设备设计及选型说明书

目第一章塔设备设 塔设目第一章塔设备设 塔设备设计概 塔设备设计原 塔设备的设计目 塔型选择原 1.2VAC脱轻塔 强度校 塔设计小结 塔设备条件 塔设备装配 SW6强度校核计算说明 塔设计选型一览 第二章换热器选型设 2.1换热器选型设计概 设计依 换热器类 换热器的选型软 换热器选型示例 换热器选型参数设 换热器选型结构设 换热器设计小结 换热器E0102设备条件 换热器强度校 反应器设计说反应器设计目标换热器E0102设备条件 换热器强度校 反应器设计说反应器设计目标VAC合成流化床反应器设计流化床反应 催化剂的选 反应条件选 反应器选 反应物流参 反应器结构设 催化剂装填的确 流化床反应器工艺设计计 流化床内部构件的设 内部构 流化床附件的选 流化床反应器的机械设 流化床设备条件 SW6强度校核计算说明 液分离器设设计依设计目气液分离器的分类4.3.1立式和卧式重力分离 4.3.2立式和卧式丝网分离 4.4气液分离器的设计（V0301以为例 4.4.1气液分离器工艺参 1类型选 尺寸设 气液分离器设计一览第五章泵的设计概泵的类型和特点泵的选类型选 尺寸设 气液分离器设计一览第五章泵的设计概泵的类型和特点泵的选选型方 进出口液体流 扬程计 选型结第六罐、缓冲罐的选选型依储罐简储罐系选型原储6.5.1氧 6.5.2乙 6.5.3乙 6.5.4醋酸乙烯 6.5.5选型结 6.6缓冲罐选 6.6.1氧气缓冲 26.6.2选型结 第七缩机的选型选型依选型6.6.2选型结 第七缩机的选型选型依选型原压缩机选压缩机工艺参 压缩机选型实例（以C0301为例 新型降噪压缩机的应压缩机选型一览表3塔设备是化工、石油化工和炼油等生塔设备是化工、石油化工和炼油等生产中最重要的设备之一，塔可以使气相或者液液相之间进行紧密接触，达到较为良好的相际传质及传热的目的在塔设备中常见的单元操作有：吸收、精馏、解吸和萃取等。此外工业气的冷却与回收、气体的湿法净制和干燥，以及兼有气液两相传质和传热的增湿减湿等效果1.1塔设备设计概1.1.1塔设备设计原（1）具有适宜的流体力学条件，可使气液两相良好接触（2）结构简单，处理能力大，压降低（3）强化质量传递和能量传递1.1.2塔设备的设计目作为主要用于传质过程的塔设备，首先必须使气液两相能充分接触，以获（1）生产能力大。在较大的气（汽）液流速下，仍不致发生大量的雾沫带、拦液、或液泛等破坏正常操作的现象（2）操作稳定、弹性大。当塔设备的气（汽）液负荷量有较大波动时，能在较高的传质效率下进行稳定的操作，并且塔设备应保证能长期稳定操作（3）流体流动的阻力小，即流体通过塔设备的压降小。这将大大节省生中的动力消耗，以降低正常操作费用。对于减压蒸馏操作，较大的压力降还将系统无法维持必要的真空度（4）结构简单、材料耗用量小，制造和安装容易。这可以减少基建过程的投资费用（5）耐腐蚀和不易堵塞，方便操作、调节和检修1事实上，对于现有的任何一种塔器，都不可能完全满足上述所有要求，但我们可以在某些方面做到独特之处。以此来达到较大的事实上，对于现有的任何一种塔器，都不可能完全满足上述所有要求，但我们可以在某些方面做到独特之处。以此来达到较大的生产效率，提高企业的产效益1.1.3塔型选择原1.1.3.1填料塔与板式塔的比塔主要有板式塔和填料塔两种，它们都可以用作蒸馏和吸收等气液传质程，但两者各有优缺点，要根据具体情况选择1-1填料塔和板式塔相比1.1.3.2塔型选择一般原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、装、运转、维修等1）下列情况优先选用板式塔a.塔内液体滞液量较大，液相负荷较小，操作负荷变化范围较宽，对进料度变化要求不敏感，操作易于稳定b.含固体颗粒，容易结垢，有结晶的物料，因为板式塔可选用液流通道较的塔板，堵塞的危险较小c.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件，如加热盘管，需要多个进料口或多个侧线出料口。一方面板式塔的结构上易实现，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2项填料板式散堆填规整填空塔气较大比散堆填料压较小一般比填料塔塔效小塔效率高（对大直径无放大效应较稳定，效率较液气对液体喷淋量有一定要范围适应范围持液较较较材可用非金属耐腐蚀材适应各类材金属材造小塔较较板式塔大直径塔较安装检较困适较容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，故可先选择真空操作下的填料塔c.具有腐蚀性且易发泡的物料，可选用填料塔综上，塔设备的选型可以依照下列顺序1-塔型选用顺序3考虑因选择顺塔800mm以下，填料大塔径，板式具有腐蚀性的原填料穿流筛板喷流型污浊液大孔径筛板穿流式喷流式浮阀泡罩操作弹浮阀泡罩筛板真空操填料导向筛网孔筛筛浮阀塔大液气多降液管筛板填料喷射型浮阀筛板存在两液相的场穿流式填料1.2VAC脱轻塔1.2.1T0302塔设计条1.2.1.1流股参T0302VAC脱轻塔，通过精馏对未反应物料VAC进行分离，是本工重要的设备之一，因此以其设计计算作为塔设备设计范例非常具有1.2VAC脱轻塔1.2.1T0302塔设计条1.2.1.1流股参T0302VAC脱轻塔，通过精馏对未反应物料VAC进行分离，是本工重要的设备之一，因此以其设计计算作为塔设备设计范例非常具有代表性T0302VAC脱轻塔，利用回流使液体混合物实现高纯度分离，从塔顶得拟和优化，得到T0302进出口流股信息如下表所示。1-3VAC脱轻塔流股情4单进塔顶出塔底出LiquidLiquidLiquidC6MolarVapor000MolarLiquid111MolarSolid000MassVapor000MassLiquid111MassSolid000Molar---Mass---Molarcal/mol----Masscal/gm----Molar5MassEnthalpy---Average 乙09766E-氧718806E-18763E-9323E-乙5MassEnthalpy---Average 乙09766E-氧718806E-18763E-9323E-乙58076E-35814E-水乙032043E-3195E-70135E-甘氮000二氧化193623E-93448E-14172E-丙烯26737E-醋酸甲28143E-醋酸乙2266E-乙05047E-二乙酸乙754494E-04619E-92517E-总 乙026066E-76363E-69544E-氧1.2.1.2设计温度与设计压根据GB150-2011，压力容器操作压力指压力容器顶部气相压力对 1.1倍，设计1.2.1.2设计温度与设计压根据GB150-2011，压力容器操作压力指压力容器顶部气相压力对 1.1倍，设计压力应高于或等于安全阀的整定压力。因此取设计压力塔顶温度为158.8度，体系最高温度为367.1度左右，设计温度需要比操6469085E-80309E-58243E-乙01743E-61089E-水21568E-乙638458E-60986E-46009E-甘氮000二氧化867326E-25402E-34455E-丙烯431124E-90203E-68614E-醋酸甲010328E-86259E-10482E-醋酸乙363113E-17704E-57467E-乙999457E-61705E-84767E-二乙酸乙91584E-12022E-434E-体积流1.2.1.3总板数与加料板的确1.2.1.3总板数与加料板的确Aspen模拟出的的理论板数10块，理论加料板位置5块1-理论板数优1-2进料板优71.2.1.4塔型的选根据上一章节的说明，选择塔型为板式塔1.2.1.4塔型的选根据上一章节的说明，选择塔型为板式塔1.2.1.5设计条件汇1-4设计条件汇总1.2.2T0302塔板选塔板类型及其优缺点、使用范通过从上图得比较中，我们选用筛孔塔板筛孔塔板简称筛板8设计温设计压力理论板加料位5材塔板上开有许多均匀的小孔，一般分塔板上开有许多均匀的小孔，一般分为小孔径3-8mm和大孔径10-25mm筛孔在塔板上为正三角形排列。塔板上设置溢流堰，使板上能保持一定厚度的层操作时，气体经筛孔分散成小股气流，鼓泡通过液层，气液间密切接触而行传热和传质。在正常的操作条件下，通过筛孔上升的气流，应能阻止液体经孔向下泄漏优点：结构简单、造价低、塔板阻力小缺点：操作弹性小，筛孔小时容易堵塞筛板塔的设计和操作精度要求较高，过去工业上应用较为谨慎。近年来，于设计和控制水平的不断提高，可使筛板塔的操作非常精确，故目前，成为广应用的一种塔型91.2.3塔板设计与水力学校1.2.3.1塔直径与1.2.3塔板设计与水力学校1.2.3.1塔直径与塔板形状的塔径的确定应当根据液气处理量，保证塔的操作条件既不会达到液泛，也较好的传质性能。传统的计算塔径的方法，是根据液泛气速的经验关联式，算泛点气速，再取一定的系数得出操作气速，从而算出塔径为提高设计效率和准确性，我们采用的是ASPENRadfrac模块中的Interactivesizing和Rating功能，其中初步设计使用了圆整后使用了Rating功能sizing功能1.2.3.2板式段初步为保证塔的性能一直处在高效，查阅《化工工艺设计手册》可以得到等板度在0.6m0.8m左右，根据以上来设计板式塔设置如下图所示，塔径为核算之后的数据，符合相关设计准则1-3Interactivesizing设水力学结果如下图1-4Interactivesizing水力学结水力学校核部分结果表如下1-水力学校核部分结果塔%液泛1-4Interactivesizing水力学结水力学校核部分结果表如下1-水力学校核部分结果塔%液泛干板压干板压（mm）(压2345678观察填料模拟结果，可以看出，塔径核算后，全塔的液泛因子均介于0.85之间，并且降液管液体停留时间均大于四秒，说明处于精馏的良好操作间之观察填料模拟结果，可以看出，塔径核算后，全塔的液泛因子均介于0.85之间，并且降液管液体停留时间均大于四秒，说明处于精馏的良好操作间之内，符合要求；压降也不大，进一步表明操作状态良好，则板式塔的塔板择较为合适，因此塔板的设置是合理的，并且有图可知该板式塔的负荷性能符标准1.2.4VAC脱轻塔结构设1.2.4.1塔直径的确板式塔为精馏塔，整个塔主体可分为提馏段和精馏段，根据水力学校验以圆整的结果可以得到提馏段塔的直径为3.2m，精馏段的直径为2.4m堰上高(充气堰上高(未充气管停留间91.2.4.2塔顶空间设塔顶空间指1.2.4.2塔顶空间设塔顶空间指塔内最上层塔：板与塔顶空间的距离。为利于出塔气体夹带的滴沉降，其高度应大于板间距，通常取HD为1.5~2.0)HT，所以HD=1.2m1.2.4.3塔底空间设塔底空间指塔内最下层塔板到塔底间距。塔底空间具有储存槽以及开设人放置液体收集装置，取HB=1.5m1.2.4.4塔板的设溢流堰长度通常0.6~0.8倍塔径D；对双溢流(或溢流)两侧的降管堰长取塔径各堰的长度之和。该板式塔采用的是单溢流，所以可得设计如图所示1-精馏段塔板设1-提馏1-精馏段塔板设1-提馏段塔板设1.2.4.5人孔数人孔数目根据塔板安装方便和物料的清洗程度而定。对于处理不需要经洗，则每隔4~6块塔板开一个人孔。人孔直径通常为450mm。因此，开人孔1.2.4.6设备筒体壁精馏段的塔筒计算厚度2tPcc式中：Pc为计算压力，在液柱2tPcc式中：Pc为计算压力，在液柱低时可认为与设计压力P近似相等Di为筒体内径2.4mtS30408，为0.85；从而为= 0.605 （2tφ- Cc取壁厚负偏差C10.3mm，腐蚀裕因=C+C1C2向上圆整则名义厚度为11mm，为方便焊接、制造等。同理可求得提馏塔的名义厚度为13mm1.2.4.7封头设本设计采用标准半球形封头，材料与筒体相同为S30408,直径D2=3200mm，封头高度上封头计算厚度2t0.5Pcc式中：Pc为计算压力，对于上封头可认为与设计压力P近似相等t0.85从而为：= 0.605 （2tφ- 2从而为：= 0.605 （2tφ- 2108.40.85-0.5Cc取壁厚负偏差C10.3mm，腐蚀裕=C+C1C2向上圆整则名义厚度为11m，下封头同理则算得名义厚度为13m1.2.4.8裙座设本工艺中选择圆柱形裙座，材料选择Q345R,裙座计算高度如下其厚度采用经验20mm，同时裙座开DN450mm的人孔，并通过1.2.4.9塔筒体及总高度确筒体高度不包括封头与裙座塔的总高度通过上述部件的高度确定，最后算得塔的总高度为 地脚螺栓大小及个数确SW6校核是否符合强度标准1.2.4.11接管设（一）进料接管Aspen的模拟结果，进料的体积流量为/h，取流体经济流为2m/s则管道内径3600根据GB/T8163-2008，选择Φ89×4.5mm规格的无缝钢管，材料为S3040该开孔接管在塔中间段，具体3600根据GB/T8163-2008，选择Φ89×4.5mm规格的无缝钢管，材料为S3040该开孔接管在塔中间段，具体方位见设备条件图与装配图（二）塔顶蒸气接管根据Aspen的模拟结果，可以得到塔顶蒸汽出口进入冷凝器的流量/h，取气体经济流速为根据GB/T8163-2008，选择Φ38×4mm规格的无缝钢管，材料为S30408，开孔接管在上封头处，具体方位见设备条件图与装配图（三）塔底至再沸器液体接管设根据Aspen的模拟结果，可以得到塔底液体进入再沸器的流量为/h，取液体经济流速为根据GB/T8163-2008，选择Φ60×6mm规格的无缝钢管，材料为S30408，开孔接管在塔底富余空间筒体处，具体方位见设备条件图与装配图（四）塔顶回流接管根据GB/T8163-2008，选择Φ70×3mm规格的无缝钢管，材料为该开孔接管在第一填料段与塔顶富余空间处，具体方位见设备条件图与装配图（五）塔底蒸气接管取液体经济流速为GB/T8163-2008，选择Φ63.5×4mmGB/T8163-2008，选择Φ63.5×4mm规格的无缝钢管，材料该开孔接管设计在下封头处，具体方位见设备条件图与装配图 筒体、封头、地脚螺栓试验压力计算由于气压试验比较危险，因此选择液压试验1.250.6051PT液压试验压力为0.76Mpa1-7筒体强度校1-上下封1-上下封头强度校裙座、风载荷、地震载荷、耐压试验校以上校核与计算见SW6强度说明书塔设计小结1-设计一览裙座、风载荷、地震载荷、耐压试验校以上校核与计算见SW6强度说明书塔设计小结1-设计一览设计压力设计温提馏段塔精馏段塔理论板理论加料5填料层高度壳体材塔总高人孔数2提馏段壁精馏段壁上封头壁厚下封头壁厚封头材裙座厚地脚螺栓地脚螺栓地脚螺栓水压试验塔设备条件塔设备条件1-7T0301塔设备条件塔设备装配塔设备装配1-8T0301塔设备装配1.2.9SW6强度校核计算说明五酯酸柠板（裙座）2液封材料名名义厚度腐蚀裕量22焊接接头封头形球球设计压设计温长名义厚内径/外径123456789腐蚀裕接头系接头系1-8T0301塔设备装配1.2.9SW6强度校核计算说明五酯酸柠板（裙座）2液封材料名名义厚度腐蚀裕量22焊接接头封头形球球设计压设计温长名义厚内径/外径123456789腐蚀裕接头系接头系试验压(卧12022034567899头的高度12345筛筛53液厚度高度高度12345123450000至容器中心线距离00计算系数00线的相对位置I类别A7第一值max3.28545e-头的高度12345筛筛53液厚度高度高度12345123450000至容器中心线距离00计算系数00线的相对位置I类别A7第一值max3.28545e-个数2台高度台高度个数2台高度台高度圆筒内径接形式对℃1应力设计温度下许用应大孔个数1心高度裙座上较大孔引（或宽度）引出管厚度名称许用应力直径圆筒内径接形式对℃1应力设计温度下许用应大孔个数1心高度裙座上较大孔引（或宽度）引出管厚度名称许用应力直径外侧间距整栓孔直径0有栓孔直径厚度核取用厚度1段圆1段变径段2段圆2段变径段3段圆3段变径段4段圆4段变径段55径段66径段77径段88径段9核取用厚度1段圆1段变径段2段圆2段变径段3段圆3段变径段4段圆4段变径段55径段66径段77径段88径段991010体连接1－1(筒体操作质 m0m01m02m03m04m05ma最小质 m0m01体连接1－1(筒体操作质 m0m01m02m03m04m05ma最小质 m0m010.2m02m03m04ma风弯矩MIIPl/2 (l /2) (l /2) nMII(2/T)2Ym(hh)(h Mca knMII(2/T)2Ym(hh)(h T k k顺风向弯矩MII顺风向弯矩MII max(MII,(MII)2(MII)2组合风弯 nMIIF(hh 地震弯 k 注:计及高振型时,此项按B.24计000000偏心弯矩Meme000000最大弯矩 max(MIIM,MII0.25MIIM 需横风向计算时 需横风向计算时 max(MIIM,MII0.25MIIM nFmhF00/mh(i1,2,..,n ii k垂直地震 k000000应力计算11PcDi/nFmhF00/mh(i1,2,..,n ii k垂直地震 k000000应力计算11PcDi/ (mIIgFII)/D i 4MII/ i (mIIgFII)/D i31PTDi/ mIIg/D i 4(0.3MIIM)/ iB组合应力A1123(内压23(外压A223(内压123(外压组合应力A1123(内压23(外压A223(内压123(外压A312A42(pT9.81Hw)(Diei)/合合合合合1:ij中i和ji=1操作工况 设计压力或试验压力下引起的轴向应力（拉）i=2检修工况 重力及垂直地震力引起的轴向应力（压）i=3液压试验工况 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值A1:轴向最大组合拉应力 A2:轴向最大组合压应力A3:液压试验时轴向最大组合拉应 A4:液压试验时轴 注3:单位如下质量: 力 弯矩: 应力:(D4D4Z 基础环板抗弯断面模 (D2D2Ab(D4D4Z 基础环板抗弯断面模 (D2D2Ab 基础环板面 max(MxCxbmaxb2,MyCybmaxl2合 M00/Z(mgF00)/bmaxmax0 中大0.3M0M)/Zmg/ M00Mm min M000.25M00MmgF 0 d14BAb 0G F筋板压应 n1G合 3Fl 1 z盖板最大应 4(l'd)2(l'd) 合Dit对接接头抗弯断面模数D2/it拉应力4MJ mJJgFJmax D DDit对接接头抗弯断面模数D2/it拉应力4MJ mJJgFJmax D Dit it-合Aw0.7DotZw0.55D2ot剪应力MJ mJJgFJmax 应力许可值剪应力0.3MJJ mJJ e 应力许可值sss临界风速(第一振型临界风速(第二振型雷诺系设计风Nsss临界风速(第一振型临界风速(第二振型雷诺系设计风NN0偏心质量计入直立容器的操作质量、最小质量、最大质量中m0m01m02m03m04m05mamminm010.2m02m03m04mammaxm01m02m03m04mamw上封头校核计计算单五酯酸柠计算所依据的标GB150.3-计算条计算压设计温C材 (板材试验温度许用应设计温度许用应上封头校核计计算单五酯酸柠计算所依据的标GB150.3-计算条计算压设计温C材 (板材试验温度许用应设计温度许用应试验温度下屈服钢板负偏腐蚀裕焊接接头系压力试验时应力压力试验液压试试验压力[P1.25P[ (或由用户输入 T0.90s pT.(DieT 4e =校核条T校核结合厚度及重量计计算厚 =4[]tPc=有效厚e=n-C1-C2=名义厚n=重压力及应力计最大允许工作压4e[]t (Die)=Pc(Diet 4 =结合第1段筒体校计算单五酯酸柠下封头校核计计算单五酯酸柠计算所依据的标GB150.3-计算条球壳简计算压设计温C材 (板材试验温度许第1段筒体校计算单五酯酸柠下封头校核计计算单五酯酸柠计算所依据的标GB150.3-计算条球壳简计算压设计温C材 (板材试验温度许用应设计温度许用应试验温度下屈服钢板负偏腐蚀裕焊接接头系压力试验时应力压力试验液压试试验压力[P1.25P[ (或由用户输入 T0.90s pT.(DieT 4e =校核条T校核结合厚度及重量计计算厚 =4[]tPc=有效厚e=n-C1-C2=名义厚n=重压力及应力计最大允许工作压4e[]t (Die)=Pc(Diet 4 =结合计算所依据的标GB150.3-计算条筒体简计算压设计温C材 (试验温度许用应设计温度许用应试验温度下屈服钢板负偏计算所依据的标GB150.3-计算条筒体简计算压设计温C材 (试验温度许用应设计温度许用应试验温度下屈服钢板负偏腐蚀裕焊接接头系厚度及重量计计算厚 =2[]t =有效厚e=n-C1-C2=名义厚n 重压力试验时应力压力试验液压试试验压力P=1.25P (或由用户输入T的应力水平TT0.90s 圆筒的应pT.(DieT 2e =校核条T校核结合压力及应力计最大允许工作压2e[]t (Die)=设计温度下计算Pc(Diet 2 =校核条t结合2段筒体校计算单五酯酸柠计算所依据的标GB150.3-计算条筒体简计算压设计温C材 (试验温度许用应设计温度许用应试验温2段筒体校计算单五酯酸柠计算所依据的标GB150.3-计算条筒体简计算压设计温C材 (试验温度许用应设计温度许用应试验温度下屈服钢板负偏腐蚀裕焊接接头系厚度及重量计计算厚 =2[]t =有效厚e=n-C1-C2=名义厚n 重压力试验时应力压力试验液压试试验压力P1.25P[] (或由用户输入T的应力水平TT0.90s 圆筒的应pT.(DieT 2e =校核条T校核结合压力及应力计最大允许工作压2e[]t (Die)=设计温度下计算Pc(Diet 2 =校核条t结合开孔补强计算单五酯酸柠接管 N1,计算方法:GB150.3-2011等面积补强法，单 计算压a设计温℃壳体型圆形筒名称及类板系数φ壳体内直壳体开孔处名义壳体厚度负偏壳体腐蚀裕2壳体材料许用应力a0开孔补强计算单五酯酸柠接管 N1,计算方法:GB150.3-2011等面积补强法，单 计算压a设计温℃壳体型圆形筒名称及类板系数φ壳体内直壳体开孔处名义壳体厚度负偏壳体腐蚀裕2壳体材料许用应力a0接管实际外伸长接管连接型插入式接接管实际内伸长0接管材接管焊接接头系名称及类板接管腐蚀2补强圈外补强圈厚接管厚度负偏补强圈厚度负偏接管材料许用应力a补强圈许用应力a 非圆形开孔长直开孔长径与短径之1壳体计算接管计算厚补强圈强度削弱1数fr1开孔补强计算直补强区有效宽度接管有效外伸长接管有效内伸长度0开孔削弱所需的壳体多余金属面积开孔补强计算单五酯酸柠接管 N2,计算方法:GB150.3-2011等面积补强法，单 计算压a设计温℃壳体型球壳或球形封名称及类板系数φ壳体内直壳体开孔处名义壳体厚度负偏壳体腐蚀裕2壳体材料许用应力开孔补强计算单五酯酸柠接管 N2,计算方法:GB150.3-2011等面积补强法，单 计算压a设计温℃壳体型球壳或球形封名称及类板系数φ壳体内直壳体开孔处名义壳体厚度负偏壳体腐蚀裕2壳体材料许用应力a0接管实际外伸长接管连接型插入式接接管实际内伸长0接管材接管焊接接头系名称及类板接管腐蚀2补强圈外补强圈厚8接管厚度负偏补强圈厚度负偏接管材料许用应力a补强圈许用应力a面积22接管多余金属面2补强区内的焊缝面2mm2，小于A，需另加补强补强圈面2A-2结论:合开孔补强计算单五酯酸柠檬队接管 N3,计算方法:GB150.3-2011等面积补强法，单 计算压a设计温℃壳体型球壳或球形封名称及类板系数φ壳体内直壳体开孔处名义壳体厚度负偏壳体腐蚀裕2壳体材料许用应力a开孔补强计算单五酯酸柠檬队接管 N3,计算方法:GB150.3-2011等面积补强法，单 计算压a设计温℃壳体型球壳或球形封名称及类板系数φ壳体内直壳体开孔处名义壳体厚度负偏壳体腐蚀裕2壳体材料许用应力a0接管实际外伸长接管连接型插入式接接管实际内伸长0接管材接管焊接接头系名称及类板 非圆形开孔长直开孔长径与短径之1壳体计算接管计算厚补强圈强度削弱1数fr1开孔补强计算直补强区有效宽度接管有效外伸长接管有效内伸长度0面积A2壳体多余金属面积2接管多余金属面2补强区内的焊缝面2A1+A2+A3=mm2，小于A，需另加补强补强圈面2A-2结论:合开孔补强计算单五酯酸柠接管 N4,计算方法:GB150.3-2011等面积补强法，单 计算压a设计温℃壳体型球壳或球形封名称及类板系数φ壳体内直壳体开孔处名义壳体厚度负偏壳体腐蚀裕2壳体材料许用应力接管腐蚀2开孔补强计算单五酯酸柠接管 N4,计算方法:GB150.3-2011等面积补强法，单 计算压a设计温℃壳体型球壳或球形封名称及类板系数φ壳体内直壳体开孔处名义壳体厚度负偏壳体腐蚀裕2壳体材料许用应力接管腐蚀2补强圈外补强圈厚接管厚度负偏补强圈厚度负偏接管材料许用应力a补强圈许用应力a 非圆形开孔长直开孔长径与短径之1壳体计算接管计算厚补强圈强度削弱0数fr1开孔补强计算直补强区有效宽度接管有效外伸长接管有效内伸长度0面积A2壳体多余金属面积2接管多余金属面2补强区内的焊缝面2mm2，大A，不需另加补强补强圈面2A-2结论:合开孔补强计算单五酯酸柠N5,计算方法:GB150.3-2011等面积补强法，单设计条件简图计算压力a设计温℃壳体型球壳或球形封板名称及类壳体开孔处焊接a0接管实际外伸长接管连接型插入式接接管实际内伸长0接管材接管焊接接头系名称及类板接管腐蚀2补强圈外补强圈厚开孔补强计算单五酯酸柠N5,计算方法:GB150.3-2011等面积补强法，单设计条件简图计算压力a设计温℃壳体型球壳或球形封板名称及类壳体开孔处焊接a0接管实际外伸长接管连接型插入式接接管实际内伸长0接管材接管焊接接头系名称及类板接管腐蚀2补强圈外补强圈厚8接管厚度负偏补强圈厚度负偏接管材料许用应力a补强圈许用应力a 非圆形开孔长直开孔长径与短径之1壳体计算接管计算厚补强圈强度削弱1数fr1开孔补强计算直补强区有效宽度接管有效外伸长接管有效内伸长度0面积A2壳体多余金属面积2接管多余金属面52补强区内的焊缝面2A1+A2+A3=mm2，小于A，需另加补强补强圈面2A-2结论:合1.2.10塔设计选型一览见附录3《设备设计及选型一览表》系数壳体内直壳体开孔处名义壳体厚度负偏壳体腐蚀裕2壳体材料许用应力a0接管实际外伸长1.2.10塔设计选型一览见附录3《设备设计及选型一览表》系数壳体内直壳体开孔处名义壳体厚度负偏壳体腐蚀裕2壳体材料许用应力a0接管实际外伸长接管连接型插入式接接管实际内伸长0接管材接管焊接接头系1名称及类板接管腐蚀2补强圈外补强圈厚接管厚度负偏补强圈厚度负偏接管材料许用应力a补强圈许用应力a 非圆形开孔长直开孔长径与短径之1壳体计算接管计算厚补强圈强度削弱0数fr1开孔补强计算直补强区有效宽度接管有效外伸长接管有效内伸长度0面积A2壳体多余金属面积2接管多余金属面2补强区内的焊缝面2mm2，大A，不需另加补强补强圈面2A-2结论:合第二章换热器选型设2.1换热器选型设计概2.1.1设计依《化工设备设计全书—换热第二章换热器选型设2.1换热器选型设计概2.1.1设计依《化工设备设计全书—换热器2003-2009-2009-GB150-GB/T151-《石油化工设备选型手册—换热器《化工工艺设计手册》（第四版《压力容器《热交换器《化工配管用无缝及焊接钢管尺寸选用系列HG20553-《石油化工企业钢管尺寸系列SH/T3405-TSG21-JB/T4717-《固定式压力容器安全技术监察规程《U形管式换热器型式与基本参数《固定管板式换热器型式与基本参数4715-2.1.2换热器类2-1换热器类类特管管壳浮头管内外均能承受高压，可用于高温高压场管内外均能承受高压，管内清洗及检修困内填料函：密封性能差只能用于压差较小的场套管釜壳体上都有个蒸发空间，用于蒸汽与液相分双套结构比较复杂，主要用于高温高压场合，或固定2-管壳式换热器优缺点对种优缺热2-管壳式换热器优缺点对种优缺热量大，成本高20%；结构复热传热面积比浮头式换热器大20%～成本低20%以上;没有内漏U型在管子的U形出冲蚀，应控制式反应器套管螺浸没用于管内流体的冷却、冷凝、或者管外流体的加盘管喷淋只能用于管内流体的冷却或冷板板螺旋伞板板壳板式类似于管束，可抽出清洗检修，压力不能太接触时间短，效率高，无内压降，浓缩比不大于接触时间短，适用于高粘度，易结垢物料，浓缩受热时间短，清洗方便，效率高，浓缩比不大于2.1.3换热器的选型软2-3换热器设计软件使用一在对工艺流程的换热器设计和2.1.3换热器的选型软2-3换热器设计软件使用一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素，利AspenEnergyAnalyzerV10，对车间进行了热集成，优化了换热网络，然后利AspenPlusV10，针对特定的换热任务，确定合适的换热工艺参数，再根据国家标准GB/T151-2014《热交换器》以及《化工工艺设计手册（下）》，AspenExchangerDesignandRatingV10进行换热设备的详细设计，以此名用AspenEnergyAnalyzer换热网络优AspenPlus换热器工艺参数设AspenExchangerDesignandRating换热器结构设SW6-换热器机械强度设计与校热效面7%以上；在DN325-1800范围内，可增5%～16%传热面积；总传热效率相应提高12%～23%10%（按相同直径筒处焊缝要求100%射线探伤热造价提高3%～5%热传热效率提25%以上；压降比折流板式换热器1倍以上；适用于带固体颗3.3～10倍以上；总传热系数提40%10%～参考从工艺手册上选取换热器，最后利用SW6-2011对设计的换热器进行机械度的设计和校核2.2换热器选型示例参考从工艺手册上选取换热器，最后利用SW6-2011对设计的换热器进行机械度的设计和校核2.2换热器选型示例 换热器选型参数设2.2.1.1流股参数确面积173.701m2以及各流股参数如下：2-4流股参2.2.1.2换热器型式该换热器选择工业上最常见的管壳式换热器固定管板换热器结构简单；在相同的壳体直径内，排管最多，比较紧凑；有折流板的壳侧流动中，E旁路最小，管程可以分成任一偶数程数。由于两管被换热管互相支撑，与其他管壳式换热器相比，管板最薄，不仅造价低而且没管子内侧都能进行清洗。所以选择管壳式换热器中最常见的固定管板式换热器温量主要组介0有机化合（气体有机化合（气体31有机化合（气体30有机化合（气体2-1换热器2-1换热器结构在换热器具体形式上，选择B型前端封头管箱，单管程E型壳体，以及用的M型后端管箱2.2.1.3流体通道选固定管板式换热2.2.1.3流体通道选固定管板式换热器每根管子内侧都能进行清洗；但壳侧清洗较难，不能进机械清洗，所以宜用于不易结垢和清洁的流体；高温流体一般走管程，可以节保温层和减少壳体厚度。所以易结垢的高温导热油走管程2.2.1.4设计压1.5bar3bar。换热器的设计压力为设计温度下的最大工作压力，一般为正常工作压力的1.1倍。这里取管程设计压力为1.65bar，壳程设计压力为3.3bar。设置EDR中换热器的压降，当出口绝压小于0.1Mpa（真空条件）时压大于进口压强的40%，当出口绝压大于0.1Mpa时，压降不大于进口压强的20%，所以在EDR里设置管程允许最大压降0.33bar，壳程允许最大压降0.66bar。2.2.1.5设计温口温差符合本项目最经济温差。设计温度以工作温度为依据，一般为工作温度（15～30）℃，这里取壳程设计温度为140℃，管程设计温度为140℃2.2.1.6传热系传热系数主要由传热膜系数、固壁热阻和垢层热阻三部分组成。其中传热系数和固壁热阻在EDR中为自动默认值该换热器壳程和管程介质均为有机化合物气体，根据《化工工艺设计手册（第四册（2-2所示8.60×10-5m2·K/W图2-2工艺物料污垢热阻经图2-2工艺物料污垢热阻经验系数2-3油类污垢热阻经验系数2.2.1.7选用材壳体选用Q345R板材，换热器选2.2.1.8EDR数据导将上述数据导入EDR，如下图2-4流股输入数据 换热器选型结构设2.2.2.1换热器结构参数选管径越小换热器越紧凑、越便宜。但是，管 换热器选型结构设2.2.2.1换热器结构参数选管径越小换热器越紧凑、越便宜。但是，管径越小换热器的压降越大。结选择折流板形式为单弓形折流板，根JB/T4715-92，选择折流板间距为200mm，圆缺率取25%。根据JB/T4715-92，拉杆、定距杆规格为2-5软件截2.2.2.2换热器接管壳程入口接管内径为4V=40.5322Di壳程出口：工艺液体体积流量为0.0037m3/s，流速取0.3m/s壳程出口接管内径为4V=40.0037Di根据GB/T8163-2008无缝钢管，圆整后得到接管尺寸为Ф133×7壳程接管尺寸及方位如4V=40.0037Di根据GB/T8163-2008无缝钢管，圆整后得到接管尺寸为Ф133×7壳程接管尺寸及方位如图所示2-6壳程接管尺寸圆整管程入口：工艺流股体积流量为0.0185m3/s管程入口接管内径为4V=40.0185Di管程出口：导热油体积流量为0.0778m3/s，流速取0.3m/s管程出口接管内径为4V=40.0778Di根据GB/T8163-2008无缝钢管，圆4V=40.0778Di根据GB/T8163-2008无缝钢管，圆整后得到接管尺寸为Ф159×92-7管程接管尺寸圆整 换热器结构参数设计及使用EDR的design工具，得到可以满足要求的几组换热器形式2-8EDR提供的换热器方根据简捷计算得到的所需换热面积以及EDR提供的方案，结合JB/T初步选型结果为BEM500初步选型结果为BEM500-0.3-58.3-90.3-6/19-1Ⅰ2.2.2.4使用EDR的Rating/Cheaking工具进行校主要结构参数如图所示2-换热器校核数据截校核结果如下2-10HEATX校2-10HEATX校核结由上述计算结果可以看到，换热器换热面积97.2m2，设计余量40%，符合设计要求；流体雷诺数大4000，可以判断为湍流，符合设计要求，流态合理；壳程压降为0.1324bar，小于0.33bar，管程出口压力为0.1Mpa，压降为0.046Mpa小于进口压力的40%，压降均在可接受范围内。校核结果均符合要求参考GB/T28712-2012规范，E0102的型号为BEM500-0.3-97.2-6/19-Ⅰ换热器设计小结2-换热器设计小结固定管板式换热器换热面积为58.8m2（设计余量为壳管设计压力设计压力换热器设计小结2-换热器设计小结固定管板式换热器换热面积为58.8m2（设计余量为壳管设计压力设计压力设计温度℃设计温度℃壳程圆筒管程1进口接进口接出口接出口接壳体材Q345-换热管材换热器换热管详换热管管管心管管排列方正三角管数25%）间距校核项校核结校核合2.2.4换热E0102设备条件2-E0102条件2.2.5换热器强度校2.2.4换热E0102设备条件2-E0102条件2.2.5换热器强度校得到如下设计结果固定管板换热器设计五酯酸柠设计计算条 设计压设计压设计温设计温管箱圆筒材料名材料名 壳程圆筒校核计前端管箱圆壳程圆筒校核计前端管箱圆筒校核计前端管箱封头(平盖)校核后端管箱圆筒校核计后端管箱封头(平盖)校核开孔补强设计计管板校核前端管箱筒体计计算单五酯酸柠计算所依据的标GB150.3-计算条筒体简计算压力设计温度C内径材 (试验温度许用应设计温度许用应前端管箱筒体计计算单五酯酸柠计算所依据的标GB150.3-计算条筒体简计算压力设计温度C内径材 (试验温度许用应设计温度许用应试验温度下屈服点钢板负偏差腐蚀裕量焊接接头系数厚度及重量计计算厚 =2[]t =有效厚e=n-C1-C2=名义厚n 重压力试验时应力校压力试验类液压试试验压力P1.25P[] (或由用户输入T的应力水平TT0.90s 圆筒的应pT.(DieT 2e =校核条T校核结合压力及应力计最大允许工作压2e[]t (Die)=设计温度下计算应Pc(Diet 2 =校核条t前端管箱封头计计算单五酯酸柠计算所依据的标GB150.3-计算条椭圆封头简计算压力设计温度C内径曲面深度材 前端管箱封头计计算单五酯酸柠计算所依据的标GB150.3-计算条椭圆封头简计算压力设计温度C内径曲面深度材 (板材力t力钢板负偏差腐蚀裕量焊接接头系数压力试验时应力校压力试验类液压试试验压力P1.25P[ (或由用户输入 T0.90s pT.(KDi0.5eT 2e =校核条T校核结合厚度及重量计形状系1 D262i K i=计算厚 th 2[]0.5 =有效厚eh=nh-C1-C2=最小厚min=结筒体名义厚度大于或等于GB151中规定的最小厚度8.18mm,合名义厚nh=结满足最小厚度名义厚nh=结满足最小厚度要重压力计最大允许工作压2[]t KDi0.5e=结合后端管箱筒体计计算单五酯酸柠计算所依据的标GB150.3-计算条筒体简计算压力设计温度C内径材 (试验温度许用应设计温度许用应后端管箱筒体计计算单五酯酸柠计算所依据的标GB150.3-计算条筒体简计算压力设计温度C内径材 (试验温度许用应设计温度许用应试验温度下屈服点钢板负偏差腐蚀裕量焊接接头系数厚度及重量计计算厚 =2[]t =有效厚e=n-C1-C2=名义厚n 重压力试验时应力校压力试验类液压试试验压力P1.25P[] (或由用户输入T的应力水平TT0.90s 圆筒的应pT.(DieT 2e =校核条T校核结合压力及应力计最大允许工作压2e[]t (Die)=设计温度下计算应Pc(Diet 2 =校核条t后端管箱封头计计算单五酯酸柠计算所依据的标GB150.3-计算条椭圆封头简计算压力设计温度C内径曲面深度材后端管箱封头计计算单五酯酸柠计算所依据的标GB150.3-计算条椭圆封头简计算压力设计温度C内径曲面深度材 (板材设计温度许用应试验温度许用应钢板负偏差腐蚀裕量焊接接头系数压力试验时应力校压力试验类液压试试验压力P1.25P[ (或由用户输入 T0.90s pT.(KDi0.5eT 2e =校核条T校核结合厚度及重量计形状系1 D262i K i=计算厚 th 2[]0.5 =有效厚eh=nh-C1-C2=最小厚min=结筒体名义厚度大于或等于GB151中规定的最小厚度8.17mm,合名义厚nh=结满足最小厚度名义厚nh=结满足最小厚度要重压力计最大允许工作压2[]t KDi0.5e=结合壳程圆筒计算单五酯酸柠计算所依据的标GB150.3-计算条筒体简计算压力设计温度C内径材 (试验温度许用应设计温度许用应试壳程圆筒计算单五酯酸柠计算所依据的标GB150.3-计算条筒体简计算压力设计温度C内径材 (试验温度许用应设计温度许用应试验温度下屈服点钢板负偏差腐蚀裕量焊接接头系数厚度及重量计计算厚 =2[]t =有效厚e=n-C1-C2=名义厚n 重压力试验时应力校压力试验类液压试试验压力P1.25P[] (或由用户输入T的应力水平TT0.90s 圆筒的应pT.(DieT 2e =校核条T校核结合压力及应力计最大允许工作压2e[]t (Die)=设计温度下计算应Pc(Diet 2 =校核条t开孔补强计算单五酯酸柠接管 N1,计算方法:GB150.3-2011等面积补强法，单 计算压力设计温℃壳体型圆形筒名称及类板系数φ壳体内直径壳体开孔处名义厚9壳体厚度负偏差壳体腐蚀裕量壳体材料许用应力开孔补强计算单五酯酸柠接管 N1,计算方法:GB150.3-2011等面积补强法，单 计算压力设计温℃壳体型圆形筒名称及类板系数φ壳体内直径壳体开孔处名义厚9壳体厚度负偏差壳体腐蚀裕量壳体材料许用应力0接管实际外伸长接管连接型插入式接接管实际内伸长0名称及类管接管焊接接头系1接管腐蚀裕补强圈外补强圈厚接管厚度负偏差补强圈厚度负偏接管材料许用应力补强圈许用应力 非圆形开孔长直开孔长径与短径之1壳体计算厚接管计算厚补强圈强度削弱系0数fr开孔补强计算直径补强区有效宽度结筒体名义厚度大于或等于GB151中规定的最小厚度8.18mm,合接管有效外伸长度接管有效内伸长度0接管有效外伸长度接管有效内伸长度0面积A壳体多余金属面积接管多余金属面积补强区内的焊缝面 mm2，大A，不需另加补强补强圈面积A-结论:合开孔补强计算单五酯酸柠接管 N2,计算方法:GB150.3-2011等面积补强法，单 计算压力设计温℃壳体型椭圆形封板系数φ壳体内直径壳体开孔处名义厚8壳体厚度负偏差壳体腐蚀裕量壳体材开孔补强计算单五酯酸柠接管 N2,计算方法:GB150.3-2011等面积补强法，单 计算压力设计温℃壳体型椭圆形封板系数φ壳体内直径壳体开孔处名义厚8壳体厚度负偏差壳体腐蚀裕量壳体材料许用应力椭圆形封头长短轴之-接管实际外伸长接管连接型插入式接接管实际内伸长0名称及类管接管焊接接头系1接管腐蚀裕补强圈外补强圈厚接管厚度负偏差补强圈厚度负偏接管材料许用应力补强圈许用应力 非圆形开孔长直开孔长径与短径之1壳体计算厚接管计算厚补强圈强度削弱系0数fr开孔补强计算直径补强区有效宽度接管有效外伸长度接管有效内伸长度0接管有效外伸长度接管有效内伸长度0面积A壳体多余金属面接管多余金属面积补强区内的焊缝面A1+A2+A3 mm2，大A，不需另加补强补强圈面积A-结论:合开孔补强五酯酸柠接管 N3,计算方法:HG/T20582-2011压力面积法,单 AfpAfb设计温℃壳体型椭圆形封开孔补强五酯酸柠接管 N3,计算方法:HG/T20582-2011压力面积法,单 AfpAfb设计温℃壳体型椭圆形封板壳体内直径δn8壳体厚度负偏差壳体腐蚀裕量壳体材料许用应椭圆形封头长短轴之2接管实际外伸长接管实际内伸长0接管腐蚀裕16Mn,管接管连接型插入式接补强圈材料名至封头轴线的距补强圈外补强圈厚接管厚度负偏差补强圈厚度负偏差接管材料许用应补强圈许用应力 开孔内直径壳体补强的有效宽b接管有效外伸长接管有效内伸长0有效范围内的压力面积壳体有效金属面积接管有效金属面积壳体有效金属面积接管有效金属面积焊缝金属面积0补强圈有效金属面积N(Afs+Afw)([σ]s-0.5|pc|)+Afp([σ]p-0.5|pc|)+([σ]b-0.5|pcN结论:合腐蚀后不带法兰固定式管(b)计五酯酸柠 腐蚀后不带法兰固定式管(b)计五酯酸柠 设计温度平均金属温度t装配温度材料名设计温度下许用应s模量s1.153e-mC壳程圆筒名义厚度9壳程圆筒有效厚度 2mm壳程圆筒金属横截面积As=s(DI+nmm材料名称设计温度t设计温度下许用应力h设计温度下弹性模量箱圆筒名义厚度9管箱圆筒有效厚度材料名称管子平均管子外2管子根n管箱圆筒有效厚度材料名称管子平均管子外2管子根nS设计温度下管子材料许用应力t设计温度下管子材料屈服应力s设计温度下管子材料弹性模量Et平均金属温度下管子材料弹性模量平均金属温度下管子材料热膨胀系数1.153e-一根管子金属横截面积at(dt换热管长度换热管有效长度(两管板内侧间距)换管子回转半径i0.25d2d2t管子受压失稳当量长度1系数Cr 2Et/换管子回转半径i0.25d2d2t管子受压失稳当量长度1系数Cr 2Et/ 比值lcr管子稳定许用压应力(Clcr []=2 管子稳定许用压应 (Clcr)[]=t i crs1 2 2Cr管板和系数材料名称设计温度t设计温度下许用应力r设计温度下弹性模量Ep管板腐蚀裕量管板输入厚度管板计算厚度隔板槽面积(包括拉杆和假管区面积At0.866nS2Ad(形AtnS2Ad(正方形管板布管区当量直径Dt 4At/管板开孔后面AAt0.25ndl管板强度削弱系数管板刚度削弱系Epp管子加Epp管子加强系数K21.318 Ena/EtL,K N2Et管束弹性基础系 管板布管区当量直径与壳体内径之比tDt/管板周边不布管区无量纲宽度k=K(1tAl系数na焊3焊接许用拉脱应力膨胀节总体轴向刚度ED hhe管箱圆筒抗弯刚度 12(1)(管箱圆筒材料波桑hhK43(12 管箱圆筒常数 121壳程圆筒抗弯刚度DsED hhe管箱圆筒抗弯刚度 12(1)(管箱圆筒材料波桑hhK43(12 管箱圆筒常数 121壳程圆筒抗弯刚度Ds s (壳程圆筒材料波桑shK43(12 壳程圆筒常数 换热管束与不带膨胀节壳体刚度之比QEna(EA s换热管束与带膨胀节壳体刚度之QexEtna(EsAsKexL)(EsAsKex系数1212Q12)Q) t ext系数121Qex t( 换热器各部件边沿内力方程组系数矩MHMHt2.44e-3.178e--1.595e--1.643e-3.178e----1.595e--2.43e-3.331e--1.643e----3.331e---1.643e--1.643e--1.85e---换热器各部件边沿内力方程组右端载荷ps+pt+psps+pt+00--00--换热器各部件边沿内pspspt+psps+pt+MHMH00--换热器各部件边沿内pspspt+psps+pt+MHMHt----换热器各部件最大应力pspspt+psps+pt+许用许用--许用换热器各部件最大应力pspspt+psps+pt+许用许用--许用许用许用许用许用结管板名义厚度n管板应力满足要管板与换热管形式:焊焊或胀接高换热中部换热管应力满足周边换热管应力满足壳程圆壳程圆筒轴周边换热管应力满足壳程圆壳程圆筒轴向应力满足要壳程圆筒端壳程圆筒端部应力满足要管箱圆管箱圆筒轴向应力满足要管箱圆筒端管箱圆筒端部应力满足要管板径向弯曲应力(MPa)分布半pspt+psps+pt+管板径向弯曲应力(MPa)分布半pspt+psps+pt+管板径向弯曲应力(MPa)分布表半pspt+psps+pt+------------管板径向膜应力(MPa)分布半pspt+psps+pt+管板径向弯曲应力(MPa)分布表半pspt+psps+pt+------------管板径向膜应力(MPa)分布半pspt+psps+pt+换热管束轴向应力(MPa)分布半径pspt+psps+pt+------------------------------------------------------------换热管束轴向应力(MPa)分布半径pspt+psps+pt+------------------------------------------------------------换热管束轴向应力(MPa)分布表半径pspt+psps+pt+换热管束轴向应力(MPa)分布表半径pspt+psps+pt+换热管内压计五酯酸柠檬计算条计算压力M设计温度C内径m材 (试验温度许用应M设计温度许用换热管内压计五酯酸柠檬计算条计算压力M设计温度C内径m材 (试验温度许用应M设计温度许用应M钢板负偏差m腐蚀裕量m焊接接头系厚度及重量计计算厚 =2[]t =有效厚e=n-C1-C2=名义厚n 重压力及应力计最大允许工作压2e[]t (Die)=Pc(Diet 2 =校核条t结换热管内压计算换热管外压计计算单五酯酸柠计算条换热管简计算压力-设计温度C内径材料名 (材试验温换热管外压计计算单五酯酸柠计算条换热管简计算压力-设计温度C内径材料名 (材试验温度许用应力设计温度许用应钢板负偏差腐蚀裕量焊接接头系数厚度及重量计计算厚=有效厚e=n-C1-C2=名义厚n 外压计算长度 外径Do=Di+2n=A B 重压力计许用外压B许用外压B=结换热管外压计算腐蚀前不带法兰固定式管(b)计五酯酸柠 腐蚀前不带法兰固定式管(b)计五酯酸柠 设计温度平均金属温度t装配温度材料名设计温度下许用应s量s1.153e-mC壳程圆筒名义厚度9壳程圆筒有效厚度 92mm壳程圆筒金属横截面积As=s(DI+nmm材料名称设计温度t设计温度下许用应力h设计温度下弹性模量箱圆筒名义厚度9管箱圆筒有效厚度9材料名称管子平均温管子外径2管子根数管箱圆筒有效厚度9材料名称管子平均温管子外径2管子根数设计温度下管子材料许用应力t设计温度下管子材料屈服应力s设计温度下管子材料弹性模量Et平均金属温度下管子材料弹性模量平均金属温度下管子材料热膨胀系数1.153e-一根管子金属横截面积at(dt换热管长度换热管有效长度(两管板内侧间距)换管子回转半径i0.25d2d2t管子受压失稳当量长度1系数Cr 2Et/换管子回转半径i0.25d2d2t管子受压失稳当量长度1系数Cr 2Et/ 比值lcr管子稳定许用压应力(Clcr []=2 管子稳定许用压应 (Clcr)[]=t i crs1 2 2Cr管板和系数材料名称设计温度t设计温度下许用应力r设计温度下弹性模量Ep管板腐蚀裕量0管板输入厚度管板计算厚度隔板槽面积(包括拉杆和假管区面积At0.866nS2Ad(形AtnS2Ad(正方形管板布管区当量直径Dt 4At/管板开孔后面AAt0.25ndl管板强度削弱系数管板刚度削弱系Epp管子Epp管子加强系数K21.318 Ena/EtL,K N2Et管束弹性基础系 管板布管区当量直径与壳体内径之比tDt/管板周边不布管区无量纲宽度k=K(1tAl系数na焊3焊接许用拉脱应膨胀节总体轴向刚度ED hhe管箱圆筒抗弯刚度 12(1)(管箱圆筒材料波桑hhK43(12 管箱圆筒常数 121壳程圆筒抗弯刚度DsED hhe管箱圆筒抗弯刚度 12(1)(管箱圆筒材料波桑hhK43(12 管箱圆筒常数 121壳程圆筒抗弯刚度Ds s (壳程圆筒材料波桑shK43(12 壳程圆筒常数 换热管束与不带膨胀节壳体刚度之比QEna(EA s换热管束与带膨胀节壳体刚度之QexEtna(EsAsKexL)(EsAsKex系数1212Q12)Q) t ext系数121Qex t( 换热器各部件边沿内力方程组系数矩MHMHt1.879e--1.595e--1.643e----1.595e--1.876e--1.643e------1.643e--1.643e--1.85e---换热器各部件边沿内力方程组右端载荷psps+pt+psps+pt+00--00--换热器各部件边沿内pspt+psps+pt+MHMH00--换热器各部件边沿内pspt+psps+pt+MHMHt----换热器各部件最大应力pspspt+psps+pt+许用许用--许用换热器各部件最大应力pspspt+psps+pt+许用许用--许用许用许用许用许用结管板名义厚度n管板应力满足要管板与换热管形式焊焊或胀接高换热中部换热管应力满足周边换热管应力满换热中部换热管应力满足周边换热管应力满足壳程圆壳程圆筒轴向应力满足要壳程圆筒端壳程圆筒端部应力满足要管箱圆管箱圆筒轴向应力满足要管箱圆筒端管箱圆筒端部应力满足要管板径向弯曲应力(MPa)分布半径pspspt+psps+pt+管板径向弯曲应力(MPa)分布半径pspspt+psps+pt+管板径向弯曲应力(MPa)分布表半径pspspt+psps+pt+------------------管板径向膜应力(MPa)分布半径pspspt+psps+pt+管板径向弯曲应力(MPa)分布表半径pspspt+psps+pt+------------------管板径向膜应力(MPa)分布半径pspspt+psps+pt+换热管束轴向应力(MPa)分布半径pspt+psps+pt+------------------------------------------------------------换热管束轴向应力(MPa)分布半径pspt+psps+pt+------------------------------------------------------------换热管束轴向应力(MPa)分布表半径pspt+psps+pt+换热管束轴向应力(MPa)分布表半径pspt+psps+pt+第三章反应器设计说3.1反应器设计目反第三章反应器设计说3.1反应器设计目反应器是工程设计中典型的非标设备，是整个项目的核心内容，故反应器准确设计在工程设计中起着重要的作用，本次设计主要参考《化工工艺设计册》、《压力容器手册》、《过程设备设计与选型基础》、《化工原理》等相管口设计以及强度校核，并且列出了反应器的设计压力、设计温度、设备直径计算长度反应器为工艺流程中反应进行的场所，主要需要满足反应器有良好的传热能力反应器内温度分布均匀反应器有足够的壁厚，能承受反应压力反应器结构满足反应发生的要求，保证反应充分5）反应器材料满足反应物腐蚀要求保证原料有较高的转化率，反应有理想的收率降低反应过程中副反应发生的水平3.2.1流化床反应1.流化床反应器介流化床反应器是指气体在由固体物料或催化剂构成的沸腾床层内进行化反应的设备。又称“沸腾床反应器”。气体在一定的流速范围内，将堆成一定度（床层）的催化剂或物料的固体细粒强烈搅动，使之象沸腾的液体一样并具液体的一些特性，如对器壁有流体压力的作用、能溢流和具有粘度等，此种操状况称为“流化床”。反应器上部有扩大段，内装旋风分离器，用状况称为“流化床”。反应器上部有扩大段，内装旋风分离器，用以回收被气带走的催化剂；底部设置原料进口管和气体分布板；中部为反应段，装有冷却管和导向挡板，用以控制反应温度和改善气固接触条件2.流化床反应器的优流化床反应器有如下优点①可以实现固体物料的连续输入和输出②流体和颗粒的运动使床层具有良好的传热性能，床层内部温度均匀，而易于控制，特别适用于强放热反应③便于进行催化剂的连续再生和循环操作，适于催化剂失活速率高的过程进然而，由于流态化技术的固有特性以及流化过程影响因素的多样性，对于应器来说，流化床又存在很明显的局限性①由于固体颗粒和气泡在连续流动过程中的剧烈循环和搅动，无论气相或相都存在着相当广的停留时间分布，导致不适当的产品分布，降低了目标产物收率②反应物以气泡形式通过床层，减少了气-固相之间的接触机会，降低了应转化率③由于固体催化剂在流动过程中的剧烈撞击和摩擦，使催化剂加速粉化，上床层顶部气泡的爆裂和高速运动、大量细粒催化剂的带出，造成明显的催化流失④床层内的复杂流体力学、传递现象，使过程处于非定常条件下，难以揭其统一的规律，也难以脱离经验放大、经验操作3.流化床反应器的种按流化床反应器的应用可分为两类：一类的加工对象主要是固体，如矿石焙烧，称为固相加工过程；另一类的加工对象主要是流体，如石油催化裂化、反应过程等催化反应过程，称为流体相加工过程3.2.2催化剂的参考资料《CTV-VI型醋酸乙烯催化剂工业应用》，可得如下图由上图可知，CTV-IV由上图可知，CTV-IV型催化剂的性能优于其它催化剂。并且在中国石化上海石油化工公司以及北京东方石油化工公司等多家企业实现了工业应用其中,CTV-IV型催化剂与进口同类醋酸乙烯催化剂相比,其时空收率达到(9.0-9.5)t/m3·d,高于进口催化剂(其时空收率达到(8.0-9.2)t/m3·d。对新型高性能醋酸乙烯催化剂(CTV-VI)进行工业模拟工况下的评价试验，应空速为1900-1和2500h-1,反应压力为784KPa,进口氧浓度达到6%工业运行结果表明，CTV-VI型催化剂适用于高空速的工况条件。催化剂的时空比，能有效的抑制反应的初活性，更有利于催化剂的驯化因此在催化剂中我们选用CTV-VI型催化剂。并且可性指标如下CTV-VI型催化剂3.2.2.1反应方程1.反应机CTV-VI型催化剂催化剂下，据据袁军的《CTV-VI型醋酸乙烯催化剂工业应用》论文显示，在一定范围的反应条件下，催化剂高度分散的金属钯被氧氧化为醋酸钯，同时生成水，醋酸与气相中乙稀经一定的络合转换而生成醋酸稀，还原出来的金属把与氧气反应又变成醋酸钯，如此反复循环生产VAC的乙稀工艺反应机理如2主反应方程2主反应方程3副反应方程3.2.2.2反应动1主反应动力3-1动力学数据2.副反应动力由3-1动力学数据2.副反应动力由于该催化合成反应主产物的选择性较高，因此副反应的动力学方程式对反应过程中的结果影响较小，因此对于副产物的量计算，我们通过转化率求得3.2.3反应条件选 反应催化剂粒径大小的根据袁军的《CTV-VI型醋酸乙烯催化剂工业应用》的论文资料，催化剂颗粒直径范围在5.25±0.55mm，选取直径为5.5mm3.2.3.2反应温度的185℃，空时合适的情况下，反应选择性能达到94%以上，且产率较高，几乎其他的副反应。因此，温度范围选则在该范围，又由于该反应是一个放热反应温度越低，反应速率越高，因此在该温度范围内以较低反应温度为优先3.2.3.3反应压力的根据袁军的《CTV-VI型醋酸乙烯催化剂工业应用》的论文资料，反应0.75—1.25个大气压下即可进行，根据动力学以及Aspen模拟结果，本反应压选择为0.9Mpa3.2.3.4反应空速的反应空速影响反应的转化率和选择性，工业应用试验表明，CTV-VI型催化剂适宜的运行空速在3500-4000h-1;在此空速条件下，与常规空速条件下的CTV-IV型催化剂对比，能有效的抑制反应的初活性，更有利于催化剂的驯化。3500h-1的空速较为合适3.2.4反应器选反应器的选择是一个很重要的环节，它决定了生产工艺的条件能否满足，入和输出;②流体和颗粒的运动使床层具3.2.4反应器选反应器的选择是一个很重要的环节，它决定了生产工艺的条件能否满足，入和输出;②流体和颗粒的运动使床层具有良好的传热性能，床层内部温度均匀而且易于控制，特别适用于放热反应;③便于进行催化剂的连续再生和循环操作适于催化剂失活速率高的过程的进行。在现代化工生产过程中流化床反应器被的越来越为广泛反应物流参3-3反应流股物流参项单反应器进反应器出相VaporVapor温C压9摩尔流乙氧醋水乙氮00二氧化丙烯醋酸甲醋酸乙乙二醋酸乙二醇质量流体积流3.3反应器结构设3.3.1催化剂装填的所示V3.3反应器结构设3.3.1催化剂装填的所示VR式中：V0——原料气流量GHSV——催化剂体积时空速度，h-经过优化以及查阅文献，取催化剂体积时空速度为3500h-47364.8VR 催化剂用量：取该种催化剂的装填密度因此催化剂装填量为，取装填密度为m=ρVR由于催化剂的装填密度通常会有上下波动，实际催化剂的装填量可能有上下15kg左右的波动，根据装填方式不同而改变。因此催化剂的质量6510.84kg3.3.2流化床反应器工艺设计计3.3.2.1临界流化速动，即为流态化。颗粒开始流动的最小速度称为临界流化速度，记为umf对于小颗Rep<20时d2ρp-ufmg对于大颗Rep>1000时dpp dpumfp式dpp dpumfp式μ—流体粘度Rep<20，计算得假设本设计颗粒的雷诺d2ρp-2ufm16501.5210-验算==5.510-30.394=17.1p1.5210-所以该假设计算的临界流化速度符合要求3.3.2.2最大流化速度ut亦称颗粒带出速度。颗粒的带出速度也等于粒子的自由最大流化速降速度，通过颗粒沉降速度的计算可以得到最大流化速度式为了保证反为了保证反应的进行和减少颗粒的带出量，以最小颗粒的粒径来算带出度，即最大流化速度。根据aspen模拟数据可得气体黏流度为1.52×10-5假设＜Rep大流化速度时的雷诺数2500，计算得14（33.4-0.12）9.812235.510-3u 0.121.5210-t验算 5.510-36.