3-2塔设备设计说明书

扬子石化5.5104t/a高活性聚异丁烯分厂 塔设备设计说明书 49目 录第一章 塔设备设计31.1 塔设备设计依据31.2 设计要求31.3 塔设备简介41.3.1 板式塔41.3.2 填料塔51.3.3 塔型选择一般原则91.4 塔设备设计（以T-0103为例）111.4.1使用软件列表111.4.2塔设备基础数据111.4.3 塔径的计算141.4.4 溢流装置的设计计算161.4.5 浮阀塔板结构参数的确定181.4.6 塔板结构设计181.5 水力学计算191.5.1 塔板压力降191.5.2 雾沫夹带量211.5.3 降液管内液面高度211.5.4 漏液的检验221.5.5 降液管液体停留时间221.6 塔板的负荷性能图221.6.1 过量雾沫夹带线221.6.2 液泛线231.6.3汽相负荷下限线231.6.4液相负荷下限线231.6.5液相负荷上限线231.6.6 单板负荷性能图241.7 Cup-Tower水力学校核241.8 塔机械工程设计281.8.1 塔高的计算281.8.2 接管的计算291.9塔体选材及壁厚301.9.1 塔体选材301.9.2 塔体壁厚301.9.3 封头311.10 裙座的设计311.11 塔设备强度校核32第二章 塔设备装配图482.1 塔设备T-0103装配图48第一章 塔设备设计1.1 塔设备设计依据化工设备设计全书塔设备化工设备设计基础规定HG/T20643-2012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/T4709-2007塔器设计技术规定 HG20652-1998不锈钢人、手孔 HG21594-21604-2014压力容器封头 GB/T 25198-2010压力容器封头 GB/T 25198-2010钢制塔式容器 NB/T47041-2014塔顶吊柱 HG/T 21639-20051.2 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。1.3 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。可在塔设备中完成的常见操作有：精馏、吸收、解吸和萃取等。而在化工生产中分离的能耗占主要部分，塔设备的投资费用占整个工艺设备费用的 25.93%。因此，塔设备的设计和研究，对石油、化工等工业的发展起着重要的作用。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接触型气液传质设备，种类繁多。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，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。对塔型的评价具体可以从生产能力、塔板效率、操作弹性、气体通过塔盘的压力降、造价和操作是否方便等方面来考虑。下面现将简单介绍几类主要塔的性能：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 压力降差良优优本项目采用精馏脱除异丁烯中的水，在精馏过程中物系易发泡，故本项目优先考虑使用浮阀塔。表1-2 各类塔板性量化比较指标塔盘型式F型浮阀十字架型浮阀条型浮阀筛板舌型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气液负荷高444444213444低555233333233操作弹性555334434112压力降233324000433雾沫夹带量334343112444分离效率554433434444单位体积设备处理量444444213444制造费用334443213553材料消耗444454223554安装检修434443113553污垢对操作的影响232123100244注：0差；1及格；2中；3良；4优；5超由上面两个表可知，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。1.3.2 填料塔塔内装有一定高度的填料，是气液接触和传质的基本构件；属微分接触型气液传质设备；液体在填料表面呈膜状自上而下流动；气体呈连续相自下而上与液体作逆流流动，并进行气液两相的传质和传热；两相的组分浓度或温度沿塔高连续变化。填料塔中的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，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。表1-3 填料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，Hyperfil1.3.2.1 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：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1-4 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1-5 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)热敏性，难分离物系的真空精馏CY1.32.467(0.5)1065103105(501000)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，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)。 1.3.3 塔型选择一般原则1.3.3.1 填料塔与板式塔比较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。表1-6 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1.3.3.2 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。1）下列情况优先选用板式塔：a.塔内液体滞液量较大，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1-7 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 塔设备设计（以T-0103为例）1.4.1使用软件列表表1-8 使用软件列表名称用途来源Aspen Plus V8.8分离性能设计Aspen Tech公司CUP-Tower流体力学设计中国石油大学（华东）SW6-2011塔体强度结构设计全国化工设备设计技术中心站AutoCAD2014精馏塔平面布置图绘制Autodesk公司1.4.2塔设备基础数据利用Aspen PlusV8.8 T-0103异丁烯精制塔添加Tray Sizing，选用圆形浮阀型塔板。得到水力学参数表后，从中选择流量最大的塔板，作为设计的计算依据。表1-9为Aspen Plus V8.8塔径模拟后的Tray Sizing Result数据汇总。表1-9 T-0103 Tray Sizing ResultSection starting stage:2Section ending stage:9Column diameter:1.27meterDowncomer area/Column area0.100Side downcomer velocity0.049m/secFlow path length0.237meterSide downcomer width0.083meterSide weir length0.604 meter在Aspen Plus的Traying Sizing中选择Profile，得到表1-10所示的水力学数据表1-10 T-0103 Traying Sizing ProfileStageDiameterTotal areaActive area per panelSide downcomer areametersqmsqmsqm21.3710131.4762950.2952590.03690731.3515941.4347710.2869540.03586941.3548761.4417470.2883490.03604451.2456951.2187460.2437490.03046961.2351321.1981660.2396330.02995471.2239951.1766560.2353310.02941681.2088411.1476990.229540.02869291.1356871.0129940.2025990.025325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Backup / Tray space）介于0.20.5之间，每块塔板的液泛因子（Flooding factor）均介于0.60.85之间，得到如下结果：表1-11 T-0103 Traying Rating ResultT0104 Traying Rating ResultSection starting stage：2Section ending stage：9Column diameter:1.33MeterMaxium flooding factor:0.843Stage:2Section pressure drop:0.044BarMaxium backup /Traying spacing0.323Backup:0.194MeterVelocity:0.06m/sec表1-12 T-0103 Traying Rating ProfilesStageFlooding factorDowncomer velocityDowncomer backupBackup / Tray spacePressure dropDowncomer res. timem/secmeterbarsec20.8431810.0421980.1772450.2954090.00592414.2186630.8205210.0418350.1739860.2899770.00572614.3419940.8388420.0564270.1860150.3100260.00595710.633250.7199210.0567880.1727460.2879090.00512110.5656960.7092530.057090.1718840.2864740.00504310.5096870.6979330.0572390.1708820.2848040.00496610.4822980.6819770.0567610.1690390.2817310.0048710.5707290.6011120.0484240.1562790.2604660.00446212.39063由Aspen Plus模拟后的Profiles中调出Hydraulics水力学数据，得知第1块塔板上气液负荷最大，调出其具体数据汇总于下表2-3中。表1-13 Aspen Plus对T-0103精馏段的模拟结果级数液体温度气体温度液体质量流量kg/hr气体质量流量kg/hr液体体积流量m3/hr气体体积流量m3/hr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/cm13.5295.37613778.6219910.5622.364931.27616.324.040.20970.007614.451.4.3 塔径的计算由于带有降液管，所以溢流式的塔板的塔截面实际分为了两个部分，即气体流通截面和降液管所占截面。若AT为塔板截面积，A为气体流通截面积，Af降液管截面积，则：AfAT=1-AAT当塔内处理的气体体积流量为VS， A=Vs/u塔板的计算中，通常是以泛点气速uf作为u的上限。一般取：u=(0.6-0.85)uf根据索德尔斯和布朗公式：uf=CL-VV式中C为气体负荷因子，由C=C20l0.020.2计算,其中的C20由史密斯关联图查取。如图1-10所示：图1-10史密斯关联图关联图横坐标即气液两相流动参数的确定：LSVSLV0.5=22.364931.27616.324.040.5=0.056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2-6列出的塔板间距的经验数值选取。表1-14 塔间距参考数值塔径D（mm）塔板间距HT（mm）600-7003003504508001000350*45050060012001400350*450500600800*16003000450*50060080033004200600800 *不推荐采用通过Aspen Plus估算可以塔径为1.33米左右，故取板间距HT=600mm。一般常压塔取hL=5070mm，加塔取hL60mm减压塔取hL=3040mm，故取板上液层高度hL=70mm，则液滴沉降高度为HT-hL=530mm。查出史密斯关联图：得到C20为0.12C=C200.020.2=0.12*0.0140.020.2=0.112泛点气速：u=CL-VV=0.112*616.32-4.044.04=1.38 m/s取u=0.7u=0.7x1.38=0.97m/s，则可求得塔径为：D=4*Vs*u=4*4931.273600*0.97=1.34m按照标准塔径圆整后，最终确定T-0103塔径为1.4m。1.4.4 溢流装置的设计计算（1）板上液流型式的确定T-0103塔径为1400mm，塔内最大液相流量为22.36m3/h。则可确定选择塔板流型为单溢流型，详细参考见下表。表1-15 液体负荷与板上流型的关系塔径（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（2）溢流堰主要尺寸溢流堰主要作用是维持塔板上有一定的液层厚度，并使液体能较均匀地横过塔板流动，其主要尺寸是堰高和堰长。根据经验数据，单流式塔板的堰长一般为塔径的60%80%，此处取为60%，可得堰长lw=14000.6=840 mm此时对应堰上的最大液流量（液流强度）20m3/(m堰长h)，不超过经验值7087.5 m3/(m堰长h)，检验合格。对于本例中的加压精馏塔，经验值选取堰高为4060mm，此处选取堰高hw=52mm，溢流堰选用平口堰。（3）降液管图1-11 弓形降液管相关属性图得到 AfAT=0.51 WdD=0.1降液管Wd=0.11400=140 mm面积Af=0.0514D2=0.07851 m2。（4）受液盘为了避免塔板上出现死角，同时可以缓冲液体流向，更好地使气泡分离，在这里选用凹形受液盘，深度为47mm。（5）进口堰本精馏塔中液相流量相对较小，同时选用了凹形受液盘，故不设进口堰。（6）降液管底隙高度对凹形受液盘，选取底隙高度等于盘深，即hb=47 mm。为降低气泡夹带，液体在降液管内应有足够的停留时间以使气体从液相中分离出，一般要求不应小于35s，而对于高压下操作的塔以及易起泡的物系，停留时间应更长些，为此，必须进行校核。则液体在降液管的停留时间为：=AfHTLS=0.078510.60.00621=7.59S3S由于停留时间3s，尺寸设合理。1.4.5 浮阀塔板结构参数的确定（1）浮阀阀型采用F1型浮阀塔盘，阀重33g。 （2）浮阀排列方式浮阀的排列方式多采用三角形排列，又分顺排和叉排两种。根据我国的标准，浮阀采用叉排的排列方式。对于塔径大于1000mm的塔板，常常采用分块式塔板，按等腰三角形排列，其底边固定为75mm。1.4.6 塔板结构设计a.受液区和降液区：一般这两个区域的面积相等，均可按降液管截面积Ad计算；b.边缘区：在塔壁边缘留出一定宽度的环形区域供固定塔板用；c.入口安定区和出口安定区，通常宽度相等；d.有效传质区：余下的塔板上有浮阀孔的区域。于此处考虑，由经验可知：a.塔径D900mm，采用分块组装式；b.塔径在2.5m以下，边缘宽度取WC=0.05m；c.分布区宽度WF取0.05m;d.根据之前计算可知，降液管宽度为Wd=0.14m。图1-12 溢流板区域划分阀孔临界气速：u0cr=1.13how+0.55hw+43.35G=5.40 m/s阀孔气速取u0=1.1u0c=5.94m/s。每层塔板上浮阀数目为：N=VS4d02u0=4931.2740.03925.943600=193阀孔动能因数：F0=u0v=5.944.04=11.94处于817范围之内。开孔率：=Nd0D2=1930.0391.42=14%处于515%范围之内。1.5 水力学计算1.5.1 塔板压力降塔板压力降P由三部分组成，分别为气体流过干塔板的压力降PC、通过液层的压力降PL及克服液相表面张力的压力降P，一般来说克服液相表面张力的压力降很小，可以忽略不计，于是塔板压降可简化为：P=PC+PL（1）干板压力降在浮阀排列时得到的阀孔动能因数约为12，故浮阀处于全开状态。对于33g F-1型重阀，全开后的干板压降为：hc=5.34u022gvl=5.345.94229.814.04616.32=0.063 m（2）液层压力降忽略塔板上的液面落差，则气体通过液层的压力降为：hl=(hw+how)其中取充气系数=0.5，出口堰高hw=0.05 m。对于平口堰，堰上液头高为：how=0.00284E(Lhlw)2/3Lhlw2.5=34.58由图2-4读出液流收缩系数为1.08。图1-13 液流收缩系数图how=0.002841.08Lhlw23=0.0273 mhl=(hw+how)=0.5(0.05+0.0273)=0.039m总的塔板压力降为：hp=hc+hl=0.063+0.039m液柱=616Pa符合36mmHg的单板压力降要求。1.5.2 雾沫夹带量（1）雾沫夹带量对浮阀塔板，分别采用阿列克山德罗夫经验式和泛点率来估计雾沫夹带量。阿列克山德罗夫经验式根据塔板间距、浮阀塔系数、空塔气速、板上液层高度、气相粘度等来估计雾沫夹带量，采用下式估算：ev=5.710-6uGHT-hf3.2得到ev=0.0057雾沫/kg气体0.1kg雾沫/kg气体，可以看出，雾沫夹带量小于0.1kg雾沫/kg气体，满足要求。（2）泛点率泛点率可由下式得出：F1=VsvL-v+1.36LsZLABKCF浮阀塔板泛点负荷因数图1-14如下：图1-14 浮阀塔板泛点负荷因数图最终求出T-0103塔的泛点率F1=59.7%，根据Glitsch公司建议，当直径大于900mm的塔，泛点率F1控制在：F180%82%时，雾沫夹带量e0.1kg雾沫/kg气体。由此可见，泛点率符合要求。1.5.3 降液管内液面高度为了防止出现淹塔现象，需对降液管内清液层高度Hd进行校核。Hd=hw+how+h+hd+hp流体流过降液管的阻力损失为：hd=0.153(LSlwhb)2为了防止淹塔，应使：Hd(HT+hw) 对一般物性相对泡沫密度=0.5，求出Hd =0.1826，(HT+hw)=0.325可见设计符合要求。1.5.4 漏液的检验漏液检验其泄漏点的阀孔动能因数可以用下式计算：Foa=2.968a0.19Hw0.027L0.219解出泄漏点的阀孔动能因数Foa=7.27，由前计算的Fo=11.94Foa=7.27，可知此时塔设备不发生泄露。1.5.5 降液管液体停留时间液体在降液管内的平均停留时间为：=HTAdLS解出:=AdHTLS=0.078510.60.00621=7.59S3S其停留时间大于最小降液管停留时间3S，可以认为符合要求。1.6 塔板的负荷性能图1.6.1 过量雾沫夹带线以ev=0.1kg/kg气体为限，即ev=5.710-6uGHT-hf3.2=0.1kg/kg气体 ，其中uG=VsAa，hf=2.5hW+hOW=2.5hW+2.8410-3E3600LsLw23,代入相关数据可解得关系为:Vs=3.9-16.75Ls231.6.2 液泛线降液管液泛时，取极限值，即Hd=HT+hw=0.325。根据降液管与堰高、堰上清液层高度、单板压降和液体流过降液管的阻力关系：Hd=HT+hw=hL+hp+hd=hw+how+hc+hl+hd=1.5hw+1.5how+hc+hd其中：hw=0.05m,how=2.8410-3E3600LsLw23，在此处键入公式。hc=5.34u022gvl，hd=0.153(LSlwhb)2。因物系一定，塔的结构尺寸一定，则HT、hw、h0、lw、V、L、0、等均为定值，而且u0=Vs4d02N,其中阀孔数与孔径也为定值。可将上式整理得，的的如下关系式： 0.0336Vs2=0.25-1.1235Ls23-86.73Ls21.6.3汽相负荷下限线对F1 型重阀，取作为规定气体最小负荷的标准，则u0=F0v=2.49m/s，重阀阀孔直径为39mm，则汽相负荷下限：(Vs)min=uoN4d2=0.45m/s1.6.4液相负荷下限线最小液量时，平直堰上的最小液层厚度为6mm，由此求得液相负荷下限。由0.006=0.668(LslW)23，得液相负荷下限为：Ls,min=0.00071m3/s1.6.5液相负荷上限线液体的最大流量应保证在降液管中的停留时间不低于35s。由=3600AfHTLh35s可知，以作为液体在降液管中停留时间下限，则液相负荷上限：Ls,max=HTAf=0.00942m3/s1.6.6 单板负荷性能图由五条气液复合曲线，画出塔设备可操作的具体区间。对于塔内某一特定截面，我们可以根据气液体积流率比值在图上做出操作线，为一条过原点的直线。做出全部曲线，单板负荷性能图1-15如下：图1-15 负荷性能图1.7 Cup-Tower水力学校核在Aspen Plus模拟和手动设计的前提下，我们可以利用Cup-Tower软件对塔设备进行水力学校核，进一步确定塔设备设计的可行性与准确性。在Cup-Tower软件中输入塔板信息、工艺条件以及塔板结构参数，所得的结果数据生成报告如下：表1-16 Cup-Tower水力学校核数据塔板编号(实际)#塔板层数1塔内径，m1.4板间距，mm600液流程数1d/t,%8.8开孔率,%14.堰长，mm1120堰高，mm52底隙/侧隙，mm47降液管宽，mm229受液盘宽，mm229受液盘深，mm47堰型平堰塔板形式圆形浮阀塔板编号#溢流强度，m3/mh19.96停留时间，s17.04降液管液泛，%39.66阀孔动能因子，(m/s)(kg/m3)0.59.78单位塔板压降，Pa478.90降液管内线速度,m/s0.04降液管底隙速度,m/s0.13基本信息1项目名称7校核人2装置名称8日期2018/7/173塔的名称T-6精馏塔9说明4塔板编号(实际)1#1#10计算选用的理论版5#5塔板层数111塔板编号(理论)#6塔板形式圆形浮阀12分段说明工艺设计条件液相气相1质量流量kg/h13778.627质量流量kg/h19910.552密度kg/m3616.328密度kg/m34.043体积流量m3/h22.369体积流量m3/h4931.274粘度cp0.2110粘度cp0.015表面张力dyn/cm14.4511安全因子/0.826体系因子/0.7512充气因子/0.60塔板结构参数1塔径m1.606孔数#235.752板间距m0.60007开孔密度#/m2173.303塔截面积m22.01068溢流程数/14开孔区面积m21.36049堰的形式/平堰5开孔率%14.00溢流区尺寸两侧中心1降液管面积比%8.772堰径比%70.003降液管顶部宽度m0.22874弯折距离m0.04705降液管底部宽度m0.18176受液盘深度m0.04707受液盘宽度m0.22878堰高m0.05259降液管底隙m0.047010降液管顶部面积m20.176311降液管底部面积m20.126112顶部堰长m1.120013底部堰长m1.015314进口堰高度m15进口堰宽度m圆形浮阀参数1浮阀孔径m0.03952单阀重量kg0.03363748工艺计算结果正常操作150%操作60%操作1空塔气速m/s0.68131.02190.40882空塔动能因子m/s(kg/m3)0.51.36902.05340.82143空塔容量因子m/s0.05530.08300.03324孔速m/s4.86637.29942.91985孔动能因子m/s(kg/m3)0.59.778214.66745.86696漏点气速m/s2.48832.48832.48837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/(h.m)19.961129.941711.976710流动参数/0.05600.05600.056011板上液层高度m0.07340.07990.067412堰上液层高度m0.02090.02740.014913液面梯度m-14板上液层阻力m液柱0.03670.03990.033715干板压降m液柱0.04260.09550.038916总板压降m液柱0.07930.13550.072617雾沫夹带kg液/kg气0.01420.05800.001818降液管液泛%39.662656.499435.997619降液管内液体高度m0.15530.22120.140920降液管停留时间s17.035211.356828.392121降液管内线速度m/s0.03520.05280.021122降液管底隙速度m/s0.13010.19520.078123降液管底隙阻力m液柱0.00260.00580.000924稳定系数/1.95562.93351.173425降液管最小停留时间s3.00003.00003.0000负荷性能图参数1操作点横坐标m3/h22.362操作点纵坐标103m3/h4.933操作上限百分比-150.00%4操作下限百分比-60.00%55%漏液时漏点动能因子m/s(kg/m3)0.55.00610%漏液时漏点动能因子m/s(kg/m3)0.5X液相体积流量m3/hY气相体积流量103*m3/h0-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1.8 塔机械工程设计1.8.1 塔高的计算（1）实际塔板数N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， ET=0.17-0.616log得到塔效率为0.59，由Aspen Plus模拟出的物性数据可得，实际塔板数为N=17，进料板为第8块。（2）塔顶空间高HD塔顶空间高度是塔顶第一块板到封头与接线的距离，作用是安装塔板和开人孔、破沫装置的需要，也使气体中的液滴自由沉降，减少塔顶出口气体中液滴夹带。空间高度一般取1.01.5m，这里取HD=1m。（3）塔板间距HTHT=0.6m（4）开设人孔的板间距HT设有人孔的上下两塔板间距应大于等于600mm，这里取HT=800mm=0.8m（5）人孔的设置为了便于安装、检修或清洗设备内部的装置，需要在设备上开设人孔或手孔。人孔和手孔的结构基本上是相同的。对于直径大于或等于800mm 的塔，采用人孔而非手孔，此外塔顶、塔底进料处必须设人孔。但由于设置人孔处的塔板间距要增大，且人孔设置过多会使制造时塔体的弯曲度难以达到要求，所以一般板式塔每隔1020层塔板或510m塔段，才设置一个人孔。对于直径大于800mm的填料塔，人孔可设在每段填料层的上、下方，同时兼作填料装卸孔用。这里的板式塔我们取10块塔板设置一个人孔，实际塔板17块，所以开共有3个人孔（包括塔顶和塔底人孔数）。（6）进料段空间高度进料段高度取决于进料口结构形式和物料状态，一般要比大，这里选取HF=0.8m。（7）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，塔底容量可取小些，取25min的储量。提取Aspen数据塔底料液出口体积流量V=25.7，塔径D=1.4m，t=5min。HB=Vt4D2=25.76050.7851.42=1.4m 综合塔底出料管以及其他机械装置空间，塔底空间高度取2m。（8）塔筒体高度H H=1+17-