乙二醇合成工藝中的設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算案例1500字

-3-乙二醇合成工藝中的設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算案例綜述1.1反應(yīng)器設(shè)計(jì)1.1.1概述反應(yīng)器的設(shè)計(jì)于化工設(shè)計(jì)中占有重要的地位，反應(yīng)器設(shè)計(jì)的程度直連著以后項(xiàng)目的進(jìn)程。1.1.1羰化反應(yīng)器設(shè)計(jì)1.1.1.1設(shè)計(jì)條件依據(jù)Aspen模擬，得出進(jìn)反應(yīng)器體積流量：Vf=45024.549m3/h，Q放熱量=102726684kJ/hr，選擇連續(xù)換熱式管殼型固定床反應(yīng)器。查文獻(xiàn)得：反應(yīng)壓力0.5MPa，溫度為100~150℃，空速為3000~4500h-1，本項(xiàng)目取空速為3000h-1。1.1.1.2反應(yīng)器結(jié)構(gòu)的計(jì)算（1）催化劑填充量計(jì)算VR:催化劑藏量，m3Vf:原料體積流量，m3/hv:體積空速，h-1（2）反應(yīng)管長度的計(jì)算從相聯(lián)文獻(xiàn)得出，催化劑堆填的高度要大于4m，在這兒取催化劑的裝填高度為9.5m，考慮到一定安全問題，決定單管長為10m。（3）管束尺寸及反應(yīng)管的排列選擇工業(yè)上所用的Φ32mm×3.5mm的反應(yīng)列管，管內(nèi)截面積為19.6cm2，管長為10m。單管催化劑體積可求得：V0=A×l==0.0196m3所需管數(shù)N：若反應(yīng)列管采用正三角形排列，則可計(jì)算得：六邊形層數(shù)：其中n為列管數(shù)；最外層六邊形對(duì)角線管數(shù)計(jì)算：B=2a+1=2×16+1=33由于為正三角形排列，所以管心距t可按下式計(jì)算t=1.368d0=1.368×(32-3.5×2)=34.2mm最外層列管到殼體的距離e按下式計(jì)算e=1.50d0=1.5×(32-3.5×2)=31.5mm反應(yīng)器內(nèi)徑D為：D=t(b-1)+2e=0.0342×(33-1)+2×0.0375=1.1694m其中：D-反應(yīng)器內(nèi)徑t-管心距b-最外層六邊形對(duì)角線上的管子數(shù)e-最外層列管到殼體的距離所以反應(yīng)器直徑取1.2m。（4）反應(yīng)器高度列管長度：由工藝計(jì)算中可知，列管長度L=10m；取筒體頂部空間為Ha=1m；取筒體底部空間為Hb=2m；封頭高度：采用EHA橢圓形封頭，公稱直徑為2400mm，根據(jù)JB/T4746—2002可知，單個(gè)封頭的總高度Hc=765mm。由以上可得：反應(yīng)器高度H=L+Ha+Hb+Hc=10+1+2+2×0.765=14.5m（5）反應(yīng)器的換熱對(duì)于固定床反應(yīng)器，總傳熱系數(shù)K可由下式計(jì)算：其中：ab-固定床傳熱系數(shù)，δ-反應(yīng)器管壁的厚度，mλ-反應(yīng)器管材的導(dǎo)熱系數(shù)，ac-換熱介質(zhì)一方的傳熱系數(shù)，Rd-傳熱面污垢熱阻固定床傳熱系數(shù)ab由下式計(jì)算：式中dp-催化劑顆粒直徑,該式的適用條件為20<Re<7600及0.05<dp/dt<0.3。模型中的催化劑平均粒徑dp為0.004m，dt一般取0.025m，此時(shí)d為0.0035m。管材選用不銹鋼，λ取16.0。換熱介質(zhì)為90℃鍋爐水以產(chǎn)生低壓蒸汽，反應(yīng)過程中取傳熱系數(shù)ac取為2000，Rd取0.0004。由ASPEN計(jì)算可以得到物流的密度為6.072kg/m3單管氣體流速可以由單管的流量與截面積求得：u=V/ns=45024.549/(769×3600×1.96×10-3)=8.28m/s其中，雷諾數(shù)Re=0.025×8.28×6.072/0.0002=6285代入可求得ab的值為：ab=543748總傳熱系數(shù)K為：K=892.4W/(m2·k)由ASPEN對(duì)該反應(yīng)進(jìn)行模擬計(jì)算可得Q放熱量=102726684kJ/hr，T進(jìn)口溫度=130℃，T出口溫度=130℃，采用的冷卻水：T入口溫度=90℃，T出口溫度=100℃，則對(duì)數(shù)平均溫度為查得90度水的比熱容為4.2kJ/kg/K則升溫到100度所需熱量Q1為Q1=m×Cp×(100-90)查得0.1MPa水的相變潛熱為40.63kJ/mol則水變成水蒸氣所需熱量Q2為Q2=m×1000/18×40.63由熱量衡算：Q=Q1+Q2故所需冷凝水量為：m=44678.88kg/hr實(shí)際的傳熱面積為：S=3.14×0.025×10×769=604.0m2由于實(shí)際傳熱面積大于所需傳熱面積，故能滿足傳熱要求。1.2泵的選型1.2.1選型計(jì)算從AspenPlus模擬數(shù)據(jù)結(jié)果我們了解，泵的進(jìn)料流量Q=59.728m3/h，進(jìn)料壓強(qiáng)為1.02bar，介質(zhì)密度約為804.705kg/cm3，粘度為0.001Pa?s，輸送任務(wù)為將液體送到壓力為2.5bar的T1塔。假設(shè)流速u=1.5m/s，進(jìn)料流量Q=1.1q=1.1×59.728=65.7m3/h管徑：經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管（GB8163-87），規(guī)格為Φ127×4，則實(shí)際管內(nèi)流速為：雷諾數(shù)故為湍流，取無縫鋼管的絕對(duì)粗糙度為ε=0.2mm相對(duì)粗糙度：查圖可得摩擦系數(shù)λ=0.02對(duì)加料板面機(jī)械能衡算，地面為基準(zhǔn)面，假設(shè)管路總長l=20m管路上安裝2個(gè)90的標(biāo)準(zhǔn)彎頭ε=0.75×2=1.5泵排出管路上安裝一個(gè)搖板式止回閥ε=2ξ總=1.5+2=3.5進(jìn)料口離地面高度：△Z=10m列伯努利方程得其中，泵進(jìn)口與出口速度相等，則則H=10+3.7+9.23=22.93mm綜上，根據(jù)流量及壓頭數(shù)據(jù)(Q=65.7m3/h，H=22.93m)，再留出一定汽蝕余量，選用的具體參數(shù)如下表所示。表6-5吸收塔進(jìn)料泵的具體參數(shù)型號(hào)IS100-80-160流量m3/h100揚(yáng)程/m32轉(zhuǎn)速/r/min2900氣蝕余量/m4效率78%軸功率/kw11.51.3壓縮機(jī)選型說明1.3.1選型計(jì)算以一氧化碳?jí)嚎s機(jī)C102選型過程為例。根據(jù)Aspen模擬得到以下工藝數(shù)據(jù)：P進(jìn)氣壓力0.1MPa，P出口壓力0.5MPa，氣體進(jìn)口流量9.50m3/s，Ts=293.15K，出口氣量為3.43m3/s，521.99K。則壓縮機(jī)實(shí)際排氣量為3.43