附录二重要仪器选型与计算

反应器的计算选 反应器的计 催化剂填充量 反应管长度计算 管道排 反应床层压降 设计的选 稳定性压 孔数和孔 壳程换热 封头的设 支座的设 反应器工艺及强度计算结 精馏塔的计 塔板工艺尺寸计 塔板主要尺寸计 溢流装置计 降液管尺 浮阀数及排列方 排列方 塔板流体力学验 气相通过浮阀塔板的压力 液 雾沫夹 塔板负荷性能 进口管设 出口管设 筒体厚度设 壁厚设计 封头的选 支座的设 塔的塔 浮阀塔工艺设计计算结 浮阀塔强度计算结 反应器的计算选型MoleMassVolume--MoleMassVolume--体积空速为：3000h由下面的公式可求出催化剂填充 VR

VON

273 101.32528.11 取空床速度为1.4m/s，则床层截面积ARVou

1.4

35.78m则催化剂床层高度HRVR根据化工原理取床层空隙率为0.3，则反映管长为选取工业上所用的Ø35×2.5的列管，则单管催化剂体积为ddl3.140.0320.7868.88103 则管数为n=35.78/0.00888=4030与普通换热器有很大不同。首先，管束水循环受阻，传热，30℃划分为12个区间，整个管板由一个30°区间阵列而成。取不按正三角形排列，取管心距为t1.25d01.250.0350.04375m，用三角形排列，则单管所占的面3s t232

30.0437521.66103。40300.00166则每个反应器的直径为40300.00166雷诺数为Red0.00151.44161.4修正摩擦系数fmu21b 1p 0 p mp

根据流体温度，选择流体的设计温度400，设计压力0.20MPa由于本操作是在高温下进行，所选材料为耐高温0Cr18Ni10Ti。（化工设备机械基础焊接方式：选为双面焊对接接头，100%无损探伤，故焊接系数材料的许用应力为58MPa,则厚度可计d C0.2

3.42t

258

，圆整后取为再经气压试验校正后可知满足强度要故取反应器筒体直3000mm，厚度为25mm，内径为 ，稳定性压降应不小于列管式固定床层压降10％，即

pd,s所以 取pd=3500pau 4 4.752u2u221.44162

0.94m/

D=2950mm，取孔径为d=10mm，则N 1654孔数

(d/D)

对于反应器的壳程换热，为了降低流体的横向流速，消除流体诱发的管子振动，采用外导流筒式的结构。换热介质选工业用水于固定床反应器进行换热，反应器中放出的热量由ASPEN模拟5.5107w，取安全系数为1.1，则得壳层热量Q1.1Q11.15.51076.05107选用椭圆形封头，取形状系数K=1，则其深度为1150mm，壁厚为反应器厚度25mm，查表得直边高度为：h00所以椭圆形封头外径为3100mm50mm1150mm，直边高度为50mm850kg于反应器中间不排管，最好选用环盘型折流板，板间距为1m0mm。折流板材料为16MnR。工业应用的气体分布板形式很多，主要有用侧缝式锥帽分布板。支座采用裙座，材质为16MnR，裙座与塔体的链接采用对接式焊接，裙座筒体外径为3100mm，厚度为36mm，地脚螺栓的结构选择外螺栓作结构形式，螺栓规格为M80×630因为反应器筒体大、高，需要在裙座设置梯子裙座上开设2个人孔方便检查，选择公称直径为450mm的人火材料为石棉水泥层厚度为50mm反应器的工艺计算及强项 参反应温度反应压力设计温度设计压力反应类固定床反催化剂类SiO2Al2空速h1催化剂填充量（m3催化剂填充高度反应长度尺材个数（根排正三角形形标准椭圆封材厚度深度直边高度筒材内径高度2厚度裙类材内径厚度高度4人孔螺防火材料及石棉水泥层厚度为排气4精馏塔的计算Aspen拟得相关数据后可对其做出相应的计算得出对二塔底W=1214.327kmol/h回流比为1.05工艺上的轻重关键组分在塔顶、塔底的控制情况见表3-3控制序关键1对二2甲塔顶气相平均摩尔质量MvmxD1M1xD2M20.39121060.816192116.55kg/气相负荷V(R1)D(1.051)235.4940kmol/h气相平均密TINPTMPM（kg/M平均mPm

45116.557.47kg/塔顶气相流量VVMvm482.76116.552.092m3/ 3600 塔底液相平均摩尔质量MLmxw1M1xw2M20.60881060.18399281.45kg/塔底液相负液相平均密Lmxw1L1xw2

0.6088758.80.1839775.2604.52kg/塔底液相流LLMLm247.2781.450.00925m3/ 3600 欲求塔径应先求出适宜空塔气速u，其中u(0.6~L液泛气速：uf ，式中，蒸汽L关联图查得。横坐标值为：

取板间距HT0.45m，板上液层高度hL则图中参变量HThL0.450.07根据以上数值由下面关联图查得：C200.087。因物系表面张力为20.10mN/m,接近20mN/m，故无需校正。即CC200.087，故液泛气速为LufL取安全系数为0.7，则u0.7uf0.70.77830.5448m4由下式计算4按标准塔径尺寸圆整，取D2.3m实际塔截面积AD23.142.324.15m 实际空塔速度u

2.0920.504m/实际安全系数：u

0.64（处0.6～0.8间，合适L12h LVhV图3—4关联因塔径D=2.3m,可选用单溢流弓形降液管，采用凹型受溢盘。堰长lw0.7D1.6m溢流高度hwhLhow，选用平直堰，并取液流收缩系数E=12 LS 2.840.00925360022 E 0.0215m6mm lw

堰高为hwhLhow0.070.0215弓形降液管宽度W和弓形降液管A

w0.7查

的F0.09, 0.150， WD0.15D0.152.3验证液体在降液管停留的时间HT

0.450.373518.17s5s，所以降液管设计合理。u'0.15ms，u0

:

lwlh 1.6

初取阀孔动能因素F010，则阀孔气0uF0 0

3.659m/

，每层塔板上的浮法个数：Nd

0.00392

0 WD0.35m，取无效边缘区宽度WC0.06m，破沫区Ws则塔板上鼓泡区面积， 2R2xAa2 R2xD RR W 0.06 x

2.30.350.11.0921.092A

1.542arcsin0.70 20.70

t

AVS2.092 ，其

t

（75mm～125mm所以采用等腰三角形叉排。按N=479重新核算孔速及阀孔动能因u

23.601m/ 4F0 阀孔动能因素F0基本没有变化，仍在9～12范围u塔板开孔率为：

0.504100%hphch1h0计算塔板压板阻

73.13.49msu因u0uoc，故可按h5.34 v0计算干板阻力，c

2Lhc5.342604.529.810.0436m液充气液层阻力，取00.5，h10hL0.50.070.035m液③液体表面张力所造浮阀塔的h很小，可以忽略不计。因此，气相通过浮阀塔板的压力降所相当的液柱高hphch10.04360.0350.0786m液柱则单板压降PphpLg0.0786604.529.81466.12为了防止液泛现象的发生，要求控制降液管中清液层高度H h，而 Hh h S0.153 0.00345m液w0 lw0

板上液层高度hL0.07m，HdhphLhd0.07860.070.00345取0.5，又HT0.45mhw则HThw0.50.450.0485可见，

，符合防止液泛要 LS泛点 V泛点率

1.36L KCF

板上流体流经长度ZLD2WD2.320.345板上液流面积AbAT2AF4.1520.3735甲苯和对二甲苯为正常系统，取物性系数 1.0，又由《化原理.（下册》图3—13查得泛点负荷系数 0.125，VS泛点

1.36LVLVLKCF

100%泛点

0.78KCF

100%

S S 2.092 604.5

100%根据以上两式计算出得泛点率均在80%以下，可知雾沫夹带量能够满足ev0.1kg(液)/kg(气)的要求。雾沫夹带线泛点

1.36LZSS

V 按泛点率V V泛点率=

1.36LSZLKCFAb

100%代入相关数据整理Vs3.038 由式（1）知雾沫夹带线为直线，则在操作范围内任取两个Ls依式（1）算出相应的VS值列于表1中。据此，可作出雾沫夹带线（1Ls3Vs/（m液泛HThwhphLhdhch1hhL由上式确定液泛线，忽略式中 ， L

3600L2HThw v0 s10

s3w lwh0 w因物系一定，塔板尺寸一定，则HT、hw、h0、lw、v、L、0等均为定值，而u与V有如下关系，即u ，式中阀孔数目 4d0与孔径d0也是定值，则上式可简化成Vs与Ls的如下关系3aV2bcL23 即

V217.74048L273.44L3 3在操作范围内任取两个Ls值，依式（2）算出相应的Vs值列于表中 /液相负荷上限线流体的最大流量应保证在降液管中停留时间不低 3—5s，液在降液管内停留时间为：HT

35s，以5s作为液体在管内停留时间的下限，则 ATHT0.37350.450.0336m3/ss 求出上限液体Ls值（常数。在Vs—Ls图上液相负荷上限线为与气体流量Vs无关的竖直线（3。漏液对于F1型重阀，依

5计算，则u0

。又知Vd2Nu则得Vd2 ，以F 作为规定气体最 4 标准Vd2Nud2N 0.039479

1.048m/s据此作出与液体流量无关的水平漏液线（4液相负荷下限线 作为液相负荷下限条件，则Ls Ls下限值how

0.006，取E=1， 3L 0.00610003 0.00610003 0.00136m/ 3

s

根据以上两个表及式（3（4（5）可分别作出塔板负荷图上的（1（2（3（4）及（5）共5条线，如图1示1板负荷性能由塔板负荷性能图可以看出：①任务规定的气、液负荷下的操作点P（设计点，处在适宜操作区内的适中位置；②塔板的气相负荷上限由雾沫夹带控制，操作下由漏液线控制；③按照固定的液气比，由以上图查出塔板的气相负荷上限(Vs)max=2.93m3/s,气相负荷下限(Vs)min=1.048m3/s操作弹性=VSV

2.93S进料管物料进口流量为V1482.6m3h，则取进口管流速为u=2m/s，则进口管直径为：44， 则内径为300mm。校核：根据选取的管口，则速度u 4 1.9m/s3600d 在0.5-2m/s范围内，可以选出口管物料出口流量为

174.1m3h，则取进口管流速4u1=2m/s，则出口管直径为4择出口管取 （GB/T8163-2008）的无 ， 内径176mm校核：根据选取的管口，则速度u 4

1.99m/3600d 36003.14在0.5-2m/s范围内，可以选根据塔的操作压力和温设计TC1.1T1491.1该塔体焊接方式为双面对焊接，100%无损探伤，取焊接系数1。所选用的材料为Q235-C，许用应力t116MPa，取钢材负偏差C10.25mm，腐蚀裕量C21mmS Pc CCc 2t c 0.11

0.251根据 GB150-1998《钢制压力容器》中对容器最小厚度的规定，碳素钢和低合金钢制塔式容器的最小厚度为塔体内直径的 2/1000，且不4mm。因此

2300

4.6mm，最后按标准尺寸得Sn校核水压试验强度：TPTDie P

0.125MPa

eSnC101.25 0.12523008.75 2s而0.90.91235211.5MPas可见T0.9s，所以水压试验强度从工艺操作要求考虑，对封头形状无特殊要求。因椭圆形封头制造比较简单，受力状况较好，故该塔体采用椭圆形封头。根据规定取封头和筒体选择的材料一样,为Q235-C,壁