《丙烯腈生產(chǎn)的設(shè)備計(jì)算與選型案例綜述》4300字

丙烯腈生產(chǎn)的設(shè)備計(jì)算與選型案例綜述目錄TOC\o"1-2"\h\u10227丙烯腈生產(chǎn)的設(shè)備計(jì)算與選型案例綜述 則反應(yīng)器直徑5DTV-氣體的體積流量，DT反應(yīng)器直徑，T,p-反應(yīng)器的絕對溫度（K）和絕對壓力（Pa）u-流化床操作氣速，m/sn-進(jìn)料氣體總摩爾流量DT反應(yīng)器內(nèi)徑可取DT1=9.5m。e．稀相段床層直徑的確定本設(shè)計(jì)取稀相段流化數(shù)為950，能有效抑制副化學(xué)反應(yīng)，防止催化劑快速結(jié)焦，利于計(jì)算過程如下：U0=950Umf=0.693m/s即流化床反應(yīng)器稀相段直徑為DT2（2）反應(yīng)器床層高度a.濃相段催化劑的需求量為231.57t由催化劑的裝填密度為900kg/m3，所以靜床高度的確定H流化比公式由經(jīng)驗(yàn)公式確定：R=則濃相段高度QUOTEH1=R×Hmf=1.9×3.68=6.992mb.稀相段（沉降分離高度TDH)由徑與沉降分離度的關(guān)系，本反應(yīng)細(xì)顆粒催化劑粒子，在操作速度為0.8m/s時(shí)，由經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式：H2=1.2×圖4-2徑與沉降分離度的關(guān)系c.擴(kuò)大段高度擴(kuò)大段高度取擴(kuò)大段直徑的三分之一H3=Dd.反應(yīng)段和擴(kuò)大段的過渡部分過度角為120℃，過渡段高度：H4=(DT2?DT1)錐形段取錐底角為90°，則錐高為：H5=0.5D=1.75mm∴H=H1+H2+H3+H4+H5=26.845m。反應(yīng)器總高為26.9m1.1.4機(jī)械強(qiáng)度的計(jì)算與校核（1）流化床壁厚操作溫度為450℃，操作壓力1.1個(gè)大氣壓，設(shè)計(jì)溫度為470℃，設(shè)計(jì)壓力為0.162MPa，選擇0Cr18Ni9材料，因?yàn)樵摲磻?yīng)溫度不易控制，非常高。材料在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力為100.8MPa，取流化床體焊接接頭系數(shù)為φ=1，壁厚的附加量取c=2mm。流化床壁厚：t留點(diǎn)余量給其他外在負(fù)荷，所以取反應(yīng)器的設(shè)計(jì)壁厚為22mm流化床體的有效厚度為te=tn-c1-c2=19.1m。筒體的應(yīng)力按下式進(jìn)行計(jì)算σ許用應(yīng)力[σ]tφ=100.8×1=100.8MPa>91.39MPa,應(yīng)力校核合格。對于擴(kuò)大段:t選取擴(kuò)大段壁厚為21錐形段階段其壁厚也選取為21mm。（2）橢圓封頭由于反應(yīng)器壓力較低，封頭承壓不大，故選用應(yīng)用最為廣泛的橢圓形封頭。形狀系數(shù)為K=1.0由標(biāo)準(zhǔn)橢圓封Di=4×h則hi=DiDi為稀相段直徑由GB/T25198-2010查得其標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭直邊高度h0=40mm封頭總高度為H=hi+h0=2.55+0.04=2.59m封頭厚度按下式進(jìn)行計(jì)算：t故選取封頭厚度為23mm。（3）裙座圓柱形裙座是最適合本設(shè)計(jì)的，因?yàn)樵摲磻?yīng)器高徑?jīng)]有超過30。（4）水壓試驗(yàn)及其強(qiáng)度校核水壓試驗(yàn)的試驗(yàn)壓力有Pt=p+0.1=0.262MPa,Pt=1.25p=0.2025MPa，取兩者中最大值，即Pt=0.262MPa。水壓試驗(yàn)時(shí)壁內(nèi)應(yīng)力：σσ已知0Cr18Ni9材料在常溫下的屈服強(qiáng)度為σs=221MPa計(jì)算0.9σs=198.9MPa可以知道水壓試驗(yàn)時(shí)筒體壁內(nèi)應(yīng)力小于0.9σs，水壓試驗(yàn)安全，所以上述設(shè)計(jì)滿足要求。1.1.5濃相段及稀相段冷去裝置的換熱面積（1）濃相段冷卻裝置的換熱面積換熱裝置用套管式，總差傳熱系數(shù)取233換熱裝置的熱負(fù)荷已由熱衡算求出Q=6.53×108kJ/?=1.81×1換熱面積為F=1.81×取30%的設(shè)計(jì)裕量，則換熱面積為3088.3m（2）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0.405MPa（143℃）蒸汽?？倐鳠嵯禂?shù)取20W/(mQ=6.62×107kJ/h=1.839×107又Δt換熱面積為F=1.839×取30%設(shè)計(jì)裕量，則換熱面積為4477m1.2空氣飽和塔1.2.1計(jì)算依據(jù)進(jìn)塔空氣的組成和流量表1.1進(jìn)塔空氣組成和流量組分O2N2H2O合計(jì)Kmol/hkg/h2193.5170192.328251.78231049.84178.1423206.5610623.432304448.72出塔空氣的組成和流量表1.2出塔空氣組成和流量組分O2N2H2O合計(jì)Kmol/hkg/h2193.5170192.328251.78231049.842861.151499.813306.39352741.96c.塔頂噴淋液量444847.3kg/h，溫度105℃d.塔底排出液量217001.02kg/h，溫度79℃。e.塔頂壓力0.243MPa，塔底壓力0.263MPa。f.入塔氣溫度170℃，出塔氣溫度90℃。g.填料用50×50×1.5陶瓷拉西環(huán)（亂堆）。1.2.2塔徑確定拉西環(huán)的泛點(diǎn)速度計(jì)算公式為lgωFg?E式中——泛點(diǎn)空塔氣速，m/s；g——重力加速度，9.81m/s2_____干填料因子，m?1；——?dú)庀嗪鸵合嗝芏?，kg/m3L，G——?dú)庀嗪鸵合嗔髁?，kg/h；——液體的粘度，MPa.(cP)。50×50瓷拉西環(huán)的干填料因子為177m?1a.塔頂處=352741.9613306.39×22.4×=958kg/mL=444847.3kg/hG=352741.96kg/h=0.282MPa?s把數(shù)據(jù)帶入（3-3）式：lg解得=1.743m/s泛點(diǎn)率取75%，則氣體空塔速度為：W=0.75×1.743=1.307m/s出塔操作條件下的氣量：V=13306.39×22.4×273+90273×0.10130.243=165217.26m塔徑應(yīng)為d=45.900.785×1.307=b.塔底處ρG=ρL=975L=217001.02kg/hG=304448.72kg/h=0.38MPa?s把數(shù)據(jù)帶入1式lg解得ωF氣體空塔速度為w=0.75ω入塔氣在操作條件下的氣量：V=10623.432×22.4273+170273×0.10130.263=塔徑為d=41.3150.785×取塔徑為6.5m1.2.3填料高度 空氣水飽和塔在填料高程上的確定時(shí)必須綜合考慮兩個(gè)方面的因素a.出塔氣體中蒸汽含量達(dá)到要求。b.按照工廠的實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),取得的填料高6m。1.3丙烯蒸發(fā)器1.3.1計(jì)算依據(jù)a.丙烯在室內(nèi)管外設(shè)備進(jìn)行低溫蒸發(fā),蒸發(fā)時(shí)的實(shí)際壓力大約為0.405MPa，蒸發(fā)時(shí)的實(shí)際溫度-13℃,管內(nèi)設(shè)備用0℃的乙醇低溫水將冷凍后的鹽水(17.5%NaOH的乙醇水溶液)與剩余丙烯液體進(jìn)行低溫?fù)Q熱,冷凍后的低溫鹽水低于進(jìn)入丙烯出口時(shí)的實(shí)際溫度-2℃。b.乙醇和丙烯的蒸發(fā)溫度為40055.4kg/h，冷凍時(shí)的鹽水使用量為3.86×106kg/h。c.丙烯蒸發(fā)器熱負(fù)荷2.1131×107kJ/h。1.3.2丙烯蒸發(fā)器換熱面積a.蒸發(fā)器內(nèi)安裝的U型鋼管100根,尺寸為38×3.5-1℃為冷凍鹽水平均溫度，此溫度下有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下。μ=2.485×λ=0.545Wρ=1130.8kg/冷凍鹽水流速為u=3.86×10Re=(0.038?2×0.0035)×12.57×11302.485×1pτ=0.023=15690.3W/b.管外液體丙烯沸騰給熱系數(shù)=2326W/m2c.總傳熱系數(shù)冷凍鹽水方污垢熱阻取0.264×10?30.17610-3W/m2K=845W/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Δtd.面積（用于熱交換）熱負(fù)荷Q=2.1131×107KJ/h=5.87×107J/s換熱面積為A=5.87×106取安全系數(shù)1.2，則換熱面積37.5m2，查管式換熱器基本參數(shù)表，可以知道設(shè)計(jì)的換熱器應(yīng)該選用管數(shù)為100根，的單程管換熱器。其換熱的直徑為400毫米，換熱面積可以達(dá)到45.4m2的管殼式換熱器。1.3.3選型通過對丙烯蒸發(fā)器的換熱面積及熱負(fù)荷的計(jì)算我們可以，對于一些有結(jié)晶產(chǎn)生的，且是非熱敏性物料的反應(yīng)應(yīng)該用強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器。此設(shè)計(jì)的物料都是熱敏物料，且需要控制的溫度要比較準(zhǔn)確，要求比較高，所以此設(shè)計(jì)的物料并不是非熱敏材料所以選擇普通多效蒸發(fā)器，查表可知采用的是型號(hào)為BEM400-0.405/0.6-45.4-6000/25-4

I的管殼式換熱器。參考文獻(xiàn)[1]錢伯章,朱建芳．丙烯腈生產(chǎn)的國內(nèi)外市場分析[J]．江蘇化工．2007,35(1)：56-59[2]羅保軍，等，丙烯腈的生產(chǎn)現(xiàn)狀與發(fā)展前景，化工科技市場，2003，10:11-14[3]楊錦宗編著，工業(yè)有機(jī)合成基礎(chǔ)，北京：中國石化出版社，1998，503[4]崔克清，陶剛編著，《化工工藝及安全》，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004，202[5]江效田．丙烯腈合成裝置氨中和器用材的選擇[J]．齊魯石油化工,1981,(04)[6]高會(huì)元．丙烯腈市場前景展望[J]．現(xiàn)代化工,2001,(04)[7]洪匯．丙烯腈流化床反應(yīng)器評述[J]．石油化工,1998,(03)[8]關(guān)興亞．Sohio氨氧化法丙烯腈新工藝的探討[J]．合成纖維工業(yè),1981,(03)[9]鄭淑英.氨氧化法制備丙烯腈反應(yīng)機(jī)理探討[J]．寧德師專學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2001,(03)[10]王化國．丙烯氨氧化法合成丙烯腈的反應(yīng)機(jī)理[J]．合成纖維工業(yè),1981,(05)[11]袁兵．用于丙烯腈生產(chǎn)的C49MC催化劑性能和應(yīng)用研究[D]天津大學(xué),2007[12]肖春梅,張帆,張力明,李正艷．丙烯腈生產(chǎn)工藝及催化劑研究進(jìn)展[J]．石油化工設(shè)計(jì),2009,(02)[13]顧政．丙烯腈催化劑的工業(yè)應(yīng)用與發(fā)展[J]江蘇化工,2005,(03)[14]陳濤．新型丙烯腈催化劑研究[D]蘭州大學(xué),2006[15]王亞輝．丙烯氨氧化制丙烯腈催化劑晶格氧瞬變行為及相關(guān)動(dòng)力學(xué)研究[D]．北京化工大學(xué),2007[16]中國石化集團(tuán)上海工程有限公司編.化學(xué)工藝設(shè)計(jì)手冊(上冊)(第三版)[M]．北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003,38-45[17]丁浩等．化工工藝設(shè)計(jì)[M]．上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，198