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1、石化装备设计综合实训总结报告目录第1章 催化裂化工艺及流程图概述11.1催化裂化工艺11.1.1催化裂化的反应机理11.1.2催化裂化的工艺流程11.2分馏塔部分流程概述21.2.1油浆系统21.2.2回炼油系统21.2.3一中循环回流系统31.2.4二中段循环回流系统31.2.5轻柴油系统31.2.6粗汽油系统31.2.7顶循环回流系统3第2章 换热器的选用与工艺设计42.1换热器的概述42.1.1选择换热器的类型42.1.2流体流入空间的选择42.2确定物性数据52.3估算传热面积52.3.1热负荷52.3.2传热平均温度差62.3.3初算传热面积72.4工艺结构尺寸72.4.1选管子规格
2、72.4.2确定总管数和管程数72.4.3确定管子在管板上的排列方式82.4.4计算壳体内径82.4.5画出排管图92.4.6计算实际传热面积及过程的总传热系数102.4.7折流板直径与数量及有关尺寸的确定102.4.8温度补偿圈的选用102.5换热器校核102.5.1管程压力降校核102.5.2壳程压强降112.5.3校核总传热系数13第3章 换热器的结构设计153.1筒体部分计算153.1.1筒体厚度的计算153.1.2壳体圆筒的液压试验及压力试验时应力校核163.2椭圆封头计算163.3法兰的选取173.4管板的选取173.4.1管板计算173.4.2几何物理系数计算183.4.3强度影
3、响系数计算193.4.3.1旋转刚度193.4.3.2 法兰力矩203.4.3.3危险组合20表3-2 危险组合203.5鞍式支座233.6接管23第4章 换热器的强度校核254.1计算容器重量载荷的支座反力254.1.1设备自重254.1.2充满介质时液体介质重量254.1.3作用于每个支座上的反力254.2筒体轴向应力验算264.2.1轴向弯矩计算264.2.1.1鞍座截面处的弯矩264.2.1.2跨中截面处弯矩264.2.2轴向应力的计算264.2.2.1跨中截面最高点的轴向应力264.2.2.2跨中截面最低点的轴向应力274.3鞍座处的切向剪应力校核274.4鞍座处筒体周向应力验算27
4、4.4.1鞍座板的应力计算274.4.1.1筒体最低的周向应力274.4.1.2鞍座边角处的周向应力284.4.2鞍座腹板的强度校核28第5章 设计结果汇总29参考文献3029第1章 催化裂化工艺及流程图概述1.1催化裂化工艺催化裂化是石油二次加工的主要方法之一。在高温和催化剂的作用下使重质油发生裂化反应，转变为裂化气、汽油和柴油等的过程。主要反应有分解、异构化、氢转移、芳构化、缩合、生焦等。与热裂化相比，其轻质油产率高，汽油辛烷值高，柴油安定性较好，并副产富含烯烃的液化气。1.1.1催化裂化的反应机理与按自由基反应机理进行的热裂化不同，催化裂化是按碳正离子机理进行的，催化剂促进了裂化、异构化
5、和芳构化反应，裂化产物比热裂化具有更高的经济价值，气体中和较多，异构物多；汽油中异构烃多，二烯烃极少，芳烃较多。其主要反应包括：分解，使重质烃转变为轻质烃；异构化；氢转移；芳构化；缩合反应、生焦反应。异构化和芳构化使低辛烷值的直链烃转变为高辛烷值的异构烃和芳烃。1.1.2催化裂化的工艺流程催化裂化的流程主要包括三个部分：原料油催化裂化；催化剂再生；产物分离。原料喷入提升管反应器下部，在此处与高温催化剂混合、气化并发生反应。反应温度480530,压力0.140.2MPa（表压）。反应油气与催化剂在沉降器和旋风分离器(简称旋分器)，分离后，进入分馏塔分出汽油、柴油和重质回炼油。裂化气经压缩后去气体
6、分离系统。结焦的催化剂在再生器用空气烧去焦炭后循环使用，再生温度为600730。1.2分馏塔部分流程概述催化裂化主分馏塔共分为两段，上端为精馏段，下端为脱过热段，塔下装有人字挡板。反应油气（500）自沉降器集气室顶出来，经大油气线进入分馏塔（T301）底部，经脱过热段脱去油气过热，再经30层塔盘分离切割。塔底抽出油浆；三层抽出回炼油；一中循环回流自十七层抽出，二十层返塔；二十一层抽出轻柴油；顶循环回流自三十层抽出，三十四层返塔。从反应器来的高温油气，夹带少量粉末进去分馏塔下部的脱过热段，与冷却到250左右的油浆在人字挡板上逆流接触换热，脱除油气混合物在分馏段分成几个中间产品。塔顶为粗汽油和富气
7、，测线有轻柴油、重柴油和回炼油，塔底为油浆。轻柴油、重柴油先通过汽提塔，再经换热冷却后出装置。为取走分馏塔内的过剩热量，设有顶循环回流、一个或两个中段循环回流和塔底油浆循环回流。1.2.1油浆系统油浆（350）自塔-301底油浆泵抽出，一部分作为产品油浆经油浆冷却槽后送往罐区；一部分直接进提升管反应器回炼；绝大部分作为循环油浆先送至常减压装置同初顶油换热，再返回催化装置进入原料油加热器（E300）与原料油换热，再进入油浆蒸汽发生器，发生3.8Mpa中压饱和蒸汽,油浆降温后,分上下两股返回分馏塔，上返塔返回分馏塔人字形档板上，同反应油气逆向接触，脱除油气过热并洗涤油气中携带的催化剂；下返塔返回分
8、馏塔人字形挡板下，调节塔底温度。1.2.2回炼油系统回炼油（350）自3层集油箱流入V303，由回炼油泵（P305/1，2）抽出升压分为四路：一路送芳烃抽提装置；一路与原料油混合进提升管反应器；一路返回分馏塔二层；一路作为分馏二中进中压蒸汽发生器E314发生中压饱和蒸汽，冷却后的回炼油进分馏塔七层。1.2.3一中循环回流系统一中循环回流（280300）自17层集油箱用P304/1，2抽出，先作稳定塔重沸器（E403）热源，再进原料油-一中换热器（E313A，B）换热，经空冷305/4冷却后返回分馏塔二十层,以控制柴油质量。1.2.4二中段循环回流系统二中段循环回流用泵自第10层下部抽出送往塔底
9、作热载体后再经回流泵送至第5层塔板。1.2.5轻柴油系统轻柴油(200300)自21层塔盘进入汽提塔（T302/1）与过热蒸汽逆向接触，汽提掉其中的汽油组分，油气返回分馏塔第21层塔盘上部，汽提后的轻柴油用P303/1、2、3抽出依次进轻柴-焦化蜡油换热器（E312/A，B）、轻柴-富吸收油换热器（换701/1）、轻柴油-软化水换热器（换701/2）换热，再经空冷305/1-3冷却至75，一路作为产品送至装置外；另一路进冷-306/1，2冷至40，送至再吸收塔作为吸收剂。1.2.6粗汽油系统粗汽油、富气和水蒸气从分馏塔顶出来，经空冷和水冷冷凝冷却器，进入分馏塔顶油气分离器。未冷凝的油气（富气）
10、送到气体压缩机加压后进入吸收稳定系统，冷凝的粗汽油用泵送往吸收稳定系统，有时也可作为塔顶冷回流。顶循环系统1.2.7顶循环回流系统顶循环回流（140150）自30层集油箱用P302/1，2抽出进顶循-原料油换热器（E311A，B）与原料油换热后进换-305/1，2（顶循-除盐水换热器），再依次经空冷冷-303/1-4、顶循后冷器（冷-304）冷却至60返回分馏塔第34层塔盘，以控制汽油质量。第2章 换热器的选用与工艺设计2.1换热器的概述 换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体，使流体温度达到工艺流程规定的指标的热量交换设备，又称热交换器。换热器作为传热设备被广泛用于锅炉暖通领域，随着节能技术
11、的飞速发展，换热器的种类越来越多。列管式换热器是一种通用的标准换热设备。它具有结构简单、坚固耐用、造价低廉、用途广泛、清洗方便、适应性强等优点，在化工、石油、轻工、冶金、制药等行业中得到了广泛应用。根据列管式换热器的结构特点主要分为固定管板式换热器、U型管式换热器、浮头式换热器、填料函式换热器。2.1.1选择换热器的类型换热器类型的选定，主要可按流体压强，管壁与壳壁的温差及其污垢的清洗等方面来考虑。 两流体的温度变化情况： 热流体（油品）进口温度, 出口温度 冷流体（原油）进口温度，出口温度 从两流体温度来看，估计换热器的管、壳程壁温温差小于70，同时为了便于清洁壳程污垢，初步确定选用固定管板
12、式换热器1。2.1.2流体流入空间的选择冷热流体在换热器内的流动路径，需进行合理安排，通常可依一系列原则确定。原则：不洁净和易结垢的流体走易于清洗的一侧。 被冷却的流体宜走管程。 流量小而粘度大的液体一般以走壳程为宜。该设计任务的热流体为油品，冷流体为原油，油品温度较高，走管程可以减少热损失，且原油黏度较大，当装有折流挡板时，走壳程可以在较低的Re下既能达到湍流，有利于提高壳程一侧的给热系数。故根据以上原则我们确定原油走管程，油品走壳程。2.2确定物性数据油品的定性温度：原油的定性温度：查得油品、原油在各自定性温度下的各物性数据如表（2-1）所示：表2-1 物性参数物料密度比热kJ/(kgK)
13、导热系数W/(K)粘度原油8151.9860.1360.0029油品6302.20.1190.00522.3估算传热面积2.3.1热负荷在热损失可以忽略不计的条件下，两流体均无相变的情况下，热负荷可由下式计算2: （）式中：热负荷，W 热、冷流体的质量流量，kg/s 热、冷流体的定压比热容，kJ/(kgK) 热流体的进、出口温度， 冷流体的进、出口温度，热负荷：W 2.3.2传热平均温度差选取逆流流向，先按单壳程考虑，计算出平均温差. （2-2）式中 进、出口两端流体温差中较低一侧的温差； 进、出口两端流体温差中较高一侧的温差； 则平均温差按下式计算因数R和P值： (2-3) (2-4) 故 根据R、P值，查得温度校正系数，符合要求。所以得到，因此选用单壳程。2.3.3初算传热面积查表值为20400 W/(K), 取W/(K)，总传热速率方程式2： (2-5) 式中 估算的传热面积，m 假设的总传热系数，W/(K) 平均传热温度差，得：2.4工艺结构尺寸列管式换热器结构主要基本参数包括：公称直径、公称压力、设计温度、换热管长、换热器规格、折流板间距及公称换热面积等。2.4.1选管子规格选用中的无缝钢管3，管长。2.4.2确定总管数、管程数在选定管子的规格后，可由下式求出总管数和单程流速2：总管数： (2-6)式中：总管数； 管子外径，m； 管长，m。 故单
