常压汽提塔毕业设计.doc

学号：广东石油化工学院毕业设计说明书蒸馏装置常压汽提塔机械设计和材料腐蚀的探讨(500Mt/a)Distillation unit atmospheric stripper mechanical design and material corrosion study(500Mt/a)学院 专业 班级 学生 指导教师（职称） 完成时间 2010 年 3 月 8 日至 2010 年 6 月 10 日81摘要摘 要汽提塔是原油常减压蒸馏装置中用以提高石油制品质量的重要设备，它通过对侧线产品用直接蒸汽汽提或间接加热的办法，去除侧线产品中的低沸点组分，使产品的闪点和馏程符合规定要求。本设计主要是对常压汽提塔进行结构设计，包括主要部件材料、结构的选择与论证，以及强度、稳定性的校核。同时，通过对常压汽提塔低温硫腐蚀、低温盐酸腐蚀、高温硫腐蚀和高温环烷酸腐蚀等腐蚀形态和腐蚀原因进行分析，并提出防护措施。关键词：常压汽提塔 结构设计 腐蚀AbstractStripper crude oil vacuum distillation unit is an important device that use to increase the quality of petroleum products, it is the opposite line of products through the use of direct or indirect heating steam stripping method, removal the low boiling point components in the side line product,let the products flash point and distillation range to meet the requirements. This design mainly for the structural design of Normal pressure stripper, Including the major components materials selection and argument structure, as well as strength, stability checking. At the same time, through analysis the corrosion forms and corrosion reason of low-temperature sulfur corrosion of normal pressure stripper, low temperature hydrochloric acid corrosion, high temperature sulfur corrosion and high temperature naphthenic acid corrosion, And propose protective measures.Keywords: Normal pressure stripper Structure design Corrosion 目录摘 要IAbstractII第一章 绪论11.1 设计任务、设计思想、设计特点11.1.1设计任务11.1.2设计思想11.1.3设计特点11.2 本设备所在装置的简单工艺流程和装置中的作用21.2.1工艺流程21.2.2设备在装置中的作用21.3 工艺流程图21.3 设计参数的确定和说明41.3.1设计压力41.3.2设计温度41.3.3焊缝系数41.3.4壁厚附加量41.3.5许用应力5第二章 塔体及塔内主要部件材料的选择与论证62.1结构和机械设计要求62.2化工容器用钢的基本要求62.3压力容器用钢的特殊要求82.4压力容器专用钢板（不包括低温容器用钢 共10种）92.5 各主要部件材料的选择与论证102.5.1 筒体和封头102.5.2 塔盘102.5.3 裙座112.5.4对焊法兰和垫片的选材112.5.5螺母、螺栓的选材112.5.6 其余各部件选材12第三章 常压塔主要元件结构型式的选择及论证133.1塔设备的性能要求133.2塔设备的分类133.3塔的选型133.3.1板式塔简介143.3.2塔盘的选型143.4塔盘、封头、裙座、法兰、进出口结构型式的选择163.4.1 塔盘结构形式的选择163.4.2 封头结构型式的选择与论证213.4.3辅助装置及附件的选择与论证233.4.4法兰的结构型式选择与论证253.4.5容器的接口管与凸缘283.4.6 进出口结构型式设计293.4.7视镜与液面计303.4.8开孔补强结构303.5 平台和梯子结构型式的确定323.5.1 平台结构型式的确定323.5.2 梯子结构型式的确定343.5.3 本次设计的平台和梯子的设置353.6 塔顶、塔底与进料空间高度的确定353.6.1 塔顶空间高度的确定353.6.2 塔底空间高度的确定353.6.3 进料空间高度的确定353.7塔盘间距的确定35第四章 强度与稳定性计算374.1 筒体、封头的壁厚计算374.1.1 筒体的壁厚计算374.1.2 封头的壁厚计算384.1.3锥形封头的壁厚计算404.1.4裙座的厚度414.2 最小厚度计算414.3 水压试验压力校核424.4 塔体轴向稳定与强度校核计算434.4.1 载荷分析434.4.2 工况及危险截面分析444.4.3质量载荷计算454.4.4塔的自振周期的计算464.4.5地震弯距和地震载荷的计算484.4.6风载荷和风弯距计算504.4.7 弯距的计算524.4.8 圆筒轴向应力校核524.4.9 裙座强度及稳定性校核544.4.10 水压试验时的应力校核574.5 地脚螺栓的强度计算与基础环设计584.5.1地脚螺栓的计算584.5.2基础环的计算594.5.3裙座与塔壳对连接焊缝的验算604.6法兰强度校核604.6.1常一油入口法兰的选定604.6.2法兰系数614.6.3对上述设计条件下的法兰进行强度校核614.7开孔补强计算654.7.1开孔补强的设计准则654.7.2开孔补强的设计条件654.7.3开孔削弱的截面积Ao654.7.4有效补强范围664.7.5补强区内补强金属面积A674.8塔体挠度计算674.8.1塔顶挠度的计算674.8.2塔顶挠度的控制值69第五章常减压常压汽提塔计腐蚀状况分析715.1腐蚀的危害性715.1.1 巨大的经济损失715.1.2 资源和能源的严重浪费715.1.3 引发灾难性事故715.1.4 污染人类生存的环境715.3原料情况725.4常压汽提塔的腐蚀类型725.4.1 高温硫腐蚀735.4.2 高温环烷酸腐蚀735.4.3低温腐蚀745.5腐蚀事例755.6防护措施及材料选用755.6.1高温硫腐蚀755.6.2高温环烷酸腐蚀765.6.3腐蚀765.7防护监测76总结78致谢79参考文献80广东石油化工学院本科毕业设计：蒸馏装置常压汽提塔机械设计和材料腐蚀的探讨（500Mt/a）第一章 绪论1.1 设计任务、设计思想、设计特点1.1.1设计任务蒸馏装置常压汽提塔机械设计和材料腐蚀的探讨（500Mt/a）主要参数如下： 操作压力：0.07MPa 塔内直径：1800/1400设计压力：0.24MPa 塔内塔盘数：24最高操作温度：370 保温层厚度：硅酸铝镁120塔总高：31675 容器类别：一类塔基础高：4500 塔内介质平均密度：840Kg/m3地震烈度：6度 其他参数：参照茂石化四蒸馏基本风压值：600Pa 建造场地类别：类 1.1.2设计思想1 根据GB钢制压力容器与JB钢制塔式容器等国家标准为基础进行设计。2 满足工艺和操作要求，所设计出来的流程和设备能保证得到质量稳定的产品，设计的流程与设备需要一定的操作弹性，可方便地进行流量和传热量的调节。3 满足经济上的要求，设计省热能和电能的消耗，减少设备与基础的费用，选择合适的回流比，节省冷却水，设计时要全面考虑，力求总费用尽可能低一些。4保证生产安全，保证塔设备具有一定的刚度和强度。设计中设计压力确定壁厚,再校核其他载荷作用下容器的应力,使容器有足够的腐蚀裕度。5 采用某些高新技术（如：一脱三注）或应用某些工艺系统来降低原料的含硫量，减缓腐蚀，延长设备的使用寿命。1.1.3设计特点1 塔设备是石油、化工、轻工、食品等工业部门中重要的设备之一，塔设备通过其内部的结构使气（汽）液两相或液液之间充分接触，进行质量传递和热量传递。通过塔设备完全的单元操作有：精流、吸收、解吸、萃取、冷却等。2 塔的结构形式各异，但根据塔内件，一般可将塔分成板式塔和填料塔两大类，两者的基本结构可以概括为：塔体、内件、支座、附件等。3 塔设备安置在室外，在风力作用下产生振动破坏，而必须做好防振工作，除外，塔设备还要承受介质正压力，重力载荷、风载荷、地震载荷、偏心载荷等，这些都会给塔体造成破坏，因此塔设备必须有足够的刚度和强度。 4 对于化工容器考虑腐蚀、设备疲劳、蠕变、振动以及技术的更新换代，本塔设计寿命为2030年。由于本塔介质易燃易爆，故要求密封性能好。1.2 本设备所在装置的简单工艺流程和装置中的作用1.2.1工艺流程原油在蒸馏前必须严格的脱盐、脱水，脱盐后原油换热到230240进入初馏塔（又称预气化塔），塔顶出轻汽油馏分或重整原料。塔底为拔头原理经常压炉加热至360370进入常压分馏塔，塔顶出汽油。侧线自上而下分别出煤油、柴油以及其它油料常压部分大体可以得到相当于原油实沸点馏出温度约为360的产品。它是装置的主塔，主要产品从这里得到，因此其介质量和收率在生产控制上都应给予足够的重视。除了用增减流量及各侧线馏出量以控制塔的各处温度外，通常各侧线外设有汽提塔，用吹入水蒸气或采用“热重沸”（加热油品使之汽化）的方法调节产品质量。常压部分拔出率高低不仅关系到该塔产品的质量与收率而且也将影响减压部分的负荷以及整个装置生产效率的提高。出塔顶冷回流外，常压塔通常还设置23各中段循环回流。塔底用水蒸气汽提，塔底重油（或称常压渣油）用泵抽出送减压部分。1.2.2设备在装置中的作用在石油，化工生产过程中，常常需要将混和物分离成为较纯的物质，这些生产过程称为物质分离过程或物质传递过程，他们大多是在塔设备内进行，本常压分馏塔的作用就是将原油分割成汽油、煤油及柴油等组分，它的工艺性能对于整个装置的产品产量、质量和生产能力等有重大的影响。1.3 工艺流程图 常减压蒸馏装置简单工艺流程图如图1.1所示。1.1 工艺流程图1.3 设计参数的确定和说明1.3.1设计压力设计压力是指确定的容器，顶部的最高压力与相应的设计温度作为设计载荷条件，它的值不低于工作压力，稍高于最高工作压力。容器的最大工作压力是指在正常操作条件下容器可能出现的最高表压力。本设计的设计压力为：0.24 MPa1.3.2设计温度设计温度是指容器在工作过程中在相应设计压力下壳体壁或部件金属可能达到的最高温度和最低温度。设计温度不得低于元件金属在工作状态下可能达到的最高温度，对于0以下的金属温度，设计温度不得高于元件金属可达到的最低温度。本设计的设计温度为：3701.3.3焊缝系数焊缝系数表示金属与母材的强度比值，反映容器强度受削弱的程度。大多数容器采用焊接结构。焊接时由于可能出现焊接缺陷，如未焊透、夹渣、气孔等。焊缝往往是容器强度比较薄弱的环节。因此在设计中用焊缝系数表示焊缝金属母材强度的比值。它的大小视焊缝接头形式和无损探伤的要求而定。焊缝系数应根据塔器受压部分的焊缝型式和无损探伤检验要求选取双面焊或相当于双面焊的全焊透对接焊缝。100无损探伤=1.00；局部无损探伤=0.85。单面焊的对接焊缝，沿焊缝根部全长具有紧贴基本金属的垫板。100无损探伤=0.90；局部无损探伤=0.80。无法进行探伤的单面焊环向对接焊缝，无垫板，=0.60，此系数仅适用于厚度不超过16mm,直径不超过600mm的塔壳环向焊缝。本设计焊缝系数0.851.3.4壁厚附加量 壁厚附加量由两部分组成：钢板或钢管厚度的负偏差C1与腐蚀余量C2，按相应钢板或钢管选取。当钢板厚度负偏差不超过0.25时，且不超过名义厚度的时，可取C0，对于C当钢板为碳素钢或合金钢时，取C不小于mm，对于不锈钢，当介质的腐蚀极微时，取C=0。此外壁厚附加量不应计入加工制造的减薄量中去。压力容器元件的加工制造减薄量由制造单位依据各自的加工工艺和加工能力自行选取。只要保证压力容器的实际厚度不小于名义厚度减去钢材壁厚负偏差就可以了。1.3.5许用应力许用应力是容器壳体等受压元件的材料许用强度，取材料的极限强度除以相应的安全系数。根据我国标准钢制压力容器（GB150），钢板许用应力值由GB150表4-3查得：20R在370下的许用应力为87Mpa安全系数的选定对容器的安全性，先进性和经济性有着直接的关系。充分考虑钢才的各方面特性，取筒体的安全系数为ns=1.5，地脚螺栓的安全系数为ns=1.6。广东石油化工学院本科毕业设计：蒸馏装置常压汽提塔机械设计和材料腐蚀的探讨（500Mt/a）第二章 塔体及塔内主要部件材料的选择与论证2.1结构和机械设计要求（1）有足够的强度，防止受外力而破坏，保证安全。（2）足够的刚度，防止设备在运输、安装、使用过程中发生不允许的变形。（3）耐久性。化工生产中所处理的物料常有腐蚀性，故应正确选材或采取合适的防腐措施以保持持久耐用。（4）严密性。防止物料外泄、保证良好的劳动环境。制造方便，节约材料，便于运输、安装、操作、维修，等等。 2.2化工容器用钢的基本要求塔设备绝大多数是采用钢材制造的。这是因为钢材具有足够的强度和塑性，制造性能好，设计制造的经验也比较成熟。板式塔中的塔盘，以及浮阀、泡罩一类气液接触元件，由于结构较为复杂，加之安装工艺和使用方面的要求，所以仍是以钢材为主。压力容器零件材料的选择，应综合考虑容器的使用条件、相容性、零件的功能和制造工艺、材料性能、材料的使用经验、综合经济性和规范标准。（1）压力容器使用条件使用条件包括设计温度、设计压力、介质特性和操作特点，材料选择主要由使用条件决定。（2）相容性相容性指材料必须与其相接触的介质或其他材料相容。对于腐蚀性介质，应选用耐腐蚀的材料。当压力容器零部件由多种材料制造时，各种材料必须相容，特别是需要焊接连接的材料。（3）零件的功能和制造工艺明确零件的功能和制造工艺，据此提出相应的材料性能要求，如强度、耐腐蚀性等。例如，筒体和封头的功能主要是形成所需要的承压空间。还要在选材时应考虑到加工制造工艺条件。 （4）材料的使用经验对已成功使用的材料实例，应搞清楚所用材料的化学成分（特别是硫和磷等有害元素）的控制要求、载荷作用下的应力水平的状态、操作规程和最长使用时间。因为这些因素会影响材料的性能。即使使用相同钢号的材料，由于上述因素的改变，也会使材料具有不同的力学行为。（5）结合经济性影响材料价格的因素主要有冶炼要求（如化学成分、检验项目和要求等）、尺寸要求（厚度及偏差、长度等）和可获性等。一般情况下，相同规格的碳素钢的价格低于低合金钢，不锈钢的价格高于低合金钢。当所需不锈钢的厚度较大时，应尽量采用复合板、衬里、堆焊、或多层结构。与介质接触的复层、衬里、堆焊层或内层，用耐腐蚀材料，而外层用一般压力容器用钢。（6）规范标准和一般的结构钢相比，压力容器用钢有不少特殊要求，应符合相应国家标准和行业标准的规定。钢材使用温度上限和下限、使用条件就满足标准要求。许用应力也应按标准选取或计算。在塔设备的设计中，正确的选择结构材料对于保证容器的结构合理，安全使用和降低制造成本是至关重要的，选材时应该同时考虑塔设备的自身特点和介质的腐蚀作用。塔设备与其他化工设备一样，是置于室外的无框架的自支承式塔体，绝大多数是采用钢材制造，这是由于钢材具有足够的强度和塑性，制造性能较好，设计制造的经验也较成熟，在大型设备中优势明显。钢板的选择一般要注意以下问题：各类钢板在不同厚度和热处理状态下，允许使用的介质、压力及温度范围。为节约不锈钢和降低成本，且厚度较厚时，可尽量选择不锈复合钢板或用碳钢的结构。选择化工容器及设备材料时应遵循以下原则：即使用及操作条件（操作压力、操作温度、介质特性及工作特点等）；材料的焊接及冷热加工性能，设备结构及制造工艺；材料的来源及经济合理性；同工程设计或设备设计中尽量注意用材统一。选材的另一个方面就是考虑装置的腐蚀形态和材料的防腐性能。由于本塔的操作介质是高含硫原油，在加工过程中必然带来一系列严重的腐蚀问题。在化工行业上，压力容器选取的材料是钢材较多，因为钢材强度高，而且塑性和韧性方面性能较好：（1）钢材有良好的冶金质量。（2）钢材能够满足强度、延塑性和韧性的要求。（3）钢材有良好的冷热加工性能。（4）钢材要有良好的可焊性。塔设备与其它化工设备一样，置于室外、无框的自支承式塔体，绝大部分选用钢材制造，这是因为钢材不但具有足够的强度和塑性，而且制造性能较好，设计制造的经验也较成熟。特别是在大型的塔设备中，钢材更具有无法比拟的优点，因而被广泛地使用。2.3压力容器用钢的特殊要求由于压力容器是一种特殊的设备，因此不是任何钢材都可以用于制作压力容器，它必须是特定的材料，与一般结构钢相比之下，专门的压力用钢必须保证的机械性能项目更多，其检验要求也更为严格。根据压力容器用钢的特殊要求，选钢必须釆用容器用钢，因为容器用钢和普通结构钢釆用的冶炼标准不同对化学成分的控制、机械性能的保证项目、检验率均有不同。而且必须釆用镇静钢，因为镇静钢的脱氧比较完全，这是钢液在浇注之前经过完全脱氧，凝固时不沸腾，钢锭内气泡疏松较少，钢中杂质含量低，钢材质量高。选材时还应注意材料在各种介质环境中的耐蚀性能，由于本塔的操作介质是高含硫原油,原油中夹带有氯盐,单质硫,硫化物及环烷酸必然给加工带来一系列的腐蚀问题。同时还应考虑与之相应的防护措施。另外还必须考虑压力容器的制造工艺以及其经济合理性。 以下是几种压力容器用钢：碳素钢和低合金钢钢板的力学性能和工艺性能（GB6654-1996）见表2.1。表2.1 压力容器用碳素钢和低合金钢钢板的力学性能和工艺性能序号钢号交货状态钢板厚度mm拉伸试验冲击试验冷弯试验抗拉强度b屈服点sMPa伸长率s%温度V型冲击功AKV8(横向)J180od-弯心直径a-钢板厚度不小于不小于120R热轧、控轧或正火616400520245252031d=2a163623536602256010039051020524216MnR616510640345212031d=2a1636490620325d=3a36604706003056010046059028520100120450580275315MnVR616530665390192031d=3a16365106453703660490625350415MnVNR正火616570710440182034d=3a16365506904203660530670400518MnMoNbR正火+回火3060590740440172034d=3a60100570720410613MnNiMoNbR10057072039018031d=3a100120380715CrMoR660450590295202031d=3a60100275814Cr1MoR正火+回火660515690310182031d=3a60100907MnCrMoVR调质165061074049017-2047d=3a2.4压力容器专用钢板（不包括低温容器用钢 共10种）除20R外，其它9种都是低合金钢钢板。10种钢板已纳入GB150-1996标准。另外3种：14Cr1MovR、07MnCrMoVR和12Cr2Mo1R则有GB150-86对它们的化学成分，力学和工艺性能做出了规定。因为炼制的原油是高含硫油品，所以原油对炼油设备的腐蚀极为严重，原油中的硫化物对金属的作用。活性硫化物就是与金属直接发生如原油中的硫化氢、硫和硫醇，硫的含量越高对设备的腐蚀越厉害。在选材时必须了解到压力容器钢板的化学成分，防止原油直接和塔体发生反应。表2.2为常用压力容器材料在高温下的性能。 表2.2 压力容器材料的高温性能（单位：MPa）牌号厚度（mm）下列温度（）下的r0.2不小于20025030035040045 050020R213618616715313912945036601781611471331231216010016414716512311311616MnR213625523521520019018036602402202001851751656010022520518517516515510012022020018017016015015MnVR2136295280260240220205366028026524522521019515MnVNR2136340315290270250235366032030027525523522018MnMoNbR30603803703603503353156010036035034033031529513MnNiMoNbR3010035535034533530510012034534033532530015CrMoR2160240225210200189179174601002202101961861761671622.5 各主要部件材料的选择与论证2.5.1 筒体和封头复合钢板是在碳钢或低合金结构钢结构钢表面复合另外一种材料形成的一种复合材料，通常是以碳钢或低合金钢结构钢作基材(母材)，用具有特殊性能（如耐腐蚀、抗磨、抗辐射）的材料作面材，用某种复合工艺将其复合在一起使用。可在保证使用性能的前提下使用复合钢板可节约昂贵的面材，从而降低设备成本。由于所设计的塔直径大，处理量大，除了承受一定的操作压力、温度、腐蚀性外，还要考虑风载、地震载荷、偏心载荷。此外，还要满足在试压、运输及吊装时的强度、刚度及稳定性要求。又其所接触的介质为高含硫原油，故采用复合板材料，外层材料主要选用压力容器用钢，内层采用耐腐蚀性好的材料。以达到满足生产要求和成本核算经济性。本塔的筒体和上下封头采用20R+0Cr13。中间内封头则选用带稳定性元素的不锈钢304，这种钢抗腐蚀性能较好，而复合钢板的复层材料厚度一般为2mm。2.5.2 塔盘塔盘是气液两相充分接触，进行传质的重要场所，而且气、液接触元件（浮阀）、溢流装置以及密封装置等都安装在塔盘上面。所以对塔的要求就是；应有足够的刚性，避免在操作时产生过大的挠度面影响气、液的均匀分布；同时面对高含硫原油应有耐腐蚀性。为防止高含硫油品的腐蚀,及考虑到材料的加工性能和耐腐蚀性能,所有塔盘板均选用304材质。304不仅有足够的强度和刚度,还抵抗高温下的硫侵蚀,对于本塔塔盘加工高含硫原油有很好的防腐作用。2.5.3 裙座由于裙座与介质不直接接触，也不承受容器内的介质压力，因此不受压力容器用材所限，可以选用较经济的碳素结构钢。裙座的选材还应考虑到载荷、塔的操作条件，以及塔釜封头的材料等因素，在室外操作的塔还要考虑环境温度。考虑到塔设备在常温下操作，而且必须有足够的强度以承受载荷作用，故选用Q235-A,而Q235-A有缺口敏感及夹层等缺陷，因此仅能在常温操作且不是以风载或地震载荷确定裙座壁厚的场合。而且因为塔釜封头材料为20R+0Cr13，考虑到操作条件、环境、温度等因素，塔体与裙座之间应有过渡段，由于塔体温度较高，裙座温度较低，但两者材料不同，为保证焊接质量，过渡段应选用与塔体相同的20R。而地脚螺栓则选用Q235-A。2.5.4对焊法兰和垫片的选材塔内介质为高含硫原油，腐蚀较严重，且操作温度较高，故选用耐腐蚀的304作为法兰的材料。垫片可采用金属包垫片和非金属软垫片。金属包垫片是由石棉橡胶板作内芯，外包厚度为0.20.5mm厚的薄金属板构成。金属板的材料可以是铝、铜及其合金，也可以采用不锈钢或优质钢。非金属软垫片指的是耐油石棉橡胶板（使用温度200）和石棉橡胶板（使用温度350）。2.5.5螺母、螺栓的选材（1）选材分析Q235A，用于350以下受力不大的钢结构件、焊接构件、机械零件、紧固件等。在压力容器上，可制造工作压力小于1.6MPa的容器上的螺母。35号钢，有较好的塑性和强度，加工性能良好，在化工设备上主要用于制造双头螺柱，一般不作焊接件。1Cr13,属半马氏体型不锈钢，主要用于石油化工中处理含硫介质装置的零部件（如浮阀塔塔盘、浮阀、紧固件等）。在375475范围工作时略有热脆性。2Cr13，属马氏体型不锈钢，耐蚀性不如1Cr13，但强度较高，有较好的抗氧化性，可在550下长期使用。（2）选材结果用于固定塔盘的卡子用螺母、螺柱的材料可选1Cr13和2Cr13，而其它部位的紧固用螺母、螺柱可选Q235A和35号钢。2.5.6 其余各部件选材考虑到经济问题,及材料的加工性能及耐热,耐蚀性能,其他的盖板,垫板,筋板,环板均采用Q235-A钢,补强圈采用20R,爬梯扶手,管嘴均采用304。广东石油化工学院本科毕业设计：蒸馏装置常压汽提塔机械设计和材料腐蚀的探讨（500Mt/a）第三章 常压塔主要元件结构型式的选择及论证3.1塔设备的性能要求为满足工业生产要求，塔设备要具备下列各种基本要求：(1) 生产能力大。(2) 传质效率高。(3) 流体流动阻力小。(4) 操作范围宽、结构简单、材料用量少。(5) 安装操作方便。以上诸多要求都满足是很困难的，只能根据具体情况，找出主要矛盾进行设计，从而确定合理的塔设备类型和内构件。3.2塔设备的分类无论是填料塔还是板式塔，除了各种内件之外，均由塔体、支座、人孔或手孔、除沫器、接管、吊柱及扶梯、操作平台等组成。按操作压力分：常压塔、减压塔、加压塔按生产单元分：吸收塔、精馏塔、萃取塔、干燥塔、洗涤塔 按塔的内件结构分：板式塔、填料塔3.3塔的选型表3.1填料塔与板式塔的比较项目填料塔板式塔压力降压力降小，较适于要求压力降小的场合压力降一般比填料踏大空塔气速（生产能力）新型填料空塔气速大空塔气速较大塔效率塔径1.5m以下效率高，塔径增大，效率常会下降，但新型规则填料例外较稳定、效率较高液-气比对液体喷淋量有一定要求适用范围较大持液量较小较大安装维修较难较容易材质金属及非金属材料均可一般用金属造价800mm 以下，一般比板式塔便宜，直径增大，造价显著增加大直径一般比填料踏造价低重量重较轻填料塔以填料作为气液接触元件，气液两相在填料层逆相连续接触，它具有结构简单、压力降小、易于用耐腐蚀非金属材料制造等优点。对于气体吸收，真空蒸馏以及处理腐蚀性液体的操作颇为适用。填料塔还有重量大、造价高、清洗检修麻烦、填料损耗大等缺点，以至使填料塔在很长时期来使用得不及板式塔广泛。板式塔是分级接触型气液传质设备，板式塔的空塔速度较高，因而生产能力较大，塔板效率稳定，造价低，检修、清理方便，在工业广泛应用。综合考虑后，本设计选用板式塔。3.3.1板式塔简介 一类用于气液或液液系统的分级接触传质设备，内部有一定数量的塔盘，气体自塔底向上以鼓泡喷射的形式穿过塔盘上的液层，使气液两相充分接触，进行传质，气液两相的组份浓度呈阶梯式变化。广泛应用于精馏和吸收,有些类型（如筛板塔）也用于萃取，还可作为反应器用于气液相反应过程。操作时（以气液系统为例），液体在重力作用下,自上而下依次流过各层塔板,至塔底排出；气体在压力差推动下，自下而上依次穿过各层塔板，至塔顶排出。每块塔板上保持着一定深度的液层，气体通过塔板分散到液层中去，进行相际接触传质。它包括浮阀塔、泡罩塔和筛板塔。浮阀塔有活动泡罩、圆盘浮阀、重盘浮阀和条形浮阀四种形式。3.3.2塔盘的选型1泡罩塔泡罩塔主要结构包括泡罩、升气管、降液管。尽管泡罩塔有操作弹性大，板效率高，处理量大的优点，但由于其结构复杂，造价高以及压降大，使用上受到一定的限制。2筛板塔筛板塔的主要优点是结构简单。与泡罩塔相比，造价可低40%左右，同时生产能力可提高20%40%；板效率提高10%15%；压降可降低30%50%。其缺点是易漏液，操作弹性较小。3浮阀塔浮阀塔是现今应用最广的一种板型。浮阀塔的突出特点是操作弹性大，因浮阀可在一定的范围内自由升降以适应气量变化，而气缝速度几乎不变，其操作弹性为59。比筛板、泡罩、舌型等塔板大得多；压力降一般为400660Pa；由于压力降及雾沫夹带均小，故板间距可缩小。一般浮阀塔在生产能力、塔板效率及结构简单方面优于泡罩塔而不及筛板塔。4 舌形塔板、浮舌塔板和斜孔塔板三者均为喷射型塔板。舌型塔板汽流经舌孔流出时，促进了液体流动，因而大液量时不会产生大的液面落差，同时由于汽、液并流，大大减少了雾沫夹带。缺点是操作弹性小，塔板效率低。浮舌塔板，既有舌形塔板处理量大，压降低，夹带小的优点，又有浮阀弹性大、效率高的优点。缺点是舌片易损坏。斜孔塔板采用孔口反向交错排列，避免了气、液并流造成的气流不断加速现象，因而液层低而均匀，雾沫夹带小，板效率有所提高，但由于开孔固定，操作弹性较小。5 穿流式栅板塔由于省去了溢流装置，该塔板有生产能力大，结构简单，压力小，不易堵塞的优点，但操作弹性小，塔板效率较低。表3.2 几种塔盘的性能比较塔盘形式蒸汽量流量效率操作弹性单板压降价格可靠性泡罩良优良超1000MPa良优筛板优优优良520MPa超优浮阀优优优超630MPa优良穿流式优超优差超可表3.3 几种塔盘优缺点及用途塔盘形式结构优点缺点用途泡罩塔圆形泡罩复杂1在宽的负荷范围内可稳定操作2弹性好1费用高2板距大3压降比较大适用于广泛的范围，板数少的场合S形泡罩塔板稍简单简化了泡罩的形式，因此性能相似浮阀塔条形浮阀重盘式浮阀厂型浮阀简单有简单和复杂的1在宽的负荷范围内效率不降低2最高负荷的效率也比泡罩塔高3费用较低4雾沫夹带少5液面落差小没有特别的缺点适用于一切场合穿流型筛板（溢流式）简单1最高负荷的效率高2费用小3压力降小1稳定操作范围窄2要么扩大孔径，否则易堵塞3容易发生液体泄漏适用于处理变动小且不折出固件物料的系统波纹筛板简单比筛板压力稍高，但具有同样优点，气液分布好栅板简单1处理能力大2压力降小3费用小1效率低2处理量少，效率剧烈下降适用于粗蒸馏表3.4 几种塔盘的单板压力降塔盘压力降,Pa筛板520浮阀630泡罩720综合考虑后，本设计选用浮阀塔盘。而浮阀又可分为两类：分别是盘状浮阀，和条状浮阀。考虑到盘状浮阀在操作过程中有时阀片会旋转或卡死等现象，故采用条状浮阀，如右图: 3.4塔盘、封头、裙座、法兰、进出口结构型式的选择3.4.1 塔盘结构形式的选择1塔盘的形式(1)板式塔塔盘可分为溢流式和穿流式两类。因为溢流式塔盘有降液管，塔盘上的液层高度可通过溢流堰高度来控制，因此溢流式塔盘操作弹性大，且可保证一定的效率，而穿流式塔盘的操作弹性小，效率较差，因此使用溢流式塔盘。图3.1板式塔盘 （2）塔盘结构分为整块式与分块式塔盘一般塔径在800mm900mm以下时，为了便于安装与检修，建议采用整块式 塔盘；当塔径在800mm900mm以上时，人可以在塔内进行装拆，可采用分块式塔盘。分块式塔盘是把若干块塔盘板通过紧固件连接在一起，组成一个完整的塔板。而本设计塔径为1800/1400mm，因而本塔全采用分块式塔盘。2液体在塔板上的流型当液体在塔板上流动时，除要克服与上升气流接触而产生的阻力外还要克服流经塔板上的构件而产生的阻力。经过的距离越长，阻力也越大。因而在塔板上形成液面落差，使上升的气流不能均匀分布，导致塔板效率降低。因此，正确选择液体在塔板上的流型予以重视，特别是在液量与塔径很大的场合。液体的流型主要有以下几种：（1）单流（或单溢流）型是最简单也是最常用的一种。液体横流过整块塔板，行程长，塔板效率好。但在液量与塔径过大时，液面落差大，塔板效率差。（2）双流（或双溢流）型液量较大或塔径较大时采用。因缩短了液流的行程，有利于减少液面落差，同时也降低溢流堰上液流强度与降液管负荷。（3）U形流型液气比小时采用，其液流行程虽长，液面落差不会太大。（4）其他流型液量与塔径都很大时，用四流型或阶梯型更为合适。可减少液流行程，降低液面落差，但结构较为复杂。液体的流型选用单溢流型。单溢流分块式塔板如图3.2所示：图3.2单溢流塔板 3降液管与受液盘（1)降液管可分为圆形降液管和弓形降液管。降液管是塔板间液体流动的通道，也是溢流液中夹带的气体得以分离的场所。圆形降液管的流通面积小，没有足够的空间分离溢流液中的气泡，气相夹带严重，塔板效率较低。由于泡沫分离不好，容易产生拦液，影响塔板的操作弹性，塔板面积的利用率也较低，因此除液体负荷很小的小塔以外，一般均推荐采用弓形降液管。弓形降液管适用于大液量及大直径的塔，塔盘面积的利用率高，降液能力大，气-液分离效果好。本设计采用弓形降液管。如下图3.3(a、b、c)所示:（a）垂直式 （b）倾斜式 （c）阶梯式图3.3 弓形降液管 (2) 受液盘为了保证降液管出口处液封，在塔盘上设置受液盘，受液盘可分为凹形受液盘和平形受液盘。受液盘的型式对侧线取出、降液管的液封和液体流入塔盘的均匀性都有影响，考虑到以上因素，对于800mm以上的大塔，一般采用凹形受液盘，因为这种型式便于液体的侧线抽出；在液流量较低仍可形成良好的液封；对改变液体的流向具有缓冲作用。 本设计采用凹形受液盘。 图3.4 凹形受液盘上液体 图3.5 凹形受液盘结构4溢流堰 溢流堰有保持塔盘板上一定液层高度和促使液流均匀分布的作用。常见的溢流堰长度为：单溢流型为lw=(0.60.8)Di，双溢流型为lw=(0.50.7)Di。堰上液流强度不宜超过100130，国内推荐最好小于60。溢流堰的高度根据物料性质、塔型，液相流量及塔板压力降确定。由于本塔设备采用凹形受液盘，故不设入口堰。5折流挡板 塔盘上容易发生流体短路的地方，如主梁上方，靠近塔壁处等，应设置折流挡板。折流挡板的高度为溢流堰高度的两倍，如无溢流堰时，可取为塔盘上液层高度的两倍。折流挡板的厚度，不小于塔盘板的厚度。折流挡板可制成可折结构或焊于塔盘上的固定结构。本设计采用可拆式折流挡板。6浮阀的数目与排列 浮阀塔的操作性能以板上所有浮阀处于刚刚全开时的情况为最好，这时塔板的压强降及板上液体的泄漏都比较小而操作弹性大。浮阀的开度与阀孔处气相的动压有关，而动压又取决与气体的速度与密度。阀孔气速与每层板上的阀孔数N的关系如下： （3.1）式中：Vs上升气体的流量，；d阀孔的直径，d=0.039m。浮阀在塔板鼓泡区内的排列有正三角形与等腰三角形两种方式，按照阀孔中心联线与液流方向的关系，又有顺排与叉排之分，如图所示。叉排对气、液接触较好,故一般都采用叉排。 一层板上的阀孔总面积与塔截面积之比称为开孔率,开孔率也是重塔气速和阀孔气速之比。塔板的工艺尺寸计算完毕,应该算塔板开孔率,对常压塔或减压塔开孔率在10%-14%之间。 (a)顺排 （b）叉排图3.6 浮阀在塔板鼓泡区内的排列方式7塔盘的紧固件塔盘的紧固件是组装分块式塔盘的连接构件.用于塔盘板的分块及其与支持圈,支持板,受液盘或主梁间的连接。有螺纹紧固件，螺纹卡板紧固件，楔卡紧固件。为保证拆装的迅速、方便，避免因腐蚀而卡死，紧固件通常采用不锈钢材料。 8螺纹紧固件纹紧固件可用于塔盘板之间的连接，有上可拆，下可拆与上下均可拆三种型式。（1）下图3.7，3.8,3.9为各种可拆连接图。图3.7塔板与支持圈的上可拆连接 图3.8下可拆连接 图3.9上下均可拆的螺纹连 图3.10螺纹卡板紧固件（2）螺纹卡板紧固件 主要适用于板式塔