扬子石化—巴斯夫有限公司年产5万吨甲基丙烯酸甲酯项目设备选型与典型设备设计

设备选型与典型设备设计周晓雨 殷琪涛 吴巍 张雪燕 赵婧如 唐蔚隆汤吉海 刘清 费兆阳 陈献 张竹修 指导教师团队成员扬子石化巴斯夫有限公司年产5万吨甲基丙烯酸甲酯项目目录第一章 总述1第二章 塔设备42.3.1板式塔52.3.2填料塔62.3.3塔型选择72.6.1塔体结构设计（以T0101为例进行设计）122.6.1.1设计条件122.6.1.2设计结果与计算13第三章 换热器153.3.1基本要求163.3.2介质流程163.3.3终端温差173.3.4流速173.3.5压力降183.3.6传热膜系数183.3.7污垢系数183.4换热器选型193.4.1换热器选型软件19第四章 输送装置264.1.1典型化工用泵的特点和选用要求264.1.2化工装置对泵的要求274.1.3泵选型结果28第五章 储罐选型295.3.1立式储罐295.3.2卧式储罐305.3.3钢制立式圆筒形固定顶储罐系列（HG21502.192）305.3.4钢制立式圆筒形内浮顶储罐系列（HG21502.292）305.3.5球罐系列305.3.6低压湿式气柜系列（HG/T215491995）305.4.1立式平底筒形储罐的选型方法315.4.2球形储罐的选型方法315.5储罐选型325.5.1 产物MMA储罐32第六章 反应器336.4.1以R0401为例356.4.1.1搅拌式反应器设计条件356.4.1.2反应器进出口介质与组成366.4.1.3反应器R0401计算366.4.2设备条件图39扬子石化巴斯夫年产5万吨甲基丙烯酸甲酯项目 设备选型与典型设备设计第一章 总述1.1 过程设备的选型目的和基本要求化工设备的工艺设计与选型是在物料衡算和热量衡算的基础上进行的，其目的是决定工艺设备的类型、规格、主要尺寸和数量，为车间布置设计、施工图设计及非工艺设计项目提供足够的设计数据。过程设备的基本要求是满足安全性，经济性和工艺要求。安全是核心，在充分保证安全的前提下尽可能做到经济。经济性包括经济的制造过程，经济的安装、使用与维护，设备的长期安全运行本身就是最大的经济。对于工艺上所要求的温度、压力、液位、流量等都需要过程设备来实现。在满足工艺要求的同时，过程设备也必保证有足够的强度，不会在操作过程中遭到破坏。在满足前一个基本要求之后，要考虑尽量降低设备的生产费用和操作费用，使企业获得更大的利益。1.2过程设备类别化工设备从总体上分为两类，一类称定型设备或标准设备，这些是由一些加工厂成批成系列生产的没备，通俗地说，就是可以买到的现成的设备，如泵、反应釜、换热器、大型贮罐等；另一类称非定型设备或非标准设备，是指规格和材质都不定型的、需要专门设汁的特殊设备，如小的贮槽、塔器等。1.3 过程设备设计与选型原则在满足工艺要求的条件下，为了确保安全与经济 ，过程设备应满足以下基本要求，其中包括合理性、可靠性、先进性、安全性和经济性。（1）合理性即设备必须满足工艺需求，与工艺流程、生产规模、工艺条件及工艺控制水平相适应，在设备的许可范围内，能够最大限度地保证工艺的合理和优化并运转可靠。（2）可靠性和先进性工艺设备的型式、牌号多种多样，实现某一化工单元过程，可能有多种设备，要求设备运行可靠。在可靠的基础上考虑先进性，便于连续化和自动化生产，转化率、收率、效率要尽可能达到高的先进水平，在运转的过程中，波动范围小，保证运行质量可靠，操作上方便易行，有一定的弹性，维修容易，备件易于加工等。(3)安全性设备的选型和工艺设计要求安全可靠、操作稳定、无事故隐患，对工艺和建筑、地基、厂房等无苛刻要求，工人在操作时劳动强度小，尽量避免高温高压高空作业，尽量不用有毒有害的设备附件、附材，创造良好的工作环境和无污染。(4)经济性设备的选择力求做到技术上先进，经济上合理。1.4 过程设备设计与选型的主要内容（1）确定单元操作所用的设备的类型，这项工作应与工艺流程设计结合起来进行。（2）确定设备材质。根据工艺操作条件（温度，压力，介质的性质）和对设备的工艺要求确定符合要求的设备材质。（3）确定设备设计参数。设计参数是由工艺流程设计、物料衡算、热量衡算、设备的工艺计算多项工作得到的。对不同的设备，它们有不同的设计参数。对塔设备，需要确定进出口物料流量、组成、温度、压力、塔径、塔材质、填料类型与填料高度或塔板类型与塔板数等，对于精馏塔还要确定塔顶冷凝器和塔底再沸器的热负荷、换热流体的种类等；对换热器，则需要知道热负荷、换热面积、冷热流体的种类及流量。（4）确定定型设备或标准设备的型号和数量。定型设备或标准设备都有一定的产品说明书，有各种规格牌号，有不同的生产厂家，设计任务是根据工艺要求，确定设备型号及规格或标准图号（5）对于非标设备来说就是通过化工计算、工艺操作条件，提出型式、材料、尺寸和其他一些工艺要求（如防爆口、人孔、手孔、卸料口、液面计接口等），采用已经标准化的图纸，由化工设备专业进行工程机械加工设计，由有关机械或设备加上厂制造。第二章 塔设备2.1 设计规范化工设备设计基础规定 HG/T 20643-2012容器用封头JB/T47462002钢制化工容器强度计算规定HG/T 20582-2011钢制化工容器结构设计规定HG/T 20583-2011石油化工塔型设备设计规范SH/T 3030-2009压力容器封头GB/T 25198-2010塔顶吊柱HG/T 21639-2005不锈钢人孔和手孔HG 2159421604-2014钢制人孔和手孔的类型与技术条件HG/T 21514-2014钢制塔式容器JB/T 4710-20052.2 设计要求（1）分离效率高,且达到一定分离程度所需塔的高度低。（2）生产能力大，单位塔截面积处理量大。（3）操作弹性大。对一定的塔器，操作时气液流量的变化会影响分离效率。若将分离效率最高时的气液负荷作为最佳负荷点，可把分离效率比最高效率下降15%的最大负荷与最小负荷之比称为操作弹性，易于稳定操作。（4）结构简单，设备取材面广便于加工制造与维修，价格低廉，适用面广。2.3 塔的概述与类型塔器是气液 、液液间进行传热、传质分离的主要设备，在化工、制药、和轻工业中，应用十分广泛，塔器甚至成为化工装置的一种标志。在气体吸收、液体精馏(蒸馏)、萃取、吸附、增湿、离子交换等过程更离不开塔器，对于某些工艺来说，塔器甚至成为关键设备。随着时代发展，出现了各种各样型式的塔，但工业上使用的塔类型主要是填料塔和板式塔两种。2.3.1板式塔塔内装有一定数量的塔盘，是气液接触和传质的基本构件；属逐级(板)接触的气液传质设备；气体自塔底向上以鼓泡或喷射的形式穿过塔板上的液层，使气液相密切接触而进行传质与传热；两相的组分浓度呈阶梯式变化。主要塔型是浮阀塔、筛板塔及泡罩塔。可从生产能力、塔板效率、操作弹性、气体通过塔盘的压力降、造价和操作是否方便等方面来进行对比考虑。其优缺点总结如下：表2-1板式塔性能对比性能 塔型泡罩塔浮阀塔筛板塔栅板塔相对气体负荷11.31.32塔板效率良优优良操作弹性超超良中气体通过塔盘的单板压降/mm水柱4580458030502540相对造价10.70.70.5可靠性优良优中表2-2板式塔优缺点对比塔盘型式优点缺点泡罩型圆形泡罩操作弹性好无泄漏费用高，板间距大，压降大S型泡罩塔板浮阀型条形浮阀操作弹性好塔板效率高处理能力大无特别缺点重盘式浮阀T形浮阀穿流型筛板（溢流式）正常负荷下的效率高压力降小费用最低稳定操作范围窄易堵、易泄露波纹筛板处理量大压力降小经济性好操作弹性较小塔效率低量少栅板总结:相比于泡罩塔、筛板塔、栅板塔，浮阀塔在蒸汽负荷、操作弹性、塔板效率和造价方面都较为优越，并且筛板塔费用最低、压降小。结合本项目所分离的物质的特点，综合考虑处理能力大小，选择生产能力大，弹性大，分离效率高，雾沫夹带少，液面梯度较小，结构较简单的浮阀塔盘。2.3.2填料塔填料塔是一个圆筒塔体，塔内装有一定高度的填料，是气液接触和传质的基本构件；属微分接触型气液传质设备；液体在填料表面呈膜状自上而下流动；气体呈连续相自下而上与液体作逆流流动，并进行气液两相的传质和传热；两相的组分浓度或温度沿塔高连续变化。填料的种类很多，如金属鲍尔环塔、波网填料塔。常用的填料还有拉西环填料、鲍尔环填料、矩鞍形填料、阶梯形填料、波纹填料、波网（丝网）填料、螺旋环填料、十字环填料等。填料塔制造方便，结构简单，便于采用耐腐蚀材料，特别适用于塔径较小的情况，使用金属材料省，一次投资较少，塔高相对较低。表2-3 填料分类与名称填料类型填料名称散装填料环形拉西环形拉西环，环，十字环，内螺旋环开孔环形鲍尔环，改进型鲍尔环，阶梯环鞍形弧鞍形，矩鞍形，改进矩鞍形环鞍形金属环矩鞍形，金属双弧形，纳特环其他新型塑料球形，花环形，麦勒环形规整填料波纹型垂直波纹型网波纹型，板波纹型水平波纹型Spraypak，Panapak非波纹型珊格形Glitsch Grid板片形压延金属板，多孔金属板绕圈形古德洛形，Hyperfil2.3.3塔型选择板式塔和填料塔有优缺点，都可以用作蒸馏和吸收等气液传质过程，要根据具体情况选择，其性能对比结果见表2-42-4 填料塔和板式塔性能比较资料来源：化工装置工艺设计下册项目填料塔板式塔散装填料规整填料压降较小，较适于要求压力降小的场合更小一般比填料塔大空塔气速因子稍小较两者大比散堆填料塔大塔效率塔径1.5m以下塔效率高，塔径增大，效率常会下降较其他两者高，对大直径塔无放大效应效率较稳定，大塔板效率比小塔板有所提高液气比对液体喷淋量有一定要求范围较大适用范围较大持液量较小较小较大材质要求可用金属及非金属材料适应各类材料一般用金属材料制作安装维修较困难适中较容易造价直径800mm以下，一般比板式塔便宜，直径增大，造价显著增加较板式塔高直径大时一般比填料塔造价较低重量重适中较轻塔型选择时选择时应考虑的因素有：物料性质、操作条件、塔设备性能及塔的制造、安装、运转、维修等。下列条件分别列出了对塔型的选择情况：1）选用填料塔：a.在分离程度要求高的情况下，因某些新型填料具有很高的传质效率，故可采用新型填料以降低塔的高度；b.对于热敏性物料的蒸馏分离，因新型填料的持液量较小，压降小，故可优先选择真空操作下的填料塔；c.物料具有腐蚀性。（因为填料塔可采用非金属材料，如陶瓷、塑料等）；d.物料容易发泡物料。2）选用板式塔：a.塔内液体滞液量较大，操作负荷变化范围较宽，对进料浓度变化要求不敏感，操作易于稳定；b.液相负荷较小；c.物料含固体颗粒，容易结垢，有结晶，因为板式塔可选用液流通道较大的塔板，堵塞的危险较小；d.在操作过程中伴随有放热或需要加热的物料，需要在塔内设置内部换热组件，如加热盘管，需要多个进料口或多个侧线出料口。这是因为一方面板式塔的结构上容易实现，此外，塔板上有较多的滞液以便与加热或冷却管进行有效地传热；e.在较高压力下操作的蒸馏塔。表2-5塔型选用顺序表资料来源：化工装置工艺设计下册考虑因素选择顺序塔径 800mm，填料塔 800mm，板式塔具有腐蚀性的原料填料塔穿流板式塔筛板塔喷射板型塔污浊液体大孔径筛板塔穿流板式塔喷射板型塔浮阀塔泡罩塔操作弹性填料塔浮阀塔泡罩塔筛板塔真空或压降较低的操作穿流式栅板塔填料塔浮阀塔筛板塔圆形泡罩塔其他斜喷板塔（斜孔板塔等）大液气比导向筛板塔多降液管筛板塔填料塔喷射板型塔S形泡罩塔浮阀塔筛板塔条形泡罩塔存在两液相的场合穿流板式塔填料塔本项目用于精馏的物质有：MTBE、异丁烯、甲醇、MAL、MMA。从分离效率、成本和操作维修等方面考虑，并结合实际情况，我们在设备选择过程中优先考虑采用板式塔。而甲醇精制塔塔径在800mm以下，故选用填料塔。2.4 塔盘选用国内常用浮阀有3种：F1型、V-4型和T型。三种浮阀中，F1型浮阀最简单，该类型浮阀已被广泛使用，我国已有颁布标准（JB1118-68）。F1型阀又分重阀与轻阀两种，重阀用厚度2mm钢板冲成，阀质量约33g，轻阀用厚度1.5mm钢板冲成，质量约25g。阀重则阀的惯性大，操作稳定性好，但气体阻力大。一般采用重阀，只有要求压降很小的场合，如真空精馏时才使用轻阀。3种阀的主要尺寸见下表。表2-6 3种阀主要尺寸F1型（重阀）V-4型T型筛孔直径/mm393939阀片直径/mm484850阀片厚度/mm21.52最大开度/mm8.58.58静止开度/mm2.52.51.0-2.0阀片质量/mm32-3435-2630-32表2-7 各类塔板性能比较资料来源：化工设计概论指标溢流式穿流式F形浮阀十字架形浮阀条形浮阀筛板舌形板浮动喷射塔板圆形泡罩条形泡罩S形泡罩栅板筛孔板波纹板液体和气体负荷高444444213444低555233333233弹性(稳定操作)555334434112压力降233324000433雾沫夹带量334343112444分离效率554433434444单位设备体积的处理量444444213444制造费用334443213553材料消耗444454223554安装和拆修434443113553维修333333213554污垢物料对操作的影响232123100244注：0不好；1尚可；2合适；3较满意；4很好；5最好表2-8 各种塔盘的比较塔盘型式蒸汽量液量效率操作弹性压力降价格可靠性泡罩良优良超差良优筛板优优优良优超良浮阀优优优优良优优穿流式优超差差优超可结论：浮阀塔盘在蒸汽负荷、操作弹性、效率和价格等方面都比泡罩塔盘优越；筛板塔盘造价低、压力降小，除操作弹性较差外，其他性能接近于浮阀塔盘。结合实际情况，本项目选用筛板塔盘;同时，考虑到处理量与传质效率问题，我们将New-vst Plus塔板应用于MAL脱水塔，以达到更好的传质效果。2.5本项目塔设备设计本项目用于精馏的物质有：MTBE、异丁烯、甲醇、MAL、MMA。其腐蚀性较小；无固体悬浮物；气液比波动大；塔径分布广；从分离效率、成本和操作维修等方面考虑，并结合实际情况，我们在设备选择过程中优先考虑采用板式塔，结合本项目处理量较大，我们初步选择筛板塔。又因为甲醇精制塔径在800mm以下，故选用填料塔。本选择可以较好的控制设备投资成本和操作成本，有较高操作弹性，同时操作维修也较为方便。本项目共需设计11个塔。下表为：表2-8 设计塔设备型式塔设备编号塔设备名称类型T0101MAL水洗塔填料塔T0102MAL脱重塔垂直筛板塔T0201MMA脱轻塔筛板塔T0202MMA萃取塔筛板塔T0203MMA脱重塔筛板塔2.6塔结构设计步骤（1）使用ASPEN PLUSV9获得水力学数据和塔直径。（2）设计封头、裙座、筒体等，确定塔高，使用SW6-2011进行塔的强度校核。（3）使用软件列表表2-9使用软件列表名称用途来源Aspen Plus V9分离性能设计Aspen Tech公司2.6.1塔体结构设计（以T0101为例进行设计）2.6.1.1设计条件1）设计压力：0.1MPa2）设计温度：253）设备内介质名称与组成：塔板ISOBMETHH2ODIBO210.003422440.000247480.9900793.69E-060.0062469820.003624240.000739900.9899243.33E-060.0057085530.003401530.001616880.9896043.13E-060.0053748640.003220750.003106680.9884923.04E-060.0051771950.003120380.005619430.9861893.05E-060.0050682560.003082130.009929110.9819693.15E-060.005016270.003097420.01761390.9742783.41E-060.0050076480.003179910.03234810.9594234.02E-060.0050446290.003394720.06490390.9265445.84E-060.00515177100.004042620.1647940.8257311.83E-050.005413152.6.1.2设计结果与计算1）设备直径D：由Aspen PlusV9计算圆整后取D=2100mm2）塔顶空间高度HT：塔顶空间高度一般取1.21.5m，这里取HT=1.2m3）塔底部空间高度Hd：已知塔板数N=1块，塔釜出口液体流量qv=0.12497m/h=0.321153m/min，这里取釜液停留时间为10min，则Hd=qvt0.785D2=1.821m计算结果圆整后为1.9m4）筒体高度HP：取进料段高度HF=1m，板间距为0.6m，则HP=HT+（N-2-1）*0.6+0.4+ Hd=7.5m5）裙座高度H：对于本次设计的板式塔，筒体高度小于10m，故无需裙座。则6）上下封头：根据GB/T 25198-2010压力容器封头，选用公称直径为2100mm的标准椭圆形封头，其总深度为565mm，内表面积为5.0443，封头容积为1.35087）板式塔总高度H总：H总=7.5m其中风载荷计算，地震载荷计算，耐压试验校核计算，设备筒体壁厚，地脚螺栓大小及个数见塔体校核表。2.7塔设备选型一览表塔设备编号塔设备名称类型封头形式设计温度/设计压力/MPa数量板数板间距/m塔径/mm塔高/mm材质进料板数T0101MAL水洗塔填料塔标准椭圆形封头250.11100.6210060960Q345R11T0102MAL脱水塔筛板塔标准椭圆形封头750.11190.61800/200010363Q345R10T0201MMA脱重塔筛板塔标准椭圆形封头500.11300.65200/540017069Q345R15T0202MMA萃取塔筛板塔标准椭圆形封头500.011200.6330011583Q345R20T0203MMA精馏塔筛板塔标准椭圆形封头500.11600.6240035000Q345R4240第三章 换热器3.1换热器设计依据化工设备设计全书换热器2003-5 换热器工艺设计2015-3化工装置工艺设计下册2014-8石油化工设备选型手册换热器 2009-1 化工工艺设计手册（第四版） 2009-6 固定式压力容器安全技术监察规程 TSG R0004-2009 压力容器 GB 150-2011 热交换器 GB/T 151-2014 化工配管用无缝及焊接钢管尺寸选用系列 HG 20553-93 石油化工企业钢管尺寸系列 SH/T 3405-2012 3.2 换热器类型换热器按传热方式分，分为混合式换热器，蓄热式换热器和间壁式换热器。其中，间壁式是工业上应用最为广泛的一类换热器，因此以此类换热器为选用设计的主要对象。具体分类及特性如表3-1.表3-1 间壁式换热器的特性资料来源：化工装置工艺设计下册分类名称特性相对费用耗用金属/（kg/m2）管壳式固定管板式使用广泛，壳程不易清洗，管壳两物流温差较大或采用不同材质时应通过计算确定是否需设膨胀节1.030浮头式壳程易清洗；因内部列管可浮动，温差大时无需设膨胀节，内垫片易泄漏1.2246填料函式优缺点同浮头式，造价高，不宜制造大直径1.28U形管式制造安装方便，造价较低，管程耐高压，但结构不紧凑、管子不易更换和机械清洗1.01板式板翅式紧凑，效率高，可多股物流同时换热，使用温度通常15016螺旋板式换热效率高，可用于带颗粒物料，制造简单，但不易检修0.650伞板式制造简单、紧凑、成本低、易清洗，P1.2MPa，T15016波纹板式紧凑、效率高、易清洗，P1.5MPa，T150管式空冷器操作费用一般较水冷低，维修容易，但受周围空气温度影响大0.81.8套管式制造方便，不易堵塞，单位传热面积耗金属多，换热面积不宜大于20m20.81.4150喷淋管式制造方便，可用海水冷却，造价较套管式低，对周围有水雾腐蚀0.81.160箱管式制造简单，占地面积大，一般作为出料冷却0.50.7100液膜式升降膜式接触时间短、效率高，无内压降。浓缩比5括板薄膜式接触时间短、适于高黏度、易结垢物料。浓缩比1120离心薄膜式受热时间短、清洗方便，效率高。浓缩比15其他型式板壳式结构紧凑、传热好、成本低、压降小，较难制造热管高导热性和导温性，热流密度大，制造要求高243.3 换热器设计一般原则3.3.1基本要求选用的换热器首先要满足工艺及操作条件要求。在工艺条件下长期运转，安全可靠，不泄露，维修清洗方便，满足工艺要求的传热面积，尽量有较高的传热效率，流体阻力尽量小，并且满足工艺布置的安装尺寸等。3.3.2介质流程介质走管程还是走壳程，应根据介质的性质及工艺要求，进行综合选择。以下是常用的介质流程安排。(1)腐蚀性介质宜走管程，可以降低对外壳材料的要求；(2)毒性介质走管程，泄露的概率小；(3)易结垢的介质走管程，便于清洗和打扫；(4)压力较高的介质走管程，以减小对壳体机械强度的要求；(5)温度高的介质走管程，可以改变材料，满足介质的要求；此外，由于流体在壳程内容易达到湍流Re100即可，而在管内流动Re10000才是湍流）因而主张粘度较大、流量小的介质选在壳程，可提高传热系数。从压降考虑，也是雷诺数小的走壳程有利。3.3.3终端温差换热器的终端温差通常由工艺过程的需要而定，但在确定温差时，应考虑到对换热器的经济性和传热效率的影响。在工艺过程设计时，应使换热器在较佳范围内操作，一般认为理想终端温差如下。(1)热端的温差，应在20以上；(2)用水或其他冷却介质冷却时，冷端温差可以小一些，但不要低于5；(3)当用冷却剂冷凝工艺流体时，冷却剂的进口温度应当高于工艺流体中最高凝点组分的凝点5以上；(4)空冷器的最小温差应大于20；(5)冷凝含有惰性气体的流体时，冷却剂出口温度至少比冷凝组分露点低5。3.3.4流速流速提高，流体湍流程度增加，可以提高传热效率有利于冲刷污垢和沉积，但流速过大，磨损磨损严重，甚至造成设备振动，影响操作和使用寿命，能量消耗亦将增加。因此，主张有一个恰当的流速，根据经验，一般主张流体流速范围如下：表3-2 管壳式换热器内常用流速范围资料来源：换热器工艺设计流体种类流速范围/（m/s）管程壳程循环水1.02.00.51.5新鲜水0.81.50.51.5低粘度油0.81.80.41.0高粘度油0.51.50.30.8易结垢液体10.5体5303153.3.5压力降压力降一般考虑随操作压力不同而有一个大致的范围。压力降的影响因素较多，但希望换热器的压力降在下述参考范围内或附近。表3-3 建议允许压力降值资料来源：换热器工艺设计操作压力p（a）/MPa建议允许压力降/MPa真空0.1p/100.10.170.0050.0350.171.10.0351.13.10.0350.183.18.10.070.253.3.6传热膜系数传热面两侧的传热膜系数、如相差很大时，值较小的一侧将成为控制传热效果的主要因素，设计换热器时，应尽量增大较小这一侧的传热膜系数，最好能使两侧的值大体相等。计算传热面积时，常以小的一侧为基准。增加值的方法有：(1) 缩小通道截面积，以增大流速；(2) 增设挡板或促进产生湍流的插入物；(3) 管壁上加翅片，提高湍流程度也增大了传热面积；(4) 糙化传热表面，用沟槽或多孔表面，对于冷凝、沸腾等有相变的传热过程来说，可获得大的膜系数。3.3.7污垢系数换热器使用中会在壁面产生污垢，这是常见的事，在设计换热器时应予认真考虑。由于目前对污垢造成的热阻尚无可靠的公式，不能进行定量计算，在设计时要慎重考虑流速和壁温的影响。选用过大的安全系数，有时会适得其反，传热面积的安全系数过大，将会出现流速下降，自然的“去垢”作用减弱，污垢反会增加。有时在设计时，考虑到有污垢的最不利条件，但新开工时却无污垢，造成过热情况，有时更有利于真的结构，所以不可不慎。应在设计时，从工艺上降低污垢系数，如改进水质，消除死区，增加流速，防止局部过热等。3.4换热器选型3.4.1换热器选型软件表3-6 换热器设计使用软件列表名称用途来源Aspen Plus V8.4换热器工艺参数设计Aspen Tech 公司Exchanger Design and Rating换热器结构设计Aspen Tech 公司在对工艺流程的换热器设计和选型中，先按照实际工业实施情况及成本因素，对车间进行了热集成，优化了换热网络，然后针对特定的换热任务，确定合适的换热工艺参数，并进行换热器费用的优化，在根据国家标准GB/T151-2014热交换器以及化工工艺设计手册（下）第四版，使用Exchanger Design and Rating V8.4进行换热设备的设计，以此为参考从工艺手册上选取换热器。3.4.2换热器选型范例以换热器E0102为示例进行设计。将Aspen中的换热器数据输入EDR中，process data如下所示：图3-1 换热器E0102数据输入3.4.2.1类型选择选择工业上最常见的管壳式换热器的管板式换热器。封头为椭圆封头，单壳程，后箱为椭圆形。3.4.2.2管壳选择该换热器的作用是：XXX与冷却水的换热。其中工艺介质走管侧，冷却水走壳侧，其目的是便于控制管侧出口温度，便于换热器设计，另外由于工艺介质在换热器中处于汽液两相，走管侧不易出现换热管振动等问题。 3.4.2.3设计温度该换热器的壳程工作温度为3242，管程工作温度为80.1849.89，符合工艺要求。设计温度以工作温度为依据，选取最大工作温度+（1530）。这里取壳程的设计温度为57，管程设计温度为86。3.4.2.4设计压力该换热器的操作压力为壳程3bar，管程1bar。换热器的设计压力位设计温度下的最大工作压力，一般为正常工作压力的1.11.25倍。这里取壳程设计压力为3.75，管程设计压力为1.25bar。EDR中换热器的压降设置为自动默认值，可以自己设置压降，出口绝压小于0.1MPa（真空条件），压降不大于进口压强的40%，出口绝压大于0.1 MPa，压降不大于进口压强的20%。3.4.2.5介质组成与流量工艺介质in工艺介质outMole Flow kmol/hrISOB2.6552092.655209METH84.1769484.17694WATER43.8542543.85425DIB2.4464352.446435O26.2225596.222559N200MEOH00MMA00C6H1200Total Flow kmol/hr139.3554139.3554Total Flow kg/hr7312.7157312.715Total Flow l/min67068.45201.448Temperature C80.1668650Pressure bar11Vapor Frac10.0818211Liquid Frac00.9181789Solid Frac00Enthalpy cal/mol-34148.37-42262.05Enthalpy cal/gm-650.7514-805.3706Enthalpy cal/sec-1321900-1636000Entropy cal/mol-K-29.38629-52.85584Entropy cal/gm-K-0.5600025-1.007252Density mol/cc3.46E-050.000446528Density gm/cc0.001817230.0234316Average MW52.4752952.47529Liq Vol 60F l/min147.4977147.49773.4.2.6传热系数传热系数基于传热膜系数、固壁热阻和垢层热阻计算得到。其中传热膜系数和固壁热阻为EDR自动默认值。该换热器壳程为冷却水，根据化工工艺设计手册（第四版）上册于655页，水温52以下，流速大于1m/s的河水平均污垢热阻为0.000344m2*K/W,管程为工艺物流，同样查的手册有机物的工业液体的污垢系数为0.000172 m2*K/W。3.4.2.7尺寸根据EDR的推荐设计方案，选择其中相对合理的一组。结合化工工艺设计手册（第四版）下册固定板式换热器（JB/T 4715-1992）规定，选择换热管内径为25mm，管厚2mm，管心距32，排列方式为正三角形。壳程公称直径540mm，厚度10，换热管长度5000mm。折流板间距为412mm，板数为10块，换热管数量为214根。其余参数为EDR默认值。3.4.2.8 EDR选型结果用EDR进行Rating，得到结果如下图：图3-2.1 换热器E0102计算结果表图3-2.2换热器E0102计算结果表图3-2.3 换热器E0102计算结果表由上述计算结果可以看到，换热器面积为82.8m2，设计余量为8%，符合设计要求；壳程平均流速为1m/s，管程平均流速为15m/s，满足经济流速范围；流态分布合理；壳程压降为8.842kpa，压力降低2.94%；管程压降1.254kpa，压降为1.25%，压降在合理范围内；总传热系数（含污垢热阻）为492.8W/(m2K)，所需传热系数为458.1W/(m2K)。参考GBT 151-2014热交换器，换热器型号为BEM 540-0.4-83-5/25-1 I3.4.2.9 EDR详细尺寸3.5换热器选型结果表3-7 换热器选型结果汇总位号性质数量型号总换热面积/材料重量/kgE0102冷却器1 BEM 540-0.4-83-5/25-1 I83Q235-B2575第四章 输送装置4.1泵4.1选型依据依据国家工业部等对流体输送机械的相关规定，并根工业泵选用手册 、化工机械手册：流体输送的指导，对生产MMA的各个工艺单元中所用到的流体输送机械进行设备选型。4.1.1典型化工用泵的特点和选用要求化工生产工艺流程中的典型用泵有：进料泵、回流泵、塔底泵、循环泵、产品泵、注入泵、补给泵、冲洗泵、排污泵、燃料油泵、润滑油泵和封液泵等，其特点和选用要求见表4-1。表4-1 典型化工用泵的特点和选用要求资料来源：工业泵选用手册泵名称特点选用要求进料泵（包括原料泵和中间给料泵）1）流量稳定2)一般扬程较高3)有些原料粘度过大或含固体颗粒4)泵入口温度一般为常温，但某些中间给料泵的入口温度也可大于1005）工作时不能停车1）一般选用离心泵2）扬程很高时，可考虑容积式泵或高速泵3）泵的备用率为100%回流泵（包括塔顶、中段及塔底回流泵）1）流量变动范围大，扬程较低2）泵入口温度不高，一般为30-603）工作可靠性要求高1）一般选用离心泵2）泵的备用率为100%塔底泵1）流量变动范围大（一般用液位控制流量）2）流量较大3）泵入口温度较高，一般大于1004）液体一般处于气液两相态，NPSHa小5）工作可靠性要求高6）工作条件苛刻，一般有污垢沉淀1）一般选用离心泵2）选用低气蚀余量泵，并采用必要的灌注头3）泵的备用率为100%循环泵1）流量稳定，扬程较低2）介质种类繁多1）选用离心泵2）按介质选用泵的型号和材料3）泵的备用率为50%-100%产品泵1）流量较小2）扬程较低3）泵入口温度低（塔顶产品一般为常温，中间抽出和塔底产品温度稍高）4）某些产品泵间断操作1）宜选用离心泵2）对纯度高或贵重产品，要求密封可靠，泵的备用率为100%；对连续操作的产品泵，备用率为50%-100%；对间歇操作的产品泵，一般设备用泵注入泵1）流量很小，计量要求严格2）常温下工作3）排压较高4）注入介质为化学药品、催化剂等，往往有腐蚀性1）选用柱塞或隔膜计量泵2）对有腐蚀性介质，泵的过流元件通常采用耐腐蚀材料3）一般间歇操作，可不设备用泵排污泵1）流量较小，扬程较低2）污水中往往有腐蚀性介质和摩蚀性颗粒3）连续输送时要求控制流量1）选用污水泵、渣浆泵2）常需采用耐腐蚀材料3）设备备用率50%-100%燃料油泵1）流量较小，泵出口压力稳定（一般为1.0-1.2MPa）2）粘度较高3）泵入口温度一般不高1）根据不同的粘度，选用转子泵或离心泵2）泵的备用率为100%润滑油泵和封液泵1）润滑油压力一般为0.1-0.2MPa2）机械密封封液压力一般比密封腔压力高0.050.15MPa1）一般均随主机配套供应2）一般均为螺杆泵和齿轮泵，但离心泵压缩机组的集中供油往往使用离心泵4.1.2化工装置对泵的要求（1）必须满足流量、扬程、压力、温度、汽蚀余量等工艺参数的要求。（2）必须满足介质特性的要求对输送易燃、易爆、有毒的贵重介质的泵，要求轴封可靠或采用无泄漏泵，如屏蔽泵、磁力驱动泵、隔膜泵。对输送腐蚀性介质的泵，要求过流部件采用耐腐材料。对输送含固体颗粒介质的泵，要求过流部件采用耐磨材料，必要时轴封应采用清洁液体冲洗。（3）必须满足现场的安装要求对安装在有腐蚀性气体存在场合的泵，要求采取防大气腐蚀的措施。对安装在室外环境温度低于-20以下的泵，要求考虑泵的冷脆现象，采用耐低温材料。对安装在爆炸区域的泵，应根据爆炸区域等级，采用防爆电动机。（4）对于要求每年一次大检修的工厂，泵的连续运转周期一般不应小于8000h。为适应3年一次的大检修的要求，API610（第8 版）规定石油、重化学和气体工业用泵的连续运转周期至少为3年。（5）泵的设计寿命一般至少为 10 年。API610（第 8 版）规定石油、重化学和气体工业用离心泵的设计寿命至少为 20年。（6）泵厂应保证泵在电源电压、频率变化范围内的性能。我国供电电压、频率变化范围为电压 380V10%，6000V+5%、-7% ；频率 50Hz0.5%（7）确定泵的型号和制造厂时，应综合考虑泵的性能、能耗、可靠性、价格和制造规范等因素。4.1.3泵选型结果表42 泵选型工艺参数设备位号转速/r/min流量L/s扬程Hm效率/%轴功率/kw电机功率/kw泵型号电机型号P0101A/B29006.3126.5562.934IH 65-50-160AYB112M-2/4P0102A/B29006.3126.5562.934IH 65-50-160AYB112M-2/4P0103A/B29006.3126.5562.934IH 65-50-160AYB112M-2/4第五章 储罐选型5.1 储罐选型标准石油化工储运系统罐区设计规范SH/T 3007-2014钢制球形储罐型式与基本参数GB/T 17261-1998钢制立式圆筒形内浮顶储罐系列HG 21502.2-92化工设备设计全书球罐和大型储罐5.2储罐类型 储罐容器的设计要根据所储存物料的性质、使用目的、运输条件、现场安装条件、安全可靠程度和经济性等原则选用其材质和大体型式。储罐根据形状来划分，有方形储罐、圆筒形储罐、球形储罐和特殊储罐（如椭圆形、半椭圆形）。每种型式又按封头形式不同分为若干种，常见的封头有平板、锥形、蝶形、椭圆形等，有些容器如气柜、浮顶式储罐，其顶部是可以升降浮动的。储罐按制造的材料分为刚、有色金属和非金属材料。常见的有普通碳钢、低合金钢、不锈钢、搪瓷、铝合金、聚氯乙烯、聚乙烯和环氧玻璃钢、酚醛玻璃钢等。储罐按用途分又可分为储存容器和计量、回流、中间周转、缓冲、混合等工艺容器。 5.3 储罐系列我国已有许多化工储罐实现了系列化和标准化，可根据工艺要求，选用已经标准化的产品。5.3.1立式储罐平底平盖系列（HG/T314685）；平底平顶储罐系列(HG/T3147-85)；平底锥顶贮罐系列（HG/T314885）；90无折边锥形