典型设备选型与设计计算说明书

总 反应器设 反应器概 反应器设计示例——DMD反应器 反应方程 反应条 反应器工艺设 反应器机械设 反应器设计条件及计算结果汇总 设备条件 塔设备设 塔设备选型设计依 塔设备选 塔设备简 塔型选择原 塔结构设计（以T0101为例进行设计 塔体结构设 塔体强度校 塔设备选型结 换热设备设 换热器选型设计依 换热器类型简 换热器选型原 换热器选型软 选型范 类型选 管壳程选 温 压 传热系 尺 EDR选型结 换热器详细尺 换热器强度校 各换热器选型结果汇 气液分离 设计依 设计目 气液分离器类 设计过 V0105气液分离 分离器设计结 输送装 选型依 化工装置对泵的要 工业泵的特点和选用要 选型原 选型示 选型结 压缩 选型原 工艺参数和选型结 储罐及回流罐的选 储罐选型依 概 异戊二烯储罐（V0403）的选 异戊二烯的基本性 工艺要 选型结 储罐（V0203）的选 7.4.1的基本性 工艺要 选型结 回流罐（V0301）的选 工艺要 选型结 储罐选型结 (一)过程设备的基本要求

经济的安装使用与以及设备的长期安全运行在满足工艺要求的前提下，(二)过程设备设计的作用家；另一类是非标设备或非定型设备，是根据工艺要求、通过工艺计算及设(三)设计与选型的主要内容设备的设计参数是由工艺流程设计、物料、热量、设备的工艺计算多项工作得到的。对塔设备，需要确定物料的流量、组成、温度、压力、确定定型设备（即标准设备）计说明书的组成部分提供给有关部门进行设计。则，在到具体问题时，要考虑到下列的设计要点：2-1型 适用的反 优缺管 气相；液釜 固定

2-6mm8D5~dp使得反应温度沿轴向存在分布。在一定条件下，此分布对诸如反应器反应引走反应系统温度的较大变化，反应热迅速增加，如果产生的热量不移走将导致反应系统温度跳跃式的增加，使反应系统失去控制，即造成飞温问DMDR0201反应物为异丁烯和，反应液体通过固体催化剂，于一定温度和压力下，经过查阅资料，AspenPlus模拟优化，发现DMD最优反应温度范围为85-921000~2500kPa本工艺生产规模为：4年操作时间：7200反应温度：90反应压强：2000AspenPlusV8.43-2，Aspen摩尔流率质量流率体积流率温度压力V=74515.234m3/h，V1=250.485273.15+

×

=注：该计算来源《反应工程（主编通过查阅大量文献，得知反应的空速𝜏在300-800h-1,故选择反应的空速为800h-1,则一级 =𝑉1=1225.3185=

通过查阅相关文献知，气固相催化反应的空隙率一般在0.4~0.6比较好，故选择孔隙率ε=0.44，由发明专利《烯醛液相法异戊二烯的工艺技术》 ADMDZSM-5∅3~5mm，0.65~0.66kg/L，取堆密度ρ=0.65kg/L。则催化剂用量为m=1.530.65=0.9945由以上分析，DMD𝑑𝑖>8𝑑𝑡，ZSM-5∅3~5mm之间，故反应管规∅322.5mm6m，则每根反应管所填充的催化剂v=𝜋𝑑2𝐿𝜀=3.14×(0.027)2×6×0.44=0.0015𝑚3=1.54 故所需反应管根数N=𝑉床=

=1020 由经 确定反应器直D=t(b−1)+tt=40𝑑0选择反应管的排列方式为正三角形，中心布管数b=1.1√𝑁=1.1√1020=35.13≈362-1D=t(b−1)+2𝑑0=0.04×(36−1)+2×0.032=1.4641.6m20GB150-2011、（主编）外压圆筒厚度设计方法确定反应器的筒体厚度以及封头厚度。取腐蚀裕量C2=2𝑚𝑚，C1=0.3𝑚𝑚。、由工艺计算可知，D𝐼=1600𝑚𝑚，L=6000假设𝛿𝑛=13𝑚𝑚，计算知𝛿𝑒=𝛿𝑛−2.3=10.7𝑚𝑚，𝐷0=1640𝑚𝑚

=

=𝐷0=1640= A=0.00022-2A2-3则许用外压[P][𝑃]

=

=0.157𝑀𝑃𝑎>0.1即P>[𝑃]0.057MPa再假设𝛿𝑛=12𝑚𝑚B即筒体的厚度𝛿𝑛=13𝑚𝑚。受外压的椭圆形封头的厚度设计参《化工机械基础（主编，S30408，具体设计步骤如下：假设𝛿𝑛=13𝑚𝑚，与筒体厚度相同，则𝛿𝑒=10.7𝑚𝑚；椭圆形封头的当量球壳外直径Ro=𝐾1𝐷0；𝐾1为由椭圆形长短轴比值决定的系数，标准椭圆形封头𝐾10.9；𝑅0=0.9×1636=

A

= 0[𝑃]=𝑅=137.61=0.43𝑀𝑃𝑎>0.1013mm90℃，2MPa，S30408，《化工机械基础（、主编），腐蚀裕量C2=2mm，焊接方式选用双面焊接，100%无损探伤，所以焊接系数∅=1.0。

={𝑃𝑇=1.1𝑃𝑐=1.1×2=2.2𝑃𝑇=𝑃+𝑃𝑐=0.1+2=2.1故P𝑇=2.2MPaT=120S30408111MPa。𝜎=P𝑇(𝐷𝐼+𝛿𝑒)=2.2×(1600+10.7)=165.586MPa<

2×本工艺采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25%，则切h=0.25D=0.25×1600=400所以取h=400mm取折流板间的距离B=0.3D=0.31600=480mm。NB=6000/480-1=12折流板厚度由下表确定为：δ=10公称直径 >300~600>600~900>900~1200 折流板或支持板最小厚度345845656868—————拉杆用螺纹连接，与管板连接端的螺纹长度可用L𝑛=(1.3~1.5)𝑑𝑛计算。取比例系数为1.3，则L𝑛=1.3×32=41.6𝑚𝑚，圆45mm。GB/T151-2014𝑑0=16𝑚𝑚GB151-2014162-6

ϕ32×2.5mm73-8。2-7 2-8（单位 a .2.4.6Q345R。3500mm。焊接长度：𝑙𝑒=5𝛿𝑛=5×13=6580mm9040mm，300kg/𝑚3。反应器内异丁烯、、DMD为易燃易爆且物质，故考虑裙1000mm，80mm，43000mmNB/T47041-2014500mm，以方便检修。NB/T47041-2014Di3000mm4∅=1084mm220mmAspenPlusV=74516.4.011𝑚3/ℎ28m/s，则管程接管内孔截面积A1为：A=74516.4/3600=0.739 则D=√4𝐴1=√4×0.739=970.3 圆整到∅100010mm由AspenPlus知反应后物料流量为V=72256𝑚3/ℎ25m/s，则管子截面积A2A2= =0.803𝑚2D=√4𝐴2=√4×0.803=1010 圆整到∅100010mmAspenPlus率为V=

=0.00261m/s，则D=√4𝐴3=√4×

=57.6 故圆整到∅764.5mm反应热Q=4.813×106kJ/h。可知物性参数为：𝐶𝑝=4.18×103J/（kg∙℃）ρ=996.3kg/𝑚3由Q=𝑚𝐶𝑝∆𝑡得4.813×m4.18×

=230287.1则V=𝑚=230287.1=231.1取流速为u=2则

则

=231.1/3600=0.032𝑚2D=√4𝐴3=√4×0.032=201.9 圆整为∅219×8mm（相同筒体高度：H1=8000mm；裙座高度：𝐻2=3500𝑚𝑚；

=3000=7504上管板与上封头之间预留高度：L=300标准椭圆形封头的直边高度由下表确定：h=402-8h（单位项 碳素钢、普通低合金钢、复合钢 不锈钢、耐酸由于进料管为∅100010m1500mmH=H1+𝐻2+2𝐻3+2h+h′+L=8000+3500+1500+300+80+=14880mm根据HG205832011WN1000(B)-16RFQ235B；液体出料管选择法兰为WN65(B)-16RFQ235A；冷却剂进出料管选择法兰为WN200(B)-16RFQ235A2-42-9PN16带颈对焊钢制管法兰（CHABD螺栓NRAB464464464464466476485868M68M88M88洛阳年平均风压值为500N/m，烈度低于7度SW6-20112-10成分质量流量设计压力壳程直径反应管直径反应管长度接管尺寸∅1000×10∅219×∅1000×10∅219×∅76×4.5设备筒体壁厚封头壁厚管板厚度WN1000(B)-16RFWN1000(B)-16RFWN65(B)-16RFWN200(B)-16RFWN200(B)-16RF《固定式压力容器》GB150-《设备及管道保温设计导则》GB8175-GB/T25198-《塔器设计技术规定》HG20652-《钢制化工容器结构设计规定》HG/T20583-《工艺系统工程设计技术规范》HG/T20570-《塔顶吊柱》HG/T21639-HG21594-《钢制人孔和手孔的类型与技术条件》HG/T21514-《钢制塔式容器》JB/T4710-《补强圈》JB/T4736-《钢制压力容器用封头》JB/T4746-3-1散堆填 规整填稍 更高较3-2塔盘型 结圆形泡 复大合

S型泡罩塔 稍简

条形浮 简T型浮阀 （溢流式波纹筛 简

馏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

（一）（二）CO2（三）3-4考虑因 选择顺塔 具有腐蚀性的物 填料污浊液 大孔径筛板操作弹 浮阀真空操 填料大液气 多降液管筛板存在两液相的场 穿流式6，2，43-5T0101800kPa，59.7287KG-TOWER3-13-1T0101 T0101计算数 3-4T0101AspenPlusT0101TraySizing3-3-1C10000002000000300000040000005000000600000070000008000000900000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000SW6-2011计算单位计算条件塔型容器分段数（不包括裙座1压力试验类型上封头下封头22102345678912023456789内件及偏心载荷介质密度塔釜液面离焊接接头的高度塔板分段数12345塔板型式塔板层数每层塔板上积液厚度最高一层塔板高度最低一层塔板高度填料分段数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集中载荷中心至容器中塔器附件及基础塔器附件质量计算系数基本风压基础高度塔器保温层厚度保温层密度裙座防火层厚度防火层密度管线保温层厚度最大管线外径笼式扶梯与最大管线的相对位置场地土类型I场地土粗糙度类别A地震设防烈度设计地震分组阻尼比塔器上平台总个数4平台宽度塔器上最高平台高度塔器上最低平台高度裙座结构形式裙座底部截面内径裙座与壳体连接形式裙座高度裙座材料名称裙座设计温度℃裙座腐蚀裕量2裙座名义厚度裙座材料许用应力裙座上同一高度处较大孔个数2裙座较大孔中心高度裙座上较大孔引出管内裙座上较大孔引出管厚度4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地脚螺栓个数地脚螺栓公称直径全部筋板块数相邻筋板最大外侧间距0筋板内侧间距筋板厚度筋板宽度盖板类型盖板上地脚螺栓孔直径盖板厚度盖板宽度0垫板有垫板上地脚螺栓孔直径垫板厚度垫板宽度基础环板外径基础环板内径基础环板名义厚度GB150.3- PT1.25Pc[]0.8500T0.90s=T=pT.(KDi0.5e)=TK=1 D2=2i6 2h i h=2[]t0.5Pc=eh=nh-C1-C2=min=nh=压力计2[]t[Pw]=KDi0.5e=GB150.3- PT1.25Pc[]0.8500T0.90s=T=pT.(KDi0.5e)=TK=1 D2=2i6 2h i h=2[]t0.5Pc=eh=nh-C1-C2=min=nh=压力计2[]t[Pw]=KDi0.5e=N1,GB150.3-2011 条件简图0℃2012 强计算补强圈强度削弱系数0接管材料强度削弱系数10A+A+A mm2，大于A1 3-2板间距塔径塔高M250YM250YDMD862003-2009-（第四版2009-TSGR0004-GB150-GB/T151-《化工配管用无缝及焊接尺寸选用系列HG20553-《石油化工企 尺寸系列SH/T3405-4-1换热器型 换热器特≤50°C

浮头 管内外均能承受高压，可用于高温高压场U型管 管内外均能承受高压，管内及检修

釜 壳体上都有个蒸发空间，用于蒸汽与液相分双套管 板 拆洗方便，传热面能调整，主要用于粘性较大的液体间换螺旋 可进行严格的逆流操作，有自洁作用，可回收低温热伞板 伞形传热板结构紧凑，拆洗方便，通道较小，易堵，要求流体干板壳 板束类似于管束，可抽出检修，压力不能太4-2 浮头式固定管板式换U形管式换热

可用于管腐蚀场合。20%~30%；结构结垢比较严重的场合；可用于管腐

20%；结构复杂废、壳体部件决定于管子寿于壳结垢场合ExchangerDesignandRatingV8.4U20%。9-374-3

水和相类似的液体流速一般取1-2.5m/s；气体和蒸汽的流速可在8-4-4

（U19mm32mm76mm8～9m配布有利于壳程物流的湍流正方形配布有利于壳程为了弥补各自的缺点，1.25～1.5d（d。4-5

排列形 管心距

3m/s；8～30m/s型号：AES500-1.6-54-6/25-4 表示公称压力 表示公称换热面积为 I500mm54m25mm6m，44-6名 用 来HTRIXchanger 换热器工艺参数设 换热工艺参数，并进行换热费用的优化，再根据GB/T151-2014《热交（下ExchangerDesignandRatingV8.44-2E010220℃，符合工业实际。设计温度以工作温度为依据，一般为工（15℃~30℃800bar，2200bar4MPa。20%。EDR该换热器管冷却水，根据《化工工艺设计手册（第四版）上册第655工艺物流，同样查得手册上的有机物工业液体的污垢系数为0.000872EDRJB/T4715-9231.750mm，2mm，25mm，排列方式为正三500mm，1339EDRHTRI4-3E0102105.80W/(m2·K)，50.52W/(m2·K)。20mm20mm52mm冷热侧法兰类型均为活套法兰。参考化工工艺手册（下册，得E0201型号为BEM600-0.6-120-4.5/19-1I。

4-5设计计算条 设计压 1设计压 设计温 设计温 tt简图GB150.3- =2[]tPc=e=n-C1-C2=n=PT=1.10P[]= [T0.80s=T=pT.(Die)=T2e[]t[Pw]=(Die)=t =etGB150.3- PT1.10Pc[]2.1980T0.80s=T=pT.(KDi0.5e)=TK=1 D2=2i6 2h i h=2[]t0.5Pc=eh=nh-C1-C2=min=nh=压力计2[]t[Pw]=KDi0.5e=GB150.3- =2[]tPc=e=n-C1-C2=n=PT=1.10P[]= [T0.80s=T=pT.(Die)=T2e[]t[Pw]=(Die)=Pc(Diet =etGB150.3- PT1.10Pc[]2.1980T0.80s=T=pT.(KDi0.5e)=TK=1 D2=2i6 2h i h=2[]t0.5Pc=eh=nh-C1-C2=min=nh=压力计2[]t[Pw]=KDi0.5e=GB150.3- =2[]tPc=e=n-C1-C2=n=PT=1.25P[]= [T0.90s=T=pT.(Die)=T2e[]t[Pw]=(Die)=Pc(Diet =et计算 简图℃设计要求的循环次数0次段腐蚀裕量Eb设计温度下屈服点s几 DbW= m=h=50.00波 n=成型前一层名义厚度SSeDb+mS加强圈有效厚度ScDC=Db+2mS+SCEcLCDm=D’o+h1DbSPD S m系 系数k 0.341.5Db（当k1时，取kTfTEbc W横坐标值 W 2h2.2DS6-2CpmW 按2h,2.2DS查图6-3得：Cf m按W, 查图6-4得：Cd2.722h2.2DmS KmDEtSCK1.7 mb 2 KnKnF=N应力 许用值内压z t t薄膜应力c tpDm pt薄膜应力1薄膜应力ph ptph3 Cp2mSp弯曲应力位移E(SC)2eb f薄膜应力 d弯曲应力组合计算p231.5ts计算d45合最大值R2ts疲 校核对于奥氏体不锈钢膨胀节,当 2t时,需要进行疲劳校 疲劳破坏时的循环次数 NTf 安全系数nfGB151－1999，nf15许用循环次数NNNnf设计要求的操作循环次数Np P h2P=P<=Ps 简图℃设计要求的循环次数0次段腐蚀裕量Eb设计温度下屈服点s几何尺寸DbW= m=h=50.00波 n=成型前一层名义厚度SSeDb+mS加强圈有效厚度ScDC=Db+2mS+SCEcLCDm+hSP1Db DmS 系数k 1.5Db（当k1时，取kTfTfEbcW横坐标值 W 2h2.2DS6-2CpmW 按2h,2.2DS查图6-3得：Cf m按W, 查图6-4得：Cd2.722h2.2DmS KmDEtSCK1.7 mb 2 KnKnF=N应力 许用值内压z t t薄膜应力cpD2LE cc 2(mSEtLDSkEtLDb4 cctpDm pt薄膜应力1薄膜应力ph ptph3 Cp2mSp弯曲应力轴E(SC)2eb f向薄膜应力位移弯曲应力 d组合计算p231.5ts计算d45合最大值R2ts 对于奥氏体不锈钢膨胀节,当 2t时,需要进行疲劳校 疲劳破坏时的循环次数 NT f 疲劳安全系数nf GB151－1999，nf15许用循环次数NNNnf设计要求的操作循环次数NPps h2 =PP<=Ps =2[]tPc=e=n-C1-C2=n=2e[]t[Pw]=(Die)=Pc(Diet =et=e=n-C1-C2=n=L=Do=Di+2n=AA=BB=[P]=Do/= N法兰fbdd个垫片hNmb b=b0> b=2.53 DGD外+Db0 DGD螺栓受力计Wa=πbDGy=NWp=Fp+F=NAm=max(Ap,Aa)=Ab=nd2=4力矩计FD=0.785D2i=NLD=LA+=MD=FD FG==NLG=0.5(Db-DG=MG=FG=FT=F-=-NLT=0.5(LA+1+LG=MT=FT=-MpFD(LD)+FT(LT-LG);内压:Mp= MpW=NLG=Ma=WLGMo M t 螺栓间距校 L =nLmin Lmax形状常数确h0Di0h/ho=K=Do/DI=10ZYeFIh0eFLh01/of=d1Uho =d1Uho =f ψ=δf==4fe13=计算许用结论W DiWp Di 输入法兰厚度δf45.0mm计算许用结论HfMo2 1.5[]t=156.5fn n(1.33fe1)M0 f[]t=fM0YZ 2 f[]t=f=[]t=fJ52.14VIMoE2Ko14.71BEM1400-1.2-374.3-5/27-11BEM800-1.5-482.3-7/19-1U1BEM1000-2.3-485.8-6/25-11BEM900-1.2-422.7-9/25-1ASPENPLUSFLASH《工艺系统工程设计技术规定气—液分离器设计》HG/T20570.8-200μm100mm101摩尔流率质量流率体积流率ρG=0. 4𝑔𝑑(𝜌𝐿−𝜌𝐺)𝑉𝑡=

VRe。μ1.9*10-5 Vt=0.364

D=

GGD=0.0188

)

=0.0188

1.35×

=两相接管的直径应符合𝜌𝐺𝑢2<𝐷𝑝>3.34×10−3(𝑉𝐺+𝑉𝐿)0.5𝜌0.25= 1m/s。S=𝑉𝐿𝑡=26.472/3600= LLHL𝐻𝐿=47.1𝐷2

12957×47.1× =设计温