4 定型设备选型与非标设备设计

定型设备选型与非标设备选型 定型设备选型与非标设备设计安徽工程大学格运力行团队定型设备选型与非标设备设计 225南京扬子石化15万吨/年乙烯法制醋酸乙烯项目 目录第1章 设计概述71.1 过程设备基本要求71.2 过程设备设计作用71.3 过程设备设计与选型的主要内容7第2章 塔设备设计92.1 塔设备设计规范与依据92.2 塔设备类型102.2.1塔设备选择要求112.2.2塔型选择一般原则112.2.3板式塔的塔盘种类和选型132.3 塔设备设计（以T0203为例）142.3.1塔设备设计方法说明142.3.2塔设计条件142.3.3塔内件结构参数设计172.3.4塔的水力学校核212.3.5塔主要结构尺寸确定232.3.6接管的计算262.3.7开口方位及尺寸272.4塔机械结构参数设计（以T0203为例）282.4.1材料282.4.2筒体壁厚计算282.4.3封头壁厚282.4.4裙座设计292.5强度核算（以T0203为例）322.5.1地震载荷的计算322.5.2水平地震力的计算332.5.3垂直地震力的计算332.5.4地震弯矩的计算332.5.5风载荷及耐压试验342.6 SW6-2011强度校核342.7 T0203设计条件及结果汇总表522.7.1塔的设计条件522.7.2塔工艺结构设计参数532.7.3接管尺寸及方位542.7.4设备条件图552.8创新分散降液筛板塔的使用572.9塔设备设计一览表58第3章 换热器的选型设计593.1换热器的设计依据593.2换热器分类593.3换热器的选型说明623.3.1管壳换热器外形和规格623.3.2换热管的设计623.3.3工艺条件限制633.3.4介质流程643.3.5物料流速653.3.6裕量663.3.7传热膜系数663.3.8污垢系数663.3.9换热器型号663.4换热器设计举例E0203673.4.1工艺参数确定683.4.2换热器结构形式及参数确定703.4.3换热器单管CFD模拟753.4.4换热器机械强度校核783.4.5 换热器设计结果表1213.4.6 接管尺寸及方位图1223.4.7 换热器设备条件图1233.5换热器设计举例E03021233.5.1工艺参数确定1233.5.2换热器结构形式确定1253.5.3换热器机械强度校核1313.5.4 E0302换热器设计结果汇总1913.5.5 换热器选型一览表193第4章 气液分离器设计1944.1设计依据1944.2设计目标1944.3气液分离器的分类1944.3.1立式和卧式重力分离器1944.3.2立式和卧式丝网分离器1944.4气液分离器的设计（V0301以为例）1954.5选型结果198第5章 泵的设计1995.1概述1995.2选用要求1995.3选型原则2025.4选型示范（P0301）2035.4.1出料情况2035.4.2泵参数计算2045.5选型结果205第6章 压缩机的选型2066.1选型依据2066.2选型设计2076.3压缩机选型2086.3.1压缩机工艺参数2086.3.2压缩机选型实例（以C0202为例）2096.4选型结果209第7章 储罐2107.1概述2107.2分类2107.3选型原则2107.4储罐选型示例-乙烯球罐2117.5选型结果212第1章 设计概述1.1 过程设备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。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。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；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。 （7）本厂设计有非定型设备：反应器设备，塔设备，管壳式换热器设备，储罐与气液分离设备。定型设备：泵设备与压缩机设备。第2章 塔设备设计2.1 塔设备设计规范与依据表2.1-1填料塔与板式塔的比较化工设备设计全书塔设备化工工艺设计手册（第四版）化工设备设计基础规定HG/T 20643-2012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/T 4709-2007塔器设计技术规定HG 20652-1998管径的选择HG/T 20570.6-1995石油化工钢管尺寸系列SH/T3405-2012不锈钢人、手孔HG 21594-21604-2014压力容器封头GB/T 25198-2010钢制塔式容器NB/T 47041-2014塔顶吊柱HG/T 21639-2005塔设备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。事实上，对于现有的任何一种塔器，都不可能完全满足上述所有要求，但是我们可以在某些方面做到独特之处。以此来达到较大的生产效率，提高企业的生产效益。2.2 塔设备类型塔设备是化工、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。（1）板式塔板式塔是塔设备除填料塔外的另一大类板式塔内沿塔高装有若干层塔板（或称塔盘），液体靠重力作用由顶部逐板流向塔底，并在各块板面上形成流动的液层；气体则靠压强差推动，由塔底向上依次穿过各塔板上的液层而流向塔顶。气、液两相在塔内进行逐级接触，两相的组成沿塔高呈阶梯式变化。（2）填料塔填料塔以填料作为气液传质的元件，两相在填料层中逆向连续接触。它具有简单的结构、较小的压力降、可用耐腐蚀非金属材料制造等优点，对于吸收、解吸、真空蒸馏以及处理腐蚀性流体的操作，十分适用。但当塔径增大时，引起气液两相分布不均匀、接触状况差等，造成塔设备生产效率下降，即为放大效应。此外，填料塔有质量大、造价昂贵、维护繁琐、填料损耗大等缺点，因此填料塔在很长时间内不及板式塔使用广泛。但随着新型高效填料的出现，流体分布技术的不断改进，填料塔的效率有所提高，放大效应也渐渐得以解决。两种塔型的比较见下表2.2-1:表2.2-1 填料塔与板式塔的比较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、检修较难较容易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2.2.1塔设备选择要求（1）生产能力大。在较大的气液流速下，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。当塔设备的气液负荷量有较大的波动时，仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作。并且塔设备应能保证长期连续操作。（3）流体流动的阻力小，即流体通过塔设备的压力降小。这将大大节省生产中的动力消耗，以降低经常操作费用。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。2.2.2塔型选择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。优先适用情况如下表2.2-2：表2.2-2填料塔与板式塔的优先适用情况填料塔板式塔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。塔内液体滞液量较大，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。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。液相负荷较小。具有腐蚀性的物料，可选用填料塔。因为填料塔可采用非金属材料，如陶瓷、塑料等。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。容易发泡的物料，宜选用填料塔。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。这是因为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在较高压力下操作的蒸馏塔仍多采用板式塔。综上，塔设备的选型可以依照下表2.2-3顺序：表2.2-3 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综合以上考虑，本项目采用板式塔。2.2.3板式塔的塔盘种类和选型2.2.3.1板式塔的塔板种类根据塔板上气、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。2.2.3.2各种塔盘的性能比较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列表2.2-4如下：表2.2-4 几种主要塔板性能的量化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、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2.2-5给出了几种主要塔板性能的量化比较。表2.2-5 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1.01.051.0复杂1.0筛板1.21.41.430.5简单0.40.5浮阀板1.21.31.590.6一般0.70.9舌型板1.11.21.530.8简单0.50.6由上面两个表可知，浮阀塔兼有泡罩塔和筛板塔的优点，现在已成为国内应用广泛的精馏塔塔型之一，并且在石油、化学工业中使用最为普遍。又由于本塔的工艺介质具有腐蚀性，故而结合以上论述选择筛板塔。2.3 塔设备设计（以T0203为例）2.3.1塔设备设计方法说明(1)使用Aspen Plus V 10软件内置的塔内件设计模块Column Internals对塔的基础参数、塔内件结构进行详细设计，并进行水力学校核；(2)使用SW6-2011进行塔的机械计算与强度校核。所需的软件如下表2.3-1所示。表 2.3-1 塔设备设计所用软件一览表序号名称来源用途1Aspen Plus V10Aspen Tech公司详细设计2SW6-2011全国化工设备设计技术中心站设备校核2.3.2塔设计条件备注：该塔设备为醋酸分离回收塔，Aspen模拟中采用了多个模块组合实现，塔顶冷凝及分相回流过程通过 Heater和Decanter 模块实现, 塔釜再沸器利用了反应热汽包中副产的蒸汽的热量，塔釜再沸过程通过Heatx、Heater和Flash2模拟实现。塔模块为Radfrac，该塔设备的详细优化过程列于初步设计说明书第四章，4.4.3章节醋酸分离回收塔的优化部分。2.3.2.1物流组成与流量醋酸分离回收塔：在该塔中将醋酸乙烯/水从醋酸中共沸精馏出来，塔釜的醋酸通过泵打回酸洗塔和醋酸蒸发器，塔顶的汽相（主要为共沸物）经过冷凝和冷却后送至共沸塔分液器，在此分成两层。其中富含醋酸乙烯的油层分为两股，一股回到共沸塔做回流，另一股送入醋酸乙烯精制隔壁塔精制醋酸乙烯。富含水的下层取水汽提塔。本塔实现反应产物中醋酸的分离和回收，是本工艺重要的设备之一，因此以其设计计算作为塔设备设计范例非常具有代表性。并通过ASPEN V10模拟和优化，得到T0203进出口物流信息，包括进料、塔顶水相出料、塔顶油相出料、塔釜出料、RS401（后续工段物流循环进该塔的冷凝器）如下表2.3-2所示。表 2.3-2 T0203进出口流股信息Stream name进料塔顶水相出料塔顶油相出料塔釜出料RS401PhaseLiquid PhaseLiquid PhaseLiquid PhaseLiquid PhaseVapor PhaseTemperatureC94.518682020122.974562.73Pressurebar1.41.013251.013251.213251.01325Molar Vapor Fraction00001Molar Liquid Fraction11110Molar Solid Fraction00000Mass Vapor Fraction00001Mass Liquid Fraction11110Mass Solid Fraction00000Molar Enthalpycal/mol-98509.4-69078.9-83360.9-111526-65222.73Mass Enthalpycal/gm-1857.69-3649.09-1020.37-1883.35-971.70Molar Entropycal/mol-K-61.7791-39.9217-90.397-66.6635-47.81Mass Entropycal/gm-K-1.16503-2.10886-1.1065-1.12575-0.71Molar Densitymol/cc0.0175430.0525450.0114820.0157963.76E-05Mass Densitygm/cc0.9302580.9947070.9380540.9354130.002523Enthalpy Flowcal/sec-5.3E+07-8228100-5510981-3.9E+07-51411.455Average MW53.0278718.9304681.6965959.2171467.122Mass FlowTotal Flowkg/hr10236281171944374992190C2H4kg/hr4.68E-130000O2kg/hr9.73E-104.04E-101.08E-0900HACkg/hr75188.99370.6096280.192174538.310.169VAMkg/hr18773.36148.687118777.270.000215152.584H2Okg/hr8247.677573.394228.6831453.39617.802CO2kg/hr0.0009340.0003880.00104100N2kg/hr2.73E-109.90E-113.00E-1000C3H6O2kg/hr20.101771.59319320.441943.91E-061.933C4H8O2kg/hr68.902442.22444568.900930.0032492.226CH3CHOkg/hr47.8743419.7923452.47758024.396C3H4Okg/hr15.213251.111915.460655.93E-061.359Mass FractionC2H44.57E-180000O29.51E-154.98E-145.55E-1402.68E-12HAC0.7345390.0456560.0144110.9939540.00089VAM0.1834010.0183170.9657392.86E-090.80109H2O0.0805730.9329810.0117610.0060460.040963CO29.12E-094.78E-085.35E-0802.60E-06N22.66E-151.22E-141.54E-1406.65E-13C3H6O20.0001960.0001960.0010515.22E-110.01015C4H8O20.0006730.0002740.0035444.33E-080.011688CH3CHO0.0004680.0024380.00269900.12808C3H4O0.0001490.0001370.0007957.90E-110.007137Volume Flowl/min1833.937136.0101345.45671336.161258.4426表2.3-3介质名称对照表代号物质代号物质VAM醋酸乙烯C4H8O2醋酸乙酯C2H4乙烯CH3CHO乙醛O2氧气C3H4O丙烯醛HAC醋酸C3H6O2醋酸甲酯H2O水N2氮气CO2二氧化碳2.3.2.2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T0203而言，为0.101325Mpa。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: P=1.1PW=0.1013251.1=0.1114575Mpa2.3.2.3设计温度塔顶温度为68.48度，体系最高温度为123度左右，设计温度需要比操作温度高1530，取设计温度为140，根据该操作条件，选Q30408作为本塔的材料。 2.3.2.4总板数的确定由Aspen模拟并优化出的理论板数为25块（不包括冷凝器和再沸器）。图 2.3-1 理论板数优化2.3.2.5加料板的确定由Aspen模拟并优化出理论进料位置为第12块。图2.3-2 进料板优化 2.3.2.6塔型的选择根据上一章节的说明，选择塔型为板式塔。2.3.2.7工艺设计条件汇总表表2.3-4 工艺设计条件汇总项目结果设计温度/140设计压力/ Mpa0.1114575介质名称、组成及流量见上表 2.3-2 T0203进出口流股信息表、表2.3-3介质名称对照表理论板数25加料板位置12材料S304082.3.3塔内件结构参数设计在Aspen Plus V10软件内的Column Internals模块中新建塔内件设计。如下图所示。图2.3-3 新建塔内件设计点击Add New按钮添加塔板，全塔共有25块理论板。根据估算，此塔需要的塔径为4000mm，设计采用双溢流。根据AspenPlus工艺计算得出的气液相负荷，选用双溢流塔板，板间距取0.6m。通常塔底存液时间取4-10分钟，但因为本流程生产负荷较大，故取塔底液体停留时间为4分钟。将塔内件的参数输入，如下图所示。 图 2.3-4 塔内件基础参数设置点击塔板后的View按钮，可以对塔板结构进行详细设计。对T0203中的塔板进行详细设计。根据化工工艺设计手册中的参数对塔板参数进行调整，使塔内流体流动参数符合设计规定的同时满足工艺需要。塔板的参数如下图所示。图 2.3-5 T0203 CS-1塔板详细结构参数图2.3-6 T0203 CS-2塔板详细结构参数将上述结构参数归结为下列表中所示数据。表 2.3-5 T0203 CS-1塔板详细结构参数-基本参数属性值单位塔板类型筛板直径3.4m板间距0.6m降液管数2孔径8mm横截面积9.0792m2有效传质区面积7.30676m2净面积8.19298m2表 2.3-6 T0203 CS-2塔板详细结构参数-基本参数属性值单位塔板类型筛板直径4m板间距0.61m降液管数2孔径16mm横截面积12.5664m2有效传质区面积8.27429m2净面积10.4203m2表 2.3-7 T0203 CS-1塔板详细结构参数-基本参数属性侧降液管中心降液管单位降液管间隙0.02730.0273meter降液管顶部宽度320267.311mm降液管底部宽度320267.311mm降液管顶部面积0.4322590.90792m2降液管底部面积0.4322590.90792m2表 2.3-8 T0203 CS-2塔板详细结构参数-基本参数属性侧降液管中心降液管单位降液管间隙0.04230.0423meter降液管顶部宽度560540mm降液管底部宽度560540mm降液管顶部面积1.069332.15342m2降液管底部面积1.069332.15342m2表 2.3-9 T0203 CS-1塔板详细结构参数-溢流堰参数属性边缘降液管中心降液管单位溢流堰高度0.040.04m溢流堰长度1.985553.38948m表 2.3-10 T0203 CS-2塔板详细结构参数-溢流堰参数属性边缘降液管中心降液管单位溢流堰高度0.0550.055m溢流堰长度2.77593.96388m表 2.3-11 T0203 CS-1塔板详细结构参数-盘面参数属性AB单位流路长度1.246341.24634m表23.12 T0203 CS-2塔板详细结构参数-盘面参数属性AB单位流路长度1.171.17m输入完成后可点击运行，运行结果无警报、无报错，说明塔内件设计合理。2.3.4塔的水力学校核最后将塔内件设置自设计（Interactive sizing）改为（Rating）校核对设计好的塔内件进行负荷性能计算以及水力学校核，校核结果可导出。全塔校核结果如下图所示。图 2.3-7（1） 全塔水力学校核结果图图 2.3-8 （2） 全塔水力学校核结果图 图 2.3-9 （3） 全塔水力学校核结果图主要水力学数据见下表，详细的塔设备设计及水力学校核结果见塔设计文件夹内附件T0203共沸精馏脱醋酸塔校核报告书。表2.3-13 T0202水力学数据理论板液泛因子/%降液管液位/板间距侧降液管停留时间/ s中心降液管停留时间/ s176.541970434.43061674.1199289354.326766454262.4664008126.753418655.1438914195.402136101362.3381264826.433441775.2937755945.559545083463.1101758926.909978755.1497710645.408310929563.6227663227.308714615.0165412435.268392418663.9781062827.623534984.9104776645.157004007764.3490819927.856629254.8280199625.070406587864.6633698228.016900444.7640494985.00322454964.8484232528.116957354.713998834.9506611221064.9334075228.169895064.6741947644.9088587271165.1639413728.278058794.6566896764.8904748111260.1980701430.40377515.2532821975.2895365291360.5878307530.537235195.251328475.2875693181461.1072811130.729407695.2337168895.2698361961561.8459121731.008012345.2082328885.2441763221662.9098211531.416167265.176580495.2123054821764.3800361531.995874765.1397372815.1752080091866.2991803232.782598725.0997565215.1349513311968.6455622333.792099765.060071245.094992172071.3151865935.004666755.0246224365.0592987252174.1318897136.357342144.9963333115.0308143692276.8888722137.75344114.9760056475.0103464182379.4024271639.087858764.9623882684.9966350612481.5511661140.275012024.953161294.9873444062583.5230063141.39281464.9612814274.995520583从上表数据可得到，该塔的液泛因子均处于60%85%（0.60.85）之间，所有降液管内液位高度与塔板间距的比值在0.20.5之间，液体在降液管内停留时间均大于4s，符合其要求范围。2.3.5塔主要结构尺寸确定2.3.5.1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为4m。2.3.5.2塔高的计算（1）实际塔板数由Aspen plus提取的数据可以知道，精馏塔效率可由Drickaner-Bradford方法计算出，即：式中：为塔进料液体平均摩尔粘度，cp； ET为全塔效率；由Aspen Plus模拟出的物性数据求得平均粘度=0.2127cp，代入公式得ET=0.58。则：式中：NP实际板数；N理论板数。计算得NT=43，即全塔实际板数为43块。（2）塔板间距HT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2.3-13列出的塔板间距的经验数值选取。设有人孔的上下两塔板间距应大于等于600mm，这里取HT=0.6m表 2.3-14 塔间距参考数值塔径D/m0.30.50.50.80.81.61.62.02.02.42.4板距HT/mm200300300350350450450600500800600综合考虑取板间距HT=600mm。（3）塔体总高度计算（a）塔顶空间高度HD塔顶空间高度的作用时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1.21.5 m，这里取HD=1.2 m。（b）进料段空间高度HF进料段高度取决于进料口结构形式和物料状态，一般要比HT大，取HF=0.8。（c）塔底空间高度HB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1015 min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15min的储量。提取Aspen数据塔底料液出口体积流量V=259.755m3/h，塔径D=4 m，t=4min（4）塔的有效高度Z式中 Z-塔的有效高度，m； ET-全塔总板效率； NT-塔内所需的理论版层数； HT-塔板间距，m。（5）塔筒体高度H其中直边高度h取25mm。（6）封头高度H1由上得封头椭圆形封头,曲面高度H1=1000mm。（7）裙座高度H2筒体高度大于10m，塔径4m1m，故采用圆柱形裙座，裙座高度为：结合工艺条件，裙座总高度定为5 m.（8）塔体总高度HZ2.3.6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。计算结果如下：（1）气体出料管取气体流速为60.00 m/s，气体体积流率为V=46381.3 m3/h，所以：管径圆整为6609.53 mm（DN650）（2）回流管取进料管液体流速为2.5m/s，液体体积流率为V=91.8837 m3/h，所以：管径圆整为141.39.53 mm（DN125）（3）进料管取液体流速为2.5 m/s，气体体积流率为110.036 m3/h，所以：管径圆整为141.39.53 mm（DN125）（4）再沸器入口管取液体流速为25.00m/s，液体体积流率为50751m3/h，所以：管径圆整为6609.53mm（DN650）（5）塔釜出料管取液体流速为2.00m/s，液体体积流率为259.804m3/h，所以：管径圆整为219.18.18 mm（DN200）（6）其他接管设计上述接管计算结果列于下表。表 23.15 其他接管设计取样口DN=32 mm压力计DN=25 mm液面计DN=25 mm人孔DN=4500 mm温度计DN=25 mm2.3.7开口方位及尺寸图2.3-10 管口方位图图2.3-11接管尺寸具体方位见T0302条件图.（图号为：AHPU-GYLX-T0302）。2.4塔机械结构参数设计（以T0203为例）塔结构参数设计是把工艺参数、尺寸作为已知条件，在满足工艺条件的前提下，对塔设备进行强度、刚度和稳定性计算，并从制造、安装、检修、使用等方面出发进行机构设计。2.4.1材料本塔用于脱除醋酸，由于醋酸具有腐蚀性，故而本塔采用材料S30408，设计压力0.14MPa，设计温度为140。2.4.2筒体壁厚计算采用内径Di计算壁厚，取焊接接头系数为=0.85，查得由公式计算可得：又由化工机械基础（陈国恒、陈刚主编）知，壳体加工成型后不包括腐蚀裕量的最小厚度mm为：碳素钢和低合金钢制容器不小于3 mm；高合金钢制容器不小于2 mm。故取C2=2mm。则名义厚度 ,圆整得n=5mm。由GB150-2011，综合考虑风压载荷、应力、稳定性等因素，故选择名义厚度n=9mm。2.4.3封头壁厚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=4000mm,曲边高度H1=1000mm.标准椭圆形封头的直边高度由表2.4-1确定,取h=25mm。表 24.1 标准椭圆形封头的直边高度h项目碳素钢、普通低合金钢、复合钢板不锈钢、耐酸刚封头壁厚/mm481018391018直边高度/mm254050254050下封头计算厚度：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4m； t为材料在设计温度下许用应力，为137MPa；=1.从而c为：取壁厚负偏差C1为0.3mm，腐蚀裕量C2=2mm.向上圆整则名义厚度为9mm，上封头同理则算得名义厚度为9mm。2.4.4裙座设计裙座不直接与塔内介质接触，也不承受塔内介质的压力，裙座筒体材料选用Q345R。2.4.4.1裙座厚度采用内径Di计算壁厚，取焊接接头系数为=1，查得由公式，裙座与外界接触为常压，计算可得：又由化工机械基础（陈国恒、陈刚主编）知，壳体加工成型后不包括腐蚀裕量的最小厚度mm为：碳素钢和低合金钢制容器不小于3 mm；高合金钢制容器不小于2 mm。故取C2=2 mm。则名义厚度： ,圆整得n=17 mm。2.4.4.2裙座其它尺寸确定（1）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，要求裙座外径等于下封头外径。焊接长度：（2）排气管塔内温度约120故设置保温层，保温层的厚度为60 mm，密度300 kg/m3。基于以上的结构，根据NB/T 47021-2014塔式容器即下表2.4-2，塔壳体圆筒内径Di大于2400 mm范围内时，由图设置5个排气管，规格为108 4 m，排气管距裙座筒体上部的距离为180 mm。表2.4-2 排气孔（管）规格与数量塔壳圆筒内直径Di6001200140024002400排气孔尺寸8080100排气孔数量/个244排气孔中心线至裙座壳顶端的距离140180220排气管规格89*489*4108*4排气管数量/个244 (3)引出管通道由表2.4-3，引出管公称直径为200 mm时，采用无缝钢管，通道内径管规格为3509mm。表 2.4-3 引出孔加强管尺寸引出管直径d20、2532、4050、7080、100125、150200250300350350引出孔加强管无缝钢管133*4159*4.5219*6273*8325*8焊管内径200250300350400450500d+150 (4)人孔与排气孔由于塔压力较高，设置两个圆形人孔，直径为450 mm，以方便检修。为了减小腐蚀以及塔运行过程中可能有气体逸出，设置5个排气孔，DN=100 mm，引出孔中心线至裙座壳顶端的距离为220mm。(5)检查孔裙座应开设检查孔，检查孔分圆形和长圆形，其结构、尺寸和数量参见图2.4-4，由本设备它是容器内径Di大于1600mm,故而选用圆形检查孔，DN