化工设计竞赛4-其他设备选型设计(0001)

2019“东华科技-恒逸石化杯” 第十三届全国大学生化工竞赛

山东齐鲁石化分厂

年产20万吨醋酸乙烯项目

其他设备选型设计

西南大学乙炔吃醋队

团队成员：何林海、罗成、李任元、杨鑫、周义芳 指导老师：张钰婷、雷洪、王晓丹、李龙芹

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第一章 泵选型 .............................................................................................................. 1

1.1 泵选型原则 ...................................................................................................... 1 1.2 工业常用泵介绍 .............................................................................................. 3 1.3 泵选型实例（以P0101为例） ..................................................................... 4

1.3.1 泵选型方法的确定 ................................................................................ 4 1.3.2 具体泵的选型 ........................................................................................ 5 1.4 选型结果一览表 .............................................................................................. 8 第二章 鼓风机选型 ...................................................................................................... 9

2.1 选型依据 .......................................................................................................... 9 2.2 鼓风机类型及特点 .......................................................................................... 9 2.3 选型原则 ........................................................................................................ 10 2.4 C0101选型 .................................................................................................. 10 2.5 选型结果一览表 ............................................................................................ 11 第三章 气液分离器的设计 ........................................................................................ 12

3.1 设计依据 ........................................................................................................ 12 3.2 气液分离器的分类 ........................................................................................ 12

3.2.1 立式和卧式重力分离器 ...................................................................... 12 3.2.2 立式和卧式丝网分离器 ...................................................................... 12 3.3 设计目标 ........................................................................................................ 13 3.4 气液分离器的设计（以V0201为例） ....................................................... 13

3.4.1 气液分离器工艺参数 .......................................................................... 13 3.4.2 类型选择 .............................................................................................. 14 3.4.3 尺寸设计 .............................................................................................. 14 3.4.4 气液分离器设计小结 .......................................................................... 18 3.5气液分离器选型一览表 ................................................................................. 19 第四章 储罐、回流罐及缓冲罐的选型 .................................................................... 20

4.1 选型依据 ........................................................................................................ 20 4.2 储罐类型 ........................................................................................................ 20 4.3 储罐系列 ........................................................................................................ 20 4.4 选型原则 ........................................................................................................ 22 4.5 原料储罐 ........................................................................................................ 23

4.5.1 醋酸 ...................................................................................................... 23 4.5.2 乙烯 ...................................................................................................... 23 4.6 产品储罐 ........................................................................................................ 24

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4.6.1 醋酸乙烯 .............................................................................................. 24 4.6.2 乙醛 ...................................................................................................... 25 4.7 储罐选型一览表 ............................................................................................ 26 4.8 回流罐选型 .................................................................................................... 26

4.8.1 V0401回流罐 .................................................................................... 26 4.8.2 V0405回流罐 ....................................................................................... 26 4.8.3 V0406回流罐 ....................................................................................... 26 4.9 回流罐选型一览表 ........................................................................................ 27 4.10 缓冲罐选型 .................................................................................................. 27

4.10.1缓冲罐V0101（以一个为例） ......................................................... 27 4.11 缓冲罐选型一览表 ...................................................................................... 28

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第一章 泵选型

泵是一种对液体增压从而达到输送液体的机械，它把原动机的机械能转换成液体的能量。泵属于通用机械，在国民经济各部门中用来输送液体的泵种类繁多，用途很广,如水利工程、农田灌溉、化工、石油、采矿、造船、城市给排水和环境工程等。另外，泵在火箭燃料供给等高科技领域也得到应用。为了满足各种工作的不同需要，就要求有不同形式的泵。特别在炼油化工生产中，不仅数量大，种类多，而且因其输送的介质往往具有腐蚀性，或其工作条件要求高温、高压等，所以对泵有一些特殊的要求，这些泵往往比一般的水泵复杂。在各种泵中，尤以离心泵应用最为广泛，因为它的流量、扬程及性能范围均较大，并且具有结构简单、体积小、重量轻、操作平稳、维修方便等特点。

1.1 泵选型原则

在对泵进行选型时，应该主要考虑下述因素： （1）输送介质的物理化学性能：

针对待输送的流体理化性质而选择合适的泵，对输送易燃、易爆有毒或贵重介质的泵，要求轴封可靠或采用无泄漏泵，如磁力驱动泵、隔膜泵、屏蔽对输送腐蚀性介质的泵，要求对流部件采用耐腐蚀性材料，如AHF氟塑料合金化工离心耐腐蚀泵，WPB屏蔽泵等。对输送含固体颗粒介质的泵，要求对流部件采用耐磨材料，必要时轴封采用清洁液体冲洗。所以尤其要考虑流体的腐蚀性、结垢性、挥发等因素。

（2）现场条件：

包括泵的安装位置（室内、室外），环境温度，相对湿度，大气压力、大气腐蚀状况及危险区域的划分等级条件。

（3）工艺参数：

工艺参数是泵选型的最重要依据，应根流程和操作变化范围慎重确定。 （a）流量Q是指工艺装置生产中，要求泵输送的介质的量，一般应给出正常、最小和最大流量。泵数据表上往往只给出正常和额定流量。选泵时，要

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求额定流量不小于装置的最大流量，或取正常流量的1.1~1.15倍。

（b）扬程H指工艺装置所需的扬程值，也称计算扬程。一般要求泵额定扬程为工艺装置所需的扬程的1.05~1.1倍

（c）进口压力Ps和出口压力Pd指进、出口压力泵进出接管法兰的压力，进出口压力的大小影响到壳体的耐压和轴封装置。

（d）温度T指泵的进口介质温度，一般应给出工艺过程中泵进口介质的正常、最低和最高温度。

（e）装置的汽蚀余量NPSH。

（f）操作状态分连续操作和间歇操作两种。本工艺中大部分泵处于连续操作状态。

（4）机械维修方面：

机械方面要求可靠性高、噪声低、振动小。离心泵具有转速高、体积小、重量轻、效率高、流量大、结构简单、输液无脉动、性能平稳、容易操作和维修方便等特点。

（5）经济方面：

在经济上主要综合考虑到设备费、运转费、维修费和管理费的总成本最低。 （6）装置系统的管路布置：

条件指的是送液高度、送液距离、送液走向，吸入侧最低液面，排出侧最高液面等一些数据和管道规格及其长度、材料、管件规格、数量等，以便进行系统扬程计算和汽蚀余量的校核。

（a）泵体不宜承受进出口管道和阀门的重量，故进泵前和出泵后的管道必须设置支持装置，尽可能做到泵移走时不设临时支架。

（b）吸入管道应尽可能短，少拐弯，并避免突然缩小管径。

（c） 吸入管道的直径不应小于能的吸入口。采用的泵的吸入口为垂直方向，可配置同心异径管。

（d）为防止泵停时物料倒冲，泵的排出管上应设止回阀。止回阀应设在切断阀之前，停车后将切断阀关闭，以免止回阀阀板长期受压损坏。

（7）操作条件：

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内容很多，如液体的操作T、饱和蒸汽力P、吸入侧压力PS（绝对）、排出侧容器压力PZ、海拔高度、环境温度操作是间隙的还是连续的、泵的位置是固定的还是可移的。

1.2 工业常用泵介绍

工业生产中，典型的泵有：进料泵、回流泵、塔底泵、循环泵、产品泵、排污泵等，其特点和选用要求如表1-1。

表1-1 工业用泵特点与选用要求一览表

泵名称 特点 流量稳定； 一般扬程较高； 进料泵 有些原料含固体颗粒； 泵入口温度一般为常温； 工作时不能停车 流量变动范围大，扬程较低； 回流泵 泵入口温度40℃左右； 工作可靠性要求高 流量稳定，扬程较低； 循环泵 介质种类繁多 50%-100% 流量较小； 扬程较低； 产品泵 泵入口温度低； 某些产品泵间断操作 流量较小，扬程较低； 选用污水泵、渣浆泵； 排污泵 排污水中往往有腐蚀性介质和磨蚀性颗粒； 常需采用耐腐蚀材料 连续输送时要控制流量 要密封可靠，泵的备用率为 100% 宜选用离心泵； 对纯度高或贵重产品，泵的备用率为一般选用离心泵； 泵的备用率为50%-100% 选用离心泵； 扬程很高时，可考虑用容积式泵或高速泵； 泵的备用率为100% 选用泵要求 一般选用离心泵； 根据表1-1，本车间用泵选用单级或多级离心泵（适用于大流量高扬程）即可满足要求，同时有些流股的需求泵的功能为小流量高扬程，因而不同的过程需要使用不同型号和类型的流程泵。根据本项目流程设计的要求，对所需选择的离心泵提出了以下不同于一般泵的要求：

（1）泵的流量、排出压力、NPSH、以及泵的耐温、耐压能力等都必须满

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足化工工艺的要求；

（2）泵必须具有良好的密封性，其轴封的泄漏量应在允许的范围以内，必要时应采用无泄漏结构；

（3）泵的结构必须适应被输送液体的特性，以正常、顺利的输送各种化工液体物料，并从结构上消除或减少温度应力、腐蚀疲劳、应力腐蚀等引起的泵失效；

（4） 泵的材料应符合被输送液体化工物料的化学性质和化工生产操作工况；

（5）泵的易损件（如轴承等）的寿命应满足化工生产长期、连续运行的要求；

（6）泵必须便于安装、拆卸和维修； （7）泵应具有较高的效率；

（8）泵的设计、选材、制造和检验应遵照有关的标准和规范。

1.3 泵选型实例（以P0101为例）

1.3.1 泵选型方法的确定

（1）离心泵的工艺参数

H：泵的有效压头，即单位量液体在重力场中从泵获得的能量，m； Q：泵的实际流量，m3/s； ρ：液体密度, kg/m3；

Ne：泵的有效功率，即单位时间内液体从泵处获得的机械能，W。 有效功率可写成Ne = QHρg

由电机输入离心泵的功率称为泵的轴功率，以N 表示。有效功率与轴功率之比定义为泵的总效率η，即η=Ne/N。

（2）泵选型方法

将所需要的流量QV和扬程H画到该形式的系列型谱图上，看其交点M落在哪个切割工作区四边形中，即可读出该四边形内所标注的离心泵型号。如果交点M不是恰好落在四边形的上边线，则选用该泵后，可应用切割叶轮直径或

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降低工作转速的方法改变泵的性能曲线，使其通过M点。这就应从泵样本或系列性能表中查出该泵的泵性能曲线，以便换算。如果交点M并不落在任一个工作区的四边形中，这说明没有一台泵能满足工作要求。在这种情况下，可适当改变泵的台数或改变所需要的流量和扬程（如用排出阀调节）等来满足要求。

1.3.2 具体泵的选型

本装置中P0101进出口数据见表1-2。

表1-2 P0101进出口数据

物料参数 质量流量，kg/hr 体积流量，cum/hr 温度，℃ 压强，bar 蒸汽分率 焓，kcal/mol 进口 58668.6 61.6397 113.033 2.5 0 -112.476 出口 58668.6 61.6639 113.289 8 0 -112.463 由管路特性计算管路所需扬程为：

He=

扬程安全系数取1.1，则计算所需扬程为：

H=He×1.1=58.9m

通过选泵软件对泵进行选型，由于介质是水和醋酸，腐蚀性能较小，因而选择GDF型耐腐蚀管道泵。运用中联泵选型软件进行选泵，选型步骤如下：

+

图1-1 选型主要参数输入

选泵软件使用智能选泵，通过选择，选取GDF100-32A型泵，其主要工艺参数见表1-3。

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表1-3 CZ32-200型泵主要参数

额定参数： 额定流量，L/s 16.7-33.33 额定扬程，m 26-30 额定效率，% - 轴功率，kW - 汽蚀，m 4 叶轮最大外径，mm - 转速，rpm 2900 介质温度，℃ -80～+300 电机功率，kW 11 电机型号 - 叶轮转向 顺时针 进出口口径尺寸类型 DN 进口口径，mm 25 出口口径，mm 32 图1-2 曲线性能图

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图1-3 GDF100-32A型泵结构图

图1-5 GDF100-32A型泵安装尺寸图

所以，P0101泵选用CZ32-200型泵，单台工作，一台备用。

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1.4 选型结果一览表

根据上述选型方法，结合本厂工艺中的实际流体输送任务，综合考虑经济成本，借助于智能选泵软件对车间中的流体输送机械的选择如表1-4所示：

表1-4 泵选型结果

序位号 号 1 P0101 GDF100-32A 泵型号 流量，m3/h 61.64 扬程H，输送介质 m 58.9 醋酸、水 方式 两台串联 两台2 P0201 GDF100-60 0.9062 64.43 水 串联 单台工作 两台并联 三台并联 单台6 P0403 PBG40-100(I) 28.27 4.69 精VAc 工作 单台7 P0404 GDF50-8 18.71 7.83 乙醛 工作 单台8 P0405 T0401回流泵 T0402回流泵 T0403回流泵 IP-65-50-160 2.57 4.58 污水 工作 两台GDF100-32A 229.11 26.36 粗醋酸乙烯 醋酸乙烯水GDF65-30 19.23 32.57 溶液 精乙醛 并联 单台工作 单台GDF32-20 6.41 19.19 工作 0.75 4 11 0.75 0.75 1.1 1.1 15 16 11.00 kW 工作单台功率，3 P0302 GDF50-30 28.962 16.9 循环MEA 酸洗塔循环2.2 4 P0401 GDF100-50 97.596 50.64 HAc 反应原料循5 P0402 IH65-50-125 44.72 4.52 环HAc 8 9 10 8

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第二章 鼓风机选型

压缩机是用来压缩气体借以提高气体压力的机械，也称为“压气机”或“气泵”，一般提升压力小于0.2MPa时称为鼓风机，提升压力小于0.02MPa时称为通风机。本项目输送气体所需提高压力小于0.2MPa，属于鼓风机。

2.1 选型依据

《化工工艺手册》

2009

2004

《化工设备设计手册》 《化工设备设计》

2011

2.2 鼓风机类型及特点

表2-1鼓风机类型及特点比较

类型 特点 罗茨鼓风机是石油化工生产中应用最为广泛的一种旋转鼓风机，它的作用原理与齿轮泵相似。罗茨鼓风机机壳内有两个装在两个平行轴上的“8”字形转子，一个是主动转子，另一个是从动转子，两个转子由装在轴末端的一对齿轮带动，相向旋转。由于转子的不断转动，使机壳内形成两个相对密闭的空间，即吸入空间和排出空间。当期提有罗茨鼓风机 排出空间排出到出风管内，气体压力升高，升压的大小取决于出风管阻力情况，所以罗茨鼓风机中的气体是在等容的情况下升高压力的。气体有吸入空间到排出空间后，由于吸入空间压力降低而吸入气体。罗茨鼓风机属于容积式输送机械，其风量与转速成正比，而与出口压力无关。罗茨鼓风机的风量为2-500m3/min，出口压力不超过78.5kPa（表压）。 离心鼓风机又称涡轮鼓风机或透平鼓风机，其基本结构和工作原离心式鼓风机 体获得能量，从低压气体变为高压气体。离心鼓风机一般是由几个叶轮在同一机壳内串联组成的多级离心鼓风机，每一个叶轮就是鼓风机理与离心通风机类似，也是通过高速旋转的叶轮对气体的作用，使气9

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的一个级，这样可使设备紧凑，而且提高了效率。离心鼓风机的风量大，产生的风压并不高，其气体出口压力一般小于300kPa（表压），压缩比小于4。气体温度升高的体积缩小都不显著，不需要装中间冷却器。 2.3 选型原则

（1）由工艺要求选择，确定进出口压力，计算总压力比，得到鼓风机的级数。

（2）对于易燃易爆的介质需对密封性具有高可靠性。 （3）对于腐蚀性气体，选择抗腐蚀材料。

2.4 C0101选型

由Aspen流程模拟得到C0101鼓风机的进出口物料物料衡算结果以及模拟结果，如表2-2：

表2-2 C0101鼓风机机的进出口物料物料衡算

C0201鼓风机 物流编号 Mole Flow，kmol/h Mass Flow，kg/h Volume Flow，m3/h Temperature，℃ Pressure，bar Vapor Fraction Molar Enthalpy，kcal/mol Mass Density，kg/cum 入口 0208 4848.42 165102 16096.1 29.04 7.3 1 -28.097 10.2573 出口 2-3 4848.42 165102 15012.8 35.87 8 1 -28.0302 10.9974 根据其流量以及进出口压力，本位号鼓风机我们选择PF型鼓风机，型号为PF200-5，材质不锈钢，由于处理气体流量较大，采用四台并联方式。PF200-5型号鼓风机参数如下：

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表2-3 EX-Z-7.5鼓风机参数 型号 生产厂家 频率，Hz 输出功率，kW 最大流量，m3/min 重量，kg 电压，V PF200-5 上海与鑫机电科技有限公司 60 4.6 71 170 600-720 2.5 选型结果一览表

鼓风机选择结果见表2-4：

表2-4鼓风机选型结果

序号 1 2 3 4 5 6

位号 C0101 C0201 C0202 C0401 C0402 C0403 型号 PF200-5 PF200-5 PF200-5 频率，Hz 60 50 50 输出功率，kW 4.6 4 4 4.8 4.8 4.8 最大流量，m3/min 71 63 63 80 80 80 重量，kg 170 600 600 450 450 450 CX530-03T 60 CX530-03T 60 CX530-03T 60 11

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第三章 气液分离器的设计

3.1 设计依据

《压力容器》 GB150-2011 《压力容器封头》 GB/T25198-2010 《气-液分离器设计》 HG/T20570.8-95

3.2 气液分离器的分类

3.2.1 立式和卧式重力分离器

根据HG/T20570.8-95《气-液分离器设计》的第2部分：立式和卧式重力分离器设计应用范围如下：

（1）重力分离器适用于分离液滴直径大于200μm 的气液分离。 （2） 为提高分离效率，应尽量避免直接在重力分离器前设置阀件、加料及引起物料的转向。

（3）液体量较多，在高液面和低液面间的停留时间在6-9min，应采用卧式重力分离器。

（4）液体量较少，液面高度不是由停留时间来确定，而是通过各个调节点间的最小距离100mm来加以限制的，应采用立式重力分离器。

根据以上的数据可以看出气液体积流量选用立式重力分离器。

3.2.2 立式和卧式丝网分离器

（1）丝网分离器适用于分离气体中直径大于10~30μm的液滴；

（2）丝网分离器主要部件为一固定安装的丝网，由丝网和上下支承栅条组成。丝网材料可采用不同的金属或非金属材料。如：不锈钢、蒙乃尔合金、镍、

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铜、铝、碳钢、钽、耐腐蚀、耐热镍合金、聚氯乙烯和聚乙烯等；

（3）丝网分离器通常规格是丝网的丝直径为0.22mm~0.28mm，丝网的厚度约为100mm~150mm。

（4）丝网参数如下：

表3-1 丝网参数一览

型 号 规格 40~100型 标准型 60~150型 140~400型 空隙率（ε） 丝网密度kg/m3 丝径mm 0.982 150 0.23 60~100型 高效型 80~100型 20~100 高穿透型 0.975 150 0.23 0.12 30~150 70~140 0.990 160 0.23 3.3 设计目标

（1）气液混合物进入气液分离罐时能均匀分散，利于气液分开； （2）气液分离罐的体积能满足气液体及负荷；

（3）气液分离罐有足够的壁厚，能满足分离的温度和压力要求。

3.4 气液分离器的设计（以V0201为例）

3.4.1 气液分离器工艺参数

表3-2 气液分离器工艺参数

参数 温度/℃ 压力/bar 气相分率 摩尔流率/（kmol/hr） 质量流率/（kg/hr） 进口物料 20 7.3 0.725 6339.51 242564 乙炔吃醋队

气体出料 20 7.3 1 4599.3 157109 液体出料 20 7.3 0 1740.21 85454.7 13

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体积流率/（m3/hr） 14840.7 14752.7 87.978 3.4.2 类型选择

因分离液体量较少，选择立式重力分离器来完成该气液分离过程。

3.4.3 尺寸设计

设备尺寸设计的依据是气液两相流量以及停留时间：

表3-3 气液两相数据

液相 VL=87.978m3/hr ρL=971.319kg/m3 T=20℃ P=7.3bar Vmax=135% 气相 VG=14752.7m3/hr ρG=10.65kg/m3 T=20℃ P=7.3bar Vmin=70% 停留时间设为T=5min。

（1） 丝网自由截面上的气体流速的计算

uGc•m•u0

Ng3Lu00.29.96a'uLG其中：

0.5式中：

c—安全系数，取0.7-0.9；

L/HO/GLm—校正系数，由和；

2L—工作温度下液体表面张力，N/m

u0—临界流速，m/s；

uL—液体黏度，Pa·s；

ε —丝网空隙率；

a，—丝网比表面积，m2/m3；

g—重力加速度，9.81m/s2；

δH2O—20℃水的表面张力，72.8×10-3N/m；

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ρL，ρG —分别为液体和气体的密度，kg/m3；

ML—液体分子量；

N—系数，

ΔWLMWGGL0.5由,由图3-1查得（当M<0.00001时，取N=0.7进行计算）；

图3-1 M系数查询图

ΔWL —进出丝网的液体流量之差； WG—气体质量流量，kg/h；

液相平均分子量ML=46.42g/mol，则工作温下液体的表面张力为0.035N/M，液体黏度

=0.001 Pa.s。

GL 由L和H2O由图3-1查得m=1

计算N系数，ΔWL=85454.7kg；WG=157109kg; M=

(

)0.5=0.057

查图3-2得，N=0.02

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图3-2 N系数查询图

根据工艺要求选择丝网型号为80-100高效型丝网，丝网工艺参数如下：

表3-4 高效型丝网参数

型号 高效型 规格 80-100型 0.5空隙率/ε 0.975 丝网密度/kg/m3 150 丝径/mm ϕ0.12 比表面积m2/m3 500 Ng3Lu00.29.96a'uLG=(

)0.5=0.1166 m/s

取安全系数c=0.8，丝网自由截面面积上的气体流速为： uG=c*m*u0=0.9*1*0.1166=0.10494 m/s （2） 气液分离器尺寸计算  丝网直径由

Dg=0.0188*( Vgmax/ uG )0.5=0.018*（730/0.10494）0.5=1.5m  容器直径

容器直径（D）要比丝网直径大100mm左右（考虑安装固定），取容器直径为1.6m。

 高度(HL)由

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Hl=Vl,max*t/(47.1*D2)=87.978*5/(47.1*1.6^2)=0.37m

图3-3 立式丝网分离器尺寸构图

则气液分离器的总高度为：

H= HL+0.4D+500=370+640+500=1510mm圆整得H=1600mm （3）气液分离器接管计算  入口接管

两相混合物的入口接管的直径应符合下式要求： 2

GuGL1500Pa

式中：

uG接管直径，m；

G气相密度，kg/m3；

由此导出

D5p3.02103(V0.LVG)0.25G

式中：

Dp接管直径，m；

VL液体体积流量，m3/h；

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VG气体体积流量，m3/h； 则该气液分离器的入口接管直径为

Dp>3.02*10-3*(Vl+Vg)0.5*ρg0.25=0.665m

取Dp=700mm  出口接管

液体、气体的出口接管的直径，不得小于连接管道的直径。液体出口接管可以用小于等于1m/s的流速来设计。

气体出口流速取决于气体密度，密度小时，最大出口流速μG=20m/s。密度大时，选择较小的气体出口流速。

任何情况下，较小的气体出口流速有利于分离。 气体出口接管的直径如下：

S=Vg/(18m/s)=14752.7/3600*18=73.76m2

d=(4S/п)0.5=(4*73.76/п)0.5=9.69mm 圆整得d=10mm

液体出口接管的直径如下： S=Vl/(1m/s)=87.978/3600=0.0244m2 D=(4S/п)0.5=0.17m=170mm 圆整得d=180mm

3.4.4 气液分离器设计小结

表3-5气液分离器V0201小结

项目 设计温度 设计压力 直径 高度 筒体壁厚 上封头壁厚 下封头壁厚 数值 20 7.3 1600 1600 6 6 6 单位 ℃ bar mm mm mm mm mm 18

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其他设备选型设计

进口接管 液相出口接管 汽相出口接管

700 180 10 mm mm mm 3.5气液分离器选型一览表

表3-6 气液分离器选型一览表

序号 1 位号 V-0201 用途 气液分醋酸乙烯 立式丝网分离器 离罐 1 6 Φ1600×1600 16MnR 564.30 物质 类型 数量 壁厚mm 尺寸mm 材质 质量kg 19

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第四章 储罐、回流罐及缓冲罐的选型

4.1 选型依据

《压力容器》 GB 150-2011 《钢制球形储罐型式与基本参数》 GB/T 17261-2011 《石油化工立式圆筒形钢制焊接储罐设计规范》 SH 3046-1992 《石油化工储运系统罐区设计规范》 SH/T 3007-2007 《钢制立式圆筒形固定顶储罐系列》 HG 21502.1-1992 《化工设备设计全书-球罐和大型储罐》 2005年版 《钢制球形贮罐+标准释义》 GB 12337-1998 《卧式椭圆封头储罐》 HG 21504.1-1992

4.2 储罐类型

储罐容器的设计要根据所储存物料的性质、使用目的、运输条件、现场安装条件、安全可靠程度和经济性等原则选用其材质和大体型式。

储罐根据形状来划分，有方形储罐、圆筒形储罐、球形储罐和特殊储罐（如椭圆形、半椭圆形）。每种型式又按封头形式不同分为若干种，常见的封头有平板、锥形、蝶形、椭圆形等，有些容器如气柜、浮顶式储罐，其顶部是可以升降浮动的。

储罐按制造的材料分为刚、有色金属和非金属材料。常见的有普通碳钢、低合金钢、不锈钢、搪瓷、铝合金、聚氯乙烯、聚乙烯和环氧玻璃钢、酚醛玻璃钢等。

储罐按用途分又可分为储存容器和计量、回流、中间周转、缓冲、混合等工艺容器。

4.3 储罐系列

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我国已有许多化工储罐实现了系列化和标准化，可根据工艺要求，选用已经标准化的产品。

（1）立式储罐

平底平盖储罐系列（HG/T 3146-1985）； 平底平顶储罐系列（HG/T 3148-1985）； 平顶90°锥底储罐系列（HG/T 3149-1985）；

立式椭圆封头储罐系列(悬挂式)（HG/T 3152-1985）；

90°折边锥形底，椭圆封头储罐系列 (支腿式)（HG/T 3151-1985）； 立式椭圆封头储罐系列(支腿、裙座式)（HG/T 3153-1985）。

以上系列用于常压，储存非易燃易爆、非剧毒的化工液体。技术参数为容积（m3），公称直径（mm）×筒体高度（mm）。

（2） 卧式储罐

卧式无折边球形封头系列，用于p<0.07MPa，储存非易燃易爆、非剧毒的化工液体。

卧式有折边椭圆形封头系列（HG/T3154-1985），用于p=0.25-4.0MPa，储存化工液体。

（3） 立式圆筒形固定顶储罐系列（HG/T 21502.1—1992）

适用于储存石油、石油产品及化工产品。用于设计压力-0.5-2kPa，设计温度-19-150℃，公称容积100-30000m3，公称直径4500-44000mm。

（4） 立式圆筒形内浮顶储罐系列（HG/T 21502.2—1992）

适用于储存易挥发的石油、石油产品及化工产品。用于设计压力为常压，设计温度-19-80℃，公称直径100-30000m3，公称直径4500-44000mm。

（5） 球罐系列

适用于储存石油化工气体、石油产品、化工原料、公用气体等。占地面积小，储存容积大。设计压力4MPa以下，公称容积50-10000m3。结构有橘瓣型和混合型及三带至七带球罐。

（6） 低压湿式气柜系列（HG/T 21549—1995）

适用于化工、石油化工气体的储存、缓冲、稳压、混合等气柜的设计。设

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计压力4000Pa以下，公称容积50-10000m3。按导轨形式分为螺旋气柜、外导架直升式气柜、无外导架直升式气柜。按活动塔接数分为单塔节气柜、多塔节气柜。

4.4 选型原则

首先应根据存储介质的最高工作压力初步选择储罐类型。一般情况下，卧式圆柱形储罐和球罐可以承受较高的存储压力，而立式平底筒形储罐的承压能力较差，当存储介质的压力不大于0.1MPa时，可以选用立式平底筒形储罐，否则应选用卧式储罐或球罐。其次，再根据库区的容量大小选择合适的储罐结构。受运输能力的限制，单台卧式圆柱形储罐的容积一般不宜大于150m3，当总的储存容积超过 150m3但小于 500m3时，可以选用几台卧罐组成一个卧罐群，也可以选用一台或二台球罐；如总容量大于 500m3时，建议选用球罐或球罐群。

（1）立式平底筒形储罐的选型方法

首先根据储液的性质和罐区的容量，确定选用浮顶罐还是固定罐。若是常压储存，为了减少蒸发损耗或防止污染环境，保证储液不受空气污染、要求干净时宜选用外浮顶罐或内浮顶罐。若是常压或低压储存，蒸发损耗不是主要问题，环境污染也不大，可不必设置浮顶，且需要适当加热储存，宜选用固定顶罐。

（2）球形储罐的选型方法

球壳是球罐的主体，球壳按其组合方式常分为橘瓣式、足球瓣式和混合式三种。橘瓣式球壳适用于各种容量的球罐，为世界各国普遍采用，但这类球壳的缺点是球瓣在各带位置尺寸大小不一；下料及成型较复杂，板材的利用率低；球极板往往尺寸较小，当需要布置人孔和众多接管时可能出现接管拥挤，有时焊缝不易错开。足球瓣式球壳每块球壳板尺寸相同，下料成型规格化，材料利用率高，互换性好，但焊缝布置复杂，施工组装困难，一般只适用于制造容积小于 120m3的球罐，我国国内目前很少采用。混合式球壳赤道带和温带采用橘

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瓣式，而极板采用足球瓣式，取两者结构优点，材料利用率高，焊缝长度缩短，球壳数量减少，且特别适用于大型储罐，与足球瓣式罐体相比，球壳应力分布比较均匀。该结构在国外已广泛采用，我国近年来也开始逐渐推广使用。

4.5 原料储罐

4.5.1 醋酸

4.5.1.1 基本性质

标准大气压下沸点64.8℃，相对密度为0.79（水=1）；临界压力为7.95MPa，临界温度T=240℃。 7.5.1.2 工艺要求

工业上通常采用常温常压下密封保存。储存于阴凉、干燥、通风库房、远离火种、热源，保持容器密闭，应与氧化剂、食用化学品分开存放，切记湿储，储区应备有泄漏应急处理设备和合适的收容材料。储区应备有泄漏应急处理设备和合适的收容材料。本厂的醋酸储存温度为25.3℃，压力为0.8MPa，进料量为54.7m3/h，通过对甲醇市场的分析以及本车间的需求量，由于醋酸较易获得，确定储存时间为1.4天，1.4天储存的总体积为V=1837.9m3 4.5.1.3 选型结果

由于储存量较大，由于醋酸的挥发性较大，用固定顶会有气体溢出，考虑到经济性、安全性和环境保护要求，同时对大型储罐进行比较后，考虑到承压，材料利用和安全性等问题，选择球罐。

按总体积要求，选择充装系数0.95，则所需体积为1837.9÷0.95=1934.65m3。根据《化工工业设计手册》选择选择1个公称容积为2000m3，储罐内径为15700mm，质量为70000kg的固定顶储罐。材料选用为S30403。

4.5.2 乙烯

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4.5.2.1 基本性质

标准大气压下沸点189℃，相对密度为1.1（水=1）；闪点为95℃，燃点为T=300-302℃。 4.5.2.2 工艺要求

工业上通常采用常温常压下密封保存。储存于阴凉、干燥、通风库房、远离火种、热源，保持容器密闭，该品采用铝桶、塑料桶或玻璃瓶包装。贮存于阴凉通风干燥处，按易燃有毒物品规定贮运。，储区应备有泄漏应急处理设备和合适的收容材料。储区应备有泄漏应急处理设备和合适的收容材料。本厂的乙烯储存温度为130.9℃，压力为0.8MPa，开始进料量为2953.996m3/h，当全厂开车平稳后，由于乙烯的循环，基本不需要添加更多料。综上，确定储存时间为1小时，1天储存的总体积为V=2953.996m3 4.5.2.3 选型结果

根据存储体积，结合考虑到承压，材料利用和安全性等问题，选择球罐。 按总体积要求，根据《化工工业设计手册》选择选择1个公称容积为3000m3，储罐内径为18000mm，质量为91000kg的储罐。材料选用为16MnR。

4.6 产品储罐

4.6.1 醋酸乙烯

4.6.1.1 基本性质

标准大气压下沸点100℃，相对水的密度为0.9440（水=1）；临界压力为3.3MPa，临界温度T=294℃。 4.6.1.2 工艺要求

储存于阴凉、通风的库房。远离火种、热源。库温不宜超过25℃。保持容器密封。采用防爆型照明、通风设施。禁止使用易产生火花的机械设备和工具。

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本厂的储存温度为25℃。压力为0.1MPa，产品流量为30m3/h。选择工业上常用的储存天数6天。储存的总体积为4320m3。 4.6.1.3选型结果

由于储存量较大，主要考虑选用球形储罐，而对大型储罐进行比较后，考虑到承压，材料利用和安全性等问题，球形储罐自身具有节省材料，抗压能力强等优点，符合要求。

根据 GB/T 17261-2011 《钢制球形贮罐型式与基本参数》选择选择 1个公称容积为 5000 m3，储罐球壳直径12100mm，质量为134435kg的储罐。材料选用为16MnR。

4.6.2 乙醛

4.6.2.1 基本性质

饱和蒸汽压：1.33kPa/60.6℃，相对水的密度为1.01（水=1）；化学特性：易聚合成水溶性聚合物。可燃，受热分解能产生有毒气体，一能与空气形成爆炸混合物，爆炸极限2.1%～12.5%（体积)。 4.6.2.2 工艺要求

储存于阴凉、通风的库房。远离火种、热源。库温不宜超过25℃。保持容器密封。采用防爆型照明、通风设施。禁止使用易产生火花的机械设备和工具。本厂的储存温度为10℃。压力为0.2MPa，产品流量为0.71m3/h。选择工业上常用的储存天数7天。储存的总体积为119.28m3。 4.6.2.3选型结果

由于储存量较大，主要考虑选用固定顶储罐，而对大型储罐进行比较后，考虑到承压，材料利用和安全性等问题，固定顶储罐符合要求。

选取充装系数为0.9，则选用200 m3的标准固定顶储罐。

通过查询《化工工艺手册》，选用1个公称容积为200m3，储罐内径为6550mm，质量为9760kg的储罐，储罐材料选择16MnR。

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其余储罐选型类似，在此不再赘述。

4.7 储罐选型一览表

表4-1 储罐选型一览表

序号 数名称 醋酸储罐 乙烯储罐 醋酸乙烯储罐 乙醛储罐 物质 醋酸 乙烯 醋酸乙烯 乙醛 球罐 固定顶储罐 1 1 5000 200 D=12100 Φ6550×7250 16MnR 16MnR 134435 9760 GB/T 17261-2011 HG 21502.2-1992-125 类型 量 积球罐 球罐 1 1 公称容m3 尺寸mm D=15700 D=18000 材质 kg S40403 16MnR 70000 91000 GB/T 17261-2011 GB/T 17261-2011 质量标准序号 1 2 3 4 2000 3000 4.8 回流罐选型

4.8.1 V0401回流罐

（1）储存介质：醋酸乙烯，水混合物 （2）储量：188.199 m3/h×2.5/60h=7.84m3 （3）储存条件：75.8℃，0.2MPa

（4）选型结果:选择充装系数为0.7，实际需要体积为11.2 m3。选择公称容积为12m3的卧式椭圆封头储罐，公称直径为1800mm，长度为4000mm。

4.8.2 V0405回流罐

（1）储存介质：乙醛

（2）储量：5.70 m3/h×4/60h=0.38m3 （3）储存条件：10.03℃，0.1MPa

（4）选型结果:选择充装系数为0.7，实际需要体积为0.54 m3。选择公称容积为2m3的卧式椭圆封头储罐，公称直径为1000mm，长度为2200mm。

4.8.3 V0406回流罐

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（1）储存介质：醋酸乙烯

（2）储量：11.539 m3/h×0.3/60h=0.06 m3 （3）储存条件：22.083℃，0.2MPa

（4）选型结果:选择充装系数为0.7，实际需要体积为0.0857 m3。选择公称容积为2 m3的卧式椭圆封头储罐，公称直径为1000mm，长度为2200mm。

4.9 回流罐选型一览表

表4-2 回流罐选型一览表

公称 序号 位号 用途 介质 醋酸乙烯，1 V0401 回流罐 水混合物 乙醛 类型 卧式椭圆封头储罐 卧式椭圆封头储2 V0405 回流罐 罐 卧式椭圆封头储3 V0406 回流罐 醋酸乙烯 罐 1 2 Φ1000×2200 1 2 Φ1000×2200 1 12 Φ1800×4000 数量 容积m3 技术规格材质 mm 16MnR 16MnR 16MnR 1400 质量kg 330 330 4.10 缓冲罐选型

缓冲罐体积的计算公式：

V1.15QT1Q2/[10(P1P2)]

式中：

Q1：气体供气量，m3/min；

Q2：输送管道容积，管道体积相对进气量很小时可以忽略不计； T：缓冲时间，min，一般取5-10min； P1：压缩机出口压力，MPa； P2：气动系统工作所需压力;

4.10.1缓冲罐V0101（以一个为例）

本厂缓冲条件为93℃，压力为0.8MPa。进料流量Q1=914.231m3/h。设备

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管道体积较小，可忽略，取Q2=0。停留时间取5min，经计算得缓冲罐体积为V=87.61m3。

选用1个卧式椭圆封头储罐，查看标准尺寸，选取公称容量为100 m3的，直径为2800mm，筒15000mm的缓冲罐，材料选择S40403。

4.11 缓冲罐选型一览表

表4-3 缓冲罐选型一览表

序号 1 位号 用途 介质 乙烯，水，冰醋V-0101 混合罐 卧式缓冲罐 酸 氧气，二氧化2 V-0102 混合罐 碳，乙烯，水，卧式缓冲罐 冰醋酸 3 V-0104 混合罐 乙烯，二氧化碳 卧式缓冲罐 1 1500 1 1500 1 100 类型 数量 公称 容积m3 技术规格mm Φ2800×15000 Φ13000×14500 Φ13000×14500 Φ13000×14500 材质 质量kg 5645 S30403 16MnR 51425 16MnR 51425 4 5 M-0201 V-0301 搅拌罐 混合罐 乙烯，二氧化碳 MEA 立式搅拌罐 卧式缓冲罐 1 1 1500 16 16MnR 51425 1244 Φ1800×5600 16MnR

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