1 羰基合成反應(yīng)器設(shè)計書 第一章 羰基合成反應(yīng)器設(shè)計說明書 述 化學(xué)反應(yīng)過程和反應(yīng)器是化工生產(chǎn)流程中的中心環(huán)節(jié)，反應(yīng)器的設(shè)計往往占有重要的地位。反應(yīng)器設(shè)計所依據(jù)的是化學(xué)反應(yīng)工程理論，是化學(xué)反應(yīng)工程理論的實際應(yīng)用。由于化學(xué)反應(yīng)的多樣性，化學(xué)反應(yīng)工程理論在實際應(yīng)用方面尚處于發(fā)展之中，一個好的反應(yīng)器設(shè)計往往較多地倚重研究試驗工作。根據(jù)本項目所涉及的化學(xué)反應(yīng)過程的特點、工程理論以及相關(guān)研究的成果，可以對反應(yīng)器進行選型；尋找合適的工藝條件；確定實現(xiàn)這些工藝條件所需的技術(shù)措施；確定反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)尺寸；確定 必要的控制手段。 為了使期基合成能在最適宜的條件下進而設(shè)計反應(yīng)器時必須滿足下列要求。 (1)選擇最適宜的操作條件，使反應(yīng)速度足夠快，以減少反應(yīng)器的設(shè)備投資。 (2)能夠充分導(dǎo)出反應(yīng)熱和有效地控制反應(yīng)溫度，以減少副反應(yīng)和提高目的產(chǎn)品的收率。 (3)能夠保證原料丙烯、合成氣和催化劑充分混合，以提高傳質(zhì)效率和生產(chǎn)能力。 此外，還要求反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡單，容易制造，以降低反應(yīng)器的造價。同時還要求操作控制及開停車方便，安全可靠等。這是羰基合成反應(yīng)器設(shè)計時必須綜合考慮的一些因素。 計任務(wù) 本設(shè)計是為年產(chǎn) 25 萬 噸丁辛醇項目設(shè)計的羰基合成反應(yīng)器。 已知： (1) 年操作時間為 7200 小時； (2) 合成氣的氣相摩爾流率為 1037h； 年產(chǎn) 25 萬噸丁辛醇項目 2 2 (3) 催化劑和丙烯混合物的液相摩爾流率為 537h； (4) 出口催化劑和丁醛混合物的體積流量為 m3/h； (5) 反應(yīng)溫度為 90110 ； (6) 反應(yīng)壓力為 (7) 反應(yīng)選擇性為 95%； (8) 轉(zhuǎn)化率為 93%； (9) 在 100 時丙烯羰基合成反應(yīng)的反應(yīng)焓為 - (10) 反應(yīng)的空時 為 100 應(yīng)器體積計算 根據(jù)石油化工設(shè)備設(shè)計手冊及相關(guān)經(jīng)驗，本項目設(shè)計的羰基合成反應(yīng)器中液相占總體積的 90%（裝填系數(shù)： 。 所以反應(yīng)體積為： =m3/h120 備總體積為： V = 90% = 90% = 物料的物性 表 1烯的物性參數(shù) 化學(xué)式 : 屬族 : 1分子量 : kg/點 : 沸點 : 臨界壓力 : 界溫度 : 臨界體積 : m3/心因子 : 界壓縮因子 : 極距 : 準焓 : kJ/化焓 : 未知 kJ/對熵 : 2666 kJ/ 標準自由焓 : kJ/解參數(shù) : (： 界體積： m3/ 心因子 : 臨界壓縮因子 : 偶極矩： 準焓： 準自由焓： 對熵： 19756 kJ/ 熔化焓 : 未知 解參數(shù)： 3.8(，用于生產(chǎn)辛烯醛，正丁醇 物理性質(zhì) 外觀及性狀：無色透明液體，有窒息性氣味。 爆炸極限 %： 點： 熔點： 引燃溫度： 190 閃點： 相對密度（水 =1）： 對密度（空氣 =1） :和蒸汽壓（ 20 ） 溶解性：微溶于水、溶于乙醇、乙醚等多數(shù)有機溶劑。 主要用途：用作樹脂、塑料增塑劑、硫化促進劑、殺蟲劑等的中間體。 年產(chǎn) 25 萬噸丁辛醇項目 4 4 5 表 1苯基膦的物性參數(shù) 應(yīng)器的選型 本設(shè)計采用 鼓泡攪拌槽式反應(yīng)器 。底部設(shè)置有環(huán)管式氣體分布器。 氣體 通過氣體分布器 自下而上 穿 過液體的方式進行鼓泡 ， 同時設(shè)置有攪拌器 ，加強混合程度。 反應(yīng)器采用立式圓筒形攪拌槽體，筒體上部和下部都有橢圓形封頭。筒體外側(cè)為夾套，夾套層 主要用走冷卻水。 反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有冷卻管以導(dǎo)出反應(yīng)放出的熱量 ， 冷 卻 管的設(shè)置方式有兩種 ， 一種是采用不銹鋼雙套管自底部擋板直接連至反應(yīng)器的密封環(huán)上部 ， 并與蒸汽包相連接 ， 此方式的反應(yīng)器不設(shè)機械攪拌 ， 僅靠上升的氣體進行鼓泡攪拌 ； 另一種方式是反應(yīng)器筒體內(nèi)設(shè)置不銹鋼雙螺旋型冷卻蛇管 ， 并附加立式攪拌裝置 ，本設(shè)計采用前者。 定反應(yīng)器設(shè)計參數(shù) 計壓力 設(shè)計壓力取最大工作壓力的 ，即 P = 0 為最大工作壓力。 計溫度 設(shè)計溫度取最大設(shè)計溫度加 5 ，即 化學(xué)分子式 理性質(zhì) 外觀及性狀：白色結(jié)晶。 分子量： 閃點： 180 沸點： 377 熔點： 79 相對密度（水 =1）： 對密度（空氣 =1） :解性：不溶于水、微溶于乙醇、溶于苯、丙酮、四氯化碳 主要用途：用于有機化合物、膦鹽及其他膦化合物合成。 年產(chǎn) 25 萬噸丁辛醇項目 6 6 T = 110 + 5 =115 最大工作溫度。 要元件材料的選擇 1、 筒體材料的選擇 根據(jù) 4用筒體材料為低合金鋼（鋼材標準為 用應(yīng)力 t = 173s=325 用范圍：用于介質(zhì)含有少量 硫化物，具有一定腐蝕性 ， 壁厚較大（ 8壓力容器。 2、 鞍座材料的選擇 根據(jù) 4731， 鞍座選用材料為 許用應(yīng)力 t =147 3、 地腳螺栓的材料選擇 地腳螺栓選用符合 700 規(guī)定的 許用應(yīng)力 t =147 應(yīng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計 定筒體的直徑和高度 根據(jù)反應(yīng)釜的設(shè)計要求， 設(shè)備總體積為 由于氣液相 類型 選取 H/，由 t = 2t 圓整到標準公稱直徑系列，選取筒體直徑 4900 查 ： 4900標準橢圓封頭曲面高度 200邊 5封頭 內(nèi)表面積 積 計算得每米高筒體的 H=1h=體高度圓整為 H 11000應(yīng)器總長度為 H + ( 2 = 11000 + ( 1200 + 65)2 = 13530 是 H/D= 核查結(jié)果符合原定范圍內(nèi)。 則可以初步確定反應(yīng)器的直徑為 4900長度為 13530 筒厚度的設(shè)計 計算壓力 7 液柱靜壓力 ： 9500 04 1/P = 04 /06 = 主要特點 本機為利用行星輪為柔輪的少齒差內(nèi)嚙合的大速比的新型機械傳動，與其它型式嚙合相比，具有結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，速比大，承載能力高，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，封閉性能好 。 本機為利用少齒差內(nèi)嚙合行星傳動的減速裝置，故減速比大，傳動效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，裝拆方便，壽命長，承載能力高，工作平穩(wěn)，重 量輕，體積小，故障少，有取代渦輪減速機的趨向。 本機為兩級同中心距并流式斜齒輪減速傳動裝置，傳動比準確，壽命長。在相同速比范圍內(nèi)，較之于其它傳動來說，具有體積小，效率高，制造成本低，結(jié)構(gòu)簡單，裝配檢修方便等。 本機為單級三角皮帶傳動的減速裝置，結(jié)構(gòu)簡單，過載時會產(chǎn)生打滑現(xiàn)象，因此能起到安全保護作用，但由于皮帶滑動不能保持精確的傳動比。 特性參數(shù) 柔輪分度圓直 徑 電動功率、機型 號、減速比 中心距 三角皮帶型號及 根數(shù) 應(yīng)用條件 不需多級傳動而用于轉(zhuǎn)速極低的攪拌傳動裝置，可用于有防爆要求的場合 。 對過載和沖擊 載荷有較弱承載能力，可短期過載75%，起動轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的 2倍，允許反正旋轉(zhuǎn)，可用于有防爆要求的場合，與電動機直連供應(yīng)，可依軸承載壽命來計算容許的軸向力，本機要求采用夾殼式聯(lián)軸節(jié)（ 許反正旋轉(zhuǎn)，可采用夾殼式聯(lián)軸節(jié)（ 21365）或彈性塊式聯(lián)軸節(jié)（ 743 78）與攪拌軸聯(lián)接，不許承外加軸向載荷或允許軸向力小的場合，可用于有防爆要求的場合，與電機直連供應(yīng) 。 允許反正旋轉(zhuǎn)，本系列采用夾殼式聯(lián)軸節(jié)（ 21365）與攪拌軸聯(lián)接，攪拌器及軸的重量均由本機軸承承受，本機不能用于有防爆要求的場合。 13 21365） 標定符號 度圓公稱直徑 順序號 號代號 機型號 減速比軸頭型號 心距 順序號，輸出軸結(jié)構(gòu) 或 P 三角皮帶型號、三角皮帶根數(shù) 順序號 標準圖號 4478 4578 4678 4778 注：電動機若采用 時，在標定符號前加 “A”字樣，對 “B”字樣，對 電極則不加寫代號 。 由上表分析所得，本設(shè)計采用 擺線針齒行星減速機 。 應(yīng)器附件的選型和尺寸設(shè)計 1、 釜體法蘭連接 結(jié)構(gòu)的設(shè)計 1. 法蘭的設(shè)計 (1) 法蘭的選型： 長頸對 焊法蘭； 法蘭的材料： 0 (2) 法蘭的結(jié)構(gòu)與尺寸 公稱直徑DN/ 蘭， 2 4 H h a 1 2 R d 4900 5450 5380 5245 5150 5140 480 670 144 46 38 50 80 24 70 螺柱規(guī)格為 量為 168 個，對接筒體最小厚度 0=34 2. 密封面形式的選型 長頸對焊法蘭， P 采用襯環(huán)凹凸密封面。 3. 墊片的設(shè)計 (1)墊片法蘭的選型、材料 墊片選擇耐油橡膠石油墊片，材料為耐油橡膠石棉板。 (2)墊片的結(jié)構(gòu)與尺寸 內(nèi)徑 d/徑 D/度 S/900 4980 6 4. 螺栓、螺母的選型 六角頭螺栓 A 級 型六角螺母 A 級 年產(chǎn) 25 萬噸丁辛醇項目 14 14 5. 法蘭、墊片、螺栓、螺母、墊圈的材料 法蘭 墊片 螺栓 螺母 墊圈 0油橡膠石棉板 A 級鋼 A 級鋼 0、 工藝接管的設(shè)計 1、催化劑循環(huán)口接管 由 擬結(jié)果可得：催化劑循環(huán)口接管體積流量 h，液體流速取 = m/s，則 1Q=600/16 整后取 225 厚取 15 2、出料口接管 由 擬結(jié)果可得：出料口接管體積流量 h，液體流速取 = m/s，則 1Q=600/69 整后取 300 厚取 15 3、合成氣進料口接管 由 擬結(jié)果可得：合成氣進料口接管體積流量 h，氣體流速取 = 18 m/s，則 1Q=18 3600/整后取 65 厚取 4 4、壓力表 口管 k 采用 32 無縫鋼管，接管與封頭內(nèi)表 面 磨平。配用突面 板式平焊管法蘭 :法蘭 5、 冷卻水出口管 b 和 進口 管 I 都選用 100 無縫鋼管，接管與封頭內(nèi)表 面 磨 平 。 配 用 突 面 板 式 平 焊 管 法 蘭 :法蘭 F 0 6、 溫度計接口 j 的管口選用 80 4 無縫鋼管，伸入釜體內(nèi)一定長度。配用突面板式平焊管法蘭： 蘭 F 0 7、 安全閥接管 g 采用 25 無縫鋼管，配法蘭 5 1997。 3、 選用手孔、 人孔、 視鏡 根據(jù)板式平焊法蘭手孔（ 2005），選用手孔形式為 a 式， 250手孔 2005）。 根據(jù) 1598 1999，選用 水平吊蓋不銹鋼人 孔， 1598 1999）。由 標準壓力容器視鏡i 選用碳素鋼帶頸視鏡 15002 86 5。 年產(chǎn) 25 萬噸丁辛醇項目 16 16 第二章 反應(yīng)器強度校核 立式攪拌容器校核 計算單位 壓力容器專用計算軟件 筒體設(shè)計條件 內(nèi) 筒 夾 套 設(shè)計壓力 p 計溫度 t C 115 115 內(nèi)徑 Di 900 5100 名義厚度 n 0 18 材料名稱 345R 許用應(yīng)力 174 181 t 81 壓力試驗溫度下的屈服點 05 345 鋼材厚度負偏差 C1 蝕裕量 C2 1 厚度附加量 C C2 接接頭系數(shù) 1 力試驗類型 液壓 液壓 試驗壓力 體長度 Lw 1000 10000 內(nèi)筒外壓計算長度 L 0000 封 頭 設(shè) 計 條 件 筒體上封頭 筒體下封頭 夾套封頭 封頭形式 橢圓形 橢圓形 橢圓形 名義厚度 n 4 34 18 材料名稱 345R 20R(熱軋 ) 設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力 t 81 181 材厚度負偏差 C1 腐蝕裕量 C2 2 1 厚度附加量 C C2 焊接接頭系數(shù) 1 1 要 計 算 結(jié) 果 內(nèi)圓筒體 夾套筒體 內(nèi)筒上封頭 內(nèi)筒下封頭 夾套封頭 校核結(jié)果 校核合格 校核合格 校核合格 校核合格 校核合格 質(zhì) 量 m 拌 軸 計 算 軸 徑 懸臂軸 (剛性軸 )校核合格 備 注 夾套壓力試驗時，內(nèi)筒至少需保持 內(nèi)壓，否則將導(dǎo)致內(nèi)筒失穩(wěn) 過 程 設(shè) 備 強 度 計 算 書 7 內(nèi)筒體內(nèi)壓計算 計算單位 壓力容器專用計算軟件 計算條件 筒體簡圖 計算壓力 設(shè)計溫度 t C 內(nèi)徑 材料 ( 板材 ) 試驗溫度許用應(yīng)力 設(shè)計溫度許用應(yīng)力 t 試驗溫度下屈服點 s 鋼板負偏差 腐蝕裕量 焊接接頭系數(shù) 厚度及重量計算 計算厚度 = P it = 效厚度 e =n - 2= 義厚度 n = 量 力試驗時應(yīng)力校核 壓力試驗類型 液壓試驗 試驗壓力值 t = (或由用戶輸入 ) 力試驗允許通過 的應(yīng)力水平 T T s = 驗壓力下 圓筒的應(yīng)力 T = p DT i ). 2 = 核條件 T T 校核結(jié)果 合格 壓力及應(yīng)力計算 最大允許工作壓力 2 e ti e ( )D = 計溫度下計算應(yīng)力 t = P Dc i )2 = t 核條件 t t 結(jié)論 合格 年產(chǎn) 25 萬噸丁辛醇項目 18 18 內(nèi)筒體外壓計算 計算單位 壓力容器專用計算軟件 計算條件 圓筒簡圖 計算壓力 設(shè)計溫度 t C 內(nèi)徑 材料名稱 (板材 ) 試驗溫度許用應(yīng)力 設(shè)計溫度許用應(yīng)力 t 試驗溫度下屈服點 s 鋼板負偏差 腐蝕裕量 焊接接頭系數(shù) 壓力試驗時應(yīng)力校核 壓力試驗類型 液壓試驗 試驗壓力值 力試 驗允許通過的應(yīng)力t T s = 驗壓力下圓筒的應(yīng)力 T = p DT i ). 2 = 核條件 T T 校核結(jié)果 合格 厚度及重量計算 計算厚度 = 效厚度 e =n - 2= 義厚度 n = 壓計算長度 L L= 體外徑 n = e 值 A= 值 B= 量 力計算 許用外壓力 P=e/ = 論 合格。夾套水壓試驗時，內(nèi)筒需充壓 過 程 設(shè) 備 強 度 計 算 書 9 內(nèi)筒上封頭內(nèi)壓計算 計算單位 壓力容器專用計 算軟件 計算條件 橢圓封頭簡圖 計算壓力 設(shè)計溫度 t C 內(nèi)徑 曲面高度 材料 (板材 ) 設(shè)計溫度許用應(yīng)力 t 試驗溫度許用應(yīng)力 鋼板負偏差 腐蝕裕量 焊接接頭系數(shù) 厚度及重量計算 形狀系數(shù) K = 16 2 22算厚度 = c 5 . = 效厚度 e =n - 2= 小厚度 義厚度 n = 論 滿足最小厚度要求 重量 力 計 算 最大允許工作壓力 20 5 . t ei 論 合格 年產(chǎn) 25 萬噸丁辛醇項目 20 20 內(nèi)筒下封頭內(nèi)壓計算 計算單位 壓力容器專用計算軟件 計算條件 橢圓封頭簡圖 計算壓力 設(shè)計溫度 t C 內(nèi)徑 曲面高度 材料 (板材 ) 設(shè)計溫度許用應(yīng)力 t 試驗溫度許用應(yīng)力 鋼板負偏差 腐蝕裕量 焊接接頭系數(shù) 厚度及重量計算 形狀系數(shù) K = 16 2 22算厚度 = c 5 . = 效厚度 e =n - 2= 小厚度 義厚度 n = 論 滿足最小厚度要求 重量 力 計 算 最大允許工作壓力 20 5 . t ei 論 合格 過 程 設(shè) 備 強 度 計 算 書 1 內(nèi)筒下封頭外壓計算 計算單位 壓力容器專用計算軟件 計算條件 橢圓封頭簡圖 計算壓力 設(shè)計溫度 t C 內(nèi)徑 曲面高度 材料 (板材 ) 試驗溫度許用應(yīng)力 設(shè)計溫度許用應(yīng)力 t 鋼板負偏差 腐蝕裕量 焊接接頭系數(shù) 厚 度 計 算 計算厚度 = 效厚度 e =n - 2= 義厚度 n = 徑 n = 系數(shù) 值 A= 0 1251 . /K Do e= 值 B= 量 力 計 算 許用外壓力 P= ( / )1 o e = 論 合格 年產(chǎn) 25 萬噸丁辛醇項目 22 22 夾套圓筒體計算 計算單位 壓力容器專用計算軟件 計算條件 筒體簡圖 計算壓力 設(shè)計溫度 t C 內(nèi)徑 材料 ( 板材 ) 試驗溫度許用應(yīng)力 設(shè)計溫度許用應(yīng)力 t 試驗溫度下屈服點 s 鋼板負偏差 腐蝕裕量 焊接接頭系數(shù) 厚度及重量計算 計算厚度 = P it = 效厚度 e =n - 2= 義厚度 n = 量 力試驗時應(yīng)力校核 壓力試驗類型 液壓試驗 試驗壓力值 t = (或由用戶輸入 ) 力試驗允許通過 的應(yīng)力水平 T T s = 驗壓力下 圓筒的應(yīng)力 T = p DT i ). 2 = 核條件 T T 校核結(jié)果 合格 壓力及應(yīng)力計算 最大允許工作壓力 2 e ti e ( )D = 計溫度下計算應(yīng)力 t = P Dc i )2 = t 核條件 t t 結(jié)論 合格 過 程 設(shè) 備 強 度 計 算 書 3 夾套封頭計算 計算單位 壓力容器專用計算軟件 計算條件 橢圓封頭簡圖 計算壓力 設(shè)計溫度 t C 內(nèi)徑 曲面高度 材料 20R(熱軋 ) (板材 ) 設(shè)計溫度許用應(yīng)力 t 試驗溫度許用應(yīng)力 鋼板負偏差 腐蝕裕量 焊接接頭系數(shù) 厚度及重量計算 形狀系數(shù) K = 16 2 22算厚度 = c 5 . = 效厚度 e =n - 2= 小厚度 義厚度 n = 論 滿足最小厚度要求 重量 力 計 算 最大允許工作壓力 20 5 . t ei 論 合格 年產(chǎn) 25 萬噸丁辛醇項目 24 24 攪 拌 軸 設(shè) 計 計算單位 壓力容器專用計算軟件 計算條件 簡 圖 軸支承情況 懸臂軸 軸計算類型 剛性軸 電動機額定功率 PN 軸設(shè)計轉(zhuǎn)速 n r/50 設(shè)備內(nèi)設(shè)計壓力 p 軸安裝形式 上插式軸 軸材料名稱 0軸材料抗拉強度 b 00 軸 材料壓縮屈服強度 s 42 軸材料 彈性模量 E 02100 軸材料剪切模量 G 軸材料密度 s kg/800 平衡精度等級 1 傳動裝置效率 1 許用扭轉(zhuǎn)角 /m 1 用戶定義值 軸封處許用徑向位移 lo 用戶定義值 懸臂軸軸端許用徑向位移 0 用戶定義值 軸結(jié)構(gòu)類型 空心軸 空心軸內(nèi)徑與外經(jīng)之比 N o 軸承之間長度 00 懸臂端與兩軸承間軸徑差 軸封至軸承距離 00 流體徑向力系數(shù) K 1 封形式 雙端面機械密封 填料密封圈總高度 軸承 A 形式 滾動軸承 軸承 B 形式 滾動軸承 軸線與安裝垂直線夾角 1 攪拌物料密度 kg/150 攪拌介質(zhì)類型 液體 攪拌介質(zhì)特性 一般物料 攪拌器數(shù)量 2 攪拌器類型 推進式 攪 拌 器 數(shù) 據(jù) 攪拌器 1 攪拌器 2 攪拌器 3 攪拌器 4 攪拌器 5 攪拌器至軸承距離 L i 000 3500 - - - 攪拌器直徑 D Ji 500 1500 - - - 攪拌器葉片傾斜角 i 69 69 - - - 攪拌器葉片寬度 h i 00 300 - - - 攪拌器及附加質(zhì)量 m i 11 211 - - - 攪拌器附加質(zhì)量系數(shù) k 0 0 - - - 物料對攪拌器軸向推力方向 不確定 不確定 - - - 推進式攪拌器螺距 00 100 - - - 傳動側(cè)軸承 攪拌側(cè)軸承 攪拌槳 過 程 設(shè) 備 強 度 計 算 書 5 計 算 結(jié) 果 備 注 攪拌軸最終計算軸徑 d 60 校核值，校核結(jié)果 :校核合格 軸扭轉(zhuǎn)角 /m 扭轉(zhuǎn)變形校核合格 軸臨界轉(zhuǎn)速 n k r /設(shè)計轉(zhuǎn)速與臨界轉(zhuǎn)速比值 n / n=150 r/不考慮臨界轉(zhuǎn)速 軸封處的總位移 lo 軸封處徑向位移校核合格 懸臂軸軸端總位移 l1 軸端許用撓度校核合格 按扭轉(zhuǎn)變形計算的軸徑 d1 軸徑差后 d=強度計算的軸徑 d2 入軸徑按強度校核合格 按軸封處許用撓度計算的軸徑 d3 lo 按懸臂軸軸端許用撓度計算的軸徑 d3 按臨界轉(zhuǎn)速計算的軸徑 81.7 n=150 r/不考慮臨界轉(zhuǎn)速 懸臂軸兩軸承間軸徑 d a 注： 按標準選取的抗振條件 n/ 承 A 徑向游隙數(shù)取 承 B 徑向游隙數(shù)取 程序計算的最終軸徑 d 為懸臂段 軸徑 軸徑為 d 時 的計算值 年產(chǎn) 25 萬噸丁辛醇項目 26 26 第三章 換熱器設(shè)計說明書 言 熱器概述 熱器簡介與分類 換熱設(shè)備的主要作用是使熱量由溫度較高的流體傳遞給溫度較低的流體，使流體溫度達到工藝過程規(guī)定的指標，以滿足工藝過程的需要。 換熱其種類很多，但根據(jù)冷、熱流體熱量交換的原理和方式基本上可分為三大類，即間壁式、混合式和蓄熱式。其中間壁式換熱器用得最多。間壁式換熱器的類型有：夾套式換熱器，沉浸式換熱器，噴淋式換熱器，套管式換熱器，管殼式換熱器，它是最典型的間壁式 換熱器，有著悠久的歷史，至今仍在所有換熱器中占據(jù)主導(dǎo)地位。 定管板式換熱器的介紹 主要由殼體、管束、管板和封頭等部分組成。進行換熱的兩種流體，一種在管內(nèi)流動，其行程稱 為管程；一種在管外流動，其行程稱為殼程。其示意圖如下： 圖 3式固定管板式換熱器 年產(chǎn) 25 萬噸丁辛醇項目 27 圖 3式固定管板式換熱器 結(jié)構(gòu)特點：兩塊管板均與殼體相焊接，并加入了熱補償原件 膨脹節(jié)。 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、能承受較高的壓力，造價低，管程清洗方便，管子損壞時易于堵管或更換。 缺點 ：不易清洗殼程，殼體和管束中可能產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。 適用場合：適用于殼程介質(zhì)清潔，不易結(jié)垢，管程需清洗以及溫差不大或溫差雖大但是殼程壓力不大的場合。 計項目簡述 目簡介 本項目是為每年生產(chǎn) 25 萬噸丁辛醇的分廠的辛醇制備工段的粗辛醇溶液與水換熱器的工藝及設(shè)備設(shè)計。制取辛醇整個工段涉及縮合反應(yīng)器、層析器、蒸發(fā)器、液 提水冷器等。本設(shè)計只對液 藝流程介紹 低壓羰基合成工藝采用由美國聯(lián)合碳化物公司、英國戴維公司和英國約翰遜馬瑟 公司聯(lián)合開發(fā)的第二代低壓銠法羰基合成工藝 液相循環(huán)工藝。該工藝是以丙烯、合成氣為原料，羰基銠 /三苯基膦絡(luò)合物為催化劑，在較低（低壓約 操作壓力下，就能完成反應(yīng)。該工藝的幾個基本工段為：氣 液相羰基合成反應(yīng)、羧基反應(yīng)液的蒸餾分離、正丁醛縮合反應(yīng)、正 /異丁醛、辛醛加氫反應(yīng)、辛醇蒸餾精制、正 /異丁醇蒸餾精制。 1、氣 液相羰基合成反應(yīng) 羰基合成反應(yīng)：丙烯、一氧化碳和氫氣在溫度 90 120，壓力約 過量三苯基膦存在下，在羰基銠膦絡(luò)合物的催化作用下生成丁醛。在以銠膦絡(luò) 年產(chǎn) 25 萬噸丁辛醇項目 28 28 合物的催化劑的 低壓羰基合成反應(yīng)中，銠形成 O)n(m，一組絡(luò)合物（ m+n=4），其中 O)2( 起主要作用。在溶液中下列平衡隨三苯基膦(度和一氧化碳分壓而移動。 O)( O)2( O)2(當(dāng) 過 量 的 三 苯 基 膦 濃 度 和 一 氧 化 碳 分 壓 適 宜 時 ， 催 化 劑 主 要 以O(shè))2( 形式存在，可以維持一定的反應(yīng)速度并使產(chǎn)物丁醛的正異構(gòu)比大為提高。過量的三苯基膦 的存在能提高催化劑的穩(wěn)定性，降低反應(yīng)壓力，提高產(chǎn)物丁醛的正、異構(gòu)比例。這部分的設(shè)備包括：羰基合成反應(yīng)器、除沫器等。 圖 3 液相羰基合成流程圖 合成氣和丙烯調(diào)節(jié)好碳氫比混合后，進入兩個串聯(lián)的羰基合成反應(yīng)器，在銠催化劑作用下， 90 120、 件下，通過低壓羰基合成反應(yīng)生產(chǎn)出混合丁醛，然后經(jīng)穩(wěn)定塔脫除丁醛中的丙烯、丙烷。 2、羰基反應(yīng)液的蒸餾分離 這一分離過程共計有四個塔系，當(dāng)然各家技術(shù)或許各有不同但其目的與任務(wù)基本上是一樣的。第一塔為閃蒸脫氣，從塔頂脫除 二塔為反應(yīng)液 循環(huán)洗氣，目的是將脫除的氣體中可能帶走的少量料液用循環(huán)液吸收下來。第第三個塔為脫輕組分塔 , 輕組分的代表組分可以認為是丙烷或丙烯 , 而重關(guān)鍵組分應(yīng)為異丁醛。第四個塔為這個工段的主要的分離塔，為正、異丁醛的分離，異丁醛為塔頂產(chǎn)物，塔底附近第幾板抽側(cè)線出正丁醛產(chǎn)品 , 而塔底出為數(shù)極少量的丁醇及高沸物主要為聚合物等副反應(yīng)產(chǎn)物。這部分的設(shè)備包括：閃蒸罐、蒸發(fā)器、氣提塔、穩(wěn)定塔、分離塔。 3、正丁醛縮合反應(yīng) 正丁醛縮合反應(yīng)比較單純，沒有其他副反應(yīng)，而且是均相（液相）反應(yīng)，只 年產(chǎn) 25 萬噸丁辛醇項目 29 要掌握好堿（氫氧化鈉溶液）催化劑的含量，反應(yīng) 溫度，平均停留時間等幾個主要參數(shù)，就可以控制轉(zhuǎn)化率和收率。該部分主要設(shè)備：縮合反應(yīng)器。 圖 3丁醛縮合反映流程圖 4、正 /異丁醛、辛醛加氫反應(yīng) 由醛加氫制醇一般加氫催化劑都不外乎 系或者它們的搭配作為活性組分，以活性氧化鋁、分子篩、硅膠等多孔材料為載體，制成顆粒狀催化劑，以氣 液 里，我們選用銅系催化劑。由于加氫反應(yīng)的反應(yīng)熱不太大，一般采用絕熱方式，我們一般控制一定的氫分壓和反應(yīng)溫度來控制和調(diào)節(jié)反應(yīng)。 反應(yīng) 條件 氫分 壓 應(yīng)溫度 氣相加氫反應(yīng) 00 240 液相加氫反應(yīng) 5 110 考慮到設(shè)備的限制、原料的轉(zhuǎn)化率和經(jīng)濟性的原則，我們采用氣相加氫和液相加氫串聯(lián)操作。該部分主要的設(shè)備包括： 發(fā)器、氣相加氫反應(yīng)器、液相加氫反應(yīng)器、冷凝分離器。 5、辛醇蒸餾精制 辛醇蒸餾精制為四塔系流程。第一塔為預(yù)蒸餾塔，粗辛醇進入預(yù)蒸餾塔，在真空條件下將輕組分從塔頂蒸出，預(yù)蒸餾塔塔底粗辛醇送入第三塔精餾塔。第二塔為脫輕組分塔，把第一塔塔頂出的輕組分送入輕組分塔，塔頂輕組分有一部分作燃料 燃燒供熱。第三塔為辛醇產(chǎn)品塔，塔頂出辛醇，從塔底出來的重組分進入脫重組分塔。第四塔為重組分塔，塔頂蒸出少量輕組分，塔底產(chǎn)出高沸物。該部分設(shè)備主要包括：預(yù)蒸餾塔、輕組分塔、精餾塔、重組分塔。 6、正 /異丁醇蒸餾精制 年產(chǎn) 25 萬噸丁辛醇項目 30 30 脫除重組分后的混合丁醛進入蒸發(fā)器汽化后，進入加氫反應(yīng)器中，在催化劑的作用下。在 180 200條件下。生產(chǎn)粗混合丁醇。粗品經(jīng)預(yù)精餾塔和精餾塔脫除輕、重組分后，進入異構(gòu)物塔分離，在塔頂?shù)玫郊兌?異丁醇產(chǎn)品，塔底得到純度 正丁醇產(chǎn)品。該部分主要設(shè)備包括：蒸發(fā)器、 反應(yīng)器、壓縮機、蒸餾塔、精餾塔、層析器等。 要研究內(nèi)容介紹 （ 1）生產(chǎn)工藝、相關(guān)工段流程優(yōu)化及控制方法設(shè)計。 （ 2）單體設(shè)備工藝計算，初選設(shè)備輪廓尺寸（包括：管徑、管長、附件等）。 （ 3）設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計。 （ 4）設(shè)備強度計算。 （ 5）編織制造、檢驗、安裝、運輸?shù)燃夹g(shù)條件。 （ 6）繪制設(shè)備總裝配圖及零件圖。 藝設(shè)計計算 定冷熱流體物性參數(shù) 熱流體：粗辛醇溶液，取 1T =229 C ， 2T =100 C ，走管程。操作壓力： 冷流體：水溶液，取 1t =10 C ， 2t = ，走殼程。操作壓力： 熱流體定性溫度 1 0 0 2 2 91 9 9 . 52C ， 冷 流 體 定 性 溫 度1 0 9 9 . 4 5 4 . 72C 。 數(shù)據(jù)匯總?cè)缦卤恚?表 3始數(shù)據(jù)表 殼程 管程 進口溫度 / C 10 229 出口溫度 / C 00 操作壓力 /性溫度 / C 文獻 1 化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊（有機卷、無機卷）得冷熱流體定性溫度下的物性數(shù)據(jù)： 年產(chǎn) 25 萬噸丁辛醇項目 31 密度： 31 0 0 0 k g /m 冷， 熱 3kg/m。 比熱容： . 1 7 8 /k J k g k冷， ( ) 2 . 8 5 / ( )k J m o l k k J k g k 。 粘度： 0 . 1 3 5 m P a s 熱， 0 . 5 1 4 6 m p a s 冷熱導(dǎo)率： 9 4 . 6 2 / ( )m w m k 熱， 0 . 6 4 5 1 / m 冷12212 2 9 1 0 0 1 . 4 4 39 9 . 4 1 0 ， 21119 9 . 4 1 0 0 . 42 2 9 1 0t 按單殼程雙管程查圖（ a）得溫度修正系數(shù) 0 3 0 ，故選擇合適。 圖 3殼程對數(shù)平均溫度差的校正系數(shù) 定有效平均溫差 由對數(shù)平均溫差和修正系數(shù)計算： 年產(chǎn) 25 萬噸丁辛醇項目 32 32 1 1 2 21122( ) ( )()()2 1 8 . 4( 3 6 5 )0 . 8 9 3 3 7 . 0 13 3 . 0 5m t T 需換熱 面積的確定 根據(jù)文獻資料，根據(jù)粘度： 0 . 1 3 5 m P a s 熱查化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計第二版表 3設(shè)傳熱系數(shù)為估K=1000 2W/m k ，查文獻化工原理第三版上冊表 6擇 。 由 出： 質(zhì)量流量：1