【正文】 占地面積大，傳熱系數(shù)中等，維護(hù)、清理方便。其中立式再沸器中以熱虹吸式最為常用，臥式再沸器包括臥式熱虹吸式、強(qiáng)制循環(huán)式、釜式再沸器以及內(nèi)置式再沸器等。在設(shè)計(jì)過程中，主要考慮如下幾個(gè)方面的問題。其中間壁式換熱器為工業(yè)應(yīng)用最為廣泛的一種換熱器。：表241 精餾塔設(shè)備選型一覽表塔設(shè)備位號(hào)設(shè)備名稱直徑(m）高度(m）設(shè)備個(gè)數(shù)材料厚度（mm）保溫材料T01001T01002PO蒸餾塔4Q345R20玻璃棉卷氈T01003PO蒸餾塔2Q345R20玻璃棉卷氈T02001PO粗精餾塔2Q345R20玻璃棉卷氈T02002PO二級(jí)精餾塔262Q345R20玻璃棉卷氈T03001甲醇回收精餾塔2Q345R20玻璃棉卷氈附錄3 換熱器設(shè)計(jì)及選型說明書 概述1 換熱器的用途換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，又稱熱交換器。 封頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)查GB/T 251982010《壓力容器封頭》得：封頭型號(hào)采用EHA型，即標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，并以內(nèi)徑為標(biāo)準(zhǔn)。Q345R是壓力容器專用鋼，適用范圍：用于介質(zhì)具有一定腐蝕性，壁厚較大（）的壓力容器。有圖可以看出：設(shè)計(jì)點(diǎn)位于正常操作去的中部，表明該塔板對(duì)氣液負(fù)荷的波動(dòng)有較好的適應(yīng)能力。3液相負(fù)荷下限線對(duì)于平直堰，取堰上液層高度負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)。表233 塔板的應(yīng)用范圍塔板類型相對(duì)生產(chǎn)能力相對(duì)板效率操作范圍壓降結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)篩板35100低簡(jiǎn)單泡罩板10100高復(fù)雜浮閥板10100中一般穿流篩板50100低最簡(jiǎn)單斜孔板30100低簡(jiǎn)單 工藝參數(shù)（1）生產(chǎn)能力本項(xiàng)目年產(chǎn)30萬噸PO。操作范圍窄不適用易堵賽物料；易發(fā)生液體泄漏。（2）有側(cè)線進(jìn)料和出料的工藝過程，選用板式塔較為適宜。（3） 流體流動(dòng)阻力小，即流體透過塔設(shè)備的壓力降小。在滿足工藝要求的基礎(chǔ)上，考慮設(shè)備的固定投資費(fèi)用和操作費(fèi)用，利用物料衡算和熱量衡算的模擬數(shù)值進(jìn)行設(shè)備的設(shè)計(jì)和選型。故反應(yīng)所需的體積由催化劑所算得反應(yīng)器體積太小，反應(yīng)物流量過大。反應(yīng)器出口氣體以，離開反應(yīng)器。本設(shè)計(jì)采用耳式支座。內(nèi)表面積。從工藝操作要求考慮，對(duì)封頭形狀無特殊要求。3 接管的材料選用Q235B作為補(bǔ)強(qiáng)圈的材料，部分接管用20，法蘭選用20。殼程入口處應(yīng)設(shè)防沖擋板。故選擇用停留時(shí)間與流量的關(guān)系得出反應(yīng)器總體積：一小時(shí)的體積流量：反應(yīng)時(shí)間取十分鐘：反應(yīng)器體積:根據(jù)中間試驗(yàn)的結(jié)果，列管規(guī)格為： 表213普通鋼管參數(shù)外徑，mm壁厚，mm單位長(zhǎng)度理論重量，kg/m38管長(zhǎng)為L(zhǎng)=15m 。反應(yīng)器出口氣體以，離開反應(yīng)器。，溫度為50℃下，在TS1上進(jìn)行的等溫液固相催化反應(yīng)。通過幾種生成環(huán)氧丙烷的工業(yè)方法，經(jīng)綜合考慮我們選擇了工藝流程簡(jiǎn)單，產(chǎn)品收率高，無副產(chǎn)品無污染的過氧化氫氧化法生成環(huán)氧丙烷工藝。表22 氯醇法、共氧化法、異丙苯法、過氧化氫法技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比生產(chǎn)工藝優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)氯醇法1）工藝成熟，流程簡(jiǎn)單；2）操作負(fù)荷彈性大；3）選擇性好；4）對(duì)原料丙烯的純度要求不高；5）安全性高；6）投資少；7）有成本競(jìng)爭(zhēng)力。與水部分互溶，與乙醇、乙醚等互溶。 由于固體顆粒的磨蝕作用，管子和容器的磨損嚴(yán)重。使得易失活催化劑能在工程中使用。將大量固體顆粒懸浮于運(yùn)動(dòng)的流體從而使顆粒具有類似于流體的某些宏觀表現(xiàn)特性，這種流固接觸狀態(tài)稱為固體流態(tài)化。因此，仍不失為氣固相催化反應(yīng)器中的主要形式，在化學(xué)工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。由于固體催化劑在床層中靜止不動(dòng)，相應(yīng)地產(chǎn)生一些缺點(diǎn)： 催化劑載體往往導(dǎo)熱性不良，氣體流速受壓降限制又不能太大，則造成床層中傳熱性能較差，也給溫度控制帶來困難。雙氧水環(huán)氧化丙烯生成環(huán)氧丙烷，具有較高經(jīng)濟(jì)價(jià)值的和符合環(huán)境友好型化工產(chǎn)品生產(chǎn)，降低環(huán)境污染，同時(shí)提高環(huán)氧丙烷的轉(zhuǎn)化率。最終對(duì)全工藝段進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)的熱量平衡計(jì)算，進(jìn)而用于指導(dǎo)節(jié)能降耗設(shè)計(jì)工作。總之，通過下述能量衡算，可以為后續(xù)設(shè)計(jì)工作中提高熱量的利用率，降低能耗提供主要依據(jù)。產(chǎn)品精餾塔Aspend模擬示意圖：圖13 產(chǎn)品精餾塔示意圖表15精餾塔T02002物料衡算DD1FWTemperature C Pressure barVapor FracLiquid FracSolid FracDensity kmol/cumSubstream: MIXEDMole Flow kmol/hrC3H6C3H8C3H6OCH4OH2OMole FracC3H6C3H8C3H6OCH4OH2OMass Flow kg/hrC3H6C3H8C3H6OCH4OH2OMass FracC3H6C3H8C3H6OCH4OH2OTotal Flow kmol/hrTotal Flow kg/hrTotal Flow cum/hrDensity kg/cum 甲醇精餾塔T03001物料衡算經(jīng)過相分離器將R03001雙氧水分解器分解雙氧水后的混合物把氫氣和氧氣與甲醇分離。2013第七屆“中國(guó)石化三井化學(xué)杯”全國(guó)大學(xué)生化工設(shè)計(jì)競(jìng)賽附錄1 物料與能量衡算說明書 環(huán)氧丙烷環(huán)氧化第一工段反應(yīng)器R01001物料衡算丙烯、丙烷溶解在甲醇中與雙氧水一起進(jìn)入閃蒸罐提濃預(yù)熱后進(jìn)入R01001和R01002反應(yīng)后經(jīng)加料泵送入T0101和T0102精餾塔中進(jìn)行粗提純。將分離后的液相送入經(jīng)加料泵送入T03001精餾提純甲醇后去溶解混合丙烯成為原料進(jìn)入閃蒸罐預(yù)熱進(jìn)入反應(yīng)器反應(yīng)。熱量衡算原則工程依據(jù)化工設(shè)計(jì)中關(guān)于熱量衡算的基本思想和要求，遵循基本規(guī)范與實(shí)際工藝相結(jié)合的原則，進(jìn)行熱量衡算書的編制。熱量衡算任務(wù)在進(jìn)行環(huán)氧丙烷生產(chǎn)裝置的熱量衡算中，主要通過定量計(jì)算完成下述基本任務(wù)：（1）確定工藝單元中物料輸送機(jī)械（如泵）所需要的功率，以便于進(jìn)行設(shè)備的設(shè)計(jì)和選型；（2）確定吸收、反應(yīng)單元操作中所需要的熱量或冷量以及傳遞速率，計(jì)算換熱設(shè)備的尺寸，確定加熱劑和冷卻劑的消耗量，為后續(xù)設(shè)計(jì)中比如供汽、供冷、供水等專業(yè)提供設(shè)備條件；（3）提高熱量?jī)?nèi)部集成度，充分利用余熱，提高能量利用率，降低能耗；最終計(jì)算出總需求能量和能量的費(fèi)用，并由此確定工藝過程在經(jīng)濟(jì)上的可行性。降低產(chǎn)品成本，在設(shè)計(jì)此塔時(shí)，考慮到應(yīng)滿足以下基本要求：（1）在給定的反應(yīng)條件下達(dá)最大的轉(zhuǎn)化率；（2）發(fā)電成本可容許上浮≤30%；（3）原料與催化劑充分接觸，實(shí)現(xiàn)更快的反應(yīng)速率；（4）生產(chǎn)能力大，即原料處理能力大；（5）操作穩(wěn)定，操作彈性大；（6）流體流動(dòng)阻力小，流體通過塔設(shè)備的壓降大；（7）耐腐蝕性、表面潤(rùn)濕性能好；（8）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，材料耗用量少，制造安裝容易，以降低設(shè)備投資，同時(shí)盡可能降低操作費(fèi)用； 反應(yīng)器的選型固定床反應(yīng)器和流化床反應(yīng)器的比較是個(gè)復(fù)雜的問題，涉及的因素很多，難以用比較簡(jiǎn)便的方法明確地作對(duì)比。對(duì)于放熱反應(yīng)，在換熱式反應(yīng)器的入口處，因?yàn)榉磻?yīng)物濃度較高，反應(yīng)速度較快，放出的熱量往往來不及移走，而使物料溫度升高，這又促使反應(yīng)以更快的速度進(jìn)行，放出更多的熱量，物料溫度繼續(xù)升高，直到反應(yīng)物濃度降低，反應(yīng)速度減慢，傳熱速度超過了反應(yīng)速度時(shí)，溫度才逐漸下降。例如石油煉制工業(yè)中的裂化、重整、異構(gòu)化、加氫精制等；無機(jī)化學(xué)工業(yè)中的合成氨、硫酸、天然氣轉(zhuǎn)化等；有機(jī)化學(xué)工業(yè)中的乙烯氧化制環(huán)氧乙烷、乙烯水合制乙醇、乙苯脫氧制苯乙烯、苯加氫制環(huán)己烷等?；瘜W(xué)工業(yè)廣泛使用固體流態(tài)化技術(shù)進(jìn)行固體的物理加工、顆粒輸送、催化和非催化化學(xué)加工。 流體與顆粒之間傳熱、傳質(zhì)速率也較其它接觸方式為高。雖然流化床反應(yīng)器存在著上述缺點(diǎn)，但優(yōu)點(diǎn)是主要的?；瘜W(xué)性質(zhì)活潑，其蒸氣在空氣中能自燃或爆炸。1）水耗大2）產(chǎn)生大量廢水及廢渣(每生產(chǎn)1t環(huán)氧丙烷產(chǎn)生40~ ）；3））消耗大量氯氣和石灰原料，污染環(huán)境；4）產(chǎn)生的次氯酸對(duì)設(shè)備的腐蝕嚴(yán)重。 原料、輔助原料、產(chǎn)品的主要技術(shù)規(guī)格表23主要工藝物料消耗與規(guī)格名稱規(guī)格用量丙烯工業(yè)級(jí)23萬t/a雙氧水工業(yè)級(jí)18萬t/a甲醇工業(yè)級(jí)640t/a氫氣純氫氣 原輔料規(guī)格及消耗配比表24原輔料規(guī)格及消耗配比名稱原輔料規(guī)格配比原料雙氧水工業(yè)級(jí)原料丙烯工業(yè)級(jí)原料丙烷工業(yè)級(jí)原料甲醇工業(yè)級(jí) 產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)25產(chǎn)品規(guī)格等級(jí) 項(xiàng)目指標(biāo)優(yōu)等品一等品合格水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%醛質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%環(huán)氧乙烷質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%（根據(jù)GB144912001）產(chǎn)品外觀要求： 透明液體，無可見機(jī)械雜質(zhì)工業(yè)用環(huán)氧丙烷應(yīng)按GB144912001符合表26規(guī)格要求表26產(chǎn)品技術(shù)要求項(xiàng)目指標(biāo)優(yōu)等品一等品合格色度（鉑鈷色號(hào)）/號(hào) ≤51020酸度質(zhì)量分?jǐn)?shù)（以乙酸計(jì)算） ≤環(huán)氧丙烷主要用與聚醚多元醇的生產(chǎn)和丙二醇和一些非離子表面活性劑這些靖西化工產(chǎn)品，所以對(duì)于環(huán)氧丙烷的規(guī)格要求就要嚴(yán)格的多，我們?cè)陧?xiàng)目生產(chǎn)中會(huì)嚴(yán)格把持產(chǎn)品的純度和質(zhì)量。 催化反應(yīng)過程的物料衡算計(jì)算用原始數(shù)據(jù)此處所選的8原始數(shù)據(jù)均為年產(chǎn)30萬噸環(huán)氧丙烷的中間試驗(yàn)數(shù)據(jù)?？偟臒崃亢馑闶綖椋?。 解方程得：n=3409(根） 列管式固定床反應(yīng)器殼體內(nèi)徑的確定由公式：式中：D—?dú)んw內(nèi)徑 ，mmt—管中心距 ，mm—橫過管束中心線的管束 b39。如下表所得：表215 拉桿直徑表換熱管外徑d 拉桿直徑d10≤d≤141014〈d〈251225≤d≤57 16 其他附件等溫固定床列管式反應(yīng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果：表216等溫固定床列管式反應(yīng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果序號(hào)項(xiàng)目數(shù)據(jù)123456789101112 1314 1516列管式反應(yīng)器入口溫度列管式反應(yīng)器出口溫度反應(yīng)壓力原料甲醇的量原料丙烯的量原料水的量催化劑床層高度塔徑催化劑用量列管根數(shù) 列管規(guī)格 管子排列方式冷凝水冷凝水進(jìn)口管徑折流板間距折流板數(shù)50℃ 50℃914kmol/h15m34086kg3049根 Φ38三角形排列237600kg/h325mm600mm24 固定床反應(yīng)器R01001設(shè)備設(shè)計(jì)說明書在剛度或結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為主的場(chǎng)合，應(yīng)盡量選用普通碳素鋼。具體將在裝配圖上注明。球冠形封頭、平板封頭都存在較大的邊緣應(yīng)力，且采用平板封頭厚度較大，故不宜采用。封頭的標(biāo)準(zhǔn)為：EHA 4000 JB/T 4746.綜上：筒體和封頭選材都為Q345R，壁厚。耳式支座又有A、AN和B、BN型四種，本設(shè)計(jì)選用耳式A型支座，支座數(shù)量為4個(gè)?？偟臒崃亢馑闶綖椋骸９蔬x擇用停留時(shí)間與流量的關(guān)系得出反應(yīng)器總體積：一小時(shí)的體積流量：反應(yīng)時(shí)間取十分鐘：反應(yīng)器體積：根據(jù)中間試驗(yàn)的結(jié)果，列管規(guī)格為： ，管長(zhǎng)為L(zhǎng)=9m 。 設(shè)計(jì)規(guī)范化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)規(guī)定：HG/T 20643鋼制壓力容器焊接規(guī)程：JB/T 4709鋼制化工容器制造技術(shù)要求：HG 205801998鋼制化工容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)規(guī)定：205841998鋼制化工容器材料選用規(guī)定：205821998鋼制化工容器強(qiáng)度計(jì)算規(guī)定：205831998鋼制化工容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)定：205811998塔設(shè)備在發(fā)展過程中為了滿足各行業(yè)生產(chǎn)的需要，形成了形式繁多的各種結(jié)構(gòu)，可以從不同的角度對(duì)塔設(shè)備進(jìn)行分類。這將大大節(jié)省生產(chǎn)中的動(dòng)力消耗，以降低經(jīng)常操作費(fèi)用。（3）含有懸浮物的物料，應(yīng)選擇液流通道大的塔型，以板式塔為宜。適于變動(dòng)少不析出固體的系統(tǒng)；分離要求高且塔板數(shù)多。以液體形式進(jìn)料。則：，所以：據(jù)此可做出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負(fù)荷下線。在給定的氣液負(fù)荷比條件下，塔板的氣（液）相負(fù)荷的上、下限分別有過量液膜夾帶和嚴(yán)重漏液所限制。鋼板標(biāo)準(zhǔn)GB6645和“關(guān)于《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》的實(shí)施意見”。表239 封頭參數(shù)公稱直徑DN/mm總深度H/mm內(nèi)表面積A/m178。換熱器的應(yīng)用廣泛，日常生活中取暖用的暖氣散熱片、汽輪機(jī)裝置中的凝汽器和航天火箭上的油冷卻器等，都是換熱器。它按傳熱面形狀可分為管式換熱器、板面式換熱器、擴(kuò)展表面換熱器等。（1）滿足工藝和操作的要求設(shè)計(jì)出來的流程和設(shè)備首先要保證質(zhì)量，操作穩(wěn)定，這就必須配置必要的閥門和計(jì)量?jī)x表等。（1）立式熱虹吸式再沸器立式熱虹吸式再沸器結(jié)構(gòu)形態(tài)如圖31 所示。塔釜提