20万吨年化工溶剂加氢反应器设计毕业论文
2020-04-15 06:04
摘 要
加氢精制技术是石油化工行业中的重要工艺，也是最重要的加工方法之一。它可以有效地氢化原料中的非烃化合物，如氮、氧和硫，烯烃和芳烃的选择性饱和可去除原料油中的沥青质和重金属等杂质成分。加氢精制技术所使用的原料品种多，所生产的产品质量好，其液体收率也很高。加氢处理技术通过加氢催化反应处理原料油，在分子水平上精制石油并进行馏分，可以使得各种石油产品的质量都有显著的提升。因此，氢化石油产品的质量优于其他方法。此外，它具有高产量，灵活操作和环保的特点。
该设计讨论了加氢技术研究的目的和必要性，分析了加氢过程，总结和分析了加氢过程所需反应器的特殊设计，并分析了具体的加氢精制反应。强度设计包括氢化反应器主要结构的结构设计。通过各组分的计算，确定各种附件的结构类型，并绘制相应的加氢反应器组件图和零件图。通过计算和验证加氢反应器主体的强度载荷，风荷载和地震荷载，设计满足设计要求和设计条件的加氢反应器。
关键词：强度计算 裙座 风载荷 地震载荷
Design of 200,000 t/a Chemical Solvent Hydrogenation Reactor
Abstract
Hydrotreating technology to improve and improve the quality of petroleum products is an important process in the petrochemical industry and one of the most important processing methods. It can effectively hydrogenate non-hydrocarbon compounds in raw materials such as nitrogen, oxygen and sulfur. Selective saturation of olefins and aromatics removes impurities such as asphaltenes and heavy metals in the feedstock. The hydrorefining technology uses a large variety of raw materials, the quality of the products produced is good, and the liquid yield is also high. The hydrotreating technology can treat the raw material oil by hydrogenation catalytic reaction, refine the petroleum at the molecular level and carry out the fraction, so that the quality of various petroleum products can be significantly improved. In addition, it features high throughput, flexible operation and environmental friendliness.
This design discusses the purpose and necessity of hydrogenation technology research, analyzes the hydrogenation process, summarizes and analyzes the special design content of the reactor required for the hydrogenation process, and analyzes the specific hydrofining reaction. Through the calculation of each component, the structure types of various accessories are determined, and the corresponding hydrogenation reactor component diagram and part drawing are drawn. By calculating and verifying the strength load, wind load and seismic load of the hydrogenation reactor body, a hydrogenation reactor designed to meet design requirements and design conditions is designed.
Key Words: strength calculation; skirt; wind load; seismic loa
目 录
第一章 概 述 1
1.1 选题目的、意义 1
1.2 国内外研究现状 1
1.2.1 加氢反应器的发展 1
1.2.2 研究现状 2
1.3 加氢反应器工作原理 3
第二章 物料平衡、反应热及反应条件 5
2.1 加氢裂化装置物料平衡 5
2.2 加氢裂化装置反应热 6
2.2.1 化学耗氢量 6
2.2.2 溶解耗损量 7
2.2.3 设备漏损量 7
2.2.4 驰放损失 7
2.2.5 反应热 8
2.3 加氢裂化装置主要反应条件 9
第三章 加氢反应器尺寸确定与理论计算 10
3.1 催化剂的选取 10
3.2 催化剂用量 10
3.3 反应器基本尺寸 10
3.3.1 反应器的容积 10
3.3.2 反应器高度 11
3.4 接管设计 11
3.4.1 进口接管 11
3.4.2 出口接管 12
3.4.3 氢气接管 12
3.5 催化剂床层压力降计算 12
3.5.1 入口压降 13
3.5.2 出口压降 13
第四章 加氢反应器结构设计与强度校核 15
4.1 加氢反应器筒体、封头 15
4.1.1 设计参数 15
4.1.2 反应器材料的选择 15
4.1.3 筒体设计 15
4.1.4 封头设计 16
4.2 加氢反应器强度校核 16
4.2.1 圆筒的强度校核 16
4.2.2 封头的强度校核 17
4.2.3 加氢反应器压力试验校核 17
4.3 质量载荷计算 18
4.3.1 筒体、封头和裙座的质量 18
4.4 基本自振周期 20
4.5 载荷计算 21
4.5.1 地震载荷 21
4.5.2 风载荷和偏心弯矩 22
4.5.3 各种载荷引起的轴向应力 25
4.6 塔体和裙座危险截面强度与稳定性的校核 26
4.6.1 截面的最大组合轴向拉应力校核 26
4.6.2 塔体裙座稳定性校核 27
4.6.3 塔体水压试验应力校核 27
4.7 零部件设计 28
4.7.1 基础环设计 28
4.7.4 法兰设计 32
4.7.5 人口手孔设计 32
4.7.6 接管与管法兰 33
4.8 接管开孔补强计算 34
4.8.1 补强及补强方法判断 34
4.8.2 有效补强面积 35
第五章 有限元应力分析 37
5.1 反应器设计条件及尺寸 37
5.2 力学模型 38
5.3 约束及载荷 39
5.4 应力分析结果 40
5.5 强度评定及小结 40
5.5.1 强度评定 40
5.5.2 小结 40
第六章 经济评价 41
6.1 加氢反应器价格预估 41
6.1.1 设备制造成本 41
6.2 盈利能力分析 42
6.2.1 投资利润率 42
6.3 盈亏平衡分析 43
6.3.1 不确定性分析 43
结 论 44
参考文献 45
附 录 47
致 谢 69
概 述
1.1 选题目的、意义
在实际生产过程和有机化学实验室中，加氢反应器的作用十分显著，常常作为最重要的设备之一。加氢反应器一般被用作氢化反应反应过程发生时的容器，在气液彻底混合的应用过程中也被广泛运用。通常情况下，加氢反应器需要在高温高压、临氢和H2S腐蚀等较为恶劣的操作条件下运行[1]，并且经常用于石油工业中最困难的部分——将残油加氢成轻油，生产汽油，柴油等。
随着中国经济的不断发展，但对石油等资源的需求只增不减，石油等资源的劣质化程度也变得越来越严重。另一方面，为了顺应国家政策，环境保护及对石油化工产品的质量要求也变得越来越高[2]。在这些关键性的条件下，我国加氢处理装置设备技术得到了高速高效的发展。2018年4月，世界最重加氢反应器（260万吨/年沸腾床渣油锻焊加氢反应器）发运[3]，充分体现出我国的加氢处理工艺和其设备制造生产技术的发展水平已经位于世界前列[4]。
加氢反应器的生产工艺和设计制造在化工设备中具有显著的代表性，本课题需设计一台20万吨/年化工溶剂加氢反应器，并进行结构应力分析。设计内容包括结构设计、强度计算、应力分析、施工图设计等。本课题包含机械原理、机械设计、过程装备成套技术等专业知识；内容丰富,工作饱满；该课题属于实际课题；类型属于设计型；来源于生产实践；难度、份量等符合机械工程等相关专业的毕业设计要求。所以，选择设计加氢反应器这一典型的化工设备作为毕业设计的设计题目。
1.2 国内外研究现状
1.2.1 加氢反应器的发展
加氢反应器的发展历程，可以被分为开始阶段、提高阶段、成熟阶段和更新阶段4个阶段[5]：
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