丙烯腈制備的主要設(shè)備工藝計(jì)算過程案例目錄TOC\o"1-3"\h\u9696丙烯腈制備的主要設(shè)備工藝計(jì)算過程案例 1246721.1空氣飽和塔 22585(1)計(jì)算依據(jù) 28883(2)塔徑的確定拉西環(huán)的泛點(diǎn)速度計(jì)算公式為： 2295151.2水吸收塔 424383(1)計(jì)算依據(jù) 415198(2)塔徑的確定塑料孔板波紋填料的泛點(diǎn)氣速計(jì)算公式為： 523425(3)填料高度 6246461.3合成反應(yīng)器 723134(1)計(jì)算依據(jù) 727406(2)濃相段出口處氣體體積流量為： 813193(3)濃相段高度按接觸時(shí)間5s計(jì)算，催化劑的堆體積應(yīng)為 817448(4)擴(kuò)大段(此處即為稀相段)直徑 818021.4廢熱鍋爐 91875(1)計(jì)算依據(jù) 930233(2)計(jì)算換熱面積,確定換熱管管長(zhǎng) 10152531.5丙烯蒸發(fā)器 1121413(1)計(jì)算依據(jù) 1114361(2)丙烯蒸發(fā)器換熱面積 1146721.6循環(huán)冷卻器 1212691.7吸收水第一冷卻器 158778(1)計(jì)算依據(jù) 1516160(2)計(jì)算換熱面積 15190861.8吸收水第二冷卻器 17292(1)計(jì)算依據(jù) 175808(2)計(jì)算換熱面積 1777591.9吸收水第三冷卻器 194635(1)計(jì)算依據(jù) 1911371(2)計(jì)算換熱面積 19315691.10氨蒸發(fā)器 2130796(1)計(jì)算依據(jù) 2115050(2)計(jì)算換熱面積 2191361.11氨氣過濾器 21459(1)計(jì)算依據(jù) 2124393(2)計(jì)算換熱面積 21227351.12丙烯過熱器 222537(1)計(jì)算依據(jù) 2225222(2)計(jì)算換熱面積 2215691.13空氣加熱器 22326231.14循環(huán)液泵 24250471.15空氣壓縮機(jī) 2480871.16中和液貯槽 241.1空氣飽和塔(1)計(jì)算依據(jù)表4-1進(jìn)塔空氣的組成和流量表4-2出塔濕空氣的組成和流量a.塔頂噴淋液量，溫度105℃。b.塔底排出液量，溫度78℃。c.塔底壓力0.263MPa，塔頂壓力0.243MPa。d.入塔氣溫度170℃，出塔氣溫度90℃。e.填料用陶瓷拉西環(huán)(亂堆)。(2)塔徑的確定拉西環(huán)的泛點(diǎn)速度計(jì)算公式為：(A)式中─泛點(diǎn)空塔氣速，；g─重力加速度，9.81；─干填料因子，；，─氣相和液相密度，；,─氣相和液相流量，；─液體的粘度，。瓷拉西環(huán)的干填料因子為。塔頂處把數(shù)據(jù)代入(A)式：解得泛點(diǎn)率取75%，則氣體空塔速度為：出塔操作條件下的氣量： 塔徑應(yīng)為a.塔底處把數(shù)據(jù)代入(A)式解得氣體空塔速度為：入塔氣在操作條件下的氣量：塔徑為取塔徑為。(1)填料高度按工廠實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，取填料高度。水吸收塔(1)計(jì)算依據(jù)表4-3進(jìn)塔氣體流量和組成表4-4出塔氣體流量和組成隨入塔氣進(jìn)入的凝水a(chǎn).塔頂噴淋液量,含AN0.005%(wt)，溫度5℃。b.塔底排出液量，溫度15.3℃。c.塔底壓力,塔頂壓力。d.入塔氣溫度40℃，出塔氣溫度10℃。e.出塔氣中AN含量小于等于0.055%(wt)。f.填料用250Y型塑料孔板波紋填料。(2)塔徑的確定塑料孔板波紋填料的泛點(diǎn)氣速計(jì)算公式為：按塔底情況計(jì)算WF代入數(shù)據(jù)：解得空塔氣速為(泛點(diǎn)率取70%)：氣體在操作條件下的流量為塔徑取塔徑為1.2m。(3)填料高度液體的噴淋密度塑料孔板波紋填料250Y的液相傳質(zhì)單元高度:當(dāng)U=20m3/（m2.h)時(shí)，25。C下的HOL為0.187m。U=403/(m2.h)時(shí)，25。C下的HOL為0.225m。內(nèi)插法得到U=333/(m2.h)時(shí),25。C下的HOL為0.200m又塔內(nèi)液體的平均溫度為(5+15.3)/2=10.17℃∴液相傳質(zhì)單元數(shù)計(jì)算式如下塔底∴塔頂出口氣體中含有AN大于等于0.055%(wt)，因此：∴代入數(shù)據(jù)求：填料高度取填料高度為2m。1.3合成反應(yīng)器(1)計(jì)算依據(jù)a.氣體進(jìn)入合成反應(yīng)器的氣體流量為；氣體離開合成反應(yīng)器的氣體流量為。b.氣體進(jìn)口壓力，出口壓力。c.反應(yīng)溫度454℃，氣體離開稀相段的溫度為354℃。d.流化床內(nèi)的換熱裝置以水作為冷卻劑，產(chǎn)生0.405MPa(143℃)的飽和蒸汽。e.接觸時(shí)間2-6s(取5s)。(2)濃相段出口處氣體體積流量為：取空床線速。濃相段直徑為：取流化床濃相段直徑為3.0m。(3)濃相段高度按接觸時(shí)間5s計(jì)算，催化劑的堆體積應(yīng)為靜床高取膨脹比為2，則濃相段高度為取濃相段高6m。校核：催化劑的堆密度為催化劑的質(zhì)量∴催化劑負(fù)荷為：試驗(yàn)裝置的催化劑負(fù)荷可達(dá)到，本次實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)值小于實(shí)驗(yàn)值，比較可靠。(4)擴(kuò)大段(此處即為稀相段)直徑取操作氣速為擴(kuò)大段氣速的兩倍，即。氣體流量為擴(kuò)大段直徑為：取4m。(5)合成反應(yīng)器擴(kuò)大段高度根據(jù)流化床直徑3.0m，空塔氣速，查圖得：?！嘞∠喽胃叨热?。(6)濃相段冷卻裝置的換熱面積套管式換熱器，總傳熱系數(shù)取換熱面積為取30%的設(shè)計(jì)裕量，則換熱面積為。(7)稀相段冷卻裝置的換熱面積用套管式換熱裝置,水為冷卻劑,產(chǎn)生蒸汽。總傳熱系數(shù)取,換熱裝置熱負(fù)荷為又換熱面積為取30%設(shè)計(jì)裕量,則換熱面積為。1.4廢熱鍋爐(1)計(jì)算依據(jù)a.管內(nèi)氣體流量和組成如下：表4-5b.管內(nèi)氣體進(jìn)口溫度360℃，出口溫度180℃。 管內(nèi)氣體進(jìn)口壓力，出口壓力。c.用無縫鋼管230根作為換熱管，管外熱水沸騰，產(chǎn)生飽和蒸汽。d.熱負(fù)荷為。(2)計(jì)算換熱面積,確定換熱管管長(zhǎng)a.總傳熱系數(shù)(a)管內(nèi)氣體的給熱系數(shù)管內(nèi)氣體體積流量(進(jìn)出口平均流量)為：其它物性數(shù)據(jù)按空氣考慮誤差不大，平均溫度270℃，次溫度下空氣的物性數(shù)據(jù)為：管內(nèi)氣體給熱系數(shù)為： (b)管外熱水沸騰的給熱系數(shù)取(c)總傳熱系數(shù)沸騰水方污垢熱阻取，空氣方污垢熱阻取，鋼的導(dǎo)熱系數(shù)為?！郻.對(duì)數(shù)平均傳熱溫差c.換熱面積熱負(fù)荷換熱面積為：取安全系數(shù)1.2，則換熱面積用。換熱管管長(zhǎng)為：取1.5丙烯蒸發(fā)器(1)計(jì)算依據(jù)a.丙烯在管外蒸發(fā)，蒸發(fā)壓力為，蒸發(fā)溫度-13℃，管內(nèi)用0℃的冷凍鹽水(17.5%水溶液)與丙烯換熱,冷凍鹽水出口溫度-2℃。b.丙烯蒸發(fā)量，冷凍鹽水用量。c.丙烯蒸發(fā)器熱負(fù)荷。(2)丙烯蒸發(fā)器換熱面積a.總傳熱系數(shù)(a)管內(nèi)給熱系數(shù)蒸發(fā)器內(nèi)安裝的型鋼管80根。冷凍鹽水平均溫度-1℃，此溫度下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：冷凍鹽水流速為過渡流∴(b)管外液體丙烯沸騰給熱系數(shù)。(c)總傳熱系數(shù)冷凍鹽水方污垢熱阻取,丙烯蒸發(fā)側(cè)污垢熱阻取,鋼管導(dǎo)熱系數(shù)取。b.傳熱平均溫差熱端溫差0-(-13)=13℃,冷端溫差-2-(-13)=11℃,傳熱平均溫差為： c.換熱面積熱負(fù)荷換熱面積為：取安全系數(shù)1.2,則換熱面積為。1.6循環(huán)冷卻器(1)計(jì)算依據(jù)a.循環(huán)冷卻器管內(nèi)循環(huán)液的流量為，循環(huán)液進(jìn)入冷卻器的溫度為，循環(huán)液流出冷卻器的溫度為。b.管外冷卻劑為循環(huán)水，進(jìn)口溫度，出口溫度，循環(huán)水流量為。c.熱負(fù)荷為。(2)計(jì)算換熱面積初選型石墨換熱器,換熱面積,設(shè)備殼體內(nèi)徑，內(nèi)有外徑、內(nèi)徑、長(zhǎng)的石墨管417根。換熱管為正三角形排列，相鄰兩管的中心距。a.總傳熱系數(shù)(a)管內(nèi)循環(huán)液側(cè)的給熱系數(shù)平均流體溫度，該溫度循環(huán)液的物性數(shù)據(jù)如下：管內(nèi)流體的流速為：，屬過渡流區(qū)(b)殼程(循環(huán)水側(cè))的給熱系數(shù)循環(huán)水平均溫度,34℃水的物性數(shù)據(jù)如下：正三角形排列時(shí)，當(dāng)量直徑的計(jì)算公式為：式中─管子外徑，mm；─管間距，mm。管外流體的流速根據(jù)流體通過的最大橫截面積S來計(jì)算,S的計(jì)算公式為:式中h─兩塊擋板間的距離，；D─換熱器殼體直徑，；─換熱管外徑，；─管間距，。已知，，，。代入數(shù)據(jù)得：管外流體的流速為：值在2000～1000000范圍內(nèi)可用下式計(jì)算給熱系數(shù)：代入數(shù)據(jù)得(c)總傳熱系數(shù)，石墨的導(dǎo)熱系數(shù)，石墨管壁厚，循環(huán)冷卻水側(cè)污垢熱阻，循環(huán)液側(cè)污垢熱阻。代入數(shù)據(jù)求：b.對(duì)數(shù)平均溫差c.換熱面積熱負(fù)荷換熱面積為取安全系數(shù)1.2，則換熱面積為，因此，選型石墨換熱器,其換熱面積已經(jīng)足夠。1.7吸收水第一冷卻器采用兩臺(tái)螺旋板換熱器并聯(lián)操作，每臺(tái)換熱面積,外徑為，板寬，板厚，通道(以上參數(shù)取自國(guó)家標(biāo)準(zhǔn))。(1)計(jì)算依據(jù)a.吸收水量，進(jìn)口溫度84.2℃，出口溫度40℃。b.冷卻水量，進(jìn)口溫度32℃，出口溫度40℃。c.熱負(fù)荷。(2)計(jì)算換熱面積a.總傳熱系數(shù)(a)吸收水側(cè)給熱系數(shù)吸收水平均溫度,此溫度下水的物性數(shù)據(jù)如下：吸收水側(cè)的通道面積為：吸收水流速當(dāng)量直徑螺旋板換熱器的給熱系數(shù)計(jì)算公式為：式中─液體的重量流量，；─液體的比熱容，；─給熱系數(shù)，。代入數(shù)據(jù)得： (b)冷卻水側(cè)的給熱系數(shù)冷卻水側(cè)的平均溫度，36℃水的物性數(shù)據(jù)如下：冷卻水的通道面積為=冷卻水流速當(dāng)量直徑∴(c)總傳熱系數(shù)不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)，板厚，冷卻水(循環(huán)水)側(cè)污垢熱阻為，吸收水側(cè)污垢熱阻為。代入數(shù)據(jù)求：∴b.傳熱平均溫差為：c.換熱面積每臺(tái)換熱器的熱負(fù)荷為：每臺(tái)換熱器的換熱面積為：取安全系數(shù)1.2，則每臺(tái)換熱器的換熱面積為，所選的換熱器兩臺(tái)已足夠滿足工藝。1.8吸收水第二冷卻器(1)計(jì)算依據(jù)a.吸收水量,進(jìn)口溫度40℃，出口溫度25℃。b.冷卻水量，進(jìn)口溫度18℃，出口溫度21℃。c.熱負(fù)荷。(2)計(jì)算換熱面積a.總傳熱系數(shù)(a)吸收水側(cè)給熱系數(shù)吸收水平均溫度32.5℃，此溫度下水的物性數(shù)據(jù)如下：吸收水側(cè)的通道面積為吸收水流速當(dāng)量直徑(b)冷卻水側(cè)的給熱系數(shù)冷卻水平均溫度,19.5℃水的物性數(shù)據(jù)如下：冷卻水通過面積=冷卻水流速當(dāng)量直徑∴(c)總傳熱系數(shù)不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù),板厚,冷卻水污垢熱阻為，吸收水側(cè)污垢熱阻。代入數(shù)據(jù)求：∴b.對(duì)數(shù)平均溫差c.換熱面積冷卻器的熱負(fù)荷為換熱面積為：取安全系數(shù)1.2，則每臺(tái)換熱器的換熱面積為，現(xiàn)選一臺(tái)的螺旋板換熱器已足夠滿足工藝要求。1.9吸收水第三冷卻器(1)計(jì)算依據(jù)a.吸收水量,進(jìn)口溫度25℃，出口溫度5℃。b.冷卻水量，進(jìn)口溫度-5℃，出口溫度5℃。c.冷卻器的熱負(fù)荷為。(2)計(jì)算換熱面積a.總傳熱系數(shù)(a)吸收水側(cè)給熱系數(shù)吸收水平均溫度,15℃下水的物性數(shù)據(jù)如下：吸收水側(cè)的通道面積為=吸收水流速當(dāng)量直徑∴(b)冷卻水側(cè)的給熱系數(shù)冷凍鹽水側(cè)的平均溫度0℃,0℃冷凍鹽水的物性數(shù)據(jù)使用17.5%水溶液的物性數(shù)據(jù)： 冷卻水的通道面積為=冷卻水流速當(dāng)量直徑∴(c)總傳熱系數(shù)不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù),板厚,冷凍鹽水側(cè)污垢熱阻為,吸收水側(cè)污垢熱阻。代入數(shù)據(jù)求：∴b.對(duì)數(shù)平均溫差為：c.換熱面積每臺(tái)冷卻器的熱負(fù)荷為。每臺(tái)冷卻器的換熱面積為：取安全系數(shù)1.2，則每臺(tái)換熱器的換熱面積為，所選兩臺(tái)螺旋板換熱器并聯(lián)使用已能滿足工藝要求。1.10氨蒸發(fā)器(1)計(jì)算依據(jù)a.氨蒸汽壓力,蒸汽溫度-7℃。b.加熱劑用蒸汽，溫度143℃。c.熱負(fù)荷。(2)計(jì)算換熱面積a.總傳熱系數(shù)蒸汽冷凝時(shí)的給熱系數(shù)取，液氨沸騰的給熱系數(shù)取，不銹鋼導(dǎo)熱系數(shù)取，管壁厚，兩側(cè)污垢熱阻取。代入數(shù)據(jù)求：∴b.平均溫度差c.換熱面積氨蒸發(fā)器的熱負(fù)荷為換熱面積為：取換熱面積為。1.11氨氣過濾器(1)計(jì)算依據(jù)a.進(jìn)口氣氨溫度-7℃,出口氣氨溫度65℃。b.加熱劑為的蒸汽,溫度143℃。c.熱負(fù)荷。(2)計(jì)算換熱面積a.總傳熱系數(shù)管殼式換熱器用作加熱器時(shí)，一方為蒸汽冷凝、一方為氣體情況下,值的推薦范圍是28～250，取。b.對(duì)數(shù)平均溫差冷端溫差為，熱端溫差為。c.換熱面積換熱器的熱負(fù)荷為換熱面積為：取安全系數(shù)1.2，則換熱面積為，選浮頭式熱交換器型，換熱面積為，符合要求。1.12丙烯過熱器(1)計(jì)算依據(jù)a.氣體進(jìn)入丙烯過熱器的進(jìn)口溫度為-13℃，氣體離開丙烯過熱器的出口溫度為65℃。b.加熱劑為的飽和蒸汽，溫度143℃。c.熱負(fù)荷。(2)計(jì)算換熱面積a.總傳熱系數(shù)管殼式換熱器用作加熱器時(shí)，一方為蒸汽冷凝、另一方為氣體時(shí)，值的推薦范圍是28～250，取。b.對(duì)數(shù)平均溫差熱端溫差為，冷端溫差為。∴(3)換熱面積換熱面積為：取安全系數(shù)1.2，則需換熱面積為，選型浮頭式換熱器一臺(tái)，換熱面積為，能夠滿足要求。1.13空氣加熱器(1)計(jì)算依據(jù)a.空氣走管內(nèi)，加熱蒸汽走管間。b.進(jìn)口氣體溫度90℃，出口氣體溫度136℃，氣體進(jìn)口壓力，氣體的流量和組成如下：表4-6c.用蒸汽作為加熱劑，其飽和溫度為164.2℃，流量為。d.熱負(fù)荷為，即。(2)計(jì)算換熱面積初選型浮頭式換熱器一臺(tái)，換熱器有的管子268根