環(huán)氧丙烷的生產(chǎn)設(shè)備設(shè)計(jì)或選型分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u24565環(huán)氧丙烷的生產(chǎn)設(shè)備設(shè)計(jì)或選型分析案例 1123901.1反應(yīng)器設(shè)計(jì) 2321551.1.1反應(yīng)器類型選擇 25911.1.2反應(yīng)原理 2305671.1.3反應(yīng)條件及設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) 2301971.1.4反應(yīng)器容積計(jì)算 3272561.1.5罐體設(shè)計(jì) 3244121.1.6反應(yīng)器筒體設(shè)計(jì) 4247321.1.7反應(yīng)器封頭設(shè)計(jì) 5306001.1.8反應(yīng)器夾套設(shè)計(jì) 5295501.1.9反應(yīng)器高度計(jì)算 6193721.1.10反應(yīng)釜的攪拌裝置 7300331.1.11反應(yīng)器接管設(shè)計(jì) 7242401.1.12反應(yīng)器結(jié)果匯總 7141691.2乙酸精餾塔T0201設(shè)計(jì) 8225281.2.1塔類型選擇 8315801.2.2塔T0201的介質(zhì)組成與選材 9127391.2.3水力學(xué)參數(shù)獲取 10234981.2.3塔徑的計(jì)算 11107381.2.4溢流裝置的設(shè)計(jì) 13325031.2.5塔板結(jié)構(gòu)與浮閥排 1553401.2.6浮閥塔板壓力降 16230361.2.7塔的尺寸及內(nèi)件結(jié)構(gòu)與尺寸 17258881.2.8塔體厚度計(jì)算 18100761.2.9接管的計(jì)算 1972031.2.10塔板負(fù)荷性能圖 2061541.2.11乙酸精餾塔T0201初步設(shè)計(jì)結(jié)果 24121721.3換熱器選型 26147381.3.1換熱器類型選擇 2649431.3.2EDR數(shù)據(jù)輸入 2688001.3.3EDR設(shè)計(jì)結(jié)果 26218271.3.4換熱器結(jié)構(gòu) 29157501.4泵選型 30241691.4.1選型過(guò)程 3065111.4.2泵P103的選型過(guò)程與結(jié)果 30202851.4.3泵的基礎(chǔ)信息 31310691.5混合器設(shè)計(jì) 33224821.6儲(chǔ)罐選型 33101501.7結(jié)晶器設(shè)計(jì) 34126771.7.1結(jié)晶器類型確定 34140891.7.2結(jié)晶器體積 34203591.7.3結(jié)晶器主要尺寸的計(jì)算 3550211.7.4結(jié)晶器的工藝參數(shù) 36175611.8干燥器選型 3620741.8.1干燥器幾何尺寸計(jì)算 3740041.8.2接管計(jì)算 37170431.7設(shè)備一覽表 381.1反應(yīng)器設(shè)計(jì)1.1.1反應(yīng)器類型選擇化學(xué)反應(yīng)器是將反應(yīng)物通過(guò)化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的催化劑裝置，是化工生產(chǎn)及相關(guān)工業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備。由于化學(xué)反應(yīng)種類繁多，機(jī)理各異，為了適應(yīng)不同反應(yīng)的需要，化學(xué)反應(yīng)器的類型和結(jié)構(gòu)也必然差異很大。乙酰水楊酸合成反應(yīng)屬于液-固催化反應(yīng)，年產(chǎn)量較少反應(yīng)器體積不大，故本工藝的反應(yīng)器選用釜式反應(yīng)器。其具有適用性大、操作彈性大、連續(xù)操作時(shí)溫度、濃度容易控制、產(chǎn)品質(zhì)量均一等優(yōu)點(diǎn)。1.1.2反應(yīng)原理以乙酸酐、水楊酸為原料，設(shè)計(jì)一個(gè)年產(chǎn)5000噸乙酰水楊酸的初步工藝設(shè)計(jì)?；瘜W(xué)反應(yīng)式如下：采用一水硫酸氫鈉催化法制取乙酰水楊酸的生產(chǎn)工藝過(guò)程分為：反應(yīng)工段（乙酸酐與水楊酸?；磻?yīng)合成）、重結(jié)晶工段（乙酰水楊酸的析出）、產(chǎn)品精制工段（乙酰水楊酸的精制）。1.1.3反應(yīng)條件及設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)（1）催化劑選擇傳統(tǒng)的乙酰水楊酸生產(chǎn)選用濃硫酸作為催化劑，但是濃硫酸的腐蝕強(qiáng)度大，且不易于回收，將會(huì)對(duì)環(huán)境造成極大的污染，故本項(xiàng)目使用一水硫酸氫鈉作為催化劑，該催化劑與濃硫酸相比，其轉(zhuǎn)化率較高，可達(dá)88.6%，并且可再生循環(huán)使用，符合我國(guó)對(duì)環(huán)境友好型產(chǎn)業(yè)的要求。(2)反應(yīng)條件及設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)反應(yīng)器R0101的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表6-1。表6-1反應(yīng)器R101設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)項(xiàng)目參數(shù)環(huán)氧丙烷年產(chǎn)量5000t年工作時(shí)間7000h反應(yīng)溫度75℃反應(yīng)壓力0.4MPa原料配比水楊酸：乙酸酐=1：1.35有催化劑轉(zhuǎn)化率88.6%1.1.4反應(yīng)器容積計(jì)算根據(jù)AspenPlus模擬結(jié)果得到反應(yīng)器R101質(zhì)量流量為1410kg/h，體積流量為1.26m3/h。反應(yīng)器R101設(shè)置2小時(shí)的進(jìn)料量，取裝料系數(shù)為0.8，則物料的裝填體積：V=所以有選用一臺(tái)容積為3.2m3的反應(yīng)釜，保證生產(chǎn)的需求。1.1.5罐體設(shè)計(jì)（1）罐體幾何尺寸設(shè)計(jì)反應(yīng)釜的容積為3.2m3得：V其中取Di=1.5m,計(jì)算得筒體的截面積A（2）封頭尺寸反應(yīng)器R101的封頭選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，封頭的內(nèi)徑與筒體的內(nèi)徑相同,有封頭的直邊高度h1=25mm封頭的容積：V（3）筒體高度反應(yīng)器筒體部分的容積V所以有筒體高度H1H圓整后筒體高度H11.1.6反應(yīng)器筒體設(shè)計(jì)（1）材料選擇反應(yīng)器R101中合成是在0.4MPa，75℃條件下進(jìn)行氧化反應(yīng)，反應(yīng)器的設(shè)計(jì)壓力為0.45MPa，設(shè)計(jì)壓力為85℃。所以反應(yīng)器的筒體材料選用Q345R，根據(jù)GB/T150.2-2011進(jìn)行選擇。計(jì)算時(shí)，腐蝕裕量C2=1.00mm；采取雙面焊對(duì)接接頭的焊接方式，100%無(wú)損探測(cè)，焊接系數(shù)為φ=0.85。（2）筒體厚度計(jì)算對(duì)于圓筒殼，計(jì)算壁厚公式如下：δ=本設(shè)計(jì)計(jì)算壓力Pc=1.1Pδ=根據(jù)GB713-2008，取鋼板厚度的負(fù)偏差C1=0.3mm，則名義壁厚δ故圓整后取名義壁厚為5.0mm。則有效壁厚δeD（3）水壓試驗(yàn)強(qiáng)度校核液壓試驗(yàn)公式如下：σ本設(shè)計(jì)試驗(yàn)壓力PT=1.25Pσ0.9?ReL=0.9×0.85×345=264MPa>故σT1.1.7反應(yīng)器封頭設(shè)計(jì)參考筒體選材經(jīng)驗(yàn)，封頭也選用Q345R材質(zhì)，取焊接接頭系數(shù)φ=0.85，在厚度為3～16mm時(shí)，溫度在小于100℃時(shí)，查表得許用應(yīng)力σt=189MPa，屈服強(qiáng)度ReLδ=根據(jù)筒體厚度標(biāo)準(zhǔn)取δ=3mm，鋼板厚度的負(fù)偏差C1=0.3mm，腐蝕裕量C2=1.00mm，則名義壁厚δ圓整后壁厚取5.0mm。有效厚度計(jì)算如下：δ橢圓形封頭的最大允許工作壓力的計(jì)算如下：P1.1.8反應(yīng)器夾套設(shè)計(jì)（1）夾套直徑由上述計(jì)算的反應(yīng)器的內(nèi)徑為1500mm,壁厚為5mm,則夾套直徑D2:D（2）夾套厚度反應(yīng)器夾套的設(shè)計(jì)壓力為0.45MPa，設(shè)計(jì)壓力為85℃。所以反應(yīng)器的筒體材料選用Q345R。對(duì)于圓筒殼，計(jì)算壁厚公式如下：δ=本設(shè)計(jì)計(jì)算壓力Pcδ=根據(jù)GB713-2008，取鋼板厚度的負(fù)偏差C1=0.3mm，則名義壁厚δ故圓整后取名義壁厚為5.0mm。則有效壁厚δeD（3）水壓試驗(yàn)強(qiáng)度校核液壓試驗(yàn)公式如下：σ本設(shè)計(jì)試驗(yàn)壓力PT=1.25Pσ0.9?ReL=0.9×0.85×345=264MPa>故σT1.1.9反應(yīng)器高度計(jì)算（1）支座的選擇夾套反應(yīng)釜采用立式安裝，應(yīng)為反應(yīng)釜需要保溫，故選用標(biāo)準(zhǔn)耳式支座B型，每臺(tái)反應(yīng)釜選用4個(gè)支座，支座的高度H0（2）反應(yīng)器的總高度攪拌器高度300mm，反應(yīng)器的總高度包括筒體、封頭、支座的高度之和。H=所以有反應(yīng)器的總高度為3400mm。1.1.10反應(yīng)釜的攪拌裝置反應(yīng)釜的攪拌裝置選用漿式攪拌器，取攪拌器的直徑DjDi=0.5，反應(yīng)釜的內(nèi)徑攪拌裝置的軸徑d=50mm軸速小于100，故選用8000型推球軸型裝軸承。軸的公差常采用K6,外殼公差帶常采用H7安裝軸承處軸的配合表面粗糙度Ra=0.9，外殼孔與軸承配合表面的粗糙度R。取1.5。1.1.11反應(yīng)器接管設(shè)計(jì)（1）反應(yīng)器進(jìn)料管反應(yīng)器進(jìn)料管體積流量為1.26m3/h，取液體進(jìn)料流速為0.5m/s則管徑為：d=圓整后取管子規(guī)格為Φ35×2.5mm（2）反應(yīng)器出料管反應(yīng)器出料管體積流量為1.24m3/h，取液體出料流速為0.5m/s則管徑為：d=圓整后取管子規(guī)格為Φ35×2.5mm1.1.12反應(yīng)器結(jié)果匯總反應(yīng)器R0101結(jié)果匯總?cè)绫?-2所示。表6-2反應(yīng)器R101結(jié)果匯總項(xiàng)目數(shù)值及計(jì)算設(shè)計(jì)壓力/MPa0.45設(shè)計(jì)溫度/℃85質(zhì)量流量/（kg/h）1410停留時(shí)間/min20攪拌器內(nèi)徑/mm750反應(yīng)器內(nèi)徑/mm1500反應(yīng)器容積/m33.2反應(yīng)器總高度/mm3400反應(yīng)器筒體高度/mm1700夾套內(nèi)徑/mm1700夾套壁厚/mm5.0筒體壁厚/mm5.0封頭壁厚/mm5.0反應(yīng)器筒體材料Q345R催化劑用量/kg10封頭容積/m30.294支座高度/mm600進(jìn)料管尺寸/mmΦ35×2.5出料管尺寸/mmΦ35×2.51.2乙酸精餾塔T0201設(shè)計(jì)1.2.1塔類型選擇根據(jù)本項(xiàng)目的反應(yīng)特點(diǎn)、物料特性、操作條件，本項(xiàng)目在選擇塔設(shè)備應(yīng)考慮的實(shí)際情況如下：全廠物料有低腐蝕性的乙酸，因此在選擇時(shí)需要充分考慮；本塔為常壓精餾塔；本項(xiàng)目物流質(zhì)量流量較??；成本方面，優(yōu)先考慮板式塔。板式塔主要塔盤性能的量化比較如表6-3所示。表6-3板式塔主要塔盤性能的量化比較一覽表塔盤類型壓降處理能力結(jié)構(gòu)成本塔板效率操作彈性浮閥板0.61.5一般0.7～0.91.2～1.39篩板0.51.4簡(jiǎn)單0.4～0.51.2～1.43泡罩板11復(fù)雜115舌型板0.81.5簡(jiǎn)單0.5～0.61.1～1.23由表6-3可知，浮閥塔兼有泡罩塔、篩板塔的優(yōu)點(diǎn)，在石油、化學(xué)工業(yè)中使用最為普遍，現(xiàn)已成為國(guó)內(nèi)廣泛應(yīng)用的精餾塔塔型之一。并綜合考慮塔板效率、分離效果和設(shè)備的成本等，本設(shè)計(jì)也采用浮閥塔盤設(shè)計(jì)。本項(xiàng)目具體的塔型選擇如表6-4所示。表6-4本項(xiàng)目塔型選擇一覽表塔設(shè)備位號(hào)塔設(shè)備名稱塔設(shè)備類型T0201乙酸精制塔板式塔T0301乙醇精制塔板式塔下面以乙酸精制塔T0102為例進(jìn)行設(shè)計(jì)，其他塔設(shè)備設(shè)計(jì)結(jié)果見(jiàn)塔設(shè)備設(shè)計(jì)一覽表。1.2.2塔T0201的介質(zhì)組成與選材塔T0201的設(shè)計(jì)壓力為1.3bar，設(shè)計(jì)溫度為110℃。其介質(zhì)組成如表6-5所示。表6-5塔T0201介質(zhì)組成塔板WATERETHANOLHACACETY-01SALIC-0110.0710.9294.67E-164.94E-628.52E-6720.0750.9255.18E-151.59E-572.20E-6230.0780.9225.27E-145.21E-535.78E-5840.0810.9195.31E-131.72E-481.54E-5350.0840.9165.33E-125.74E-444.14E-4960.0860.9145.35E-111.93E-391.13E-4470.0880.9125.37E-101.50E-353.09E-4080.0900.9105.38E-092.20E-308.54E-3690.0920.9085.38E-087.49E-262.37E-31100.0930.9075.37E-072.55E-211.64E-27110.0940.9065.35E-068.69E-171.87E-22120.0960.9045.33E-052.96E-125.26E-18130.0970.9030.00051.01E-071.49E-13140.0970.8940.00510.00344.11E-09150.0980.8940.00510.00344.11E-09160.0980.8930.00520.00344.11E-09170.0990.8930.00520.00344.12E-09180.1000.8920.00520.00344.12E-09190.1010.8910.00520.00344.13E-09200.1030.8890.00520.00344.14E-09210.1060.8860.00520.00344.15E-09220.1100.8820.00520.00344.18E-09230.1160.8750.00530.00344.22E-09240.1270.8640.00540.00354.28E-09250.1450.8460.00560.00364.39E-09260.1810.8090.00660.00384.61E-09270.2660.7120.01800.00425.14E-09280.4930.4000.10130.00531.49E-09根據(jù)表6-5主要介質(zhì)物性特性和塔設(shè)備操作條件，考慮到塔內(nèi)乙酸含量較多，所以選用Q345R為筒體材料。1.2.3水力學(xué)參數(shù)獲取根據(jù)AspenPlus的模擬結(jié)果，得到T0201各塔板的水力學(xué)物性參數(shù)如表6-6水力學(xué)數(shù)據(jù)-1、表6-7水力學(xué)數(shù)據(jù)-2所示。表6-6水力學(xué)數(shù)據(jù)-1塔板數(shù)液相溫度氣相溫度液相質(zhì)量流量氣相質(zhì)量流量液相體積流量氣相體積流量液相密度氣相密度℃℃kg/hkg/hl/minl/ming/cm3g/cm3177.9078.062473.893711.9155.2342020.900.74650.0015278.0678.222460.123703.1454.8941783.300.74700.0015378.2278.382448.333691.3554.6041549.300.74740.0015478.3878.542438.123681.1454.3541318.700.74770.0015578.5478.702429.203672.2254.1341091.200.74800.0015678.7078.862421.353664.3653.9440861.800.74820.0015778.8679.012414.383657.4053.7740645.300.74830.0015879.0179.172408.163651.1853.6340421.600.74840.0015979.1779.322402.593645.6153.5040210.600.74850.00151079.3279.472397.583640.5953.3839997.200.74860.00151179.4779.622393.053631.0753.2739781.400.74870.00151279.6279.782388.933631.9553.1839578.400.74870.00151379.7880.022384.913627.9353.0839371.600.74880.00151480.0280.173961.223875.2488.0841855.400.75050.00151580.1780.313965.373874.3988.0741648.000.75040.00161680.3180.453963.813872.8288.0541442.500.75030.00161780.4580.603961.213870.2288.0041238.600.75020.00161880.6080.743957.083861.1087.9141031.200.75020.00161980.7480.893950.703859.7287.7740834.900.75020.00162080.8981.053940.953849.9687.5340634.200.75040.00162181.0581.213921.083835.1087.1740433.300.75070.00162281.2181.393903.303812.3281.6040231.300.75120.00162381.3981.593867.843771.8685.7040021.200.75220.00162481.5981.863811.083720.1084.2639815.200.75380.00162581.8682.303715.593624.6081.8239594.100.75680.00152682.3083.383540.173449.1877.3439364.800.76290.00152783.3887.743173.383082.4067.8639208.200.77940.00132887.7498.832520.292429.3150.3539653.600.83420.0010表6-7水力學(xué)數(shù)據(jù)-2塔板數(shù)液相黏度氣相黏度液體表面張力發(fā)泡指數(shù)流動(dòng)參數(shù)蒸汽減少量減少因子cPcPdyne/cmdyne/cml/ming/ml-1.5/min1234525.8930.2150.0301835.5250149.1060.42070.010921.0810.1880.0301828.3049958.5070.41940.010921.2460.1650.0301821.4249775.5080.41820.010921.3930.1470.0301814.8249599.2090.41700.010921.5230.1300.0301808.4749428.80100.41580.010921.6400.1160.0301802.3449263.50110.41470.010921.7440.1040.0301791.4149103.00120.41360.010921.8370.0930.0301790.6648941.70130.41250.010921.9190.0820.0301785.0048794.70140.41260.010927.003-2.5050.0461899.8151993.60150.41170.011027.0140.0110.0471895.0651858.90160.41080.011027.0360.0220.0471890.1451720.30170.40980.011027.0730.0370.0471884.9651575.60180.40890.011027.1330.0600.0471879.3651421.40190.40780.011027.2260.0930.0471873.1551252.80200.40670.011027.3690.1430.0471861.0151062.10210.40540.011027.5870.2180.0471857.4250837.30220.40380.011027.9210.3350.0471841.5850559.30230.40190.011128.4410.5200.0471832.1150195.20240.39930.011129.2730.8310.0471811.4849685.10250.39550.011230.6651.3930.0461779.5348901.80260.38900.011333.2012.5350.0451723.8847570.40270.37560.011738.4915.2910.0421608.9244880.50280.34340.012448.68910.1970.0361388.1440068.90以精餾塔1～28塊水力學(xué)數(shù)據(jù)的物性參數(shù)的平均值進(jìn)行設(shè)計(jì)，基本物性參數(shù)見(jiàn)表6-8基本物性參數(shù)平均值。表6-8基本物性參數(shù)平均值塔板數(shù)液相體積流量/(m3/h)氣相體積體量/(m3/h)液相密度/(kg/m3)氣相密度/(kg/m3)液相粘度/cP表面張力mN/m1~284.1522433.58754.2331.5020.408528.341.2.3塔徑的計(jì)算塔徑的計(jì)算根據(jù)液氣動(dòng)能參數(shù)計(jì)算，其公式如下：L式中ρL為液相密度（kg/m3）；Ls為液體體積流量（m3/h）；ρV為氣相密度（kg/m3）；Vh為氣體體積流量（m3/h）。代入塔板平均數(shù)據(jù)計(jì)算得：L最大空塔氣速計(jì)算公式如下：u其校正公式為：C=其中，C為負(fù)荷系數(shù)（m/s）；umax為極限空塔氣速(m/s);ρL表示為液相密度，kg/m3；ρL表示氣相密度，kg/m3；σ依據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并根據(jù)塔板間距與塔徑的關(guān)系，結(jié)合塔質(zhì)量流量大特點(diǎn)，預(yù)設(shè)塔直徑在1.0m，取板間距HT為400mm，取板上液層高度hL為60mm，則有HT-hL=340mm。負(fù)荷系數(shù)C20圖6-1Smith關(guān)聯(lián)圖查得氣體負(fù)荷因子C20C=則最大的空塔氣速計(jì)算計(jì)算如下：u根據(jù)空塔氣速u的經(jīng)驗(yàn)公式u=（0.6~0.8）umax，在范圍內(nèi)本設(shè)計(jì)取安全系數(shù)為0.68，則u=0.68×u按塔徑標(biāo)準(zhǔn)圓整后取塔徑為1.0m。則實(shí)際空塔氣速：u根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，u,A1.2.4溢流裝置的設(shè)計(jì)板式塔的溢流裝置設(shè)計(jì)包括溢流堰、降液管、受液盤等部分，其結(jié)構(gòu)和尺寸對(duì)板式塔性能有很大的影響。（1）降液管、溢流方式、受液盤的選擇目前工業(yè)主要使用的降液管有弓形和圓形兩種類型，弓形降液管一般用于大直徑塔，對(duì)于直徑較小的塔，常用圓形降液管。工業(yè)上常用的降液管有單溢流U型流、雙溢流布置方式等，塔直徑小于2000mm適合選用單溢流，雙溢流廣泛應(yīng)用于塔徑大于2000mm的塔設(shè)備。對(duì)于受液盤，有平形、凹形兩種形式，凹形受液盤多使用于塔徑大于600mm的塔。參考計(jì)算得的塔徑D=1000mm，本設(shè)計(jì)采用弓形降液管、單溢流布置方式、凹形受液盤。（2）降液管的設(shè)計(jì)常用的弓形降液管的溢流堰長(zhǎng)lw一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定，其取值范圍如下。

取lwl通過(guò)圖6-2弓形降液管參數(shù)圖，可查降液管的寬度Wd/D圖6-2弓形降液管參數(shù)圖由lwD=0.62查圖6-2可得到AfAT=0.058，WdD停留時(shí)間τ計(jì)算如下：τ=故降液管尺寸合理。（3）溢流堰設(shè)計(jì)本塔采用平直堰，液流收縮系數(shù)E可由液體收縮系數(shù)計(jì)算圖查得。計(jì)算查液體收縮系數(shù)計(jì)算圖可得E=1.038。堰上液層高度howh則出口堰高為：h（4）降液底隙高度與受液盤深度降液管底端與塔盤受液面的距離稱為降液管底隙，用hohohuo,按照經(jīng)驗(yàn)通常取0.08～0.25m/s，本設(shè)計(jì)取h所以有：h故降液管低隙高度設(shè)計(jì)合理。降液管底端與塔盤受液面的距離稱為底隙，以ho塔板上接受降液管流下液體的區(qū)域稱之為受液盤。對(duì)于塔徑大于800mm的精餾塔，常用傾凹形受液盤，其深度一般在50mm以上，本設(shè)計(jì)取60mm。1.2.5塔板結(jié)構(gòu)與浮閥排（1）塔板結(jié)構(gòu)方式目前工業(yè)上塔板按照結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為整塊式和分塊式兩大類。對(duì)于塔徑小于800mm的塔采用整塊式塔板，分塊式塔板多適用于塔徑大于800mm的塔。本塔的內(nèi)徑為1000mm，所以采用分塊式塔板。（2）浮閥排列方式塔板的鼓泡區(qū)浮閥的排列有正三角形和等腰三角形這兩種形式，而且按照閥孔中心連線與液流方向三角排列又可分為順排與叉排。工業(yè)上分塊塔板宜使用等腰三角叉排的排列方式，閥孔統(tǒng)一橫排，取中心距t為75.0mm。本設(shè)計(jì)采用浮閥孔排列方式如圖6-3塔盤浮閥排列方式所示。圖6-3塔盤浮閥排列方式（3）浮閥的布置本設(shè)計(jì)采用的浮閥為F1型浮閥（重閥），研究表明F1型浮閥的能動(dòng)因素為F0=9~12，取μ浮閥數(shù)滿足以下計(jì)算公式：N=式中閥孔直徑d所以N=由此可得，閥孔數(shù)目N=70個(gè)。1.2.6浮閥塔板壓力降塔板壓降hP主要包含液層壓降hC、干板壓降hIh（1）干板阻力計(jì)算公式如下：μ取閥孔動(dòng)能因子F0=10由于μoh（2）板上充氣液層阻力h1板上充氣液層阻力h1計(jì)算公式如下：

h其中ε0表示為充氣因數(shù)，量綱為1。本設(shè)計(jì)的h（3）液體表面張力所造成的阻力h此阻力很小，可忽略不計(jì)。所以，與氣體流經(jīng)一層浮閥塔板的壓強(qiáng)降所相當(dāng)?shù)囊褐叨龋篽P則單板壓降?P=故在設(shè)計(jì)的允許范圍內(nèi)。1.2.7塔的尺寸及內(nèi)件結(jié)構(gòu)與尺寸（1）實(shí)際塔板數(shù)本設(shè)計(jì)取塔板效率ET為0.85，由AspenPlus對(duì)T0201進(jìn)行靈敏度分析后得到T0201理論塔板數(shù)NT為28，不包括再沸器、冷凝器所占的兩塊塔板，則實(shí)際板數(shù)計(jì)算如下：

N=圓整后取實(shí)際塔板數(shù)為31塊。（2）塔頂空間高度塔頂空間高度HD是指塔頂?shù)谝粔K塔板到封頭與接線的距離，主要是安裝塔板和開(kāi)人孔、破沫裝置的需要，減少塔頂出口氣體中液滴夾帶。工業(yè)上空間高度一般取1.0~1.5m，本設(shè)計(jì)取HD=1.20m。（3）板間距HT由上訴計(jì)算得塔板間距HT=400mm。（4）人孔的設(shè)計(jì)設(shè)有人孔的上下兩塊板間距應(yīng)大于等于600mm。這里取HT’=600mm。工業(yè)上每6~8塊塔板設(shè)置一個(gè)人孔，人孔直徑為500mm。本設(shè)計(jì)實(shí)際塔板數(shù)31塊，取每7塊塔板數(shù)設(shè)置一個(gè)人孔，所以開(kāi)6個(gè)人孔。（包括塔頂、塔釜和進(jìn)料板人孔數(shù)）（5）塔底空間高度塔底空間高度具有緩沖、儲(chǔ)存作用，塔底釜液最好能在塔底有10~15min的儲(chǔ)量，以保證塔底料液不被排完。對(duì)于塔底產(chǎn)量較大的塔，塔底容量可取2~5min的儲(chǔ)量。本設(shè)計(jì)取H（6）裙座高度計(jì)算得到的塔T0201的塔徑為1.0m，塔徑較大故采用圓柱形裙座，裙座高度計(jì)算如下：H=1.5+（7）封頭高度本塔選取標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，依據(jù)JB/T4746-2002，直邊高度取值為h1=25mm，曲面高度為：H2=D/4=1.0/4=0.25m，所以封頭高度為：（8）塔體總高度塔體總高度計(jì)算公式如下：HH圓整后塔高取17m。1.2.8塔體厚度計(jì)算（1）筒體厚度計(jì)算塔內(nèi)介質(zhì)腐蝕性小，塔內(nèi)塔頂溫度為78℃，塔釜溫度為99℃，塔釜壓力為1.13bar。故塔體采用Q345R材質(zhì)，取焊接接頭系數(shù)?為0.85，計(jì)算Pc=1.1×0.113=0.13MPa。在厚度為3～16mm，Q345R溫度在110℃時(shí)，查表可得許用應(yīng)力σtδ=查GB150.1—《壓力容器第一部分：通用要求》可知，殼體加工成型后不包括腐蝕裕量的最小厚度規(guī)定如下：碳素鋼和低合金鋼制容器不小于3mm；高合金鋼制容器不小于2mm。故取計(jì)算厚度δ=3mm取腐蝕裕量C2=1.0mm，δ圓整后得δn則筒體有效厚度：δ液壓試驗(yàn)公式如下：σ本設(shè)計(jì)試驗(yàn)壓力PT=1.25Pσ0.9?ReL=0.9×0.85×345=264MPa>故σT（2）封頭厚度計(jì)算參考筒體選材經(jīng)驗(yàn)，封頭也選用Q345R材質(zhì)，取焊接接頭系數(shù)?為0.85，在厚度為3～16mm時(shí)，溫度在110℃時(shí)，查表得許用應(yīng)力σt=189MPa，屈服強(qiáng)度ReLδ=根據(jù)GB150.1—《壓力容器第一部分：通用要求》，并根據(jù)安全生產(chǎn)要求，最終取封頭名義厚度δn（3）裙座的計(jì)算厚度裙座常用的材料為Q345R、Q235考慮到本項(xiàng)目廠址在浙江，冬季氣溫較低，所以采用Q345R。取裙座的厚度δ1.2.9接管的計(jì)算根據(jù)流體在管道中的常用流速范圍，一般情況下，液體流速去0.5~3.0m/s，氣體流速取5.0~25m/s。（1）進(jìn)料管根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取進(jìn)料管液體流速1.0m/s，提取AspenPlus數(shù)據(jù)LS=0.00045m3/s，則d根據(jù)GB/T17395-2008，選取接管型號(hào)為：Φ32×4mm。（2）塔頂氣體出口管據(jù)經(jīng)驗(yàn)取塔頂氣體出口流速10.0m/s，提取AspenPlus數(shù)據(jù)Ls=0.705m3/s，則d根據(jù)GB/T17395-2008，選取接管型號(hào)為：Φ318×8mm。（3）塔頂回流管據(jù)經(jīng)驗(yàn)取回流管液體流速1.0m/s，提取AspenPlus數(shù)據(jù)LS=0.00093m3/s，則d根據(jù)GB/T17395-2008，選取接管型號(hào)為：Φ42×4mm。（4）塔釜蒸汽回流管據(jù)經(jīng)驗(yàn)取進(jìn)料管液體流速10.0m/s，提取AspenPlus數(shù)據(jù)LS=0.654m3/s，則d根據(jù)GB/T17395-2008，選取接管型號(hào)為：Φ302×6mm。（5）塔釜出料管據(jù)經(jīng)驗(yàn)取進(jìn)料管液體流速1.0m/s，提取AspenPlus數(shù)據(jù)LS=0.00084m3/s，則d根據(jù)GB/T17395-2008，選取接管型號(hào)為：Φ42×4mm。1.2.10塔板負(fù)荷性能圖由AspenPlusV11對(duì)T0201進(jìn)行模擬設(shè)計(jì)，模擬結(jié)果部分如圖6-4T0201模擬參數(shù)圖，圖6-5T0201第14塊塔板負(fù)荷性能圖，圖6-6T0201所以塔板負(fù)荷性能圖結(jié)果，圖6-7T0201塔板視圖所示。圖6-4T0201模擬參數(shù)圖圖6-5T0201第14塊塔板負(fù)荷性能圖圖6-6T0201所以塔板負(fù)荷性能圖結(jié)果圖6-7T0201塔板視圖圖6-5，6-6，6-7模擬結(jié)果顯示沒(méi)有出現(xiàn)警告和錯(cuò)誤，所以，圖6-4T0201的模擬參數(shù)可行，故導(dǎo)出圖6-8浮閥及降液管參數(shù)，圖6-9模擬得到塔段結(jié)果匯總，圖6-10模擬得到塔內(nèi)件結(jié)果摘要。

圖6-8浮閥及降液管參數(shù)圖6-9模擬得到塔段結(jié)果匯總圖6-10模擬得到塔內(nèi)件結(jié)果摘要1.2.11乙酸精餾塔T0201初步設(shè)計(jì)結(jié)果表6-9乙酸精餾塔T0201初步設(shè)計(jì)結(jié)果匯總表設(shè)計(jì)參數(shù)符號(hào)單位數(shù)值平均氣相流量Vhm3/h平均液相流量Lhm3/h平均氣相密度ρvKg/m3平均液相密度ρLKg/m3平均液相表面張力δLmN/m平均液相粘度μLcP塔徑Dmm空塔氣速um/s板間距HTmm堰長(zhǎng)lwmm堰高h(yuǎn)wmm堰上液高度howmm板上液高度hLmm降液管底隙高度homm降液管寬度Wdmm降液管面積Afm2塔截面積ATm2浮閥數(shù)目篩孔氣速uom/s每層塔板壓降△Ppa板上液層高度hlmm裙座高度H1mm封頭高度mm塔總高度Hmm塔板結(jié)構(gòu)型式單溢流實(shí)際塔板數(shù)N塔板形式浮閥排列方式正三角形塔頂氣體料管徑型號(hào)mm塔頂回流管徑型號(hào)mm進(jìn)料管徑型號(hào)mm塔底出料管型號(hào)mm塔底蒸汽回流管型號(hào)mm1.3換熱器選型1.3.1換熱器類型選擇藝流程換熱器設(shè)計(jì)中，先考慮實(shí)際工業(yè)實(shí)施情況和制造成本因素，然后再利用AspenPlusEDR針對(duì)特定的換熱任務(wù)，確定合適的換熱工藝參數(shù)，最后對(duì)換熱器進(jìn)行選型。管殼式換熱器是工業(yè)上最常見(jiàn)的換熱器。本設(shè)計(jì)由于傳熱溫差不大，選用固定管板式換熱器，其封頭為橢圓形封頭，橢圓形后管箱，單管程，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)較低。1.3.2EDR數(shù)據(jù)輸入換熱器選型以E0101為例，將AspenPlus模擬數(shù)據(jù)導(dǎo)入EDR軟件，如圖6-11EDR工藝數(shù)據(jù)輸入所示。圖6-11E0101EDR軟件輸入界面1.3.3EDR設(shè)計(jì)結(jié)果如圖6-12EDR設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)參數(shù)，該設(shè)計(jì)參數(shù)均為經(jīng)過(guò)圓整，該換熱器的管徑為19mm，管程數(shù)為單管程，管間距為25mm。圖6-12EDR設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)參數(shù)換熱器E0101利用EDR設(shè)計(jì)結(jié)果如圖6-13所示。圖6-13換熱器E0101利用EDR設(shè)計(jì)結(jié)果由圖6-13換熱器E0101利用EDR設(shè)計(jì)結(jié)果可以看出，換熱管的換熱面積為：18m2。殼程流速為1.47m/s，管程流速為2.52m/s，滿足經(jīng)濟(jì)流速范。殼側(cè)壓力降為0.03254bar，管側(cè)的壓力降為0.04644bar，均小于允許壓降；殼側(cè)和管側(cè)最高流速分別為0.06m/s和0.04m/s，均在合理范圍內(nèi)；該換熱器總傳熱系數(shù)為85.6W/（m2.K）。綜合模擬數(shù)據(jù)，確定換熱器E0101型號(hào)為：REM205-0.60.4-18-1.3.4換熱器結(jié)構(gòu)換熱器E101設(shè)備結(jié)構(gòu)圖和換熱管排布圖具體如圖6-14換熱器設(shè)備尺寸圖，圖6-15換熱器排列圖所示。圖6-14換熱器設(shè)備尺寸圖圖6-15換熱器排列圖1.4泵選型1.4.1選型過(guò)程本項(xiàng)目泵選型過(guò)程如下：利用AspenPlusV11模擬全流程的流股數(shù)據(jù)，得到泵進(jìn)料前后的物料工藝參數(shù)，最后再使用智能選泵軟件。下面以P103選型為例，其余選型結(jié)果見(jiàn)泵設(shè)備一覽表1.4.2泵P103的選型過(guò)程與結(jié)果利用AspenPlusV9的流程模擬數(shù)據(jù)的泵P0101的揚(yáng)程H=47.6m、流量Q=3.36L/s。將揚(yáng)程和流量數(shù)據(jù)輸入智能選泵軟件參數(shù)輸入界面。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)將水泵類型選擇為清水泵-單級(jí)單吸泵，并將選泵的精度輸入為90%，具體如圖6-16操作界面。圖6-6泵P101參數(shù)輸入界面搜索得到可選擇的泵組合方式，根據(jù)生產(chǎn)需求選擇需要的泵型號(hào)和組合方式。本設(shè)計(jì)P0101的選型結(jié)果具體如圖6-17P0101的選型結(jié)果圖所示。圖6-17P0101的選型結(jié)果圖由圖6-17P0101的選型結(jié)果圖可見(jiàn)泵P0101的選型結(jié)果有14種組合，本項(xiàng)目選擇第3種組合，則泵P0101的具體選型結(jié)果如表6-10泵P0101選型結(jié)果所示。表6-10泵P0101選型結(jié)果項(xiàng)目參數(shù)項(xiàng)目參數(shù)型號(hào)轉(zhuǎn)速流量總揚(yáng)程電機(jī)功率效率葉輪直徑泵重量方式汽蝕余量總電功率臺(tái)數(shù)1.4.3泵的基礎(chǔ)信息本項(xiàng)目泵P0101最終選擇IX50-32-125A型號(hào)的水泵，三臺(tái)串聯(lián)的方式達(dá)到需求。由智能選泵軟件得到該型號(hào)泵的基礎(chǔ)信息具體如下圖6-18泵P0101的工作曲線，6-19泵P0101的安裝尺寸，6-20泵P0101的安裝信息所示。圖6-18泵P0101的工作曲線圖6-19泵P0101的安裝尺寸圖6-20泵P0101的安裝信息1.5混合器設(shè)計(jì)混合罐主要用于將不同的物流混合均勻，并短暫儲(chǔ)存物料。本設(shè)計(jì)中涉及到的混合罐有原料混合罐M101。通過(guò)Aspen模擬結(jié)果數(shù)據(jù)，混合罐M101輸出流量為Q=0.020m3/min，按緩沖時(shí)間t為10min，所以混合罐容積V=Qt=0.20m3，操作壓力P=0.60MPa，取裝填系數(shù)φ為0.8。則所需體積：V＇=0.20÷0.80=0.25m3。根據(jù)臥式橢圓形封頭貯罐系列（HG3154—85），混合器M101選擇0.5m3的臥式橢圓形封頭貯罐，公稱直徑為600mm，筒體長(zhǎng)度為1600mm。1.6儲(chǔ)罐選型在石油化工、輕工制藥等行業(yè)中，儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備被廣泛應(yīng)用于各種介質(zhì)的儲(chǔ)運(yùn)、儲(chǔ)存之中。以形狀方面考慮，可以劃分為：方形、圓筒形、球形等各個(gè)型式。儲(chǔ)罐選擇應(yīng)該考慮物料的相態(tài)、溫度壓力、安全因素、操作條件、經(jīng)濟(jì)因素以及物料自身特性等。本項(xiàng)目涉及的儲(chǔ)罐有：乙酸酐原料儲(chǔ)罐、乙酸產(chǎn)品儲(chǔ)罐、乙酰水楊酸產(chǎn)品儲(chǔ)罐、乙醇儲(chǔ)罐；本設(shè)計(jì)將以乙酸酐原料儲(chǔ)罐作為選型示例，選型過(guò)程如下。（1）原料乙酸酐的基本性質(zhì)乙酸酐是一種有機(jī)物，化學(xué)式為C4H6O3，無(wú)色透明液體，有強(qiáng)烈的乙酸氣味，味酸，有吸濕性，溶于氯仿和乙醚，緩慢地溶于水形成乙酸，與乙醇作用形成乙酸乙酯。易燃，有腐蝕性，有催淚性。常溫常壓下密度為1087Kg/m3,儲(chǔ)存于陰涼、干燥、通風(fēng)良好的庫(kù)房。遠(yuǎn)離火種、熱源,庫(kù)溫不宜超過(guò)32℃。（2）本設(shè)計(jì)乙酸酐原料工藝要求儲(chǔ)存溫度：室溫，本設(shè)計(jì)默認(rèn)25℃；存儲(chǔ)壓力：常壓，本設(shè)計(jì)默認(rèn)一個(gè)大氣壓，101.325kpa；原料進(jìn)料量：810.0kg/h；儲(chǔ)存時(shí)間：本項(xiàng)目設(shè)置乙酸酐儲(chǔ)存時(shí)間為7天充裝系數(shù)：考慮原料甲醇存量，取0.80。（3）乙酸酐原料罐選型結(jié)果計(jì)算乙酸酐原料的存儲(chǔ)量為：V=實(shí)際原料乙酸酐儲(chǔ)存體積V’=125÷0.8=156m3，考慮到原料的存量體積不大，可以選用立式立式圓筒儲(chǔ)罐，參考HG21502.2-1992《鋼制立式圓筒形內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐系列》。選擇1個(gè)公稱容積為200m3，儲(chǔ)罐內(nèi)徑為6550mm，總高度為7250mm，質(zhì)量為9760kg的儲(chǔ)罐，儲(chǔ)罐材料選擇Q235-A。1.7結(jié)晶器設(shè)計(jì)1.7.1結(jié)晶器類型確定以生產(chǎn)的規(guī)模來(lái)進(jìn)行選擇，應(yīng)該選擇連續(xù)型操作。以乙酰水楊酸的性質(zhì)來(lái)看，因?yàn)橐阴Ｋ畻钏崛苡谝掖?，故選用DTB型蒸發(fā)結(jié)晶器，適用攪拌結(jié)晶，且得到的固體顆粒較小，符合生產(chǎn)需求。1.7.2結(jié)晶器體積乙酰水楊酸結(jié)晶產(chǎn)品的質(zhì)量流量為717.019kg/h，乙酰水楊酸的結(jié)晶參數(shù)具體見(jiàn)表6-11：表6-11乙酰水楊酸結(jié)晶參數(shù)參數(shù)單位數(shù)值線性生長(zhǎng)速率m/s晶體粒徑mm晶體懸浮密度kg/m3根據(jù)晶體在結(jié)晶器中的停留時(shí)間計(jì)算公式：τ=式中：Lm為晶體粒徑；G則停留時(shí)間為τ：τ=晶漿體積排出流率為:Q=所以有結(jié)晶器的有效體積：V=Qτ=1.18×1.23=1.451.7.3結(jié)晶器主要尺寸的計(jì)算（1）結(jié)晶器直徑在結(jié)晶器的設(shè)計(jì)時(shí)通常要考慮避免霧沫夾帶，以蒸汽的最大上升速度來(lái)估算結(jié)晶器的最小尺寸，取蒸汽上升速度為2.0m/s。其蒸發(fā)量為90.6kg/h最小直徑為：D_0min=（4Vv/πUv）0.5=（(4×90.6)/(3.14×2.0×3600×0.021)）^(1/2)=0.87m圓整后D_0min取0.9m。（2）器內(nèi)液層高度結(jié)晶器內(nèi)的液層高度H。H=V/(〖D_0^2〗_minπ/4)=(1.45×4)/(0.9×0.9×3.14)=2.28m圓整后H取2.3m（3）導(dǎo)流筒形狀和尺寸導(dǎo)流管選用上下尺寸一致的，根據(jù)DTB型結(jié)晶器導(dǎo)流管直徑與結(jié)晶器直徑的關(guān)系得導(dǎo)流管的直徑D_1：D_1圓整后取導(dǎo)流筒的直徑D導(dǎo)流筒壁面到攪拌槳之間的距離為：D攪拌槳葉直徑為：D（4）進(jìn)料管道尺寸根據(jù)模擬數(shù)據(jù)結(jié)晶器的進(jìn)料體積流量為1.85md=圓整后取進(jìn)料管的規(guī)格為Φ45×2.5mm（5）出料管道尺寸根據(jù)晶漿排出流率算產(chǎn)品出口管尺寸，取晶漿在管內(nèi)的流速為0.4m/s，其出口管徑為：D圓整后取出料管的規(guī)格為Φ38×3mm1.7.4結(jié)晶器的工藝參數(shù)根據(jù)結(jié)晶器工藝計(jì)算得到結(jié)晶器的工藝參數(shù)匯總，具體如表6-12所示：表6-12結(jié)晶器工藝參數(shù)項(xiàng)目符號(hào)單位計(jì)算數(shù)據(jù)停留時(shí)間τh結(jié)晶器有效體積Vm3結(jié)晶器直徑D0mm器內(nèi)液層高度hmm導(dǎo)流管直徑D1mm出料管規(guī)格Dmm進(jìn)料管規(guī)格dmm攪拌槳直徑D3mm1.8干燥器選型由AspenPlus模擬數(shù)據(jù)得干燥器的工藝參數(shù)，干燥器采用高溫氮?dú)膺M(jìn)行給質(zhì)量分?jǐn)?shù)為95%的乙酰水楊酸干燥得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.96%的乙酰水楊酸產(chǎn)品。進(jìn)料的質(zhì)量流量為752.45kg/h，體積流量為0.557m1.8.1干燥器幾何尺寸計(jì)算（1）干燥器直徑計(jì)算氮?dú)獾倪M(jìn)料量為600kg/h，體積流量為350.1m3/h，由于干燥的晶體顆粒體積較小，質(zhì)量較輕所以氮?dú)?/p>