设备设计与选型

设备设计与选型

7.1全厂设备概况及主要特点

全厂主要设备包括反应器6台，塔设备3台，储罐设备8台，泵设备36台，热交换器19台，压缩机2台，闪蒸器2台，倾析器1台，结晶器2台，离心机1台，共计80个设备。

本厂重型机器多，如反应器、脱甲苯塔、脱重烃塔，设备安装时多采用现场组焊的方式。

在此，对反应器、脱甲苯塔等进行详细的计算，编制了计算说明书。对全厂其它所有设备进行了选型，编制了各类设备一览表（见附录）。

7.2反应器设计

7.2.1概述

反应是化工生产流程中的中心环节，反应器的设计在化工设计中占有重要的地位。

7.2.2反应器选型

反应器的形式是由反应过程的基本特征决定的，本反应的的原料以气象进入反应器，在高温低压下进行反应，故属于气固相反应过程。气固相反应过程使用的反应器，根据催化剂床层的形式分为固定床反应器、流化床反应器和移动床反应器。

1、固定床反应器

固定床反应器又称填充床反应器，催化剂颗粒填装在反应器中，呈静止状态，是化工生产中最重要的气固反应器之一。

固定床反应器的优点有：

①反混小

②催化剂机械损耗小

③便于控制

固定床反应器的缺点如下：

①传热差，容易飞温

②催化剂更换困难

2、流化床反应器

流化床反应器，又称沸腾床反应器。反应器中气相原料以一定的速度通过催化剂颗粒层，使颗粒处于悬浮状态，并进行气固相反应。流态化技术在工业上最早应用于化学反应过程。

流化床反应的优点有：

①传热效果好

②可实现固体物料的连续进出

③压降低

流化床反应器的缺点入下：

①返混严重

②对催化剂颗粒要求严格

③易造成催化剂损失

3、移动床反应器

移动床反应器是一种新型的固定床反应器，其中催化剂从反应器顶部连续加入，并在反应过程中缓慢下降，最后从反应器底部卸出。反应原料气则从反应器底部进入，反应产物由反应器顶部输出，在移动床反应器中，催化剂颗粒之间没有相对移动，但是整体缓慢下降，是一种移动着的固定床，固得名。

本项目反应属于低放热反应，而且催化剂在小试的时候曾连续运行1000

小时不发生失活，所以为了最大限度的发挥催化剂高选择性和高转化率的优势，减少催化剂损失，流程的反应器采用技术最成熟的固定床反应器。

7.2.3反应器体积计算

本项目使用的是固定床列管式反应器，流体在床层内流动可视为平推流。所以由于数据的匮乏，用平推流反应器来计算固定床反应器。运用Aspen Plus进行反应器的设计如下：

有文献查的甲苯甲醇烷基化的主反应表观活化能位67.79KJ/Kmol。

aspen plus中输入的动力学参数如图7-1所示：

图7-1 aspen plus中输入的动力学参数

aspen plus中输入的逆反应的动力学参数如图7-2所示：

图7-2 aspen plus 中输入的逆反应的动力学参数

Aspen plus 输出的结果如图7-3所示：

图7-3 Aspen plus 输出的结果

换成反应器的体积为：0.3152 ×π/4×10×20=15.59m 3

催化剂一般装填整个反应器的50%~60%，此处我们选取50%装填量：

317.315.059.15m V ==

圆整体积，则反应器定型体积为：

V=31.5m3

7.2.4反应器的直径和高度

根据《工业催化》中规定，为了保证反应气流稳定，固定床反应器的长径比一般在6~12之间。此处我们选取反应器长度：反应器直径＝7，则：

H=7D=14R

=14R3

R=0.90

此处选取反应器直径D=1.80m，固定床反应器长度H=12.6m

7.2.5反应器筒体壁厚的设计

1、设计参数的确定

（1）设计压力的相关确定

设计压力p：

P=（1.05~1.10）P1

此处我们取：

P=1.1P1=1.1×0.3MPa=0.33MPa

（2）设计温度的相关确定

该反应器操作温度为460℃，取设计温度500℃，则选用材质为0Cr18Ni10Ti 的高合金钢钢板。

取焊接接头系数=1.0φ（双面焊对接接头，100％无损探伤），则查化工设备设计手册可知材料在0Cr18Ni10Ti 500℃时的许用应力[σ]t =103MPa ；腐蚀裕量21mm C =。

2、筒体的壁厚

计算厚度 []mm p D p c t i

c 443.133

.011034180033.02=-⨯⨯⨯=-=φσδ 设计厚度 δd =δ+C 2=1.443mm+1=2.443mm

已知钢板腐蚀裕量C 2=1.7mm ；负偏差10.8C mm =，则：

名义厚度 δn =δd +C 1=4.0mm （圆整）

3、筒体封头设计

反应釜的封头选用标准椭圆型封头（JB1154-73），内径与筒体相同，封头采用0Cr18Ni10Ti 的高合金钢钢板材料制造。相关结构参数如下：

公称直径DN=1800mm

曲面高度H 1

=525mm 直边高度H 2

=30mm 内表面积F=4.65m 3

容积V=1.1m 3

4、封头壁厚的设计

对于标准椭圆形封头，其计算厚度按下式计算：

[]20.5i

t pD t mm p σφ=-

经计算得t=2.88mm

7.3换热器设备设计

7.3.1概述

在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器，简称换热器。在换热器中至少要有两种温度不同的流体，一种流体温度高，放热；另一种流体温度低，吸热。在工程实践中有时也会有两种以上流体参加换热的换热器，但其基本原理与前一致。

化工、石油、动力、食品等行业中广泛使用各种换热器，它们是上述这些行业的通用设备，占有十分重要的地位。随着工业的迅速发展，能源消耗量不断增加，能源紧张已成为一个世界性问题。为缓和能源紧张的状况，世界各国竞相采取节能措施，大力发展节能技术，已成为当前工业生产和人民生活中一个重要课题。换热器在节能技术改造中具有很重要的作用，表现在两方面：一是在生产工艺流程中使用着大量的换热器，提高这些换热器效率，显然可以减少能源的消耗；另一方面，用换热器来回收工业余热，可以显著地提高设备的热效率。

7.3.2选型依据

表7-1换热器的设计依据