41设备选型与典型设备设计

1、选型与典型设计2018 年“东华科技-陕鼓杯”第十二届大学生化工设计竞赛茂名6.5 万吨/年甲基丙烯酸甲酯项目选型与典型设计团队名称：在烯望的田野上指导：合团队成员：聂美华2018 年 8 月 2 日选型与典型设计目录目录1第一章 总述41.1 过程1.2 过程的选型目的和基本要求4类别41.3 过程设计与选型原则41.4 设计标准与依据51.5 全厂概况6第二章 塔设计72.1设计要求72.2塔的类型72.2.1填料塔和板式塔的比较72.2.22.2.32.2.4塔板式塔10填料塔12塔型的结构与选择13设计举例152.32.3.1 MMA 分离塔 T040315第三章 换热器设计533.1

2、概述533.23.3分类与特性53换热器选型553.3.13.3.23.3.3选型原则55选型步骤58详细设计计算60第四章 反应器设计614.1 概述614.2 醚化反应器设计634.2.1 反应方程式64在烯望的田野上1选型与典型设计4.2.2 动力学方程654.2.3 催化剂654.2.4 反应器类型的选择664.2.5 反应条件选择674.2.64.2.7设计过程68反应器设计结果904.2.84.2.9条件图91反应器强度校核914.3 MMA4.3.14.3.24.3.34.3.44.3.54.3.6浆态床反应器（R0401）的设计111反应方程式111反应动力学112反应条件选择

3、113反应器类型的选择116反应器内原料组成119反应器设计参数1204.3.74.3.8. 127鼓泡构件设计1314.3.9反应器设计结果1324.3.9 MMA反应器强度校核133第五章 泵1385.15.25.35.4概述138选用要求139选型依据143选型示例水萃取塔 T0102 塔进水泵 P01041445.5第六章6.16.2选型结果147压缩机148概述148选用要求148在烯望的田野上2选型与典型设计6.36.4第七章7.1选型示例制冷压缩机 V0101149选型结果149储罐150概述1507.27.3分类150选型示例甲醇回收塔进料罐 V02021507.3.17.3.

4、27.3.3储罐选型依据150物性简介150设计计算1517.3.4 甲醇回收塔进料罐 V0202 强度校核结果151选型结果161气液分离器162设计依据1627.4第八章8.18.2气液分离器类型1628.3 气液分离罐 V0301 设计过程1628.4 气液分离罐 V0301 设计过程的强度校核1668.5设计结果170在烯望的田野上3茂名6 5 万吨/年甲基丙烯酸甲酯项目选型和典型设计第一章 总述1.1 过程的选型目的和基本要求化工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，其目的是决定工艺的类型、规格、主要和数量，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

5、。过程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、液位、流量等都需要过程来实现。在满足工艺要求的同时，过程也必须保证有足够的强度，在操作过遭到破坏。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 过程类别化工从总体上分为两类，一类称定型或标准，这是由一些厂成批成系列生产的，通俗地说，就是可以买到的现成的，如泵、反应釜、换热器、大型储罐等；另一类称非定型或非标准，是指规格和材料都是不定型的、需要专门设计的特殊，如反应器、塔器等。1.3 过程设计与选型原则a)合理性即必须满足工艺需求，与工艺流程、生产

6、规模、工艺条件及工艺水平相适应，在的范围内，能够最大限度地保证工艺的合理和优化并运转可靠。在烯望的田野上4茂名6 5 万吨/年甲基丙烯酸甲酯项目选型和典型设计b)可靠性和先进性工艺的型式、牌号多种多样，实现某一化工单元过程，可能有多种，要求运行可靠。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，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，备件易于等。c)安全性的选型和工艺设计要求安全可靠、操作、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，尽量不用有害的附

7、件、附材，创造良好的工作环境和无污染。d)性的选择力求做到技术上先进，上合理。1.4 设计标准与依据表 1.1 设计标准与依据在烯望的田野上5名称标准号容器GB150-2011锅炉和容器用钢板GB713-2008奥氏体不锈钢焊接选用规定HG/T20537.1-1992化工装置用奥氏体不锈钢大口径焊接技术要求HG/T20537.4-1992工艺系统工程设计技术规定HG/T20570.9-1995钢制化工容器设计基础规定HG/T20580-2011钢制化工容器材料选用规定HG/T20581-2011钢制化工容器强度计算规定HG/T20582-2011钢制化工容器技术要求HG/T20584-2011

8、化工基础设计规定HG/T20643-2012茂名6 5 万吨/年甲基丙烯酸甲酯项目选型和典型设计1.5 全厂概况经过工艺选择、组合、模拟以及优化，最终设计的工艺流程反应器 8台，塔14 台，泵 58 台，换热器 35 台，各类储罐 29 个，气液分离器 2 个、压缩机 4 个，共计149 台。除塔、反应器、换热器及储罐为设计非标外，其余均为标准。对于非标，均详细书写了设计说明书，对于标准，均做了选型，并整理了一览表。全厂重型多，如反应器，反应精馏塔，安装时多采用现场组焊的方式。在烯望的田野上6承压无损检测（合订本）JB/T 4730.16-2005石油化工塔型基础设计规范SH/T 3030-2

9、009茂名6 5 万吨/年甲基丙烯酸甲酯项目选型和典型设计第二章 塔设计塔器是气液 、液液间进行传热、传质分离的主要，在化工、制药、和轻工业中，应用十分广泛，塔器甚至成为化工装置的一种标志。在气体吸收、液体精馏（蒸馏)、萃取、吸附、增湿、离子交换等过程更离不开塔器，对于某些工艺来说，塔器甚至成为关键。2.1 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，易于操作。(4)气体

10、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，取材面广便于与维修，价格低廉，适用面广。2.2 塔的类型工业上使用的塔类型主要是填料塔和板式塔两种，对于填料塔和板式塔的比较和选择见下表。2.2.1 填料塔和板式塔的比较在烯望的田野上7茂名6 5 万吨/年甲基丙烯酸甲酯项目选型和典型设计表 2.1 精馏塔的主要类型及特点选择考虑的因素有：物料性质、操作条件、塔性能及塔的、安装、运转、维修等。类型选择时需要考虑多方面的因素，如物料性质、操作条件、

11、塔的性能，以及塔的、安装、运转和维修等。对于真空精馏和常压精馏，通常填料效率优于板式塔，应优先考虑选用填料塔，其在于填料充分利用了空间，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、气膜和介于两者之间的共同吸收三种类型。气膜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

12、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。因为填料能使破裂，在板式在烯望的田野上则易引起液泛。8类型板式塔填料塔结构特点每层板上装配有不同型式的气液接触元件或特殊结构设置有多层整砌或乱堆的填料，如拉西环、环、鞍型填料等散装填料，格栅、波纹板等规整填料操作特点气液逆流逐级接触微分式接触，可采用逆流操作，也可采用并流操作性能空塔速度（亦即生产能力）高， 效率高且；压降大，液气比的适应范围大，持液量大，大空塔气速较大，小空塔气速较小；要求液相喷淋量较大，持液量小，操作弹性大与维修直径在 600mm 以下的塔安装，金属材料耗量大新型填料复杂，造价高，检修困难，可采用非金属材料，但安装

13、过程适用场合处理量大，操作弹性大，带有污垢的物料处理强腐蚀性，液气比大，真空操作要求降小的物料茂名6 5 万吨/年甲基丙烯酸甲酯项目选型和典型设计具有腐蚀性的介质，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，故用降较小的塔型。粘性较大的物系，可以选用大填料。板式塔的传质效率太差。含有悬浮物的物料，择液流通道大的塔型，以板式塔为宜。操作过有热效应的系统，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

14、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，板式塔，小于 800mm 时，则可用填料塔。但也有例外环及某些新型填料在大的使用效果可优于板式塔。一般填料板式塔重。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，吸收、解吸和气体洗涤过程绝大多数都使用填料塔。(4)本厂的实际情况（1）在各个工段中，既含有甲醇、环氧丙烷等腐蚀性小的物系，又含有双氧水等腐蚀性较大的物系，因此在塔型选择分别考虑。（2） 无固体悬浮物。（3） 常压、减压、加压操作均（4） 塔径一般较

15、大，个别为小。在烯望的田野上9茂名6 5 万吨/年甲基丙烯酸甲酯项目选型和典型设计（5）从成本出发，优先考虑板式塔，但在一些吸附过，同时使用填料塔。2.2.2 板式塔板式塔是在有多层塔板，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，就成了命名这些他的依据，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。下面简单一下几种常见的板式塔性能。（1）泡罩塔泡罩塔是工业上使用最早的一种板式塔，气液接触有充分的保证，操作弹性大，但其分离效率不高，金属消耗量大且较复杂，应用逐渐减少。（2）筛板塔筛板塔是一种有降液管、板形式结构

16、最简单的板式塔，孔径一般为 48mm，方便，处理量大，降较低，、更换、修理均较容易，但操作范围较小，不宜处理脏的，粘性大的和带有固体粒子的料液，适用于清洁的物料，以免堵塞。（3）波纹穿流板塔波纹穿流板塔是一种新型板式塔，气液两上穿流通过，没有降液管，方便，生产能力大，夹带小，压降小，除污容易且不易堵塞，甚至在除尘、中和、洗涤等方面应用更。（4）浮阀塔生产能力大，操作弹性大，分离效率高，降小，夹带少，液面梯度较小，结构较简单，是新发展的一种塔。目前很多正力图对此改进提高，不断有新的浮阀类型出现。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

17、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在烯望的田野上10茂名6 5 万吨/年甲基丙烯酸甲酯项目选型和典型设计钢板冲成，质量约 25g。阀重则阀的惯性大，操作性好，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 种阀的主要见下表：表 2.2 种阀主要表 2.3 各类塔板性能比较在烯望的田野上11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55523

18、3333233弹性(操作)555334434112降233324000433夹带量334343112444分离效率554433434444体积的处理量444444213444费用334443213553材料消耗444454223554安装和拆修434443113553维修333333213554F1 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茂名6 5 万吨/年甲基丙烯酸甲酯项目选型和典型设计注：0不好；1尚可；2合适；3较

19、满意；4很好；5最好2.2.3 填料塔填料塔是一个圆筒塔体，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，根据装填方式的不同，可分为散装填料和规整填料两大类。填料的选择主要根据以下几个方面来考虑：（1） 比表面积要大，有较高的传质效率；（2） 有较大的通量；（3） 填料层的压降小；（4） 填料的操作性能好；（5） 液体的再分布性能要好；（6） 要有足够的机械强度；（7） 价格低廉。填料的选取确定其种类、规格、及材质等。颗粒填料拉稀环、环、阶梯环等，规整填料主要有波纹填料、格栅填料、绕卷填料等。国内学者采用模糊

20、数学对九种常用填料的性能进行了评价如表 2.5 所示：表 2.4 九种常用填料性能对比在烯望的田野上12填料名称评估值评价排序丝网波纹填料0.86很好1孔板波纹填料0.61相当好2金属 Intalox0.59相当好3金属鞍形环0.57相当好4金属阶梯环0.53一般好5金属环0.51一般好6污垢物料对操作的影响232123100244茂名6 5 万吨/年甲基丙烯酸甲酯项目选型和典型设计填料的选择确定填料的种类、规格及材质等。所选填料既要满足生产工艺的要求，又要使投资和操作费用最低。2.2.4 塔型的结构与选择塔的总体结构均：塔体、内件、支座及附件。塔体是典型的高大直立容器，多由筒节、封头组成。当

21、塔体直径大于 800mm时，各塔节焊接成一个整体；直径小的塔多分段，然后再用连接起来。内件是物料进行工艺过程的地方，由塔填料支承等件组成。支座常用裙式支座。附件人、手孔，各种接管、平台、扶梯、吊柱等。具体来讲，应着重考虑以下几个方面：4.本厂实际情况的选择（1）在各个工段中，含有甲醇、气等腐蚀性小的物系，因此在塔型选择分别考虑。（2）在部分工段会产生悬浮物。（3） 常压、减压、加压操作均（4） 塔径一般较大，个别为小。（5）从成本出发，优先考虑板式塔，但在一些吸收过，同时使用填料塔。根据本项目的反应及分离技术要求，设计出了反应精馏塔和萃取塔。具体的选择结果如表 2.5 所示：表 2.5 塔型确

22、定在烯望的田野上13塔编号塔名称类型T0101反应精馏塔浮阀塔/填料塔T0102水萃取塔填料塔T0201异丁烯水洗塔填料塔瓷 Intalox0.41较好7瓷鞍形环0.38略好8瓷拉西环0.36略好9茂名6 5 万吨/年甲基丙烯酸甲酯项目选型和典型设计在烯望的田野上14T0202甲醇回收塔筛板塔T0203异丁烯精制塔浮阀塔T0301MAL 吸收塔浮阀塔T0302热泵共沸耦合塔筛板塔T0401排不凝气塔浮阀塔T0402MAL 回收塔浮阀塔T0403氯仿水溶液萃取塔填料塔T0404双效低压塔浮阀塔T0405双效高压塔浮阀塔T0406MMA 分离塔浮阀塔T0407氯仿回收塔填料塔茂名6 5 万吨/年甲

23、基丙烯酸甲酯项目选型和典型设计2.3 塔设计举例2.3.1 MMA 分离塔T0403MMA 分离塔 T0403 操作为 1bar，塔顶温度 68.58，塔底温度 99.64，理论板数 30 块，两股进料，来自萃取塔 T0403塔顶的物流从第 10 块塔板进料和外加的氯仿从第 29 块塔板进料，进出股物流如表 2.6 所示。表 2.6MMA 分离塔 T0406 进出料流股表该塔的详细计算过程如下所述：1 水力学参数获得（1） 塔板的选型由以上比较，综合考虑塔板的效率、分离效果和的成本、维修等，我们初步选择浮阀塔。（2） 物性参数提取Aspen plus 各塔板上的物性参数，选取塔板上气液相负荷较

24、大的第 28 块塔板进行手工计算和校核，然后再用 Aspen plus进行塔的设计和校核，通过比较来检查计算的正确性。采用 Aspen Plus 对 T0406 添加 Tray Sizing。各塔板上的物性参数如表 2.7 所示：在烯望的田野上15序号组分名称质量流量 kg/hr进料流股 1进料流股 2塔顶出料塔釜出料温度/104.62560.699.6/bar1111气相分率00001甲醇0.0160.016trace2水1.1850.5190.6663甲基丙烯醛5.6835.683< 0.0014甲基丙烯酸甲酯8178.2539.4298168.82452.6872.687trace

25、6氢醌< 0.0010.49trace0.497丙烯酸甲酯30.64729.7320.9148甲基丙烯酸0.31trace0.319氯仿3446.9353446.934< 0.001合计11665.7150.4934958171.205序号组分名称质量分率进料流股 1进料流股 2塔顶出料塔釜出料1甲醇1 PPM5 PPMtrace2水102 PPM149 PPM82 PPM3甲基丙烯醛487 PPM0.0026 PPB4甲基丙烯酸甲酯0.7010.0030.99975230 PPM769 PPMtrace6氢醌10 PPB1trace60 PPM7丙烯酸甲酯0.0030.00911

26、2 PPM8甲基丙烯酸27 PPMtrace38 PPM9氯仿0.2950.98648 PPB合计1111茂名6 5 万吨/年甲基丙烯酸甲酯项目选型和典型设计表 2.7 各塔板上的物性参数在烯望的田野上16级数液体气体液体气体液体气体液体气体液体气体液体温度温度质量流量kg/hr质量流量kg/hr体积流量m3/hr体积流量m3/hr密度kg/ m3密度kg/ m3粘度cp粘度cp表面张力dyne/cm160.6453661.33956244652446517.472865737.1551399.01984.25966310.3914340.01146322.06292261.3395662.2

27、699620794.2324289.2315.021365733.9491383.88194.23142800.3878190.01143821.92666362.2699664.4596120357.6823852.6815.06395715.81354.65754.17325000.3827570.0113921.8102464.4596169.1194219484.0522979.0515.186215672.7331295.68364.06433540.3729750.01127721.58616569.1194276.439718125.2321620.2315.491995596.

28、3011194.30733.89288010.3555890.01102321.15434676.439783.9477216792.2920287.2916.034345530.3231072.66143.70000060.3321130.01064720.48348783.9477289.0870616037.7519532.7616.67465526.834978.291293.55446280.310930.0103219.77595889.0870691.769315766.9519261.9517.174815556.799926.203613.47563170.2979080.0

29、1013219.28313991.769392.9962715693.319188.317.459515581.748902.424143.44088270.2917110.01004719.027731092.9962795.8383425601.917429.5828.735875213.014892.430023.34529640.2891250.00977918.914421195.8383497.5389725491.6117319.2929.252085269.758872.361683.28712370.2816920.00960818.613491297.5389798.474

30、325456.117283.7829.576645308.511861.207313.25569090.277430.00951318.433981398.474398.9697725448.3517276.0329.760995331.314855.386973.23997300.2751860.00946418.33621498.9697799.2310525449.717277.3829.86095343.791852.445923.23256300.2740620.0094418.285321599.2310599.3716625453.6217281.329.914655350.45

31、6850.978163.22929010.2735150.00942818.259261699.3716699.4505125457.9217285.629.94425354.048850.245013.22799610.2732570.00942218.245831799.4505199.4973425461.8917289.5729.961195356.051849.874273.22761300.2731380.0094218.238761899.4973499.5270725465.3317293.0129.971575357.228849.682173.22762640.273085

32、0.00941818.234881999.5270799.5472525468.2317295.9129.978345357.967849.578723.22779480.2730640.00941818.232632099.5472599.5617525470.6517298.3329.983055358.462849.519983.22800790.2730580.00941818.231242199.5617599.5726425472.6417300.3229.98655358.814849.484383.22821820.2730570.00941818.230312299.5726

33、499.5810825474.2717301.9629.989135359.077849.461253.22840730.273060.00941818.229662399.5810899.5877525475.6217303.329.991195359.28849.445223.22856990.2730630.00941818.229182499.5877599.593125476.7117304.429.992825359.44849.433503.22870650.2730660.00941818.228812599.593199.5974125477.6117305.2929.994

34、145359.567849.424603.22881970.2730680.00941818.228522699.5974199.6009125478.3417306.0329.99525359.671849.417653.22891290.2730710.00941818.228292799.6009199.6037625478.9417306.6229.996065359.754849.412133.2289890.2730730.00941818.22812899.6037699.6067125479.3817307.0629.99675359.817849.407723.2290453

35、0.2730740.00941818.227962999.6067199.6106125480.4317307.6229.997845359.955849.410053.22907690.2730880.00941818.228293099.6106199.610618172.80909.621630849.420820.27311918.22911茂名6 5 万吨/年甲基丙烯酸甲酯项目选型和典型设计得到水力学参数表后，从中选择流量较大的塔板，作为设计的计算依据。表 2.8 第 28 块塔板物性参数2 工艺概算（1）塔径计算塔板间距 HT 的选取与、塔径、物性性质、分离效率、操作弹性以及塔的安

36、装、检修等因素有关。设计时通常根据塔径的大小，由表 2.9 列出的塔板间距的经验数值选取：表 2.9 塔板间距和塔径的初选塔板间距：HT=500mm； 板上液层高度：hT=80mm；HT-hT=500-80=420mm；汽液两动参数：0.50.5)Ls0.0083849.406( L)=0.094(Vs V1.4893.23相的体积流量，m3/s；Ls 、Vs液L、V液相密度，kg/ m3；HT板间距，m；hT板上液层高度，m查关联图：在烯望的田野上17塔径D，m0.30.50.50.80.81.61.62.02.02.4>2.4板间距HT,mm200300300350350450450

37、600500800800塔板液相温度气相温度气相质量流量kg/h液相体积流量m3/s气相体积流量m3/s2899.6099.6117307.060.00831.489液相量气相量液相密度kg/m3液相粘度cP气相粘度cP液相表面张力dyne/cm118.058118.314849.4060.2730.00918.22茂名6 5 万吨/年甲基丙烯酸甲酯项目选型和典型设计图 2.1关联图可查得：C20=0.10；对查出的 C 值进行矫正到表面张力为 18.25mN/m 时的𝐶𝜎：0.20.218.25C=C20 ()=0.10× (=0.098)2020极

38、限空塔气速：L-G849.406-3.23u=C=0.098×=1.58m/smax3.231G为避免夹带及液泛的发生，一般情况：u '= (0.6 0.8)u f在此取安全系数 0.6：u'=0.8×umax=0.8×1.58=1.26m/s所以，初算塔径为：4Vs4×1.489D= u'= ×1.26=1.23 m圆整后取 D=1.3m；实际塔截面积：D2×1.32AT=1.3344实际空塔气速：在烯望的田野上18茂名6 5 万吨/年甲基丙烯酸甲酯项目选型和典型设计4Vs4×1.593u=1.12

39、m/sD2×1.32（2）塔径的初步核算1)确定堰长和降液管面积lwDlw=0.50.7，取=0.6D故堰长lw=0.6×1.3=0.78m由化工工艺设计手册图 12-46 查弓形降液管的参数，如下图所示：图 2.2 弓形降液管的几何W d = 0.1D由图可知：𝐴𝑓𝐴𝑇 = 0.052，则弓形降液管截面积： Af=0.052AT=0.06×1.33=0.069m2Wd=0.1×1.3=0.132）校验停留时间为降低气泡夹带，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

40、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。在烯望的田野上19茂名6 5 万吨/年甲基丙烯酸甲酯项目选型和典型设计液体在降液管中停留时间：= HT×Af = 0.5×0.0690.0083 =4.16s> 4s；满足要求。Ls3）夹带VSWG= A= 1.4891.33-0.069 =1.18m/s-ATf又因为：hf=2.5×(hw+how)=0.118+2.206LS2/3=0.208m/s则夹带量eV ：3.2)=3.2)=0.027 kg 液/kg 汽0.0057WG0.00571.18eV=因为× (×

41、; (HT-hf18.220.5-0.208kg 液kg 液0.027<0.1kg 汽kg 汽故在设计负荷下发生过量夹带。根据以上两步核算的结果，可以认为塔径 D=1.3m 合理。（3） 塔板布置设计1) 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 2.10 不同降液管的比较在烯望的田野上20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。茂名6 5 万吨/年甲基丙

42、烯酸甲酯项目选型和典型设计综合以上情况比较，这里选用弓形降液管。液体在塔板上的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、单流型、双流型、阶梯流型。表 2.11 列出了溢流类型、塔径、液体负荷之间的。表 2.11 液体负荷与板上流型的堰上液流强度𝐿𝑖 = 𝐿h𝑙𝑤 = 29.880.78 = 38.46 𝑚³/. 𝑚由于精馏段流量为 15.02m3/h，堰上液流强度38.46 𝑚³/. 𝑚<60 

43、9898;³/. 𝑚，液体负荷不大，且估算塔径 1.3m，通过对气液形态，在塔板上增设鼓泡促进器，促进气液接触传质，提高板效率，通过上表比较分析，降液管布置选择单流型。（4） 堰及降液管设计1) 堰的设计因为受液盘为凹形受液盘，所以没有内堰。 Lh= 29.88=55.61(lw)2.50.782.5𝐿为的液体流量 m³/h；在烯望的田野上21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11020020030

44、0400011 以下110 以下110230230350500011 以下110 以下110250250400600011 以下110 以下110250250450茂名6 5 万吨/年甲基丙烯酸甲酯项目选型和典型设计图 2.3 液流收缩系数由化工工艺设计手册图 12-48 液流收缩系数图查得：E=1.06由公式，堰上液层高度：32Lh29.8823how= 2.841000 E (l ) =0.00284×1.06× ( 0.78 ) =0.032mw由于0.006m<how < 0.06m ，所以采用。0.05m。堰高：𝑊=𝐿-

45、𝑂𝑊=0.08-0.032=0.048 m，圆整后得堰所以板上清液层高度为：hL=hw+how=0.05+0.032=0.082 m'因为hL» hL所以假设的hL 合适。2 ) 液面梯度Wd=0.1D=0.13 m则平均溢流宽度：b= lw+D2 = 0.78+1.32 =1.04m液体流道长度：Z=D-Wd=1.3-0.13=1.17 m塔板上鼓泡层高度：hf=2.5hL=2.5×0.08=0.2 m则液面梯度：在烯望的田野上22茂名6 5 万吨/年甲基丙烯酸甲酯项目选型和典型设计hf)2×Ls×Z0.215(

46、250b=(1000bh )3fL代入数据，得：=9.13×10-9液面梯度很小，可以忽略。3) 降液管的设计降液管的总截面积：Af=0.069 m降液管管宽：Wd=0.13 m取降液管底部距下一板的间距 h0 比 hw 少 10mm，则：h0=hw-0.01=0.04 m液体通过降液管的流速：Ls0= A = 0.00830.069 =0.12m/sf降液管内的流速一般为 0.080.15，所以流速合适。（5）孔布置阀孔直径，这里选用 F1 型浮阀，其阀孔直径为 39mm。阀孔数，取决于操作时的阀速 u0。在不同操作条件下的工业试验结果，得出阀孔动能因数与操作状况的入下表：表 2.12 阀孔动能因数与操作状况的表由F0=u0G ；取阀孔动能因数为正常操作范围内的 15，则：u0= F0G = 173.23 =9.46 m/s速，可取：设计的操作阀u0=(1.01.1)u0cr确定为：𝑢0 = 1.1 × 9.46 = 10.4 𝑚/𝑠速 u0，所以阀孔数：阀孔数，取决于操作时的阀在烯望的田野上23操作状况阀孔漏液点浮阀刚全开正常操作范围最大负荷F0569128171820茂名6 5 万吨/年甲基丙烯酸甲酯项目选型