3-1典型设备选型计算说明书

2017“东华科技-陕鼓杯”第十一届全国大学生化工设计竞赛宁波经济技术开发区石油化工园区含硫废气综合治理及资源化项目典型设备选型计算说明书上海电力学院一碗炸酱面-SPN团队成员：王思宇 杜舒华 陈永泰 郭波 魏小琴指导老师：朱晟 郭文瑶 辛志玲 徐群杰宁波经济技术开发区石油化工园区含硫废气综合治理及资源化项目典型设备选型计算说明书目 录第一章 总述11.1 过程设备的基本要求11.2 过程设备设计的作用11.3 过程设备设计与选型的主要内容1第二章 塔设备设计32.1 设计规范32.2 塔设备设计目标32.3 塔设备选型依据32.3.1 塔设备选型基本原则32.3.2 塔设备分类介绍42.3.3 板式塔的具体选择72.3.4 填料塔的具体选择112.3.5 塔设备选型方法132.4 塔主要结构尺寸的确定132.4.1 塔板间距132.4.2 塔的顶部、底部空间及裙座高度142.5 塔结构设计(以T0303为例)152.5.1 塔体结构设计152.5.2 塔盘结构具体设计172.5.3 塔盘结构校核212.6 塔机械结构计算与校核252.6.1 硫化氢解吸塔塔高的计算252.6.2 接管设计262.6.3塔体机械强度校核272.7 塔体计算与校核小结372.8 T0303硫化氢解吸塔工艺条件图382.9 塔设备选型一览表38第三章 换热器选型403.1 换热器选型设计依据403.2 换热器类型简介403.3 换热器选用原则423.3.1 基本要求423.3.2 介质流程433.3.3 终端温差433.3.4 流速选择443.3.5 压力降443.3.6 传热膜系数453.3.7 污垢系数453.3.8 换热管463.4 换热器型号表示方法473.5 换热器选型示例(以E0210为例)483.5.1 选型用软件一览483.5.2 工艺参数确定483.5.3 换热器结构参数的确定503.5.4 换热器结构校核553.6 换热器机械强度校核593.7 换热器计算与校核小结723.8 E0210进料预热器工艺条件图733.9 “洁能芯”的使用743.9.1 “洁能芯”使用背景743.9.2 “洁能芯”结构原理743.9.3 “洁能芯”作用原理753.10热器选型结果汇总76第四章 气液分离器设计784.1 设计依据784.2 气液分离器类型784.3 分离器原理784.4 分离器简介794.4.1 气液分离器工艺参数794.4.2 类型选择794.4.3 尺寸设计79第五章 泵选型855.1 概述855.2 选型原则855.3 泵选型实例(以P0101为例)875.4 泵选型结果一览表90第六章 压缩机选型916.2 C0102936.3 C0103946.4 C0201956.5 C0202966.6 C0203976.7 C0204986.8 C0205996.10 C03011006.11 C03021016.12 C0501102第七章 储罐选型设计1037.1 储罐选型依据1037.2 储罐选型原则1037.2.1 立式平底筒形储罐的选型方法1037.2.2 球形储罐的选型方法1037.3 原料储罐1047.3.1 甲醇1047.3.2 氢气1047.4 产品储罐1057.4.1 甲硫醇1057.4.2 二甲基硫醚1057.4.3 二甲醚1067.5 缓冲和回流罐1067.5.1 T0102A精馏塔塔顶回流罐1067.5.2 T0102B精馏塔塔顶回流罐1077.5.3 T0202精馏塔塔顶回流罐1077.5.4 T0301精馏塔塔顶回流罐1077.5.5 T0303精馏塔塔顶回流罐1077.5.6 T0401精馏塔塔顶回流罐1087.5.7 T0402精馏塔塔顶回流罐1087.5.8 T0403精馏塔塔顶回流罐1087.5.9 T0501精馏塔塔顶回流罐1087.6 储罐选型一览表109IV第一章 总述1.1 过程设备的基本要求过程设备最基本的要求是满足安全性与经济性，安全是核心，在充分保证安全的前提下尽可能做到经济。经济性包括经济的制造过程，经济的安装、使用与维护，设备的长期安全运行本身就是最大的经济。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。过程设备上所有部件都必须有足够的强度、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。1.2 过程设备设计的作用设备工艺设计是工程设计的基础。化工设备从工艺设计的角度可以分为两类：一类是标准设备或定型设备，是成批、成系列生产的设备，并可以从厂家的产品目录或手册中查到其规格及型号，可直接从设备生产厂家购买；另一类是非标设备或称非定型设备，是根据工艺要求、通过工艺计算及设备专业设计人员设计、需要专门设计的特殊设备，然后由有资格的厂家制造。1.3 过程设备设计与选型的主要内容(1) 确定单元操作所用设备的类型。这项工作应与工艺流程设计结合起来进行、(2) 确定设备的材质。根据工艺操作条件(温度、压力、介质的性质)和对设备的工艺要求确定符合要求的设备材质。这项工作应与设备设计专业人员共同完成。(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。对不同的设备，它们有不同的设计参数。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) 确定定型设备(即标准设备)的型号或牌号以及数量。定型设备是一些加工厂成批、成系列生产的设备，即那些可以直接向生产厂家订货或购买的现成设备。对已有标准图纸的设备，确定标准图的图号和型号。随着中国化工设备标准化的推进，有些本来用于非标设备的化工装置，已逐步走向系列化、定型化。这些设备包括换热器系列、容器系列、搪玻璃设备系列以及圆泡罩、F1型浮阀和浮阀塔塔盘系列等，它们已经有了国家标准。(5) 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)。(6) 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。第二章 塔设备设计2.1 设计规范化工设备设计基础规定 HG/T 20643-2012钢制化工容器强度计算规定 HG/T20582-2011钢制化工容器结构设计规定 HG/T20582-2011石油化工塔型设备设计规范 SH/T3030-2009固定式压力容器 GB 150-2011设备及管道保温设计导则 GB 8175-2008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 20853-2011工艺系统工程设计技术规范 HG/T 20570-1995塔顶吊柱 HG/T 21639-2005常压人孔 HG 21515-20142.2 塔设备设计目标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) 气液两相充分接触，相际传热面积大； (2) 生产能力大，即气液相处理能力大； (3) 操作稳定，操作弹性大； (4) 流体流动阻力小，流体通过塔设备的压降小； (5) 结构简单、耗用材料少，制造与安装容易； (6) 耐腐蚀和不易堵塞。2.3 塔设备选型依据2.3.1 塔设备选型基本原则(1) 生产能力大，弹性好。随着化工装置大型化，生产能力要尽量地大，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，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。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。2.3.2 塔设备分类介绍 工业上板式塔和填料塔都是传质过程的常用设备。它们都可以用作蒸馏和吸收等气液传质设备。但两者各有优缺点，要根据具体情况选择。表2.1 填料塔和板式塔的比较项目填料塔板式塔塔径适宜于大小塔径的塔，但对大塔要解决液体再分布的问题一般推荐使用塔径大于800 mm的大塔压力降压力较小，较适于要求压力降小的场合压力降一般比填料塔大空塔气速空塔气速较大空塔气速大塔效率分离效率高，塔径1.5 m以下效率高，随着塔径增大，效率常会下降效率较稳定，大塔板效率比小塔板有所提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检修较困难较容易材料可用非金属耐腐蚀材料一般用金属材料造价直径800 mm以下，一般比板式塔便宜，直径增大，造价显著增加直径大时一般比填料塔造价低重量较重较轻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的，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。(4) 本厂实际情况的选择 甲硫醇、二甲醚、甲硫醚和甲醇等物质腐蚀性较小，二氧化硫吸收塔、解吸塔要考虑二氧化硫的腐蚀，脱硫化氢塔和硫化氢吸收塔、解吸塔要考虑硫化氢的腐蚀。 无悬浮物。 常压和加压操作。 液气比波动大。 塔径较大。 从分离效率、成本和操作维修等方面考虑，结合操作压力常压及加压的情况，优先考虑使用板式塔，控制设备投资成本和操作成本，既有较高的操作弹性，同时检修也较为方便。如果对纯度要求比较大的精馏塔，应该考虑用填料塔。表2.2 塔的选择顺序考虑因素选择顺序塔径800 mm以下，填料塔800 mm以上板式塔填料塔具有腐蚀性物质1、填料塔2、穿流板式塔3、筛板塔4、喷射板型塔操作弹性1、填料塔2、浮阀塔3、泡罩塔4、筛板塔真空或压降较低的操作1、穿流式栅板塔2、填料塔3、浮阀塔4、筛板塔5、圆形泡罩塔6、其他斜喷射塔大液气比1、导向筛板塔2、多降液管筛板塔3、填料塔4、喷射板型塔5、S型泡罩塔6、浮阀塔7、筛板塔8、条形泡罩塔具体选择情况如下：表2.3 塔设备初选结果设备位号选择类型T0101填料塔T0102A板式塔T0102B板式塔T0201板式塔T0202板式塔T0301板式+填料塔T0302填料塔T0303板式塔T0401板式塔T0402板式塔T0403板式塔T0501板式+填料塔T0502填料塔下面分别对填料塔与板式塔进行具体介绍。2.3.3 板式塔的具体选择(1) 根据塔板上气、液两相的相对流动状态，板式塔分为穿流式和溢流式。目前板式塔大多采用溢流式塔板。穿流式塔板操作不稳定，很少使用。(2) 各种塔板性能比较工业上需要分离的物料及其操作条件多种多样，为了适应各种不同的操作要求，迄今已开发和使用的塔板类型繁多。这些塔板各有各的特点和使用体系，现将几种主要塔板的性能比较列表如下：表2.4 几种主要塔板的性能比较塔盘类型优点缺点使用场合泡罩板较成熟，操作稳定结构简单、造价高、塔板阻力大、处理能力小特别容易堵塞的物系浮阀板效率高，操作范围宽浮阀易脱落分离要求高、负荷变化大筛板结构简单、造价低、塔板效率高易堵塞、操作弹性较小分离要求高、塔板数较多舌型板结构简单、塔板阻力小操作弹性窄、效率低分离要求较低的闪蒸塔浮动喷射板压降小、处理量大浮板易脱落，效率较低分离要求较低的减压塔表2.5 几种主要塔板性能的量化比较塔盘类型塔板效率处理能力操作弹性压降结构成本泡罩板1.01.051复杂1筛板1.2-1.41.430.5简单0.4-0.5浮阀板1.2-1.31.590.6一般0.7-0.9舌型板1.1-1.21.530.8简单0.5-0.6可见，浮阀塔具有以下优点： 允许的蒸汽速度大，因此生产能力大一，约比泡罩塔提高20% 40%，与筛板塔相近。 由于浮阀的开启高度可随着汽速的大小自动进行调节，因此操作弹性大，在较宽的汽速变化内板效率变化范围较小，其操作弹性范围可认为达到7 9(即最大负荷与最小负荷之比)。 由于气液接触良好，以及汽从水平方向吹出雾沫夹带量小，因此踏板效率较高，比泡罩塔效率可高出15%左右。 塔板上没有复杂结构的障凝物，因此液面梯度较小，蒸汽分配均匀。此外，塔板的压降比泡罩塔小。 塔板的结构简单，安装容易。制造费用约为泡罩板的60 80%。 对于黏度较大及有一般聚合现象的系统，浮阀塔也能正常操作。对于普通分馏塔来说，长期以来最常用的塔盘是F1型浮阀塔盘。其基本原理是让汽相沿塔盘横向流过泡沫层，造成强烈的汽液混合，从而在两相之间产生良好的传热传质过程。但是浮阀塔盘的制造成本相对较高，过去往往采用单个面积较大的浮阀。大浮阀的使用使得流过单一浮阀的气速截面积过大，汽相接触的比表面积降低，反过来会影响传质效率。ADV高性能浮阀塔盘，正是在F1型浮阀塔板的基础上，吸取其有利因素，并克服其缺点而开发的，在浮阀结构和塔板结构上有其独特之处，具体如下：(1) ADV微分浮阀结构示意见图2.1。在浮阀顶平面上增加了3个切口，相当于小阀孔，消除传统F1型浮阀顶部传质死区，使气体分散更加细密均匀匀，气液接触更充分。此外，由于部分气流经阀顶小孔喷出，降低了阀周边喷出的气速，并减少了高负荷时各阀间的气流对冲，从而减少雾沫夹带，相应提高了气相处理量。图2.1 ADV浮阀塔盘示意图(2) ADV微分浮阀具有特殊的阀腿和阀孔结构，使浮阀不能旋转，只能上下浮动，对气流具有一定的导向作用，可以减少返混，有利于消除塔板上液体滞流区，使液流分布均匀，从而提高效率(见图2.2、图2.3)。图2.2 ADV微分浮阀和传统浮阀鼓泡状况图2.3 塔盘上液体的流动状态(3) 采用铰接式塔板连接结构，使塔板连接处也可布阀，增大了塔盘的开孔率，提高了整个塔盘的阀孔排列均匀度，进一步提高了塔板效率和处理能力，同时缩短了塔盘安装时间。(4) 在液体人口区安装鼓泡促进器。其原理是减薄液层，降低液体人口处的液体静压，使气泡更易形成，同时使气体分布也趋于均匀，从而提高了传质效率。(5) 采用新式降液管，可有效降低受液面积，从而增加鼓泡区面积，提高塔盘处理量。ADV浮阀塔盘与F1浮阀塔盘具有相同的浮阀尺寸，因此F1浮阀塔盘的设计程序和方法完全适用于ADV浮阀塔盘的常规设计。只需要用ADV浮阀一对一替换F1浮阀，而不必改变其他塔盘参数和阀孔排列，就可减少安装时间，节约投资，并且塔板性能就会有如下变化： 塔板处理能力提高40%； 塔板效率提高10%以上； 塔板的泄漏率大幅下降，约降低60%以上； 塔板的操作弹性由5提高至10； 高气速下，雾沫夹带量大幅下降；10%夹带点气速提高约20 30%； 氧解吸塔板效率较F1增加5 15%。因此，本项目中的板式塔塔盘均选用ADV浮阀塔盘，但在设计时仍采用F-1浮阀塔的参数。2.3.4 填料塔的具体选择填料是填料塔的核心元件，它的作用是为气、液两相提供充分的接触面，并为提高其湍动程度创造条件，以利于传质。它应能使气、液接触面大，传质系数高，同时通量大而阻力小，所以要求填料层空隙率高、比表面积大、表面润湿性能好，并在结构上还要有利于两相密切接触，促进湍流。制造材料又要对所处理的物料有耐腐蚀性，并具有一定的机械强度，使填料层底部不致因受压而碎裂、变形。常用的填料可分为两大类：散装填料和规整填料。表2.6 填料类型介绍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，改进型鲍尔环，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非波纹型珊格形Glitsch Grid板片形压延金属板，多孔金属板绕圈形Goodloe，Hyperfil气液两相的不均匀分布会导致塔的分离效能下降，从而促进了规整填料的发展。而苏尔寿公司生产的Mellapak(如图2.4所示)是板波纹规整填料的代表，其结构特征是：板波填料的波纹片上有若干压延小孔，孔刺向外突出，能起毛细管的作用，有利于填料的湿润与液体的均布。波纹片上打有若干的小孔起压力均衡作用，有利于汽液的均匀分布。它与网波填料相比，造价低，具有较强的抗污能力，与散堆填料相比，有更好的操作性能。图2.4 MELLAPAK系列填料实物图图2.5 MELLPAK系列性能图表2.7 MELLPAK系列技术数据Mellapak250.X250.Y170.X170.Y比表面积250 m2/m3250 m2/m3170 m2/m3170 m2/m3波纹高度(约)500 mm400 mm500 mm800 mm表面结构光滑材料厚度0.5 to 2 mm材料陶瓷，塑料，不锈钢本厂采用性能较为优越的250Y型和250X型波纹板填料。2.3.5 塔设备选型方法塔内参数由多方面决定，尤其与工艺参数有着密切的关系。所以在设备选型中本着“两个标准，五个软件”的选型方法进行选型。表2.10 塔设备选型方法项目工具来源作用两个标准化工设备设计全书塔设备设计化学工业部设备设计技术中心站主编(1988)设计标准化工工艺设计手册中国石化集团上海有限公司主编(2003)设计标准五个软件Aspen Plus V8.4Aspen Tech公司开发模拟水力学参数及选型结果核算SulcolSulzer Chemtech公司开发填料塔性能计算CUP-TOWER中国石油大学开发塔水力学设计KG-TOWERKoch-Glitsch公司开发塔盘水力学校核SW6-2011全国化工设备设计技术中心站塔机械强度校核2.4 塔主要结构尺寸的确定2.4.1 塔板间距(一) 塔板间距塔板间距与塔高相关，且计算塔径时也必须预定塔板间距。选择塔板间距时，主要考虑以下几个因素：(1) 雾沫夹带 在一定的气液负荷和塔径条件下，适当增加塔板间距，可减少雾沫夹带量。(2) 物料的起泡性 易起泡物料的塔板间距应选得大些。(3) 操作弹性 要求操作弹性较大时，可选较大的塔板间距。(4) 安装和维修要求 例如开人孔处的塔板间距不小于600 mm。由于塔板间距与处理能力、操作弹性及塔板效率以及塔径大小都密切相关，选用较大的塔板间距可允许较高的空塔气速，这样塔径可小些，但塔高增加了。对于塔板数较多或放在室内的塔，可选用较小的塔板间距，以适当增加塔径来降低塔高。当然，塔板间距的合理选择应通过塔盘液体力学计算和经济核算来确定，但从经济上看，增加塔高往往比增加塔径有利。表2.11 浮阀的塔板间距(mm)塔径D塔板间距HT600 700300350450800 1000350*4505006001200 1400350*450500600800*1600 3000450*5006008003300 4200600800* 不推荐采用2.4.2 塔的顶部、底部空间及裙座高度(1) 塔的顶部空间高度塔的顶部空间高度是指塔顶第一层塔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 1.5 m。(2) 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板到塔底下封头切线处的距离。当进料系统有10分钟的缓冲时间时，釜液的停留时间可取3 5分钟，否则须取 10分钟。但对釜液流量大的塔，停留时间一般也取3 5分钟。(3) 加料板的空间高度加料板的空间高度取决于加料板的结构型式及进料状态。(4) 支座高度塔体常由裙座支承，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。裙座上的人孔通常为长圆形，其尺寸为600(1000 1800) mm，以方便进出。2.5 塔结构设计(以T0303为例)2.5.1 塔体结构设计在Aspen Plus的Sizing and Rating中选择Traying Sizing 进行板式塔设计得到表2.12的设计结果。其中，设计压力为1bar，设计温度为102，解吸塔内主要介质为6.5%硫化氢、86.3%水和7.0%MDEA(均为摩尔分数)。表2.12 T0303 Traying Sizing ResultTraying Sizing ResultSection starting stage2Section ending stage9Column diameter:1.84502175meterDowncomeraea/Column area0.1Side downcomer velocity0.0675819m/secFlow path length1.26762meterSide downcomer width0.28870085meterSide weir length1.34061354meter表2.13 T0303 Traying Sizing ProfileStageDiameterTotal areaActive area per panelSide downcomer areameterSqmSqmSqm21.614114982.046250581.637000470.20462505331.845021752.673578022.138862450.26735778941.83009812.63050192.104401550.26305017851.824800292.615294272.092235450.26152941561.823126592.610498992.088399230.26104988771.822598422.608986682.087189370.26089865681.822433252.608513812.086811090.2608513791.823243932.610835052.088668070.261083493将Traying Sizing 的结果带入到Traying Rating中去，调整塔径与塔板间距，使得(降液管液位高度/板间距)介于0.2 0.5之间，每块塔板的液泛因子(Flooding factor)均介于0.6 0.85之间，根据上表结果我们进行了调整，调整结果如表2.14和图2.6所示。表2.14 T0303 Traying Rating ResultT0303 Traying Rating ResultSection starting stage：2Section ending stage：9Column diameter:1.8meterMaxium flooding factor:0.837648532Stage:3Panel:Section pressure drop:0.0718995544barMaxium backup /Traying spacing0.341482087Stage3LocationBackup:0.204889252meterMaxium velocity/Design velocity:0.374192555Stage:3Location:Velocity:0.063528281m/sec图2.6 T0303 Traying Rating Profiles由Profiles可以看出，每块塔板处均符合载荷条件，初步合理。2.5.2 塔盘结构具体设计利用Aspen Plus 计算的初步数据，利用Cup-Tower进行塔盘具体结构设计。Aspen Plus 导出的负荷最大的一块塔板水力学数据：表2.15 负荷最大的一块塔板的水力学数据液体温度()气体温度()液体质量流量(kg/h)气体质量流量(kg/h)液体体积流量(m3/h)气体体积流量(m3/h)液体密度(kg/m3)气体密度(kg/m3)液体粘度(cP)气体粘度(cP)液体表面张力(dyne/cm)99.58410153506.614139.5558.2123807.12919.210.5940.3610.012859.6182.5.2.1 Cup-Tower数据输入(1) 输入工艺参数将不同序号塔板的工艺参数输进软件内，并设定每块塔板的操作范围在50% 120%之间，参数设置如下：图2.7 塔盘物流数据(2) 输入塔盘结构参数选择塔盘类型为筛板塔，数据来自于Aspen模拟得到的初步结果。其设定如图所示：图2.8 塔盘结构参数设置图2.9 塔盘工艺参数设置2.5.2.2 Cup-Tower计算结果(1) 塔盘水力学校核结果表2.16 工艺计算结果正常操作120%操作50%操作1空塔气速m/s2.59882.52602.14802空塔动能因子m/s(kg/m3)0.52.00281.94671.65543空塔容量因子m/s0.06610.06420.05464孔速m/s13.938813.938813.93885孔动能因子m/s(kg/m3)0.510.742110.742110.74216漏点气速m/s6.48796.48796.48797漏点动能因子m/s(kg/m3)0.55.00005.00005.00008相对泄露量kg液/100kg液-9溢流强度m3/(hm)46.197549.893329.698410流动参数/0.09620.09620.096211板上液层高度m0.09660.09800.087212堰上液层高度m0.03660.03850.027213液面梯度m-14板上液层阻力m液柱0.04830.04900.043615干板压降m液柱0.03430.03430.034316总板压降m液柱0.08260.08330.077917雾沫夹带kg液/kg气0.08730.08210.041418降液管液泛%72.822474.621164.616119降液管内液体高度m0.19230.19690.170620降液管停留时间s8.28078.519210.018621降液管内线速度m/s0.07250.07040.059922降液管底隙速度m/s0.29230.31870.187923降液管底隙阻力m液柱0.01310.01550.005424稳定系数/2.14842.14842.1484(2) 塔盘负荷性能图操作点图2.10 塔盘负荷性能曲线X液相体积流量(m3/h)；Y气相体积流量(103m3/h)0-操作线；1-液相下限线；2-液相上限线；3-漏液线；4-雾沫夹带线；5-液泛线(3) 塔盘结构设计结果表2.17 塔盘结构计算结果结构参数1塔径m1.802板间距m0.60003塔截面积m22.54474开孔区面积m21.76255开孔率%18.646孔数#397.367开孔密度#/m2225.458溢流程数/19堰的形式/平堰溢流区尺寸两侧1降液管面积比 %8.772堰径比%70.00 3降液管顶部宽度m0.2573 4弯折距离m0.0973 5降液管底部宽度m0.1599 6受液盘深度m0.0540 7受液盘宽度m0.2573 8堰高m0.0600 9降液管底隙m0.0540 10降液管顶部面积m20.2232 11降液管底部面积m20.1113 12顶部堰长m1.2600 13底部堰长m1.0243 14进口堰高度m15进口堰宽度m2.5.3 塔盘结构校核利用Cup-Tower的计算结果，通过KG-Tower对负荷变化较大的几块板进行水力学校核。2.5.3.1 塔盘水力学数据输入利用KG-Tower依次对第3和4块板进行水力学校核，校核范围50% 120%，水力学参数输入如下：图2.11 水力学参数输入2.5.3.2 塔盘结构参数输入利用Cup-Tower设计得到的塔盘结构参数输入到KG-Tower中：图2.12 塔盘结构参数输入2.5.3.3 水力学校核结果图2.13 第3块板校核结果图2.14 第4块板校核结果根据校核结果，确定该塔每块塔板的液泛因子均处于(0.6 0.85之间)，且(降液管液位高度/板间距)介于0.2 0.5之间。2.6 塔机械结构计算与校核2.6.1 硫化氢解吸塔塔高的计算2.6.1.1 塔顶空间高度H1由D = 1800 mm可知，H1 = 1.0 m。2.6.1.2 塔底空间高度H2塔的底部空间高度是指塔底最末一层塔板到塔底下封头切线处的距离。当进料系统有 10 分钟的缓冲时间时，釜液的停留时间可取 3 5 分钟，否则须取 10分钟。但对釜液流量大的塔，停留时间一般也取 3 5 分钟。为保证塔底有10 min的液体储量： 圆整为2.6 m2.6.1.3 裙座高度H3裙座高度H3取1 m。2.6.1.4 封头高度 H4H4 = 0.4 + 0.25D = 0.475 m。2.6.1.5 开有人孔的塔板间距H该塔不需要经常清洗，每隔8块板设置一个人孔，塔顶塔釜各设置一个人孔，人孔直径为 500 mm，个数为5个，开设人孔处板间距为0.6 m，开人孔处填料段间距为2 m或2.5 m。此间距与进料口等一起计算，不单独计算。2.6.1.6 总塔高H 2.6.2 接管设计2.6.2.1 塔顶气体接管取塔顶气体流速为10 m/s，气体体积流量为0.788 m3/s，则管径：圆整后选取管子规格f3505 mm。实际流速为： 2.6.2.2 进料管取进料管气液相流速为u = 8 m/s，进料体积流量为0.407 m3/s，则管径：圆整后选取管子规格为f3005mm。实际流速为：2.6.2.3 塔底出料管取出料管液体流速为u = 1 m/s，液相体积流量为0.011 m3/s，则管径：圆整后取管子规格为f1505 mm。实际流速为：2.6.3塔体机械强度校核表2.18 校核输入数据名称设计压力(MPa)设计温度()设备直径(mm)计算长度(mm)硫化氢解吸塔0.1102180010475本校核项目将对设备筒体厚度、封头壁厚、裙座(或支耳)厚度、地脚螺栓大小及个数以及风载荷地震载荷进行校核。2.6.3.1 SW6-2011校核计算结果说明书 塔 设 备 校 核计 算 单 位压力容器专用计算软件计 算 条 件塔 型 板式容 器 分 段 数(不 包 括 裙 座) 1压 力 试 验 类 型 液压封头上 封 头下 封 头材料名称 Q245R Q245R名义厚度(mm) 14 18腐蚀裕量(mm) 2 0.85焊接接头系数 0.85 0.85封头形状 椭圆形 椭圆形圆筒设计压力(Mpa)设计温度()长度(mm)名义厚度(mm)内径/外径(mm)材料名称(即钢号)10.118010475241800Q345R圆筒腐蚀裕量(mm)纵向焊接接头系数环向焊接接头系数外压计算长度(mm)试验压力(立) (Mpa)试验压力(卧)(Mpa)120.850.8500.50.607665内 件 及 偏 心 载 荷介 质 密 度kg/m3 1015.78塔 釜 液 面 离 焊 接 接 头 的 高 度mm 2600塔 板 分 段 数12345塔 板 型 式 浮阀 塔 板 层 数 10 每 层 塔 板 上 积 液 厚 度mm 95 最 高 一 层 塔 板 高 度mm 9000 最 低 一 层 塔 板 高 度mm 3600 塔 器 附 件 及 基 础塔 器 附 件 质 量 计 算 系 数 1.2基 本 风 压N/m2 450基 础 高 度mm 100塔 器 保 温 层 厚 度mm 100保 温 层 密 度kg/m3 100裙 座 防 火 层 厚 度mm 100防 火 层 密 度kg/m3 50管 线 保 温 层 厚 度mm 100最 大 管 线 外 径mm 650笼 式 扶 梯 与 最 大 管 线 的 相 对 位 置 90场 地 土 类 型 IV场 地 土 粗 糙 度 类 别 D地 震 设 防 烈 度 低于7度设 计 地 震 分 组 第一组地震影响系数最大值 amax3.28545e-66阻 尼 比0.01塔 器 上 平 台 总 个 数 6平 台 宽 度mm 1000塔 器 上 最 高 平 台 高 度mm 9000塔 器 上 最 低 平 台 高 度mm 2000裙 座裙 座 结 构 形 式圆筒形裙 座 底 部 截 面 内 径mm 1800裙 座 与 壳 体 连 接 形 式对接裙 座 高 度mm 1000裙 座 材 料 名 称Q245R裙 座 设 计 温 度 100裙 座 腐 蚀 裕 量mm2裙 座 名 义 厚 度mm 20裙 座 材 料 许 用 应 力MPa140