【年产20万吨煤制乙二醇的塔设备设计案例4300字】

年产20万吨煤制乙二醇的塔设备设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u21527年产20万吨煤制乙二醇的塔设备设计案例 130201.1设计依据 2277001.2塔设备选型 2316351.2.1塔的类型 297581.2.2填料塔和板式塔的比较 374771.2.3塔型的结构与选择 345391.3塔设计计算 4115121.3.1水力学参数 477551.3.2塔径的计算 5145631.4工艺尺寸的计算 6139101.5流体力学验算 10193221.5.1降液管液泛 10174141.5.2停留时间 11207781.5.3雾沫夹带量校核 11105821.5.4严重漏液校核 12138821.6精馏段塔板负荷性能图 12211841.6.1漏液线 12269531.6.2过量雾沫夹带线 12771.6.3液相负荷下限线 1337331.6.4液相负荷上限线 13521.6.5液泛线 13211521.6.6负荷性能图 13121441.7提馏段塔板负荷性能图 14325021.7.1漏液线 14307011.7.2过量雾沫夹带线 14189731.7.3液相负荷下限线 143201.7.4液相负荷上限线 15255831.7.5液泛线 15122971.7.6负荷性能图 1525521.8塔体设计 16126501.8.1塔径与板间距 1629531.8.2塔顶空间 16315481.8.3塔底空间 1691201.8.4进料段高度 16120111.8.5人孔 16324721.8.6裙坐与封头 16317681.8.7总高度 17138131.9塔体分段 17188071.10塔机械校核 19设计依据表4-1设计参考规范表名称标准号《钢制化工容器设计基础规定》HG20580-2011《钢制化工容器材料选用规定》HG20581-2011《钢制化工容器强度计算规定》HG20582-2011《钢制化工容器结构设计规定》HG20583-2011《设备及管道保温设计导则》GB8175-2008《压力容器封头》GB/T25198-2010《塔器设计技术规定》HG20652-1998《钢制人孔和手孔的类型与技术条件》HG/T21514-2014《钢制管法兰》HG/T20592-2009《不锈钢波形膨胀节》GB/T12522-2009塔设备选型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如下。常见的板式塔浮阀塔泡罩塔单台产量大操作弹性大塔的传质效率好雾沫夹带少液面梯度较小结构较简单工业上使用最早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加工较复杂应用逐渐减少。我国主要的浮阀类型有：F1型、V-4型和T型。三种阀的主要尺寸见下表：表4-2三种阀主要尺寸阀的类型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填料塔和板式塔的比较表4-4板式塔与填料塔的比较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塔内设置有多层整砌或乱堆的填料，如拉西环、鲍尔环、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，也可采用并流操作设备性能空塔速度（亦即生产能力）高，效率高而且稳定；塔压降大，液体量大，操作弹性大。空塔气速与塔径成反比，液相的喷淋密度要大，但持液量不宜过大，操作的弹性大，效率低制造与维修直径在600mm以下的塔安装困难，金属材料耗量大新型填料制备复杂，造价高，检修清理困难，可采用非金属材料制造，但安装过程较为困难适用场合处理量大，操作弹性大，带有污垢的物料处理强腐蚀性，液气比大，真空操作要求压力降小的物料塔型的结构与选择表4-51.1.1 塔型的结构与选择塔设备结构塔体内件支座附件内容主要是筒节和封头组成板式塔塔内件的组成为塔盘，填料塔的内件主要是填料制支承支座常用裙式支座包括人、手孔，各种接管、平台、扶梯、吊柱等考虑因素在各个工段中是否有腐蚀性较大的物系是否会产生悬浮物操作压力：常压、减压、加压从成本出发，优先考虑板式塔，但在一些吸收过程中，同时使用填料塔总结对比各种板式塔的优缺点和使用范围，对于本次设计乙二醇的精致，分离乙二醇和水，其分离要求较高，可选用板式塔中的浮法塔用于两者的分离塔设计计算本次计算以塔T601，产品精制塔计算为例，操作压力为0.10MPa，塔顶温度25.907℃，塔底温度196.872℃，塔板数25块，详细的计算过程如下所述。水力学参数提取Aspenplus各塔板上的物性参数，选取塔板上气液相负荷最大的第24块塔板进行手工计算和校核，然后再用Aspenplus进行塔的设计和校核，通过比较来检查计算的正确性。表4-1塔板物性数据物性参数符号液体L气体V温度/℃T196.872196.872质量流率/（kg/h）-41761.70015440.800体积流率/（m3/h）-46.1989616.800密度/（kg/m3）ρ903.9641.606表面张力/（dyne/cm）σ32.684—塔径的计算塔板间距HT的选取与塔高、塔径、物性性质、分离效率、操作弹性以及塔的安装、检修等因素有关。设计时通常根据塔径的大小，由表4-2列出的塔板间距的经验数值选取。表4-2塔板间距和塔径的关系塔径Di/m0.3～0.50.5～0.80.8～1.61.6～2.02.0～2.4>2.4板间距HT/mm200～300300～350350～600450～600500～800≥800初选塔板间距HT=450mm板上液层高度hL=60mmHT-hL=390mm气液两相流动参数：L图4-1史密斯关联图查图4-1得C20矫正到表面张力为32.684mN/m时C=u取安全系数为0.8，则空塔气速为u=0.8D=按标准塔径圆整后为：D=1.800m塔截面积为：A实际空塔气速为：u=安全系数u在0.5~0.8 范围间，合适。工艺尺寸的计算以精馏段计算为例。（1）溢流装置计算塔径D=1.600m，可选用单溢流弓形降液管，采用凹形受液盘。各项计算如下：降液管尺寸取堰长：l由弓形降液管的几何关系图如下所示：结构参数图查得：图4-2弓形降液管的几何关系图结构参数查图得：A因此弓形降液管所占面积：A弓形降液管宽度：W验算：液体在降液管的停留时间：τ=合适。②溢流堰尺寸因为受液盘为凹形受液盘，所以没有内堰。L图4-3液流收缩系数由《化工原理》（夏清、贾绍义编制）图液流收缩系数计算图查得：E=1.03由弗朗西斯公式，堰上液层高度h溢流堰高：hw=hL-③降液管底隙高度h计算公式：h一般u0'=（0.06-0.25）m/s，本设计取u0'选用凹形受液盘，深度hw（2）阀孔数选用F1型重阀，气体动能因数F0的数值常在8~20之间。阀孔直径d0初取动能因数F0u每层塔板上阀孔个数n=（3）阀孔排列可将塔板分为四个区域，分别为：①溢流区降液管及受液盘所占的区域：W②安定区溢流区与鼓泡区之间的面积安定区宽度一般在60-70mm，本设计取WS③无效边缘区靠近塔壁的一圈边缘区域，主要供支持塔板的边缘之用。无效边缘区宽度一般在50-60mm，取WC④鼓泡区塔板上气液接触的有效面积开孔区面积AaAx=r=所以A采用等腰三角形错列，底边长L0=75mm，排间距t=取t=170mm阀孔排数：n阀孔气速u动能因数F0=u开孔率φ=Aφ=开孔率在10-15%之间，满足要求。流体力学验算降液管液泛降液管内清液层高度：H（1）降液管阻力h（2）塔板压降h干板阻力临界孔速:u阀全开前（u0h阀全开后（u0h所以h②板上充气液层阻力取充气系数ε0hl=ε所以：hP=hc+计算H取降液管中泡沫层相对密度∅=0.5，则φ（HT可见，Hd＜∅（H停留时间应保证液体在降液管内的停留时间大于5s，才能使得液体所夹带气体的释出。τ=可见，所夹带气体可以释出。雾沫夹带量校核泛点率计算公式：F=板上液体流经长度：ZL=D-2W板上液流面积：Ab=AT-2A泛点负荷系数CF由泛点负荷系数图查得CF=0.120图4-4泛点负荷系数并取物性系数K=1.5，将以上数据代入得到F=0.511及F=0.571可见，两式均小于80%，故雾沫夹带量能够满足eV严重漏液校核当阀孔的动能因数F0＜5时，会发生严重漏液，前面已计算出F0=精馏段塔板负荷性能图漏液线对于F1重阀，因动能因数F0＜5时，会发生严重漏液，故取FV过量雾沫夹带线根据雾沫夹带校核可知，对于本塔，取泛点率F=0.8，那么0.8=化简得：VV液相负荷下限线对于平直堰，其堰上液层高度how必须要大于0.006m。取hh取E=1.00，代入lw，求得（液相负荷上限线液体的最大流量应保证在降液管中停留时间不低于3s，取τ=5s作为液体在降液管中的停留时间的下限，则（液泛线液泛线计算公式aV其中，a=1.91×b=∅c=d=(1+ε（取∅=0.5，整理得V负荷性能图将以上五条线标绘在同一VS−LS直角坐标系中，塔板的操作负荷性能图如图所示。将设计点（LS，图4-5精馏段负荷性能图提馏段塔板负荷性能图漏液线对于F1重阀，因动能因数F0＜5时，会发生严重漏液，故取FV过量雾沫夹带线根据雾沫夹带校核可知，对于本塔，取泛点率F=0.8，那么0.8=化简得：VV液相负荷下限线对于平直堰，其堰上液层高度how必须要大于0.006m。取hh取E=1.00，代入lw，求得（液相负荷上限线液体的最大流量应保证在降液管中停留时间不低于3s，取τ=5s作为液体在降液管中的停留时间的下限，则（液泛线液泛线计算公式aV其中，a=1.91×b=∅c=d=(1+ε（取∅=0.5，整理得V负荷性能图将以上五条线标绘在同一VS−LS直角坐标系中，塔板的操作负荷性能图如图所示。将设计点（LS，图4-6提馏段负荷性能图塔体设计塔径与板间距由前述计算可知，塔径取1.60m，板间距取0.600m。其中，安装人孔的板间距取1.000m。塔顶空间根据经验取值，结合实际案例，取塔顶空间Zd取1.500m。塔底空间塔底空间的设计应保证液体能有足够的贮存量使塔底液体不至于流空，即有足够储存空间。本次设计取Zw为2.000m。进料段高度进料段空间高度Zf取决于进料口的结构型式和物料状况。为了防止进料直冲塔板，常在进料口处考虑安装防冲措施，如防冲板，入口堰，缓冲管等，进料段高度应保证这些实施的安装。在这里，取进料段高度Zf为0.600m。进料板口与某人孔在同一层板上。人孔根据HG-T21515-2014规定，容器直径应不小于人孔公称直径的两倍。已经计算出精馏段塔径为1.00m，可取人孔公称直径为0.60m。由于T601共有25块板，每块板间距为0.600m，两人孔间距通常取3.0~4.0m，此处取每6块板一个人孔，同时塔顶塔底各一个人孔。则共计6个人孔，其中塔板之间