3-3塔设备设计说明书

克拉玛依石化30万吨/年天然气乙炔法制醋酸乙烯（VAc）项目 塔设备设计说明书团队成员：赵帅帅 闫天晴 刘鑫婷 邹倩 郭勇金指导教师：羡小超 申威峰 陈红梅 李泽全 魏顺安塔设备设计说明书1目录第一章 塔设备的设计依据1第二章 塔设计要求2第三章 塔设备概述33.1塔设备简介33.2塔设备类型33.3塔类型的选择原则4第四章 塔设备设计（以T401为例）64.1 T401塔设计条件64.1.1流股参数64.1.2设计温度与设计压力64.1.3总板数与加料板的确定74.1.4塔型的选择94.1.5设计条件汇总94.2设备相关数据94.3结构设计94.3.1筒体、封头及裙座设计94.3.2接管设计114.3.2.1进料孔114.3.2.2出料孔114.3.2.3回流孔及再沸孔124.3.3塔内件124.3.3.1液体分布器124.3.3.2液体再分布装置154.3.3.3床层定位器164.3.3.4填料支撑板164.3.3.5除沫器174.4.塔高184.4.1塔顶高度184.4.2填料高度184.4.3封头184.4.4塔釜高度184.4.5填料内件及接孔所占高度194.4.6变径段高度194.4.7吊柱194.4.8裙座的设计194.4.8.1选材194.4.8.2裙座的结构194.4.8.3裙座高度214.4.9地脚螺栓214.5 CUP-TOWER校核214.5.1 CUP-TOWER 软件概述214.5.2 CUP-TOWER 校核结果22第五章 基于神经网络的粒子群算法优化塔设计（T302）275.1神经网络模型275.1.1 BP神经网络概述275.1.2 BP神经网络模型构建及拟合结果275.2粒子群优化算法34第六章 塔机械结构设计与校核386.1风载荷及地震载荷计算、耐压试验校核386.2 SW6计算书436.3 T401设备条件图706.4 T401设备装配图71第七章 总结71第八章 塔设备一览表73第一章 塔设备的设计依据塔设备主要有板式塔、填料塔两种，它们都可以用作蒸馏和吸收等气液传质过程，但两者各有优缺点，要根据具体情况选择。塔选型参考标准如下：化工设备设计全书塔设备化工设备设计基础规定设备及管道保温设计导则固定式压力容器HG/T20643-2012GB 8175-2008GB 150-2011压力容器封头GB/T 25198-2010石油化工塔器设计规范SHT 3098-2011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钢制压力容器焊接规程HG/T 21514-2005JB/T4709-2007钢制塔式容器JB/T 4710-2005钢制管法兰、垫片、紧固件HG/T 2059220635-2009第二章 塔设计要求作为主要用于传质过程的塔设备，首先必须使气液两相充分接触，以获得较高的传质效率；同时还应保证塔设备的经济性。为此，塔设备应满足以下基本要求：1.生产能力大，弹性好。随着化工装置大型化，生产能力要求尽量地大，而根据生产经验，工艺流程中精馏往往是限制环节。很多精馏塔设计中考虑诸如造价、结构或压降、分离效率等因素较多，而常常未将塔的操作弹性放在重要位置，从而造成投产后设备不大适应工艺条件和生产能力的较大波动。2.满足工艺要求，分离效率高。工艺上要分离的液体有很多特殊要求，如沸点低、难分离、有腐蚀性、有污垢物等，对塔型要慎重选择。3.运转可靠性高，操作、维修方便。4.结构简单，加工方便，造价较低。5.塔压降小。对于真空塔或者要求塔压降低的塔来说，压降小的意义更为明显。但值得注意的是，通常选择塔型未必能满足所有的原则，应抓住主要矛盾，最大限度满足工艺要求。第三章 塔设备概述3.1塔设备简介塔设备是化工、石油等工业中广泛使用的重要生产设备之一。它可使气（或汽）、液或液、液两相之间进行紧密接触，达到相际传质及传热的目的。在化工生产中，分离的能耗占主要部分，塔设备的投资费用占整个工业设备费用的25.93%。因此塔设备的设计和研究对化工、石油等工业的发展起着重要作用。经过长期发展，塔设备形成了型式繁多的结构，从不同的角度对塔设备进行分类，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；按操作压力分为加压塔、常压塔和减压塔；按塔内结构分为板式塔和填料塔。其中，板式塔和填料塔都是常用的精馏塔类型，各有优缺点，要根据具体情况选择。3.2塔设备类型塔器按其结构可以分为两大类：板式塔和填料塔。填料塔是一个圆筒塔体，塔内装载一层或多层填料，气相由下而上、液相由上而下接触，传热和传质主要在填料表面上进行，因此，填料的选择是填料塔的关键。填料的种类很多，许多研究者还在不断地试图改进填料，填料塔的命名也以填料名称为依据，如金属鲍尔环塔、波网填料塔。常用的填料还有拉西环填料、鲍尔环填料、矩鞍形填料、阶梯形填料、波纹填料、波网（丝网）填料、螺旋环填料、十字环填料等。填料塔制造方便，结构简单，便于采用耐腐蚀材料，特别适用于塔径较小的情况，使用金属材料省，一次投资较少，塔高相对较低。板式塔是在塔内有多层塔板，传热传质过程基本上在每层塔板上进行，塔板的形状、塔板结构或塔板上气液两相的表现，就成了命名这些他的依据，诸如筛板塔、舌形板塔、斜孔板塔、波纹形板塔、泡罩塔、浮阀塔、喷射板塔、波纹传流塔、浮动喷射塔。下面简单介绍一下几种常见的板式塔性能。（1）浮阀塔 生产能力大，弹性大，分离效率高，雾沫夹带少，液面梯度较小，结构较简单，是新发展的一种塔。目前很多专家正力图对此改进提高，不断有新的浮阀类型出现。（2）泡罩塔 泡罩塔是工业上使用最早的一种板式塔，气液接触有充分的保证，操作弹性大，但其分离效率不高，金属消耗量大且加工较复杂，应用逐渐减少。筛板塔是一种有降液管、板形式结构最简单的板式塔，孔径一般为4-8 mm，制造方便，处理量大，清洗、更换、修理均较容易，但操作范围较小，适用于清洁的物料，以免堵塞。（3）波纹穿流板塔 波纹穿流板塔是一种新型板式塔，气液两相在板上穿流通过，没有降液管，加工方便，生产能力大，雾沫夹带小，压降小，除污容易且不易堵塞，甚至在除尘、中和、洗涤等方面应用更为广泛。板式塔的研究起步较早，其流体力学和传质模型比较成熟，数据可靠。尽管与填料塔相比效率较低，通量较小，压降较高、持液量较大，但由于结构简单、造价较低、适应性强、易于放大等特点，因而在70年代以前的很长一段时间里，塔板的开发研究一直处于领先地位。然而70年代初期出现的世界性能源危机迫使填料塔技术的得到长足的进展。由于性能优良的新型填料相继问世，特别是规整填料及新型塔内件的不断开发应用，使得填料塔逐步取代板式塔。板式塔与填料塔的对比如表3-1所示：表3-1 板式塔和填料塔比较项目板式塔填料塔（散装填料）填料塔（规整填料）压力降一般比填料塔大稍小，较适用于要求压力降小的场合更小空塔气速因子比散装填料塔大稍小，但新型散装填料也可比板式塔高些较前两者大塔效率效率稳定，大塔较小塔有所提高塔直径1500mm以下效率高，塔径增大，效率下降较前两者高，无放大效应液气比适应范围较大对液体喷淋量有要求范围较大持液量较大较小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适应各类材料安装维修较容易较困难适中造价直径大时一般比填料塔造价低直径800mm以下，一般比板式塔便宜，直径增大，造价增大较板式塔高质量较小大适中3.3塔类型的选择原则塔类型选择时需要考虑多方面的因素，如物料性质、操作条件、塔设备的性能，以及塔的制造、安装、运转和维修等。对于真空精馏和常压精馏，通常填料塔塔效率优于板式塔，应优先考虑选用填料塔，其原因在于填料充分利用了塔内空间，提供的传质面积很大，使得汽液两相能够充分接触传质。而对于加压精馏，若没有特殊情况，一般不采用填料塔。这是因为填料塔的投资大，耐波动能力差。具体来讲，应着重考虑以下几个方面：（1）与物性有关的因素易起泡的物系，如处理量不大时，以选用填料塔为宜。因为填料能使泡沫破裂，在板式塔中则易引起液泛。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、穿流式塔盘或舌形塔盘，以便及时更换。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。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。含有悬浮物的物料，应选择液流通道大的塔型，以板式塔为宜。操作过程中有热效应的系统，用板式塔为宜。（2）与操作条件有关的因素若气相传质阻力大，宜采用填料塔。大的液体负荷，可选用填料塔。液气比波动的适应性，板式塔优于填料塔。操作弹性，板式塔较填料塔大，其中以浮阀塔最大，泡罩塔次之。（3）其他因素对于多数情况，塔径大于800mm地，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。一般填料塔比板式塔重。大塔以板式塔造价较廉。第四章 塔设备设计（以T401为例）4.1 T401塔设计条件4.1.1流股参数表41 T401流股信息表Units进料303塔釜采出401塔顶采出402Phase-LiquidLiquidLiquidTemperatureC176.4131.481.4Pressurebar6.5081.5051.5Molar Vapor Fraction-000Molar Liquid Fraction-111Mole Flowskmol/hr2751.612261.21490.4Mole FractionsCH3CHO-4 PPMtrace25 PPMC3H6O-94 PPMtrace526 PPMVAC-0.17430 PPB0.974C4H6O-160 PPM183 PPM57 PPMHAC-0.8210.999524 PPMC6H10O4-322 PPM392 PPMtraceH2O-0.004123 PPM0.024Mass Flowskg/hr17724613586141384.9Volume Flowcum/hr216.749147.85248.6534.1.2设计温度与设计压力根据GB150-2011，压力容器操作压力指压力容器顶部气相压力，对于T401而言，为1.5bar。塔顶装有安全阀，而安全阀的整定压力为正常操作压力的1.051.1倍，设计压力应高于或等于安全阀的整定压力。因此取设计压力为P=1.1Pw=1.65bar 塔顶温度为81.4度，体系最高温度为131.4度左右，设计温度需要比操作温度高1530，取设计温度为146，根据该操作条件，选择S31668来作为本塔的材料。4.1.3总板数与加料板的确定由Aspen模拟出的的理论板数为40块，理论加料板位置为13块。通过灵敏度分析，对总板数、进料板位置进行优化，分析他们对塔顶醋酸、塔底醋酸乙烯损失量以及塔顶冷凝器负荷与塔底再沸器负荷的影响。图4-1 ASPEN模拟T401示意图图42 塔板数-塔顶醋酸量图图4-3 塔板数-塔底醋酸乙烯损失量图图4-4 塔板数-塔底再沸器负荷图图4-5 塔板数-塔顶冷凝器负荷图可以看出，总板数为40时，塔顶醋酸含量最少，塔底醋酸乙烯含量最少。之后再增加塔板数对分离效果无明显加成作用，故最后选取塔板数为40。图4-6 进料板位置-塔顶醋酸量与塔底醋酸乙烯量图由图中可以看出，在塔板数为40的条件下，进料板位置为13时，塔顶醋酸量最少，塔底醋酸乙烯损失量也最少。故选取进料板位置为第13块板。4.1.4塔型的选择根据上一章节的说明，选择塔型为填料塔。4.1.5设计条件汇总表42 设计条件汇总表设计温度设计压力（MPa）理论板数加料位置材料1460.1654013S316684.2设备相关数据采用250Y型板波纹填料，用ASPEN模拟得到：（1）理论级数（不包括再沸器与冷凝器）：38（2）塔顶温度：81.4；塔釜温度：131.4（3）工作压力：1.5bar（4）采用变径塔，上段塔径为4200mm，即在ASPEN中第2-12块理论板，填料层高度为4m； 中段塔径为3700mm，即在ASPEN中第13-27块理论板，填料层高度为4.2m,下段塔径为3700mm，即在ASPEN中第28-39块理论板，填料层高度为4.2m,（5）加料位置：醋酸与醋酸乙烯混合物：上段填料与中段填料之间，即变径处，在ASPEN中即第13块理论板上。进料组成、流量见上表。（6）能力因子：0.84.3结构设计该精馏塔的设计参照了JB/4710-2005钢制塔式容器、SH/T3098-2111石油化工塔器设计规范、GB/T25198-2010压力容器封头标准、HG/T21618-1998丝网除沫器标准、HG/T21639-2005塔顶吊柱等标准。对塔的设计温度、设计压力、采用的材料进行了确定。在此基础上，利用内压容器壁厚计算公式，对塔体壁厚、封头壁厚进行初步估算并利用SW6对估得的壁厚进行校核，从而最终确定需要的塔壁厚和封头厚度。之后根据文献选取裙座的材料和厚度，以及螺栓材料和型号，同样对这些数据进行SW6强度校核。4.3.1筒体、封头及裙座设计塔作为压力容器的一种，应当根据GB150-2011对压力容器操作压力、设计压力、操作温度、设计温度的定义和计算方法，对T401的设计温度和设计压力进行确定。压力容器操作压力指压力容器顶部气相压力，对于T401而言，为1.5bar，故设计压力取1.65bar。自上而下的操作温度最高为131.4，设计温度要比操作温度高15左右，取设计温度为146。由于醋酸具有较强的腐蚀性，最终采用S31668来作为T401的材料。其具有良好的耐腐蚀能力，S31668在该温度下的腐蚀速率为0.1mm/a，以设计寿命20年计，取腐蚀余量C2为2mm。部分探伤，故取焊缝系数为0.85。圆筒计算厚度：c=PcDi（2t-Pc）式中：Pc为计算压力，在液柱低时可认为与设计压力P近似相等；Di为筒体内径4.2m；t为材料在设计温度下许用应力，为137MPa；为0.85；c=PcDi（2t-Pc）=0.1654200（21370.85-0.165）=2.7mm取壁厚负偏差C1为0.3mm，因此：=c+C1+C2=2.7+0.3+2=3.2mm向上圆整则名义厚度为4mm。顶部采用椭圆形封头，公称直径4200mm，查自GB/T 25198-2010知封头曲面高度1090mm，直边高度40mm，厚8mm，内表面积19.6493m2，容积10.2523m3。底部采用椭圆形封头，公称直径3700mm，查自GB/T 25198-2010知封头曲面高度965mm，直边高度40mm，厚8mm，内表面积15.3047m2，容积7.0605m3。封头计算厚度：c=PcDi（2t-0.5Pc）式中：Pc为计算压力，对于上封头可认为与设计压力P近似相等；Di为筒体内径4.2m；为材料在设计温度下许用应力，为137MPa；为0.85。从而为： c=PcDi（2t-Pc）=1.654200（21370.85-0.51.65）=1.6mm则：=c+C1+C2=1.6+0.3+2=3.9mm同理可得第二段塔的名义厚度为4mm，下封头的名义厚度也为4mm。由于需要在塔上开孔，故在塔壁和封头的厚度需要增加，取用SW6进行校核，同时设计裙座以及地脚螺栓。SW6强度校核表见表3-7，通过SW6可得：（1）塔筒体材料：S31668壁厚：8mm（2）上封头壁厚：12mm；下封头壁厚：8mm（3）裙座材料：Q235-B壁厚：10mm（4）地脚螺栓大小：M243（5）地脚螺栓个数：16（6）裙座上圆形检查孔个数：2 中心线高度：900mm 引出管水平方向内径：450mm 名义厚度：7.0mm 引出管长度：250mm（7）裙座防火层厚度：50mm 密度：1900kg/m34.3.2接管设计4.3.2.1进料孔进料流速设为2m/s，流量为0.0602m3s,求得孔径为：d=4Qu=40.06022=0.1957m=195.7mm圆整后取2196。直管进料，孔开在筒壁上，变径段上方，距离上段填料底部300mm。4.3.2.2出料孔塔顶气相出料流速设为30m/s，流量为12.347m3s，求得孔径为：d=4Qu=412.34730=0.724m=724mm圆整后取63015。孔开在上封头中央，并装设锥形挡板，用于除沫。塔釜液相出料流速设为2m/s，流量为0.07895m3s，求得孔径为：d=4Qu=40.078952=0.224m=224mm圆整后取2196。孔开在下封头中央，并装设防碎填料挡板。4.3.2.3回流孔及再沸孔塔顶液相回流流速设为2m/s，流量为0.05316m3s，求得孔径为：d=4Qu=40.053162=0.184m=184mm圆整后取2196。孔开在筒壁上，上封头下方，第一段填料上方，距离第一段填料顶部700mm。塔釜气相再沸流速设为30m/s，流量为8.462m3s，求得孔径为：d=4Qu=48.46230=0.599m=599mm圆整后取60010。孔开在筒壁上，下封头上方，下段填料下方，距离下段填料底部800mm。4.3.3塔内件4.3.3.1液体分布器初始液体分布至关重要,而初始液体分布要靠液体分布器实现,故液体分器的设计要给予足够的重视。对于难分离物系,由于所需理论级数较多,需选用高性能液体分布器。对于填料层中理论级数多,且接近最小回流比Rmin或最小液气比（L/V）min分布点数要尽可能的多,或者采取其他分布措施,以防止在塔顶形成乘紧点；对于理论级数较少的填料塔则不可过高地追求分布点数,以免增加造价。总之,液体分布器的设计,包括结构形式、几何尺寸,液位高度或压头大小（操作弹性）及每平方米的分布点数,阻力等都要考虑周到。它们取决于分离程度、理论级数、分布质量、填料形式及尺寸、液体流率、塔径、堵塞的可能性、加料状态及造价等。 液体分布装置一般安装在距填料层顶平面150-300mm处，以提供足够的液体喷射空间和气体自由流动空间。塔内可以设置一个或多个液体分布器。为使液体初始分布更加均匀，设计中应合理增加单位塔截面积上的喷淋点数。不过，喷淋点数不应过多，否则一定的液体流量由于喷淋点过多，造成每个喷淋点的液流量太小，反而难以保证分配均匀。液体分布器按出液推动力可分为重力型和压力型两种,按结构形式可分为槽式、管式、喷射式、盘式等。液体分布器种类较多，工业上常用的有两大类。（1）压力型压力分布器，有莲蓬头式液体分布器，多孔单直管式液体分布器、多孔直列排管式液体分布器。（2）重力型液体分布器，有单管式液体分布器、多孔型直列排管式液体分布器、带升气管盘式筛孔液体分布器、堰槽式液体分布器。不同类型的液体分布器，使用情况不同。莲蓬头式适用于DN600mm的小塔，而多孔直列排管式液体分布器效果不佳难以达到要求。重力型分布器，则以槽盘式和槽式最为常见。区别在于槽盘式具有盖有挡板的升气管，而安装槽式分布器则气体经由分布槽间缝隙流通。表4-2 各类型液体分布器性能比较管式孔流型喷淋型盘式孔流型板式孔流型盘式溢流型槽式溢流型液流动力压力压力重力重力重力重力分布质量中低-中高高低-中低-中处理量0.25-2.5广广广广广适用塔径0.45m任意通常0.6m通常0.6m易堵塞程度高高中中低低气体阻力低低高低高低对水平度要求无无中中高高腐蚀影响高高高高低低受液面波动影响无无中中高高液体夹带高高低低低低自重低低高中高中液体分布器的机械结构设计，主要考虑几点：（1）满足所需的淋液点数，以保证液体初始分布的均匀性；（2）气体通过的自由截面积大，阻力小；（3）操作弹性大，适应负荷的变化；（4）不易堵塞，不易造成雾沫夹带和发泡；（5）易于操作，部件可通过人孔进行安装拆卸。根据该反应特点，选择可拆型槽盘气液分布器（HG/T21585.1-1998），安装在填料塔塔顶及各填料层上部，用于液体及气体分布。分布器分标准升气管型和高升气管型。分布器底板和升气管等组成分布板部件，分布板有单升气管型分布板和双升气管型分布板。单升气管型（图3-12）用于塔径8001800mm的标准升气管型及高升气管型，双升气管型用塔径2000mm的标准升气管型。可拆型槽盘气液分布器结构为带挡液帽。图4-10 双升气管型分布板b升气管宽；L分布板宽；h1下层喷淋孔中心与底板距离；h2上、下层喷淋孔中心距；H分布器总高；L1升气管高；L2分布板底距下端高度；W挡液帽高安装位置应高于填料层表面150300mm，以提供足够的自由空间。这里取200mm。由于在分布器所在位置有进液口时，如进液口设计位置低于分布器升气管上沿时，选用不带挡液帽的可拆型操盘液体分布器，此时进液口方位朝向分布器升气管间，或深入分布器升气管间布置进液管。查表得：塔径为4200mm时，可拆型槽盘气液分布器的总高度为468mm，升气管高度L1=255mm，分布板底距下端高度L2=95mm，分布板宽度L=452mm，故无挡液帽，升气管宽度b=110mm，喷淋孔径为d1的孔数n=1308个。而孔径为d1的孔数等于孔径为d2的孔数。采用标准升气管，且d2d1。4(d12+d22)200mm2分布器液流总量：Q=2826d2nCd2gh式中，d喷淋孔径d1或d2，m； n喷淋孔径，个； h液位高，液面非喷淋孔中心距，m； Cd喷淋孔流量系数，取Cd=0.50.7； d2上层喷淋孔直径，取d2d1。计算喷淋密度：L=QA m3（m2h）式中Q分布器液流总量，m3h； A塔体圆筒内截面积，m2。常用范围L=250m3（m2h）。正常流量Q计算喷淋量的液位（仅下层喷淋孔喷流）：h0.5h2式中，h2上、下层喷淋孔中心距，m。根据计算，取d2=12mm；d1=10mm；h2=200mm; Cd=0.6代入得：h0.50.2=0.1mQ=28260.01221100.629.810.1=447.345m3hL=QA=447.3454.224=32.29m3（m2h）满足喷淋密度在250m3（m2h）塔内若要安装该分布器，需要有支持圈，内径D1=4090mm，厚度t1=14mm，翼缘宽度120mm，翼缘厚度14mm。安置在塔顶。图4-11 分布器支承梁与支持圈的结构T1分布器支持圈厚度；b2分布器支承梁翼缘宽度；T2分布器支承梁翼缘宽度；D塔内径；D1支持圈内径4.3.3.2液体再分布装置采用的是规整填料，液体趋壁效应不明显，因而不用考虑采用对趋壁液体有强收集效果的锥桶型及花式液体收集器。选择有KOCH公司开发的产品段间液体再分布器，支承板不固定在塔体上，而是支承在在分布器的筒体上，并与之固定，筒体下部开孔以收集壁流。同时考虑到液体再分布器也和液体分布器一样，是槽式液体分布器，液体再分布器中间有一个布液槽，因此选择采用组合式液体分布器中斜板型液体再分布器中的双流斜板型。斜板复合式再分配器的导流-集液板，而分布槽既是收集器又是再分布器。该装置的特点是：结构高度较低，液体的均布性能耗，导流-集液板的上下两面均能用作液体导流，无论在大液量或小液量下均可确保收集全部液体，操作弹性大、适应性好。因此，该装置适宜在液体负荷变化较大的场合下使用。塔壁上只有一个塔圈用以固定在分布器。这样可以减小再分布器所占的空间。支承板与再分布器总高为400mm，再分布器底板距下段填料表面200mm，占据空间为600mm，全塔共2个。图4-12 段间液体再分布器4.3.3.3床层定位器由于规整填料有固定的结构，因而它的床层定位器比较简单，用栅条间距为300mm的栅板即可，即为床层定位栅板。采用分块独立式结构，用螺栓与塔壁连接，便于分别调节水平度。栅板圈用厚5mm的扁钢弯制而成，高度为50mm，塔内共设3个。4.3.3.4填料支撑板（1）栅板尺寸本填料塔采用支承栅板，填料塔上段塔径4.2m，填料层高度共4m；中段塔径3.7m,填料层高度4.2m，中段塔径3.7m,填料层高度4.2m。采用分块式栅，每块宽度350mm，同时由于塔径超过2m，则应加设一个中间支承梁；栅条间距为75mm，栅板圈与栅条高100mm，为增加栅板的刚度，须加设上下连接板，支撑圈还需用支持板来加强，上段栅板外直径4160mm，栅条高度厚度=8012mm，支持圈外径4118mm，内径4090mm，厚度14mm；下段栅板外直径3660mm，栅条高度厚度=6010mm，支持圈外径3820mm，内径2792mm，厚度14mm。（2）栅条强度校核以精馏段为例：PP=HLtpg=9.814.04.20.075250=3090.1N对于规整填料：PL=0.05HLtLg=0.059.814.04.20.075750=463.5NP=PL+PP=3615.4N式中，P为栅条总负荷，N；PP为栅条上填料的重量，N；H为填料层高度，m；L为栅条长度，m；t为栅条间距，m；p为填料的堆积密度，kg/m3；PL为填料层持液量负荷，N；L为液体密度kg/m3.简支梁最大弯矩为M=PL8，保险起见：M=PL6=3615.44.28=1439Nm栅条的抗弯截面模量W=16S-Ch-C2=160.012-0.0020.08-0.0022=1.01410-5m3=MW=14391.01410-5=14.2107Pa=142MPa强度满足条件=175MPa故，支撑栅板高度为100mm，塔内共设3个。4.3.3.5除沫器随着新型高效填料的开发,有时塔内操作气速很高,造成塔顶雾沫夹带严重,不但造成物料的损失,也使塔的效率降低。同时还可能造成对环境的污染。为了避免这种情况,需要在塔顶设置除雾沫装置。对于气体吸收过程还能保证气体的纯度,使后续过程能正常运行。最常用的除沫装置有丝网除沫器、折流板除沫器及旋流板除沫器。最简单的除沫器是在塔的出口加挡板。对除沫器的要求是除沫效率高、压力降小、不易堵塞、结构简单等。a、b、c平放式除沫器 d、e、f、g、h导液式除沫器i多通道式除沫器图4-13 填料丝网除沫器结构形式选择丝网除沫器。丝网除沫器由于比表面积大、空隙率大、结构简单、使用方便以及除沫效率高、压力降小等优点，广泛应用于填料塔的除雾沫操作中。它的主要元件是针织金属或塑料丝网。图中a由于截面积较大而不易发生二次夹带，因而应用较为广泛。它的除沫效率高。单层，平放式，标准型（N）型，网层厚度为100mm。全塔共1个。4.4.塔高Z总=Z塔板+Z填料+Z顶+Z釜+Z塔内件全塔设五个孔，分别在塔顶、塔釜、一块进料板和塔顶塔釜回流。4.4.1塔顶高度塔的顶部空间高度是指塔顶填料层压板到塔顶封头切线的距离。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，本项目取1.5m。4.4.2填料高度根据上述计算，填料高度为12.4m。4.4.3封头顶部采用椭圆形封头，公称直径4200mm，查自GB/T 25198-2010知封头曲面高度1090mm，直边高度40mm，厚8mm，内表面积19.6493m2，容积10.252m3。底部采用椭圆形封头，公称直径3700mm，查自GB/T 25198-2010知封头曲面高度965mm，直边高度40mm，厚8mm，内表面积15.3047m2，容积7.0605m3。4.4.4塔釜高度塔的底部空间高度是指塔底支承板到塔底下封头切线处的距离。当进料系统有 15 分钟的缓冲时间时，釜液的停留时间可取 35 分钟，否则须取 15 分钟。但对釜液流量大的塔，停留时间一般也取 35 分钟。塔底料液停留时间t=5min，DN=3700的直边高为40mm，封头容积为7.0605m3z1=4（LB,vt60-V封头）D2=4（284.664560-7.0605）3.72=0.387m塔底液面至最下层间距取z2=1m。ZB=z1+z2=0.387+1=1.387m4.4.5填料内件及接孔所占高度塔内件高度：Z塔内件=0.053+0.13+0.1+0.62=1.75m4.4.6变径段高度变径段高度取1250mm，为收集再分布装置处。故，总塔有效高度（不包括裙座）为：Z总=1.5+12.4+1.387+1.75+1.25=18.287m圆整为19m。塔径为4200mm的塔高为：Z2.2=4+1.5+0.05+0.1+0.6=6.25m塔径为3700mm的塔高为：Z1.6=8.4+0.052+0.12+1.387+0.62=11.287m中间变径过渡段锥壳高度为1.25m。4.4.7吊柱安装在室外、无框架的整体塔设备，为了安装及拆卸内件，更换或补充填料，往往在塔顶设置吊柱。4.4.8裙座的设计塔体常由裙座支承，可分为圆柱和圆锥两种。裙座高度是由塔底封头切线至出料管中心线的高度 U 和出料管中心线至基础环的高度 V 两部分组成。4.4.8.1选材裙座材料选用取Q-235B。4.4.8.2裙座的结构（1）裙座与筒体的连接H/DN=19/3.7=5.14当DN1m，且H/DN25或DN1m，且H/DN30用圆锥形。故本塔裙座选用圆筒形，与筒体的连接采用对接，焊缝采用全焊透连续焊。a.焊接长度：l=2n=20mmb.裙座筒体上端面至塔釜椭圆封头切线距离h查塔设备书得D=3700mm，壁厚n=8mm时，h=87mm。c.裙座筒体缺口尺寸：当封头厚度为8mm时，宽度K=70mm，半径R=35mm。（2）排气管塔内温度约120，塔釜温度达130。故设置保温层，保温层的厚度为50mm，密度为300kg/m3，同时设定塔底最低层保温圈。由于裙座直径大于1500mm，在裙座的内外层敷设防火层。防火层厚度50mm，防火层材料为石棉水泥层，密度为1900kg/m3。基于以上的结构，根据系列标准，设置4个排气管，规格为1145mm，排气管距裙座筒体上部的距离为220mm。图4-14 排气管（3）检查孔采用圆形检查孔，查表得：裙座上设检查孔，直径为500mm，长度为250mm,中心高度为950mm，厚度为0.7裙=7mm。设两个。表4-3 圆形检查孔结构、尺寸、数量表检查孔型式及尺寸裙座直径圆形检查孔（A型）数量直径DM中心高H70012501508009001450200900100028002450250900300046002500250950460026002501000图4-15 检查孔示意图4.4.8.3裙座高度选用圆筒形群座，裙座高度H=2+1.5D2=4.775m4.4.9地脚螺栓地脚螺栓座位外螺栓做结构型式，当直径为4200mm时，数目为2428个，这里取24个。螺栓规格为DN42，材料为Q235-A。基础环的厚度为18mm。4.5 CUP-TOWER校核以T401为例，从Aspen plus中导出水力学数据，将塔分为三段进行设计校核。选择流量最大的板进行CUP-TOWER塔校核设计，T401校核设计结果如下。（CUP-TOWER设计校核数据与CUP-TOWER源文件见CUP-TOWER文件夹）4.5.1 CUP-TOWER 软件概述CUP-TOWER对各类板式塔、筛板萃取塔、散装填料塔、规整填料塔、和填料萃取塔的设计进行全面分析，具有设计和校核的功能，支持多种方式的输入、输出，支持负荷性能图和塔板布置图（CAD）的自动生成，能够帮助用户直观的分析塔设备的操作情况，具有较高的实用价值。筛板塔的设计方法有很多，CUP-TOWER设计给出三种设计方法： （1）化学工程手册中给出的计算方法 （2）Prubhu法（特性速度法） （3）Rocha法（直接计算法） 4.5.2 CUP-TOWER 校核结果表4-4 校核结果基本信息1项目名称克拉玛依石化30万吨/年天然气乙炔法制醋酸乙烯项目2客户名称-7塔板名称第一段填料（由上至下）3项目号-8计算人重庆大学-零点六一八4装置名称VAc粗分塔9校核人重庆大学-零点六一八5塔的名称VAc粗分塔第一段填料10日期5/5/2020 11:35 下午6塔段号41112说明工艺设计条件顶部底部气相条件1质量流量kg/h202889.0000127676.90002密度kg/m34.42184.14263体积流量m3/h45883.850030820.51004粘度cP0.00970.0102液相条件5质量流量kg/h160986.5000263020.90006密度kg/m3852.8389925.53597体积流量m3/h188.7655284.18238粘度cP0.25660.35119表面张力mN/m16.105016.9609工艺计算结果1液泛分率%34.625.62气体动能因子Pa0.51.941.263液体喷淋密度m3/m2.h13.6320.524单位填料层压降mbar/m0.450.295空塔气速m/s0.92040.61836泛点气速m/s2.66162.41227气体负荷因子m/s0.06640.04158流动参数/0.05710.13789填料层总压降mbar1.50塔的结构参数1填料类型/M250Y6塔径m4.202材质/不锈钢7填料层高度m4.033比表面积m2/m31158持液量%1.84空隙率%98.99每米理论级数/0.905倾斜角3010经济F范围Pa0.51.0-3.5操作负荷性能图顶部底部1操作点横坐标/0.05710.13782操作点纵坐标m/s0.06640.04153备注基本信息1项目名称克拉玛依石化30万吨/年天然气乙炔法制醋酸乙烯项目2客户名称-7塔板名称第二段填料（由上至下）3项目号8计算人重庆大学-零点六一八4装置名称VAc粗分塔9校核人重庆大学-零点六一八5塔的名称VAc粗分塔第二段填料10日期5/5/2020 11:35 下午6塔段号41112说明工艺设计条件顶部底部气相条件1质量流量kg/h128711.8000131422.90002密度kg/m34.14174.16183体积流量m3/h31077.020031578.40004粘度cP0.01020.0102液相条件5质量流量kg/h264055.8000266766.90006密度kg/m3925.4959925.30037体积流量m3/h285.3128288.30318粘度cP0.34980.34719表面张力mN/m16.897116.7060工艺计算结果1液泛分率%33.333.82气体动能因子Pa0.51.631.673液体喷淋密度m3/m2.h26.5526.834单位填料层压降mbar/m0.410.425空塔气速m/s0.80330.81626泛点气速m/s2.41462.41277气体负荷因子m/s0.05390.05498流动参数/0.13720.13619填料层总压降mbar1.86塔的结构参数1填料类型/M250Y6塔径m3.702材质/不锈钢7填料层高度m4.483比表面积m2/m31158持液量%2.24空隙率%98.99每米理论级数/0.905倾斜角3010经济F范围Pa0.51.0-3.5操作负荷性能图顶部底部1操作点横坐标/0.13720.13612操作点纵坐标m/s0.05390.05493备注基本信息1项目名称克拉玛依石化30万吨/年天然气乙炔法制醋酸乙烯项目2客户名称-7塔板名称第三段填料（由上至下）3项目号-8计算人重庆大学-零点六一八4装置名称VAC粗分塔9校核人重庆大学-零点六一八5塔的名称VAC粗分塔第三段填料10日期5/5/2020 11:35 下午6塔段号41112说明工艺设计条件顶部底部气相条件1质量流量kg/h131465.5000131801.00002密度kg/m34.16304.17373体积流量m3/h31579.500031579.22004粘度cP0.01020.0102液相条件5质量流量kg/h266809.5000267145.00006密度kg/m3925.2985925.27777体积流量m3/h288.3497288.71878粘度cP0.34710.34709表面张力mN/m16.701916.6682工艺计算结果1液泛分率%33.833.92气体动能因子Pa0.51.671.673液体喷淋密度m3/m2.h26.8326.874单位填料层压降mbar/m0.420.425空塔气速m/s0.81630.81626泛点气速m/s2.41242.40937气体负荷因子m/s0.05490.05498流动参数/0.13610.13619填料层总压降mbar1.89塔的结构参数1填料类型/M250Y6塔径m3.702材质/不锈钢7填料层高度m4.483比表面积m2/m31158持液量%2.24空隙率%98.99每米理论级数/0.905倾斜角3010经济F范围Pa0.51.0-3.5操作负荷性能图顶部底部1操作点横坐标/0.13610.13612操作点纵坐标m/s0.05490.05493备注第五章 基于神经网络的粒子群算法优化塔设计（T302）5.1神经网络模型