【文章內容簡介】 接管外流速為u=，則接管內徑為，取標準管60(2) 氫氣換熱器管程物料流體進出口接管，本設計取換熱器接管內加壓氣體流速為u=25m/s，則接管內徑為，取標準管1004 換熱器核算1) 熱量核算其中，λL=(m℃)①當量直徑，由正三角形排列得②殼程流通截面積③殼程流體流速為④雷諾數(shù)為⑤普蘭特準數(shù)⑥粘度校正(氫氣加熱時)⑦對流傳熱系數(shù)2) 換熱器物料管程對流傳熱系數(shù)其中，λg=（m℃） dg= ①管程流程截面積②管程流體流速③雷諾數(shù)④普蘭特常數(shù)⑤換熱器對流傳熱系數(shù)(3)總傳熱系數(shù)3) 傳熱面積①氫氣換熱器的實際傳熱面積②面積裕度氫氣換熱器的內壓降4) 管程流動阻力Ft— —結垢校正系數(shù)，由Reg=，ug=物料管道相對粗糙度為 ε/d=，查莫迪圖得 λg=(m℃)即管程的流動阻力在允許范圍之內。5) 殼程流動阻力FS— —殼程結垢校正系數(shù)，NB— —殼程數(shù)，為1 nc— —橫過管束中心線的管束，為26根。F——管子排列為正三角形排列，fL——換熱器殼程流體摩擦系數(shù)，當Re大于500時，由于,則殼程流動阻力在允許范圍之內。 封頭的選擇橢圓型封頭工程直徑 ,《摘自JB/T474620002》 DN=600mm 曲面高度150mm 設計結果一覽表表44 設計結果一覽表參數(shù)管程殼程進（出）口溫度/℃250/90100/210壓力/MPa22物性定性溫度/℃175170密度/定壓比熱容/KJ/kg℃（ （ 9( DNSDJKFDFKJI/////////////[kJ/(kg℃)]黏度/Pas105105普朗特數(shù)設備結構參數(shù)形式列管式殼程數(shù)1殼體內徑/mm900臺數(shù)1管徑/mmΦ25管心距/mm管長/mm3000管子排列方式正三角形管數(shù)目/根472折流板數(shù)/個11傳熱面積/m2折流板間距/mm270管程數(shù)8材質16MnR換熱器主要計算結果管程殼程流速/m/s污垢熱阻/[(m2℃)/kw]熱流量/KJ/h傳熱溫差/℃129傳熱系數(shù)/[W/m2℃]裕度/%經(jīng)過修正校核，最終選定換熱器型號為表示：氫氣換熱器封頭管箱900換熱器公稱直徑(mm)，(MPa)，(MPa)，(m2)，3換熱器換熱管長(m)，25換熱器換熱管外徑(mm)。本車間設計加氫換熱器(E1001)裝配圖如下圖3。圖3 E1001換熱器裝配圖25表45 換熱器選型一覽表設備位號名稱長度mm型式前段管稍型式管殼型式后端結構形式公稱直徑mm規(guī)格公稱換熱面積m2排列方式換熱器等級E1001A/BDMO進料預熱器6000立式BEM600Φ25正三角形IE1002A/B氫氣進料預熱器3000臥式BEM1200Φ25正三角形IE1003A/B粗產精餾冷卻器4500臥式BEM1500Φ25正三角形IE1004A/B塔頂冷卻器4000立式BEM1600Φ15正三角形IE1005A/B再沸器2000臥式BEM1100Φ15正三角形I78 泵 概述泵是化工生產中采用最多液體輸送設備?；どa中用泵的使用不僅數(shù)量龐大、種類繁多。在各類型式泵中，離心泵使用最為廣泛，因為離心泵不僅流量、揚程和性能范圍都很大，而且離心泵結構簡單、體積小、流程操作穩(wěn)定、安裝維修便捷等特點。 選用要求要使所選泵的型式和性能符合工藝流程物料的溫度、物料流股壓力、輸送揚程以及流量等物料工藝參數(shù)的要求。表46 泵的特性編號指標葉片式容積式123范圍（最高點）~~~~~4結構特點高與離心泵一樣啟動維修簡便麻煩簡便67性能曲線：H—揚程；Q—流量；η—效率；N—軸功率；表47 典型化工用泵的特點和選用要求泵名稱特點選用要求 DMO進料泵DMO進料泵在210℃，壓力為2MPa。通過Aspen plus模擬軟件計算確定了揚程以及流量等參數(shù)，并對泵的其它參數(shù)進行了選擇。此處以催化加氫工段DMO進料泵的選型為例。由Aspen Plus化工模擬軟件對物料進行模擬，結果見下表48。表48 泵的物料流股泵溫度℃210壓強 bar氣相分率0摩爾流量 kmol/hr質量流量 kg/hr體積流量 cum/hr焓 Gcal/hr質量流量 kg/hrMNCODMODMCNO m3/h，密度為，黏度，DMO物料流體輸送過程中管道有一個90度彎頭，以及輸送DMO物料流股采用的無縫不銹鋼鋼管，取流速u=，可計算得管徑如下取DM物料管道直徑均為，取物料管道內的DMO流股流速為所以DMO流股的物料雷諾數(shù)Re即說明此時DMO物料管道內流股為湍流狀態(tài)。 DMO原料進料泵的揚程 本車間設計使用了《化學工業(yè)出版社》出版的智能選泵系統(tǒng)，對其DMO原料進料泵的類型進行選取。智能選泵系統(tǒng)廣泛應用石油、化工等工業(yè)領域。其軟件的的推廣使用，可優(yōu)化手工計算、提高計算的準確性、操作簡單方便，能節(jié)約選型時間和繁瑣的計算過程。應用智能選泵系統(tǒng)過程如下（1） 漿DMO原料泵的工藝參數(shù)數(shù)據(jù)輸入軟件，運行系統(tǒng)智能選泵圖4 DMO原料泵參數(shù)圖5 DMO原料泵安裝尺寸（2）DMO原料泵的基本信息如下：圖6 泵的基本信息設計車間DMO進料泵選型結果為ISG65160(I)型，車間采取的布置方式為兩臺并聯(lián)使用。根據(jù)DMO催化加氫車間生產實際需求，DMO進料泵需要采用“一開一備”布置，因此，車間實際生產中DMO進料泵的數(shù)量為4臺。 選型結果表49 泵選型一覽表序號設備位號名稱數(shù)量型號規(guī)格流量（m3/h）揚程（m）軸功率(kW)效率(kW)轉速(r/min)1P1001A/BDMO進料泵2ISG65160(I)3276029002P1002A/B粗產精餾進料泵2IS150125315B256014503P1003A/B精餾回流泵224SA10J19730 壓縮機 概述 設計依據(jù)本車間設計依據(jù)如下《》《》《》由本設計工藝要求選擇，確定了氫氣進出口流量、溫度、壓力。通過計算得總壓力比，確定氫氣壓縮機的級數(shù)。氫氣壓縮機進出口物料性質由Aspen Plus 化工模擬軟件對物料進行模擬，結果見下表410。表410 壓縮機技術指標一覽表項目氫氣入口流量Vs（m3/s）排出流量Vd（m3/s）入口壓力Ps（MPa）入口溫度Ts(oC)25出口壓力Pd(MPa)出口溫度Td( oC)60氫氣壓縮機的實際排氣量為氫氣壓縮機的總壓縮比為，根據(jù)排氣壓力，排氣流量以及介質的性質，本車間設計選用離心式三級氫氣壓縮機機組。型號為BCL603。表411 壓縮機一覽表序號設備位號設備名稱類型型號1C1001氫氣壓縮機離心壓縮機BCL603其中氫氣壓縮機的各項規(guī)格參數(shù)為：氫氣的出口排氣量為、額定氫氣排氣壓力、壓縮機電機軸功率、電機功率、壓縮機排氣管、氫氣壓縮機工藝尺寸、出水管、放空管。 反應器 概述反應器是化工工業(yè)生產過程中的核心設備，在反應器中不僅有著化學催化反應過程，與此同時還伴隨著許多物理變化過程。這些物理變化過程與化學反應過程相互滲透、影響，一定會影響反應器中反應過程的特性和催化反應的結果，使得在反應器中的化學反應過程變得復雜。 DMO加氫反應器設計DMO催化加氫反應反應器為固定床列管式反應器，反應為氣液相反應。反應在HEG1型催化劑上進行，主要反應有DMO催化加氫。 反應機理DMO催化加氫制乙二醇(EG)是一個聯(lián)串反應，第一步是DMO與新鮮氫氣催化反應生成中間產物乙醇酸甲酯(MG)，第二步是乙醇酸甲酯再次催化加氫生成乙二醇，乙二醇過度催化加氫會生成副產物乙醇。其反應方程式如下總反應方程式如下乙二醇過度催化加氫反應方程式如下 催化劑的選擇研究結果表明HEG1型催化劑的活性好，工業(yè)粒度210℃與205℃時，原料DMO轉化率分別為99%＞98%，產物EG選擇性分別為95%＞93%，此時HEG1型催化劑達到最佳活化性能，EG的收率最高，副反應產率最低。同時HEG1型催化劑由國內自主研發(fā)，超過了時國內外文獻報道的CuSi系、CuCr系的草酸二甲酯加氫催化劑活性數(shù)據(jù)水平。 反應條件的選擇 （1）反應溫度的影響 反應溫度對DMO催化加氫的影響如下圖7所示。由圖7中能看出，氫酯比為80，原料DMO的液空速一定時，在催化反應溫度190～210℃內，原料中DMO的轉化率和產物乙二醇的選擇性隨著反應溫度的增加有明顯升高，當DMO轉化率在210℃%；由圖可知，升高催化反應溫度對DMO催化加氫反應有利，但是當催化溫度達到210℃以上時，生成物中開始出現(xiàn)少量的乙醇，說明催化副反應開始發(fā)生。所以DMO催化加氫反應溫度要控制在205～210℃內，本車間設計DMO催化反應溫度為210℃。圖7 溫度對DMO催化加氫反應的影響（2） 反應壓力 本設計乙二醇合成車間實際生產操作中，DMO催化加氫溫度與壓力是同時考慮的，但為了保持設備運轉的恒定，在升高加氫反應溫度時，必須同時增加加氫反應壓。催化反應溫度與反應壓力在加氫反應中直接影響了產物中乙二醇的選擇性、濃度、原料中草酸二甲酯的轉化率。催化反應壓力對DMO催化加氫反應的影響如下圖8所示。由圖8能看出，當催化反應溫度為210℃，氫酯比為80，DMO的液空速一定時，～，隨著催化反應壓力的逐步升高，原料液中DMO的轉化率和產物乙二醇的選擇性都略有增加；，原料中DMO的轉化率與產物乙二醇的選擇性已保持不變。圖8 壓力對DMO催化加氫反應的影響（3）氫酯比影響氫酯比是指原料中新鮮氫氣與原料中DMO的摩爾比，氫酯比對DMO催化加氫反應的影響如下圖9所示。由圖9可以看出，當加氫反應溫度為210℃，原料液DMO的液空速一定時；催化反應氫酯比為40～80時，原料液中DMO的轉化率隨著氫酯比的增加而升高，當催化反應氫酯比高于80以后，催化反應中DMO的轉化率隨著氫酯比的升高已保持不變；產物中乙二醇的選擇性隨著氫酯比的增加略有升高，但是當催化反應氫酯比高于100以后，乙二醇的選擇性保持不變，此時反應中過量的氫氣會加劇DMO催化加氫的副反應。所以本工藝設計氫酯比選擇為80。圖9 氫酯比對DMO催化加氫反應的影響本工藝設計以HEG1草酸二甲酯加氫催化劑。采用列管式固定床反應器，DMO催化加氫反應的操作條件是：催化反應溫度210℃，氫烴比80~100。本設計車間DMO催化加氫反應器采用固定床反應器，催化劑采用國產HEG1型催化劑。在DMO催化加氫反應器溫度為210℃，氫酯比為80時，依據(jù)文獻[16]查的，當DMO加氫反應時間為1s的時候，原料草酸二甲酯的轉化率將達到100%，%。此后，若再延長DMO催化反應時間，催化反應基本保持平衡狀態(tài)，因此可取加氫反應停留時間為1s，由下面公式可以求出反應器的體積。該體積為HEG1型催化劑體積，由此來求得反應器體積為 V床=()= (1)、HEG1型催化劑床層直徑u為空床操作氣速，；床層直徑 圓整后，(2)、HEG1型催化劑床層高度催化劑平均粒徑取4mm，；床層高度 V床——反應器催化劑床層體積 m3L——催化劑床層高度，管長取 (3)、反應器裝填HEG1型催化劑的量反應器床層裝有Φ3~6mm 中空類球形HEG1型催化劑，堆密度ρ為500 kg/m3，催化劑導熱系數(shù)λ為，催化劑的適宜使用溫度為 193~250 ℃?？讖綖?mm，則反應器所需催化劑的總質量為——HEG1型催化劑的堆積密度(4)、反應器管數(shù)DNO加氫反應器管道有φ25，故管內徑dt為20mm，；，管心距40mm。因此故DMO加氫反應器管數(shù)為5017根，呈正三角形排列。(5)、反應器殼體內徑DMO加氫反應器總反應管數(shù)為5017根，加氫反應器采用了錯列正三角形排列。焊接法連接，則反應器管心距為圖10 反應管排列方式橫過管束中心線的管數(shù)為反應器殼體的內徑為 本反應器設計取則反應器殼體內徑為所以DMO加氫反應器殼體內徑為D=。(6)、折流板的設計