3-1塔设备设计说明书

塔设备设计说明书长城能源年产10万吨醋酸乙烯项目 3 / 61 长城能源年产10万吨醋酸乙烯项目 塔设备设计说明书目录第一章塔设备的设计依据1第二章塔设备概述22.1塔设计的基本目标与原则22.2塔类型的选择与初步设计22.2.1塔性能概述22.2.2塔类型的选择原则42.2.3板式塔的塔盘类型与选择52.2.4填料塔的填料类型与选择62.2.5塔型的结构与选择72.2.6塔设备设计方法说明8第三章 醋酸乙烯精制精馏塔93.1 Aspen优化93.2塔设计条件103.2.1流股参数103.2.2设计温度与设计压力123.2.3总板数与加料板的确定123.2.4设计条件汇总123.3塔选型133.3.1塔型的选择133.3.2填料的选择143.3.3塔填料装填与水力学校核153.4填料塔内部构件选型与设计183.5醋酸乙烯精制塔结构设计223.5.1塔直径的确定223.5.2塔顶空间设计223.5.3塔底空间设计233.5.4填料段间空间设计（含人孔）233.5.5设备筒体壁厚计算233.5.6封头设计243.5.7裙座设计243.5.8塔筒体及总高度确定253.5.9地脚螺栓大小及个数确定253.5.10接管设计253.6强度校核263.6.1筒体、封头和地脚螺栓强度校核263.6.2裙座、风载荷、地震载荷、耐压试验校核283.7塔设计小结表283.8塔设备条件图293.9塔设备装配图303.10 SW6强度校核计算说明书31第一章 塔设备的设计依据塔选型参考标准如下：钢制焊接常压容器 NB/T47003.1-2009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HG/T 21514-2005钢制塔式容器JB/T 4710-2005钢制管法兰、垫片、紧固件HG/T 2059220635-2009 58 / 61 第二章 塔设备概述2.1塔设计的基本目标与原则作为主要用于传质过程的塔设备，首先必须使汽液两相能充分接触，以获得较高的传质效率。此外，为满足工业生产的需要，塔设备还得考虑下列各项要求：（1）生产能力大。在较大的气（汽）液流速下，仍不致发生大量的雾沫夹带、拦液、或液泛等破坏正常操作的现象；（2）操作稳定、弹性大。当塔设备的气（汽）液负荷量有较大波动时，仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作，并且塔设备应保证能长期稳定操作；（3）流体流动的阻力小，即流体通过塔设备的压降小。这将大大节省生产中的动力消耗，以降低正常操作费用。对于减压蒸馏操作，较大的压力降还将使系统无法维持必要的真空度；（4）结构简单、材料耗用量小，制造和安装容易。这可以减少基建过程中的投资费用；（5）耐腐蚀和不易堵塞，方便操作、调节和检修。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。2.2塔类型的选择与初步设计2.2.1塔性能概述依据传质机理,从生产能力,分离效率,塔压降,操作弹性,操作便利性,结构,制造及造价等等方面分析,板式塔与填料塔的性能大致如下：（1）生产能力 板式塔的传质是通过上升的蒸汽穿过板上的液池来实现,塔板的开孔率一般占塔截面积的7%15%,其优化设计要考虑塔板面积与降液管面积的平衡，否则即使开孔率加大也不会使生产能力提高。而填料塔的传质是通过上升的蒸汽和靠重力沿填料表面下降的液体逆流接触实现,填料塔内件的开孔率通常在30%以上,而填料层的空隙率则超过80%,一般液泛点较高,其优化设计主要考虑与塔内件的匹配,若塔内件设计合理,填料塔单位塔截面积上的生产能力一般均高于板式塔。（2）分离效率 塔的分离效率决定于被分离物系的性质、操作状态（压力、温度、流量等）以及塔的类型及性能,一般情况下,填料塔具有较高的分离效率,但其效率会随着操作状态的变化而变化,工业上常用填料塔每米理论级为28级而常用的板式塔,每米理论板最多不超过2级。塔的操作处于真空或低液量下,这时填料塔的分离效率明显高于板式塔；当塔的操作处于高压或高液量下,这时板式塔占有一定的优势,分离效率较高。这就是说,真空或常压操作,填料塔具有较高的分离效率,而在高压下操作,板式塔具有较高的分离效率。（3）塔压降 填料塔由于空隙率高,故其压降远小于板式塔,一般情况下,板式塔的每个理论级压降在0.41.1kPa,填料塔为0.010.27kPa,通常,板式塔压降高于填料塔5倍左右。压降低不仅能降低操作费用,节约能耗,对于精馏过程,可使塔釜温度降低,有利于热敏性物系的分离。（4）操作弹性 操作弹性是指塔对负荷的适应性。塔正常操作负荷的变动范围越宽,则操作弹性越大。一般来说,由于填料本身对负荷变化的适应性很大,故填料塔的操作弹性决定于塔内件的设计,特别是液体分布器的设计,一般操作弹性较小,因而可以根据实际需要确定填料塔的操作弹性。而板式塔的操作弹性受到塔板液泛、雾沫夹带及降液管能力的限制,一般操作弹性较大。（5）持液量 持液量大,可使塔的操作平稳,不易引起产品的迅速变化填料塔的持液量小于板式塔,故板式塔较填料塔更易于操作。板式塔容易实现侧线进料和出料,而填料塔对侧线进料和出料等复杂情况不太适合。对于比表面积较大的高性能填料,填料层容易堵塞,故填料塔不宜直接处理有悬浮物或容易聚合的物料。（6）结构、制造及造价等 一般来说,填料塔的结构较板式塔简单,故制造维修也较为方便,但填料塔的造价通常高于板式塔。 表2-1 填料塔和板式塔相比较项目填料塔板式塔散堆填料规整填料空塔气速较小大比散堆填料大压降较小小一般比填料塔大塔效率小塔效率高高（对大直径无放大效应）较稳定，效率较高液气比对液体喷淋量有一定要求范围大适应范围大持液量较小较小较大材质可用非金属耐腐蚀材料适应各类材料金属材料造价小塔较低较板式塔高大直径塔较低安装检修较困难适中较容易2.2.2塔类型的选择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。1）下列情况优先选用板式塔：a.塔内持液量较大，液相负荷较小，操作负荷变化范围较宽，对进料浓度变化要求不敏感，操作易于稳定；b.含固体颗粒，容易结垢，有结晶的物料，因为板式塔可选用液流通道较大的塔板，堵塞的危险较小；c.在操作过程中伴随有放热或需要加热的物料，需要在塔内设置内部换热组件，如加热盘管，需要多个进料口或多个侧线出料口。一方面板式塔的结构上容易实现，此外，塔板上有较多的滞液以便与加热或冷却管进行有效地传热；d.在较高压力下操作的蒸馏塔仍多采用板式塔。2）下列情况优先选用填料塔：a.在分离程度要求高的情况下，因某些新型填料具有很高的传质效率，故可采用新型填料以降低塔的高度；b.对于热敏性物料的蒸馏分离，因新型填料的持液量较小，压降小，故可优先选择真空操作下的填料塔；c.具有腐蚀性且易发泡的物料，可选用填料塔。综上，塔设备的选型可以依照下列顺序：表2-2 塔型选用顺序表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浮阀塔泡罩塔操作弹性浮阀塔泡罩塔筛板塔真空操作填料塔导向筛板网孔筛板筛板浮阀塔板大液气比多降液管筛板塔填料塔喷射型塔浮阀塔筛板塔存在两液相的场合穿流式塔填料塔2.2.3板式塔的塔盘类型与选择板式塔主要有筛板塔、浮阀塔和泡罩塔。板式塔的设计主要是选择塔型、选择流体流动形式、操作状态鼓泡或喷射态等。板式塔一般认为用于大型塔是经济合理的，比一般填料塔具有效率高和能力大的优点。工业上需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。表2-3 不同塔板性能比较塔盘类型优点缺点适用场合泡罩板较成熟、操作稳定结构复杂、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且阻力小操作弹性窄、效率低分离要求较低的闪蒸塔表2-4 主要塔板性能的量化比较塔板类型生产能力塔板效率操作弹性压降结构成本泡罩板1.01.051复杂1浮阀板1.2-1.31.11.290.6一般0.7-0.9筛板1.2-1.41.130.5简单0.4-0.5舌型板1.3-1.51.130.8简单0.5-0.62.2.4填料塔的填料类型与选择塔填料是填料塔的核心构件，它为气液两相间热、质传递提供了有效的相界面，只有性能优良的塔填料再辅以理想的塔内件，才有望构成技术上先进的填料塔。因此，人们对塔填料的研究十分活跃。对塔填料的发展、改进与更新，其目的在于改善流体的均匀分布，提高传递效率，减少流动阻力，增大流体的流动通量以满足降耗、节能、设备放大、高纯产品制备等各种需要。表2-5 常用填料的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，多孔金属板绕圈形古德洛形，Hyperfil填料的选取包括确定其种类、规格、及材质等。颗粒填料包括拉稀环、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所示：表2-6 主要填料性能的量化比较填料名称评估值排序丝网波纹填料0.861孔板波纹填料0.612金属Intalox0.593金属鞍形环0.574金属阶梯环0.535金属鲍尔环0.516瓷Intalox0.417瓷鞍形环0.388瓷拉西环0.369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。2.2.5塔型的结构与选择除了塔板结构之外，塔的其他附件也十分重要，塔设备的总体结构均包括：塔体、内件、支座及附件。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800mm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。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。支座常用裙式支座。附件包括人、手孔，各种接管、平台、扶梯、吊柱等。塔的详细结构及装配图详见装配图图册。图2-1A 板式塔说明图1吊柱；2排气口；3回流液入口；4精馏段塔盘；5壳体；6进料口；7人孔； 8提馏段塔盘；9进气口；10裙座； 11排液口；12裙座人孔图2-1B 填料塔说明图1吊柱；2排气口；3喷淋装置；4壳体；5液体再分配器；6填料；7卸填料人孔； 8支撑装置；9进气口；10排液口； 11裙座； 12裙座人孔2.2.6塔设备设计方法说明塔内参数由多方面决定，尤其与工艺参数有着密切的关系。所以在设备选型主要应用Aspen Plus V10.0和SW6-2011进行塔设备的设计，其中Aspen Plus V10.0为了塔水力学设计及选型结果核算； SW6-2011是为了塔机械强度设计。此外设计标准主要参考化工设备设计全书 塔设备设计、化工工艺设计手册以及国标等。第三章 醋酸乙烯精制精馏塔3.1 Aspen优化首先对塔板数和回流比进行优化，然后在带有两者设计规定的前提下，对其他参数进行优化，分析他们对醋酸乙烯回收率的影响。图3-1 T0503塔板数-醋酸乙烯含量图可以看到塔顶醋酸乙烯含量随塔板数增加而增加，但趋势逐渐变缓。在20块板后，塔顶醋酸乙烯含量大于99%且几乎不再增加。故选定20块为总板数。图3-2 T0503回流比-醋酸乙烯含量图可以看到塔顶醋酸乙烯含量随回流比增加而增加，但趋势逐渐变缓。在R2.0后，塔顶醋酸乙烯含量大于99.9%且几乎不再增加。故选定2.0为回流比。图3-3 T0503进料板位置-醋酸乙烯含量图在带有总板数和回流比设计规定的前提下，对进料板位置进行灵敏度分析。可以看出，随进料板从塔顶向塔底移动，塔顶醋酸乙烯含量先增大后减小。进料板位置为第10块板时塔顶醋酸乙烯含量接近于1,选择第10块板作为进料板。图3-4 T0503采出量-醋酸乙烯含量图在带有总板数和回流比设计规定的前提下，对采出量进行灵敏度分析。可以看出，随采出量的增大，塔顶醋酸乙烯含量先不变后下降。而为了得到尽可能大的采出量，选择开始下降的点，即145kmol/h。3.2塔设计条件3.2.1流股参数T0503是醋酸乙烯精制塔，通过精馏对醋酸乙烯进行精制，是本工段重要的设备之一，选择其作为设计计算举例对象。T0503塔顶得到高纯度醋酸乙烯，塔底得到高浓度乙酸。通过Aspen模拟优化，得到T0503进出口流股信息如下表所示。表3-1 醋酸乙烯精制精馏塔流股情况Units进料塔底出料塔顶出料PhaseLiquid PhaseLiquid PhaseLiquid PhaseTemperatureC130.5991525119.30549372.63492297Pressurebar3.039751.013251.01325Molar Vapor Fraction000Molar Liquid Fraction111Molar Solid Fraction000Mass Vapor Fraction000Mass Liquid Fraction111Mass Solid Fraction000Molar Enthalpykcal/mol-96.75967282-111.1237691-81.53637089Mass Enthalpykcal/kg-1308.475691-1725.66069-947.3520328Molar Entropycal/mol-K-67.61857823-59.95839137-87.74457089Mass Entropycal/gm-K-0.914402285-0.931104477-1.019483657Molar Densitykmol/cum11.5596637114.7413774710.01991327Mass Densitykg/cum854.8185386949.2697124862.3904695Enthalpy FlowGcal/hr-34.68197773-22.27300585-12.8827466Average MW73.9483915964.3949125286.06765813Mole Flows乙酸kmol/hr179.4407808179.4388530.001927835乙醛kmol/hr0.0844331642.72E-110.084433164乙酸酐kmol/hr20.2299664320.229966281.53E-07EDAkmol/hr0.0002314420.0002314424.14E-17醋酸乙烯kmol/hr158.67880690.765168023157.9136388Mole FractionsHOAC0.5006240240.8952505921.22E-05C2H4O0.0002355611.36E-130.000534387C4H6O30.056439830.1009307019.66E-10EDA6.46E-071.15E-062.62E-19VAC0.4426999390.0038175520.99945341Mass Flowskg/hr26505.6339612906.9439813598.68999Volume Flowcum/hr31.0073223413.5967089315.768599573.2.2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T0503而言，为0.1013MPa。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=0.1114MPa塔顶温度为72.6，体系最高温度为119.3左右，设计温度需要比操作温度高1530，取设计温度为140。本操作环境中温度较高且含有乙酸、乙醛、酸酐等腐蚀性物质，选择超级双相不锈钢型S32750作为材料。3.2.3总板数与加料板的确定由Aspen模拟出的理论板数为20块，理论加料板位置为第10块。图3-1理论板数优化图3-2进料板优化3.2.4设计条件汇总表3-2设计条件汇总表设计温度/140设计压力/MPa0.1114理论板数20加料位置10填料高度/m9材料S30408（填料高度由以下设计与校核具体得出）3.3塔选型3.3.1塔型的选择选择填料塔填料塔具有以下优势：（1）压力降小填料塔由于空隙率较高,故其压降远远小于板式塔。一般情况下,塔的每个理论级压降板式塔为0.41.1kPa（38mmHg）;散装填料为0.130.27kPa（1-2mHg）;规整填料为0.011.07kPa（0.010.08mmHg）m）,一般情况下,板式塔压降高出填料塔5倍左右,压力降的减小意味着操作压力的降低,在大多数分离物系中,操作压力下降会使相对挥发度上升这对于真空操作尤为重要。对于新塔可以大幅度降低塔高,减小塔径。对于老塔可以减小回流比以求节能或提高严量与产品质量。低压降的塔对于实现热泵精馏和双效蒸馏等节能性作更为有利。（2）操作弹性大操作弹性是指塔对负荷的适应性,塔正常操作负荷的变动范围越宽,则操作性越大,由于填料本身对负荷变化的适应性很大,故填料塔的操作弹性决定于塔内件的设计,特别是液体分布器的设计,因而可以根据实际需要确定填料塔的操作弹性,而板式塔的操作弹性则受到塔板液泛、雾沫夹带及降液管能力的限制，一般操作弹性较小。（3）持液量小 持液量是指塔在正常操作时填料表面、内件或塔板上所持有的液量,它随操作负荷的变化而有增减,对于填料塔,持液量一般小于6%,而板式塔则高达8%12%,持液量可起到缓冲作用,使塔的操作平稳,不易引起产品的迅速变化,但对于开工时间则有较大的影响,这对于难分离物系的分离、间歇蒸馏及经常处于开停工状态的分离操作是一个重要的问题,持液量大,对于难分离物系的分离,由于相对挥发度很小,达到塔的各部稳定组成的时间就更长,故开工时间很长,对于间歇蒸馏或经常处于开停工状态的分离操作,即便相对挥发度不小,持液量大也会使开工时间加长,会大大增加操作周期及操作费用。对于热敏物系的分离操作，持液量大意味着停留时间的加长，这对于防止热敏物料的分解或聚合也是不利的。对于该醋酸乙烯精制塔而言，该分离操作温度较高，压力为常压，压降应尽量小，会使设备费显著降低；持液量小，难分离物系分离的开工时间短，达到塔的各部稳定组成的时间短。此外，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。故该精馏塔采用填料塔。3.3.2填料的选择填料塔的填料大体分为散装填料和规整填料。散装填料又称乱堆填料。在填料塔内随意堆放的填料。散装填料按填料的形状结构主要分为环型、鞍型、环鞍型三类，此外尚有球形以及其他形状的填料;按其用途可分为工业填料和实验室填料两类，前者尺寸较大，用于工业生产的大塔中，后者尺寸较小，但传质效率高，用于高效实验塔中。规整填料是一种在塔内按均匀几何图形排布，整齐堆砌的填料。由于具有比表面积大、压降小、流体分均匀、传质传热效率高等优点，因此得到了广泛的应用。最早开发的是金属规整填料，以后相继开发的有塑料规整填料、陶瓷规整填料和碳纤维规整填料。规整填料根据其结构特点可以分为两大类：波纹型和非波纹型。前者又分垂直波纹型和水平波纹型；后者又分栅格型和板片型等。规整填料中应用最广的是垂直波纹填料。垂直波纹填料又分板波纹型和网波纹型。波纹填料的规格型号表示方式中，数字一般代表其比表面积数值，字母X、Y分别代表其波纹倾角为30，45。例如，400X则表示此种波纹填料其比表面积为400m2/m3，波纹倾角为30。X型填料压降小；Y型填料传质性能较好。新型波纹填料可采用不锈钢、铜 、铝、纯钛、钼五钛、等材质制作。在香料、农药、精细化工、石油化工等领域得到广泛应用。规整填料分为网孔、丝网、孔板、压延孔板等。其中金属规整填料有孔板波纹填料、板网波纹填料、刺孔板波纹填料、丝网波纹填料及环形波纹填料。孔板波纹填料具有阻力小，气液分布均匀，效率高，通量大、放大效应不明显等特点，应用于负压、常压和加压操作。丝网波纹填料是规整填料发展的一个重要里程碑，这种填料由压成波纹的丝网片排列而成， 波纹片倾角30或50，相邻两波纹片方向相反，在塔内填装时，上下两人盘填料交错90叠放，具有高效、压降低和通量大的优点，产品有BX、CY型，常用于难分离和热敏性物系的真空精馏、常压精馏和吸收过程。刺孔波纹填料是斜金属薄板先碾压出密度很高的小刺孔再压成波纹板片组装而成的规整填料，由于表面特殊等刺孔结构，提高了填料等润滑性能，并能保持金属丝网波纹填料等性能。本次设计中，由于体系中具有腐蚀性介质且操作温度不算过高，我们选择塑料孔板波纹填料，Mellapak125Y填料（由苏尔寿公司制造）。考虑到设计温度为140，选择填料材料为FEP。 3.3.3塔填料装填与水力学校核3.3.3.1塔直径与填料高度的确定塔径的确定应当根据液汽处理量，保证塔的操作条件既不会达到液泛，也有较好的传质性能。传统的计算塔径的方法，是根据液泛气速的经验关联式，算出泛点气速，再取一定的系数得出操作气速，从而算出塔径。为提高设计效率和准确性，我们采用的是Aspen Radfrac模块中的Interactive sizing和Rating功能，其中初步设计使用了Interactive sizing功能，圆整后使用了Rating功能。3.3.3.2填料段初步设计为保证填料塔的性能一直处在高效，每46米填料必须分段，并在段间设计液体分布器与液体再分布器。填料选择了Mellapak 125Y，查阅化工传质与分离过程可以得到等板高度均为0.5m左右，根据以上来设计。填料塔设置如下图所示，HETP通过文献值输入：图3-3 Interactive sizing设计水力学结果如下图：图3-4 Interactive sizing水力学结果3.3.3.3塔径圆整与水力学校核根据国内塔径制造规定，当塔径大于800mm时，增长区间习惯取100mm，故而将塔径圆整为1.6m，填料尺寸不变，填料塔具体设计如图：图3-5圆整后填料塔设置（rating）各段填料层的高度均为4.5m，总填料高度为9m，段间设置液体再分布器，所得水力学校核如下：图3-6 圆整后水力学校核（Rating）水力学性能剖面表如下：表3-4水力学校核结果StagePacked height% Capacity (Constant L/V)% Capacity (Constant L)Pressure dropLiquid velocitymeterbarcum/hr/sqm20.562.036449.98730.00059047612.39793162.036749.98780.00059048412.397741.562.030749.98220.00059041612.39495262.009849.96230.00059017612.385562.561.942149.8980.00058940412.35497361.731949.6990.00058704812.259483.561.16349.16710.00058103911.99719460.074448.18280.00057145111.4693104.563.82753.89660.00052651720.6048110.563.82553.8770.00052615220.583612163.813553.81170.00052498420.5189131.563.844353.7080.00052287220.354114264.110553.70050.00052156320.0114152.565.104354.33640.00052991719.551616366.686255.62810.00055069419.1781173.567.892156.66870.00056952118.970918468.35557.04540.00057723218.8687194.568.176156.80450.00057410218.8026每一块塔板的能力因子都在0.40.8以内，因此，该填料塔的负荷性能符合标准。Mellapak 125Y的喷淋密度范围较广，喷淋密度最小可达0.2m3/（m2h），最大可达200m3/（m2h）。由上表可知12.4U20.6(m3/(m2h)，符合要求。3.4填料塔内部构件选型与设计3.4.1概述塔内件是填料塔的组成部分，它与填料及塔体共同构成一个完整的填料塔。所有的塔内件的作用都是为了使气液在塔内更好地接触，以便挥发填料塔的最大效率和最大生产能力，故塔内件设计的好坏直接影响填料性能的发挥和整个填料塔的性能。另外，填料塔的“放大效应”，除填料本身固有因素外，塔内件对它的影响也很大。在70年代以前，由于塔内件的设计不够完善，一般在设计填料塔时往往需要留出50%的裕度。近20年来，对塔内件的研究与开发取得了很大的进展，使填料塔的设计与应用日趋完善。 塔内件主要包括以下几部分： 1）液体分布装置； 2）料支撑装置； 3）液体收集再分布及出料装置； 4）除沫装置3.4.2液体分布装置的选择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。液体分布装置可分为： 1、按分布器流体动力分：重力型液体分布器（孔型、堰型、压力型液体分布器，喷淋式、多孔管式） 2、按分布器的形状分：管式、双层排管、槽式、盘式、冲击式、喷嘴式、宝塔式、莲蓬式、组合式等。 3、按液体离开分布器的形式分：孔流型、溢流型。 4、按液体分布的次数分：单级、多级。 5、按分布器组合方式分:管槽式、孔槽式、槽盘式。从下图可以看出各种类型分布器的优缺点：图3-7分布器性能比较图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。因为在该塔中压降不大，因此无需特别大的动力，腐蚀性较大，塔中也不含有已有堵塞的物质，因此，综合考虑，选用槽式溢流分布器。其装置图如下，高度为200mm:图3-8槽式溢流分布器3.4.3填料支撑装置的选择填料塔除了主体传质元件填料外，尚有填料支承板，它与填料共同构成一个完整的填料塔，其作用是促进气液的均匀分布及良好接触，以便填料塔发挥出最大的生产能力和最高的效率。 对于填料支承板除了要有足够的强度外，还要求具有足够大的自由面积；对气液的流动阻力小；有利于气液的再分配；安装拆卸方便。确定填料支承板开孔面积的原则是，支承板开孔率必须大于填料层孔隙率，否则在支承区易构成“瓶颈”区，降低了整个填料塔的极限负荷。现代填料支承板的开孔面积通常占塔横截面积的70%100% ，开孔面积与结构、材质、塔径等有关；某些材质为陶瓷、碳钢、塑料制作的通用型支承板，开孔率也有小于65%的。金属支承板开孔率的下限值是80%，最好大到100%。为防止填料从开口漏出，支承板开口尺寸必须小于填料颗粒，且所有开口需均匀分布。圆孔直径为12.5mm，在支承板上加盖线网的办法是不可取的，有实践证明它会促进支承区液泛的产生，较好的方法是在支承板上先整齐排列高度约300mm尺寸较大的填料，面后再堆积小填料。但绝不能将大填料散堆，以免大小填料混合面降低了孔隙率。支承板的材质应很好选择，结构和强度设计十分重要。一般讲所选材质的耐腐蚀能力应该比填料层更强，如有时尽管塔填料可用碳钢，但支承板必须用不锈钢。因为即使是局部腐蚀也会降低板的支承强度，一旦形成空洞还会漏下填料。当塔内可能产生压力脉动时，承受冲击载荷是强度设计中要考虑的主要问题。对于易结焦的物料，在支承板底部排除滴流是非常重要的，因为滴下的液体会形成“钟乳石”状悬挂于底部。此外，支承板还应满足一般的经济技术要求，如材料省、重量轻、结构简单且有利于气、液的均布、安装维修方便等。填料支承板必须具备下列功能：1、可靠地承受施加于其上的各种负荷；2、确保气、液流畅通无阻；3、防止填料颗粒或碎片从板的开孔处漏出。在本设计中，选用格栅式支撑板，格栅式支承板是由一定数量栅条平行排列而成，为便于安装和使用常将栅条分组连接拼接成格栅块，再成块安装于支承面上，块的宽度宜小于人孔直径，以便从人孔送入塔内，塔径较大时栅条必须分段。下图表示由两段、16块组成的格栅式支承板，板搁置于其底部的支承环和中心支承梁上，宽度为100mm。图3-9 格栅式支撑板3.4.4液体收集装置综合考虑，液体收集装置选择整体式遮板式收集装置，宽度为200mm。图3-10整体式遮板式收集装置3.4.5除沫装置的选择除沫器是指在蒸发操作时，二次蒸汽中夹带大量的液体,虽然在分离室中进行了分离,但是为了防止损失有用的产品或污染冷凝液体,还需设法减少夹带的液沫,因此在蒸汽出口附近设置除沫装置。除沫器的形式很多,经常采用的形式可直接安装在蒸发器的顶部,不常采用的安装在蒸发器外部。国家标准：HG/T21618-1998是替代在原工部标准(HG5-1404-81、HG5-1405-81、HG5-1406-81)的基础上，结合丝网除沫器实际使用经验及引进装置中的先进技术修订而成，将原三个标准合并为一个标准，只分上装式、下装式。除沫器用于分离塔中气体夹带的液滴，以保证有传质效率，降低有价值的物料损失和改善塔后压缩机的操作，降低含水量，延长压缩机的寿命，一般多在塔顶设置除沫器。可有效去除35um的雾滴，塔盘间若设置除沫器，不仅可保证塔盘的传质效率，还可以减小板间距。所以丝网除沫器主要用于气液分离，亦可在空气过滤器上用于气体分离。当带有雾沫的气体以一定速度上升通过丝网时，由于雾沫上升的惯性作用，雾沫与丝网细丝相碰撞而被附着在细丝表面上。细丝表面上雾沫的扩散、雾沫的重力沉降，使雾沫形成较大的液滴沿着细丝流至两根丝的交接点。细丝的可润湿性、液体的表面张力及细丝的毛细管作用，使得液滴越来越大，直到聚集的液滴大到其自身产生的重力超过气体的上升力与液体表面张力的合力时，液滴就从细丝上分离下落。气体通过丝网除沫器后，基本上不含雾沫。分离气体中的雾沫，以改善操作条件，优化工艺指标，减少设备腐蚀，延长设备使用寿命，增加处理量及回收有价值的物料，保护环境，减少大气污染等。结构简单体积小，除沫效率高，阻力小，重量轻，安装、操作、维修方便，丝网除沫器对粒径35m的雾沫，捕集效率达98%99.8%，而气体通过除沫器的压力降却很小，只有250500Pa，有利于提高设备的生产效率。3.5醋酸乙烯精制塔结构设计3.5.1塔直径的确定根据水力学校验以及圆整的结果可以得到塔的直径确定1.8m。3.5.2塔顶空间设计塔顶空间高HD：塔顶空间高度的作用是安装液体分布器和开人孔的需要，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1.01.5m，本设计中取HD=1m。3.5.3塔底空间设计塔底空间具有储存槽以及开设人孔的作用，塔底富液最好能在塔底有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，塔底容量可取小一些，取25min的储量。根据Aspen的模拟结果，塔底出料为0.3m3/min，塔径为1.8m，因此计算在塔底空间放置液体收集装置，综合人孔设置，强度校核等，取HB=1m。3.5.4填料段间空间设计（含人孔）在每个填料段间设置有液体再分布器，间距一般取150mm300mm，在本工艺的塔中，考虑到塔结构以及射流稳定性长度大小，取液体再分布器与填料段的距离为HF=200mm，液体再分布器宽度取200mm，同时填料支撑装置高度取100mm，塔底以及分布器顶部开设人孔，用作安装内部构件以及装卸填料所用，因此该填料塔一共开设3个人孔，填料段间有1个人孔，人孔直径取500mm。因此，开人孔以及液体分布器的总高度（塔顶塔底有富余空间作开人孔用）：HR=500+200+200+100=1000mm 3.5.5设备筒体壁厚计算圆筒计算厚度：c=PcDi2t-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1.5m；t为材料在设计温度下许用应力，选材为S30408，为137MPa；采用双面焊对接接头及无损检测的长度比例为100%，为1；从而c为c=PcDi（2t-PC）=0.11141800(21371-0.1114)=0.73mm取壁厚负偏差C1为0.6mm，腐蚀裕量C2=2mm 因此 =c+C1+C2=0.73+0.6+2=3.3mm 向上圆整则名义厚度为4.0mm，为方便焊接、制造等。校核后壁厚更改为15mm。3.5.6封头设计（1）上封头本设计采用标准椭圆形封头，材料与筒体相同为S30408，公称直径DN=1800mm，曲边高度h1=430mm，直边高度h2=50mm，封头高度为Hw=0.025+0.25D=0.48m计算厚度：c=PcDi2t-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1.5m；t为材料在设计温度下许用应力，为137MPa；为1。从而c为：c=PcDi（2t-0.5PC）=0.11141800(21371-0.50.1114)=0.73mm取壁厚负偏差C1为0.6mm，腐蚀裕量C2=2mm =c+C1+C2=0.73+0.6+2=3.33mm向上圆整则名义厚度为4mm。校核后更改为15mm。（2）下封头下封头同理高度0.48m，厚度4mm。校核后更改为15mm。3.5.7裙座设计(1) 裙座高度本工艺中选择圆柱形裙座，材料选择Q345R，裙座计算高度如下： HQ=0.75Di+2000=3350mm(2) 裙座厚度其厚度采用经验值20mm，同时裙座开一DN500mm的人孔，并通过SW6校验来校验裙座厚度是否合格。（3）裙座与筒体的连接当直径较大时，为了制造方便，裙座一般选用圆筒形，与筒体的连接采用对接，焊缝采用全焊透连续焊。焊接长度：l=2ns=220=40mm 根据JB/T4710-2005中规定确定裙座筒体缺口尺寸：（3）排气管塔内温度约140，故设置保温层，保温层的厚度为50mm，密度为300kg/m3。 塔内为易燃易爆物质，故考虑裙座的防火问题，由于裙座直径大于1000mm，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。基于以上的结构，根据系列标准，设置4个排气管，规格为894mm，排气管距裙座筒体上部的距离为180mm。（4）引出管通道引出管公称直径为100mm时，采用卷焊管，通道内径管规格273mm。（5）检查孔裙座上必须开设检查孔，以方便检修。选择圆形检查孔，由于裙座直径1600mm以上，所以圆形检查孔数量为1，直径di=500mm，中心高H=950mm。3.5.8塔筒体及总高度确定 筒体高度不包括封头与裙座：H=1+1+9+1=12m 塔的总高度通过上述部件的高度确定，最后算得塔的总高度为：H=HD+HB+HW+HQ+HR+H1=15.83m3.5.9地脚螺栓大小及个数确定在本塔中，选择材料为Q345R,公称直径为24mm的地脚螺栓36个，并由SW6校核是否符合强度标准。3.5.10接管设计（一）进料接管设计 根据Aspen的模拟结果，进料的体积流量为31.0m3/h，取流体经济流速为2m/s。 则管道内径为 d=4V3600u=0.074m根据GB/T8163-2008，选择896mm规格的无缝钢管，且该开孔接管在两填料段段段间，具体方位见设备条件图与装配图。（二）塔顶蒸气接管设计 根据Aspen的模拟结果，可以得到塔顶蒸汽出口进入冷凝器的流量为13451.2m3/h，取气体经济流速为50m/sd=4V360