3-设备设计及选型说明书

中石化齐鲁石化年产15万吨醋酸乙烯项目 可行性研究报告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石化齐鲁石化分厂年产15万吨醋酸乙烯项目设备设计及选型说明书燕山大学酯日可待队团队成员：郭石麟、龚淳铠、丰闪闪、刘 拴、王荟欣指导老师：何云华、郭丽杰、姜 洋、康建新、李红冠 燕山大学酯日可待队 1/50中石化齐鲁石化年产15万吨醋酸乙烯项目 设备设计及选型说明书目录第一章塔设备设计11.1 塔设备选型设计依据11.2 设计要求11.3 塔设备简介21.3.1 板式塔21.3.2 填料塔31.3.3 塔设备选型原则61.4乙醛精制塔的设计（T0206）91.4.1 T0206塔设计条件91.4.1.3优化后的总板数与进料板位置101.4.2 T0206填料选择111.4.3 塔填料装填与水力学校核121.4.4 T0206内部构件选型与设计171.4.5乙醛精制塔结构设计221.4.6强度校核261.4.7结果汇总291.5塔设备条件图301.6塔设备装配图311.7 塔设备SW6校核311.8塔设计小结表531.9塔设计选型一览表54第二章 换热器选型562.1 换热器选型设计依据562.2换热器的分类与特性562.3 换热器选用原则592.3.1 基本要求592.3.2 介质流程602.3.3 终端温差602.3.4 流速选择602.3.5换热面积612.3.6 压力降612.3.7 传热膜系数622.3.8 污垢系数622.3.9 换热管632.4 换热器型号表示方法642.5 换热器设计选型（以E0102为例）652.5.1 选型用软件一览652.5.2 工艺参数确定652.5.3 换热器结构参数的确定692.5.4 换热器结构校核752.5.5结果汇总772.5.6 换热器条件图782.5.7换热器装配图792.5.8换热器SW6校核792.5.9换热器计算与校核小结1032.7 换热器选型一览表105第三章 反应器设计（含创新）1093.1反应器设计概述1093.2 VAM合成反应器（R0101）设计1103.2.1催化剂1103.2.2乙烯氧乙酰化合成醋酸乙烯动力学说明1133.2.3反应条件选择1153.2.4反应器选型1163.2.5反应物流参数1173.2.6反应器结构设计1183.2.7换热任务核算（按单台反应器算）1223.2.8反应器构件计算1253.3反应器创新构件设计（创新）1283.4反应器压降校核1303.5结果汇总1313.6反应器R0101工艺条件图1323.6反应器R0101工艺装配图1333.7反应器SW6校核1333.8反应器设计小结1703.9反应器设计一览表171第四章 气液分离器选型1724.1 设计依据1724.2 气液分离器分类1724.2.1 立式和卧式重力分离器1724.2.2立式和卧式丝网分离器1724.3 设计目标1724.4 设计过程（以V0301为例）1734.4.1 气液分离器工艺参数1734.4.2 类型选择1734.4.3 尺寸设计1734.5 气液分离器SW6强度校核1764.6 气液分离器设计小结1854.7 气液分离器设计一览表185第五章 泵选型1865.1 泵类型和特点1865.2 泵选型原则1875.3 泵选型示例1905.3.1 具体选型(以P0302为例)1915.4 泵选型一览表195第六章 压缩机选型1976.1 压缩机分类1976.2 压缩机适用范围1986.3 压缩机选型1986.3.1 压缩机工艺参数1986.4 压缩机选型一览表199第七章 储罐选型2007.1 选型依据2007.2 储罐类型2007.3 储罐系列2007.4 原料储罐选型2027.4.1 醋酸储罐2027.5 产品储罐选型2037.5.1 醋酸乙烯储罐2037.5.2 乙醛储罐2037.6 回流罐选型2047.6.1 T0201回流罐2047.6.2 T0202回流罐2047.6.3 T0203回流罐2057.6.4 T0204回流罐2057.6.5 T0206回流罐2057.7 储罐选型一览表205第八章 缓冲罐选型2078.1 进料缓冲罐2078.1.1 原料性质2078.1.2 反应器进料缓冲罐2078.1.3 工业软水缓冲罐2098.1.4 导热油缓冲罐2098.2 缓冲罐选型一览表210 燕山大学酯日可待队 4/4中石化齐鲁石化年产15万吨醋酸乙烯项目 设备设计及选型说明书第一章 塔设备设计1.1 塔设备选型设计依据化工设备设计全书塔设备石油化工塔器设计规范 SHT 3098-2011固定式压力容器 GB 150-2011压力容器封头 GB/T 25198-2010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设备及管道保温设计导则 GB 8175-2008塔顶吊柱 HG/T 21639-2005常压人孔 HG 21515-20141.2 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）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。1.3 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。可以从不同的角度对塔设备进行分类。例如：按操作压力分为加压塔、常压塔和减压塔；按单元操作分为精馏塔、吸收塔、解吸塔、萃取塔、反应塔和干燥塔；最常用的分类是按塔的内件结构分为板式塔和填料塔，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。1.3.1 板式塔板式塔是分级式接触型气液传质设备，种类繁多。根据目前国内外实际使用的情况，主要的塔型是泡罩塔、筛板塔、浮阀塔、舌形塔、浮动喷射塔等。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，就成了命名这些塔的依据。下面简单介绍一下几种常见的板式塔性能。表1-1 几类主要塔的性能比较性能塔型泡罩塔浮阀塔筛板塔波纹穿流式生产能力差良优优分离效率良优优良操作弹性优优良优造价高良良优压力降差良优优表1-2 各类塔板性能量化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1.3.2 填料塔填料塔以填料作为气液接触元件，气液两相在填料层中逆向连续接触。它具有结构简单、压力降小、易于用耐腐蚀非金属材料制造等优点，对于气体吸收、真空蒸馏以及处理腐蚀性流体的操作，颇为适用。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，许多研究者还在不断地试图改进填料，填料塔的命名也以填料名称为依据，如金属鲍尔环塔、波网填料塔。常用的填料还有拉西环填料、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。1.3.2.1 散装填料（1）拉西环：目前已被淘汰 图1-1 拉西环 图1-2 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1-3 钢环鲍尔环 图1-4 瓷环鲍尔环（4）金属环矩鞍：1977年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1-5 金属矩鞍环 图1-6 特纳环（5）阶梯环 图1-7 阶梯环1.3.2.2 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1-8 丝网型 图1-9 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1-3 常见波纹填料名称类型材料比表面积a (m2/m3)水力直径dN/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、铝等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1-4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)终敏性，难分离物系的真空精馏，含有机物废气处理CY1.32.467(0.5)1065103105(501000)同位素分离，要求大量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，吸收、脱除强臭味物质，回收溶剂Mellapak250Y2.253.5100(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)，改造填料塔及部分板式塔，重水最终分离装置，用作静态混合单元Kerapak1.72.053107(0.40.8)458151025105(15000)高温或有腐蚀性介质的蒸馏与吸收，热交换器、除雾器、催化剂载体等1.3.3 塔设备选型原则1.3.3.1 填料塔与板式塔相比较表1-5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稍小大比散堆填料大压降小更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1.3.3.2 塔形式选用依据塔型的合理选择是做好塔设备设计的首要环节。选择时考虑的因素有：物料性质、操作条件、塔设备性能，以及塔设备的制造、安装、运转和维修等。与物性有关的因素（1）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；（2）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；（3）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；（4）黏性较大的物系，可以选用大尺寸填料，板式塔的传质效率较差；（5）含有悬浮物的物料，应选择液流通道较大的塔型，以板式塔为宜。可选用泡罩塔、浮阀塔、栅板塔、舌形塔和孔径较大的筛板塔等。不宜使用填料；（6）操作过程中有热效应的系统，用板式塔为宜。因塔板上积有液层，可在其中安放换热管，进行有效的加热或冷却。与操作条件有关的因素 （1）若气相传质阻力大（即气相控制系统。如低黏度液体的蒸馏，空气增湿等），宜采用填料塔，因填料层中气相呈湍流，液相为膜状流。反之，受液相控制的系统（如水洗CO2），宜采用板式塔，因为板式塔中液相呈湍流，用气相在液层中鼓泡;（2）大的液体负荷，可选用填料塔，若用板式塔时，宜选用气液并流的塔型（如喷射型塔盘）或选用板上液流阻力较小的塔型（如筛板和浮阀）。此外，导向筛板塔盘和多降液管筛板塔盘都能承受较大的液体负荷;（3）低的液体负荷，一般不宜采用填料塔。因为填料塔要求一定量的喷淋密度，但网体填料能用于低液体负荷的场合;（4）液气比波动的适应性，板式塔优于填料塔，故当液气比波动较大时宜用板式塔。其他因素 （1）对于多数情况，塔径小于800mm时，不宜采用板式塔，宜用填料塔。对于大塔径，对加压或常压操作过程，应优先选用板式塔；对减压操作过程，宜采用新型填料；（2）一般填料塔比板式塔重；（3）大塔以板式塔造价较廉。因填料价格约与塔体的容积成正比，板式塔按单位面积计算的价格，随塔径增大而减小。塔设备的选型可以依照下列顺序：表1-6 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1.4乙醛精制塔的设计（T0206）1.4.1 T0206塔设计条件1.4.1.1 流股参数T0206是乙醛精制塔，利用回流使液体混合物实现高纯度分离，从塔顶得到高纯度（99.3%）的乙醛产品，整个过程主要是传质过程。通过ASPEN模拟和优化，得到T0206进出口流股信息如下表所示。表1-7 T0206乙醛精制塔流股情况进料塔顶液体出料塔底出料塔顶气体出料Total Flowkg/hr1203.986858.5855328.098917.30188Total Flow kmol/hr25.4376819.494425.5454130.3978452Temperature C-6.1756167.88588555.906657.885885Pressure MPa0.10.090.10.09Mole Flow kmol/hr-C2H40.0007788670.0003695521.1685E-270.000409315O20.0004030522.19121E-055.5574E-420.00038114N23.13964E-061.36494E-074.066E-453.00314E-06VINYL-010.84931522.34848E-080.84931523.8908E-11CH3CHO19.6330319.353910.01034890.2687729CO20.23515260.11973747.1404E-250.1154152H2O0.93114261.18516E-060.93114141.33136E-09C3H6O21.5128020.0002617151.5125398.1044E-07C4H8O27.8769E-051.5366E-147.8769E-051.7876E-17CH40.002342970.0002946322.2364E-360.00204834C2H60.02740160.0165992.6995E-230.0108025HCOOH6.3862E-149.2716E-296.3862E-144.9397E-32C3H4O2.2452270.003225452.241991.19936E-051.4.1.2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T0206而言，为0.9bar。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= 1.1 * Pw =0.99bar塔顶温度为7.89度，体系最高温度为55.91度左右，设计温度需要比操作温度高1530，取设计温度为75，根据该操作条件，选择Q345R来作为本塔的材料。 1.4.1.3优化后的总板数与进料板位置由Aspen模拟优化出的的理论板数为28块，理论加料板位置为16块。图1-10理论板数优化图1-11进料板优化1.4.1.4 塔型的选择根据后续Aspen Plus的模拟，得到塔径低于0.8米，较小; 对于小塔径的填料塔，其塔效率较高，且造价低，因此该塔选择塔型为填料塔。1.4.1.5设计条件汇总表1-8设计条件汇总表设计温度 75设计压力 Mpa0.099理论板数28加料位置16填料高度 m8.75材料Q345R （填料高度由以下设计与校核具体得出）1.4.2 T0206填料选择根据装填方式的不同，填料可分为散装填料和规整填料。散装填料是一个个具有一定几何形状和尺寸的颗粒体，一般以随机的方式堆积在塔内，又称为乱堆填料或颗粒填料。散装填料根据结构特点的不同，又可分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料、球形填料及花环填料等。规整填料是按一定的几何图形排布，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。综上所述，我们选择板波纹填料中的Mellpak350Y金属填料。1.4.3 塔填料装填与水力学校核1.4.3.1 塔直径与填料高度的确定塔径的确定应当根据液气处理量，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功能设计塔径，其中初步设计使用了Interactive sizing功能，圆整后使用了Rating功能。1.4.3.2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，并在段间设计液体再分布器。查阅化工单元操作课程设计选取等板高度为0.35m，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1-12 Interactive sizing 设计设计结果如下图：图1-13 Interactive sizing 设计结果 在Aspen Plus的Packing Sizing中选择Profile，得到下图所示的水力学数据。图1-14 Interactive sizing水力学结果由上述结果，可以看到第15块板的能力因子小于0.4。所以将Packing Sizing的结果带入到Packing Rating中去，调整塔径为0.54米，使得整个填料层的能力因子（Fractional Capacity）介于0.40.8之间，得到如下结果：图1-15 Packing Rating Result图1-16 Packing Rating Profiles观察填料模拟结果，可以看出，塔径为0.54米时，全塔的能力因子（Fractional Capacity）均介于0.40.8之间，说明处于填料的良好操作区间之内，符合要求；压降也不大，进一步表明操作状态良好，则填料塔的填料选择较为合适，因此填料的设置是合理的。1.4.3.3 水力学校核将全塔分为两段填料，各段高度分别为4.55米和4.2米（均处于46米之间）。利用Aspen V9.0进行水力学校核，填料塔具体设计如图：图1-17 圆整后填料塔设置（rating）各段填料层的高度分别为4.55m、4.2m，总填料高度为8.75m，段间设置液体再分布器，所得水力学校核如下： 图1-18 圆整后水力学校核（Rating）水力学性能剖面表如下：图1-19 水力学校核结果图经水力学校核后，所有填料层的能力因子均在0.40.8之间，且每段填料的高度均在46米。校核合理。1.4.4 T0206内部构件选型与设计1.4.4.1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）填料支撑装置； 3）液体收集再分布及出料装置； 4）除沫装置。1.4.4.2液体再分布装置的设计1）液体再分布装置简介为了减少由于液体不良分布所引起的放大效应，充分发挥填料的效率，必须在填料塔中安装液体分布器，把液体均匀地分布于填料层顶部。液体初始分布的质量不仅影响着填料的传质效率，而且还会对填料的操作弹性产生影响。因此，液体分布器是填料塔内极为关键的内件，分布器的种类比较多，选择的依据主要有分布质量、操作弹性、处理量、气体阻力、对水平度等许多方面。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、槽盘式液体分布器的作用是把液体在填料顶部或某一高度上进行均匀的初始分布或再分布，用来提高传质、传热的有效表面，改善相间接触，从而提高塔的效率。从下图可以看出各种类型分布器的优缺点：图1-20分布器性能比较图2）液体再分布器的设计1、液体再分布器的选型该填料塔的塔径较小，故选用管式液体再分布器。2、分布点密度计算该填料塔塔径较小，且350Y型金属薄板填料的比表面积较大，故应选取较大的分布点密度。设计中取分布点密度为200点/m2。布液点数为n=0.785D2200=0.7850.542200=45.846按分布点几何均匀与流量均匀的原则，进行布点设计。设计结果为：主管直径为38mm3.5mm，支管直径为18mm3mm，采用7根支管，支管中心距为60mm，采用正方形排列，实际布点数为n=47。 3、布液计算Ls=进料质量流量/（进料密度3600），由Aspen Plus查得密度为847.551kg/m3。根据Ls=4 do2n2gH取=0.6，H=160mm,do=4Lsn2gH12=0.003m设计取do=3mm液体分布装置设计与液体再分布装置的设计过程相同，此处不再详细设计。1.4.4.3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除率。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，但支层板必须用不锈钢。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，不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。因此，它不仅要有足够的机械强度，而且开孔率要高，开孔尺寸不能太大。支承板承受的载荷随床层结构和操作工况而异。液泛状态床层对支承板施加了最大的作用力，塔内可能产生的操作压力脉动亦会形成冲击力，此外其他内构件如填料压板、液体再分布器等也可能有些额外载荷。设计者需根据操作工况对诸因素作认真分析，尽可能准确地按最危险情况计算总载荷，进行结构和强度设计。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1-21 格栅式支撑板1.4.4.4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1-22 整体式遮板式收集装置1.4.4.5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定而成，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35m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。综合考虑，我们选择丝网除沫器，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。其具有结构简单体积小，除沫效率高，阻力小，重量轻，安装、操作、维修方便等优点。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。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。1.4.5乙醛精制塔结构设计1.4.5.1塔直径的确定根据水力学校验的结果可以得到塔的直径确定为0.54m。1.4.5.2塔高的计算（1）塔顶空间HD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手孔的需要，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=1.0m。（2）塔底空间HB设计塔底空间具有储存槽以及开设手孔的作用，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。根据Aspen的模拟结果，塔底出料为0. 00637 m3/min，塔径为0.54m，计算所需放置液体收集装置的高度为0.2米，因为塔底还要设置手孔，所以取HB=0.5m。（3）填料段间空间设计（含手孔）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。考虑到塔径较小，不开人孔，而在塔底、塔顶以及分布器顶部开设手孔，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有3个手孔，手孔直径取150mm。 因此，开手孔以及液体再分布器的总高度（塔顶塔底有富余空间作开手孔用）： HR=150+200+200+100=650mm （4）封头设计本设计采用标准椭圆形封头，材料与筒体相同为Q345R,公称直径，曲边高度h1=150mm，直边高度h2=25mm，封头高度为:对于标准椭圆形封头，K=1，则下封头计算厚度： 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0.54m；t为材料在设计温度下许用应力，假设名义厚度为616mm，此时为；为0.85。从而为：取壁厚负偏差C1=0.3mm，腐蚀裕量C2=2mm+C1+C2=0.17+0.3+2=2.47mm根据规定，不包括腐蚀裕量的最小厚度应不小于3mm，若加上2mm的腐蚀裕量，名义厚度至少为5mm，根据钢材标准，取名义厚度为6mm。检验：，没有变化，故取名义厚度6mm合适。（5）裙座设计本工艺中选择圆柱形裙座，材料选择Q345R,裙座计算高度如下： 其厚度采用经验值20mm，同时裙座开一DN150mm的手孔，并通过SW6校验来校验裙座厚度是否合格。（6）塔筒体及总高度确定 筒体高度不包括封头与裙座：H=HD+HB+HR+H1=1+0.5+0.65+8.75=10.9m 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=1+0.5+0.16+2.405+0.65+8.7513.5m1.4.5.3设备筒体壁厚计算 圆筒计算厚度：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0.54m；为材料在设计温度下许用应力，选材为Q345R，假设名义厚度为616mm，此时为；为0.85；从而为取壁厚负偏差C1=0.3mm，腐蚀裕量C2=2mm 因此+C1+C2=0.17+0.3+2=2.47mm 根据规定，不包括腐蚀裕量的最小厚度应不小于3mm，若加上2mm的腐蚀裕量，名义厚度至少为5mm，有钢材标准，名义厚度为6mm。检验：，没有变化，故取名义厚度6mm合适。1.4.5.9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。1.4.5.10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1.421m3/h，因为流量较小，所以取流体经济流速为0.1m/s。 则管道内径为 4V3600u=0.071m根据GB/T 17395-2008，选择895mm规格的无缝钢管，材料为16Mn,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836.0m3/h，因为流量较小，所以取气体经济流速为15m/s。管道内径为：4V3600u=0.140m根据GB/T 17395-2008，选择1596mm规格的无缝钢管，材料为16Mn，该开孔接管在上封头处，具体方位见设备条件图与装配图。（三）塔底至再沸器液体接管设计根据Aspen的模拟结果，可以得到塔底液体进入再沸器的流量为2.52m3/h，因为流量较小，所以取液体经济流速为0.2m/s。管道内径为：4V3600u=0.067m根据GB/T 17395-2008，选择895mm规格的无缝钢管，材料为16Mn，该开孔接管在塔底富余空间筒体处，具体方位见设备条件图与装配图。（四）塔顶回流接管设计根据Aspe