6-3 附录三典型设备设计

中石化独山子高纯异丁烯制6万吨/年丁基橡胶& 2.5万吨/年MMA项目 典型设备设计书中石化独山子蓝天分公司高纯异丁烯制6万吨/年丁基橡胶联产2.5万吨/年MMA项目设计团队：三峡大学 一枝丁香队团队成员：孙佳静 蹇湘鄂 王慧敏 黄建建 向 源指导老师：罗华军 龚大春 刘祈星 范於菟 典型设备设计书2018年7月三峡大学一枝丁香队目录第一章 总述11.1 过程设备的选型目的和基本要求11.2 过程设备类别11.3 过程设备设计与选型原则1第二章 塔设备设计32.1塔设备设计依据32.2 设计要求32.3 塔设备简介42.3.1 填料塔72.3.2 板式塔102.4 塔设备选型112.4.1选型方法112.4.2塔主要结构尺寸的确定122.5典型塔设备计算132.5.1 异丁烯精制塔（T0302）的设计（手算）132.5.2塔机械工程设计（手算）262.5.3 T0302异丁烯精制塔的设计（软件）292.5.4塔机械强度校核（软件）332.5.5塔设备计算说明书352.5.6 T0403异戊二烯精制塔的设计（手算）482.5.7 塔机械工程设计（手算）592.5.8 T0403异戊二烯精制塔的设计（软件）612.5.9塔机械强度校核（软件）662.5.10塔设备计算说明书68第三章 反应器设计813.1反应器概述813.2反应器类型813.2.1釜式反应器（反应釜）813.2.2管式反应器823.2.3固定床反应器823.2.4流化床反应器833.4 异戊二烯合成反应器（R0401）843.4.1 反应特点843.4.2流化床概述843.4.3反应器选择853.4.4催化剂的选择853.4.5反应器设计过程863.5 MTBE裂解反应器（R0201B）1013.5.1 反应特点1013.5.2 本厂反应器的选择1013.5.3工艺条件的确定1013.5.4反应器设计过程1033.5.5 设备尺寸计算1063.5.6 接管零部件尺寸计算1073.5.7反应器设计结果1093.5.8反应器结构设计校核110第四章 换热器设计1154.1 换热器设计依据1154.2 换热器分类1154.2.1 按工艺功能分类1164.2.2 按传热方式分类1164.3换热器工艺方案的确定1174.3.1换热管规格选择1174.3.2壳程数和台数1184.3.3工艺条件选择1184.4换热器设计（E0203）1204.4.1 换热要求1204.4.2换热器型式的选择1224.4.3 换热器结构1274.4.4换热器的机械设计及校核1304.5换热器设计说明书1314.5.1数据输入1314.5.2计算结果135三峡大学一枝丁香队第一章 总述1.1 过程设备的选型目的和基本要求化工设备的工艺设计与选型是在物料衡算和热量衡算的基础上进行的，其目的是决定工艺设备的类型、规格、主要尺寸和数量，为车间布置设计、施工图设计及非工艺设计项目提供足够的设计数据。过程设备的第一个基本要求是能满足工艺要求。对于工艺上所要求的温度、压力、液位、流量等都需要过程设备来实现。在满足工艺要求的同时，过程设备也必保证有足够的强度，不会在操作过程中遭到破坏。还有一个基本要求，经济上要合理。在满足前一个基本要求之后，要考虑尽量降低设备的生产费用和操作费用，这样才能使企业获得更大的利益。1.2 过程设备类别化工设备从总体上分为两类，一类称定型设备或标准设备，这是由一些加工厂成批成系列生产的设备，通俗地说，就是可以买到的现成的设备，如泵、反应器、换热器、大型储罐等；另一类称非定型设备或非标准设备，是指规格和材料都是不定型的、需要专门设计的特殊设备，如小的储罐、塔器等。1.3 过程设备设计与选型原则（1）合理性即设备必须满足工艺需求，与工艺流程、生产规模、工艺条件及工艺控制水平相适应，在设备的许可范围内，能够最大限度地保证工艺的合理和优化并运转可靠。（2）可靠性和先进性工艺设备的型式、牌号多种多样，实现某一化工单元过程，可能有多种设备，要求设备运行可靠。在可靠的基础上考虑先进性，便于连续化和自动化生产，转化率、收率、效率要尽可能达到高的先进水平，在运转的过程中，波动范围小，保证运行质量可靠，操作上方便易行，有一定的弹性，维修容易，备件易于加工等。（3）安全性设备的选型和工艺设计要求安全可靠、操作稳定、无事故隐患，对工艺和建筑、地基、厂房等无苛刻要求，工人在操作时劳动强度小，尽量避免高温高压高空作业，尽量不用有毒有害的设备附件、附材，创造良好的工作环境和无污染。（4）经济性设备的选择力求做到技术上先进，经济上合理。第二章 塔设备设计2.1塔设备设计依据表3-1 塔设备设计依据内容出版日期及标准号化工设备设计全书塔设备2003-5压力容器GB 150-2011塔式容器NB/T 47041-2014压力容器封头GB/T 25198-2010化工配管用无缝及焊接钢管尺寸选用系列HG/T 20553-2011钢制管法兰、垫片和紧固件HG/T 2059220635-2009补强圈JB/T 4736-20022.2 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。2.3 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。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）板式塔塔内装有一定数量的塔盘，是气液接触和传质的基本构件；属逐级（板）接触的气液传质设备；气体自塔底向上以鼓泡或喷射的形式穿过塔板上的液层，使气液相密切接触而进行传质与传热；两相的组分浓度呈阶梯式变化。（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。两种塔型的比较见下表：表3-2 板式塔与填料塔的比较项目填料塔板式塔塔径适宜于小塔径的塔，但对大塔要解决液体再分布的问题一般推荐塔径大于800mm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1.5m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800mm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800mm时，宜用板式塔，小于800mm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） 本厂实际情况从分离效率、成本和操作维修等方面考虑，并结合实际情况，我们在设备选择过程中优先考虑采用板式塔，控制设备投资成本和操作成本，既有较高的操作弹性，同时操作维修也较为方便；选择结果如下：表3-3 塔设备型式位号名称类型T0101催化蒸馏塔板式塔T0201MTBE精制塔板式塔T0301水洗塔板式塔T0302异丁烯精馏塔板式塔T0303水洗液精馏塔板式塔T0304异丁烯二级精馏塔板式塔T0401催化剂再生塔板式塔T0402PI精馏塔板式塔T0403PI二级精馏塔板式塔T0501水洗塔板式塔T0502脱水塔板式塔T0503MAA解吸塔板式塔2.3.1 填料塔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。表3-4 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，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（1）散装填料：a.拉西环：目前已被淘汰。 图3-1 拉西环 图3-2 矩鞍填料b.矩鞍填料：属于乱堆敞开式填料c.鲍尔环：是在拉西环壁面上开一层或两层长方形小窗 图3-3 钢环鲍尔环 图3-4 瓷环鲍尔环d.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3-5 金属环矩鞍 图3-6 纳特环e.纳特环：开发与20世纪80年代初，也是环和鞍组合成的填料f.阶梯环 图3-7 阶梯环（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40-300mm，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3-8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3-5 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12545/3098.5100250Y/250X2501545/3097200350Y/350X35045/3095280500Y/500X50045/3093400塑料薄板Mellapak125Y聚丙烯、聚偏氯乙烯1254598.537.5250Y25015459775陶瓷薄片Karapak BX陶瓷45063075550Melladur250452.3.2 板式塔2.3.2.1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。2.3.2.2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3-6如下：表3-6 几种主要塔板的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、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3-7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0.50.62.4 塔设备选型2.4.1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，四个软件”的选型方法进行选型。 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（2002年）设计标准化工工艺中国石化集团上海有限公司主编设计标准表3-8塔设备选型方法设计手册（2003年）四个软件AspenPlusV7.3AspenTech公司开发 模拟水力学参数及选型 结果核算Sulpak3.0SulzerChemtech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校核SW6-2011全国化工设备设计技术中心站塔机械强度设计与校核2.4.2塔主要结构尺寸的确定（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600mm。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。（二）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1.21.5m。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15分钟的缓冲时间时，釜液的停留时间可取35分钟，否则须取15分钟。但对釜液流量大的塔，停留时间一般也取35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圆形，其尺寸为600*（10001800）mm，以方便进出。2.5典型塔设备计算本次塔设备选型设计使用AspenPlus、CUP-TOWER、SW6-2011软件对本厂区使用的塔设备进行选型设计，并且选择T0302异丁烯精制塔和T0403异戊二烯精制塔进行详细说明。2.5.1 异丁烯精制塔（T0302）的设计（手算）提取Aspen plus各物流的物性参数，进行手工计算和校核，然后再用CUP-Tower进行软件计算，通过比较来检查计算的正确性。本项目对异丁烯精制过程中的异丁烯精制精馏塔做详细设计，具体设计过程如下：表3-9 物料组成InOutTemperature C0-7.422.8Pressure MPa0.10.10.1Vapor Frac0.35500MoleFlow kmol/hr236.59217957.592Mass Flow kg/hr11845.27310041.7361803.537VolumeFlowcum/hr1920.45115.9972.412Enthalpy Gcal/hr-4.093-1.801-2.745Mass Flow kg/hr CH3OH4.8741.9882.886H2O674.7980674.798C4H80.0310.0270.004 IB11132.391100341098.391C4H8-228.7415.11523.626C4H10-2C4H10-11.0850.4570.628DIBTBADME0.1490.149MSBE3.2043.204Mass Frac CH3OH0.002H2O0.0570.374C4H8 IB0.9400.9990.609C4H8-20.0030.013MSBE0.002设计题目 要求塔顶回收的异丁烯纯度达到99.9%（质量分数）塔设备的选择根据本厂情况异丁烯精制塔采用板式精馏塔塔板选择本操作选用筛板塔设计内容精馏塔的物料衡算 （摩尔分数，下同) 塔的模拟计算表3-10塔的模拟计算设计内容模拟值操作回流比2理论板数20进料板序号8进料板温度-5.4塔顶温度-7.4塔釜温度22.78设计计算及验算2.5.1.1塔板工艺尺寸计算（1）塔径本项目使用aspen对全工段进行模拟，由aspen模拟数据可得气液两项流量最大的板上的负荷量： 欲求塔径应先给出空塔气速u，而u=（安全系数）umax横坐标的数值为初取板间距，板上液层高度图中参数值为：根据以上数据，由Smith关联图查得图3-9史密斯关联图因物系表面张力为20.45mN/m，与20mN/m有偏差，故需对系数C进行校正，则有：取安全系数为0.7，则空塔气速为： 塔径：按标准塔径圆整D=2.2m，则塔的截面积： 实际空塔气数为 （2）精馏塔的有效高度计算精馏段的有效高度为：Z精馏=(N精馏1)HT=120.35m=4.2m提馏段的有效高度为：Z提馏=（N提馏1）HT=60.35m=2.1m在进料板上方开一人孔，其高度为0.7m故精馏塔的有效高度为Z=Z精馏+Z提馏+0.7=4.2+2.1+0.7=7m2.5.1.2 溢流堰的选择塔板结构形式降液管主要有圆形、弓形和倾斜弓形三种。三种降液管的对比如下：表3-11不同降液管的比较降液管形式圆形弓形倾斜弓形简图特点及适用范围在弓形降液管内另装圆管作为降液管，适用于液量较小的情况。堰与壁之间的全部截面区域均作为降液容积，适用于较大直径的塔，塔板面积利用率较高。此形式有利于塔截面的充分利用，适用于大直径的塔及气液负荷较大的情况。液体在塔板上的流动路径是由降液管的布置方式决定的。常用的布置方式有以下几种形式：U型流、单流型、双流型、阶梯流型。表3-12列出了溢流类型、塔径、液体负荷之间的关系。表3-12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综合以上情况比较，采用单溢流型、弓形降液管。堰长与堰宽的选择因塔径D=2200mm，可选用单溢流弓形降液管，采用凹形受液盘，不设进口堰。各项计算如下；堰长:取堰长 出口堰高：对平直堰，图3-10液流收缩系数取液流收缩系数E=1，得取上清液层高度为=0.06m，则有=0.06-0.025=0.035m2.5.1.3弓形降液管宽度和截面积由 查弓形降液管几何关系图得，故：，图3-11弓形降液管几何关系图因此，液体在降液管中的停留时间为： 5s故降液管设计合理。2.5.1.4降液管的底隙高度取液体通过降液管底隙的流速 则 ，故降液管底隙高度设计合理。选用凹型受液盘，受液盘盘深50mm。2.5.1.5 塔板的布置（1）塔板的分块因D=2200mm,故采用分块式塔板，将塔板分作6块安装。 （2）边缘区宽度与安定区宽度的确定边缘区宽度：对筛板塔塔板一般取5075mm.安定区宽度：对筛板塔塔板一般取50100mm.本设计D2m，故取=0.1m，=0.1m.（3）开孔区面积计算则有2.5.1.6 筛板开孔数及开孔率选筛板的，正三角形排列，筛板采用碳钢，取孔心距mm每层塔板的开孔数每层塔板的开孔面积为每层塔板的开孔率 （在5%15%,故符合要求）气体通过筛孔的孔速2.5.1.7塔板上的流体力学验算（1）雾沫夹带量ev校核（0.1kg液/kg气，满足要求）（2）塔板阻力hf的计算 气体通过干板的压降hc图3-12塔板孔流系数式中，孔流系数Co由do/=1.67查图得，Co=0.8气体通过板上液层的压降he气体通过筛板的压降hf和pf（满足设计要求）降液管液泛校核为防止降液管发生液泛，应使降液管中的清液层高度 成立，故不会产生降液管液泛。严重漏液校核漏液点气速 稳定性系数，故不会产生严重漏液。通过流体力学验算，可认为精馏塔塔径及塔板各工艺结构尺寸合适。2.5.1.8塔板负荷性能图校核（1）雾沫夹带线化简得：，作出雾沫夹带线。（2）液相负荷下限线取平堰堰上液层高度how=0.006m，E1，做出液相负荷下限线。（3）严重漏液线关系式漏液点气速：作出漏液线。（4）液相上限线关系式取时，得液相最大负荷流量为：，作出液相负荷上限线。（5）降液管液泛线（气相负荷上限线）降液管发生液泛的条件为：作出气相负荷上限线。（6）操作性及操作弹性操作汽液比：，过（0，0）和（0.01，2.8）两点，作出操作线。图3-13负荷性能图根据上式，以Ls为横坐标，以Vs为纵坐标，可作得本设计的塔板负荷性能图如图。由图可读得其气相负荷上限为2.75m3/s，气相负荷下限0.625m3/s，其操作弹性为2.5.1.9塔板负荷性能图校核表3-13异丁烯精制塔设计项目符号单位计算数据精馏段提馏段各段平均压强Pbar11各段平均温度tm-7.4-0.89平均流量汽相Vsm3/h116348998液相Lsm3/h3537实际塔板数N块812板间距NTm0.350.35塔的有效高度Zm4.22.1塔径Dm2.2空塔气速um/s0.74塔板液流型式单溢流溢流装置溢流管型式弓形降液管堰长Lwm1.43堰高hwm0.035溢流堰宽度Wdm0.308管底与受液盘距离hom0.024板上清液高度hLm0.06孔径dom0.005孔间距tm0.017塔板厚度mm边缘区宽度Wcmm100安定区宽度Wsmm100筛孔个数n个8685开孔面积Aam20.17筛孔气速uom/s16塔板压降pf0.69液体在降液管中的停留时间ts11.97降液管内清液层高度Hdm0.24雾沫夹带evkg液/kg气0.0024液相负荷上限Ls，maxm3/s0.02液相负荷下限Ls，minm3/s0.0012汽相最大负荷Vs，maxm3/s2.75汽相最小负荷Vs，minm3/s0.625操作弹性4.42.5.2塔机械工程设计（手算）2.5.2.1塔高的计算（1）实际塔板数N：经计算可得实际塔板数为20块（2）塔顶空间高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1.01.5m，这里取=1m。（3）塔板间距HT：由上面计算可知HT=0.35m。（4）开设人孔的板间距:设有人孔的上下两塔板间距应大于等于600mm，这里取。（5）人孔数:取5块板设置一个人孔，实际塔板20块，所以开4个人孔（包括塔顶和塔底人孔数）。（6）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，一般要比大，取=1000mm。（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=36.85m3/h，塔径D=2.2m，t=5min经圆整得HB=0.8m;综上可知塔筒体高度（8）裙座高度筒体高度为9.85m，塔径2.2m，所以采用圆柱形裙座,裙座高度为：结合工艺条件，裙座高度定为2.8m结合工艺条件，裙座高度定为3.7m（9）封头高度封头选取标准椭圆形封头，根据JB/T4746-2002，直边高度h=40mm，曲面高度H=440mm。2.5.2.2接管的设计（1）塔顶蒸汽接管取塔顶蒸汽流速，根据Aspen数据Vs=10156m3/h，则管径为：根据GB8163-2008，选取规格为的热轧无缝钢管。实际流速（2）进料管取进料管液体流速为1.5m/s，液相体积流量为36.85m3/h，则进料管径根据GB8163-2008，选取规格为的热轧无缝钢管。实际流速：（3）塔底出料管取出料管流速为u=1.5m/s，液相体积流量V=15.997m3/h，则管径根据GB8163-2008，选取规格为的热轧无缝钢管。实际流速：（4）塔体和封头选材精馏塔内操作压力为0.1MPa，最高操作温度为22.8，从耐腐蚀性和抗压耐温方面考虑，因此选择较为常用的材料Q245R作为塔体和封头的材料。2.5.2.3塔体和封头选材综合考虑材料性能，选取Q245R做为塔体和封头的材料。2.5.2.4裙座的设计裙座材料选用取Q235。（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。焊接长度：裙座筒体上端面至塔釜椭圆封头切线距离查塔设备书得D=1200，壁厚时，裙座筒体缺口尺寸：当封头厚度为1018mm时，宽度，半径。（2）排气管基于以上的结构，根据系列标准，设置4个排气管，规格为，排气管距裙座筒体上部的距离为180mm。（3）引出管通道引出管公称直径为250mm时，采用卷焊管，通道内径管规格400mm。（4）人孔设置两个长圆形人孔，直径为450mm，以方便检修。2.5.2.5地脚螺栓地脚螺栓座位外螺栓做结构型式，当直径为2200mm时，这里取140个。螺栓规格为，材料为Q245R。基础环的厚度为12mm。2.5.3 T0302异丁烯精制塔的设计（软件）当精馏塔的精馏段、提馏段的塔径按照各自段内上升蒸汽量进行计算，由于进料热状况的不同，致使两段塔径会有一些差异，若差异不大，圆整后尺寸相同，则全塔采用等径塔，反之，两段塔径差异很大，则用变径塔。根据文献数据及AspenPlus流程模拟结果，该塔选用筛孔塔结合Aspen Plus软件的模拟结果，利用Aspen Plus得到塔径、填料高度及其他流体力学数据；cup-tower得到塔径、板间距、排孔方式和其他流体力学数据，并根据过程设备与选型基础和化工设备设计基础中的相关数据进行结果分析，同时对塔的机械强度进行校核。根据Aspen Plus塔板设计结果及Cup Tower 校核结果，得到T0302塔径为2200mm，选定塔间距为350mm，开孔率选用10.7%，溢流堰选用平口堰，降液管选用直式降液管。将其水力学数据输入Cup-Tower中，其操作界面如下所示。图3-14塔板信息输入图3-15工艺条件输入图3-16塔板结构参数输入Cup Tower 校核T0401塔结果如下图所示：图3-17塔板结构参数输出图3-18塔板工艺参数输出表3-14塔板工艺参数一览表塔内径，m2.2板间距，mm350开孔率,%5.6堰长，mm1526.7/1468.4堰高，mm350底隙，mm24降液管宽，mm308/280.9受液盘宽，mm308受液盘深，mm50堰型平堰塔板形式筛孔塔表3-15水力校核编号参数单位正常操作110%操作50%操作1空塔气速m/s0.7420.81620.3712空塔动能因子m/s(kg/m3)1.17341.29070.58673孔速m/s13.252514.57786.62634孔动能因子m/s(kg/m3)0.520.95423.049410.4775漏点气速m/s5.38425.92232.69216漏点动能因子m/s(kg/m3)0.55.00005.00005.00007相对泄露量kg液/100kg液0008溢流强度m3/(h.m)24.136426.550012.06829流量参数/ 0.05810.05810.058110板上液层高度m0.05890.06480.029511堰上液层高度m0.02370.02610.011913干板压降m液柱0.05650.06220.028314总板压降m液柱0.10290.11320.051515雾沫夹带kg液/kg气0.01610.01770.0080116降液管液泛%90.757599.833245.378817降液管内液体高度m0.17470.19230.087418降液管停留时间s11.060412.16645.530219降液管内线速度m/s0.03160.03480.015820降液管底隙速度m/s0.29050.31960.145321液面梯度m0.00040.00040.000422稳定系数/2.46142.70751.230723降液管最小停留时间s11.060411.060411.06042.5.4塔机械强度校核（软件）本设计采用机械强度常规设计软件SW6-2011，对塔的强度进行常规设计。基本参数包括：设计压力、设计温度、设备直径及计算长度等输入如图所示：图3-19筒体数据输入图3-20上封头数据输入图3-21下封头数据输入图3-22裙座数据-1图3-23裙座数据-22.5.5塔设备计算说明书塔设备计算数据如下：表3-16输入数据值项目设计压力/MPa设计温度/设备直径/mm计算长度/mm备注输入数据0.122.7822007000见表3-19由SW6-2011计算校核结果如下：表3-17核算内容表核算内容核算结果备 注风载荷计算合格见表3-20地震载荷计算 合格见表3-20表3-18计算结果表项目计算结果/mm备注设备筒体壁厚6见表3-21下封头壁厚8见表3-22上封头壁厚20见表3-23裙座壁厚6见表3-24地脚螺栓大小及个数140 / Q235见表3-25表3-19计算结果表 塔 设 备 校 核计 算 单 位三峡大学一枝丁香团队计 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) 8 8腐蚀裕量(mm) 1 1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)10.122.78700062200Q245R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)121100.150.223379表3-20风载荷、地震载荷核算风 载 及 地 震 载 荷00AA裙座与筒体连接段11(筒体)11(下封头)2233操 作 质 量 4197.823838.373576.643536.73536.7最 小 质 量 4197.823838.373576.643536.73536.7压 力 试 验 时 质 量11318.710959.310697.63536.73536.7风 弯 矩 3.019e+072.496e+072.387e+072.333e+072.333e+07Mca (I) Mca (II) 顺风向弯矩 (I)顺风向弯矩 (II)组合风 弯 矩 0000地 震 弯 矩 注:计及高振型时,此项按B.24计算8.391e+075.043e+073.921e+073.921e+07偏 心 弯 矩 00000最 大 弯 矩 需横风向计算时 8.391e+075.043e+073.921e+073.921e+07垂 直 地 震 力 10477.89262.827536.787536.78应 力 计 算14.868.211.180.832.051.131.250.732.791.541.801.0022.3