【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 接管外流速為u=，則接管內(nèi)徑為，取標(biāo)準(zhǔn)管60(2) 氫氣換熱器管程物料流體進(jìn)出口接管，本設(shè)計(jì)取換熱器接管內(nèi)加壓氣體流速為u=25m/s，則接管內(nèi)徑為，取標(biāo)準(zhǔn)管1004 換熱器核算1) 熱量核算其中，λL=(m℃)①當(dāng)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(zhǔn)數(shù)⑥粘度校正(氫氣加熱時(shí))⑦對(duì)流傳熱系數(shù)2) 換熱器物料管程對(duì)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(duì)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(shí)際傳熱面積②面積裕度氫氣換熱器的內(nèi)壓降4) 管程流動(dòng)阻力Ft— —結(jié)垢校正系數(shù)，由Reg=，ug=物料管道相對(duì)粗糙度為 ε/d=，查莫迪圖得 λg=(m℃)即管程的流動(dòng)阻力在允許范圍之內(nèi)。5) 殼程流動(dòng)阻力FS— —?dú)こ探Y(jié)垢校正系數(shù)，NB— —?dú)こ虜?shù)，為1 nc— —橫過(guò)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(dāng)Re大于500時(shí)，由于,則殼程流動(dòng)阻力在允許范圍之內(nèi)。 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(shè)計(jì)結(jié)果一覽表表44 設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表參數(shù)管程殼程進(jìn)（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?cái)?shù)設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)形式列管式殼程數(shù)1殼體內(nèi)徑/mm900臺(tái)數(shù)1管徑/mmΦ25管心距/mm管長(zhǎng)/mm3000管子排列方式正三角形管數(shù)目/根472折流板數(shù)/個(gè)11傳熱面積/m2折流板間距/mm270管程數(shù)8材質(zhì)16MnR換熱器主要計(jì)算結(jié)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(guò)修正校核，最終選定換熱器型號(hào)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(zhǎng)(m)，25換熱器換熱管外徑(mm)。本車間設(shè)計(jì)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(shè)備位號(hào)名稱長(zhǎng)度mm型式前段管稍型式管殼型式后端結(jié)構(gòu)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(jí)E1001A/BDMO進(jìn)料預(yù)熱器6000立式BEM600Φ25正三角形IE1002A/B氫氣進(jìn)料預(yù)熱器3000臥式BEM1200Φ25正三角形IE1003A/B粗產(chǎn)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(chǎn)中采用最多液體輸送設(shè)備?；どa(chǎn)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?yàn)殡x心泵不僅流量、揚(yáng)程和性能范圍都很大，而且離心泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、流程操作穩(wěn)定、安裝維修便捷等特點(diǎn)。 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(yáng)程以及流量等物料工藝參數(shù)的要求。表46 泵的特性編號(hào)指標(biāo)葉片式容積式123范圍（最高點(diǎn)）~~~~~4結(jié)構(gòu)特點(diǎn)高與離心泵一樣啟動(dòng)維修簡(jiǎn)便麻煩簡(jiǎn)便67性能曲線：H—揚(yáng)程；Q—流量；η—效率；N—軸功率；表47 典型化工用泵的特點(diǎn)和選用要求泵名稱特點(diǎn)選用要求 DMO進(jìn)料泵DMO進(jìn)料泵在210℃，壓力為2MPa。通過(guò)Aspen plus模擬軟件計(jì)算確定了揚(yáng)程以及流量等參數(shù)，并對(duì)泵的其它參數(shù)進(jìn)行了選擇。此處以催化加氫工段DMO進(jìn)料泵的選型為例。由Aspen Plus化工模擬軟件對(duì)物料進(jìn)行模擬，結(jié)果見下表48。表48 泵的物料流股泵溫度℃210壓強(qiáng) bar氣相分率0摩爾流量 kmol/hr質(zhì)量流量 kg/hr體積流量 cum/hr焓 Gcal/hr質(zhì)量流量 kg/hrMNCODMODMCNO m3/h，密度為，黏度，DMO物料流體輸送過(guò)程中管道有一個(gè)90度彎頭，以及輸送DMO物料流股采用的無(wú)縫不銹鋼鋼管，取流速u=，可計(jì)算得管徑如下取DM物料管道直徑均為，取物料管道內(nèi)的DMO流股流速為所以DMO流股的物料雷諾數(shù)Re即說(shuō)明此時(shí)DMO物料管道內(nèi)流股為湍流狀態(tài)。 DMO原料進(jìn)料泵的揚(yáng)程 本車間設(shè)計(jì)使用了《化學(xué)工業(yè)出版社》出版的智能選泵系統(tǒng)，對(duì)其DMO原料進(jìn)料泵的類型進(jìn)行選取。智能選泵系統(tǒng)廣泛應(yīng)用石油、化工等工業(yè)領(lǐng)域。其軟件的的推廣使用，可優(yōu)化手工計(jì)算、提高計(jì)算的準(zhǔn)確性、操作簡(jiǎn)單方便，能節(jié)約選型時(shí)間和繁瑣的計(jì)算過(guò)程。應(yīng)用智能選泵系統(tǒng)過(guò)程如下（1） 漿DMO原料泵的工藝參數(shù)數(shù)據(jù)輸入軟件，運(yùn)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(shè)計(jì)車間DMO進(jìn)料泵選型結(jié)果為ISG65160(I)型，車間采取的布置方式為兩臺(tái)并聯(lián)使用。根據(jù)DMO催化加氫車間生產(chǎn)實(shí)際需求，DMO進(jìn)料泵需要采用“一開一備”布置，因此，車間實(shí)際生產(chǎn)中DMO進(jìn)料泵的數(shù)量為4臺(tái)。 選型結(jié)果表49 泵選型一覽表序號(hào)設(shè)備位號(hào)名稱數(shù)量型號(hào)規(guī)格流量（m3/h）揚(yáng)程（m）軸功率(kW)效率(kW)轉(zhuǎn)速(r/min)1P1001A/BDMO進(jìn)料泵2ISG65160(I)3276029002P1002A/B粗產(chǎn)精餾進(jìn)料泵2IS150125315B256014503P1003A/B精餾回流泵224SA10J19730 壓縮機(jī) 概述 設(shè)計(jì)依據(jù)本車間設(shè)計(jì)依據(jù)如下《》《》《》由本設(shè)計(jì)工藝要求選擇，確定了氫氣進(jìn)出口流量、溫度、壓力。通過(guò)計(jì)算得總壓力比，確定氫氣壓縮機(jī)的級(jí)數(shù)。氫氣壓縮機(jī)進(jìn)出口物料性質(zhì)由Aspen Plus 化工模擬軟件對(duì)物料進(jìn)行模擬，結(jié)果見下表410。表410 壓縮機(jī)技術(shù)指標(biāo)一覽表項(xiàng)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(jī)的實(shí)際排氣量為氫氣壓縮機(jī)的總壓縮比為，根據(jù)排氣壓力，排氣流量以及介質(zhì)的性質(zhì)，本車間設(shè)計(jì)選用離心式三級(jí)氫氣壓縮機(jī)機(jī)組。型號(hào)為BCL603。表411 壓縮機(jī)一覽表序號(hào)設(shè)備位號(hào)設(shè)備名稱類型型號(hào)1C1001氫氣壓縮機(jī)離心壓縮機(jī)BCL603其中氫氣壓縮機(jī)的各項(xiàng)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(jī)電機(jī)軸功率、電機(jī)功率、壓縮機(jī)排氣管、氫氣壓縮機(jī)工藝尺寸、出水管、放空管。 反應(yīng)器 概述反應(yīng)器是化工工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的核心設(shè)備，在反應(yīng)器中不僅有著化學(xué)催化反應(yīng)過(guò)程，與此同時(shí)還伴隨著許多物理變化過(guò)程。這些物理變化過(guò)程與化學(xué)反應(yīng)過(guò)程相互滲透、影響，一定會(huì)影響反應(yīng)器中反應(yīng)過(guò)程的特性和催化反應(yīng)的結(jié)果，使得在反應(yīng)器中的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程變得復(fù)雜。 DMO加氫反應(yīng)器設(shè)計(jì)DMO催化加氫反應(yīng)反應(yīng)器為固定床列管式反應(yīng)器，反應(yīng)為氣液相反應(yīng)。反應(yīng)在HEG1型催化劑上進(jìn)行，主要反應(yīng)有DMO催化加氫。 反應(yīng)機(jī)理DMO催化加氫制乙二醇(EG)是一個(gè)聯(lián)串反應(yīng)，第一步是DMO與新鮮氫氣催化反應(yīng)生成中間產(chǎn)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(guò)度催化加氫會(huì)生成副產(chǎn)物乙醇。其反應(yīng)方程式如下總反應(yīng)方程式如下乙二醇過(guò)度催化加氫反應(yīng)方程式如下 催化劑的選擇研究結(jié)果表明HEG1型催化劑的活性好，工業(yè)粒度210℃與205℃時(shí)，原料DMO轉(zhuǎn)化率分別為99%＞98%，產(chǎn)物EG選擇性分別為95%＞93%，此時(shí)HEG1型催化劑達(dá)到最佳活化性能，EG的收率最高，副反應(yīng)產(chǎn)率最低。同時(shí)HEG1型催化劑由國(guó)內(nèi)自主研發(fā)，超過(guò)了時(shí)國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)報(bào)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(yīng)條件的選擇 （1）反應(yīng)溫度的影響 反應(yīng)溫度對(duì)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(shí)，在催化反應(yīng)溫度190～210℃內(nèi)，原料中DMO的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物乙二醇的選擇性隨著反應(yīng)溫度的增加有明顯升高，當(dāng)DMO轉(zhuǎn)化率在210℃%；由圖可知，升高催化反應(yīng)溫度對(duì)DMO催化加氫反應(yīng)有利，但是當(dāng)催化溫度達(dá)到210℃以上時(shí)，生成物中開始出現(xiàn)少量的乙醇，說(shuō)明催化副反應(yīng)開始發(fā)生。所以DMO催化加氫反應(yīng)溫度要控制在205～210℃內(nèi)，本車間設(shè)計(jì)DMO催化反應(yīng)溫度為210℃。圖7 溫度對(duì)DMO催化加氫反應(yīng)的影響（2） 反應(yīng)壓力 本設(shè)計(jì)乙二醇合成車間實(shí)際生產(chǎn)操作中，DMO催化加氫溫度與壓力是同時(shí)考慮的，但為了保持設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的恒定，在升高加氫反應(yīng)溫度時(shí)，必須同時(shí)增加加氫反應(yīng)壓。催化反應(yīng)溫度與反應(yīng)壓力在加氫反應(yīng)中直接影響了產(chǎn)物中乙二醇的選擇性、濃度、原料中草酸二甲酯的轉(zhuǎn)化率。催化反應(yīng)壓力對(duì)DMO催化加氫反應(yīng)的影響如下圖8所示。由圖8能看出，當(dāng)催化反應(yīng)溫度為210℃，氫酯比為80，DMO的液空速一定時(shí)，～，隨著催化反應(yīng)壓力的逐步升高，原料液中DMO的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物乙二醇的選擇性都略有增加；，原料中DMO的轉(zhuǎn)化率與產(chǎn)物乙二醇的選擇性已保持不變。圖8 壓力對(duì)DMO催化加氫反應(yīng)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(duì)DMO催化加氫反應(yīng)的影響如下圖9所示。由圖9可以看出，當(dāng)加氫反應(yīng)溫度為210℃，原料液DMO的液空速一定時(shí)；催化反應(yīng)氫酯比為40～80時(shí)，原料液中DMO的轉(zhuǎn)化率隨著氫酯比的增加而升高，當(dāng)催化反應(yīng)氫酯比高于80以后，催化反應(yīng)中DMO的轉(zhuǎn)化率隨著氫酯比的升高已保持不變；產(chǎn)物中乙二醇的選擇性隨著氫酯比的增加略有升高，但是當(dāng)催化反應(yīng)氫酯比高于100以后，乙二醇的選擇性保持不變，此時(shí)反應(yīng)中過(guò)量的氫氣會(huì)加劇DMO催化加氫的副反應(yīng)。所以本工藝設(shè)計(jì)氫酯比選擇為80。圖9 氫酯比對(duì)DMO催化加氫反應(yīng)的影響本工藝設(shè)計(jì)以HEG1草酸二甲酯加氫催化劑。采用列管式固定床反應(yīng)器，DMO催化加氫反應(yīng)的操作條件是：催化反應(yīng)溫度210℃，氫烴比80~100。本設(shè)計(jì)車間DMO催化加氫反應(yīng)器采用固定床反應(yīng)器，催化劑采用國(guó)產(chǎn)HEG1型催化劑。在DMO催化加氫反應(yīng)器溫度為210℃，氫酯比為80時(shí)，依據(jù)文獻(xiàn)[16]查的，當(dāng)DMO加氫反應(yīng)時(shí)間為1s的時(shí)候，原料草酸二甲酯的轉(zhuǎn)化率將達(dá)到100%，%。此后，若再延長(zhǎng)DMO催化反應(yīng)時(shí)間，催化反應(yīng)基本保持平衡狀態(tài)，因此可取加氫反應(yīng)停留時(shí)間為1s，由下面公式可以求出反應(yīng)器的體積。該體積為HEG1型催化劑體積，由此來(lái)求得反應(yīng)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(yīng)器催化劑床層體積 m3L——催化劑床層高度，管長(zhǎng)取 (3)、反應(yīng)器裝填HEG1型催化劑的量反應(yīng)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(dǎo)熱系數(shù)λ為，催化劑的適宜使用溫度為 193~250 ℃。孔徑為4mm，則反應(yīng)器所需催化劑的總質(zhì)量為——HEG1型催化劑的堆積密度(4)、反應(yīng)器管數(shù)DNO加氫反應(yīng)器管道有φ25，故管內(nèi)徑dt為20mm，；，管心距40mm。因此故DMO加氫反應(yīng)器管數(shù)為5017根，呈正三角形排列。(5)、反應(yīng)器殼體內(nèi)徑DMO加氫反應(yīng)器總反應(yīng)管數(shù)為5017根，加氫反應(yīng)器采用了錯(cuò)列正三角形排列。焊接法連接，則反應(yīng)器管心距為圖10 反應(yīng)管排列方式橫過(guò)管束中心線的管數(shù)為反應(yīng)器殼體的內(nèi)徑為 本反應(yīng)器設(shè)計(jì)取則反應(yīng)器殼體內(nèi)徑為所以DMO加氫反應(yīng)器殼體內(nèi)徑為D=。(6)、折流板的設(shè)計(jì)