3-设备设计说明书

吉林石化年产15万吨MMA项目设备设计及选型 目 录第一章 总述11.1 过程设备的选型目的11.2 过程设备的基本要求11.3 过程设备的类别11.4 过程设备设计与选型原则11.5 设计与选型的主要内容21.6 设计标准与依据31.7 全厂设备概况4第二章 塔设备设计52.1 概述52.2 设计要求52.3 塔设备设计依据52.4 塔设备选型62.4.1 塔设备简介62.4.2 板式塔简介62.4.3 填料塔简介62.4.4 板式塔与填料塔的比较62.4.5 板式塔与填料塔的选择72.5 塔设备设计与校核（以T0101为例）92.5.1 塔设备设计方法说明92.5.2 塔内件设计示例（以T0101为例）92.5.3 塔的水力学校核132.5.4 塔工艺概算（精馏段）162.5.5 塔工艺概算（提馏段）232.6 塔机械结构计算与校核292.6.1 塔体高度292.6.2 强度校核结果表302.6.3 T0101塔设计结果汇总442.6.4 T0101设备条件图46第三章 换热器设计473.1 概述473.2 分类与特性473.3 换热器选型493.3.1 选型依据493.3.2 选型原则493.3.3 选型步骤513.3.4 详细设计计算533.3.5 EDR校核603.3.6 E0101设计结果表663.3.7 强度校核673.3.8 E0101设计条件图82第四章 反应器设计834.1 固定床反应器概述834.2 MAL合成反应器设计条件854.2.1 反应方程式854.2.2 动力学方程854.2.3 催化剂参数864.3 设计过程874.3.1 设计选材874.3.2 基本参数874.3.3 进出口物流信息874.3.4 催化剂填充量计算884.3.5 列管数计算884.3.6 床层压降计算894.3.7 传热面积核算904.3.8 接管设计914.3.9 反应器壳体壁厚设计924.3.10 封头选型924.3.11 支座设计924.4 反应器设计结果934.5 设备条件图944.6 反应器强度校核95第五章 气液分离器设计1025.1 设计依据1025.2 气液分离器分类1025.3 设计目标1025.4 设计过程（以F0101为例）1025.4.1 气液分离器工艺参数1025.4.2 类型选择1035.4.3 尺寸设计1035.5 气液分离器设计小结1085.6 强度校核109第六章 泵1166.1 概述1166.2 选用要求1176.3 选型依据1176.4 选型结果118第七章 压缩机1197.1 概述1197.2 选用要求1197.3 选型结果120第八章 储罐及缓冲罐1218.1 概述1218.2 分类1218.3 选型结果121125第一章 总述1.1 过程设备的选型目的化工设备的工艺设计与选型是在物料衡算和热量衡算的基础上进行的，其目的是决定工艺设备的类型、规格、主要尺寸和数量，为车间布置设计、施工图设计及非工艺设计项目提供足够的设计数据。1.2 过程设备的基本要求过程设备基本的要求是满足工艺要求的同时，满足安全性与经济性。对于工艺上所要求的温度、压力、液位、流量等都需要过程设备来实现。在满足工艺要求的同时，过程设备也必须保证有足够的强度，不会在操作过程中遭到破坏。经济性包括经济的制造过程，经济的安装、使用与维护，以及设备的长期安全运行。在满足工艺要求的前提下，为了确保安全与经济，过程设备应满足以下基本要求。首先，结构合理，安全可靠。过程设备所有部件都必须具有足够的强度、刚度和稳定性，可靠的密封性和一定的耐久性。其次，设备必须具有先进的技术经济指标，技术经济指标是衡量过程设备优劣的重要参数。再次，运转性能好，操作简单，运转方便；最后，还要具有优良的环境性能。上述要求很难全部满足，设计选用时应针对具体问题具体分析，满足主要要求，兼顾次要要求。1.3 过程设备的类别化工设备从从工艺设计的角度可分为两类，一类称定型设备或标准设备，这是由一些加工厂成批成系列生产的设备，通俗地说，就是可以买到的现成的设备，如泵、反应釜、换热器、大型储罐等。另一类称非定型设备或非标准设备，是指规格和材料都是不定型的，是根据工艺要求、通过工艺计算及设备专业设计人员设计的特殊设备，可由有资质的厂家制造，如反应器、塔器等。1.4 过程设备设计与选型原则1.合理性即设备必须满足工艺需求，与工艺流程、生产规模、工艺条件及工艺控制水平相适应，在设备的许可范围内，能够最大限度地保证工艺的合理和优化并运转可靠。2.可靠性和先进性工艺设备的型式、牌号多种多样，实现某一化工单元过程，可能有多种设备，要求设备运行可靠。在可靠的基础上考虑先进性，便于连续化和自动化生产，转化率、收率、效率要尽可能达到高的先进水平，在运转的过程中，波动范围小，保证运行质量可靠，操作上方便易行，有一定的弹性，维修容易，备件易于加工等。3.安全性设备的选型和工艺设计要求安全可靠、操作稳定、无事故隐患，对工艺和建筑、地基、厂房等无苛刻要求，工人在操作时劳动强度小，尽量避免高温高压高空作业，尽量不用有毒有害的设备附件、附材，创造良好的工作环境和无污染。4.经济性设备的选择力求做到技术上先进，经济上合理。1.5 设计与选型的主要内容1.确定单元操作所需的设备类型这项工作应与工艺流程设计结合进行。2.确定设备的材质根据工艺操作条件(温度、压力、介质性质)和工艺要求确定符合要求的设备材质。3.确定设备的设计参数设备的设计参数是由工艺流程设计、物料衡算、热量衡算、设备的工艺计算多项工作得到的。对塔设备，需要确定进出口物料的流量、组成、温度、压力、塔径与塔的材质、填料类型与填料高度或塔板类型与塔板数等，对于精馏塔还要确定塔顶冷凝器和塔底再沸器的热负荷、换热流体的种类等；对换热器，则需要知道热负荷、换热面积、冷热流体的种类及流量。4.确定标准设备的型号或牌号及数量对已有标准图纸的设备，确定标准图的图号和型号。对非标设备，向化工设备专业设计人员提出设计条件和设备草图，明确设备的型式、材质、基本设计参数、管口、维修安装要求、支承要求及其他要求(如防爆口、人孔、手孔、卸料口、液面计接口等)。5.编制工艺设备一览表在初步设计阶段，根据设备工艺设计的结果，编制工艺设备一览表，可按非定型工艺设备和定型工艺设备两类编制。初步设计阶段的工艺设备一览表作为设计说明书的组成部分提供给有关部门进行设计审查。1.6 设计标准与依据表1-1 设计标准与依据名称标准号锅炉和压力容器用钢板GB 713-2008奥氏体不锈钢焊接钢管选用规定HG/T 20537.1-1992化工装置用奥氏体不锈钢大口径焊接钢管技术要求HG/T 20537.4-1992工艺系统工程设计技术规定HG/T 20570.9-1995钢制化工容器设计基础规定HG/T 20580-2011钢制化工容器材料选用规定HG/T 20581-2011钢制化工容器强度计算规定HG/T 20582-2011钢制化工容器制造技术要求HG/T 20584-2011化工设备基础设计规定HG/T 20643-2012承压设备无损检测（合订本）JB/T 4730.16-2005石油化工塔型设备基础设计规范SH/T 3030-2009管壳式换热器GB 151-1999石油、重化学和天然气工业用离心泵GB/T 3215-2007离心泵效率GB/T 13007-2011石油化工泵用过滤器选用、检验及验收SH/T 3411-1999化工管道过滤器HG-T 21637-1991工艺系统工程设计技术规定 气-液分离器设计HG/T 20570.8-95烟道式余热锅炉 通用技术条件JB/T 6503-19921.7 全厂设备概况经过工艺选择、组合、模拟以及优化，最终设计的工艺流程包括反应器9台，塔设备19台，换热器58台，泵300台，储罐5个，闪蒸罐6个，缓冲罐13个，一个压缩机机组，2台压缩机，共计设备413台。除塔设备、反应器和气液分离器为自主设计非标设备外，其余设备均为标准设备。对于非标设备，均详细书写了设计说明书，对于标准设备，均做了设备选型，并整理了设备一览表。第二章 塔设备设计2.1 概述塔器是气液、液液间进行传热、传质分离的主要设备，在化工、制药、和轻工业中，应用十分广泛，塔器甚至成为化工装置的一种标志。在气体吸收、液体精馏（蒸馏)、萃取、吸附、增湿、离子交换等过程更离不开塔器，对于某些工艺来说，塔器甚至成为关键设备。2.2 设计要求1.分离效率高达到一定分离程度所需塔的高度低。2.生产能力大单位塔截面积处理量大。3.操作弹性大对一定的塔器，操作时气液流量的变化会影响分离效率。若将分离效率最高时的气液负荷作为最佳负荷点，可把分离效率比最高效率下降15%的最大负荷与最小负荷之比称为操作弹性，易于稳定操作。4.气体阻力小可使气体的输送功率消耗小。对真空精馏来说，降低塔器对气流的阻力可减小塔顶、塔底间的压差，降低塔底操作的压强，从而可降低塔底溶液泡点，降低对塔釜加热剂的要求，还可防止塔底物料的分解。5.结构简单，设备取材面广便于加工制造与维修，价格低廉，适用面广。2.3 塔设备设计依据化工设备设计全书塔设备固定式压力容器GB 150-2011设备及管道保温设计导则GB 8175-1987压力容器封头GB/T 25198-2010塔器设计技术规定HG 20652-1998钢制化工容器结构设计规定HG/T 20583-2011工艺系统工程设计技术规范HG/T 20570-1995塔顶吊柱HG/T 21639-2005不锈钢人、手孔HG 21594-21604钢制人孔和手孔的类型与技术条件HG/T 21514-2005钢制塔式容器JB/T 4710-2005补强圈JB/T 4736-2002钢制压力容器用封头JB/T 4746-20022.4 塔设备选型2.4.1 塔设备简介塔设备的分类可以从不同的角度进行。例如：按操作压力分为加压塔、常压塔和减压塔；按单元操作分为精馏塔、吸收塔、解吸塔、萃取塔、反应塔和干燥塔；按形成相际接触界面的方式分为具有固定相界面的塔和流动过程中形成相界面的塔；也有按塔釜形式分类的，但是长期以来最常用的分类是按塔的内件结构分为板式塔和填料塔。2.4.2 板式塔简介板式塔是分级式接触型气液传质设备，种类繁多。板式塔为逐级接触式气液传质设备。在一个圆筒形的壳体内装有若干层按一定间距放置的水平塔板，塔板上开有很多筛孔，每层塔板靠塔壁处设有降液管。气液两相在塔板内进行逐级接触，两相的组成沿塔高呈阶梯式变化。板式塔的空塔气速很高，因而生产能力较大，塔板效率稳定，造价低，检修、清理方便。根据目前国内外实际使用的情况，主要的塔型是泡罩塔、筛板塔、浮阀塔、舌形塔、浮动喷射塔等。2.4.3 填料塔简介填料塔以填料作为气液接触元件，气液两相在填料层中逆向连续接触。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流体的操作，颇为适用。当塔径增大时，引起气液分布不均、接触不良等，造成效率下降，即称为放大效应。同时，填料塔还有重量大、造价高、清理维修麻烦、填料损耗大等缺点，以致使填料塔在很长时期以来不及板式塔使用广泛。但是随着新型高效填料的出现，流体分布技术的改进，填料塔的效率有所提高，放大效应也在逐步得以解决。2.4.4 板式塔与填料塔的比较表2-1 板式塔和填料塔的比较项目板式塔填料塔塔径一般推荐使用塔径大于800mm的大塔适宜于小塔径的塔，但对大塔要解决液体再分布的问题压力降压力降一般比填料塔大压力降小，较适于要求压力降小的场合空速空塔气速大空塔气速小塔效率效率较稳定，大塔板效率比小塔板有所提高塔径1.5m以下效率高，塔径增大，效率常会下降液气比适应范围较大对液体喷淋量有一定要求持液量较大较小材质要求一般用金属材料制作可用非金属耐腐蚀材料安装维修较容易较困难造价直径大时一般比填料塔造价低800mm以下，一般比板式塔便宜，直径增大，造价显著增加重量较轻重2.4.5 板式塔与填料塔的选择塔型的合理选择是做好塔设备设计的首要环节。选择时应考虑的因素有：物料性质、操作条件、塔设备的性能，以及塔设备的制造、安装、运转和维修等。1.与物性有关的因素（1）易起泡的物系，如处理量不大时，以选用填料塔为宜。因为填料塔能使泡沫破裂，在板式塔中则易引起液泛。（2）具有腐蚀性的介质，可选用填料塔。如必须用板式塔，宜选用结构简单、造价便宜的筛板塔盘、穿流式塔盘或蛇形塔盘，以便及时更换。（3）具有热敏性的物料须减压操作，以防过热引起分解或聚合，故应选用压力降较小的塔型。如可采用装填规整填料的塔、湿壁塔等，当要求真空度较低时，宜用筛板塔和浮阀塔。（4）粘性较大的物系，可以选用大尺寸填料。板式塔的传质效率太差。（5）含有悬浮物的物料，应选择液流通道较大的塔型，以板式塔为宜。可选用泡罩塔、浮阀塔、栅板塔、舌形塔和孔径较大的筛板塔等。不宜使用填料塔。（6）操作过程中有热效应的系统，用板式塔为宜。因塔盘上积有液层，可在其中安放换热管，进行有效的加热或冷却。2.与操作条件有关的因素（1）若气相传质阻力大（即气相控制系统，如低粘度液体的蒸馏，空气增湿等），宜采用填料塔，因填料层中气相呈湍流，液相为膜状流。反之，受液相控制的系统，宜采用板式塔，因为板式塔中液相呈湍流，用气体在液层中鼓泡。（2）大的液体负荷，可选用填料塔，若用板式塔时宜选用气液并流的塔型（如喷射型塔盘）或选用板上液流阻力较小的塔型（如筛板和浮阀）。此外，导向筛板塔盘和多降液管筛板塔盘都能承受较大的液体负荷。（3）低的液体负荷，一般不宜采用填料塔。因为填料塔要求一定量的喷淋密度，但网体填料能用于低液体负荷的场合。（4）液气比波动的适应性，板式塔优于填料塔，故当液气比波动较大时宜用板式塔。（5）操作弹性，板式塔较填料塔大，其中以浮阀塔为最大，泡罩塔次之，一般地说，穿流式塔的操作弹性较小。3.其它因素（1）对于多数情况，塔径大于800mm时，宜用板式塔，小于800mm时，则可用填料塔。但也有例外，鲍尔环及某些新型填料在大塔中的使用效果可优于板式塔。同样，塔径小于800mm时，也有使用板式塔的。（2）一般填料塔比板式塔重。（3）大塔以板式塔造价较廉。因填料价格约与塔体的容积成正比，板式塔按单位面积计算的价格，随塔径增大而减小。4.本厂实际情况从分离效率、成本和操作维修等方面考虑，结合实际情况，我们在设备选择过程中优先考虑采用板式塔，控制设备投资成本和操作成本，既有较高的操作弹性，同时操作维修也较为方便。具体的选择结果如表2-2所示：表2-2 塔型确定表设备位号设备名称塔型填料/塔板T0101丙酮分离塔筛孔塔塔板T0102水分离塔浮阀塔塔板T0301甲醇预分离塔浮阀塔塔板T0302甲醇精制塔浮阀塔塔板T0303共沸精馏塔浮阀塔塔板T0304共沸剂分离塔浮阀塔塔板A0401尾气吸收塔填料塔鲍尔环2.5 塔设备设计与校核（以T0101为例）2.5.1 塔设备设计方法说明1.使用Aspen Plus V9.0软件内置的塔内件设计模块Column Internals对塔的基础参数、塔内件结构进行详细设计，并进行水力学校核；2.使用SW6-2011进行塔的机械计算与强度校核。所需的软件如下表所示。表2-3 塔设备设计所用软件一览表序号名称来源用途1Aspen Plus V9.0Aspen Tech公司详细设计2SW6-2011全国化工设备设计技术中心站设备校核2.5.2 塔内件设计示例（以T0101为例）2.5.2.1 T0101丙酮分离塔简介首先通过Aspen Plus进行塔的工艺计算，得到T0101的进出口流股信息如下表所示。表2-4 T0101的进出口流股信息项目F0101WOT0101DLT0101DVT0101W相态液态液态气态液态温度()-55.009.009.0087.78压力(bar)0.681.001.001.20质量密度(kg/m3)937.02760.451.84784.94平均相对分子量42.9657.8143.2741.82摩尔流量(kmol/h)466.9133.221.69432.00质量流量(kg/h)20,060.771,920.5973.1618,067.02质量分率异丁烷0.010.080.230.00异丁烯0.010.100.250.00水0.210.000.000.23氧气0.000.000.090.00氮气0.000.000.230.00氩气0.000.000.010.00丙酮0.080.810.160.00MAL0.690.000.000.76CO20.000.000.030.00使用Aspen plus对主要设计参数及操作条件采用变量轮换法进行灵敏度分析，从而选择适宜的操作条件和设计参数。1.理论级数NT的确定当所有操作条件不变的条件下，对理论级数NT与分离要求进行灵敏度分析，如图2.1所示。图2.1 理论级数NT与分离要求灵敏度分析从图中可以看出，当理论塔板数为28，随塔板数增加，塔釜产品质量流量及质量分数变化不明显。因此选择塔板数为282.回流比R的选择下面进行回流比R对分离要求的灵敏度分析，其结果如图2.2所示。图2.2 回流比优化结果从图中不难看出，当回流比为7，随回流比增加塔釜产品质量流量及质量分数变化不明显。因此选择回流比为7。3.进料位置的选择下面根据进料位置NF对分离要求进行灵敏度分析，其结果如图2.3所示。图2.3 进料位置优化结果从图中不难看出，当进料塔板为22，塔釜产品质量流量及质量分率最高。2.5.2.2 塔内件计算在Aspen Plus的Column Internals中新建塔内件设计。如下图所示。图2.4 新建塔内件设计点击Add New按钮添加塔板，全塔共有28块理论板。根据估算，精馏段塔径为1.4m,选用单溢流塔板，板间距为0.8m;提馏段塔径为1.8m,选用单溢流塔板，板间距为0.7m。通常塔底存液时间取5-10分钟，但因为本流程生产负荷较大，故取塔底液体停留时间为3分钟。将塔内件的参数输入，如下图所示。图2.5 塔内件基础参数设置点击塔板后的View按钮，可以对塔板结构进行详细设计。对T0101中两段不同的塔板依次进行详细设计。根据化工工艺设计手册中的参数对塔板参数进行调整，使塔内流体流动参数符合设计规定。两种塔板的参数如下图所示。图2.6 第2-21块塔板详细结构参数图2.7 第22-27块塔板详细结构参数2.5.3 塔的水力学校核最后将塔内件设置自设计（Interactive sizing）改为（Rating）校核对设计好的塔内件进行负荷性能计算以及水力学校核，校核结果可导出。全塔校核结果如下图所示。图2.8 全塔水力学校核结果图主要水力学数据见下表：表2-5（1） T0101每块塔板水力学参数级数液体气体液体气体液体气体液体气体液体气体液体温度温度质量流量质量流量体积流量体积流量密度密度粘度粘度表面张力kg/hkg/hm3/hm3/hkg/m3kg/m3cpcpdyne/cm19.00050.761016049.016122.221.10477466.09760.4472.159380.3225400.00836422.7981250.76154.910415641.817635.620.85198186.53750.1412.154220.2425450.00835119.6475354.91055.664315761.217755.020.99028195.83750.8852.166340.2376360.00835219.4178455.66455.972815786.917780.621.02618152.61750.8222.180970.2368010.00835819.3630555.97256.233115801.617795.321.04908102.91750.7052.196160.2365460.00836419.3313656.23356.499515817.817811.621.07298053.16750.6252.211750.2364290.00837119.3008756.49956.783315838.117831.821.10048004.18750.6052.227820.2364120.00837919.2687856.78357.091515863.817857.521.13297956.10750.6672.244510.2365180.00838719.2340957.09157.431915896.417890.121.17167908.94750.8332.262010.2367830.00839619.19621057.43157.813715937.717931.421.21827862.73751.1322.280560.2372510.00840619.15481157.81358.247915989.717983.521.27437817.51751.5972.300410.2379780.00841719.10931258.24758.746216054.618048.321.34177773.27752.2622.321850.2390240.00843019.05981358.74659.320816133.918127.721.42177729.95753.1582.345120.2404560.00844519.00721459.32059.982616228.218221.921.51397687.35754.3102.370380.2423390.00846318.95441559.98260.740816335.418329.221.61547645.01755.7302.397530.2447300.00848418.90821660.74061.603616448.618442.421.71697601.91757.4112.426020.2476790.00850918.88401761.60362.586216551.618545.421.79767555.95759.3342.454410.2512450.00854018.91341862.58663.736016609.518603.221.81187502.76761.4892.479510.2555550.00858219.06581963.73665.210616544.018537.721.65627433.03763.9372.493970.2609770.00864619.50292065.21067.547416162.318156.121.07307325.73766.9672.478400.2685780.00876820.64822167.54772.513014951.416945.119.37787134.63771.5732.375050.2812170.00906423.75362272.51375.268347172.329105.360.451112043.9780.3382.416600.3013730.00911031.81922375.26877.355548076.630009.561.619912229.5780.2122.453850.2984940.00917431.47382477.35579.070448683.130616.162.426612347.9779.8452.479450.2964720.00923631.27512579.07080.741448764.130697.162.561112385.0779.4642.478580.2948100.00932031.34962680.74183.169747734.029667.061.244212293.6779.4052.413200.2935280.00949432.08172783.16987.783144268.826201.856.728911969.8780.3582.189000.2922720.00993634.39682887.78387.783118067.0023.01720784.93700.289141039.7288表2-5（2） T0101水力学数据塔板液泛因子（%）降液管液位/板间距侧降液管停留时间（s）273.8328.814.84374.1028.944.82473.9828.894.81573.8128.814.79673.6428.744.77773.4828.684.76873.3328.624.74973.1928.564.721073.0628.514.701172.9628.474.681272.8728.444.661372.8128.424.641472.7728.414.621572.7428.414.601672.7128.404.581772.6328.384.561872.4028.294.541971.8328.044.532070.4027.434.562166.7725.944.692272.7846.484.242374.4446.514.162475.5546.554.112575.7846.564.112674.2046.474.192768.7246.414.51从上表数据可得到，该塔的液泛因子均处于60%85%（0.60.85）之间，所有降液管内液位高度与塔板间距的比值在0.20.5之间，液体在降液管内停留时间均大于4s，符合其要求范围。2.5.4 塔工艺概算（精馏段）根据以上得到的水力学参数，选择除第一块板和进料板外，流量最大的塔板来进行计算。其中，精馏段流量最大的塔板（即第2块板），以及提馏段流量最大的塔板（即第22块板）作为设计的计算依据。2.5.4.1 塔径的计算初选板间距HT=0.8m,板上液层高度hL=0.08m气液两相流动参数：LsVslv12=0.05由HT-hL及流动参数查史密斯图得C20=0.103，C=C20200.2=0.1泛点速度：Uf=Cl-vv=1.79m/s空塔气速：u=0.60.8Uf=0.8Uf=1.43m/s塔的直径：D=4Vsu=1.397m圆整为1.4m，则空塔气速为：u0=4VsD2=1.09m/s则 u0Uf=0.76，符合安全系数0.60.8。2.5.4.2 塔板结构设计1.溢流装置因为塔径较大，所以只设置出口堰、进口堰和受液盘，并选用单溢流型弓型降液管。（1）堰长lwlw=0.60.8D=0.6D=0.84m出口设置溢流堰，受液盘进口不设置堰溢流堰上液层高度，对于平直堰how=2.841000ELhlw23=0.0235m取how=0.02m，其中的E查图取1所以，堰高：hw=hL-how=0.06m（2）弓形降液管的宽度Wd和截面积Af由lw/D=0.6，查图得Af/AT=0.06，Wd/D=0.18AT=4D2=1.5386m2所以，Af=0.092m2，Wd=0.25m降液管内液体的停留时间，即=AfHTLs=4.42s符合要求。（3）降液管低隙高度u0=0.070.25m/s，取0.22m/s，则h0=Lslwu0=0.03m2.塔板布置破沫区，D1.5 m时，Ws=80110 mm，取Ws=100 mm边缘区，取Wc=60 mm由X=D2-Wd+Ws=0.348R=D2-Wc=0.64计算得塔板上鼓泡区面积Aa=2XR2-X2+180R2sin-1XR=0.845m23.筛孔计算及排列本设计所处理的物系无腐蚀性。可选用鼓泡型筛板塔，=4mm的碳钢板，d0=10mm，筛孔按正三角形排列，孔中心距取30mm。筛孔数目：n=1.158Aat2=1084筛孔气速：u0=24.267m/s筛板开孔率：=0.907d0t100%=10.1%2.5.4.3 塔板水力学校核1.干板阻力hc=0.051u0c02VL=0.1457m 液柱气体通过液层阻力h1计算h1=hL=(hw+how)Fa=uaVua=VsAT-Af=1.525m/sFa=2.408由F0得 =0.971-0.355Fa+0.075Fa2=0.633h1=0.0501m 液柱液体表面张力的阻力计算h=4L1L1gd0=0.00104m 液柱气体通过每层塔板的液柱高度hP1=0.1457+0.0501+0.00104=0.197m 液柱Pp1hP1L1g=0.197346.89.81=670.2Pa0.7kPa2.液沫夹带校核泛点率：F1=VsvL-v 0.78KCFAT 100%其中，查图得泛点负荷因子CF=0.14，物性因素K取1代入数据得泛点率=78.83%，小于80%，可以保证塔内液沫夹带eV0.1kg液体/kg液体。3.溢流液泛校核降液管清液液层高度塔板上不设进出口，故Hd=0.283m其中取0.6可见：Hd(HT+hw)符合防止淹塔的要求。2.5.4.4 负荷性能图及操作弹性1.漏液线2.液沫夹带线整理得：3.液相负荷下限线对于平直堰，取堰上高度，作为最小液体符合标准，则4.液相负荷上限线以=4s作为液体在降液管中停留时间的下限则：5.液泛线其中u0=4VSd02N0代入数据整理得：根据以上计算结果可作出负荷性能图，如图2.9所示：图2.9 负荷性能图2.4.5.5 精馏段设计结果表表2-6 精馏段设计结果表项目名称数值已知条件气相流量V115434m3/h气相密度v1.5127kg/m3液相流量L179.889m3/h液相密度L864.268kg/m3液体表面张力0.048665N/m液体粘度1cP设计压力0.11MPa设计温度110设计结果塔型筛板塔径D1.4m塔板间距HT0.8m溢流型式单溢流空塔气速u01.09m/s堰型平直堰堰长lw0.84m堰高hw0.06m板上清液层高度hL0.08m降液管底与板距离h00.03m孔径d0.01m孔间距t0.3m孔数n1084开孔面积A00.845m2塔板压降hp0.67kPa降液管内清液层高度 Hd0.283m2.5.5 塔工艺概算（提馏段）2.5.5.1 塔径的计算初选板间距HT=0.7m,板上液层高度hL=0.08m气液两相流动参数：LsVslv12=0.08由HT-hL及流动参数查史密斯图得C20=0.094，故C=C20200.2=0.10泛点速度：Uf=CL-vv=1.81m/s空塔气速：u=0.60.8Uf=0.8Uf=1.45m/s塔的直径：D=4Vsu=1.79m圆整为1.8m，则空塔气速为：u0=4VsD2=1.435m/s则 u0Uf=0.79，符合安全系数0.60.82.4.5.2 塔板结构设计1.溢流装置因为塔径较大，所以只设置出口堰、进口堰和受液盘，并选用单溢流型弓型降液管。（1）堰长lwlw=(0.60.8)D=0.6D=1.08m出口设置溢流堰，受液盘进口不设置堰溢流堰上液层高度，对于平直堰取how=0.04m，其中的E查图取1所以，堰高：hw=hL-how=0.04m（2）弓形降液管的宽度Wd和截面积Af由lw/D=0.6，查图得Af /AT=0.06，Wd/D=0.1AT=4D2=2.5434m2所以，Af =0.153m2，Wd=0.279m降液管内液体的停留时间，即符合要求。（3）降液管低隙高度u0=0.070.25m/s，取0.22m/s，则h0=Lslwu0=0.035m2.塔板布置破沫区，D1.5m时，Ws=80110mm，取Ws=100mm边缘区，取Wc=60mm由X=D2-Wd+Ws=1.5R=D2-Wc=0.84计算得塔板上鼓泡区面积Aa=2XR2-X2+180R2sin-1XR=1.631m23.筛孔计算及排列本设计所处理的物系无腐蚀性。可选用鼓泡型筛板塔，=4mm的碳钢板，d0=10mm,筛孔按正三角形排列，孔中心距取30mm。筛孔数目：n=1.158Aat2=2092筛孔气速：u0=20.884m/s筛板开孔率：=0.907d0t100%=10.1%2.4.5.3 塔板水力学校核1.干板阻力hc=0.051u0C02VL=0.1454m 液柱气体通过液层阻力h1计算h1=hL=hW+hOWFa=uaVua=VsAT-Af=1.532m/sFa=2.423由F0得 =0.971-0.355Fa+0.075Fa2h1=0.0493m 液柱液体表面张力的阻力计算h=4L1L1gd0=0.00163m 液柱气体通过每层塔板的液柱高度hP1=0.1454+0.0493+0.00163=0.196m 液柱PP1hP1L1g=0.196356.89.81=686.04Pa0.7kPa2.液沫夹带校核泛点率：F1=VsvL-v0.78KCFAT100%其中，查图得泛点负荷因子CF=0.14，物性因素K取1代入数据得泛点率=78.83%，小于80%，可以保证塔内液沫夹带eV0.1kg液体/kg液体。3.溢流液泛校核降液管清液液层高度塔板上不设进出口，故hd=0.153(LSlwh0)2=0.03530mHd =0.302 mHT+hw=0.402m其中取0.5可见：Hd(HT+hw)符合防止淹塔的要求。2.4.5.4 负荷性能图及操作弹性1.漏液线2.液沫夹带线整理得：3.液相负荷下限线对于平直堰，取堰上高度hOW=0.005m，作为最小液体符合标准，则4.液相负荷上限线以=5s作为液体在降液管中停留时间的下限则：=AfHTLsLs min=AfHT4=76.912416m3/s5.液泛线其中u0=4Vsd02N0代入数据整理得：根据以上计算结果可作出负荷性能图，如图2.10所示：图2.10 提馏段负荷性能图2.4.5.5提馏段设计结果表2-7 提馏段设计结果表项目名称数值已知条件气相流量V102131m3/h气相密度v0.742576kg/m3液相流量L86.5406m3/h液相密度L883.621kg/m3液体表面张力0.0561999N/m液体粘度1cP设计压力0.11MPa设计温度110设计结果塔型筛板塔径D1.8m塔板间距HT0.7m溢流型式单溢流空塔气速u01.435m/s堰型平直堰堰长lw1.08m堰高hw0.04m板上清液层高度hL0.08m降液管底与板距离h00.035m孔径d0.01m孔间距t0.3m孔数n1084开孔面积A01.631m2塔板压降hp0.686kPa降液管内清液层高度 Hd0.302m2.6 塔机械结构计算与校核考虑到校核工作工程量大，在掌握了强度校核的具体计算步骤的之后，希望通过SW6软件的便携的计算方法来服务于本设计，这样既可以了解SW6的计算过程与具体计算过程的异同，也可以得塔体结构和强度计算的更加便捷。2.6.1 塔体高度1.主体高度HZ精馏段板间距HT=0.8m, HZ1=200.8=16m提馏段板间距HT=0.7m, HZ2=70.7=4.9m则HZ=16+4.9=20.9m2.塔的顶部空间高度塔的顶部空间高度是指塔顶第一层塔盘到塔顶封头的直线距离为了减少塔顶出口气体中夹带的液体量,顶部空间一般取1.21.5m，取塔顶部空间：Ha=1.3m3.塔的底部空间高度塔的底部空间高度是指塔底最末一层塔盘到塔底下封头切线的距离，釜液停留时间5min。经模拟得提馏段液体的体积流量为qV，L=1.04