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1、设备选型与典型设备设计 扬子江石化年产60万吨丙烯和26万吨乙醇项目目 录第一章 总述11.1 过程设备的目的和基本要求11.2过程设备类别11.3 过程设备设计与选型的主要内容11.4 过程设备设计与选型原则2第二章 塔设备42.1 塔设备选型设计依据42.2 概述42.3 塔型的选择42.4 塔盘的类型与选择62.5 本项目塔设备选型82.6 塔设备设计步骤82.7 塔结构设计举例92.8 塔设备一览表45第三章 换热器463.1 换热器选型依据463.2 换热器分类463.2.1 按工艺功能分类463.2.2 按传热方式分类473.3 换热器选型原则493.4换热器典型举例513.4.1
2、 换热要求513.4.2 换热器型式选择543.4.3换热器的结构593.5 换热器性能表633.6换热器一览表80第四章 泵选型814.1 概述814.2泵类型和特点814.3 泵选型原则824.4 泵选型举例844.5泵选型一览表87第五章 压缩机选型885.1 概述885.2选型依据885.3压缩机分类和使用范围895.4 压缩机工艺参数905.5 压缩机选型举例905.6 压缩机选型一览表92第六章 储罐选型936.1 储罐选型标准936.2 储罐类型936.3 储罐系列936.4选型原则956.5储罐选型966.5.1原料储罐966.5.2产品储罐976.5.3回流罐986.5.4缓
3、冲罐1006.6储罐一览表102第七章 气液分离器1037.1.1 设计依据1037.1.2 设计目标1037.1.3 气液分离器类型1037.1.4 设计过程1037.1.5 分离器设计结果109第八章 反应器1108.1 概述1108.2 反应器类型1108.3设计要点1128.4 反应器设计举例1138.4.1丙烷脱氢反应器（R0201）1138.4.2乙酯加氢反应器（R0602）1288.5反应器设计一览表140第一章 总述1.1 过程设备的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
4、图设计及非工艺设计项目提供足够的设计数据。过程设备最基本的要求是满足安全性与经济性，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。在满足工艺要求的前提下，为了确保安全与经济，过程设备应满足以下基本要求。首先，结构合理，安全可靠。过程设备上所有部件都必须有足够的强度、刚度和稳定性，可靠的密封性和一定的耐久性。其次，设备必须具有先进的技术经济指标，技术经济指标是衡量过程设备优劣的重要参数。再次，运转性能好，操作简单，运转方便；最后，还要具有优良的环境性能。上述要求很难全部满足，设计选用时应针对具体问题具体分
5、析，满足主要要求，兼顾次要要求。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，这是由一些加工厂成批成系列生产的设备，通俗地说，就是可以买到的现成的设备，如泵、反应釜、换热器、大型储罐等；另一类称非定型设备或非标准设备，是指规格和材料都是不定型的、需要专门设计的特殊设备，如小的储罐、塔器等。1.3 过程设备设计与选型的主要内容(1) 确定单元操作所用设备的类型。这项工作应与工艺流程设计结合起来进行。(2) 确定设备的材质。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。这项工作应与设备设计专业人员共同完成。(3) 确定设备的设计参数。设
6、备的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的流量、组成、温度、压力塔径与塔的材质、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（即标准设备）的型号或牌号以及数量。定型设备是一些加工厂成批、成系列生产的设备，即那些可以直接向生产厂家订货或购买的现成设备。对已有标准图纸的设备，确定标准图的图号和型号。随着中国化工设备标准化的推进，有些本来用于非标设备的化
7、工装置，已逐步走向系列化、定型化。这些设备包括换热器系列、容器系列、搪玻璃设备系列以及圆泡罩、F1型浮阀和浮阀塔塔盘系列等，它们已经有了国家标准。(5) 对非标设备，向化工设备专业设计人员提出设计条件和设备草图，明确设备的型式、材质、基本设计参数、管口、维修安装要求、支承要求及其他要求（如防爆口、人孔、手孔、卸料口、液面计接口等）。(6) 编制工艺设备一览表。在初步设计阶段，根据设备工艺设计的结果，编制工艺设备一览表，可按非定型工艺设备和定型工艺设备两类编制。初步设计阶段的工艺设备一览表作为设计说明书的组成部分提供给有关部门进行设计审查。1.4 过程设备设计与选型原则(1) 合理性即设备必须满
8、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
9、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。第二章 塔设备2.1 塔设备选型设计依据化工设备设计全书塔设备固定式压力容器 GB 150-2011设备及管道保温设计导则 GB 8175-1987压力容器封头 GB/T 25198-2010塔器设计技术规定 HG 20652-1998钢制化工容器结构设计规定 HG/T 20583-2011工艺系统工程设计技术规范 HG/T 20570-1995塔顶吊柱 HG/T 21639-2005不锈钢人、手孔 HG 21594-21604钢制人孔和手孔的类型与技术条件 HG/T 21514-20
10、05钢制塔式容器 JB/T 4710-20052.2 概述石化行业是国民经济中能耗较高的产业部门，其能耗占工业能耗接近1/5，占全国总能耗的14%左右。在目前占有工业能耗接近五分之一的石化行业中，较大的能耗主要来源于化学原料及化学制品制造业能耗、石油天然气开采业能耗、石油加工、炼焦及核燃料加工业能耗、橡胶制品业能耗。而在化工生产中分离的能耗占主要部分，塔设备的投资费用占整个工艺设备费用的25.93%。塔设备所耗用的钢材料重量在各类工艺设备中所占的比例也较多，例如在年产60-120万吨催化裂化装置中占48.9%。因此，塔设备的设计和研究，对石油、化工等工业的发展起着重要的作用。2.3塔类型的选择
11、1.板式塔板式塔是分级接触型气液传质设种类繁多。根据目前国内外的实际使用情况，主要塔型是浮阀塔、筛板塔及泡罩塔。对塔型的评价具体可以从一下几个方面进行比较，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考虑。下表别对上述特点从定量和定性两个方面对各种板式塔的优缺点加以总结。表2-2 板式塔性能比较性 能塔 型泡罩塔浮阀塔筛板塔舌形塔栅板塔与泡罩塔相比的相对气体负荷11.31.31.352效率良优优良良操作弹性超超良超中85%最大负荷时的单板压降/mm(水柱)45-8045-8030-5040-7025-40与泡罩塔的相对价格10.70.70.70.5可靠性优良优
12、良中表2-3 各种板式塔优缺点及其用途塔盘型式结构优点缺点用途泡罩型圆形泡罩复杂弹性好，无泄漏费用高，板间距大，压降大特定要求S型泡罩塔板简单简化形式特定要求浮阀型条形浮阀简单操作弹性好塔板效率高处理能力大无特别缺点加压常压下的气液传质重盘式浮阀 简单/复杂T形浮阀简单穿流型筛板(溢流式)简单正常负荷下的效率高。费用最低压力降小稳定操作范围窄，易堵，易泄露变动量少且不析出固体波纹筛板简单处理量大压降小，便宜效率低，弹性小，量少粗蒸馏栅板简单处理量大，压力降小，便宜塔效率低，弹性较小，量少适合粗蒸馏从上表中可以得出以下几条结论：(1) 浮阀塔在蒸汽负荷、操作弹性、效率和价格方面都比泡罩塔优越，这
13、也是浮阀塔被广泛应用的原因。(2) 筛板塔造价低、压降小，但是操作弹性较差。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.填料塔填料塔是一个圆筒塔体，塔内装载一层或多层填料，气相由下而上、液相由上而下接触，传热和传质主要在填料表面上进行，因此，填料的选择是填料塔的关键。填料的种类很多，许多研究者还在不断地试图改进填料，填料塔的命名也以填料名称为依据，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
14、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2-5 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，Hyperfil(1) 散装填料：a. 拉西环：目前已被淘汰。 图6-1-1 拉西环 图6-1-2 矩鞍填料b. 矩鞍填
