工业校区硫得青山在1-集3设备设计

第一章总 设备设计依 设备设计原 设备的选型目 设备类 第二章塔设备设 塔设备设计依 设计要 塔的分 填料塔和板式塔的比 选择要 塔型选择一般原 板式 板式塔的分 各种板式塔的性能比 填料 核算内 使用软件列 风载荷、载荷及耐压试 工艺尺寸概 物性参 设计条 塔尺寸计算及核 塔板布置设 流体力学计 塔板负荷性能 Cup-Tower在塔盘工艺结构计算 计算结 筒体壁 封头壁 地脚螺 裙 对接接头校 开孔补强计 第三章换热器的设 换热器设计依 概 换热器工艺方案的确 换热器的分 换热器选 换热管规格选 工艺条件选 壳程数和台 换热器的设 工艺模拟数 温 压 结构选 工艺结构尺 第四章反应器设 概 反应器的选 反应器的分 反应器的优缺 设计过 反应器类型的选 工艺操作条 设备及内件尺 反应器设计结 设计参 强度校 第五章 概 泵的选型原 泵的类型及特 泵选型实 第六章压缩机选 概 选型原 压缩机类型和特 第七章储 设计依 概 分 选择原 选型示例（以浓硫酸储罐为例 浓硫酸的基本性 工艺要 选型结 第一设备设计依《化工设备设计全书——塔设备》2003-《化工配管用无缝及焊接尺寸选用系列》HG/T20553-《钢制管法兰、垫片和紧固件》HG/T20592-20635-《石油化工塔型设备基础设计规范》SH/T3030-《管壳式换热器》GB151-《压力容器封头》GB/T25198-《压力容器》GB150-《塔式容器》NB/T47041-《补强圈》JB/T4736-设备设计原 作业，尽量不用有害的设备附件、附材，创造良好的工作环境和无污染。设备的选型设备类第二设备塔设备设计GB151-设计要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%塔的分板式填料依靠重力作用沿填料表面自上而经填料塔后自塔底排除气体则在压强差的填料塔和板式塔的比2-1大小高较2-2ST宜2-3良优良超差良优优优优良优超良优优优优良优优优超差差优超可选择要流体流动的阻力小，即流体通过塔设备的压力降小。这将生产中的塔型选择一般原易起泡的物系，如处理量不大时，以选用填料塔为宜。因为填料能使破800mm800mm时，则可用2-4800mm板式板式塔的分各种板式塔的性能比2-5小塔塔填料2-6123456789核算内使用软件列2-7AspenPlusAspenTechCUP-Autodesk风载荷、载荷及耐压试本项目采用SW6-2011进行风载荷、载荷及耐压试验计算，如下表所示 操作质 m0m01m02m03m04m05ma最小质量m0m010.2m02m03m04ma压力试验时质量风弯矩MIIPl/2 (l /2) (l /2) nMca(I)MII(2/T)2Ym(hh)(h T knMca(II)MII(2/T)2 m(hh)(h T kk顺风向弯矩MII顺风向弯矩MII max(MII,(MII)2(MII)2 n地震弯矩MIIF(hh)注:计及高振型时,此项按B.24 kMeme0000最大弯矩 max(MIIM,MII0.25MIIM 需横风向计算时 max(MIIM,MII0.25MIIM n垂直地震力FmhF00/mhi1,2,..,n ii kk应力计算11PcDi/ (mIIgFII)/D i 4MII/ i (mIIgFII)/D i31PTDi/ mIIg/D i 4(0.3MIIM)/ iBA1123(内压23(外压A223(内压123(外压A312A42(pT9.81Hw)(Diei)/1:ijiji=1操作工况 j=1设计压力或试验压力下引起的轴向应力（拉）i=2检修工况 j=2重力及垂直地震力引起的轴向应力（压）i=3液压试验工况 j=3弯矩引起的轴向应力（拉或压）[]t设计温度下材料许用应力 设计温度下轴向稳定的应力许用A1:轴向最大组合拉应力 A2:轴向最大组合压应A3:液压试验时轴向最大组合拉应力 A4:液压试验时轴向最大组合压应力注3:单位如下质量: 力 弯矩: 应力:工艺尺寸概T0102物性参Aspenplus6塔板进行手工计算和校核，然后再用CUP-Tower进行软件计算，通过比较来检查62-9：LVkg/kg/3LSm3VSm%%设计条塔尺寸计算及核HT的选取与塔高、塔径、物性性质、分离效率、操作弹性以及塔2.9列出的塔板塔板板上液层高度：hT=100mm；HT-hT=800-100=700mm；L SρLVSρV

2-1 0CσCC C 20 ρLρLf 3.9103-3.3πuπu

5.813mπD

3.14 塔截面积：AT 4

4lw=0.5~0.7，取lw 堰长:lw0.6312-462-2W由图可知h

g(x

k

,T

h

,l

dD

0.05AT

0.057.065

0.3533mW

W

0.13G

AT-

-又因为

2.5

2.206Ls2/3

则雾沫夹带量eVTe0.0057(T

)3.22.98810-4kg液/kg 因

2.98810-4kgkg

kgkg离出，一般要求τ不应小于3-5s，而对于高压下操作的塔以及易起泡的物系，停HT

0.8

D=6m3.（1）AspenplusDrickaner-Bradford方法计ET=0.17-0.616logAspenPlus（2）.1.0~1.5mHD=1m。HT进料段空间高度HHFHFHT塔底空间高度具有槽的作用，塔底釜液在塔底能有10-15min的储量，以保证塔底料液不至排完。对于塔底产量较大的塔，塔底容量可取小些，取5minAspenV=19.1m3/hD=6m，H V

0.785DHH

2

H

H

塔板布置设 w(lw

12-48由弗朗西 ，堰上液层高度3 L

hlw

堰高

0.10.045230.05477m，圆整后得堰高为0.05m所以板上清液层高度为h'h

0.050.04523 因为h' 所以假设的

035331mWdh0hw则降液管底部距下一板的间距为

0.01

F139mmu0u0F0OFOF0=12，则u0

所以阀孔数

πd02u

该塔板为分块式塔板，阀孔正三角形排列 距为td

流体力学计hfhd 10.5

1.414m/ 1v

Lh5.34v0 L 2 29.810.4hl(hwhow)hf

PhfLg0.1258472.729.81为防止降液管液泛现象发生需控制降液管内液层高度HdHThWh

)2

1.65

)2则𝐻𝑑=ℎ𝑤+ℎ𝑜𝑤+ℎ𝑓+ℎ𝜋=取降液管中层相对密度为0.5，则有hd'(HTHw)0.5(0.650.0151)HdHdAf

0.4560.655.3177s3sF

1.36LSF= 100%KCF其中有𝑍𝐿=𝐷𝑊𝑑=2.20.385=AA

2-4得CF0.140K=1.0ss

1.36LSF= 100%=42.67%KCF塔板负荷性能即漏液线，对于F1重阀，取阀孔动能因子F05时的气体负荷为操作的下限值5d2 50.03924（V） 0.3164m4S F1=0.8，则：

1.36Ls1F 1KCF0.8

1.3610.140整理变形，得：𝑉𝑆=1.083

3whow1000 w

E=1.06，(𝐿𝑆)𝑚𝑖𝑛=3-5s，取3s作为液体在降液管中停留时间的下限，则3(/3AspenPlusCupTowerT0102Cup-Tower2-6CupTower2-7CupTower2-8T0102CupTower2-9CupTowerT01022-10CupTowerT0102161——计算结筒体壁SW6-20112-15内压圆筒校合肥工业大学（宣城校区）“硫”得山在团GB150.3- 试验温度许用应力设计温度许用应力试验温度下屈服点 =2[]tPc=e=n-C1-C2=n=试PT1.25P[]= [T0.90s=T=pT.(Die)=T合2e[]t[Pw]=(Die)=设计温度下计算应t =et合封头壁2-16上封头校核计合肥工业大学（宣城校区）“硫”青山在GB150.3- 试PT1.25Pc[]1.8750T0.90s=T=pT.(KDi0.5e)=T合K=1 D2=2i6 2h i h=2[]t0.5Pc=eh=nh-C1-C2=min=nh=满足最小厚度要压力计2[]t[Pw]=KDi0.5e=合2-17下封头校核计合肥工业大学（宣城校区）“硫”青山在GB150.3- 试PT1.25Pc[]2.8854T0.90s=T=pT.(KDi0.5e)=T合K=1 D2=2i6 2h i h=2[]t0.5Pc=eh=nh-C1-C2=min=nh=满足最小厚度要压力计2[]t[Pw]=KDi0.5e=合地脚螺2-18裙℃2数2度（对接接头校核对接接头校核对接接头横截面对接接头抗弯断面模数D2/it对接焊接接头在操作工况下最大拉应力4MJJmJJgFJ Dit it对接焊接接头拉应力许可值对接接头拉应力校核结果合搭接接头校核搭接接头横截面Aw搭接接头抗剪断面模数Z0.55D2 ot搭接焊接接头在操作工况下最大剪应力MJJmJJgFJ Zw 搭接焊接接头在操作工况下的剪应力许可值搭接焊接接头在试验工况下最大剪应力0.3MJJ mJJ eZw 搭接焊接接头在试验工况下的剪应力许可值搭接接头拉应力校核结果主要尺寸设计及总体参数计算结果裙座设计名义厚度容器总容积直立容器总高壳体和裙座质量附件质量内件质量保温层质量0平台及扶梯质量操作时物料质量0液压试验时液体质量吊装时空塔质量直立容器的操作质量m0m01m02m03m04m05ma直立容器的最小质量mminm010.2m02m03m04ma直立容器的最大质量mmaxm01m02m03m04mamw空塔重心至基础环板底截面距离直立容器自振周期s第二振型自振周期s第三振型自振周期s风载对直立容器总的横推力N地震载荷对直立容器总的横推力N操作工况下容器顶部最大挠度容器许用外压开孔补强计开孔补强计合肥工业大学（宣校区团“硫”得青气进GB150.3-2011 件简图℃椭圆形板壳体开孔处焊接接头系数13凸形封头上接管轴线与封头轴线-插入式管132 强计算1补强圈强度削弱系数0接管材料强度削弱系数开孔削弱所需的补强面A+A+A33662mm2，大于A，不需另加补1 A-合开孔补强计合肥工业大学（宣城校区）“硫”得青团接管 气出,GB150.3-2011设计条件 ℃椭圆形板壳体开孔处焊接接头系数13凸形封头上接管轴线与封头轴线-插入式管132开孔补强计算1补强圈强度削弱系数0接管材料强度削弱系数开孔削弱所需的补强面A+A+A31757mm2，大于A，不需另加补1 A-合开孔补强计合肥工业大学（宣城校区）“硫”得青团接管 水,GB150.3-2011 简图℃圆形筒板壳体开孔处焊接接头系数13接管轴线与筒体表面法线的夹角0凸形封头上接管轴线与封头轴线插入式管13开 强计算1补强圈强度削弱系数1接管材料强度削弱系数开孔削弱所需的补强面A1+A2+A3=mm2，小于A，需另加补强A-合开孔补强计合肥工业大学（宣城校区）“硫”得青团接管 氨进,GB150.3-设计条件简图℃圆形筒板壳体开孔处焊接接头系数13接管轴线与筒体表面法线的夹角0凸形封头上接管轴线与封头轴线插入式管13开孔补强计算1补强圈强度削弱系数1接管材料强度削弱系数开孔削弱所需的补强面2A1+A2+A3 mm，小于A，需另加补强A-合开孔补强计合肥工业大学（宣城校区）“硫”得青团接管 亚硫酸氨出,GB150.3-2011 ℃椭圆形板壳体开孔处焊接接头系数13凸形封头上接管轴线与封头轴线-插入式管13开 强计算1补强圈强度削弱系数0接管材料强度削弱系数开孔削弱所需的补强面A1+A2+A3=mm2，大于A，不需另加补A-合开孔补强计合肥工业大学（宣城校区）“硫”得青团接管 仪表口,GB150.3-设计条件简图℃椭圆形板壳体开孔处焊接接头系数13凸形封头上接管轴线与封头轴线插入式管13开孔补强计算1补强圈强度削弱系数0接管材料强度削弱系数开孔削弱所需的补强面2A1+A2+A3 mm，大于A，不需另加补A-合第三热器的设换热器设计《化工配管用无缝及焊接尺寸选用系列》HG/T20553-《化工设备设计全书—换热器》2003-概换热器工艺方案的确换热器的分3-1使用广泛，已系列化；壳程不易；管壳两物流温差大于60℃壳程易；管壳两物料温差大于120℃；内垫片易渗漏制造简单、紧凑、成本低、易，使用压力不大于1.2MPa，使紧凑、效率高、易，使用温度不大于150℃，使用压力不大1.5MPa制造方便、不易堵塞，耗金属多，使用面积不宜大于20m2换热器选压力降得范围；对、维修的要求；材料价格；使用等。在各工业领域中得到最广泛的应用近年来尽管受到了其他新型换热器的，3-2用使用广泛；壳程不易，管壳两物料温差大60℃时应设膨胀节，最大使用温差不应大壳程易；管壳两物料温差可大于U不紧凑，管子不易更换，不易机械流量、腐蚀性、允许压降、操作温度与压力、结垢情况和检修等要素决定选70℃换热管规格选荐用正三角形排列。必须进行机械的场合，则采用正方形排列。满足允许的压力降一般选用Ф19mm的管子。对于易结垢的物料，为方便采用外径为25mm的管子。对于有气液两相流的工艺物流，一般选用较大的管在管程结垢不是很严重，又允许压力降较高的情况下，采用Φ19mm×2mm的管来。壳径较大的换热器采用较长的管子可降低单位传热面积的金属耗量，更为经济因此一般选用管长4~6m对于大面积或无相变的换热器可以选用8~9m1.25-1.5倍。工艺条件选60℃20℃5℃温差不应小于20℃；在冷却或者冷凝工艺物流时，冷却剂的温度应高于工5℃的出口温度应低于工艺物料的一般低5℃换热器的设计温度应高于最大15°。3-39.89.8104~16.73.9103~3.316.79.8（U形管式）20～35%的裕量3-4——————————壳程数和台修时都较，若把两个换热器的壳程串联起来使用，就相当于双壳程了，但壳换热器的设E0101工艺模拟数E0101Aspen进行3-5质量流量进口温度出口温度进口压力出口压力温，该换热器的壳程工作温度为12-54℃管程工作温度为109-150℃10℃200℃80℃。，压0.1MPa40%20%结构选工艺结构尺450mm712mm。SW6-2011对换热器进行强度校核，对其输入数据，700mm。ϕ25mm×2.5mm传热管(碳钢)壳程流体接管取接管内丙烯流速为u1＝3.5m/s，则接管内径d1 管程流体接管：取接管内循环水流速u2＝1.2m/s，则接管内径d1 260mm壳程流体法兰：PN16DN300HG5010管程流体法兰：PN6DN250HG5010 c封头有效厚度Vu0S

R

deu0

0.0205.390

Cp0

1.674

1

Re>6000，L/di>60时可采用π

2

nc

306 Si

di

0.0202

044750.Vui

3600994.9

1.327m/R

diui

i

Cpi

i

/m2Kc

R R 0

id

wd

R0i 332.2W/(m2Q

1806.0 S

332.2

Spπd0LN

144.1mHSpS

0.037W/m·℃ui＝1.327m/s，ρ＝994.9kg/m3P1P2

所以管程总压力降

3.301

tNS=1，Ft=1 u

Ff0nc(N

2f0

5R

ence

19，u0

11

u

N

3.5

）0 22

1.891104

1053-6123℃456789℃21.3-7.GB =2[]tPc=e=n-C1-n=PT1.25P[]= T0.90s=T=pT.(Die)=2e[]t[Pw]=(Die)Pc(Diet e3-8GB150.3- (板材 =2[]tPc=e=n-C1-n=2e[]t (Die)Pc(Diet 2 3-9GB150.3- =2[]tPc=e=n-C1-n=2e[]t[Pw]=(Die)Pc(Diet 2 3-10N壳体n法兰f螺b栓d个垫片DDl图DG取法兰与翻边接触面中心处,图b0≤6.4mmDGD外+D内b0>6.4mmDGD外b0≤6.4mmb=b0>6.4mmb=2.53bNm)Wa=πbDGy=NWp=Fp+F=NAm=max(Ap,Aa)=d Ab =Nmin=6.28yDG=弯矩计F=0.785 pc=NLD=0.5(Db-=MD=FD FG=FpNLG=0.5(Db-DG=MG=FGLGFT=F-=N图(a):LT0.5(Db图(b):LT=0.5LDLGLT=MT=FTLT外压:Mp=FD(LD-LG)+FT(LT-LG);内压:Mp= Mp NLG=0.5(Db-DG=Ma=W 计算弯矩M=M与M[]t[]中大 M 螺栓间距校L Lmin 6f Lmax2dB(m0.5)输入法兰厚度δf mm,法兰应力校K=Do/Di= 计算许用结图a1WaDiWp Di核n计算结fnYM0[]tDi3-11GB150.3- PT =2.7500T0.90s=pT.(KDi0.5eT 2e =1 D22i6 2hK i= =2[]t0.5Pcheh=nh-C1-C2=min=nh=2[]t[P]=KDi0.5e=w2-12C2As=s均值”ttt2第四应器设概“”反应器的选反应器的分反应器的优缺4-1床设计过R-0102反应器类型的选工艺操作条Φ1.0×2.0mmεB0.40f150Redpu 1l— dp—催化剂颗粒的当量直径

Re

压降小于压力的15%，符合常理3.h0h0是相对空管传热过程中的管内壁的给热系数，是床层内对得多，关联h0值的经验有许多，其中比较简单的是Leva：当床层被加热时（吸热反应h dG0 d0t0.813 exp6p当床层被冷却时（放热反应

dth dG0 d0t3.5 exp4.6p dtmG—kg/(m2·s)μ——气体导热系数，kJ/(m·s·K)dp—颗粒直径，mα2000Jm2sK。以管内床层某截面上平均温度Tm与同一截面上管外传热介质温度Ts之差定K可用下式计算：11 由h dG0 d0t3.5 exp4.6p dth0

108.5s16.0w/mK11

1

9.87310-设备及内件尺流体法兰：PN6DN300-HG-5010流体法兰：PN6DN300-HG-反应器设计设计参4-2内径长度尺寸壁厚强度校4-3内件及偏心载荷介质密度0塔釜液面离焊接接头的高度0塔板分段数12345塔板型式塔板层数厚度度度填料分段数12345填料顶部高度填料底部高度填料密度集中载荷数12345集中载荷集中载荷高度容器中心线距离塔器附件及基础算系数基本风压基础高度0塔器保温层厚度0保温层密度0裙座防火层厚度0防火层密度0管线保温层厚度0最大管线外径0笼式扶梯与最大管线的相对位置场地土类型场地土粗糙度类别A地震设防烈度8设计地震分组值max阻尼比数0平台宽度0高度0塔器上最低平台高度04-4裙座结构形式圆筒裙座底部截面内径式对裙座高度5裙座材料名称裙座设计温度℃裙座腐蚀裕量3裙座名义厚度裙座材料许用应力裙座与筒体连接段的裙座与筒体连接段在设计温度下许用度裙座上同一高度处较大孔个数1裙座较大孔中心高度裙座上较大孔引出管厚度地脚螺栓及地脚螺栓座地脚螺栓材料名称地脚螺栓材料许用应力0地脚螺栓个数0地脚螺栓公称直径全部筋板块数0相邻筋板最大外侧间距0筋板内侧间距0筋板厚度0筋板宽度0盖板类型整盖板上地脚螺栓孔直径0盖板厚度0盖板宽度0垫板无垫板上地脚螺栓孔直径0垫板厚度0垫板宽度0基础环板外径0基础环板内径0基础环板名义厚度4-5计算结果容器壳体强度计算元件名称压力设计名义厚度直立容器校核取用厚度许用内压许用外压下封头第11段变径段第22段变径段第33段变径段第44段变径段第55段变径段第66段变径段第77段变径段第88段变径段第99段变径段第10上封头名义厚度取用厚度操作质 m0m01m02m03m04m05ma最小质量m0m010.2m02m03m04ma压力试验时质量风弯矩MIIPl/2 (l /2) (l /2)nMca(I)MII(2/T)2Ym(hh)(h T knMca(II)MII(2/T)2 m(hh)(h T kk顺风向弯矩MII顺风向弯矩MII max(MII,(MII)2(MII)2 n地震弯矩MIIF(hh)B.24 kMeme0000最大弯矩 max(MIIM,MII0.25MIIM 需横风向计算时 max(MIIM,MII0.25MIIM n垂直地震力FmhF00/mhi1,2,..,n ii kk应力计算11PcDi/(mIIgFII)/D i4MII/ i(mIIgFII)/D i31PTDi/mIIg/D i4(0.3MIIM)/ iBA112323许用值A223123许用值A312许用值A42许用值(pT9.81Hw)(Diei)/许用值校核结果合合合合注1ij中ij的意义如i=1操作工 j=1设计压力或试验压力下引起的轴向应力（拉i=2检修工 j=2重力及垂直地震力引起的轴向应力（压i=3液压试验工 j=3弯矩引起的轴向应力（拉或压[]t设计温度下材料许用应力B设计温度下轴向稳定的应力许用值注2:A1:轴向最大组合拉应 A2:轴向最大组合压应A3:液压试验时轴向最大组合拉应 A4:液压试验时轴向最大组合压应:试验压力引起的周向应力注3 4-6计算结果地脚螺栓及地脚螺栓座基础环板抗弯断面模 (D4D4Zb (D2D2基础环板面积Ab 4基础环板计算力矩max(MxCxbmaxb,MC l y基础环板需要厚度基础环板厚度厚度校核结果混凝土地基上最大压应力 M00/Z(mgF00)/ b 0.3MwMe)/Zbmmaxg/地脚螺栓受风载时最大拉应力M00Mm min 地脚螺栓受地震载荷时最大拉应力M000.25M00MmgF 0 地脚螺栓需要的螺纹小径d 地脚螺栓实际的螺纹小径地脚螺栓校核结果筋板压应力 nl1G筋板许用应力筋板校核结果3Fl盖板最大应力 1 4(l'd)2(l'd) 盖板许用应力盖板校核结果裙座与壳体的焊接接头校核焊接接头截面上的塔器操作质量焊接接头截面上的最大弯矩4-7对接接头校核对接接头横截面对接接头抗弯断面模数D2/it对接焊接接头在操作工况下最大拉应力4MJJmJJgFJ Dit it-对接焊接接头拉应力许可值对接接头拉应力校核结果合搭接接头校核搭接接头横截面Aw搭接接头抗剪断面模数Z0.55D2 ot搭接焊接接头在操作工况下最大剪应力MJJmJJgFJ Zw 搭接焊接接头在操作工况下的剪应力许可值搭接焊接接头在试验工况下最大剪应力0.3MJJ mJJ eZw 搭接焊接接头在试验工况下的剪应力许可值搭接接头拉应力校核结果主要尺寸设计及总体参数计算结果裙座设计名义厚度容器总容积直立容器总高壳体和裙座质量附件质量内件质量保温层质量平台及扶梯质量操作时物料质量液压试验时液体质量吊装时空塔质量直立容器的操作质量m0m01m02m03m04m05ma直立容器的最小质量mminm010.2m02m03m04ma直立容器的最大质量mmaxm01m02m03m04mamw空塔重心至基础环板底截面距离直立容器自振周期s第二振型自振周期s第三振型自振周期s风载对直立容器总的横推力N地震载荷对直立容器总的横推力N操作工况下容器顶部最大挠度容器许用外压4-8上封头校核计合肥工业大学（宣城校区）“硫”得青山团GB150.3- (板材试PT1.25Pc[]3.1250T0.90s=T=pT.(KDi0.5e)=T合K=1 D2=2i6 2h i h=2[]t0.5Pc=eh=nh-C1-C2=min=nh=满足最小厚度要压力计2[]t[Pw]=KDi0.5e=合4-9下封头校核计合肥工业大学（宣城校区）“硫”得青山团GB150.3- (板材气压试PT1.10Pc[]2.7500T0.80s=T=pT.(KDi0.5e)=T合K=1 D2