定型设备选型与非标设备设计

镇海炼化72kt/a硫磺回收制二硫化碳生产项目定型设备选型与非标设备设计III2017“东华科技-陕鼓杯”第十一届全国大学生化工设计竞赛镇海炼化72kt/a硫磺回收制二硫化碳生产项目定型设备选型和非标设备设计团队名称： 安徽工程大学硫芳百世团队 指导老师： 李芳 方兴龙 杨仁春 李兴扬 任一鸣 团队成员： 吴中善 李涛 杨近 黄旭 潘维利 完成时间：2017年7月I目 录绪论10.1 过程设备的选型目的和基本要求10.2 设计依据和原则10.3 过程设备设计与选型原则10.4 设计标准与依据20.5 全厂设备概况2第一章 塔设备设计41.1 塔设计要求41.2 塔的类型41.2.1 填料塔和板式塔的比较41.2.2 板式塔61.2.3 填料塔81.2.4 塔型的结构与选择91.3 塔设备设计举例二硫化碳精馏塔T0301101.3.1 工艺设计101.3.2 Cup-Tower精馏塔工艺结构计算281.3.3 机械设计351.3.4. 塔设备计算结果一览表691.3.5. 设备条件图711.4 塔设备设计举例硫化氢解吸塔T0402721.4.1 工艺设计721.4.2 工艺计算结果一览表911.4.3 机械设计931.4.4 塔设备计算结果一览表1281.4.5 设备条件图128第二章 换热器设计1292.1 换热器概述1292.2 换热器分类与特性1292.3 换热器选型1312.3.1 选型原则1312.3.2 选型步骤1342.4 详细设计举例E03071352.4.1 工艺设计1352.4.2 换热器机械设计1452.4.3 换热器筒体、管箱、封头的厚度计算1472.4.4 换热器其它零部件设计1492.4.5 地震载荷、风载荷及耐压试验校核1512.4.6 换热器机械校核1512.4.7 换热器设计条件及计算结果汇总表1732.4.8 设备条件图1742.4.9 换热器选型结果174第三章 反应器设计1753.1 反应器概述1753.2 反应器设计示例一级克劳斯反应器R02011773.2.1 反应方程式1773.2.2 反应条件1773.2.3 反应器工艺设计1783.2.4 反应器机械设计1843.2.5 反应器机械校核1953.2.6 反应器设计条件及计算结果汇总表2103.2.7 设备条件图211第四章 泵选型2124.1 泵的概述2124.2 泵选用要求2134.3 泵选用依据2164.4 泵选型示例二硫化碳精馏塔塔釜出料泵P03022174.4.1 进料状况2174.4.2 泵参数计算2184.4.2 选型结果2194.4 泵选型结果219第五章 储罐选型2205.1 储罐概述2205.2 储罐分类2205.3 储罐选型原则2205.3.1 立式平底筒形储罐的选型方法2205.3.2 球形储罐的选型方法2215.4 储罐选型示例液硫储罐V02052215.4.1 硫磺性质2215.4.2 工艺要求2215.4.3 选型结果2215.5 储罐选型结果222第六章 气液分离器设计2236.1 气液分离器设计依据2236.2 气液分离器类型2236.3 设计示例尾气处理气液分离器V04012236.3.1 物流参数2236.3.2 尺寸参数2236.3.3 地震载荷、风载荷及耐压试验校核2276.3.3 尺寸校核2276.4 选型结果236第七章 压缩机选型2377.1 压缩机概述2377.2 压缩机选用要求2377.3 压缩机选型实例C0301选型2387.4 压缩机选型结果239第八章 膜分离器设计2408.1 膜分离器概述2408.1.1 膜分离器分类2408.1.2 气体膜分离器中气体的流型与流动导向2438.2 膜分离器选型2448.3 膜分离器模型建立2458.3.1 模型假设2458.3.2 模型建立2458.3.3 MATLAB模拟计算2468.3.4 设计结果248第九章 定型设备选型与非标设备设计一览表2499.1 定型设备与非标设备的区分2499.2 塔设备设计一览表2509.3 换热器设计一览表2519.4 反应器设计一览表2539.5 汽液分离器设计一览表2549.6 泵选型一览表2559.7 储罐选型一览表2579.8 压缩机选型一览表2589.9 加热炉选型一览表259270绪论0.1 过程设备的选型目的和基本要求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。过程设备的第一个基本要求是能满足工艺要求。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。还有一个基本要求，经济上要合理。在满足前一个基本要求之后，要考虑尽量降低设备的生产费用和操作费用，这样才能使企业获得更大的利益。0.2 设计依据和原则化工设备从总体上分为两类，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、需要专门设计的特殊设备，如反应器、塔器等。0.3 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。0.4 设计标准与依据表0-1 设计标准与依据名称标准号压力容器GB 150-2011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 13007-20110.5 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4台，塔设备6台，泵60台，换热器47台，各类储罐12个，气液分离器4个、压缩机25个，加热炉1台，膜分离器1台，共计设备160台。除塔设备、反应器、换热器及气液分离罐为自主设计非标设备外，其余设备均为定型设备。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。全厂重型机器多，如反应器，反应精馏塔，设备安装时多采用现场组焊的方式。第一章 塔设备设计塔器是气液、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。1.1 塔设计要求(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。1.2 塔的类型工业上使用的塔类型主要是填料塔和板式塔两种，对于填料塔和板式塔的比较和选择如下。1.2.1 填料塔和板式塔的比较表1-1 精馏塔的主要类型及特点类型板式塔填料塔结构特点每层板上装配有不同型式的气液接触元件或特殊结构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、波纹板等规整填料操作特点气液逆流逐级接触微分式接触，可采用逆流操作，也可采用并流操作设备性能空塔速度（亦即生产能力）高，效率高且稳定；压降大，液气比的适应范围大，持液量大，操作弹性小大尺寸空塔气速较大，小尺寸空塔气速较小；要求液相喷淋量较大，持液量小，操作弹性大制造与维修直径在600 mm以下的塔安装困难，金属材料耗量大新型填料制备复杂，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适用场合处理量大，操作弹性大，带有污垢的物料处理强腐蚀性，液气比大，真空操作要求压力降小的物料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。同样，吸收过程也分为液膜控制、气膜控制和介于两者之间的共同控制吸收三种类型。气膜控制的吸收与真空精馏相似，应优先考虑选用高效规整填料塔；液膜控制的吸收与加压精馏相似，往往选用板式塔或汽液湍动大、持液量高的散装填料塔；介于两者之间的，宜采用比表面积大、持液量高、液相湍动大的填料塔，一般多采用散装填料塔。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800 mm时，宜用板式塔，小于800 mm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。1.2.2 板式塔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48mm，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。国内常用浮阀有3种：F1型、V-4型和T型。三种浮阀中，F1型浮阀最简单，该类型浮阀已被广泛使用，我国已有颁布标准（JB 1118-68）。F1型阀又分重阀与轻阀两种，重阀用厚度2 mm钢板冲成，阀质量约33 g，轻阀用厚度1.5 mm钢板冲成，质量约25 g。阀重则阀的惯性大，操作稳定性好，但气体阻力大。一般采用重阀，只有要求压降很小的场合，如真空精馏时才使用轻阀。3种阀的主要尺寸见下表：表1-2 三种阀主要尺寸阀的类型F1型（重阀）V-4型T型筛孔直径/mm393939阀片直径/mm484850阀片厚度/mm21.52最大开度/mm8.58.58静止开度/mm2.52.51.0-2.0阀片质量/mm32-3435-2630-32表1-3 各类塔板性能比较指标溢流式穿流式F形浮阀十字架形浮阀条形浮阀筛板舌形板浮动喷射塔板圆形泡罩条形泡罩S形泡罩栅板筛孔板波纹板液体和气体负荷高444444213444低555233333233弹性(稳定操作)555334434112压力降233324000433雾沫夹带量334343112444分离效率554433434444单位设备体积的处理量444444213444制造费用334443213553材料消耗444454223554安装和拆修434443113553维修333333213554污垢物料对操作的影响232123100244注：0不好；1尚可；2合适；3较满意；4很好；5最好1.2.3 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，根据装填方式的不同，可分为散装填料和规整填料两大类。填料的选择主要根据以下几个方面来考虑：（1）比表面积要大，有较高的传质效率；（2）有较大的通量；（3）填料层的压降小；（4）填料的操作性能好；（5）液体的再分布性能要好；（6）要有足够的机械强度；（7）价格低廉。填料的选取包括确定其种类、规格、及材质等。颗粒填料包括拉西环、鲍尔环、阶梯环等，规整填料主要有波纹填料、格栅填料、绕卷填料等。国内学者采用模糊数学方法对九种常用填料的性能进行了评价如表1-4所示：表1-4 九种常用填料性能对比填料名称评估值评价排序丝网波纹填料0.86很好1孔板波纹填料0.61相当好2金属Intalox0.59相当好3金属鞍形环0.57相当好4金属阶梯环0.53一般好5金属鲍尔环0.51一般好6瓷Intalox0.41较好7瓷鞍形环0.38略好8瓷拉西环0.36略好9填料的选择包括确定填料的种类、规格及材质等。所选填料既要满足生产工艺的要求，又要使设备投资和操作费用最低。1.2.4 塔型的结构与选择1.2.4.1 塔设备结构塔设备结构主要包括：塔体、内件、支座及附件。（1）塔体是典型的高大直立容器，多由筒节、封头组成。当塔体直径大于800 mm时，各塔节焊接成一个整体；直径小的塔多分段制造，然后再用法兰连接起来；（2）内件是物料进行工艺过程的地方，由塔盘或填料支承等件组成；（3）支座常用裙式支座；（4）附件包括人、手孔，各种接管、平台、扶梯、吊柱等。具体来讲，应着重考虑以下几个方面：1.2.4.2 本厂实际情况的选择（1）在各个工段中，既含有二硫化碳、甲烷等腐蚀性小的物系，又含有硫化氢、二氧化硫等腐蚀性较大的物系，因此在塔型选择时应分别考虑；（2）在部分工段会产生悬浮物；（3）常压、减压、加压操作均存在；（4）塔径一般较大，个别为小尺寸；（5）从成本出发，优先考虑板式塔，但在一些吸收过程中，同时使用填料塔。具体的选择结果如表1-5所示：表1-5 塔型确定塔设备编号塔设备名称设备类型T0101原料吸收塔填料塔T0102原料解吸塔浮阀塔T0301二硫化碳精馏塔浮阀塔T0401硫化氢吸收塔填料塔T0402硫化氢解吸塔浮阀塔T0403PC脱水塔浮阀塔1.3 塔设备设计举例二硫化碳精馏塔T0301二硫化碳精馏塔T0301操作压力为2.3 MPa，塔顶温度-32.9 ，塔底温度91.9 ，塔板数30块，一股进料，从第12块塔板进料，T0301的详细计算过程如下所述。1.3.1 工艺设计1.3.1.1 水力学参数获得（1） 塔板的选型由1.2.2比较，综合考虑塔板的效率、分离效果和设备的成本、维修等，我们初步选择浮阀塔。（2） 物性参数提取Aspen plus各塔板上的物性参数，选取塔板上气液相负荷最大的第5块塔板进行手工计算和校核，然后再用Aspen plus进行塔的设计和校核，通过比较来检查计算的正确性。采用Aspen Plus对T0301添加Tray Sizing。各塔板上的物性参数如表1-6所示：表1-6 各塔板上的物性参数塔板级数温度/质量流率/（kg/h）体积流率/（m3/h）密度/（kg/m3）黏度/cP表面张力/(dyne/m)液体气体液体气体液体气体液体气体液体气体液体1-32.902978-32.41416913442.248923268.555414.96187823709.6301898.4332566.27247320.227103260.0103322557.46336432-32.414169-32.3402413424.45923250.765614.92826143713.29896899.2647356.261484970.228471740.0103293487.497342713-32.34024-32.21913113443.959723270.266114.9597983703.27436898.6725416.283700260.226994310.01033789117.464628824-32.219131-31.82507513448.460323274.766514.93685773697.72847900.3540466.29434170.227209790.01035621797.488933865-31.825075-30.19354513471.320723297.626414.82091123695.34202908.9401166.304592730.228895210.0104323197.623819596-30.193545-24.53871413625.584823451.888214.39108073694.65924946.8076156.347510480.236973750.01070152988.25947477-24.538714-13.711614323.809124150.107513.53650313659.130621058.16176.599957760.262270450.011241787810.88448288-13.7116-4.439257515523.894725350.195612.93414393598.071391200.225917.045495440.293303150.011723863816.36746069-4.4392575-0.113915116381.632826207.944212.84674193573.464631275.158557.334043260.3029930.011948269321.971145410-0.11391512.2123706216701.518326527.842612.84777883571.095491299.953757.428488740.303136040.012054611424.7786397112.212370628.0276759816564.263926390.595612.675043603.864571306.841167.322859970.302651490.012250663226873893324.370541639583.201628753.804930.37837553240.716791303.005878.87266820.29986770.012957558529.68609231324.370541628.676902441934.179631104.78231.46816053283.588011332.590759.472802880.28052520.013115055837.35423321428.676902429.80925142690.851531861.452931.88910473301.773651338.728459.649799270.272764260.01315376839.31564921529.80925130.125613442888.215932058.816532.00628553302.939611339.993549.706146730.270576310.013165008639.91687161630.125613430.249061742940.096932110.697732.04052313299.241241340.180899.73275230.269896990.013169920740.10057721730.249061730.340588442956.49232127.094832.05449733294.424251340.108119.751960370.269580670.013173664240.12256271830.340588430.495904342961.553132132.157132.06286413289.638311339.916269.767686920.269339010.013178802640.11839611930.495904331.020270242950.074332120.670832.06678253286.291121339.394579.774140420.269052290.013192300440.11009782031.020270233.343989942864.906532035.501632.05381793289.42681337.279289.73893130.268470220.013244620440.10926172133.343989942.328773742555.832331726.4432.05555583312.307621327.564959.578349490.266410330.013398305240.07033092242.328773762.236546142264.430531435.029332.71346313350.947411291.958319.380937830.259191410.013424152639.28657172362.236546180.777660443225.912132396.499535054681228.481559.439389090.245546830.012967414334.76154692480.777660488.618657644852.26634022.8537.92170223563.444011182.759839.547743670.235769120.012620129731.83182612588.618657690.866077945653.7534824.333339.16482913629.582051165.682359.594584930.232562340.01250967430.58797472690.866077991.480136945867.089235037.672439.50535363644.888251161.034779.612824870.231734490.012485892830.23100372791.480136991.69464245878.638735049.222139.55421783643.572071159.892459.619467230.231525050.01248588353069464291.822707645810.479534981.063139.50349463637.542271159.656389.616675370.23149810.012493735530.09508922991.822707691.944101645675.18234845.76639.38491393629.526411159.712639.600637110.231572610.012507014730.07076313091.944101691.944101610829.415909.3359775601159.965930.231769120.010329347530.0454604得到水力学参数表后，从中选择气相负荷最大的塔板，作为设计的计算依据。表1-7 第2块塔板物性参数物性参数液体气体温度/-32.414169-32.34024质量流率/（kg/h）13442.248923268.5554体积流率/（m3/h）14.92826143713.29896密度/（kg/m3）899.2647356.26148497黏度/cP0.228471740.010329348表面张力/（dyne/m）7.497342711.3.1.2 水力学参数获得塔径计算塔板间距HT的选取与塔高、塔径、物性性质、分离效率、操作弹性以及塔的安装、检修等因素有关。设计时通常根据塔径的大小，由表1-8列出的塔板间距的经验数值选取。表1-8 塔板间距和塔径的关系塔径Di/m0.30.50.50.80.81.61.62.02.02.42.4板间距HT/mm200300300350350450450600500800800初选塔板间距HT=450 mm板上液层高度hL=60 mmHT-hL=390 mm气液两相流动参数：LhVh(LV)0.5=14.928263713.299899.26476.261480.5=0.0482查史密斯关联图：图1-1 史密斯关联图可查得：C20 = 0.085矫正到表面张力为7.497 mN/m时C=C20(20)0.2=0.085(7.49720)0.2=0.0699泛点气速：umax=C(L-VV)0.5=0.0699(899.2647-6.261486.26148)0.5=0.835 m/s为避免雾沫夹带及液泛的发生，一般情况，u=(0.60.8)umax在此取安全系数0.8u=0.80.835=0.668 m/s所以，初算塔径D=4Vsu=41.0313.140.668=1.77 m圆整后取D=1.80m对应板间距范围为350600 mm，故满足条件，假设成立。实际塔板面积 AT=D24=3.141.824=2.5434m2实际空塔气速 u=4VsD2=41.0313.141.8=0.730m/s 1.3.1.3 溢流方式的确定降液管的类型：降液管是塔板间流体流动的通道，也是使溢流液中所夹带气体得以分离的场所。降液管有圆形和弓形以及倾斜弓形三类。圆形降液管一般只适用于小直径塔，对于直径较大的塔，常用弓形降液管。塔板结构形式选择何种降液方式要根据流量、塔径大小等条件综合考虑。下表可在设计时供参考作用。表1-9 不同降液管的比较降液管形式弓形圆形倾斜弓形简图特点及适用条件堰与壁之间的全部截面区域均作为降液容积，适用于较大直径的塔，塔板面积利用率较高。在弓形降液管内另装圆管作为降液管，适用于液量较小的情况。此形式有利于塔截面的充分利用，适用于大直径的塔及气液负荷较大的情况。综合以上条件，选取倾斜弓形降液管。降液管的溢流方式：液体在塔板上的流动路径是由降液管的布置方式决定的。一般常用的有：（a）U型流；（b）单溢流；（c）双溢流；（d）阶梯式双溢流U型流也称回转流，降液和受液装置都安排在塔的同一侧。弓形的一半做受液盘，另一半做降液管，沿直径以挡板将版面隔成U形流道。单溢流又称直径流，液体自受液盘流向液流堰。液体流径长，塔板效率较高，塔板结构简单，广泛应用于直径在2.2 m以下的塔中。双溢流又称半径流，来自上层塔板的液体分别从左右两侧的降液管进入塔板，横过半个塔板进入中间的降液管，在下层塔板上液体则分别流向两侧的降液管。这种溢流形式可减小液面落差，但塔板结构复杂，且降液管占塔板面积较多，一般用于直径2 m以上的大塔中。阶梯式双溢流的塔板做成阶梯形，目的在于减小液面落差而不缩短液体流径。每一阶梯均有溢流堰。这种塔板结构复杂，只适用于塔径很大、流量很大的特殊场合。目前，凡直径在2.2 m以下的浮阀塔，一般采用单溢流，直径大于2.2 m的塔可采用双溢流及阶梯式双溢流。下表列出了溢流类型、塔径、液体负荷之间的关系。表1-10 液体负荷与溢流类型的关系塔径/（mm）液体流量/（m3/h）U形流单流型双流型阶梯流型10007以下45以下14009以下70以下200011以下90以下90160300011以下110以下110200200300400011以下110以下110230230350500011以下110以下110250250400600011以下110以下110250250450综合考虑，本塔选择溢流方式为单溢流。1.3.1.4 塔径初步核算雾沫夹带，取 故堰长 lw=0.61800=1080mm由化工原理（夏清、贾绍义编制）图3-10查弓形降液管的参数，如下图所示：由图可知 AfAT=0.055，WdD=0.11图1-2 弓形降液管的几何关系则弓形降液管面积：Af=AT0.055=2.54340.055=0.140 m2Wd=0.11.8=0.198 m所以, WG=VSAT-Af=1.0312.5434-0.140=0.429 m/s又因为带入数据可得hf=2.5hw+how=2.50.06=0.15 m则雾沫夹带量：eV=0.0057(WGHT-hf)3.2=0.00577.497(0.4290.45-0.15)3.2=0.00239kg液/kg汽因为0.0239kg液/kg汽5 s根据以上两步核算的结果，可认为塔径D=1.8 m是合适的。1.3.1.5 塔板布置设计（1） 溢流堰及降液管设计堰的设计因为受液盘为凹形受液盘，所以没有内堰。Lhlw2.5=14.928261.082.5=12.315图1-3 液流收缩系数由化工原理（夏清、贾绍义编制）图3-8液流收缩系数计算图查得： E=1.03由弗朗西斯公式，堰上液层高度 how=2.841000E(Lhlw)2/3=0.002841.03(14.928261.08)2/3=0.0168m由于0.006mhowu0=1.597 m/s故hc=19.9u00.175L=19.91.5970.175899.2647=0.024 mB) 板上充气液层阻力取充气因数0=0.35则hl=0hL=0.350.06=0.021 mC) 液体表面张力所造成的阻力h=2hLg浮阀塔的h值通常很小，计算时可以忽略。由以上计算可知：hp=hc+hl+h=0.045 m液柱即Pp=hpLg=0.045899.26479.81=397.0 Pa在265530Pa区间内，故压力降合理。液泛降液管内的清液层高度Hd=hp+hL+hd塔板上不设进口堰hd=0.153(Lslwh0)2=0.153(14.92846/36001.080.0372)2=0.0158 m则Hd=hp+hL+hd=0.045+0.06+0.0158=0.1208 m取校正系数=0.6则有HdHT+hw=0.60.45+0.0432=0.296 m所以不会发生液泛。雾沫夹带液泛因子可按下面的经验式计算：液泛因子=VsVL-V+1.36LSZLKCFAb100%或液泛因子=VsVL-V0.78KCFAb100%由下表取物性系数K=1.0表1-11 物性系数K系 统物性系数K无泡沫，正常系统1.0氟化物（如BF3，氟利昂）0.9中等发泡系统（如胺及乙二醇再生塔）0.85多发泡系统（如胺及乙二胺吸收塔）0.73严重发泡系统（如甲乙酮装置）0.60形成稳定泡沫的系统（如碱吸收塔）0.30泛点负荷系数CF由泛点负荷系数图查得CF=0.128图1-4 泛点负荷系