設(shè)計設(shè)備計算說明書40

10萬噸醋酸乙烯生產(chǎn)分廠的設(shè)計設(shè)備計算說明書許昌學(xué)院西紅柿番茄團(tuán)隊 團(tuán)隊成員：李慧潔粟德梅秦治遠(yuǎn)王育林唐浩銘指導(dǎo)老師：孫國富徐靜莉10萬噸醋酸乙烯生產(chǎn)分廠的設(shè)計設(shè)備計算說明書許昌學(xué)院西紅柿番茄團(tuán)隊 團(tuán)隊成員：李慧潔粟德梅秦治遠(yuǎn)王育林唐浩銘指導(dǎo)老師：孫國富徐靜莉目錄第一章設(shè)備設(shè)計方案 3設(shè)計基本要求及原則 3設(shè)備設(shè)計的基本要求目錄第一章設(shè)備設(shè)計方案 3設(shè)計基本要求及原則 3設(shè)備設(shè)計的基本要求 3塔設(shè)備設(shè)計原則 3設(shè)計標(biāo)準(zhǔn) 3設(shè)計選型范圍 4非標(biāo)設(shè)備設(shè)計 4塔設(shè)備設(shè)計 5塔設(shè)備選擇設(shè)計規(guī)范 5塔設(shè)備選擇要求 5塔型選擇一般原則 5與物性有關(guān)的因素 6與操作條件有關(guān)的因素 6下列情況可優(yōu)先選用板式塔 6下列情況可優(yōu)先選用填料塔 7塔板的選擇 7T403二次共沸塔設(shè)計 7使用軟件列表 8塔徑的計算 8流體力學(xué)性能評價 9負(fù)荷性能圖 12軟件核算 13反應(yīng)器設(shè)計計算 173.1概述 17VAC反應(yīng)器設(shè)計 17反應(yīng)方程式 18設(shè)計過程 18換熱器設(shè)計計算說明書 204.1概述 20換熱器設(shè)備選擇設(shè)計規(guī)范 20換熱器的選型 20換熱器類型與特性 21物流流程的選擇 22第二章第三章第四章4.3.3換熱管規(guī)格選擇 22E203換熱器設(shè)計計算 234.3.3換熱管規(guī)格選擇 22E203換熱器設(shè)計計算 23使用軟件列表 24設(shè)計條件的確定 24確定物性數(shù)據(jù) 25計算總傳熱系數(shù) 254.4.5工藝結(jié)構(gòu).............................................................................26軟件校核 28AspenExchangeDesign&Rating輔助設(shè)計 28第五章泵設(shè)備計算說明書 315.1概述 31選用要求 32選型依據(jù) 35泵的選型 36選型結(jié)果 38設(shè)計基本要求及原則設(shè)備設(shè)計的基本要求了確保安全與經(jīng)濟(jì)，過程設(shè)備應(yīng)滿足以下基本要求：部滿足，設(shè)計選用時應(yīng)針對具體問題具體分析，滿足主要要求，兼顧次要要求。1.1.2塔設(shè)備設(shè)計原則（1）具有適宜的流體力學(xué)條件，可使氣液兩相良好接觸；（2）結(jié)構(gòu)簡單，處理能力大，壓降低；（3）強(qiáng)化質(zhì)量傳遞和能量傳遞。1.2設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)《鋼爐和容器用鋼板》GB713—2008《化工裝置用不銹鋼大口徑焊接技求》HG20537.4—1992《安全閥的設(shè)置和選用》HG/T20570.2—1995《片的設(shè)置和選用》HG/T20570.3—1995《設(shè)備進(jìn)、出管口損失計算》HG/T20570.9—1995《鋼制化工容器設(shè)計基礎(chǔ)規(guī)定》HG/T20580—2011《鋼制化工容器材料選用規(guī)定》HG/T20581—2011《鋼制化工容器強(qiáng)度計算規(guī)定》HG/T20582—2011《鋼制化工容器結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)定》HG/T20583—2011《鋼制化工容器制造技術(shù)規(guī)定》設(shè)計基本要求及原則設(shè)備設(shè)計的基本要求了確保安全與經(jīng)濟(jì)，過程設(shè)備應(yīng)滿足以下基本要求：部滿足，設(shè)計選用時應(yīng)針對具體問題具體分析，滿足主要要求，兼顧次要要求。1.1.2塔設(shè)備設(shè)計原則（1）具有適宜的流體力學(xué)條件，可使氣液兩相良好接觸；（2）結(jié)構(gòu)簡單，處理能力大，壓降低；（3）強(qiáng)化質(zhì)量傳遞和能量傳遞。1.2設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)《鋼爐和容器用鋼板》GB713—2008《化工裝置用不銹鋼大口徑焊接技求》HG20537.4—1992《安全閥的設(shè)置和選用》HG/T20570.2—1995《片的設(shè)置和選用》HG/T20570.3—1995《設(shè)備進(jìn)、出管口損失計算》HG/T20570.9—1995《鋼制化工容器設(shè)計基礎(chǔ)規(guī)定》HG/T20580—2011《鋼制化工容器材料選用規(guī)定》HG/T20581—2011《鋼制化工容器強(qiáng)度計算規(guī)定》HG/T20582—2011《鋼制化工容器結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)定》HG/T20583—2011《鋼制化工容器制造技術(shù)規(guī)定》HG/T20584—2011《化工設(shè)備設(shè)計基礎(chǔ)規(guī)定》HG/T20643—2011《容器無損檢測》JB4730—2005《鋼制容器焊接工藝評定》JB4708—2000《鋼制容器焊接規(guī)程》JB/T4709—2007《鋼制容器焊接試板的力學(xué)性驗》JB4744—2007《容器用鋼鍛件》JB4726—20111.3設(shè)計選型范圍儲罐、儲罐等。1.4非標(biāo)設(shè)備設(shè)計這些設(shè)備能很好的適應(yīng)工藝所要求?！痘ぴO(shè)備設(shè)計基礎(chǔ)規(guī)定》HG/T20643—2011《容器無損檢測》JB4730—2005《鋼制容器焊接工藝評定》JB4708—2000《鋼制容器焊接規(guī)程》JB/T4709—2007《鋼制容器焊接試板的力學(xué)性驗》JB4744—2007《容器用鋼鍛件》JB4726—20111.3設(shè)計選型范圍儲罐、儲罐等。1.4非標(biāo)設(shè)備設(shè)計這些設(shè)備能很好的適應(yīng)工藝所要求。第二章塔設(shè)備設(shè)計2.1塔設(shè)備選擇設(shè)計規(guī)范設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)與依據(jù)2.2塔設(shè)備選擇要求泛等破壞正常操作的現(xiàn)象。（2）操作穩(wěn)定、彈性大。當(dāng)塔設(shè)備的氣液負(fù)荷量有較大的波動時，仍能在較高的傳質(zhì)效率下進(jìn)行穩(wěn)定的操作。并且塔設(shè)備應(yīng)能保證長期連續(xù)操作。（3）流體的阻力小，即流體通過塔設(shè)備的降小。這將大大節(jié)省生降還將使系統(tǒng)無法維持必要的真空度。（4）結(jié)構(gòu)簡單、材料耗用量小、制造和安裝容易。這可以減少基建過程中的投資費(fèi)用。（5）耐腐蝕和不易堵塞，方便操作、調(diào)節(jié)和檢修。2.3塔型選擇一般原則設(shè)計依據(jù)《石油化工設(shè)計手冊》《固定式 容器》GB150-2011《設(shè)備及管道保溫設(shè)計導(dǎo)則》GB8175-2008《 容器封頭》GB/T25198-2010《塔器設(shè)計技術(shù)規(guī)定》第二章塔設(shè)備設(shè)計2.1塔設(shè)備選擇設(shè)計規(guī)范設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)與依據(jù)2.2塔設(shè)備選擇要求泛等破壞正常操作的現(xiàn)象。（2）操作穩(wěn)定、彈性大。當(dāng)塔設(shè)備的氣液負(fù)荷量有較大的波動時，仍能在較高的傳質(zhì)效率下進(jìn)行穩(wěn)定的操作。并且塔設(shè)備應(yīng)能保證長期連續(xù)操作。（3）流體的阻力小，即流體通過塔設(shè)備的降小。這將大大節(jié)省生降還將使系統(tǒng)無法維持必要的真空度。（4）結(jié)構(gòu)簡單、材料耗用量小、制造和安裝容易。這可以減少基建過程中的投資費(fèi)用。（5）耐腐蝕和不易堵塞，方便操作、調(diào)節(jié)和檢修。2.3塔型選擇一般原則設(shè)計依據(jù)《石油化工設(shè)計手冊》《固定式 容器》GB150-2011《設(shè)備及管道保溫設(shè)計導(dǎo)則》GB8175-2008《 容器封頭》GB/T25198-2010《塔器設(shè)計技術(shù)規(guī)定》HG20652-1998《鋼制化工容器結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)定》HG/T20583-2011《工藝系統(tǒng)工程設(shè)計技術(shù)規(guī)范》HG/T20570-1995《塔頂?shù)踔稨G/T21639-2005《不銹鋼人、手孔》HG21594-2014《鋼制人孔和手孔的類型與技術(shù)條件》HG/T21514-2014《鋼制塔器容器》JB/T4710-2005料性質(zhì)、操作條件、塔設(shè)備性能，以及塔設(shè)備的制造、安裝、運(yùn)轉(zhuǎn)、維修等。2.3.1與物性有關(guān)的因素的物系，如處理量不大時，宜選用填料塔為宜。因為填料塔能使 破裂，在板式塔中則易引起液泛；具有腐蝕性的介質(zhì)，可以選用填料塔；料必須減壓操作，以防止過熱引起分解或聚合，故選用 降較小的塔型；（4）粘性較大的物系，可選用大填料。板式塔的傳質(zhì)效率較差；含有懸浮物的物料，應(yīng)選擇液流通道較大的塔型，以板式塔為宜；可在其中安放換熱管，進(jìn)行有效的加熱或冷卻。2.3.2與操作條件有關(guān)的因素料性質(zhì)、操作條件、塔設(shè)備性能，以及塔設(shè)備的制造、安裝、運(yùn)轉(zhuǎn)、維修等。2.3.1與物性有關(guān)的因素的物系，如處理量不大時，宜選用填料塔為宜。因為填料塔能使 破裂，在板式塔中則易引起液泛；具有腐蝕性的介質(zhì)，可以選用填料塔；料必須減壓操作，以防止過熱引起分解或聚合，故選用 降較小的塔型；（4）粘性較大的物系，可選用大填料。板式塔的傳質(zhì)效率較差；含有懸浮物的物料，應(yīng)選擇液流通道較大的塔型，以板式塔為宜；可在其中安放換熱管，進(jìn)行有效的加熱或冷卻。2.3.2與操作條件有關(guān)的因素（1）若氣相傳質(zhì)阻力大，宜采用填料塔，因填料層中氣相呈湍流，液相為氣體在液層中鼓泡；（2）大的液體負(fù)荷可選用填料塔，若要用板式塔則采用板上液層阻力小的塔型（如篩板和浮閥）；低的液體負(fù)荷一般不宜選用填料塔；選用板式塔。2.3.3下列情況可優(yōu)先選用板式塔變化要求不敏感，要求操作易于穩(wěn)定；（2）液相負(fù)荷較小，因為這種情況下，填料塔會由于填料便面濕潤不充分而降低其分離效率；（3）含固體顆粒，容易結(jié)垢，有結(jié)晶的物料，因為板式塔可選用液流通道較大，賭賽的較??；（4）在操作過程中伴隨有放熱或需要加熱的無聊，需要在塔內(nèi)設(shè)置內(nèi)部換效地傳熱。2.3.4下列情況可優(yōu)先選用填料塔故可采用新型填料以降低塔的高度；（2）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；（3）具有腐蝕性的物料，可選用填料塔，因為填料塔可采用非金屬材料，如陶瓷、等；（4）容易發(fā)泡的物料，宜選用填料塔，因為在填料塔內(nèi)，氣相主要不以氣泡形式通過液相，可減少發(fā)泡的，此外，填料還可以使破碎。（5）本塔的分離物主要是海水和二氧化硫，原料潔凈、腐蝕性大、粘度小且無懸浮物，整套裝置產(chǎn)量大且氣液相負(fù)荷大。綜合考慮上述因素，本項目優(yōu)先選擇板式塔。2.4塔板的選擇塔板的主要特征為氣液兩相在板面上以氣體鼓泡和液體噴射狀態(tài)完成氣液性能比較列表。2-2幾種主要塔板的性能比較綜合考慮，本塔選擇篩板類型的塔板，型號為φ效地傳熱。2.3.4下列情況可優(yōu)先選用填料塔故可采用新型填料以降低塔的高度；（2）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；（3）具有腐蝕性的物料，可選用填料塔，因為填料塔可采用非金屬材料，如陶瓷、等；（4）容易發(fā)泡的物料，宜選用填料塔，因為在填料塔內(nèi)，氣相主要不以氣泡形式通過液相，可減少發(fā)泡的，此外，填料還可以使破碎。（5）本塔的分離物主要是海水和二氧化硫，原料潔凈、腐蝕性大、粘度小且無懸浮物，整套裝置產(chǎn)量大且氣液相負(fù)荷大。綜合考慮上述因素，本項目優(yōu)先選擇板式塔。2.4塔板的選擇塔板的主要特征為氣液兩相在板面上以氣體鼓泡和液體噴射狀態(tài)完成氣液性能比較列表。2-2幾種主要塔板的性能比較綜合考慮，本塔選擇篩板類型的塔板，型號為φ13mm。2.5T403二次共沸塔設(shè)計塔板類型優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)適用場合篩板塔板效率高小較多浮閥效率高、操作范圍寬浮閥易脫落化大泡罩較成熟、操作穩(wěn)定小特別容易堵塞的物系2.5.1使用軟件列表2-3使用軟件列表由Aspenplus吸收塔上的物性參數(shù)，T403二次共沸塔為例進(jìn)行手工計算和T403二次共沸塔進(jìn)出物料物性參數(shù)如下表。2-4共沸塔進(jìn)出物料物性參數(shù)與共沸塔有關(guān)物性參數(shù)數(shù)據(jù)如下：2-5共沸塔有關(guān)物性參數(shù)數(shù)據(jù)2.5.2塔徑的計算選板間距HT=0.45mhL一般取0.05～0.08m,取hL=0.065m,3可得C20=0.078，2.5.1使用軟件列表2-3使用軟件列表由Aspenplus吸收塔上的物性參數(shù)，T403二次共沸塔為例進(jìn)行手工計算和T403二次共沸塔進(jìn)出物料物性參數(shù)如下表。2-4共沸塔進(jìn)出物料物性參數(shù)與共沸塔有關(guān)物性參數(shù)數(shù)據(jù)如下：2-5共沸塔有關(guān)物性參數(shù)數(shù)據(jù)2.5.2塔徑的計算選板間距HT=0.45mhL一般取0.05～0.08m,取hL=0.065m,3可得C20=0.078，Lm 0.20.2C=C=0.078=0.081320 20物性進(jìn)料塔頂塔底ρl（kg/m3）931.885893.697904.939μl（kg/(m?h)）0.41910.24420.339224405.515005.29400.32參數(shù)流體進(jìn)口塔頂流體塔底流體5862.2029109.895/bar111.01相態(tài)液液液體積流量/cum/hr26.189516.790110.3878/kmol/hr494.331266.939227.392/kg/hr24405.515005.29400.32名稱用途來源AspenPlusV9.0分離性能設(shè)計AspenTech公司CUP-Tower流體力學(xué)設(shè)計大學(xué)（華東）SW6-2011塔體強(qiáng)度結(jié)構(gòu)設(shè)計化工設(shè)備設(shè)計技術(shù)中心站AutoCAD2007吸收塔平面布置圖繪制Autodesk公司2-1史密斯關(guān)聯(lián)圖m842.1-1.208最大空塔速度umax=C=0.0813-u=(0.6～0.8)umax4????= 4?3.81D==1.8m√???? 2-6塔板間距與塔徑的關(guān)系1.6～2.0m內(nèi),2-1史密斯關(guān)聯(lián)圖m842.1-1.208最大空塔速度umax=C=0.0813-u=(0.6～0.8)umax4????= 4?3.81D==1.8m√???? 2-6塔板間距與塔徑的關(guān)系1.6～2.0m內(nèi),HT450～600mm塔截面積AT= 。實際空塔氣速u= = =????3.81?D=1.8m44???? 2.54??1.5= =0.6～0.8u取值比較合理????????2.142.5.3流體力學(xué)性能評價精餾塔的流體力學(xué)性能主要包括降、液泛量、漏液量和霧沫夾帶量等。D/m0.3～0.50.5～0.80.8～1.61.6～2.02.0～2.4板間距HT/mm200～300300～350350～450450～600500～800hp=hc+h1+hσ計算塔板效率a.hc73.1= 1/1.825u=1.2080chp=hc+h1+hσ計算塔板效率a.hc73.1= 1/1.825u=1.2080cVmh=5.34u02Vm=5.34×03038=0.0458m29.81 842.1gLmb.板上充氣液層阻力h1為油時，ε0=0.20～0.35，為碳?xì)浠衔飼r，ε0=0.4～0.5，所以取充數(shù)ε0=0.5 c.克服表面張力所造成的阻力hσ因本設(shè)計采用篩板塔，其hσ很小，可忽略不計。因此，氣體流經(jīng)一層浮閥塔板的壓降所相當(dāng)?shù)囊褐叨葹閔p=hc+h1+hσ=0.0458+0.0325=0.0783mΔP=650Pa可?。?）精餾段淹塔現(xiàn)象Hd≤φ(HT+hw)，Hd=hp+hL+hdhp，hp=0.0783mhd，因為不設(shè)進(jìn)口堰，hd按下式計算，hd=0.153Lh22l =0.153=0.00038mwh0hL,hL=0.065mφ(HT+hw)=0.5(0.45+0.0537)=0.25185（3）精餾段霧沫夾帶VAC3K=1.0，根據(jù)泛點(diǎn)負(fù)荷圖16LZLVhLmF1=CbVhLmF1=0泛點(diǎn)負(fù)荷圖16LZLVhLmF1=CbVhLmF1=0.8CFATeV<0.1kg液·(kg汽)-1的要求。計算塔板效率a.hc= 73.11/1.825u=0.8260cVmh=5.34u02Vm=5.34×161=0.038mgLmb.板上充氣液層阻力h1ε0=0.5，h1c.hσhp=hc+h1+hσ=0.038+0.03=0.068mΔP=650Pa可取。（5）提餾段淹塔Hd≤φ(HT+hw)hp=hc+h1+hσ=0.038+0.03=0.068mΔP=650Pa可取。（5）提餾段淹塔Hd≤φ(HT+hw)，Hd=hp+hL+hd。與氣體通過塔板的壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨萮p，hp=0.068mhd=0.153 Lh22=0.153=0.0055ml wh0hL，hL=0.06m。對于一般的物質(zhì)φ=0.5，HT=0.45m,hw=0.0396m 可見Hd=0.1335＜φ(HT+hw)=0.1948，符合防止淹塔的要求。（6）提餾段霧沫夾帶VAC3K=1.0，根據(jù)板上液體流經(jīng)長度板上液流面積 2 m Lm16LZLVhF1=Cb m LmVhF1=0.8CFAT80%e<0.1kg·的要求kg2.5.4負(fù)荷性能圖2-3精餾段負(fù)荷性能圖2-4提餾段負(fù)荷性能圖2.6軟件核算AspenPlus塔板設(shè)計結(jié)果及Cup-Tower中，其操作界面如下所示。（1）工藝條件輸入Vhm3·s-1Vhm3/s提餾段負(fù)荷性能圖54.543.532.521.510.500 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012Lhm3/s精餾段負(fù)荷性能圖54.543.532.521.510.500 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 0.009Lhm3·s-12-3精餾段負(fù)荷性能圖2-4提餾段負(fù)荷性能圖2.6軟件核算AspenPlus塔板設(shè)計結(jié)果及Cup-Tower中，其操作界面如下所示。（1）工藝條件輸入Vhm3·s-1Vhm3/s提餾段負(fù)荷性能圖54.543.532.521.510.500 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012Lhm3/s精餾段負(fù)荷性能圖54.543.532.521.510.500 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 0.009Lhm3·s-12-5精餾段工藝條件輸入圖2-5提餾段工藝條件輸入圖（2）篩板精餾塔校核結(jié)果a.2-5精餾段工藝條件輸入圖2-5提餾段工藝條件輸入圖（2）篩板精餾塔校核結(jié)果a.精餾段b.提餾段b.提餾段圖2-6Cup-Tower篩板精餾塔校核結(jié)果圖圖2-6Cup-Tower篩板精餾塔校核結(jié)果圖3.1概述反應(yīng)器按結(jié)構(gòu)大致可分為管式、釜式、塔式、固定床和流化床等。3-1反應(yīng)器特性3.2VAC反應(yīng)器設(shè)計本項目反應(yīng)器設(shè)計為VAC在醋酸乙烯的主反應(yīng)為：CH3COOH+C2H4+0.5O2=CH3COOC2H3+H2O中，反176.53kJ/mol，主要副反應(yīng)為乙烯直接燃燒生成3.1概述反應(yīng)器按結(jié)構(gòu)大致可分為管式、釜式、塔式、固定床和流化床等。3-1反應(yīng)器特性3.2VAC反應(yīng)器設(shè)計本項目反應(yīng)器設(shè)計為VAC在醋酸乙烯的主反應(yīng)為：CH3COOH+C2H4+0.5O2=CH3COOC2H3+H2O中，反176.53kJ/mol，主要副反應(yīng)為乙烯直接燃燒生成=2CO2+2H2O，1339.8kJ/mol。VAC所在的列管式固定床反應(yīng)器由數(shù)根直徑約33mm的反應(yīng)管并聯(lián)而成，材質(zhì)為316L不銹長8m，催化劑填充高度約為7.4m。反物醋酸乙烯和少量型式適用的反應(yīng)優(yōu)缺點(diǎn)管式氣相；液相但對慢速反應(yīng)，管要很長，壓降大釜式-液相；液-固相適用性大，操作彈性大，連續(xù)操作時溫度、濃度容易控制， 高轉(zhuǎn)化率時，反應(yīng)容積大固定床氣-固（催化或非催化）相流化床氣-固（催化或非催化）相；大，對高轉(zhuǎn)化率不利，操作條件限制較大有效地移熱對于列管式固定床反應(yīng)器的安全操作起著重要作用。3.2.3反應(yīng)方程式12CH=CH+CHCOOH+O→CH=CHOOCH+HO主反應(yīng)2 2 3223 22CH3CHO→CH3CH=CHCHO+H有效地移熱對于列管式固定床反應(yīng)器的安全操作起著重要作用。3.2.3反應(yīng)方程式12CH=CH+CHCOOH+O→CH=CHOOCH+HO主反應(yīng)2 2 3223 22CH3CHO→CH3CH=CHCHO+H2OCH2=CH2+3O2→2CO2+2H2O副反應(yīng)3.2.4設(shè)計過程2000~5000h-1，控制反應(yīng)器600~780kpa160~180℃。反應(yīng)的選擇性為94%，單程收率為10%。在Aspen流程模擬中進(jìn)入反應(yīng)器的體積流量為3-1Aspen3500h-1則反應(yīng)所需催化劑床層體積為V0V RSV其中:VO:原料氣的體積流量m3/hh-1考慮到催化劑的操作穩(wěn)定性、7920h，取原料氣在反應(yīng)器中的流速u0為7.8m/s，則反應(yīng)器截面積為VO0.8202m2FSuoHR高度為VRR8.0228mHRF本設(shè)計中，反應(yīng)器選用單管長8.1m、管徑為φ40x3.5VRR8.0228mHRF本設(shè)計中，反應(yīng)器選用單管長8.1m、管徑為φ40x3.5mm、材質(zhì)為316L的不銹0.006834m3121根。考慮到催化劑、老化、外界環(huán)境干擾等因素，安全系數(shù)取值為1.2。故實際管束146根。4.1概述中至少要有兩種溫度不同的流體，一種流體溫度高，放熱；另一種流體溫度低，與前一致。生活中一個重要課另一方面，用換熱器來回收工業(yè)余熱，可以顯著地提高設(shè)備的熱效率。4.2換熱器設(shè)備選擇設(shè)計規(guī)范4-1設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)與依據(jù)4.3換熱器的選型內(nèi)容 日期及標(biāo)準(zhǔn)號《化工設(shè)備設(shè)計全書—換熱器》2003-5《熱交換器》GB/T151-2014《 容器》GB150-2011《化工配管用無縫及焊接 選用系列》4.1概述中至少要有兩種溫度不同的流體，一種流體溫度高，放熱；另一種流體溫度低，與前一致。生活中一個重要課另一方面，用換熱器來回收工業(yè)余熱，可以顯著地提高設(shè)備的熱效率。4.2換熱器設(shè)備選擇設(shè)計規(guī)范4-1設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)與依據(jù)4.3換熱器的選型內(nèi)容 日期及標(biāo)準(zhǔn)號《化工設(shè)備設(shè)計全書—換熱器》2003-5《熱交換器》GB/T151-2014《 容器》GB150-2011《化工配管用無縫及焊接 選用系列》HG/T20553-2011《鋼制管法蘭、墊片和緊固件》HG/T20592~20635-2009《容器支座》JB/T4712-2007《補(bǔ)強(qiáng)圈》JB/T4736-20024.3.1換熱器類型與特性換熱器選型時需要考慮的因素很多，主要是流體的性質(zhì)； 降得范圍；對、維修的要求；材料價格；使用等。三類。間壁式換熱器有夾套式、管式和板式換熱器。，但反過來也促進(jìn)其自身的發(fā)展。在換熱器向高參數(shù)、大型化發(fā)展的今天，管殼式換熱器仍占主導(dǎo)地位。料函式和釜式重沸器五類。各類換熱器特性如下表。4-2列管換熱器中常用的是固定管板式和浮頭式兩種。一般要根據(jù)物流的性質(zhì)、等要素決定選板式換熱器。但遇到以下兩種情況時，應(yīng)選用浮頭式換熱器。7050~70℃。而殼程流體0.6MPa時，不宜采用有波形膨脹節(jié)的固定管板式換熱器。大分類名稱特性相對費(fèi)用耗用金屬kg/m3管殼式換熱器固定管板式使用廣泛；殼程不易 ，管殼兩物料4.3.1換熱器類型與特性換熱器選型時需要考慮的因素很多，主要是流體的性質(zhì)； 降得范圍；對、維修的要求；材料價格；使用等。三類。間壁式換熱器有夾套式、管式和板式換熱器。，但反過來也促進(jìn)其自身的發(fā)展。在換熱器向高參數(shù)、大型化發(fā)展的今天，管殼式換熱器仍占主導(dǎo)地位。料函式和釜式重沸器五類。各類換熱器特性如下表。4-2列管換熱器中常用的是固定管板式和浮頭式兩種。一般要根據(jù)物流的性質(zhì)、等要素決定選板式換熱器。但遇到以下兩種情況時，應(yīng)選用浮頭式換熱器。7050~70℃。而殼程流體0.6MPa時，不宜采用有波形膨脹節(jié)的固定管板式換熱器。大分類名稱特性相對費(fèi)用耗用金屬kg/m3管殼式換熱器固定管板式使用廣泛；殼程不易 ，管殼兩物料60℃。1.030浮頭式殼程易 ；管殼兩物料溫差可大于120℃；內(nèi)墊片易滲漏。1.2246調(diào)料函式優(yōu)缺點(diǎn)同浮頭式；造價高，不宜制造大直徑設(shè)備。1.28U形管式結(jié)構(gòu)不緊湊，管子不易更換，不易機(jī)械。1.01（2）殼程流體易結(jié)垢或腐蝕性強(qiáng)時不能采用固定管板式換熱器。綜合考慮本次設(shè)計任務(wù)及制造、經(jīng)濟(jì)等個方面，本次設(shè)計主要采用固定管板式換熱器。4.3.2物流流程的選擇較高的物流應(yīng)流體宜走管程，使泄漏機(jī)會減少。4.3.3換熱管規(guī)格選擇管子的外形：殼程的傳熱效果，減少結(jié)垢的影響。管子的排列方式：排列。管子直徑：管徑越小換熱器越緊湊、越便宜。但是，管徑越小換熱器的壓降方便 ，采用外徑為25mm的管子。對于有氣液兩相流的工藝物流，一般選用較大的管徑。直徑小的管子可以承受更大的 （2）殼程流體易結(jié)垢或腐蝕性強(qiáng)時不能采用固定管板式換熱器。綜合考慮本次設(shè)計任務(wù)及制造、經(jīng)濟(jì)等個方面，本次設(shè)計主要采用固定管板式換熱器。4.3.2物流流程的選擇較高的物流應(yīng)流體宜走管程，使泄漏機(jī)會減少。4.3.3換熱管規(guī)格選擇管子的外形：殼程的傳熱效果，減少結(jié)垢的影響。管子的排列方式：排列。管子直徑：管徑越小換熱器越緊湊、越便宜。但是，管徑越小換熱器的壓降方便 ，采用外徑為25mm的管子。對于有氣液兩相流的工藝物流，一般選用較大的管徑。直徑小的管子可以承受更大的 傳熱面積的金屬耗量降低。所以，在管程結(jié)垢不是很嚴(yán)重，又允許 的管子是合理的。管長：無相變換熱時，管子較長，傳熱系數(shù)增加。在相同傳熱面時，采用長管管程數(shù)較少，制造帶來傳熱面積的金屬耗。對于大面積或無相變的換熱器可以8~9m的管長。中心距：管心距小、設(shè)備緊湊，但將引起管板增厚、清潔不便、殼程壓降增大，一般選用范圍為管外徑的1.25~1.5倍。4-3換熱管中心距/mm管程數(shù)：隨著管程數(shù)增加，管內(nèi)流速和傳熱系數(shù)均相應(yīng)的增加，因此一般選1～24管程，不宜選用太高的管程數(shù)，以免降過大。折流板：折流板可以改變殼程流體的方向，使其垂直于管束的傳熱效果。4-4折流板間距/mm40%?50%的裕量；對于工藝物流與公15%?25%的裕量。4.4E203換熱器設(shè)計計算公稱直徑DN管長折流板間距≤500≤3000100200300450600—4500~6000—600~8001500~1600150200300450600—900~1300<6000—200300450600—制造帶來傳熱面積的金屬耗。對于大面積或無相變的換熱器可以8~9m的管長。中心距：管心距小、設(shè)備緊湊，但將引起管板增厚、清潔不便、殼程壓降增大，一般選用范圍為管外徑的1.25~1.5倍。4-3換熱管中心距/mm管程數(shù)：隨著管程數(shù)增加，管內(nèi)流速和傳熱系數(shù)均相應(yīng)的增加，因此一般選1～24管程，不宜選用太高的管程數(shù)，以免降過大。折流板：折流板可以改變殼程流體的方向，使其垂直于管束的傳熱效果。4-4折流板間距/mm40%?50%的裕量；對于工藝物流與公15%?25%的裕量。4.4E203換熱器設(shè)計計算公稱直徑DN管長折流板間距≤500≤3000100200300450600—4500~6000—600~8001500~1600150200300450600—900~1300<6000—200300450600—7500,90007501400~16006000——3004506007507500,9000—1700~18007500,9000———450600750換熱管外徑19253238換熱管中心距253240484.4.1使用軟件列表使用軟件列表4.4.2設(shè)計條件的確定4.4.2.1選擇換熱器的類型兩流體溫度變化情況：71℃。冷流體（冷卻水）2569℃。確定選用列管式換熱器。4.4.2.2空間及流速的確定由于循環(huán)冷卻水易結(jié)垢，為便于，應(yīng)使冷卻水走管程，反應(yīng)氣走殼程。Φ19mm×2mm的碳ui=0.5m/s。蒸汽冷凝器E0507殼程與管程的設(shè)計條件：換熱器設(shè)計條件操作條件參數(shù)殼程管程介質(zhì)反應(yīng)氣循環(huán)冷卻水4.4.1使用軟件列表使用軟件列表4.4.2設(shè)計條件的確定4.4.2.1選擇換熱器的類型兩流體溫度變化情況：71℃。冷流體（冷卻水）2569℃。確定選用列管式換熱器。4.4.2.2空間及流速的確定由于循環(huán)冷卻水易結(jié)垢，為便于，應(yīng)使冷卻水走管程，反應(yīng)氣走殼程。Φ19mm×2mm的碳ui=0.5m/s。蒸汽冷凝器E0507殼程與管程的設(shè)計條件：換熱器設(shè)計條件操作條件參數(shù)殼程管程介質(zhì)反應(yīng)氣循環(huán)冷卻水質(zhì)量流量/(kg/h)166589180000進(jìn)口溫度/℃150.9325出口溫度/℃69.97138.5進(jìn)口 /MPa0.60.6出口 /MPa0.5530.598名稱用途來源AspenPlusV9.0分離性能設(shè)計AspenTech公司AutoCAD2007換熱塔平面布置圖繪制Autodesk公司AspenExchangeDesign&Rating列管式換熱器設(shè)計AspenTech公司4.4.3確定物性數(shù)據(jù)定性溫度：可取流體溫度的平均值。殼程蒸汽的定性溫度為：150.93+69.97=110.45℃??=2管程冷卻水的定性溫度為：138.5+25=81.75℃??=2根據(jù)定性溫度，分別查取殼程和管程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)。殼程流體及管程流體的物性4.4.4計算總傳熱系數(shù)熱流量??=????(??1???2)=131×4.182×(97-45)=26027.4kW平均傳熱溫差????1?????2(138.5?25)?(150.93?69.97)????′4.4.3確定物性數(shù)據(jù)定性溫度：可取流體溫度的平均值。殼程蒸汽的定性溫度為：150.93+69.97=110.45℃??=2管程冷卻水的定性溫度為：138.5+25=81.75℃??=2根據(jù)定性溫度，分別查取殼程和管程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)。殼程流體及管程流體的物性4.4.4計算總傳熱系數(shù)熱流量??=????(??1???2)=131×4.182×(97-45)=26027.4kW平均傳熱溫差????1?????2(138.5?25)?(150.93?69.97)????′??==96.31℃=????138.5?25???? 1????????2150.93?69.97冷卻水用量??????=???Δ??=180000kg/h??管程傳熱系數(shù)????????????=??=7473.3????????pi????????????????????0.80.4????=0.023??（）（）??????????項目熱物流（殼程）冷物流（管程）（kg/m3）8.24367993.9570.0000120.0010024.1824.177=669.3W/(m2?K)殼程傳熱系數(shù)0.14c du0.36（eoo0.5poo0.33od o w=669.3W/(m2?K)殼程傳熱系數(shù)0.14c du0.36（eoo0.5poo0.33od o weoo=2056.7W/(m2?K)污垢熱阻為Rsi=0.000344m2?K/WRso=0.000172m2?K/Wλ=45W/(m2?K)總傳熱系數(shù)K1??=????＋??????＋bd??＋??＋1????????????????????????so=504.58W/(m2?K)計算傳熱面積??S==3.2???Δ??4.4.5工藝結(jié)構(gòu)管徑和管內(nèi)流速及排列方式。根據(jù)192傳熱管按正三角形排列，的傳熱管規(guī)格，取常用25mm。圖4-1傳熱管正三角形排列方式管程數(shù)和傳熱管數(shù)依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù)????n= =2074根????2??4按單程管計算，所需傳熱管長度為??L==6????????管內(nèi)流速V1379/3600u0.543m/siπ0.7850.0152998.44dn4i s2換熱管中心距????n= =2074根????2??4按單程管計算，所需傳熱管長度為??L==6????????管內(nèi)流速V1379/3600u0.543m/siπ0.7850.0152998.44dn4i s2換熱管中心距t=1.25d0t=1.25×19=23.75≈25mm殼體內(nèi)徑采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率η=0.7，則殼體內(nèi)徑為：ND=1.05t√ =1.25mη查換熱器標(biāo)準(zhǔn)，可取D=1250mm折流檔板采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的20％，則切去的圓缺高度為8塊折流擋板圓缺面水平裝配接管殼程流體u1＝8m/s，則接管內(nèi)徑為4131d0.099m1πu 36003.1481100mm。u2＝0.5m/s，則接管內(nèi)徑為管程流體41379πud0.0312m13600998.433.1441379πud0.0312m13600998.433.140.5132mm。4.5軟件校核4.5.1AspenExchangeDesign&Rating輔助設(shè)計計算結(jié)果如下圖所示：EDR設(shè)計輸入EDR設(shè)計結(jié)果EDR設(shè)計結(jié)果4-4換熱器結(jié)構(gòu)4-4換熱器結(jié)構(gòu)5.1概述優(yōu)越性。5-1泵的類型經(jīng)濟(jì)5.1概述優(yōu)越性。5-1泵的類型經(jīng)濟(jì)類多，而且因其輸送的介質(zhì)往往具有腐蝕性，或其工作條件要求高壓、高溫等，體積小、重量輕、操作平穩(wěn)、維修方便等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)泵的工作原理和結(jié)構(gòu)，泵的類型見圖5-1。5.2選用要求汽蝕余量等工藝參數(shù)的要求。5-1泵的特性編號 指標(biāo) 葉片式 容積式離心泵 軸流泵 旋渦泵 往復(fù)泵 轉(zhuǎn)子泵1 流量1.1 均勻性 均勻 不均勻 比較均勻1.2 穩(wěn)定性 不恒定，隨管道情況變化而變化 恒定體積小、重量輕、操作平穩(wěn)、維修方便等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)泵的工作原理和結(jié)構(gòu)，泵的類型見圖5-1。5.2選用要求汽蝕余量等工藝參數(shù)的要求。5-1泵的特性編號 指標(biāo) 葉片式 容積式離心泵 軸流泵 旋渦泵 往復(fù)泵 轉(zhuǎn)子泵1 流量1.1 均勻性 均勻 不均勻 比較均勻1.2 穩(wěn)定性 不恒定，隨管道情況變化而變化 恒定1.3 范圍/（m3/h） 1.6～30000 150～245000 0.4～10 0～600 1～6002 揚(yáng)程2.1 特點(diǎn) 對應(yīng)一定流量，只能達(dá)到一定的揚(yáng)程 對應(yīng)一定流量可達(dá)到不2.2 范圍 10～2600m 2～20m 8～150m 0.2～ 0.2～60MPa100MPa3 效率3.1 特點(diǎn) 在設(shè)計點(diǎn)最高，偏離越遠(yuǎn)，效率越低 揚(yáng)程高 揚(yáng)程高時，3.2 范圍 0.5～0.8 0.7～0.9 0.25～0.5 0.7～0.85 0.6～0.8結(jié)構(gòu)簡單，造價低，體積小，重量輕，安裝 結(jié)構(gòu)復(fù) 同離心泵5 操作與維修流量調(diào)節(jié)方法 出口節(jié)流或改出口節(jié)流或 不能用出口 同旋渦 同旋渦泵，5.2 自吸作用 一般沒有 沒有 部分型號有 有 有5.3 啟動 出口閥關(guān)閉 出口閥全開 出口閥全開5.4 維修 簡便 麻煩 簡便（2）必須滿足介質(zhì)特性的要求。對輸送易燃、易爆、或貴重介質(zhì)的泵，要求軸封可靠或采用無泄漏泵，AFB不銹鋼耐腐蝕泵，CQF工程（3）必須滿足現(xiàn)場的安裝要求。對輸送易燃、易爆、或貴重介質(zhì)的泵，要求軸封可靠或采用無泄漏泵，AFB不銹鋼耐腐蝕泵，CQF工程（2）必須滿足介質(zhì)特性的要求。對輸送易燃、易爆、或貴重介質(zhì)的泵，要求軸封可靠或采用無泄漏泵，AFB不銹鋼耐腐蝕泵，CQF工程（3）必須滿足現(xiàn)場的安裝要求。對輸送易燃、易爆、或貴重介質(zhì)的泵，要求軸封可靠或采用無泄漏泵，AFB不銹鋼耐腐蝕泵，CQF工程6 適用范圍 黏度較低的各特別適用于 特別適用于 特別適用 中低種介質(zhì) 大流量、低小流量、較高 于高壓 揚(yáng)程，黏度 的低黏 力、小流 流量尤其適較低的介質(zhì) 度的清潔介 量的清潔 用于黏性高質(zhì)介質(zhì)（含的介質(zhì)懸浮液或用隔膜泵）7 性能曲線：H——揚(yáng)程；Q——流量；η——效率；機(jī)械方面要求泵可靠性高、噪聲低、振動小。和的總成本最低。表5-2典型化工用泵的特點(diǎn)和選用要求泵名稱 特點(diǎn) 選用要求一般選用離心泵；揚(yáng)程很高時，進(jìn)料泵（包括原料大或含固體顆粒；泵 溫度一般為常溫，機(jī)械方面要求泵可靠性高、噪聲低、振動小。和的總成