3-设备选型与典型设备设计

设备选型与典型设备设计 扬子江石化年产60万吨丙烯和26万吨乙醇项目目 录第一章 总述11.1 过程设备的目的和基本要求11.2过程设备类别11.3 过程设备设计与选型的主要内容11.4 过程设备设计与选型原则2第二章 塔设备42.1 塔设备选型设计依据42.2 概述42.3 塔型的选择42.4 塔盘的类型与选择62.5 本项目塔设备选型82.6 塔设备设计步骤82.7 塔结构设计举例92.8 塔设备一览表45第三章 换热器463.1 换热器选型依据463.2 换热器分类463.2.1 按工艺功能分类463.2.2 按传热方式分类473.3 换热器选型原则493.4换热器典型举例513.4.1 换热要求513.4.2 换热器型式选择543.4.3换热器的结构593.5 换热器性能表633.6换热器一览表80第四章 泵选型814.1 概述814.2泵类型和特点814.3 泵选型原则824.4 泵选型举例844.5泵选型一览表87第五章 压缩机选型885.1 概述885.2选型依据885.3压缩机分类和使用范围895.4 压缩机工艺参数905.5 压缩机选型举例905.6 压缩机选型一览表92第六章 储罐选型936.1 储罐选型标准936.2 储罐类型936.3 储罐系列936.4选型原则956.5储罐选型966.5.1原料储罐966.5.2产品储罐976.5.3回流罐986.5.4缓冲罐1006.6储罐一览表102第七章 气液分离器1037.1.1 设计依据1037.1.2 设计目标1037.1.3 气液分离器类型1037.1.4 设计过程1037.1.5 分离器设计结果109第八章 反应器1108.1 概述1108.2 反应器类型1108.3设计要点1128.4 反应器设计举例1138.4.1丙烷脱氢反应器（R0201）1138.4.2乙酯加氢反应器（R0602）1288.5反应器设计一览表140第一章 总述1.1 过程设备的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。首先，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。其次，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；最后，还要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、反应釜、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。1.4 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2.1 塔设备选型设计依据化工设备设计全书塔设备固定式压力容器 GB 150-2011设备及管道保温设计导则 GB 8175-1987压力容器封头 GB/T 25198-2010塔器设计技术规定 HG 20652-1998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 4710-20052.2 概述石化行业是国民经济中能耗较高的产业部门，其能耗占工业能耗接近1/5，占全国总能耗的14%左右。在目前占有工业能耗接近五分之一的石化行业中，较大的能耗主要来源于化学原料及化学制品制造业能耗、石油天然气开采业能耗、石油加工、炼焦及核燃料加工业能耗、橡胶制品业能耗。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%。塔设备所耗用的钢材料重量在各类工艺设备中所占的比例也较多，例如在年产60-120万吨催化裂化装置中占48.9%。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。2.3塔类型的选择1.板式塔板式塔是分级接触型气液传质设种类繁多。根据目前国内外的实际使用情况，主要塔型是浮阀塔、筛板塔及泡罩塔。对塔型的评价具体可以从一下几个方面进行比较，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。下表别对上述特点从定量和定性两个方面对各种板式塔的优缺点加以总结。表2-2 板式塔性能比较性 能塔 型泡罩塔浮阀塔筛板塔舌形塔栅板塔与泡罩塔相比的相对气体负荷11.31.31.352效率良优优良良操作弹性超超良超中85%最大负荷时的单板压降/mm(水柱)45-8045-8030-5040-7025-40与泡罩塔的相对价格10.70.70.70.5可靠性优良优良中表2-3 各种板式塔优缺点及其用途塔盘型式结构优点缺点用途泡罩型圆形泡罩复杂弹性好，无泄漏费用高，板间距大，压降大特定要求S型泡罩塔板简单简化形式特定要求浮阀型条形浮阀简单操作弹性好塔板效率高处理能力大无特别缺点加压常压下的气液传质重盘式浮阀 简单/复杂T形浮阀简单穿流型筛板(溢流式)简单正常负荷下的效率高。费用最低压力降小稳定操作范围窄，易堵，易泄露变动量少且不析出固体波纹筛板简单处理量大压降小，便宜效率低，弹性小，量少粗蒸馏栅板简单处理量大，压力降小，便宜塔效率低，弹性较小，量少适合粗蒸馏从上表中可以得出以下几条结论：(1) 浮阀塔在蒸汽负荷、操作弹性、效率和价格方面都比泡罩塔优越，这也是浮阀塔被广泛应用的原因。(2) 筛板塔造价低、压降小，但是操作弹性较差。结合本项目所分离的物质的特点，综合考虑处理能力大小，选择生产能力大，弹性大，分离效率高，雾沫夹带少，液面梯度较小，结构较简单的浮阀塔盘。2.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2-5 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6-1-1 拉西环 图6-1-2 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6-2-1 钢环鲍尔环 图6-2-2 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6-3-1 金属环矩鞍 图6-3-2 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6-3-3 阶梯环规整填料：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。 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。表2-6 填料类型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我国塔盘的研究进展迅速，技术创新成果卓越。而苏尔寿公司生产的Mellagrid 是单向斜波格栅填料的代表，其结构特征是:单向光面波纹、倾斜通道、斜交错排列。它与相应的水平格栅(如EF- 25A) 相比,通量更大，压力降更低，刚度更大，体积传热系数低。本设计优先考虑选用Mellagrid填料。93 塔型的选择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）填料塔与板式塔的比较：a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。b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。表2-7 填料塔和板式塔的性能比较项目塔型填料塔板式塔压降小尺寸填料，压降较大，而大尺寸填料及规整填料，则压降较小较大空塔气速小尺寸填料气速较小，而大尺寸填料及规整填料,则气速可较大较大塔效率塔径1.5m以下塔效率高，塔径增大，效率常会下降较稳定、效率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材质金属及非金属材料均可一般用金属材料安装、检修较难较容易造价新型填料，投资较大大直径塔时造价较低（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；d.容易发泡的物料，宜选用填料塔。2）下列情况优先选用板式塔：a.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；b.液相负荷较小；c.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；d.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；e.在较高压力下操作的蒸馏塔仍多采用板式塔。表2-8 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本项目用于精馏的物质有：丙烯、丙烷、乙烷、正丁烷、异丁烷、乙醇、乙二醇等，腐蚀性较小；无固体悬浮物；常压操作；气液比波动大；塔径普遍偏大；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。但在萃取剂乙二醇回收塔中，塔径较小，理论板数较少，选用填料塔，填料为苏尔寿公司的规整填料Mellapak 250X。2.4 塔盘的类型与选择国内常用浮阀有3种：F1型、V-4型和T型。三种浮阀中，F1型浮阀最简单，该类型浮阀已被广泛使用，我国已有颁布标准（JB1118-68）。F1型阀又分重阀与轻阀两种，重阀用厚度2mm钢板冲成，阀质量约33g，轻阀用厚度1.5mm钢板冲成，质量约25g。阀重则阀的惯性大，操作稳定性好，但气体阻力大。一般采用重阀，只有要求压降很小的场合，如真空精馏时才使用轻阀。3种阀的主要尺寸见下表：表2-9种阀主要尺寸F1型（重阀）V-4型T型筛孔直径/mm393939阀片直径/mm484850阀片厚度/mm21.52最大开度/mm8.58.58静止开度/mm2.52.51.0-2.0阀片质量/mm32-3435-2630-32表2-10 各类塔板性能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最好对于普通分馏塔来说，长期以来最常用的塔盘是F1型浮阀塔盘。其基本原理是让汽相沿塔盘横向流过泡沫层，造成强烈的汽液混合，从而在两相之间产生良好的传热传质过程。但是浮阀塔盘的制造成本相对较高，过去往往采用单个面积较大的浮阀。大浮阀的使用使得流过单一浮阀的气速截面积过大，汽相接触的比表面积降低，反过来会影响传质效率。ADV高性能浮阀塔盘，正是在F1型浮阀塔板的基础上，吸取其有利因素，并克服其缺点而开发的，在浮阀结构和塔板结构上有其独特之处，具体如下：（1）ADV微分浮阀结构示意见图4.1。在浮阀顶平面上增加了3个切口，相当于小阀孔，消除传统F1型浮阀顶部传质死区，使气体分散更加细密均匀匀，气液接触更充分。此外，由于部分气流经阀顶小孔喷出，降低了阀周边喷出的气速，并减少了高负荷时各阀间的气流对冲，从而减少雾沫夹带，相应提高了气相处理量。ADV浮阀塔盘示意图（2）ADV微分浮阀具有特殊的阀腿和阀孔结构，使浮阀不能旋转，只能上下浮动，对气流具有一定的导向作用，可以减少返混，有利于消除塔板上液体滞流区，使液流分布均匀，从而提高效率（见图4.2、图4.3）。ADV微分浮阀和传统浮阀鼓泡状况图4.3 塔盘上液体的流动状态（3）采用铰接式塔板连接结构，使塔板连接处也可布阀，增大了塔盘的开孔率，提高了整个塔盘的阀孔排列均匀度，进一步提高了塔板效率和处理能力，同时缩短了塔盘安装时间。（4）在液体人口区安装鼓泡促进器。其原理是减薄液层，降低液体人口处的液体静压，使气泡更易形成，同时使气体分布也趋于均匀，从而提高了传质效率。（5）采用新式降液管，可有效降低受液面积，从而增加鼓泡区面积，提高塔盘处理量。ADV浮阀塔盘与F1浮阀塔盘具有相同的浮阀尺寸，因此F1浮阀塔盘的设计程序和方法完全适用于ADV浮阀塔盘的常规设计。只需要用ADV浮阀一对一替换F1浮阀，而不必改变其他塔盘参数和阀孔排列，就可减少安装时间，节约投资，并且塔板性能就会有如下变化：塔板处理能力提高40%；塔板效率提高10%以上；塔板的泄漏率大幅下降，约降低60%以上；塔板的操作弹性由5提高至10；高气速下，雾沫夹带量大幅下降；10%夹带点气速提高约2030%；因此，我们板式塔的塔盘多选用ADV浮阀塔盘。本项目利用加氢脱乙烷塔脱除乙烷的同时，在提馏段通入氢气，发生炔加氢反应，该段需放置炔加氢催化剂，且对塔板持液量、停留时间有较高的要求，因此，我们选用了新型SVT浮阀塔板，使持液量、停留时间较普通塔板增大1.53倍。它主要由降液管-1，溢流堰-2、分隔板-3、带有传质元件-9的U型塔板和持液罐-5组成，持液罐-5紧贴在U型塔板-4的水平线上，其上沿略高于U型塔板但低于溢流堰-2，它的一个侧壁即为塔壁-10，分隔板-3将U型塔板分为两部分，并延伸至持液罐-5的中下部，将持液罐分隔为下降催化区-6和上升催化区-7，分隔板-3余塔壁相连。持液罐-5的中下部设置筛板、筛网或者格栅作为催化剂支撑将持液区分隔为催化反应区和液体水平通道-8，催化反应区可以装填催化剂。2.5 本项目塔设备设计本项目用于精馏的物质有：丙烯、丙烷、乙烷、正丁烷、异丁烷、乙醇、乙二醇等，其腐蚀性较小；无固体悬浮物；常压操作；气液比波动大；塔径大小分布广；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，又因为本项目的处理量较大，结合实际情况，初步选择浮阀塔。可以较好的控制设备投资成本和操作成本，有较高的操作弹性，同时操作维修也较为方便。本项目共需选型设计7个塔。下表为。表2-11 设计塔设备型式塔设备编号塔设备名称选择类型备注T0101原料预处理塔板式塔浮阀塔T0401（AJ）变压吸附塔填料塔填料塔T0501加氢脱乙烷塔板式塔浮阀塔T0502丙烯精制塔板式塔浮阀塔T0601反应精馏塔板式塔浮阀塔T0701乙醇脱水塔板式塔浮阀塔T0801萃取精馏塔板式塔浮阀塔T0802萃取剂再生塔填料塔Mellapak 250X填料2.6 塔设备设计步骤(1) 使用ASPEN PLUS获得水力学数据和塔直径。(2) 填料塔使用SULCOL 1.0计算出填料层高度，并进行塔的水力学校核；板式塔使用KG-TOWER对塔板结构进行设计，同时进行水力学校核。(3) 设计封头、裙座、筒体等，确定塔高，使用SW6-2011进行塔的强度校核。(4) 使用软件列表表2-12使用软件列表名称用途来源Aspen Plus V8.4分离性能设计Aspen Tech公司KG-Tower水力学数据校核KOCH-GLITSCH公司SULCOL填料层高度计算苏寿尔公司SW6-2011塔体强度结构设计全国化工设备设计技术中心站2.7 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。表2-13浮阀的塔板间距 （mm）塔径D塔板间距HT6007003003504508001000350*45050060012001400350*450500600800*16003000450*50060080033004200600800* 不推荐采用（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长圆形，其尺寸为600*（10001800）mm，以方便进出。2.8 塔结构设计举例2.8.1原料脱C4塔T01011.工艺设计原料预处理工段中，原料气丙烷中含有正丁烷、异丁烷等杂质，若不进行处理，通入反应器反应时，会极大的影响反应选择性，并易产生杂质，造成能量的不必要消耗和物质的浪费。在46，1.6MPa下丙烷与正丁烷、异丁烷的相对挥发度较大，适宜选用普通精馏的方式分离出高纯度的丙烷。经过ASPEN PLUS的模拟，可见脱正（异）丁烷塔共有54块理论塔板,其中第一块板为塔顶冷凝器以及最后一块板为塔釜再沸器。在AspenPlus的Sizing and Rating中选择Traying Sizing进行塔板设计。选择第2到第53块塔板，塔板类型为Nutter Float Valve，板间距为0.8m。输入完成后运行，获得每块塔板塔径，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。本塔精馏段、提馏段气液负荷相差较大，采用变径塔，并且分别选用条件气液负荷在两段分别最大的两块塔板上的流体力学数据作为计算数据。表2-14 计算数据StageDiameterTotal areaActive area per panelSide downcomer areametersqmsqmsqm25.78626526.29585.2591610.65739535.78742626.306365.2612730.65765945.78778126.309595.2619180.6577455.78792426.310895.2621780.65777265.78799226.311515.2623020.65778875.78802826.311845.2623680.65779685.7880526.312035.2624060.65780195.78806326.312155.262430.657804105.78807226.312235.2624460.657806115.78807826.312295.2624580.657807125.78808226.312335.2624660.657808135.78808526.312355.262470.657809145.78808626.312365.2624720.657809155.78808426.312345.2624680.657809165.78807926.31235.2624590.657807175.7880726.312215.2624420.657805185.78805426.312075.2624150.657802195.78803126.311865.2623730.657797205.78799726.311555.262310.657789215.78794726.31115.262220.657778225.78787626.310455.2620910.657761235.78777526.309535.2619060.657738245.7876326.308215.2616420.657705255.78742226.306335.2612650.657658266.61815434.400416.4384841.08081276.62096534.429646.4424791.082466286.62293534.450146.4450651.083735296.62457634.467216.447111.084846306.62604434.482496.4488791.085871316.62739834.496576.450471.086837326.62865734.509686.4519181.087752336.6298234.521796.4532181.088615346.63085834.53266.4543231.089414356.63169234.541296.4550911.090116366.63220134.546596.4553371.090656376.63212134.545766.4546321.090904386.63097634.533846.4522031.090628396.62799234.502766.4467991.089446406.62221434.442636.4368961.086881416.61640134.382196.4299521.082797426.60698234.284366.4136581.078716436.60951834.310696.4181211.079776446.64280234.657136.473731.095276456.71776935.443786.6020831.129431466.82899836.627216.7934371.181683476.95113737.949117.0069531.240162487.05963139.142987.1995141.293115497.14193840.061037.3470921.334082507.19776240.689747.4481821.362126517.23439141.104937.5176531.379289527.2522641.308237.5503151.388372537.25898741.38497.562541.391842本塔精馏段、提馏段气液负荷相差较大，拟采用变径塔。将精馏段塔径圆整为6.6m，提馏段圆整为7.8m。将Traying Sizing的结果代入Traying Rating 中，调整塔径与塔板间距，使得（降液管液位高度/板间距）介于0.20.5之间，每块塔板的液泛因子（Flooding factor）均应介于0.60.85之间，在Profiles中查看结果。对精馏段、提馏段分别进行核算，可得到每块塔板的结果如下图所示：精馏段：表2-15 精馏段计算数据StageFlooding factorDowncomer velocityVelocity / Design velDowncomer backupBackup / Tray spacePressure dropDowncomer res. timem/secmeterbarhr20.8264960.054490.3113750.2983330.426190.0055930.00356830.8267970.0545430.311830.2984970.4264240.0055930.00356540.8268760.0545720.3121090.2985670.4265240.0055920.00356350.8268980.0545950.3123350.2986120.4265880.0055910.00356260.8268990.0546160.312540.2986480.4266390.005590.0035670.8268910.0546350.3127370.298680.4266850.0055890.00355980.8268790.0546540.3129280.298710.4267290.0055870.00355890.8268650.0546730.3131180.298740.4267710.0055860.003557100.826850.0546920.3133060.2987690.4268130.0055850.003555110.8268340.054710.3134930.2987980.4268540.0055830.003554120.8268170.0547290.3136790.2988260.4268940.0055820.003553130.82680.0547470.3138650.2988540.4269350.0055810.003552140.8267830.0547660.3140510.2988820.4269750.0055790.00355150.8267640.0547840.3142350.298910.4270140.0055780.003549160.8267450.0548020.3144190.2989370.4270530.0055770.003548170.8267240.054820.3146010.2989640.4270910.0055750.003547180.8267020.0548380.3147820.298990.4271280.0055740.003546190.8266770.0548560.314960.2990150.4271640.0055730.003545200.8266490.0548730.3151360.2990390.4271980.0055710.003544210.8266160.054890.3153070.299060.4272290.005570.003542220.8265770.0549060.3154730.2990790.4272560.0055690.003541230.8265290.0549220.315630.2990940.4272780.0055670.00354240.8264680.0549360.3157760.2991040.4272920.0055660.003539250.8263890.0549480.3159060.2991060.4272940.0055640.003539提馏段：表2-16 提馏段计算数据StageFlooding factorDowncomer velocityVelocity / Design velDowncomer backupBackup / Tray spacePressure dropDowncomer res. timem/secmeterbarhr260.7189660.0711820.3581560.3274350.4092930.0048950.003122270.7194120.0712510.3587050.3276470.4095590.0048960.003119280.71970.0713030.3591250.3278040.4097560.0048960.003117290.7199290.0713470.3594940.327940.4099250.0048970.003115300.7201260.0713880.3598340.3280650.4100810.0048970.003113310.7203040.0714260.3601530.3281810.4102270.0048970.003111320.7204660.0714620.3604570.3282920.4103650.0048970.00311330.7206110.0714960.3607430.3283960.4104950.0048970.003108340.7207340.0715280.3610080.3284930.4106160.0048970.003107350.720820.0715560.361240.3285780.4107230.0048970.003106360.7208480.0715780.3614190.3286440.4108050.0048970.003105370.7207690.0715880.3615010.3286760.4108450.0048970.003104380.7204980.071580.361410.3286470.4108090.00489