《丙烯腈生产的设备计算与选型案例综述》4300字

丙烯腈生产的设备计算与选型案例综述目录TOC\o"1-2"\h\u10227丙烯腈生产的设备计算与选型案例综述 则反应器直径5DTV-气体的体积流量，DT反应器直径，T,p-反应器的绝对温度（K）和绝对压力（Pa）u-流化床操作气速，m/sn-进料气体总摩尔流量DT反应器内径可取DT1=9.5m。e．稀相段床层直径的确定本设计取稀相段流化数为950，能有效抑制副化学反应，防止催化剂快速结焦，利于计算过程如下：U0=950Umf=0.693m/s即流化床反应器稀相段直径为DT2（2）反应器床层高度a.浓相段催化剂的需求量为231.57t由催化剂的装填密度为900kg/m3，所以静床高度的确定H流化比公式由经验公式确定：R=则浓相段高度QUOTEH1=R×Hmf=1.9×3.68=6.992mb.稀相段（沉降分离高度TDH)由径与沉降分离度的关系，本反应细颗粒催化剂粒子，在操作速度为0.8m/s时，由经验关系式：H2=1.2×图4-2径与沉降分离度的关系c.扩大段高度扩大段高度取扩大段直径的三分之一H3=Dd.反应段和扩大段的过渡部分过度角为120℃，过渡段高度：H4=(DT2−DT1)锥形段取锥底角为90°，则锥高为：H5=0.5D=1.75mm∴H=H1+H2+H3+H4+H5=26.845m。反应器总高为26.9m1.1.4机械强度的计算与校核（1）流化床壁厚操作温度为450℃，操作压力1.1个大气压，设计温度为470℃，设计压力为0.162MPa，选择0Cr18Ni9材料，因为该反应温度不易控制，非常高。材料在设计温度下的许用应力为100.8MPa，取流化床体焊接接头系数为φ=1，壁厚的附加量取c=2mm。流化床壁厚：t留点余量给其他外在负荷，所以取反应器的设计壁厚为22mm流化床体的有效厚度为te=tn-c1-c2=19.1m。筒体的应力按下式进行计算σ许用应力[σ]tφ=100.8×1=100.8MPa>91.39MPa,应力校核合格。对于扩大段:t选取扩大段壁厚为21锥形段阶段其壁厚也选取为21mm。（2）椭圆封头由于反应器压力较低，封头承压不大，故选用应用最为广泛的椭圆形封头。形状系数为K=1.0由标准椭圆封Di=4×h则hi=DiDi为稀相段直径由GB/T25198-2010查得其标准椭圆封头直边高度h0=40mm封头总高度为H=hi+h0=2.55+0.04=2.59m封头厚度按下式进行计算：t故选取封头厚度为23mm。（3）裙座圆柱形裙座是最适合本设计的，因为该反应器高径没有超过30。（4）水压试验及其强度校核水压试验的试验压力有Pt=p+0.1=0.262MPa,Pt=1.25p=0.2025MPa，取两者中最大值，即Pt=0.262MPa。水压试验时壁内应力：σσ已知0Cr18Ni9材料在常温下的屈服强度为σs=221MPa计算0.9σs=198.9MPa可以知道水压试验时筒体壁内应力小于0.9σs，水压试验安全，所以上述设计满足要求。1.1.5浓相段及稀相段冷去装置的换热面积（1）浓相段冷却装置的换热面积换热装置用套管式，总差传热系数取233换热装置的热负荷已由热衡算求出Q=6.53×108kJ/ℎ=1.81×1换热面积为F=1.81×取30%的设计裕量，则换热面积为3088.3m（2）稀相段冷却装置的换热面积用套管式换热装置，水为冷却剂，产生0.405MPa（143℃）蒸汽。总传热系数取20W/(mQ=6.62×107kJ/h=1.839×107又Δt换热面积为F=1.839×取30%设计裕量，则换热面积为4477m1.2空气饱和塔1.2.1计算依据进塔空气的组成和流量表1.1进塔空气组成和流量组分O2N2H2O合计Kmol/hkg/h2193.5170192.328251.78231049.84178.1423206.5610623.432304448.72出塔空气的组成和流量表1.2出塔空气组成和流量组分O2N2H2O合计Kmol/hkg/h2193.5170192.328251.78231049.842861.151499.813306.39352741.96c.塔顶喷淋液量444847.3kg/h，温度105℃d.塔底排出液量217001.02kg/h，温度79℃。e.塔顶压力0.243MPa，塔底压力0.263MPa。f.入塔气温度170℃，出塔气温度90℃。g.填料用50×50×1.5陶瓷拉西环（乱堆）。1.2.2塔径确定拉西环的泛点速度计算公式为lgωFg∂E式中——泛点空塔气速，m/s；g——重力加速度，9.81m/s2_____干填料因子，m−1；——气相和液相密度，kg/m3L，G——气相和液相流量，kg/h；——液体的粘度，MPa.(cP)。50×50瓷拉西环的干填料因子为177m−1a.塔顶处=352741.9613306.39×22.4×=958kg/mL=444847.3kg/hG=352741.96kg/h=0.282MPa∙s把数据带入（3-3）式：lg解得=1.743m/s泛点率取75%，则气体空塔速度为：W=0.75×1.743=1.307m/s出塔操作条件下的气量：V=13306.39×22.4×273+90273×0.10130.243=165217.26m塔径应为d=45.900.785×1.307=b.塔底处ρG=ρL=975L=217001.02kg/hG=304448.72kg/h=0.38MPa∙s把数据带入1式lg解得ωF气体空塔速度为w=0.75ω入塔气在操作条件下的气量：V=10623.432×22.4273+170273×0.10130.263=塔径为d=41.3150.785×取塔径为6.5m1.2.3填料高度 空气水饱和塔在填料高程上的确定时必须综合考虑两个方面的因素a.出塔气体中蒸汽含量达到要求。b.按照工厂的实际生产经验,取得的填料高6m。1.3丙烯蒸发器1.3.1计算依据a.丙烯在室内管外设备进行低温蒸发,蒸发时的实际压力大约为0.405MPa，蒸发时的实际温度-13℃,管内设备用0℃的乙醇低温水将冷冻后的盐水(17.5%NaOH的乙醇水溶液)与剩余丙烯液体进行低温换热,冷冻后的低温盐水低于进入丙烯出口时的实际温度-2℃。b.乙醇和丙烯的蒸发温度为40055.4kg/h，冷冻时的盐水使用量为3.86×106kg/h。c.丙烯蒸发器热负荷2.1131×107kJ/h。1.3.2丙烯蒸发器换热面积a.蒸发器内安装的U型钢管100根,尺寸为38×3.5-1℃为冷冻盐水平均温度，此温度下有关物性数据如下。μ=2.485×λ=0.545Wρ=1130.8kg/冷冻盐水流速为u=3.86×10Re=(0.038−2×0.0035)×12.57×11302.485×1pτ=0.023=15690.3W/b.管外液体丙烯沸腾给热系数=2326W/m2c.总传热系数冷冻盐水方污垢热阻取0.264×10−30.17610-3W/m2K=845W/传热平均温差热端温差0-（-13）=13℃，冷端温差-2-（-13）=11℃，传热平均温差Δtd.面积（用于热交换）热负荷Q=2.1131×107KJ/h=5.87×107J/s换热面积为A=5.87×106取安全系数1.2，则换热面积37.5m2，查管式换热器基本参数表，可以知道设计的换热器应该选用管数为100根，的单程管换热器。其换热的直径为400毫米，换热面积可以达到45.4m2的管壳式换热器。1.3.3选型通过对丙烯蒸发器的换热面积及热负荷的计算我们可以，对于一些有结晶产生的，且是非热敏性物料的反应应该用强制循环蒸发器。此设计的物料都是热敏物料，且需要控制的温度要比较准确，要求比较高，所以此设计的物料并不是非热敏材料所以选择普通多效蒸发器，查表可知采用的是型号为BEM400-0.405/0.6-45.4-6000/25-4

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