第一章設計概 第二章反應精餾塔設 反應器選 碘化氫分解反應特 板式塔的塔盤種類和選 反應動力 反應精餾塔參數(shù)設 反應精餾塔設計條 反應精餾塔的持液 反應精餾塔的塔 反應精餾塔的塔 反應精餾塔的反應停留時 溢流裝 反應精餾塔板流體力學驗 塔板壓 溢流液泛校 液體在降液管內(nèi)的停留時 液沫夾帶量校 嚴重漏液校 塔板負荷性能 反應精餾塔機械工程設 塔板結構設 塔設備附 反應精餾塔機械強度校 第三章硫化氫氧化塔的設 反應器選 濃硫酸氧化硫化氫反應特 填料塔的具體選 反應動力 硫化氫氧化塔參數(shù)設 硫化氫氧化塔設計條 硫化氫氧化塔的塔 硫化氫氧化塔填料段高 硫化氫氧化塔填料段壓力降 硫化氫氧化塔持液 硫化氫氧化塔反應停留時 塔的總體高 硫化氫氧化塔附件設 液體分布 填料支承 填料壓 接 封 裙座高 硫化氫氧化塔強度校 基礎設計條 內(nèi)件及偏心載荷參 塔器附件及基礎參 裙座參 地腳螺栓及地腳螺栓 厚 風載及載 組合應力校 地腳螺栓及地腳螺栓座校 接頭校 主要尺寸設計及總體參 上封頭校 下封頭校 內(nèi)壓圓筒校 開孔強計 第四章Bunsen反應 Bunsen反應器設計條 反應器計算結 Bunsen反應器強度校 第一章計1.1應器型型 適用的反 優(yōu)缺管 氣相；液 返混小，所需反應器容積較小，比傳熱 釜 固 濃度容易控制，產(chǎn)品質(zhì)量均一，但高轉(zhuǎn)化填料 氣液反

固定 氣-固（催化或非 流化 化）相；特別是催 數(shù)大；粒子輸送容易，但磨耗大；床內(nèi)返劑失活很快的反 大，對高轉(zhuǎn)化率不利，操作條件限制較

Bunsen反應列管式反應器。下面對其設備碘化氫分解反應精餾塔和硫化氫氧化填料塔進行了選型，并對其設計過程進行了詳細的說明；對于Bunsen反應器選型碘化氫分解反應碘化氫在氣相液相均發(fā)生分解反應，M.Roth等當液相中的碘化氫濃度Bunsen板式塔的塔盤種類和板式塔的塔板種類各種塔盤的性能比較種主要塔板的性能比較列表如表2.1，主要塔板性能的量化比較如表2.2。2.1幾種主要塔板的性能塔塔盤類 優(yōu) 缺 適用場泡罩 較成熟、操作穩(wěn)

浮閥 效率高、操作范寬浮閥 效率高、操作范寬篩 結構簡單、造舌型 結構簡單、塔板低

表2.2主要塔板性能的量化比較5393反應動力學碘化氫分解反 2HI???2+??[??2]=??[????]2? [??][?? ??[??2]= 1

=k[HI]2? [??][??2 ??=??exp(?exp(????1=

文獻<DevelopmentofEfficientFlowsheetandTransientModelingforNuclearHeatCoupledSulfurIodineCycleforHydrogenProduction>給出2.3力學正反應指前因子正反應指前因子 正反應活化能 逆反應指前因子 1.596×107逆反應指前因子 1.596×107反應精餾塔參數(shù)設計反應精餾塔設計進料摩爾組成????,????=0.1????,??2??=0.51????,??2=塔頂組成????,??2=0.038????,??2??=0.886????,??2=塔釜組成????,??2=0.475????,??2??=表2.4流股數(shù)據(jù)TemperaturePressureVapor10010MoleFlowMassFlowVolumeFlow -----MoleFlow反應操作條件line（SCLs

????+1 ????+1

???? ????+1 ????+1????,??,??=????,??,??=式中，????=[(??1????+1)???????1]??????= ????=(??1??????+1)???????1=??1—塔頂回流比??1 ???1由于????????=0，則?????? ??1

= ??????

3.1反應2HI=??2??2反應精餾塔的持F=B+D?F??????=B??????+D???????式中計量系數(shù)????????=解得反應深度????????=413.5????????/?B=41499.7kmol/h0.8????????≤????+????+????≤碘化氫反應動力學方程式r=k[HI]2??=1011exp

108=1.596×107exp(? 精餾段兩板間濃度變化取??3???3= (提餾段兩板間濃度變化取??3???3= (????=????×??×????=4×4.98×106∫??2????×????=4×4.98×106×3.54×10?3÷=????=(?????=3×4.98×106∫??2????×????=3×4.98×106×2.41×10?3÷=????=??×????=4.98×106 ??2????×????=4.98×106×2.41×10?3÷3×????=則有330.8≤300.8????+293.8????≤可取????=0.06??3????=反應精餾塔的反應精餾塔基本性質(zhì)參數(shù)

??????=??????=??????==??????+??????==??????+??????=

??????=??????=??????==??????+??????==??????+??????= =????????= =????????=

????=????=????==????+????=2188.2????/??3=????+????=3248.5????/??3????=????=????=

=塔徑的計算

=????+????=37.78????/??

=??1??????=

= 取塔板間距????= 板上液層高度???= ????????=

X=?????√??????= ??20=??????C=??20(20 =最大允許氣速 =???????????????= u=0.7????=塔徑D= =1.83m圓整至同上?????= ?????=取塔板間距????= 板上液層高度???= ????????=

X=?????√??????= ??20=??????C=??20(20 =最大允許氣速 =???????????????= u=0.7????=塔徑D=√ =1.59m圓整至反應精餾塔的塔板間距????=0.50m塔頂空間高度????=2????=進料板高度取????=塔底空間高度????=?1 ? 封?1 =塔底頁面至最下層塔板間距取?2=則????=0.551.5=H=(N?1?1)????+????+????+????=(8?1?1)×0.50+1.0+1.2+=反應精餾塔的反應停留時間精餾段氣體流量

=??1??????=液體流量

=??1??????= ??????

4

?????????）= ×0.5?

= =3600????????=3600×4×0.06= 提餾段氣相體積流量?????=液相體積流量?????= ??????

4

?????????）= ×0.5?

= =3600????????=3600×4×0.08=溢流裝

以下幾種形式：U型流、單溢流、雙溢流、多溢流。弓形降液管尺寸對于堰長lDlw= 以保證液體在降液管中有較長的停留時間。精餾段可取lw=0.6Dlw=D因此可查得精餾段????0.055，????0.1；提餾段????0.09，????0.15

????

??4

4

2=

精餾段????=0.055????=0.17??2，提餾段????=0.09????=精餾段????=0.1??=0.2??，提餾段????=0.15??=出，一般要求3～5s，而對于高壓下操作的塔以及易起泡的物系，停精餾段AfHTAf

τ=

=

=6.65??≥

τ=

=6.88??≥由于停留時間3s，故降液管尺寸設溢流堰尺寸精餾段????=0.6D=0.6×2.0=提餾段????=0.7D=0.7×2.0=精餾段

46.04)32== ??(

×1× 提餾段 =

?

= ??(

×1× 精餾段???=?????????=0.06?0.032=提餾段???=?????????=0.08?0.040=取降液管低隙處液體流速??????=精餾段???= =46.04/3600= 提餾段???= =73.3/3600= 反應精餾塔板流體力學驗算塔板壓???=???+???+由于篩孔氣速??0=0.68??/??，通過查干板流量系數(shù)圖可知??0=??

=0 0

6.34???0.0510)=0.051 )=0.0169??液

0.4h??=??(???????)0.4×(0.0320.028)0.024??液柱???=???+???=0.01690.036=0.0529???P=?????????=0.0529×2188.2×9.81=溢流液泛為防止降液管液泛現(xiàn)象發(fā)生，需控制降液管內(nèi)液層高度????<??(??????)，?=

????)2=

)2= ????=???+?????+???+???=0.028+0.032+0.0529+0.00958=取降液管 層相對密度為0.5，則有：??′=??(????+???)=(0.5+0.028)=HdHd液體在降液管內(nèi)的停留時間 τ= = =6.65??≥

液沫夾帶量1.36????+??

??F

???????????????????

3600+=

3600)√2188.2?

=其中有????=???????=2.0?0.2= ????=?????2????=3.14?AA2A3.801-20.456 3.4應控制泛點率不超過80%，故可知霧沫夾帶能夠滿足要求。嚴重漏液0 =0 動能因數(shù)：??0=??0√????=6.34×√10.9621>5塔板負荷性??????=4.4??0√0.0056+0.13???????????/????=4.4×0.78√0.0056+0.13×0.014?=氣相負荷上限線塔，取泛點率F1=0.8，則：VLVVLVs

sKCF1.36×1.8×??+?? 0.8 ??2188.2?整理變形，得：????=4.23液相負荷下限線2?????

??

2

=(0.00284×1)3600=液相負荷上限線取3s作為液體在降液管中停留時間的下限，則（??） =????????=0.5×0.17= Hdhwhowhfh公式求得液泛線方程。????=??(????+???)=0.5×(0.5+0.028)=2 ??? ?????=1000??(??)=???=???+2h??=??(???+?????)=0.0128+ ??0 ???=0.051(??)(??)= ?=

????)2=

= 2聯(lián)立上式可得：????2=42.1111047????2?反應精餾塔機械工程設計塔板結構塔徑在2.5m以下，邊緣寬度取溢流堰前安定區(qū)寬度W取0.08m，堰后安定區(qū)寬度W'取 根據(jù)之前計算可知，降液管寬度為Wd=0.2m和則t=0.015m；n計算公式n=1.155????=1.155×2.8=式中，開孔區(qū)面積????=（9）開孔率φ=0.907（

2=0.907×（

2=）塔設備附

封525mm，4.4930??2料性能，選取 loyC-276作為塔體和封頭的材料接=d=

=實際流速u

==d=

=實際流速u

=0.30??/??=d=

=實際流速u

=1.87??/??=d=

=實際流速u

=裙裙座材料選用HasloyC-276焊接長度：l=2????=裙座筒體上端面至塔釜橢圓封頭切線距離D=2000，壁厚????10????時，h=80mm選用圓筒形群座，裙座高度H=21.5??=2排氣管和引出管道塔內(nèi)溫度176℃，故設置保溫層，保溫50mm300kg/m3。徑管規(guī)格400mm。地腳螺栓20個。螺栓規(guī)格為M30，材料為16Mn?；A環(huán)的厚度為18mm。除沫板1名義厚度88腐蝕裕量1111度徑1120吊反應精餾塔機械強度校核312345812345000B7度值3℃182管內(nèi)徑（或?qū)挾日?有取用厚度許用內(nèi)壓881段圓88名義厚度取用厚度88操作質(zhì)量m0m01m02m03m04m05ma最小質(zhì)量m0m010.2m02m03m04ma32風彎矩MIIPl/2 (l /2) (l /2) nMca(IMII2T)2Ym(hhh kn橫風向彎矩Mca(II)MII(2/T)2 m(hh)(h T kk順風向彎矩 順風向彎矩 組合風彎矩 max(MII,(MII)2(MII)2 n彎矩MIIF(hh注:計及高振型時,此項按B.24 k偏心彎矩Meme max(MIIM,MII0.25MIIM 需橫風向計算時 max(MIIM,MII0.25MIIM nFmhF00/mh(i1,2,..,n ii k垂直 k0000011PcDi/ (mIIgFII)/D i 4MII/ i (mIIgFII)/D i31PTDi/ mIIg/D i 4(0.3MIIM)/ iBA1123(內(nèi)壓23(外壓A223(內(nèi)壓123(外壓A312A42(pT9.81Hw)(Diei)/1:ij中i和ji=1j=1設計壓力或試驗壓力下引起的軸向應力（拉i=2檢修工況j=2重力及垂 j=3彎矩引起的軸向應力（拉或壓注2: 注3:單位如下質(zhì)量:kg力:N彎矩:Nmm應力(D4D4Zb (D2D2Ab b2,MC l2 x y M00/Z(mgF00)/bmaxmax0 中大0.3M0M)/Z g/ 應力M00Mmg w ME0.25MwMem0g 地腳螺栓需要的螺紋小徑d4BAb 0nF 1G 3Fl 213 蓋板最大應 4(l2d3)c(l4d2)蓋板校核結果itit4MJ mJJgFJmax D Dit it-80直立容器的操作m0m01m02m03m04m05ma直立容器的最小mminm010.2m02m03m04ma直立容器的最大mmaxm01m02m03m04mamw空塔重心至基礎環(huán)板底截面距直立容器自振周s風載對直立容器總的橫推力N載荷對直立容器總的橫推力N操作工況下容器頂部最大撓橫風向塔頂振幅0容器偏心質(zhì)量計入直立容器的操作質(zhì)量、最小質(zhì)量、最大質(zhì)量上封頭校核計硫離團計算所依據(jù)的標橢圓計算壓力設計溫度內(nèi)徑曲面深度S30403(板材設計溫度許用力試驗溫度許用力負偏差腐蝕裕量焊接接頭系數(shù)壓力試驗時應力壓力試驗壓力pT=1.25p[]=1.5426(或由用戶輸入壓力試驗允許通應力pT.(KDi0.5eh 2eh 1 D2622i i Kpc=2[]t0.5pcheh=nh-C1-2[]t[pw]=KDi0.5eh計算壓力設計溫度內(nèi)徑曲面深度力力負偏差腐蝕裕量焊接接頭系數(shù)pT=1.25p[]=1.5426(或由用戶輸入應力pT.(KDi0.5eh 2eh 1 D2622i i Kpc=2[]t0.5pcheh=nh-C1-2[]t[pw]=KDi0.5eh計算壓力設計溫度內(nèi)徑負偏差腐蝕裕量焊接接頭系數(shù)pc=2[]tPce=n-C1-pT=1.25p[]=1.5426(或由用戶輸入[的應力水平T=pT.(Die)2e2e[]t[pw]=(Die)pc(Die 接管計算壓力0℃頭系數(shù)殼體內(nèi)直徑度8殼體厚度負偏差殼體腐蝕裕量1010接管厚度負偏差1補強圈厚度負偏差補強圈許用應力1殼體計算厚度接管計算厚度數(shù)frr0開孔補強計算直徑補強區(qū)有效寬度接管有效內(nèi)伸長度強面積A殼體多余金屬面積補強區(qū)內(nèi)的焊縫面積，大于補強圈面積A-第三章硫化氫氧化塔的反應器選型濃硫酸氧化硫化氫反應特點氣氣相氣面液相0填料塔的具體3.1常用填料的分類與名填料類填料類 填料名

環(huán) 拉西環(huán) 拉西環(huán)，環(huán) 環(huán)，內(nèi)螺旋開孔環(huán) 鮑爾環(huán)，改進型鮑爾環(huán)，階梯鞍開孔環(huán) 鮑爾環(huán)，改進型鮑爾環(huán)，階梯環(huán)鞍環(huán)鞍 金屬環(huán)矩鞍形，金屬雙弧形，納特Glitsch規(guī)格反應動力學??2????2????4→??????2+2??2??+????2→3??+通過查閱文獻<KineticsandMechanismofOxidationofHydrogenSulfidebyConcentratedSulfuricAcid>得知????2??=反應速率常數(shù) =????????(?????)，其中A= ??= 硫化氫氧化塔參數(shù)設計硫化氫氧化塔設計表3.2硫化氫氧化流股數(shù)據(jù)表TemperaturePressureVaporMoleFlowMassFlowVolumeFlow --MassFlowMass4474471349539537807803.3.2硫化氫氧化 Y=(??1+??2??3+??3??2+??4???1+??5??2+??6???2+??7??3+??8??2+??9??2+??1=??2=??3=??4=??5=??6=??7=??8=??9=??10=）橫坐標X=????,??（???? ） 縱坐標Y= ????液相進料質(zhì)量流量????,??=????,??=液相密度????=??=??液相黏度????=1.4mpa??液體密度校正系數(shù)?? =1000= 氣相密度??=????=2.51×10?3×1.013×105=則X=

由?？颂?Eckert)通用關聯(lián)圖泛點線回歸數(shù)學公式得到Y0.399，從而解得泛點氣速????=7.84m/s空塔氣速u=0.7????=氣相動能因子??與氣相負荷因子??=??√????= ????=??√??? = 塔徑計算

=√核算??=

=36.84>8核算實際空塔氣 u=4????,??=4×7.82= ??=5.08=0.650.50.85 75mm(????)??????=0.08??3/(??填料總比表面積????=最小噴淋密度????????=(????)??????×??=0.08×131=10.48??3/(??2噴淋密度U=4????,??= =18291> 硫化氫氧化塔填料段?? ????×?????????)=??(???)( (???)(

=(??? 得到Z

??∫

??

)4)Z操作壓力P=????????濃硫酸氧化硫化氫反應的動力學反應式?????=反應速率常數(shù) =????????(?????)，其中A= ??=則????=

由下式和總比表面積????預測潤濕比表面積????，????值可作為動力學反應式?? ??=1?exp[?1.45

??

( ????

??

??密度????=1700????/??3黏度????=1.4×10?3?????總比表面積????=131??2/??3液相質(zhì)量流率L = 解得????=則?????=??????????=1.58×10?6×88.05×????=氣相進料硫化氫分壓????1=??????2??=101300×0.53=氣相出料硫化氫分壓????1=??????2??=101300×1.57×10?4=Z=??

=2=

5

= ??2(?????)(4 硫化氫氧化塔填料段壓壓降填料因子??=Y=

橫坐標X=0.039，查?？颂赝ㄓ藐P聯(lián)圖壓力降?P=2000×2.52=硫化氫氧化塔持于75%極限負荷時，其持液量為3~5%。5%，H=5????2??=53.14×1.42×2.52= 硫化氫氧化塔反應停留時間液體體積流量：L=????,?? = 液體停留時間：t=??=0.19= 氣體體積流量：V= 填

氣體停留時間：t =

=塔的總體高

塔的頂部空間高度頂出口氣體中夾帶的液體量，頂部空間一般取1.2~1.5m，本項目取1.2m。塔的底部空間高度但對釜液流量大的塔，停留時間一般也取3~5分鐘。塔底空間高度????=?1+?2=1.081.5=4(????.???? ? 封頭= 塔底液面至最下層塔板間距取?2=則塔體總高度為H=????+????+????=2.52+1.22.58=硫化氫氧化塔附件設計液體分布氣體通過的自由截面積小于填料層頂部150-200mm，本填料塔取150mm。填料支承柵板尺寸350mm，為增加柵板的剛度，須加設上下連接板，支撐圈還需用支內(nèi)徑1272mm，厚度8mm。柵條強度校核????=9.8??????????=9.8×2.52×1.78×0.0075×502=????=3.43??????????=3.43×2.52×1.78×0.0075×1700=P=????+????=簡支梁的彎矩：M=????=361.7×1.78=107.3??? W (?????)(????)2 (0.01?0.002)(0.00307?0.002)2= σ=??=1.43×10?6=75??????≤強度滿足條件[??]=填料壓于0.7，采用柵條壓板，柵板外直徑1380mm，柵條高度×厚度=60×10mm，

×1.382=4接液體進料體積流量 =6.8×10?3??3/??，取流速??=氣相進料體積流量

=

= 圓整至公稱直徑DN=D=4????,??=√4×7.82= 圓整取公稱直徑DN=封351.4kg裙座高出料管中心線的高度U和出料管中心線至基礎環(huán)的高度V兩部分組成。裙座上的人孔通常為長圓形，其尺寸為600*1500mm，以方便進出。硫化氫氧化塔強度校核基礎設計容器分段數(shù)（不包括裙座1名義厚度77腐蝕裕量221度度106量120內(nèi)件及偏心載荷1234500001234512345塔器附件及基礎B7設 大值2裙座參℃071地腳螺栓及地腳螺0有厚取用厚度771段圓6677名義厚度取用厚度77風載 載操作質(zhì)量m0m01m02m03m04m05ma最小質(zhì)量m0m010.2m02m03m04ma風彎矩MIIPl/2 (l /2) (l /2) nMca(I)MII(2/T)2Ym(hh)(h knMca(II)MII(2/T)2 m(hh)(h T kk順風向彎矩 順風向彎矩 組合風彎矩 max(MII,(MII)2(MII)2 n彎矩MIIF(hh注:計及高振型時,此項按B.24 k偏心彎矩Meme max(MIIM,MII0.25MIIM 需橫風向計算時 max(MIIM,MII0.25MIIM nFmhF00/mh(i1,2,..,n ii k垂直 k0000011PcDi/ (mIIgFII)/D i 4MII/ i (mIIgFII)/D i31PTDi/ mIIg/D i 4(0.3MIIM)/ iB組合應力A1123(內(nèi)壓23(外壓A223(內(nèi)壓123(外壓A312A42(pT9.81Hw)(Diei)/注ij中i和ji=1j=1設計壓力或試驗壓力下引起的軸向應力（拉i=2檢修工況j=2重力及垂 j=3彎矩引起的軸向應力（拉或壓注2 注3:單位如下質(zhì)量:kg力:N彎矩:Nmm應力地腳螺栓及地腳螺栓座校核基礎環(huán)板抗彎斷面模 (D4D4Zb (D2D2Ab b2,MC l2 x y M00/Z(mgF00)/bmaxmax0 中大0.3M0M)/Z g/ 力M00Mmg w - BME0.25MwMem0g 地腳螺栓需要的螺紋小徑d 4BAb 筋板壓應力 nl1G'蓋板最大應力 4(l'd)2(l'd) 蓋板校核結果接頭校對接接頭橫截面Dit對接接頭抗彎斷面模數(shù)D2/it4MJ mJJgFJmax D Dit it主要尺寸設計及總體7直立殼體和裙座質(zhì)0保溫層質(zhì)平臺及扶梯質(zhì)操作時物料質(zhì)試驗時液體吊裝時空塔質(zhì)直立容器的操作m0m01m02m03m04m05ma直立容器的最小mminm010.2m02m03m04ma直立容器的最大mmaxm01m02m03m04mamw空塔重心至基礎環(huán)板底截面距直立容器自振周s風載對直立容器總的橫推力N載荷對直立容器總的橫推力N操作工況下容器頂部最大撓容器偏心質(zhì)量計入直立容器的操作質(zhì)量、最小質(zhì)量、最大質(zhì)量上封頭上封頭校核計硫離團計算所依據(jù)的標橢圓計算壓力設計溫度外徑曲面深度S31603(板材設計溫度許用應試驗溫度許用應鋼板負偏差腐蝕裕量焊接接頭系數(shù)pT=1.25p[]=0.1515(或由用戶輸入的應力T=pT.(KDo(2K0.5)eh)K=1 D222 nh6 2(honh) 2[]t2Keh=nh-C1-2[]t[Pw]=KDo2K0.5eh下封頭計算壓力設計溫度外徑曲面深度力力鋼板負偏差腐蝕裕量焊接接頭系數(shù)pT=1.25p[]=0.2281(或由用戶輸入過的應力T=pT.(KDo(2K0.5)eh)K=1 D222 nh6 2(honh) 2[]t2Keh=nh-C1-2[]t[Pw]=KDo2K0.5eh內(nèi)壓圓筒計算壓力設計溫度外徑鋼板負偏差腐蝕裕量焊接接頭系數(shù)pc=2[]tPce=n-C1-pT=1.25p[]=0.2281(或由用戶輸入[的應力水平T=pT.(Doe)[p (Doep(Dt=c2 e開孔強接管計算方法GB150.3-2011等面積補強法， 計算壓力0℃系數(shù)殼體內(nèi)直徑6殼體厚度負偏差0殼體腐蝕裕量2殼體材料許用應力012接管厚度負偏差1接管材料許用應力補強圈許用應力1殼體計算厚度接管計算厚度0 1開孔補強計算直徑補強區(qū)有效寬度接管有效外伸長度面積A接管多余金屬面積積A3 2補強圈面積A-結論:合格第四章Bunsen反應Bunsen反應器設計條件表4.1流股數(shù)據(jù)aspen模擬結果表反應器流股數(shù)據(jù)表TemperaturePressure11VaporMoleFlowMassFlowVolumeFlow --MassFlowS1919969688Bunsen反Bunsen反應器流股數(shù)據(jù)表S772252352390901411412020101018187272Mol