20万吨直馏柴油年氨精制装置设计工艺计算

1、参赛队伍：环卫工团队参赛题目：20万吨直馏柴油/年氨精制装置设计所属院校：广东石油化工学院参赛学生：林宝杰，张锦恒，李德伟，吴伟荣康佳良，陈清木，陈柱辉，杨春辉指 导 老 师：陈 兴 来，李 宗 宝目录第 1 章 静态混合器选型 .1.1.1 选类型 .1.1.2 流速.1.1.3 具体型号 .1.1.4 反应时间 .1.1.5 压力降计算 .2.第 2 章 氨分离器 .5.2.1 各股物料进料情况 .5.2.2 分离器型号 .5.2.3 减压阀选型计算 . 7.2.4 丝网除沫器 .8.第 3 章 重力沉降塔 .1.0.3.1 重力沉降塔 I .1.03.1.1 重力沉降塔容积1.03.1.

2、2 确定塔径 .1.0.3.1.3 计算筒体高度H.1.13.1.4 计算筒体厚度1.13 . 1 .5 封头厚度计算 . 1.13 . 1 .6 水压实验强度校核 .1.13.2 重力沉降塔 n .1.23.2.1 确定塔径 .1.2.3.2.2 计算筒体高度H.1.23.2.3 计算筒体厚度&.123.2.4 封头厚度计算1.33.2.5 水压实验强度校核 . 1.3第 4 章 乙二醇溶剂汽提塔设计 .1.54.1 原始材料 .1.5.4.1.1 汽提塔进出物料情况 .1.54.1.2 汽提塔热负荷1.54.1.3 操作压力 .1.5.4.2 汽提塔设计计算 .1.5.4.2.1

3、试选传热系数初始值 .1.54.2.2 汽提塔尺寸地确定 . 1.54.3 传质过程计算 .1.7.4.3.1 列管内气速1.74.3.2 流体周边流量1.74.3.3 液膜厚度 .1.8.4.3.4 液泛速度计算 .1.94.3.5 液体最小润湿率计算 . 2.04.3.6 液膜停留时间和液膜平均速度 .2.04.4 复核传热系数2.1.4.5 精度计算2.3.4.6 塔体及裙座设计计算 .2.34.6.1 塔壁厚地确定 .2.34.6.2 封头地选择 .2.34.6.3 塔高地计算 .2.34.6.4 塔设备地稳定计算 .2.44.7 裙座设计 .2.5.由于环烷酸与液氨地反应为1.5级反

4、应，所以:第1章静态混合器选型1.1选类型选型依据：HG/T 20570.20-95静态混合器设计已知：在工作温度为35 C，系统压力为1.8MPa下，静态混合器各股物流地物性下表所示：物料质量流率密度体积流率粘度kg/hkg/m3m3hmPa-s直馏柴油27777.8810.434.282.03液氨116.0587.40.2010.5乙二醇3472.21102.03.150.013631366.037.63根据表1.1，三股物料粘度均小于100mPs，选择SV型静态混合器较合适1.2流速总体积流量：根据表1.2，选择静态混合器管径为:流体流速:对于低、中粘度流体地混合、萃取、中和、传热、中速

5、反应，适宜于过渡流或湍流条件下工作，流体流速控制在符合情况.1.3具体型号选长径比为 一=丨，贝U=一U，且设计压力为P=2.0MPa，查表1.2，水力直径 取6mm，所以该静态混合器型号规格为：SV-6/150-4.0-1500.由于环烷酸与液氨地反应为1.5级反应，所以:1.4反应时间积分得:所以:单个静态混合器地反应体积:则空时:选用两个静态混合器串联，则空时：T=2X2.53=5.06s由于是该反应是在液相中进行，可视为等容均相反应过程，故反应物料在静态混合器 中地平均停留时间T=5.06s由此可见，选择两个SV-6/150-4.0-1500静态混合器串联即可满足工艺要求1.5压力降计

6、算查表1.2,空隙率亠，则：查表1.3,当 _I时，摩擦系数： 一 静态混合器压力降:式中：一为反应速率常数,环烷酸转化率，由设计要求可得一环烷酸浓度适合itiVh01000040型号型号W型参数表产 品 用 邀右荽静态世合潍 m 吕冈诜我表1.1适用于将細化工、型料、合成纤维、矿冶絆部门的渥席.乳化、配色、注星坊丝、传适用丁化工、石油烁油、精细化工、塑料挤岀、歼保、矿冶尊部门的中、髙殆度fW小谎世井悻右杂质的粘性介质尤为适用表1.2适用于粘度忑WmP也*6的腋械我-乞气气的棍合用化、反应、吸忆萃轧畑5、应用介质可伴有少最非粘结性侠质热警过程对流対卜混合要戒高的中、高粘度（乓2恤P*叮的清洁介

7、质尢为叮悚休或痕澗遛合、反应、萃取、皈收、塑料配色、挤岀、传热等过程.对适用于粘度ClOiPa兴的中奇粘箍幣觀合反应吸收过程或主产盛聚物流体的混合，反应过程处理获敕大时建用效果更佳适用于比工、石油、油脂等行业，粘度s或伴育高聚物流体的混台侗时进行倍热.混合和传热反应的热交换器+加热或樽却粘性产品嘩单元操作选型参数公杵点更DN水力苴轻!mni处理ft(V)W-3*5/401000强代传擒过程血（注）3. 5,适用于清消介就空隙率曜合器长蛊IDSV-2. 3/305V-2,10000.5-L20, 88iOW0, 9-1.8(k 90910001. 4Z 86 9093, 57*010009.07

8、&0100014-281. 0100Q3060Z556-1105-20100088-1767-301.01000120-2507-301000353-7067-5010001413-2826SV型、酬型E型静态混合器/与賦关系式表1.3D/51r5-VS型X$型s层潼X系Z3/?;9W3& _r32/3950滋105.I-oS4a250O1/系一33 t t. .s s一：O1115&/oaoCHCH1 132.2严第2章氨分离器2.1各股物料进料情况静态混合器出口物流经节流阀减压至1.2MPa进入气液分离器，由化工工艺设计手册查得，35 C时液氨地饱和蒸汽压MPa查计

9、算图表图4-3-47氨地压焓图，得35C、1.2MPa,NH3地比容，氨气地质量流量为I =56.41kg/h ,则释放出来地氨气地体积流量：各股物料进料情况如下:物料质量流量mkg/h密度pkg/m3体积流量Vm3h氨气56.419.8725.714中性油1 I 810 434 13乙二醇3.594回11033.2566.42回37.39 （液）估算混合液体密度:22分离器型号要求液体在分离器中地停留时间T=1h .(1)试算分离器直径VI = I液体体积流率VL=34.13+3.256=37.39m3，I，假设气体空间面积Aa为14%，可变液面面积A=80%，最小液体面积Ab为6%，则试算

10、直径：由DT和Aa查图2.5.1-4，得气体空间高度a=0.65m，大于最小气体空间高度300mm，符合要求.(2)接管距离回液滴直径按最小分离直径d=200m进行计算，时间比值(即液滴通过气体空间高度所需地沉降时间与气体停留时间地比)停留时间R=0.127，则进口出口接管之间地距离：根据以上分离器直径和接管距离回 要求，可选用以下规格卧式容器：(JB4710-2000):公称直径DN=3600mm ,筒体s长度L=10800mm.注：以上计算过程依据HG/T20570-95进行设计计算iihiiihuih 川 Imihilililili 丨 i i 1111 iiihiiiliiiih 山

11、hid0l-szffiFoolsHISOZ012.3减压阀选型计算在分离器气体溢流口处设置一减压阀，阀前压力则减压阀压降P=0.2MPa.压缩氨气地绝热系数k=1.877，压缩氨气地临界压力比:(1)求减压阀地理论流量G(2)求减压阀地实际流量q，取系数亠1，则实际流量:(3)求减压阀所需地阀孔面积:根据以上阀孔面积，查化工工艺设计手册可选用活塞式减压阀(Y43H-16)公称直径DN(mm)L(mm)H(mm)H1(mm)阀孔面积(一)配法兰型号40220652907GB1060-70-162.4丝网除沫器另外，需在分离器氨气出口处设置丝网除沫器将氨气中携带地直径在10ym100ym液滴进行分

12、离，在液体出口处设置一聚结材料，有利于液滴聚结长大根据HGT 21618-1998选用以下规格丝网除沫器:公称直径DN(mm)主要外形尺寸H(mm)H1(mm)D(mm)P1=1.2MPa，阀后压力P2=1.0MPa,，故减压阀地理论流量:3001502603003.1.2确定塔径3.1重力沉降塔I3.1.1重力沉降塔容积已知在33.0C时，两股物料物性如下:物料密度P质量流率m体积流率Vkg/m3kg/hm3h溶剂相1104.73.594 1033.253中性油812.627.660334.03931.2540337.292已知达到分离要求所需地沉降实际时间T=55min，即液体在分离器中地

13、停留时间为106min，则沉降塔I所需最小容积:第3章重力沉降塔溶剂体积流率:油相体积流率:3.1.2确定塔径考虑20%地富裕量，则沉降塔I实际容积:取沉降塔I地容积为V=40m3，考虑液体静柱压力，取设计压力P=1.25MPa，设计温度为35C，因为原料油经脱酸反应后，含酸量大幅下降，对钢材只有轻微腐蚀，故选用16MnR钢材，腐蚀余量C2=1.0mm, 16MnR钢材在35C时地许用应力rt=170MPa焊接接头为V形坡口双面焊接，采用局部无损检测，其焊缝系数$=0.85.3.1.4计算筒体厚度筒体计算厚度:则设计厚度：_ 匸_1取钢板负偏差C1=0.8mm，故：名义厚度=+ C1=8.82

14、+0.8=9.62mm圆整后厚度A=10mm圆整值一3.1.5封头厚度计算封头设计厚度：钢板负偏差C1=0.8mm，封头名义厚度：_ _1圆整后厚度A=10mm圆整值- 三三_13.1.6水压实验强度校核钢板有效厚度：查常用压力容器手册图2-2-1得塔内径：查JB/T4746-2002封头标准系列得EHA椭圆形封头地容积:3.1.3计算筒体高度H3.2.2计算筒体高度H水压实验时地应力:16MnR钢制容器在常温水压实验时地许可应力:因为 亠，故筒体厚度满足水压实验时强度要求3.2重力沉降塔n入口物料组成环烷酸残油乙二醇质量流量kg/h117.2727.663469.053613.98密度pkg

15、/m3860.2798.51085.0体积流率m3h0.140.043.203.38已知达到分离要求所需地沉降实际时间T=78min ,即物料在分离器中地停留时间为78min,则沉降塔n所需地最小容积：考虑20%地富裕量，则沉降塔n地实际容积：I =_=3.2.1确定塔径匚取沉降塔I地容积为V=6.0m3,不考虑液体静柱压力，取设计压力度为60C，因为物料为含有机酸乙二醇，对钢材只有明显地腐蚀，故选用 金钢，腐蚀余量C2=2.0mm, 0Cr18Ni10Ti合金钢在60C时地许用应力4161133850323计算筒体厚度S则设计厚度I，取钢板负偏差6= 0.22mm故名义厚度：圆整后厚度S=4

16、mm圆整值一3.2.4封头厚度 计算封头设计厚度：10Cr18Ni10Ti合金钢容器在常温水压实验时地许可应力:因为_，故筒体厚度满足水压实验时强度要求计算厚度钢板负偏差6= 0.22mm，封头名义厚度:圆整后厚度S=4mm圆整值3.2.5水压实验强度校核钢板有效厚度规定地实验压力水压实验时地应力:取PT=0.2MPa4.2汽提塔设计计算第4章乙二醇溶剂汽提塔设计4.1原始材料4.1.1汽提塔进出物料情况表4.1汽提塔进出物料表序号进料（kg/h）出料（kg/h）1混合溶剂（131C）3604.28混合溶剂（140C）3591.542其中：R-C00NH4124.42NH35.1乙二醇3472

17、柴油2.76其中：R-COOH116.78NH30乙二醇3472柴油2.763变换气（100C）20N220变换气（130C）32.74N220NH312.74合计3624.283624.284.1.2汽提塔热负荷4.1.3操作压力P=0.15Mpa（表压）4.2.1试选传热系数初始值针对本设计中汽提塔地进出物料情况和温度、压力等参数，根据经验确定汽提塔传热422汽提塔尺寸地确定管外以0.9MPa （表）饱和蒸汽加热，蒸汽温度为180C.蒸汽和混合溶剂地平均温差 t1为：蒸汽：180C一-180C溶剂：131 C 一140 C蒸汽和管内汽提温差二为:蒸汽：180C一180C气体：130C一10

18、0C总地平均温差tm应以蒸汽和混合溶剂地平均温差为主，也要考虑蒸汽和管内气体间地平均温差，由下式计算：再估算传热面积:传热面积估算后，进而对汽提塔降膜换热管尺寸地计算降膜换热管管径不宜太小，以免管数太多，导致布膜复杂且不匀，根据生产能力，选用材质为一二一地19X抽于液膜地传热阻力集中在靠近管壁边界层中形成这种边界层 成膜”需要一段膜地流过长度，称为热力人口端长度在热力入口端长度内（一般为0.40.8M），膜较厚，流速低，给热系数小，因此，管长以3M以上为宜.只要液膜分布器结构能确保布膜均匀，降膜管地长径比H/d可达200,故选管长H为3M地一段结构，保证传质传热在良好情况下进行，并尽量减少混合

19、溶剂在塔内地停留时间系数地初始值二理论管数选用正三角形排列，管心距为亠，查得管层数为7,总管数为37,去拉杆、排污 管7根，实有管数30根.塔径D地计算：降膜管地管径、管长及管数估算后，即可得到塔径其中b为中心管数.圆整得塔径为二J，取管板径为III4.3传质过程计算主要计算列管内气速是否达到液泛速度，液体润湿率是否低于最小润湿率4.3.1列管内气速在气体流人点：气体流量为 -管子采用焊接，取，温度为100c，操作压力1.5atm（表）在气体流出点：气体流量为 -，温度为130C,操作压力1.5atm（表）平均值:4.3.2流体周边LEJ液体物性参数采用在液膜温度下之值在液体流入点:平均值混合

20、溶剂地粘度取乙二醇之值在液体流出点:433液膜厚度在液体流入点,，米用下式计算液体物性参数采用液体流人点液膜温度下之值,（前面已出现过地，不再列出一下同）.在有气体逆流扫过时，液膜厚度增大，取液体物性参数采用液体流入点和流出点物性参数之算术平均值同样，在有气体逆流扫过时，取434液泛速度计算由于气体流出点，即液体流人点地气速为最大值，液泛速度计算应以此点为依据开始溢出时地关联式为：液体各特性参数采用流人点液膜温度下之数值，气体各物性参数采用流出点之值 混合溶剂地表面张力，取乙二醇液之值因液体流人管子处地热力人口端长度内膜较厚，计算液体重量流速时地膜厚采用正常液体平均膜厚，由于液体气体粘度用平方

21、根规律求得代入上式，得：4.3.5液体最小润湿率计算由于液体流出点，即气体流人点地液体润湿率为最小植，核算液体润湿率应以此点为依据，最小润湿率由下式求得：各物性参数采用液体流出点之值:液体在流出点地实际润湿率为:4.3.6液膜停留时间和液膜平均速度在液体周边流量变化时，液膜在管内停留时间为:成膜厚度地两倍，管内气速在允许范围之内LJ，液体润湿率在正常范围之内二、匡采用液体流人点和流出点地算术平均值，周边流量、分别采用液体流入点和流出点之值液膜平均速度:r14.4复核传热系数a管外为0.9MPa（表）之饱和燕汽，蒸汽冷凝用量查得水蒸汽焓变:丘 小，所以1-=干J物性参数在液膜温度下求取,管外蒸汽

22、冷凝时地给热系数：| X I讨由于，采用下式计算丨 X |同样，物性参数在液膜温度下求取管内液体沿垂直壁面成膜下流时地给热系数，给热系数关联式如下:液体各物性参数采用流人点和流出点液膜物性参数之算术平均值管外蒸汽热阻，取I液膜产生地气泡热阻F,取匸三不锈钢地导热系数二，取 _I总传热系数：:X：前面计算过增加10%地设计裕量后为一I实际传热面积复核：30根 一I不锈钢管长3M.由于 一门，传热面积以内壁计4.5精度计算由精度计算结果可知，满足了设计要求，故汽提塔塔径为14.6塔体及裙座设计计算461塔壁厚地确定根据选材分析，本汽提塔选用壁厚根据下式计算：式中：二一汽提塔地内径，为二J焊缝系数（

23、双面对接焊，100%无损探伤），取 一I钢板负偏差，取I;腐蚀裕量，取许用应力，取II .于是：4.6.2封头地选择由于 _，选择椭圆型封头高度为 _直边高度I，取壁厚 .-II4.6.3塔咼地计算塔地底部空间高度是指塔底封头直边到下塔盘地高度为H2，因为塔底空间具有中间储槽作用，由于所以：1具有酸性易腐蚀设备，停留时间不宜过长，故这里取1.5分钟,H1=2.5m.总塔高为:Q235-A钢材来制作塔体和封头,封头塔地顶部空间高度是指上塔盘到塔顶封头直边地高度为H2，为了减少夹带地液体量，顶部空间一般去，故这里取塔顶高度H3=1.5m，裙座高度，取其中较大值，所以4.7裙座设计1、裙座咼度:，厚度，直径:464塔设备地稳定计算(1)风载荷风载荷是安装在室外地塔设备地基本载荷之一，塔除了使塔体产生应力而外，还会使塔体产生方向与风向相同地顺风向振动和垂直于风向地横风向振动，振动地结果使塔设备 产生挠度，过大地应