氯乙烯脫水工藝的設(shè)備計算過程案例目錄TOC\o"1-3"\h\u20233氯乙烯脫水工藝的設(shè)備計算過程案例 1175161.1精餾塔T01設(shè)計計算 1277291.1.1精餾塔T01塔高計算 125951.1.2精餾塔T01塔板設(shè)計要求的計算 4100111.2換熱器主要工藝尺寸的計算 820761.3吸附反應(yīng)器主要工藝尺寸的計算 9112131.1.1吸附反應(yīng)器R01的設(shè)計依據(jù) 9249061.1.2設(shè)計過程 9166611.4氯乙烯脫水工藝設(shè)備條件一覽表 13151381.5設(shè)計圖紙 13292181.5.1帶控制點的工藝流程圖見圖3-8 14187791.5.2車間平立面圖見圖3-9、圖3-10 15194401.5.2設(shè)備裝配圖見圖3-11 17298551.5.2廠區(qū)布置圖見圖3-12 181.1精餾塔T01設(shè)計計算氯乙烯脫水工藝設(shè)計塔設(shè)備只選用了一種，氯乙烯脫水工藝中精餾塔T01通過閃蒸實現(xiàn)了二次分離氯乙烯和水的作用。精餾塔T01選型為板式塔，因氯乙烯和水的工藝要求，所以精餾塔T01內(nèi)塔板采用浮閥板。設(shè)計精餾塔T01主要利用aspen軟件模擬和化工原理理論知識對塔內(nèi)塔板參數(shù)等進行計算。1.1.1精餾塔T01塔高計算圖3-1精餾塔T01塔高AsepnPlus模擬結(jié)果圖精餾塔T01采用熱力學NRTL方程精餾塔T01理論塔板數(shù)有13塊，其中吸附塔T01冷凝器和再沸器各占1塊，故吸附塔塔板數(shù)有11塊，氯乙烯和水混合物進料位置位于吸附塔T01中間塔板。全塔效率ET==0.173通過模擬軟件結(jié)果可以取吸附塔T01的理論塔板數(shù)為NT=11塊故吸附塔T01的實際塔板數(shù)：通過aspenplus模擬可以知道精餾塔T01塔內(nèi)氣液相流率分別是：精餾塔T01塔內(nèi)氣相的流量Vs為1.47立方米/秒精餾塔T01塔內(nèi)液相的流量Ls為0.005立方米/秒精餾塔T01塔內(nèi)塔的氣液相密度根據(jù)模擬結(jié)果可知：精餾塔T01塔內(nèi)氣相的密度為ρv=15407.8÷5305=2.9（千克/立方米）精餾塔T01塔內(nèi)液相的密度為ρL=10100÷17.256=585（千克/立方米）根據(jù)化工原料內(nèi)U=（安全系數(shù)）×umax的公式計算已知=查化工史密關(guān)聯(lián)圖，估算出c的值圖3-2化工原理史密斯關(guān)聯(lián)圖見圖可知化工原理史密斯關(guān)聯(lián)圖的橫坐標的數(shù)值是=(0.005/1.47)×(585/2.9)0.5=0.048圖3-3塔板間距離AsepnPlus模擬圖精餾塔T01的設(shè)計板間距離設(shè)置為0.40m；精餾塔T01的設(shè)計板上液高度設(shè)置為0.06m；計算出：-=0.40-0.05=0.34m根據(jù)圖表可以看出=0.06設(shè)計過程中選用安全系數(shù)0.6,依據(jù)化工原理專業(yè)公式計算出精餾塔T01的空塔氣速為u=0.6=1.1m3/s精餾塔T01的塔距計算得D=根據(jù)精餾塔T01條件標準，D=1。4m作為吸附塔T01的圓整的塔徑.精餾塔T01的塔截面積經(jīng)過計算得出精餾塔T01內(nèi)實際的空塔氣速經(jīng)計算得出u精餾塔T01的塔高經(jīng)計算得H=0.4×63=25.2m1.1.2精餾塔T01塔板設(shè)計要求的計算1.1.2.1T01的溢流裝置根據(jù)模擬軟件結(jié)果、化工原理專業(yè)知識計算出吸附塔T01的塔徑D為1.4m,所以氯乙烯脫水工藝中精餾塔T01采用受液盤為凹形、T01的降液管采用單溢流弓形。其各項標準計算如下：（1）T01的堰長計算結(jié)果圖3-4精餾塔T01的堰長AsepnPlus條件標準圖選用T01的堰長=0.7D，經(jīng)計算得出=0.7×1.4=0.98m（2）T01的溢流堰高度計算結(jié)果圖3-5精餾塔T01的堰高AsepnPlus條件標準圖=T01的選用平直堰，故計算平直堰的堰上液高度為假設(shè)其中Lh值為0.003m那么E的確定值計算如下：假設(shè)E=1進行驗證計算得出：假設(shè)精餾塔T01內(nèi)塔板上清液層高度為60mm，計算得：=-=0.06-0.014=0.046m（3）T01的弓形降液管寬度與吸附塔T01的弓形降液管面積計算：=0.07根據(jù)公式計算得=0.07×1.14×(1.4/2)2=0.108m3=0.12×1.4=0.168m2因計算存在誤差，所以必須驗算氯乙烯單體在降液管所停留的時間：=氯乙烯單體得停留時間為14.4s，故T01內(nèi)得降液管設(shè)計合理，符合氯乙烯脫水工藝標準。（4）T01內(nèi)降液管底隙高度計算流程如下：圖3-6降液管底隙高度AsepnPlus模擬圖T01內(nèi)降液管底隙的液體流出速度經(jīng)計算的出=0.3s經(jīng)過核算，精餾塔T01內(nèi)降液管底隙高度設(shè)計合理符合氯乙烯脫水工藝要求。1.1.2.2T01內(nèi)塔板布置設(shè)計計算（1）脫水工藝T01內(nèi)塔板的分塊因為直徑D大于等于0.6m,所以吸附塔T01內(nèi)塔板采用分塊法計算。所以將吸附塔T01內(nèi)塔板計算條件設(shè)為3塊塔板。T01內(nèi)邊緣區(qū)高度的確定計算如下：T01內(nèi)安定區(qū)的高度假設(shè)為0.06m那么經(jīng)計算得出（2）T01內(nèi)開孔區(qū)面積設(shè)計計算取T01內(nèi)邊緣區(qū)寬度為=0.06m，并且設(shè)精餾塔T01內(nèi)破珠寬度為0.10m；計算出T01內(nèi)塔板上鼓泡區(qū)的面積：（3）T01內(nèi)塔板篩孔的計算及其排列氯乙烯脫水工藝所需化合物具有腐蝕性，故選擇使用耐腐蝕性強的碳鋼板，去篩孔直徑。圖3-7吸附塔T01塔板篩孔條件圖T01的篩孔依照規(guī)定要求打孔，設(shè)計吸附塔T01篩孔計算選用t：T01的篩孔數(shù)量n計算：T01的篩孔開孔率計算：T01的篩孔氣速計算：1.2換熱器主要工藝尺寸的計算預(yù)冷器E01熱負荷:Q=0.0895Gcal/hr通過預(yù)冷器E01流體體積流量：V=7379m3/h=2.05m3/s對數(shù)平均溫差：冷凍水進口溫度設(shè)定為攝氏溫度5度冷凍水進口溫度設(shè)定為攝氏溫度12度氯乙烯單體進口溫度設(shè)定為攝氏溫度40度氯乙烯單體出口溫度設(shè)定為攝氏溫度12度換熱器換熱面積計算管程數(shù)計算：殼程里走冷卻水，管程走流體物料根據(jù)模擬，物料用量q為q=15523kg/h在40℃，1bar下，換熱器內(nèi)物料密度ρ為2.1kg/m3計算得換熱器E01內(nèi)蒸汽的體積流量V數(shù)值：假設(shè)換熱器E01管內(nèi)氣相流體速度7m/s左右根據(jù)上述要求換熱器E01的鋼管選為100/2.5的標準則根據(jù)計算得出換熱器E01列管總長：所以換熱器E01的列管數(shù)目計算：故氯乙烯脫水工藝中換熱器E01的列管管程設(shè)定為1管程。1.3吸附反應(yīng)器主要工藝尺寸的計算1.1.1吸附反應(yīng)器R01的設(shè)計依據(jù)吸附反應(yīng)器R01體積的計算公式選用：Vr=Q0×τ公式Vr代表著吸附反應(yīng)器R01內(nèi)的有效容量體積；Q0代表吸附反應(yīng)器R01的進出口液體的體積流量；τ代表空時，也就是氯乙烯單體物料在吸附反應(yīng)器R01釜內(nèi)的平均停留時間。吸附反應(yīng)器R01的出口物料根據(jù)模擬結(jié)果可知質(zhì)量流量25508千克/小時吸附反應(yīng)器R01內(nèi)氯乙烯單體停留時間τ為0.02小時1.1.2設(shè)計過程根據(jù)國家規(guī)定的化工設(shè)備出口產(chǎn)品條件要求，氯乙烯脫水工藝設(shè)計選取數(shù)值的中間值，所以經(jīng)吸附反應(yīng)器R01后的氯乙烯單體物料的密度為ρ=6千克/立方米吸附反應(yīng)器R01出口液體的體積流量計算Q0=G/ρ=25508/6=4253立方米/小時吸附反應(yīng)器R01內(nèi)的有效體積計算Vr=Q0×τ=4253×0.02=85立方米計算吸附反應(yīng)器R01內(nèi)容積，首先考慮氯乙烯單體在在容器內(nèi)充滿的比例參數(shù)，也就是吸附反應(yīng)器R01的物料裝填系數(shù)，根據(jù)經(jīng)驗要求通常0.85經(jīng)計算得出吸附反應(yīng)器R01的實際體積為VR=Vr/θ=85/0.85=100立方米吸附反應(yīng)器R01選用標準的橢圓封頭，經(jīng)計算得出吸附反應(yīng)器R01封頭的體積；所以吸附反應(yīng)器R01釜體內(nèi)直邊高度為h橢圓封頭=D/4h；吸附反應(yīng)器R01釜體的總高度設(shè)定為H：計算出吸附反應(yīng)器R01的總高度為H=h+2×h封=h+D/2=1.5D根據(jù)經(jīng)驗選用吸附反應(yīng)器R01的H/D為1.5，所以存在h=D根據(jù)設(shè)計氯乙烯脫水工藝設(shè)備要求取D為4.6m所以計算吸附反應(yīng)器R01釜體的直邊高度是:則計算吸附反應(yīng)器R01釜體的實際高度為：吸附反應(yīng)器R01筒體選取鋼板卷制；吸附反應(yīng)器R01的容器公稱直徑按要求選取。吸附反應(yīng)器R01的直徑4.6m；故吸附反應(yīng)器R01的高度取為4.8m；根據(jù)《化工設(shè)備標準手冊》內(nèi)吸附反應(yīng)器條件，吸附反應(yīng)器R01的封頭采用橢圓形（其圓弧要求在下方計算），根據(jù)經(jīng)驗標準封頭直徑估算采用4.6m，吸附反應(yīng)器R01封頭高度分別估算采用0.9m和0.5m。吸附反應(yīng)器R01內(nèi)壓圓筒的壁厚設(shè)計結(jié)果吸附反應(yīng)器R01內(nèi)壓圓筒初步設(shè)計條件:吸附反應(yīng)器R01設(shè)計壓力采用Pc為0.1兆帕吸附反應(yīng)器R01計溫度采用攝氏溫度40度吸附反應(yīng)器R01筒體內(nèi)徑采用Di為4.6米吸附反應(yīng)器R01腐蝕裕量采用C2為1.5吸附反應(yīng)器R01焊縫系數(shù)采用Φ為1吸附反應(yīng)器R01筒體材料采用16MnR吸附反應(yīng)器R01設(shè)計計算過程：按照氯乙烯單體脫水工藝設(shè)計要求和化工設(shè)備標準，得出在16MnR在設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力為吸附反應(yīng)器R01的壁厚計算：吸附反應(yīng)器R01設(shè)計壁厚計算結(jié)果：取吸附塔筒體所用鋼板的負值偏差為0.8mm吸附反應(yīng)器R01名義壁厚計算結(jié)果：圓整后取吸附反應(yīng)器R01的名義壁厚為Sn=4.3mm重復(fù)計算Sn=4.3mm，并沒有任何變化所以吸附反應(yīng)器R01的筒體名義壁厚采用Sn=4.3mm最為合適吸附反應(yīng)器R01設(shè)計橢圓封頭壁厚的過程：已知設(shè)計條件如下:吸附反應(yīng)器R01的設(shè)計壓力采用Pc=0.1MPa吸附反應(yīng)器R01的設(shè)計溫度采用攝氏溫度40度吸附反應(yīng)器R01筒體的內(nèi)徑采用4.6m吸附反應(yīng)器R01的腐蝕裕量采用C2=1.5吸附反應(yīng)器R01焊縫系數(shù)采用Φ=1.0吸附反應(yīng)器R01筒體材料采用16MnR吸附反應(yīng)器R01曲面深度采用hi=900mm吸附反應(yīng)器R01筒體材料采用16MnR按標準橢圓封頭設(shè)計計算：通過《化工容器及設(shè)備簡明設(shè)計手冊》可知許用應(yīng)力為所以吸附反應(yīng)器R01的壁厚計算得：吸附反應(yīng)器R01得設(shè)計壁厚計算得：根據(jù)吸附反應(yīng)器R01所需鋼板厚度得負值偏差要求，采用材質(zhì)負值偏差為0.8毫米。吸附反應(yīng)器R01名義壁厚計算得：吸附反應(yīng)器R01名義壁厚圓整結(jié)果Sn為5.3毫米。吸附反應(yīng)器R01有效壁厚計算結(jié)果為3毫米Se大于0.05%Di經(jīng)計算得出吸附反應(yīng)器R01得標準橢圓封頭名義壁厚采用3毫米符合氯乙烯脫水工藝設(shè)備要求。1.4氯乙烯脫水工藝設(shè)備條件一覽表氯乙烯脫水工藝設(shè)備條件一覽表4-1。表3-1氯乙烯脫水工藝設(shè)備條件一覽表設(shè)備序號設(shè)備位號設(shè)備名稱設(shè)備數(shù)量操作溫度單位℃操作壓