3-设备设计及选型说明书

2019“东华科技-恒逸石化杯”第十三届全国大学生化工设计竞赛中粮生化年产11.6万吨醋酸乙烯项目设备设计及选型说明书合肥工业大学生生步烯团队指导教师：杨则恒、姚运金、张卫新、徐超、范小明、朱文拿团队成员：贾树寅、于竞超、朱旭、方耀、方满娣213中粮生化年产11.6万吨醋酸乙烯酯项目 设备设计及选型说明书目录第一章 概述61.1 过程设备的选型目的61.2 过程设备的基本要求61.3 过程设备的类别61.4 过程设备设计于选型原则71.5 设计与选型的主要内容71.6 设计标准与依据81.7 全厂设备概况9第二章 塔设备设计102.1 塔设备设计依据102.2 设计要求102.2 塔设备简介112.2.1板式塔112.2.2填料塔112.2.3 塔形对比152.3 塔设备设计的一般原则172.4 塔的选型结果192.5 醋酸洗涤塔的设计（T0301）202.5.1 概述202.5.2 T0301塔设计条件202.5.3 塔形选择252.5.4 塔径及塔内件的计算252.5.5 塔的水力学校核282.5.6 设计条件汇总292.5.7 塔设备的机械设计302.5.7.1 塔高的计算302.5.8 接管的计算312.5.9 筒体、封头、裙座的壁厚及地脚螺栓设计322.6 塔设备设计小结352.7 新型塔板的应用352.8 塔设备SW6校核说明书372.9 塔设备条件图58第三章 换热器设计与选型593.1 概述593.2 换热器的选型设计依据613.3 换热器的选用原则613.3.1 基本要求613.3.2 介质流程623.3.3 终端温差623.3.4 流速选择633.3.5 压力降633.3.6 传热膜系数643.3.7 污垢系数643.3.8 换热管643.3.9 换热器型号表示方法653.4 换热器的选型软件663.5 选型计算示例（以E0107为例）663.5.1 工艺参数确定663.5.2 换热器选型结构设计703.5.3换热器设计小结表793.5.4 换热器E0107设备条件图803.6 换热器E0107强度校核813.7 换热器校核小结109第四章 反应器设计说明1104.1 概述1104.2 设计目标1104.3 工业生产常用反应器介绍1104.3.1 固定床反应器1114.3.2 流化床反应器1124.3.3 移动床反应器1134.3.4 各类反应器的区别1144.3.5 R0302反应器类型的选择1154.3.6 新型反应器的应用1154.4 反应器设计（以R0302为例）1224.4.1 催化剂的选择1224.4.2 反应方程式及动力学1244.4.3 反应条件的选择1274.4.4 反应器物流参数1284.4.5 反应器设计步骤1294.4.6 床层压降计算1324.4.7 换热任务核算1334.4.8 拉杆设计1364.4.9 反应器接管设计1364.4.10 反应器管板、管箱、反应列管的链接结构设计1384.4.11 反应器封头、支座设计1394.5 反应器设计小结1404.6 反应器SW6校核1414.7 反应器的装配图1544.8 反应器条件图155第五章 泵的设计1565.1 泵的概述1565.2 泵的类型及特点1565.3 泵的选型原则1575.4 泵的选型（以P0401）1605.4.1流速计算1605.4.2 扬程计算1605.4.3选型结果1615.5新型泵的运用164第六章 气液分离器设计1666.1 设计依据1666.2 设计目标1666.3 气液分离器的分类1666.3.1 立式和卧式重力分离器1666.3.2 立式和卧式丝网分离器1666.4 设计目标1676.5 气液分离器设计（以F0201为例）1676.5.1 气液分离器工艺参数1676.5.2 气液分离器类型选择1676.5.3 丝网自由截面上的气体流速（uG）的计算1686.5.4 气液分离器尺寸计算1686.5.5 气液分离器接管计算1696.6 气液分离器设计小结1706.7 气液分离器的SW6校核170第七章 容器设计1807.1 设计依据1807.2 容器简介及要求1807.3 储罐系列1817.4 选型原则1827.5 储罐、回流罐1837.5.1 储罐、回流管容积计算1837.5.2 储罐、回流罐计算示例（以V0101为例）183第八章 压缩机的选型1848.1 压缩机概述1848.2 选型依据1848.3 压缩机的选型原则1848.4 压缩机的分类1858.5 压缩机的设计1868.5.1 压缩机的工艺参数186第1章 概述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 过程设备设计于选型原则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5台，塔设备17台，闪蒸罐12台，加热炉5台，换热器48台，泵80台，储罐4个，缓冲罐16个，一个压缩机机组，18台压缩机，共计设备187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，见下文有关章节。对于标准设备，均做了设备选型，并整理了设备一览表，见下文有关部分或“设备一览表”。第2章 塔设备设计2.1 塔设备设计依据化工设备设计全书塔设备化工设备设计基础规定 HG/T20643-2012设备及管道保温设计导则 GB 8175-2008钢制人孔和手孔的类型与技术条件 HG/T 21514-2014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钢制压力容器焊接规程 JB/T4709-2007塔器设计技术规定 HG20652-1998不锈钢人、手孔 HG21594-21604-2014压力容器封头 GB/T 25198-2010压力容器封头 GB/T 25198-2010钢制塔式容器 NB/T47041-2014塔顶吊柱 HG/T 21639-20052.2 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。2.2 塔设备简介塔设备是化工、石油化工和炼油等生产中最重要的设备之一。它可使气（或汽）液或液液两相进行紧密接触，达到相际传质及传热的目的。可在塔设备中完成的常见操作有：精馏、吸收、解吸和萃取等。此外，工业气体的冷却与回收、气体的湿法静制和干燥，以及兼有气液两相传质和传热的增湿、减湿等。 塔主要有板式塔和填料塔两种，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。 2.2.1板式塔塔内装有一定数量的塔盘，是气液接触和传质的基本构件；属逐级（板）接触的气液传质设备；气体自塔底向上以鼓泡或喷射或泡沫的形式穿过塔板上的液层，使气液相密切接触而进行传质与传热；两相的组分浓度呈阶梯式变化，属于逐级接触式逆流操作。在鼓泡接触状态或着泡沫接触状态时，气相为分散相，液相为接触相；若是以喷射状接触时气相为连续相，液相为分散相。 2.2.2填料塔塔内装有一定高度的填料，是气液接触和传质的基本构件；属微分接触型气液传质设备；液体在填料表面呈膜状自上而下流动；气体呈连续相自下而上与液体作逆流流动，并进行气液两相的传质和传热；两相的组分浓度或温度沿塔高连续变化。 填料塔中的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，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。表2-1 填料分类与名称填料类型填料名称散装填料环形拉西环形拉西环，十字环，内螺旋环开孔环形鲍尔环，改进鲍尔环，阶梯环鞍形弧鞍形，矩鞍形，改进矩鞍形环鞍形金属环矩鞍形，金属双弧形，纳特环其他新型塑料球形，花环形，麦勒环形规整填料波纹型垂直波纹型网波纹型，板波纹型水平波纹型Spraypak,Panapak栅格形Glitsch Grid非波纹型板片形压延金属板，多孔金属板绕圈形古德洛形，Hyperfil2.2.2.1散装填料（1）拉西环：目前已被淘汰 图2-1 拉西环 图2-2 矩鞍填料（2）矩鞍填料：属于乱堆敞开式填料（3）鲍尔环：是在拉西环壁面上开一层或两层长方形小窗 图2-3 钢环鲍尔环 图2-4 瓷环鲍尔环（4）金属环矩鞍：由美国诺顿公司开发成功，它结合了鲍尔环的空隙大和矩鞍填料流体均布性好的优点，是目前应用最广的一种散装填料可用金属、陶瓷做成。 图2-5 金属矩鞍环 图2-6 特纳环（5）阶梯环 图2-7 阶梯环2.2.2.2规整填料目前常用的规整填料为波纹填料，其基本类型有丝网形和孔板形两大类，均是20世纪60年代以后发展起来的新型规整填料，主要是由平行丝网波纹片或（开孔）板波纹片平行（波纹）、垂直排列组装而成，盘高约40300mm，具有以下特点：填料由丝网或（开孔）板组成，材料细（或薄），孔隙率大，加之排列规整，因而气流通过能力大，压降小。能适用于高真空及精密精馏塔器。由于丝网（或开孔）板波纹材料细（或薄），比表面积大，又能从选材（或加工）上确保液体能在网体或板面上形成稳定薄液层，使填料表面润湿率提高、避免沟流现象，从而提高传质效率。气液两相在填料中不断呈Z形曲线运动（如图）、液体分布良好、充分混合、无积液死角，因而放大效应很小。适用于大直径塔设备。 图2-8 丝网型 图2-9 孔板型近年来波纹填料发展较快，有逐步取代其他填料及部分板式塔的倾向，但造价、安装要求较高，因而受到某种程度的影响。波纹填料的几何特征参数见下：表2-2 波纹填料的几何特征参数名称类型材料比表面(m2/m3)水力学直径dx/mm倾角/孔隙率/%密度/(kg/m3)丝网波纹填料金属丝网AX不锈钢250153095125BX5007.53090250CY70054585350塑料丝网BX聚丙烯/聚丙腈4507.53085120板波纹填料金属薄板Mellapak125Y/125X不锈钢碳钢铝125-45/3098.5100250Y/250X2501545/3097200350Y/350X350-45/3095280500Y/500X500-45/3093400塑料薄板Mellapak125Y聚丙烯聚偏氯乙烯125-4598.537.5250Y25015459775陶瓷薄片Karapak BX陶瓷45063075550Melladur250-45-表2-3 工业常用波纹填料性能以及应用范围填料类型气体负荷F/(m/s)(kg/m3)0.5每块理论板压降/Pa(mmHg)每米填料理论板数滞留量/%操作压力/Pa(mbar)填料适用范围AX2.53.5约40（约0.3）2.52102103（11000）要求处理量与理论板不多的蒸馏BX22.440(0.3)54102105（11000）热敏性，难分离物系的真空精馏CY1.32.467(0.5)1065103105（501000）理论板的有机物蒸馏，限制高度的塔塑料丝网波纹BX22.4约60（约0.45）约5815102105（11000）低温（80）下，脱除强臭味物质，回收溶剂Mellapak 250Y2.253.5100（0.75）2.535104（100）中等真空度以上压力及有污染的有机物蒸馏，常压和高压吸收（解吸）。2.2.3 塔形对比选择时应考虑的因素有：物料性质、操作条件、塔设备性能及塔的制造、安装、运转、维修等。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。下表是填料塔和板式塔的性能与特点的对比。塔型项目填料塔板式塔压降小尺寸填料，压降较大，大尺寸及规整填料，压降较小。较大空塔气速（生产能力）小尺寸填料气速较小，大尺寸及规整填料气速较大。较大塔效率传统填料，效率较低，新型乱堆及规整填料效率较高。较稳定、效率较高液-气比对液体量有一定要求。适用范围较大持液量较小较大安装、检修新型填料制备复杂，造价高，检修清理困难，可采用非金属材料制造，但安装过程较为困难直径在600mm以下的塔安装困难，金属材料耗量大材质金属及非金属材料均可一般用金属材料造价新型填料，投资较大大直径时造价较低塔重较重较轻操作弹性取决于填料性能和塔内件设计，一般操作弹性较小受到塔板液泛和液漏的限制而有一定的操作弹性，操作弹性较大结构特点塔内设置有多层整砌或乱堆的填料，如拉西环、鲍尔环、鞍型填料等散装填料，格栅、波纹板等规整填料每层板上装配有不同型式的气液接触元件或特殊结构操作特点微分式接触，可采用逆流操作，也可采用并流操作气液逆流逐级接触适用场合处理强腐蚀性，液气比大，真空操作要求压力降小的物料处理量大，操作弹性大，带有污垢的物料表2-4 填料塔与板式塔的对比2.3 塔设备设计的一般原则选择时应考虑的因素有：物料性质、操作条件、塔设备性能及塔的制造、安装、运转、维修等。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。一般填料塔比板式塔重。大塔以板式塔造价较廉。填料塔用于吸收和解吸过程，可以达到很好的传质效果，它具有通量大、阻力小、传质效率高等性能。因此实际过程中，吸收、解吸和气体洗涤过程绝大多数都使用填料塔。（4）本厂的实际情况、在各个工段中，既含有乙醇、乙烯等腐蚀性小的物系，又含有醋酸等腐蚀性较大且危险性较大的物系，因此在塔型选择时应分别考虑。、无固体悬浮物。、常压、减压、加压操作均存在。、塔径一般较大，个别为小尺寸。、从成本出发，优先考虑板式塔，但在一些吸附过程中，同时使用填料塔。综上，塔设备的选型可以依照下列顺序：表2-5 塔形选择依据考虑因素选择顺序塔径800mm以下，填料塔大塔径，板式塔具有腐蚀性的原料填料塔穿流式筛板塔喷流型塔污浊液体大孔径筛板塔穿流式塔喷流式塔操作弹性浮阀塔泡罩塔浮阀塔真空操作泡罩塔筛板塔填料塔导向筛板网孔筛板大液气比筛板浮阀塔板多降液管筛板塔填料塔喷射型塔存在两液相的场合浮阀塔筛板塔2.4 塔的选型结果结合以上所述与本厂生产实际情况，本厂的塔形选择结果如下表所示：表2-6 塔设备简介一览表塔设备编号塔设备名称设备类型T0201骤冷塔浮阀塔T0202碱洗塔浮阀塔T0203分子筛脱水塔填料塔T0204脱重塔组合塔T0205脱轻塔填料塔T0301醋酸洗涤塔浮阀塔T0302乙醇胺吸收塔填料塔T0303乙醇胺解析塔填料塔T0401气体分离塔组合塔T0402醋酸分离塔组合塔T0403甘油萃取精馏塔筛板塔T0404热泵精馏塔筛板塔T0405甘油再生塔筛板塔T0406醋酸共沸塔筛板塔T0407醋酸再生塔浮阀塔2.5 醋酸洗涤塔的设计（T0301）2.5.1 概述本节将醋酸洗涤塔T0301为例进行详细设计。T0301是醋酸洗塔，目的是为了吸收气液分离罐出口气体中的醋酸乙烯气体，醋酸液体从塔顶喷洒，醋酸乙烯混合气从塔底进料，二者逆流接触，从而使醋酸乙烯由气相转移至液相，最后从塔釜排出，送至醋酸乙烯精馏工段。T0301是本工艺的重要设备之一，因此对其进行详细设计，作为塔设备的设计范例具有代表性。在T0301的设计中，用到的相关软件有Aspen plus V10、SW6-2011，其相关用途见下表。表2-7 设计所使用的软件名称用途Aspen plus V10塔的种类选择与参数估算SW6-211机械强度校核与设计2.5.2 T0301塔设计条件2.5.2.1 流股参数经过Aspen模拟和优化，得到T0301进出口流股信息如下表所示。表2-8 流股信息进出口进口出口流股信息混合气醋酸洗液洗气醋酸液流股编号S0310S0453S0315S0402PhaseLiquid PhaseVapor PhaseLiquid PhaseTemperature（C）33.71 6.46 63.03 41.14 Pressure（bar）10.00 10.00 8.80 8.80 Molar Vapor Fraction0.98 0.00 1.00 0.00 Mole Flows（kmol/hr）1883.29 100.00 1886.16 97.13 Mass Flows（kg/hr）55026.29 5970.70 54994.23 6002.76 Volume Flow（cum/hr）4727.01 5.45 5740.02 5.99 Mass Flows/kg/hrH20.00 0.00 0.00 0.00 CO0.03 0.00 0.03 0.00 CO2679.15 0.00 679.02 0.13 H2O160.23 15.50 8.29 167.44 CH4O0.00 0.00 0.00 0.00 C2H6O0.00 0.00 0.00 0.00 C2H450941.96 0.00 50940.45 1.50 C2H60.00 0.00 0.00 0.00 C2H4O63.44 0.00 51.74 11.69 C3H60.00 0.00 0.00 0.00 C4H10O0.00 0.00 0.00 0.00 C4+0.00 0.00 0.00 0.00 YWC0.00 0.00 0.00 0.00 CH40.26 0.00 0.26 0.00 NAOH0.00 0.00 0.00 0.00 H3O+0.00 0.00 0.00 0.00 HCO3-0.00 0.00 0.00 0.00 Na+0.00 0.00 0.00 0.00 OH-0.00 0.00 0.00 0.00 Na2CO30.00 0.00 0.00 0.00 CO3-20.00 0.00 0.00 0.00 NaHCO30.00 0.00 0.00 0.00 N20.00 0.00 0.00 0.00 HAC866.93 5952.48 2899.78 3919.63 VAC2229.49 0.00 375.64 1853.85 MEA0.00 0.00 0.00 0.00 C2H6O20.00 0.00 0.00 0.00 C3H4O39.20 0.00 20.73 18.47 C3H6O244.80 0.00 18.13 26.66 C2H4O-20.00 0.00 0.00 0.00 C6H10O40.82 2.72 0.16 3.37 C4H6O20.00 0.00 0.00 0.00 MEAH+0.00 0.00 0.00 0.00 MEACOO-0.00 0.00 0.00 0.00 MDEA0.00 0.00 0.00 0.00 MDEAH+0.00 0.00 0.00 0.00 O20.00 0.00 0.00 0.00 C4H8O20.00 0.00 0.00 0.00 GY0.00 0.00 0.00 0.00 ADIPO-010.00 0.00 0.00 0.00 C4H100.00 0.00 0.00 0.00 C5H120.00 0.00 0.00 0.00 Mass FractionsH20.00 0.00 0.00 0.00 CO0.00 0.00 0.00 0.00 CO20.01 0.00 0.01 0.00 H2O0.00 0.00 0.00 0.03 CH4O0.00 0.00 0.00 0.00 C2H6O0.00 0.00 0.00 0.00 C2H40.93 0.00 0.93 0.00 C2H60.00 0.00 0.00 0.00 C2H4O0.00 0.00 0.00 0.00 C3H60.00 0.00 0.00 0.00 C4H10O0.00 0.00 0.00 0.00 C4+0.00 0.00 0.00 0.00 YWC0.00 0.00 0.00 0.00 CH40.00 0.00 0.00 0.00 NAOH0.00 0.00 0.00 0.00 H3O+0.00 0.00 0.00 0.00 HCO3-0.00 0.00 0.00 0.00 Na+0.00 0.00 0.00 0.00 OH-0.00 0.00 0.00 0.00 Na2CO30.00 0.00 0.00 0.00 CO3-20.00 0.00 0.00 0.00 NaHCO30.00 0.00 0.00 0.00 N20.00 0.00 0.00 0.00 HAC0.02 1.00 0.05 0.65 VAC0.04 0.00 0.01 0.31 MEA0.00 0.00 0.00 0.00 C2H6O20.00 0.00 0.00 0.00 C3H4O0.00 0.00 0.00 0.00 C3H6O20.00 0.00 0.00 0.00 C2H4O-20.00 0.00 0.00 0.00 C6H10O40.00 0.00 0.00 0.00 C4H6O20.00 0.00 0.00 0.00 MEAH+0.00 0.00 0.00 0.00 MEACOO-0.00 0.00 0.00 0.00 MDEA0.00 0.00 0.00 0.00 MDEAH+0.00 0.00 0.00 0.00 O20.00 0.00 0.00 0.00 C4H8O20.00 0.00 0.00 0.00 GY0.00 0.00 0.00 0.00 ADIPO-010.00 0.00 0.00 0.00 C4H100.00 0.00 0.00 0.00 C5H120.00 0.00 0.00 0.00 操作环境中存在有醋酸、乙烯、醋酸乙烯、水等，醋酸对普通碳钢具有很强的腐蚀性。根据化工工艺设计手册第五版第四十八章关于金属材料的记载可知，S31608对醋酸的耐腐蚀性很好，因此选择S31608作为筒体及封头的材料。2.5.2.2 设计温度与设计压力根据GB150-2011的规定，设计压力为设计温度下的最大工作压力，一般为正常工作压力的1.051.1倍，设计压力应高于正常工作压力。T0301的工作压力1Mpa，取设计压力为工作压力的1.1倍，因此设计压力：体系最高温度为25，设计温度需要比最高工作温度高1530，因此取设计温度为50。2.5.2.3 实际总板数及加料板的确定由Aspen模拟得到的理论板数为10块，理论加料板位置为第1块和第10块。图2-10 理论板数优化2-11 进料板优化根据Aspen的模拟结果，设备的理论塔板数和进料板位置如下表所示：表2-9 理论塔板数与进料板名称理论塔板数进料板位置醋酸洗塔101、10当塔板设计合理且操作条件在正常范围内时，则板效率比较固定，不易受设计条件或操作条件的变化而变化。因此，物料性质是影响塔板效率的最重要的因素，取Oconnell法计算塔效率：计算后得ET=0.6832所以实际塔板数根据生产要求，实际进料板为塔顶和塔底，因此实际进料板为第1块和第15块。2.5.3 塔形选择根据上一节的说明，T0301设置为浮阀塔。2.5.4 塔径及塔内件的计算在Aspen Plus V10内的Column Internals模块中新建塔内件设计，如下图所示：图2-12 新建塔内件设计点击Add New添加塔板，全塔共有10块理论板。图2-13 塔板类型、板间距、塔径的设置根据Aspen Plus自动优化给出的结果，此塔为单段浮阀塔。根据化工工艺设计手册中的要求，对塔板参数进行调整，使得塔内流体流动参数符合设计规定并满足工艺许需要。在此原则上，塔径为1.4m，板间距为0.6m，流程数为1，浮阀采用Nutter-BDP型，浮阀个数为75个/m2。塔板的具体参数由Aspen Plus进行详细设计，如下如所示：图2-14 浮阀塔的详细参数参数输入完全后，进行运算，运行结果无报错，无警告，说明塔内件设计合理。塔的详细参数如下表所示：表2-10 T0301塔板详细结构参数-基本参数参数名称单位数值/种类塔板类型浮阀起始塔板第1块终止塔板第10块直径m1.40板间距m0.60筒体总高度m6降液管数个2孔径mm12.7横截面积m21.5394有效传质区面积m21.2315净面积m21.38544表2-11 T0301 塔板详细结构参数-降液管参数区域侧降液管的数值单位降液管底隙高度0.0373m降液管顶部高度219.066mm降液管底部宽度219.066mm降液管顶部面积0.1539m2降液管底部面积0.1539m2表2-12 T0401 塔板详细结构参数-溢流堰参数区域数值单位溢流堰长度50mm溢流堰高度1017mm表2-13 T0401 塔板详细结构参数-盘面参数项目A单位精馏段流路长度2.71m提馏段流路长度1.64m2.5.5 塔的水力学校核水力学结果如下图：图 2-16 水力学校核结果水力学性能剖面图表如下:表2-14 塔的水力学数据塔板数(Stage)液泛因子(%Jet flood)降液管液位高度/板间距（%Downcomer backup(Aerate)）干板压降(bar)(Dry pressure drop)降液管停留时间(s)(Side downcomer residence time)172.58537.5050.011714.58272.72037.6270.0117814.56372.74137.6480.0117614.55472.75037.6580.0117614.54572.76237.6720.0117614.52672.78337.6990.0117614.48772.82937.7590.0117614.38872.93837.9020.0117714.16973.22138.2720.0117813.591074.12640.0610.0117810.18观察本塔的模拟结果，可以看出，在给定的条件下，全塔的液泛因子均介于0.60.85（60%85%）之间，降液管液位高度与板间距的比值介于0.20.5（20%50%）之间，降液管停留时间均大于4秒，说明本塔运行工况良好，符合要求。2.5.6 设计条件汇总由以上各节的计算结果可得下表。表2-15 设计条件一览表设计条件参数设计压力/Mpa1.1设计温度/50实际塔板数15实际加料位置第1块、第15块理论塔板数10理论加料位置第1块、第15块塔体材料S316082.5.7 塔设备的机械设计2.5.7.1 塔高的计算2.5.7.1.1 筒体的高度根据标准 SH3098-2011石油化工塔器设计规范，相邻人孔间的距离宜为5 m左右。为了方便清洗、检查、维修，应在塔上开设人孔，人孔的公称直径为500 mm。由于T0301的塔板板间距HT1=600 mm，共15块塔板。故在塔中间与塔底开2个人孔。开设人孔的塔板间距HT为800 mm。因此可求得塔板段的塔高Hb为：塔顶空间高度的作用是安装塔板和开人孔的需要，也使气体中的液体自由沉降，减少塔顶出口气中的液滴夹带，空间高度一般取 1.001.50 m，此处取Hd=1.50 m；塔底空间高度具有贮存槽的作用，塔底釜液最好能在塔底有 1015min 的储量，以保证塔底料液不至排完。对于塔底产量较大的塔，塔底容量可取小些，取 25 min的储量。此处 Hw取 1.50 m。综上所述，塔的筒体高度H1为：2.5.7.1.2 封头的高度封头的选型根据GB/T25198-2010 压力容器封头选型。该塔精馏段内径为1400 mm，故上封头选用DN=1400 mm的EHA型标准椭圆封头，总深度H2=375 mm。其中，曲边高度为hi=350 mm，直边高度h=25 mm。2.5.7.1.3 裙座的高度裙座的型式分为圆柱形和圆锥形两种。裙座高度是指从塔底封头切线到基础环之间的高度。由于塔体的内径设置为1400 mm，此处选用DN=1400 mm 的圆柱形裙座，裙座高度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。则裙座高度 H3：综上所述，全塔的总高度H为：2.5.8 接管的计算接管的管径计算使用HG/T20570.6-1995 管径的选择中的计算方法进行计算，计算后的管径通过SH/T3405-2012 石油化工钢管尺寸系列进行圆整。1.塔顶气体出料管接管设计取气体流速为10 m/s，根据Aspen模拟结果，塔顶气体的流量为4902.3 m3/h。则塔顶出料管管径为：根据中国石化无缝钢管SH3405-2012，选择45711 mm规格的钢管作为气体出口物料接管，且该管开在筒体上封头处。2.塔底液体出料管接管设计取液体流速为2 m/s，根据Aspen模拟结果，塔底液体的流量为8.62 m3/h。则塔底出料管管径为：根据中国石化无缝钢管SH3405-2012，选择484 mm规格的无缝钢管作为液体出料管的接管，且该管开在筒体下封头处。3.塔顶进料管接管设计取液体流速为2 m/s，根据Aspen模拟结果，进料液体流量为5.45 m3/h。则进料管的管径为：根据中国石化无缝钢管SH3405-2012，选择423mm规格的无缝钢管作为液体出料管的接管，且该管开在筒体塔顶富裕空间筒体处。4. 塔底进料管接管设计取进料气体流速为10 m/s，根据Aspen模拟结果，进料液体流量为4273.36 m3/h。则进料管的管径为：根据中国石化无缝钢管SH3405-2012，选择4068