资源描述
目录第1章 工艺综述11.1 催化裂化工艺流程11.2压缩机润滑油工艺流程11.3工艺流程图2第2章 工艺设计计算32.1塔板的工艺设计32.1.1精馏塔设计题目32.1.2全塔物料衡算32.1.3物性参数计算42.1.4 塔板数的确定102.1.5 塔径的初步设计112.1.6 溢流装置132.1.7 塔板分布、浮阀数目与排列142.2 塔板的流体力学计算162.2.1气相通过浮阀塔板的压降162.2.2 淹塔172.2.3 雾沫夹带182.2.4 塔板负荷性能图18第3章 结构设计213.1 塔总体高度计算213.1.1 塔顶封头213.1.2 塔顶空间213.1.3 塔底空间213.1.4 进料板处板间距223.1.5 裙座223.2 塔的接管223.2.1 进料管223.2.2 回流管223.2.3 塔底出料管233.2.4 塔顶蒸气出料管233.2.5 塔底蒸气进气管23第4章 强度校核244.1 塔的强度校核244.1.1 塔体和封头的壁厚计算244.1.2 确定危险截面位置254.1.3 质量计算254.2 塔的自振周期计算284.3 风载荷计算284.3.1 水平风压284.3.2 各危险截面风弯矩计算294.4 地震载荷计算294.5 各危险截面地震弯矩计算304.6 裙座应力验算314.6.1裙座厚度确定314.6.2操作时裙座中应力验算314.6.3 水压试验裙座应力验算334.7 圆筒轴向应力校核344.7.1 圆筒轴向应力计算344.7.2 圆筒稳定性校核344.7.3 圆筒拉应力校核354.8 容器液压试验时压力校核354.8.1 壳体应力校核354.8.2 应力校核364.9 基础环设计364.9.1 基础环内外径计算364.9.2 基础环厚度计算364.10 地脚螺栓的设计374.11 裙座与壳体的对接焊缝验算38第5章 全塔工艺设计结果39参考文献41II石化装备设计综合实训总结报告第1章 工艺综述1.1 催化裂化工艺流程原料油由罐区或其他装置(常减压、润滑油装置)送来，进入原料油罐，由原料泵抽出，换热至200300左右，分馏塔来的回炼油和油浆一起进入提升管的下部，与由再生器再生斜管来的650700再生催化剂接触反应，然后经提升管上部进入分馏塔(下部)；反应完的待生催化剂进入沉降器下部汽提段。被汽提蒸汽除去油气的待生剂通过待生斜管进入再生器下部烧焦罐。由主风机来的空气送人烧焦罐烧焦，并同待生剂一道进入再生器继续烧焦，烧焦再生后的再生催化剂由再生斜管进人提升管下部循环使用。 烟气经一、二、三级旋分器分离出催化剂后，其温度在650700，压力 (表)，进人烟气轮机作功带动主风机，其后温度为500550，压力为 (表)左右，再进入废热锅炉发生蒸汽，发汽后的烟气(温度大约为200左右)通过烟囱排到大气。反应油气进入分馏塔后，首先脱过热，塔底油浆(油浆中含有左右催化剂)分两路，一路至反应器提升管，另一路经换热器冷却后出装置。脱过热后油气上升，在分馏塔内自上而下分离出富气、粗汽油、轻柴油、回炼油。回炼油去提升管再反应，轻柴油经换热器冷却后出装置，富气经气压机压缩后与粗汽油共进吸收塔，吸收塔顶的贫气进入再吸收塔由轻柴油吸收其中的，再吸收塔顶干气进入干气脱硫塔脱硫后作为产品出装置，吸收塔底富吸收油进入脱吸塔以脱除其中的。塔底脱乙烷汽油进入稳定塔，稳定塔底油经碱洗后进入脱硫醇单元脱硫醇后出装置，稳定塔顶液化气进入脱硫塔脱除，再进入脱硫醇单元脱硫醇后出装置。(见表1-1)1.2压缩机润滑油工艺流程润滑油箱，开车前，首先电加热器对油箱中的油进行加热，当油温达到20时，即可启动油泵。同时，氮气进去油箱液体上部，提供压力。油泵，首先启动辅助油泵，使系统建立起所需油压，稳定后汽轮机运作，带动压缩机工作。压缩机启动后，主油泵工作，正常后切断辅助油泵。在油箱的主油泵吸入口处装有止回阀，避免主油泵在启动时吸空。在油泵出口处，通过调节阀将部分润滑油返回润滑油箱，调节泵出口的压力。冷却器，来自管RW5001的循环水进入冷却器到管RW5002进行循环，降温。冷却器降温后出来的润滑油通过调节阀将部分润滑油返回润滑油箱，调节润滑油的压力。油过滤器，两台滤油器，一台工作，一台备用，两台滤油器的进出口用一台连续流转换阀连接在一起，且在两台滤油器之间设置了一条旁通管线，在旁通管线中设有截止阀及节流孔板，在滤油器顶部出来的过滤的润滑油通过调节阀将部分润滑油返回油箱，对润滑油压力进行调节。储能器，过滤后的压力适当的润滑油对汽轮机和压缩机进行润滑。为防止油泵突然停止或其他因素导致的液体急速变化产生的压力，储能器可以稳定油的压力。在特殊情况下，高位油箱，发生润滑油泵停运或停电造成润滑油泵停运，高位油箱的润滑油及时的进行补充，在机组惰走过程中为轴承供油，防止干磨，防止机组在高速运转中烧坏轴瓦。1.3工艺流程图见附图1。表1-1 催化裂化工艺流程图第2章 工艺设计计算2.1塔板的工艺设计2.1.1精馏塔设计题目在常压操作的连续精馏塔中分离含甲醇0.4和水0.6（均为摩尔分率）的溶液，要求馏出液组成为0.78，釜残液组成为0.025（均为摩尔分率），请自由选择每天处理混合物的质量（kg）并对此分馏塔进行设计。回流比取为2.0，进料方式为泡点进料。表2-1 常压下甲醇-水溶液的平衡数据温度t液相中甲醇的摩尔分数气相中甲醇的摩尔分数温度t液相中甲醇的摩尔分数气相中甲醇的摩尔分数10096.493.591.289.387.784.481.778.00.00.020.040.060.080.100.150.200.300.00.1340.2340.3040.3650.4180.5170.5790.66575.373.171.269.367.666.065.064.50.400.500.600.700.800.900.951.00.7290.7790.8250.8700.9150.9580.9791.02.1.2全塔物料衡算每天处理10吨原料液甲醇的摩尔分率：塔顶产品甲醇的摩尔分率：塔底产品甲醇的摩尔分率：进料量：全塔物料衡算： (2-1) (2-2)2.1.3物性参数计算2.1.3.1温度的计算进料温度：塔顶温度：，塔底温度：，精馏段平均温度：提馏段平均温度：2.1.3.2密度的计算利用式（为质量分数） (2-3)（平均相对分子量） (2-4)计算混合液体密度和混合气体密度塔顶温度：气相组成：，塔底温度：气相组成：，进料温度：气相组成：精馏段平均液相组成：精馏段平均气相组成：精馏段液相平均分子量：精馏段气相平均分子量：提馏段平均液相组成：提馏段平均液相组成：提馏段液相平均分子量：提馏段气相平均分子量：表2-2 不同温度下甲醇和水的密度温度/5060708090100760751743734725716988.1983.2977.8971.8965.3958.4根据表中数据确定进料温度、塔顶温度、塔底温度下甲醇和水的密度。，进料中甲醇的密度：， 进料中水的密度：，进料中甲醇的质量分率：，馏出液中甲醇的密度：， 馏出液中水的密度：馏出液中甲醇的质量分率：，残液中甲醇的密度：， 残液中水的密度：残液中甲醇的质量分率：，所以 2.1.3.3 混合液体表面张力计算表2-3 不同温度下甲醇和水的表面张力温度/甲醇的表面张力/水的表面张力/6070809010018.7617.8216.9115.8214.8966.264.362.660.758.8根据表中数据确定进料、塔顶、塔底的甲醇和水的表面张力（单位）进料温度： ，塔顶温度： ，塔底温度： ，精馏段平均表面张力：提馏段平均表面张力：2.1.3.4 混合物的粘度计算表2-4 不同温度下甲醇和水的粘度粘度甲醇水607080901000.3500.3060.2770.2510.2250.4790.4140.3620.3210.288根据表中数据确定进料、塔顶、塔底 确定粘度 （单位）进料温度： ， ， 塔顶温度： ，塔底温度： ，精馏段平均粘度：提馏段平均粘度：2.1.3.5 相对挥发度计算，, ，精馏段平均挥发度：提馏段平均挥发度：2.1.4 塔板数的确定2.1.4.1 理论塔板数确定操作回流比，泡点进料。精馏段操作线方程：提馏段操作线方程：，根据图2-1，可知全塔理论板数块，加料板为第2块理论板。精馏段理论板数：块提馏段理论板数：块图2-1 理论塔板层数2.1.4.2 实际塔板数确定精馏段：，块提馏段：，块全塔效率为，实际加料板位置在第四块板。2.1.5 塔径的初步设计2.1.5.1 气液相体积流量的计算精馏段：，液相质量流量：气相质量流量：液相体积流量：气相体积流量：提馏段： ，液相质量流量：气相质量流量：液相体积流量：气相体积流量：2.1.5.2 塔径的计算与选择 (2-5)精馏段：横坐标数值：（史密斯关联图）1取板间距：，查图可知：塔径：塔径圆整：塔横截面积：空塔气速：提馏段：横坐标数值：取板间距：，查图可知：塔径：塔径圆整：塔横截面积：空塔气速：2.1.6 溢流装置2.1.6.1 堰长单溢流堰上高度： (2-6)溢流收缩系数：精馏段 ：溢流堰高：提馏段：溢流堰高：2.1.6.2 降液管的宽度和横截面查图得：，2.1.6.3 验算降液管内停留的时间精馏段：，降液管可用。提馏段：，降液管可用。2.1.6.4 降液管底隙高度精馏段：取降液管底隙流速：提馏段取降液管底隙流速：2.1.7 塔板分布、浮阀数目与排列2.1.7.1 塔板分布塔径，采用整块式塔板。2.1.7.2 浮阀数目与排列精馏段 取阀功能因子：孔速：每层塔板上浮阀数目：取边缘区宽度：破沫区宽度：塔板上的鼓泡区面积 (2-7)其中：，则：浮阀排列采用等边三角形叉排，作图排得阀数个。在之内。提馏段：取阀功能因子：孔速：每层塔板上浮阀数目：个浮阀排列采用等边三角形叉排，作图排得阀数个。，在之内。精馏段及提馏段浮阀数排布见图2-2。图2-2 塔板浮阀数排布2.2 塔板的流体力学计算2.2.1气相通过浮阀塔板的压降依据 (2-8) (2-9)精馏段：干板阻力：， 板上充气液层阻力：，液体表面张力所造成的阻力很小，忽略不计。 与气体流经塔板的压降相当的液柱高度： 提馏段：干板阻力：， 板上充气液层阻力：，液体表面张力所造成的阻力很小，忽略不计。 与气体流经塔板的压降相当的液柱高度为：2.2.2 淹塔为了防止淹塔现象的发生，要求控制降液管中的清液层高度： (2-10) (2-11)精馏段：单层气体通过塔板的压降相当的液柱：液体通过塔板的压降相当的液柱高度：板上液层高度：,取：，符合防止淹塔的要求。提馏段单层气体通过塔板的压降相当的液柱：液体通过塔板的压降相当的液柱高度：板上液层高度：，取：，所以符合淹塔的要求。2.2.3 雾沫夹带精馏段：泛点率= （2-12）板上液体流经的长度：板上液流面积：取物性系数：泛点负荷系数：泛点率=直径小于，泛点率小于，雾沫夹带满足要求。提馏段取物性系数：泛点负荷系数：泛点率=直径小于，泛点率小于，雾沫夹带满足要求。2.2.4 塔板负荷性能图2.2.4.1 雾沫夹带线精馏段： 按泛点率泛点率，提馏段：泛点率，2.2.4.2 泛液线 （2-13）由此确定泛液线，忽略式中（2-14） （2-15）精馏段：提馏段：2.2.4.3 液相负荷上限线液体的最大流量应保证降液管内停留时间不低于5s （2-16）2.2.4.4 漏液线对于型重阀，依作为规定气体最小负荷的标准 （2-17）精馏段：提馏段：2.2.4.5 液相负荷下限线取堰上液层高度作为液相负荷下限线条件作出液相负荷下限线，该线为与汽相无关的直线。，计算得图2-3 精馏段塔板负荷性能图 图2-4 提馏段塔板负荷性能图第3章 结构设计3.1 塔总体高度计算塔总体高度利用下式计算4 （3-1）式中：塔板数；进料板个数；人孔个数；进料板处板间距；人孔处板间距；塔顶空间；塔底空间；封头高度；裙座高度。3.1.1 塔顶封头采用椭圆封头，公称直径，曲面高度，直边高度，内表面积，容积封头高度3.1.2 塔顶空间塔顶间距：要安装除沫器后，塔顶空间3.1.3 塔底空间釜液停留，塔底液面至最下一层塔板之间距离为3.1.4 进料板处板间距进口处安装防冲设施，取进料板处板间距3.1.5 裙座考虑再沸器，取裙座高总高度：3.2 塔的接管,3.2.1 进料管采用直管进料管， （3-2）3.2.2 回流管采用直管进料管，3.2.3 塔底出料管采用直管进料管，3.2.4 塔顶蒸气出料管采用直管进料管，3.2.5 塔底蒸气进气管采用直管进料管，第4章 强度校核4.1 塔的强度校核本设计以强度设计为主，设计压力，介质无腐蚀性，选用碳钢板，设计温度，选取材料。4.1.1 塔体和封头的壁厚计算4.1.1.1 筒体壁厚按式（3-1）计算2 （4-1）式中：计算压力，焊缝系数，设计温度下的许用应力，设备内直径，壁厚附加量，钢板负偏差，介质腐蚀欲度，设计厚度：由碳素钢，低合金钢制容器，考虑塔具有振动、运输、刚度等问题，4.1.1.2 封头厚度按式（5-1）计算： （4-2）式中：椭圆形封头7，形状系数对标准椭圆封头，焊缝系数，设计厚度：为了保证封头与筒体能很好的满足焊接要求，取封头壁厚。4.1.1.3 裙座壁厚由于裙座厚度6不得小于，因此取裙座厚度为。4.1.2 确定危险截面位置图4-1 危险截面图图中0-0，I-I，II-II为危险截面。4.1.3 质量计算4.1.3.1 容器壳体和裙座质量由，查表得高筒节钢板质量为，封头质量筒体总质量封头质量裙座质量，钢板质量为4.1.3.2 容器内构件质量查表得浮阀塔盘4.1.3.3 保温材料质量塔体采用外保温层设计，材料选用保温棉，密度，厚度为，覆盖整个塔体保温层高度，设为封头保温层质量，封头展开面积保温层总质量4.1.3.4 平台扶梯质量采用笼式扶梯与塔板管线布置成，单位质量，扶梯总高度，扶梯宽度，在手孔处设置操作平台，平台选用半圆形，查得平台质量 （4-3）4.1.3.5 操作时塔内物料的质量塔盘上存留液体质量 （4-4）式中：精馏段塔板上液层高度，提馏段塔板上液层高度，精馏段塔板数，提馏段塔板数，精馏段液相平均密度，提馏段液相平均密度，塔釜物料质量下封头城液体体积：筒体承液体：所以4.1.3.6 附件质量塔体附件包括人孔，接管，法兰等，按经验取附件质量为塔体质量则4.1.3.7 容器内充水质量封头体积：筒体体积：充水后总质量：4.1.3.8 容器偏心质量4.1.3.9 各阶段质量操作质量： （4-5）最大质量：最小质量：4.2 塔的自振周期计算对于等直径，等厚度按式（8-5）计算3 （4-6）式中：设计温度下的弹性模量，4.3 风载荷计算已知设备地区的基本风压值，塔高为4.3.1 水平风压按式（8-17）计算 （4-7）式中：体型系数，风振系数 （4-8）当塔高时，脉动增大系数第段脉动影响系数第段阵型影响系数基本风压，风压高度变化系数，计算段长度，容器各段有效直径， （4-9）笼式扶梯当量宽度，操作平台当量宽度，塔壳保温层厚度，管线保温层厚度，塔顶管线外直径，容器各段外直径，水平风力4.3.2 各危险截面风弯矩计算截面：截面：截面：4.4 地震载荷计算对于等直径，等壁厚塔 （4-10）式中：对于容器基本自振周期的地震影响系数值地震影响系数，前面已计算得其计算公式为 （4-11）地震影响系数的最大值，已知地震强度为7度，则各类场地土的特征周期，曲线下降段的衰减指数，根据塔式容器的阻尼比按下式计算 （4-12）第阶阵型阻尼比，通常应根据实测值确定所以阻尼调整系数，按下式计算所以计算截面距地面的高度4.5 各危险截面地震弯矩计算截面 截面 截面 因此，所以不需要考虑高阶阵型的影响。截面的最大弯矩组合： (4-13)取其中较大值，由此得4.6 裙座应力验算4.6.1裙座厚度确定裙座选用，当时，取裙座壁厚：有效厚度：裙座内径：裙座外径：取则，4.6.2操作时裙座中应力验算截面：操作时： (4-14)圆筒形支座，满足强度及稳定性要求。截面：操作时： (4-15)式中：手孔处裙座壳的截面积， (4-16)手孔处裙座截面的内直径，手孔水平方向最大宽度， (4-17)手孔管加强段长度，手孔截面处的裙座壳的截面系数 (4-18)，所以，满足强度及稳定性要求。II-II截面： (4-19)其中：满足强度及稳定性要求。4.6.3 水压试验裙座应力验算截面： (4-20)截面： (4-21)截面：满足操作和水压试验要求。4.7 圆筒轴向应力校核4.7.1 圆筒轴向应力计算由内压引起的轴向应力按下式计算操作时重力引起的轴向应力按下式计算 (4-22)式中：计算截面以上筒体承受的操作质量载荷 弯矩在筒中引起的轴向应力按下式计算4.7.2 圆筒稳定性校核圆筒许用轴向应力按下式计算 (4-23)取最小值。值按经验公式求取：，故取：圆筒最大组合压应力，对内压时按下式计算：4.7.3 圆筒拉应力校核对内压容器按下式计算4.8 容器液压试验时压力校核4.8.1 壳体应力校核对I-I截面：由试验压力引起的环向应力按下式计算5 (4-24)式中按JB4170-2005式（5-5），静液柱压力：由试验压力引起的轴向应力按下式计算由试验压重力引起的轴向应力按下式计算由弯矩引起的轴向应力按下式计算4.8.2 应力校核液压试验时圆筒材料的需用轴向应力按下式计算取其中最小值。各向应力满足下列要求4.9 基础环设计4.9.1 基础环内外径计算基础环外径：基础环内径：4.9.2 基础环厚度计算混凝土上的最大压力 (4-25)取较大值。式中：基础环面积基础环的抗弯截面系数取基础环厚度（采用有筋板的基础环） (4-26)式中：基础环材料许用应力采用Q245R材料，则取，当地脚螺栓为时，查表可得则：实际基础板厚度。4.10 地脚螺栓的设计地脚螺栓承受的最大拉应力按下式计算 (4-27)取较大值因,则容器必须设计地脚螺栓，取，地脚螺栓尺寸及个数计算时考虑用4倍地脚螺栓数量n，求地脚螺栓根部直径 (4-28)式中：腐蚀欲量，地脚螺栓材料的许用应力选用低碳钢地脚螺栓个数，取则采用的地脚螺栓，螺纹小径满足稳定要求。4.11 裙座与壳体的对接焊缝验算对接焊缝的拉应力按下式校核8 (4-29)式中：设计温度下焊缝材料许用应力，取两侧材料许用应力的最小值，满足强度要求。第5章 全塔工艺设计结果全塔工艺设计一览表序号项目精馏段提馏段备注1塔径/m0.60.62板间距/m0.350.353塔板类型单溢流弓形降液管整块式塔板4空塔气速/(m/s)0.750.775堰长/m0.30.36堰高/m0.04490.04547板上层高度/m0.050.058降液管底隙高度/m0.0050.00449浮阀个数/个1919正三角叉排10阀孔气速/(m/s)11.7612.711浮阀动能因子9.49.512临界阀孔气速/(m/s)10.7211.1813孔心距/mm100100相邻孔心距14排间距/mm86.686.6临排中心距15单板降压/pa568.98594.5116降液管内清液层高度/m0.12970.124617泛点率/%37.6533.8518汽相负荷上限/(m3 /s)5.8810-45.8810-4雾沫夹带控制19汽相负荷下限/(m3 /s)51055105漏液控制全塔结构设计结果汇总设计内容符号及单位设计结果塔高封头厚度筒体厚度保温层厚度基础环内径基础环外径基础环厚度容器的操作质量容器的最大质量容器的最小质量塔的自振周期裙座厚度裙座高度地脚螺栓个数地脚螺栓规格进料管回流管塔底出料管塔顶蒸汽出料管塔底进气管参考文献1郑津洋，董其伍，桑芝富.过程设备设计 M .北京：化学工业出版社，2010.2GB150-2011，压力容器 S .3JB 47102005，钢制塔式容器 S .4SH3098-2011，石油化工塔器设计规范S.5董大勤,董俊华.化工设备机械基础（第四版）M.化学工业出版社.6李芳主.化工原理及设备课程设计M.化学工业出版社7GBT25198-2010，压力容器封头S.8SH-T3098-2011，石油化工塔器设计规范S. 41
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