设备选型与典型设备设计周晓雨 殷琪涛 吴巍 张雪燕 赵婧如 唐蔚隆汤吉海 刘清 费兆阳 陈献 张竹修 指导教师团队成员扬子石化巴斯夫有限公司年产5万吨甲基丙烯酸甲酯项目目录第一章 总述1第二章 塔设备42.3.1板式塔52.3.2填料塔62.3.3塔型选择72.6.1塔体结构设计（以T0101为例进行设计）122.6.1.1设计条件122.6.1.2设计结果与计算13第三章 换热器153.3.1基本要求163.3.2介质流程163.3.3终端温差173.3.4流速173.3.5压力降183.3.6传热膜系数183.3.7污垢系数183.4换热器选型193.4.1换热器选型软件19第四章 输送装置264.1.1典型化工用泵的特点和选用要求264.1.2化工装置对泵的要求274.1.3泵选型结果28第五章 储罐选型295.3.1立式储罐295.3.2卧式储罐305.3.3钢制立式圆筒形固定顶储罐系列（HG21502.192）305.3.4钢制立式圆筒形内浮顶储罐系列（HG21502.292）305.3.5球罐系列305.3.6低压湿式气柜系列（HG/T215491995）305.4.1立式平底筒形储罐的选型方法315.4.2球形储罐的选型方法315.5储罐选型325.5.1 产物MMA储罐32第六章 反应器336.4.1以R0401为例356.4.1.1搅拌式反应器设计条件356.4.1.2反应器进出口介质与组成366.4.1.3反应器R0401计算366.4.2设备条件图39扬子石化巴斯夫年产5万吨甲基丙烯酸甲酯项目 设备选型与典型设备设计第一章 总述1.1 过程设备的选型目的和基本要求化工设备的工艺设计与选型是在物料衡算和热量衡算的基础上进行的，其目的是决定工艺设备的类型、规格、主要尺寸和数量，为车间布置设计、施工图设计及非工艺设计项目提供足够的设计数据。过程设备的基本要求是满足安全性，经济性和工艺要求。安全是核心，在充分保证安全的前提下尽可能做到经济。经济性包括经济的制造过程，经济的安装、使用与维护，设备的长期安全运行本身就是最大的经济。对于工艺上所要求的温度、压力、液位、流量等都需要过程设备来实现。在满足工艺要求的同时，过程设备也必保证有足够的强度，不会在操作过程中遭到破坏。在满足前一个基本要求之后，要考虑尽量降低设备的生产费用和操作费用，使企业获得更大的利益。1.2过程设备类别化工设备从总体上分为两类，一类称定型设备或标准设备，这些是由一些加工厂成批成系列生产的没备，通俗地说，就是可以买到的现成的设备，如泵、反应釜、换热器、大型贮罐等；另一类称非定型设备或非标准设备，是指规格和材质都不定型的、需要专门设汁的特殊设备，如小的贮槽、塔器等。1.3 过程设备设计与选型原则在满足工艺要求的条件下，为了确保安全与经济 ，过程设备应满足以下基本要求，其中包括合理性、可靠性、先进性、安全性和经济性。（1）合理性即设备必须满足工艺需求，与工艺流程、生产规模、工艺条件及工艺控制水平相适应，在设备的许可范围内，能够最大限度地保证工艺的合理和优化并运转可靠。（2）可靠性和先进性工艺设备的型式、牌号多种多样，实现某一化工单元过程，可能有多种设备，要求设备运行可靠。在可靠的基础上考虑先进性，便于连续化和自动化生产，转化率、收率、效率要尽可能达到高的先进水平，在运转的过程中，波动范围小，保证运行质量可靠，操作上方便易行，有一定的弹性，维修容易，备件易于加工等。(3)安全性设备的选型和工艺设计要求安全可靠、操作稳定、无事故隐患，对工艺和建筑、地基、厂房等无苛刻要求，工人在操作时劳动强度小，尽量避免高温高压高空作业，尽量不用有毒有害的设备附件、附材，创造良好的工作环境和无污染。(4)经济性设备的选择力求做到技术上先进，经济上合理。1.4 过程设备设计与选型的主要内容（1）确定单元操作所用的设备的类型，这项工作应与工艺流程设计结合起来进行。（2）确定设备材质。根据工艺操作条件（温度，压力，介质的性质）和对设备的工艺要求确定符合要求的设备材质。（3）确定设备设计参数。设计参数是由工艺流程设计、物料衡算、热量衡算、设备的工艺计算多项工作得到的。对不同的设备，它们有不同的设计参数。对塔设备，需要确定进出口物料流量、组成、温度、压力、塔径、塔材质、填料类型与填料高度或塔板类型与塔板数等，对于精馏塔还要确定塔顶冷凝器和塔底再沸器的热负荷、换热流体的种类等；对换热器，则需要知道热负荷、换热面积、冷热流体的种类及流量。（4）确定定型设备或标准设备的型号和数量。定型设备或标准设备都有一定的产品说明书，有各种规格牌号，有不同的生产厂家，设计任务是根据工艺要求，确定设备型号及规格或标准图号（5）对于非标设备来说就是通过化工计算、工艺操作条件，提出型式、材料、尺寸和其他一些工艺要求（如防爆口、人孔、手孔、卸料口、液面计接口等），采用已经标准化的图纸，由化工设备专业进行工程机械加工设计，由有关机械或设备加上厂制造。第二章 塔设备2.1 设计规范化工设备设计基础规定 HG/T 20643-2012容器用封头JB/T47462002钢制化工容器强度计算规定HG/T 20582-2011钢制化工容器结构设计规定HG/T 20583-2011石油化工塔型设备设计规范SH/T 3030-2009压力容器封头GB/T 25198-2010塔顶吊柱HG/T 21639-2005不锈钢人孔和手孔HG 2159421604-2014钢制人孔和手孔的类型与技术条件HG/T 21514-2014钢制塔式容器JB/T 4710-20052.2 设计要求（1）分离效率高,且达到一定分离程度所需塔的高度低。（2）生产能力大，单位塔截面积处理量大。（3）操作弹性大。对一定的塔器，操作时气液流量的变化会影响分离效率。若将分离效率最高时的气液负荷作为最佳负荷点，可把分离效率比最高效率下降15%的最大负荷与最小负荷之比称为操作弹性，易于稳定操作。（4）结构简单，设备取材面广便于加工制造与维修，价格低廉，适用面广。2.3 塔的概述与类型塔器是气液 、液液间进行传热、传质分离的主要设备，在化工、制药、和轻工业中，应用十分广泛，塔器甚至成为化工装置的一种标志。在气体吸收、液体精馏(蒸馏)、萃取、吸附、增湿、离子交换等过程更离不开塔器，对于某些工艺来说，塔器甚至成为关键设备。随着时代发展，出现了各种各样型式的塔，但工业上使用的塔类型主要是填料塔和板式塔两种。2.3.1板式塔塔内装有一定数量的塔盘，是气液接触和传质的基本构件；属逐级(板)接触的气液传质设备；气体自塔底向上以鼓泡或喷射的形式穿过塔板上的液层，使气液相密切接触而进行传质与传热；两相的组分浓度呈阶梯式变化。主要塔型是浮阀塔、筛板塔及泡罩塔。可从生产能力、塔板效率、操作弹性、气体通过塔盘的压力降、造价和操作是否方便等方面来进行对比考虑。其优缺点总结如下：表2-1板式塔性能对比性能 塔型泡罩塔浮阀塔筛板塔栅板塔相对气体负荷11.31.32塔板效率良优优良操作弹性超超良中气体通过塔盘的单板压降/mm水柱4580458030502540相对造价10.70.70.5可靠性优良优中表2-2板式塔优缺点对比塔盘型式优点缺点泡罩型圆形泡罩操作弹性好无泄漏费用高，板间距大，压降大S型泡罩塔板浮阀型条形浮阀操作弹性好塔板效率高处理能力大无特别缺点重盘式浮阀T形浮阀穿流型筛板（溢流式）正常负荷下的效率高压力降小费用最低稳定操作范围窄易堵、易泄露波纹筛板处理量大压力降小经济性好操作弹性较小塔效率低量少栅板总结:相比于泡罩塔、筛板塔、栅板塔，浮阀塔在蒸汽负荷、操作弹性、塔板效率和造价方面都较为优越，并且筛板塔费用最低、压降小。结合本项目所分离的物质的特点，综合考虑处理能力大小，选择生产能力大，弹性大，分离效率高，雾沫夹带少，液面梯度较小，结构较简单的浮阀塔盘。2.3.2填料塔填料塔是一个圆筒塔体，塔内装有一定高度的填料，是气液接触和传质的基本构件；属微分接触型气液传质设备；液体在填料表面呈膜状自上而下流动；气体呈连续相自下而上与液体作逆流流动，并进行气液两相的传质和传热；两相的组分浓度或温度沿塔高连续变化。填料的种类很多，如金属鲍尔环塔、波网填料塔。常用的填料还有拉西环填料、鲍尔环填料、矩鞍形填料、阶梯形填料、波纹填料、波网（丝网）填料、螺旋环填料、十字环填料等。填料塔制造方便，结构简单，便于采用耐腐蚀材料，特别适用于塔径较小的情况，使用金属材料省，一次投资较少，塔高相对较低。表2-3 填料分类与名称填料类型填料名称散装填料环形拉西环形拉西环，环，十字环，内螺旋环开孔环形鲍尔环，改进型鲍尔环，阶梯环鞍形弧鞍形，矩鞍形，改进矩鞍形环鞍形金属环矩鞍形，金属双弧形，纳特环其他新型塑料球形，花环形，麦勒环形规整填料波纹型垂直波纹型网波纹型，板波纹型水平波纹型Spraypak，Panapak非波纹型珊格形Glitsch Grid板片形压延金属板，多孔金属板绕圈形古德洛形，Hyperfil2.3.3塔型选择板式塔和填料塔有优缺点，都可以用作蒸馏和吸收等气液传质过程，要根据具体情况选择，其性能对比结果见表2-42-4 填料塔和板式塔性能比较资料来源：化工装置工艺设计下册项目填料塔板式塔散装填料规整填料压降较小，较适于要求压力降小的场合更小一般比填料塔大空塔气速因子稍小较两者大比散堆填料塔大塔效率塔径1.5m以下塔效率高，塔径增大，效率常会下降较其他两者高，对大直径塔无放大效应效率较稳定，大塔板效率比小塔板有所提高液气比对液体喷淋量有一定要求范围较大适用范围较大持液量较小较小较大材质要求可用金属及非金属材料适应各类材料一般用金属材料制作安装维修较困难适中较容易造价直径800mm以下，一般比板式塔便宜，直径增大，造价显著增加较板式塔高直径大时一般比填料塔造价较低重量重适中较轻塔型选择时选择时应考虑的因素有：物料性质、操作条件、塔设备性能及塔的制造、安装、运转、维修等。下列条件分别列出了对塔型的选择情况：1）选用填料塔：a.在分离程度要求高的情况下，因某些新型填料具有很高的传质效率，故可采用新型填料以降低塔的高度；b.对于热敏性物料的蒸馏分离，因新型填料的持液量较小，压降小，故可优先选择真空操作下的填料塔；c.物料具有腐蚀性。（因为填料塔可采用非金属材料，如陶瓷、塑料等）；d.物料容易发泡物料。2）选用板式塔：a.塔内液体滞液量较大，操作负荷变