fù)偏差C1=0.22mm ，封頭名義厚度：圓整后厚度=4mm，圓整值3.2.5 水壓試驗(yàn)強(qiáng)度校核鋼板有效厚度規(guī)定的試驗(yàn)壓力取PT=0.2MPa水壓試驗(yàn)時(shí)的應(yīng)力：10Cr18Ni10Ti合金鋼容器在常溫水壓試驗(yàn)時(shí)的許可應(yīng)力： 因?yàn)?，故筒體厚度滿足水壓試驗(yàn)時(shí)強(qiáng)度要求。圖2-2-1 確定容器優(yōu)選尺寸

14、圖容器直徑 Di (m)第4章 乙二醇溶劑汽提塔設(shè)計(jì)4.1 原始材料4.1.1 汽提塔進(jìn)出物料情況表4.1 汽提塔進(jìn)出物料表序號進(jìn)料 (kg/h)出料 (kg/h)1混合溶劑 （131） 3604.28混合溶劑 （140） 3591.542其中：R-COONH4 124.42 其中：R-COOH 116.78 NH3 5.1 NH3 0乙二醇 3472乙二醇 3472柴油 2.76柴油 2.763變換氣 （100） 20變換氣 （130） 32.74N2 20N2 20NH3 12.74合計(jì) 3624.283624.284.1.2 汽提塔熱負(fù)荷 4.1.3 操作壓力P=0.15Mpa(表壓)4

15、.2 汽提塔設(shè)計(jì)計(jì)算4.2.1 試選傳熱系數(shù)初始值針對本設(shè)計(jì)中汽提塔的進(jìn)出物料情況和溫度、壓力等參數(shù)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定汽提塔傳熱系數(shù)的初始值。4.2.2 汽提塔尺寸的確定管外以0.9MPa (表)飽和蒸汽加熱，蒸汽溫度為180。蒸汽和混合溶劑的平均溫差t1為：蒸汽：180180溶劑：131140蒸汽和管內(nèi)汽提溫差為：蒸汽：180180氣體：130100總的平均溫差tm應(yīng)以蒸汽和混合溶劑的平均溫差為主，也要考慮蒸汽和管內(nèi)氣體間的平均溫差，由下式計(jì)算：再估算傳熱面積：傳熱面積估算后，進(jìn)而對汽提塔降膜換熱管尺寸的計(jì)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)為的1

16、9×2。由于液膜的傳熱阻力集中在靠近管壁邊界層中形成這種邊界層“成膜”需要一段膜的流過長度，稱為熱力人口端長度。在熱力入口端長度內(nèi)(一般為0.40.8米)，膜較厚，流速低，給熱系數(shù)小，因此，管長以3米以上為宜。只要液膜分布器結(jié)構(gòu)能確保布膜均勻，降膜管的長徑比H/d可達(dá)200，故選管長H為3米的一段結(jié)構(gòu)，保證傳質(zhì)傳熱在良好情況下進(jìn)行，并盡量減少混合溶劑在塔內(nèi)的停留時(shí)間。理論管數(shù)選用正三角形排列，管心距為，查得管層數(shù)為7，總管數(shù)為37，去拉桿、排污管7根，實(shí)有管數(shù)30根。塔徑D的計(jì)算:降膜管的管徑、管長及管數(shù)估算后，即可得到塔徑。管子采用焊接，取。其中b為中心管數(shù)。圓整得塔徑為，取管板徑

17、為。4.3 傳質(zhì)過程計(jì)算主要計(jì)算列管內(nèi)氣速是否達(dá)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(diǎn)：氣體流量為，溫度為100，操作壓力1.5atm（表）在氣體流出點(diǎn)：氣體流量為，溫度為130，操作壓力1.5atm（表）平均值：4.3.2 流體周邊流量 液體物性參數(shù)采用在液膜溫度下之值在液體流入點(diǎn)：混合溶劑的粘度取乙二醇之值在液體流出點(diǎn)：平均值4.3.3 液膜厚度在液體流入點(diǎn)，采用下式計(jì)算液體物性參數(shù)采用液體流人點(diǎn)液膜溫度下之值，(前面已出現(xiàn)過的，不再列出下同)。在有氣體逆流掃過時(shí)，液膜厚度增大，取。液體平均膜厚，由于，采用下式計(jì)算：液體物性參數(shù)采用液體流入點(diǎn)和流出點(diǎn)物

18、性參數(shù)之算術(shù)平均值。同樣，在有氣體逆流掃過時(shí)，取4.3.4 液泛速度計(jì)算由于氣體流出點(diǎn)，即液體流人點(diǎn)的氣速為最大值，液泛速度計(jì)算應(yīng)以此點(diǎn)為依據(jù)。液體開始溢出時(shí)的關(guān)聯(lián)式為：液體各特性參數(shù)采用流人點(diǎn)液膜溫度下之?dāng)?shù)值，氣體各物性參數(shù)采用流出點(diǎn)之值?；旌先軇┑谋砻鎻埩?，取乙二醇液之值。氣體粘度用平方根規(guī)律求得代入上式，得：因液體流人管子處的熱力人口端長度內(nèi)膜較厚，計(jì)算液體重量流速時(shí)的膜厚采用正常成膜厚度的兩倍。，管內(nèi)氣速在允許范圍之內(nèi)。4.3.5 液體最小潤濕率計(jì)算由于液體流出點(diǎn)，即氣體流人點(diǎn)的液體潤濕率為最小植，核算液體潤濕率應(yīng)以此點(diǎn)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(diǎn)之值：液體在

19、流出點(diǎn)的實(shí)際潤濕率為：，液體潤濕率在正常范圍之內(nèi)。4.3.6 液膜停留時(shí)間和液膜平均速度在液體周邊流量變化時(shí)，液膜在管內(nèi)停留時(shí)間為：、采用液體流人點(diǎn)和流出點(diǎn)的算術(shù)平均值，周邊流量、分別采用液體流入點(diǎn)和流出點(diǎn)之值。液膜平均速度：4.4 復(fù)核傳熱系數(shù)管外為0.9MPa（表）之飽和燕汽，蒸汽冷凝用量：查得水蒸汽焓變：，所以物性參數(shù)在液膜溫度下求取，管外蒸汽冷凝時(shí)的給熱系數(shù)：由于，采用下式計(jì)算同樣，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(shí)的給熱系數(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(diǎn)和流出點(diǎn)液膜物性參數(shù)之算術(shù)平均值。管外蒸汽熱阻，取液膜產(chǎn)生的氣泡熱阻，取不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)，取總

20、傳熱系數(shù)：前面計(jì)算過增加10%的設(shè)計(jì)裕量后為實(shí)際傳熱面積復(fù)核：30根不銹鋼管長3米。由于，傳熱面積以內(nèi)壁計(jì)。4.5 精度計(jì)算由精度計(jì)算結(jié)果可知，滿足了設(shè)計(jì)要求，故汽提塔塔徑為。4.6 塔體及裙座設(shè)計(jì)計(jì)算4.6.1 塔壁厚的確定根據(jù)選材分析，本汽提塔選用Q235-A鋼材來制作塔體和封頭。壁厚根據(jù)下式計(jì)算：式中：汽提塔的內(nèi)徑，為；焊縫系數(shù)（雙面對接焊，100%無損探傷），取；鋼板負(fù)偏差，?。桓g裕量，取；許用應(yīng)力，取。于是：4.6.2 封頭的選擇由于，選擇橢圓型封頭,封頭高度為直邊高度，取壁厚4.6.3 塔高的計(jì)算塔的底部空間高度是指塔底封頭直邊到下塔盤的高度為H2，因?yàn)樗卓臻g具有中間儲槽作用，

21、由于具有酸性易腐蝕設(shè)備，停留時(shí)間不宜過長，故這里取1.5分鐘，所以：塔的頂部空間高度是指上塔盤到塔頂封頭直邊的高度為H2，為了減少塔頂出口氣體中夾帶的液體量，頂部空間一般去，故這里取塔頂高度H3=1.5m，裙座高度H1=2.5m。 總塔高為：4.6.4 塔設(shè)備的穩(wěn)定計(jì)算（1）風(fēng)載荷風(fēng)載荷是安裝在室外的塔設(shè)備的基本載荷之一，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)向相同的順風(fēng)向振動和垂直于風(fēng)向的橫風(fēng)向振動，振動的結(jié)果使塔設(shè)備產(chǎn)生撓度，過大的應(yīng)力會造成塔體的強(qiáng)度和穩(wěn)定失效，過大的撓度不僅會使塔的分離效果降低，也會使塔的偏心矩增加。若產(chǎn)生共振，還可能導(dǎo)致塔體的破壞。因此，不可忽視風(fēng)載荷的作用。由當(dāng)?shù)刈畲箫L(fēng)力12級，查得風(fēng)速，風(fēng)壓Pa，塔