2015-8工艺新员工专业培训3塔水力学计算7

1、九月 222015年度员工培训 2015年8月塔器的设计九月 22设计部工艺模拟技术室吉京华塔器的设计九月 22内容提要1、塔的特点和应用2、设计中塔器专业的工作3、塔器的分类4、板式塔的设计5、填料塔的设计6、塔盘支撑梁的设计7、塔器工艺数据表的内容（BCD41D4-1998）九月 22典型化工厂的情况九月 221、塔器的特点和应用塔器的特点 结构简单、效率高、操作方便和稳定可靠化工分离过程重要、首选设备技术成熟、连续生产、大批量- 蒸馏- 吸收、解吸- 萃取- 洗涤- 传热、冷却气液两相传质设备- 低压操作、热敏物系- 炼油、石化、精细化工、食品、医药、环保- 占总投资1575九月 222

2、、设计中塔器专业的工作工艺包-据流程模拟结果，设计塔的外形及内件外形：塔径、塔高；内件：塔板的布置、进料段的设置、塔顶/塔釜的设计、分布器的结构、内件的衔接等初步设计-塔内件的采购谈判，为塔壳体制造准备预焊件图，评阅塔内件制造图详细设计-协助完成施工版壳体图和内件详图，监督塔内件的制造和安装九月 222、设计中塔器专业的工作 1）编制塔的工艺数据表 2）塔内件采购 3）生产、检验、安装等 项目进程难易程度工艺包阶段初步设计详细设计九月 222、设计中塔器专业的工作已买专利商工艺包的项目 1）消化理解工艺包塔内件的细节，并分类 2）进行塔内件采购谈判、评阅图纸、确认终版内件图及水力学实验 3）协

3、助采购进行塔内件生产、检验、安装等寰球自主建立工艺包的项目 1）根据工艺要求完成塔内件设计，并完成塔内件工艺 数据表-工艺包设计 2）同已买工艺包项目九月 223、塔器的分类塔板和填料泡罩塔筛板塔浮阀塔立式塔板无溢流塔板液体并流塔板复合型塔板高速塔板散装填料规整填料九月 223.1、板式塔与填料塔的比较FP=0.020.1时塔板和散装填料的效率和处理能力相当规整填料的效率比它们高50FP从0.02升到0.1，规整填料在处理能力上的优势从高出3040%降至0FP=0.10.3时塔板和散装填料有相当的效率和处理能力规整填料的处理能力也和它们相当FP从0.1升到0.3，规整填料在效率上的优势从增加5

4、0%降至增加20FP=0.30.5时三者的效率和处理能力均随FP的上升而下降规整填料的下降最为激烈，散装填料下降最缓慢当FP从0.5，压力为275.8kPa操作时，散装填料的处理能力和效率为最高，规整填料最差九月 223.2、塔器的重要参数1)泛点容量因子Cs G Cs = uG 0.5 L - G uG-鼓泡面积上的气体速度。2)流量参数FP L G FP= 0.5 G L L-液体负荷 kmol/h。V-气体负荷 kmol/h。九月 223.3、最大可用容量图九月 223.4、塔设备 对于蒸馏过程，流量参数(FP)直接与操作压力有关，低流量参数对应于真空或低液流量操作，FP0.3九月 22

5、3.5、计算机程序框图FP计算流量参数预选塔板确定塔板选填料减缓腐蚀和阻塞确定填料预选填料两者轮流校核有无泡沫有无夹带能否在设计解决压降关键？有无阻塞有无腐蚀FP0.2是是是是是是否否否否否九月 223.6、结论的基础填料对于液体或气体的不良分布极为敏感，尤其是规整填料，因此在较多的情况下，塔板的性能会比填料的好塔板受内件的限制或者不能实现优化设计等有较大影响，一般说优化设计的塔板处理能力可比一般塔板高出2030由于实验条件的局限性，对比结果仅能用于0.5L/V2，对散装填料应有相同的填料因子，而且对新型塔板本结果也不适用对特殊条件和特殊要求必须逐一分析，其中包括结垢、腐蚀、泡沫等。特殊的设计

6、还包括采用非金属材料、抗结垢的结构、特殊的停留时间要求、高操作弹性、低压降限制、多个进料、中间再沸器、泵循环和侧线采出等九月 224、板式塔的设计-4.1泡罩塔九月 224、板式塔的设计-4.1泡罩塔的特点塔板效率高操作弹性大生产能力大液气比范围大适应多种介质且不易堵塞便于操作，稳定可靠优点缺点结构复杂，造价高气相压降大安装维修繁琐九月 224、板式塔的设计-4.1泡罩塔板的制造部颁标准 JB1212-73三种尺寸 Dg80、Dg100、Dg150二种材料 A3F、1Cr18Ni9Ti九月 224、板式塔的设计-4.2筛板塔盘九月 224、板式塔的设计-4.2筛板塔盘九月 224、板式塔的设计

7、-4.2筛板塔的特点结构简单，造价低气相压降小安装维修方便便于操作，稳定可靠优点缺点操作弹性小效率低九月 224、板式塔的设计-4.2筛板的制造没有统一的制造标准导向筛板又称林德筛板 国外：1963年林德公司设计用于空分装置 国内：1976年清华大学多降液管筛板 国外：MD塔盘，UOP公司 国内：DJ塔盘，浙江工业大学九月 224、板式塔的设计- 4.3新型垂直筛板塔板 新型垂直筛板塔（VST）是借助气相在垂直罩体内上升的动能将液相破碎成液滴而进行传质的新型塔板。其特点是雾沫夹带小，处理能力大，气液接触良好，传质效率较高，是对鼓泡型塔板的一种突破，适用于小液气比的板式塔中。九月 224、板式塔

8、的设计- 4.3新型垂直筛板塔板九月 224、板式塔的设计-4.4浮阀塔盘九月 224、板式塔的设计-4.41型浮阀塔板的特点操作弹性大。分离效率高；比泡罩高1015%。处理能力大；比泡罩塔高2040%。压降小；只有一次收缩、膨胀及转弯。降液管中的积液高度较小，板间距也可降低。结构简单造价低。优点缺点塔板上液面梯度较大 。塔板上的液体返混程度较大。 塔板两侧的弓形部位存在液体滞止区。 浮阀和阀孔容易被磨损，浮阀易脱落。九月 224、板式塔的设计-4.4浮阀塔板的制造部颁标准 JB1118-2000类型：圆盘形浮阀塔板和条形浮阀塔板条形浮阀塔板 国外：Nutter条阀 国内：T形条阀中石化技术鉴

9、定 HTV船形浮阀华东石油大学 导向浮阀华东理工大学 导向梯形浮阀天津大学九月 224、板式塔的设计-4.4条阀塔板和导向浮阀塔板L1型条阀在和与F1浮阀的性能对比显示，在塔板压降、雾沫夹带及处理量等方面性能均有一定的提高。九月 224、板式塔的设计-导向浮阀塔板的特点明显减小塔板上的液面梯度液体返混小 ，塔板效率高 消除塔板上的液体滞止区 操作中不转动，浮阀无磨损， 不脱落 九月 224、板式塔的设计-总板压降要比F1/V1型浮阀低15一20绿色是普通浮阀九月 224、板式塔的设计-漏夜：是普通浮阀塔板的13左右绿色是普通浮阀九月 224、板式塔的设计-雾沫夹带：负荷上限提高10-20%绿色

10、是普通浮阀九月 22绿色是普通浮阀九月 22九月 224、板式塔的设计-4.4浮阀塔板性能比较处理能力可提高30%。塔板效率提高1020%。塔板压降减小20%左右。浮阀类型塔板压降液面梯度液体返混液体滞止区结构可靠性F1型浮阀相近较大较大存在较差条形浮阀较大较大存在较好ADV浮阀较小较大存在较好船形浮阀较大较小存在较好MD塔盘较小较大较小较好导向浮阀较小较小基本消除较好组合导向浮阀塔板：九月 224、板式塔的设计-各种新型高效塔板固阀和小浮阀斜喷型塔板浮动舌形塔板、网孔塔板和斜孔塔板立体传质塔板喷嘴孔立体传质塔板和立体连续传质塔板复合塔板T/P型复合、DJ复合型、并流喷射型塔板九月 224、板

11、式塔的设计-特殊结构的塔板无溢流塔板栅板塔板、条形浮阀穿流塔板和波纹塔板（Ripple Tray）混合塔板升举穿流塔板、非均匀开孔率穿流筛板高速塔板漩流塔板、波型挡板塔板九月 224、板式塔的设计-特殊结构的塔板九月 224、板式塔的设计-特殊结构的塔板九月 224、板式塔的设计-塔板比较的标准1）生产能力，大为优2）效率，高为优3）操作范围（操作弹性），宽为优4）干板压降，小为优5）造价，低为优 其次，雾沫夹带、漏液量、降液管液体停留时间、对易结垢物系的适应性、制造及维修的难易程度。九月 224、板式塔的设计-部分塔板的综合评价加权指标评比结果模糊数学灰色系统理论加工造价及干板压降浮阀，小孔

12、筛板，大孔筛板，泡罩板浮阀，大孔筛板，小孔筛板，泡罩板板效率及生产能力浮阀，小孔筛板，泡罩板，大孔筛板浮阀，小孔筛板，大孔筛板，泡罩板操作弹性及对易结垢物系的适应性泡罩板，大孔筛板，浮阀，小孔筛板浮阀，小孔筛板，大孔筛板，泡罩板1）石油化工，1988，17（8） 2）化学工程，1992，20（5）九月 22生产能力效率单位面积费用操作弹性注释错流形式筛板中等到高，通常略高于泡罩高，等于或高于泡罩带降液管的塔板中最低中等到好，一般3/1大多数都可应用，设计数据充足浮阀中等到高，和筛板一样高，和筛板一样中等，筛板高1020好，能达到5/1只是不推荐用于污垢体系固阀中等到高，和筛板一样高，和筛板一样

13、大约和筛板一样中等到好略高筛板可以很好地代替筛板，并可用于污垢系统，喷射塔板在低压和高液量是最高，高压塔能力一般低到中等，可以用于旧塔改造低到中等，大约比筛板高5低，1.5/1到2/1当塔径超过1500mm和每溢流每米直径的液体负荷超过10dm3/s时，才使用。一般用于重烃系统泡罩低到中等，种类很多中等到高高，大约是筛板的二倍中等到高3/1或略高一般用于浮阀不能使用的高弹性且含污垢系统多降液塔板非常高低到中等高，有专利费低板间距很低，可用于消除瓶颈，对污垢系统不推荐垂直筛板高，大约比筛板高25低到中等，高负荷时很低大约与筛板一样一般用于消除瓶颈且允许低效率时使用错流形式无溢流塔板在某些实例中高

14、中等到好最低到中等波纹专利费低如果允许低的操作弹性，可用于消除瓶颈格栅填料很高精馏时很低，除雾传热很高中等到高低，小于2/1散装填料中等中等到高中等到低，与材料有关中等到高规整填料九月 224、板式塔的设计-工艺设计内容塔板结构材料塔板型式塔板的有效面积泡罩、筛孔等的尺寸及数目泡罩、筛孔、浮阀等的间距和排列降液管型式降液管面积和溢流数降液管底隙及液封出口堰型式、长度及高度排液孔塔板及堰板的水平度九月 224、板式塔的设计-独立变量塔径板间距塔板型式降液管面积泡罩、筛孔等的尺寸泡罩、筛孔、浮阀等的间距出口堰高度降液管底隙九月 224、板式塔的设计-塔器对气液传质的要求气液两相充分接触，传质效率高

15、；气体和液体的通量大；流体流动阻力小，压力损失少；操作弹性大，在负荷较大变动范围内，维持高效率；结构简单、可靠，制造成本低；易于安装、检修和清洗。九月 224、板式塔的设计-炼油和化工对塔器的特殊要求适于分离组成复杂的物料；大型化；炼油装置的年处理量1000万吨以上，常压塔直径达9米，减压塔直径16米以上； 100万吨的乙烯装置，直径在11米；稳定运行时间长，可靠性高。九月 224、板式塔的设计-板式塔(泡罩、筛板、浮阀)稳定操作的条件 - 气相只能通过降液管之间的塔盘鼓泡区向上- 液相只能通过降液管向下流动- 液相不能顺着塔盘开孔向下滴流- 液滴不能夹带在向上的气流中- 气相不应随液相向下裹

16、协- 气相不应沿降液管向上鼓泡满足上述条件的尺寸设计- 塔径- 板间距- 降液管尺寸九月 224、板式塔的设计-塔盘间流体的传质过程九月 224、板式塔的设计-塔盘间流体的传质过程九月 224、板式塔的设计-塔盘效率从试验数据测得- 相关分离组分- 前期设计阶段没有数据- 理论关联式- 其他类似塔OConnell关联式- 基于实际塔操作数据- 可以适用于筛板、浮阀塔盘- 塔盘总效率- 进料产品的粘度和关键组分挥发度九月 224、板式塔的设计-塔盘效率九月 224、板式塔的设计-塔径估算取决于液泛率- 塔顶、釜、进料、采出板的气相、液相负荷- 塔高取决于实际板数- 波动超过20%可以采用变径塔-

17、 设计余量110%130- 泛点率取82九月 224、板式塔的设计-液泛降液管截面积太小- 液流通道阻塞- 液相累积在塔盘上塔径太小- 液相被气相夹带上升液泛气速- 据此计算塔径- 塔实际操作气速取液泛气速8085%- 最低取60%九月 224、板式塔的设计-液泛气速液滴夹带液泛- 液滴与气相流体的动量平衡- C为泛点气速的能力因子，速度单位九月 224、板式塔的设计-能力因子理论计算- 液滴直径、拖曳速度经验关联- 精馏塔盘测试数据- 表面张力、发泡趋势降液管面积与塔截面积之比- AD/AT = 0.10.2九月 224、板式塔的设计-能力因子关联式Fair关联式- 基于筛板塔盘- 液气负荷

18、比- 表面张力校正九月 224、板式塔的设计-塔径根据C计算塔径根据液泛气速计算空塔气速计算塔横截面积、降液管面积降液管面积与塔截面积之比AD/AT = 0.10.2九月 224、板式塔的设计-塔盘压降压力梯度气相流动的推动力通常表达为每块塔盘的压降，0.1 Psi实测、关联式估算干板压降气相通过开孔、槽的阻力湿板压降气相穿过液层的阻力九月 224、板式塔的设计-干板压降hd孔板流动方程压力梯度气相流动的推动力C0取0.650.85，孔速由孔截面积算得九月 224、板式塔的设计-湿板压降hl液层压头表面张力、泡沫面积因子通常取0.6堰高堰上液头高，由液流量算得取决于堰的形式，由关联式算得堰流强

19、度九月 224、板式塔的设计-塔盘上液流高度九月 224、板式塔的设计-塔高实际板数理论板板间距取460610 mm塔顶空间取15003000 mm塔釜空间取5 min持液量高/径比取2030九月 224、板式塔的设计-设计准则1. 新塔设计最大液泛值小于80%2. 新塔干板压降小于板间距的15%3. 降液管液泛小于80%，降液管反混高度小于板间距80%4. 新塔降液管内清液高度小于0.5HT 液体在降液管的停留时间大于最小停留时间，才能保证降液管不液泛5. 动能因子-矫正动能因子 合理的动能因子才能保证雾沫夹带小、泄漏小（例如：C2-C4物系:实际物系与空气水物系相差60%左右)6. 堰高：

20、大流量时堰高低，小流量时堰高高7. 降液板底隙：新塔流速小于0.3m/s8. 堰高和底隙差值要保证降液管液封九月 224、塔板流体力学计算结果及负荷性能图例：脱乙烷塔（201-C-1430）九月 224、塔板流体力学计算结果及负荷性能图例：脱乙烷塔（201-C-1430）九月 224、塔板示意图例1.单液流塔板九月 224、塔板示意图例2. 双液流塔板九月 224、塔板示意图例3.环型流塔板九月 224、塔板示意图例4. 四液流塔板九月 224、塔板示意图例5. 六液流塔板九月 224、塔板与支承圈、支持板之间用卡子连接（A-A）塔板与塔板之间用螺栓、螺母连接（B-B）九月 224、板式塔的设

21、计-塔板制造和安装验收要求塔板按JB1205-2001塔板技术条件进行制造和验收 九月 225、填料塔的设计-填料塔生产装置九月 225、填料塔的设计-填料乱堆填料Random- 鞍形、阶梯环规整填料Structured- 金属、瓷、塑料九月 225、填料塔的设计-填料塔(乱堆、规整)干填料层的气液连续流动状况 - 气体压降随气速增大而随之增大- lg(P/Z)lg(G) 呈直线关系一定喷淋密度的液体向下流动- G较小时， P随G二次幂变化，直到载点- G增大， P随G变化的幂指数达到3- G继续增大， P急剧增加，达到液泛点- 正常操作在泛点气速5080%- 不同类型、尺寸填料实测数据 九月

22、 225、填料塔的设计-填料塔操作九月 225、填料塔的设计- Eckert泛点压降通用关联图计算泛点气速计算填料层压降实测数据湿填料因子泛点空塔气速G f九月 22Gf2 G L G L0.2 0.5 g L G L 九月 225、填料塔的设计-持液量静持液量动持液量形状尺寸、材质、表面特性、装填方式、流体物性、操作条件、内件结构载点以下的持液量泛点操作下的持液量载点到泛点间的持液量九月 225、填料塔的设计-等板高度传质速率相平衡、分离难易程度传质单元高度HTU理论板数理论当量高度HETP 理论板数传质系数经验关联式九月 225、填料塔的设计-塔的理论板数九月 225、填料塔的设计-塔内件

23、液体分布器支架、除沫网九月 225、填料塔的设计-进料分布器的类型九月 22叶片式进料分布器5、填料塔的设计-进料分布器的类型九月 225、填料塔的设计-进料分布器的类型九月 225、填料塔的设计-进料分布器的类型九月 225、进料分布器的类型九月 22九月 22九月 22 我们在设计上加设了捕液吸能器。这样在减弱了气体动能的同时，也使进入塔内的气体上返后更加均匀，这对于大直径的塔器可以更好地发挥塔板的效率，进料闪蒸空间高度也大大降低。 5、填料塔的设计-进料分布器分布均匀情况九月 225、填料塔的设计-进料分布器的类型九月 225、填料塔的设计-液体分布器的设计要点液体分布的合理选型液体分布

24、均匀气体分布均匀压降低高弹性抗堵塞占位低投资小结构简单，易于安装、检修九月 225、填料塔的设计-溢流点的排布九月 22进料管的设计 用变截面变孔径H形管式分布器进行液体分布，在塔盘上多点进料, 尽量减少流动死角，减少聚合物堵塞，且均匀多点分布到塔盘上。5、填料塔的设计-进料分布器的类型九月 225、填料塔的设计-进料管流速分布剖面九月 225、填料塔的设计-液相进料预分布管变孔径管式分布管九月 225、填料塔的设计-槽盘式液体分布器九月 225、填料塔的设计-分布器九月 225、填料塔的设计-液体分布器的设计 采用抗堵塞溢流式槽式液体分布器对原油进行分布。这种分布器的优点为塔内空间占用低，液

25、体分布均匀，在支槽两侧设有档液板，使液体分布由点分布变成线分布。采用特殊结构，使一级槽全连通，在操作弹性很大的范围内，均能保证液体分布的均匀性，采用特殊结构阻止聚合物的沉积。 九月 225、填料塔的设计-抗堵塞溢流式槽式液体分布器 设计采用全连通式一级槽及导流板、采用加设特殊支撑分布槽结构。全连通式一级槽使液体真正能够均匀分布到各个分布二极槽中，而导流板的加设使液体分布更为均匀。大大提高液体分布均匀、抗堵塞等性能。为保证分布器设计要求液体分布均匀、并有较大操作弹性的要求，在增大操作弹性及安装调节分布槽平面度方面都采取了相应的解决措施。特殊支撑分布槽结构可更方便调整分布槽的整体水平度，从而更好地

26、保证液体均匀分布。 九月 225、填料塔的设计-抗堵塞溢流式槽式液体分布器 九月 225、填料塔的设计-集油箱的设计 采用新型热补偿式集油箱，其特点是：气体分布均匀，压降低，同时可以收集液体，使液体横向混合，防止液体夹带。这种热补偿式集油箱可以通过自身的特殊结构吸收由于温度变化而带来的受热膨胀。九月 225、填料塔的设计-优良分布器标准液体分布均匀, 自由截面大, 操作弹性宽, 不易堵塞, 便于安装拆卸及检修。 液体分布器的合理选型； 液体分布均匀：足够的喷淋点密度，淋点分布的几何均匀性，淋点间流量的均匀性； 气体分布均匀。 合适的操作弹性。九月 225、填料塔的设计-分布器均匀度比较:不均匀度实验条件：进口风速30m/s， e/v=1.33采样位置：入口管上方150mm液沫夹带率：被夹带液体与气体量之比值分布器阻力降：气体进口处与入口管上方150mm处的压差 九月 225、填料塔的设计-压力式盘式、槽式液体分布器FRI通过研究湍流状态下，单个垂直、侧面小孔的流动特性以及多孔梯形分布槽中的流动特性来认识这类液体分布器的分布规律。测试了400多组数据。FRI实验结果：在低于25.4mm的液位下，小孔的流动处于不稳定状态， 当液位升至76mm时，小孔的流动非常稳定。在湍流条件下，小孔的孔流系数是由其上方的液位高度决定，而不是由小孔的雷诺数来决定，随着液位高度的增加，孔流系数将降低，最