年產(chǎn)6萬噸超高分子量PMMA項目設(shè)計

喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請放心下載，，有疑問咨詢QQ:1064457796或者1304139763 ==================== 喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請放心下載，，有疑問咨詢QQ:1064457796或者1304139763 ==================== 某石化公司年產(chǎn)6萬噸超高分子量PMMA項目 典型設(shè)備選型計算說明書 典型設(shè)備選型計算說明書 目錄 第一章 塔設(shè)備設(shè)計 6 1.1塔設(shè)備選型設(shè)計依據(jù) 6 1.2塔設(shè)備選型 6 1.2.1 塔設(shè)備簡介 6 1.2.2 塔型選擇原則 9 1.2.3結(jié)論 12 1.3 T0203正己烷回收塔的設(shè)計 12 1.3.1初步設(shè)計 13 1.3.2水力學(xué)參數(shù) 14 1. 3.3塔筒體的計算 15 1.3.3.1塔體的計算 15 1.3.4塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計與計算 19 1.3.5 塔板布置及浮閥數(shù)目與排列 21 1.3.6塔設(shè)備的校核 23 1.3.7初步計算結(jié)果 28 1.3.8 Cup-Tower在塔盤工藝結(jié)構(gòu)計算的運用 30 1.3.9塔機械工程設(shè)計 31 1.3.10 塔機械工程校核 34 1.3.11 塔設(shè)備裝配圖 53 第二章 換熱器選型 54 2.1 換熱器設(shè)計依據(jù) 54 2.2換熱器類型的選擇 54 2.3換熱器選型設(shè)計 56 2.3.1換熱介質(zhì)流程 56 2.3.2換熱介質(zhì)終點溫差 57 2.3.3換熱介質(zhì)流速 57 2.3.4換熱器管殼層壓降 58 2.3.5傳熱膜系數(shù) 58 2.3.6污垢系數(shù) 59 2.4換熱器設(shè)計 59 2.5 T0203 condenser換熱器選型設(shè)計 59 2.5.1工藝參數(shù)確定 59 2.5.2 Design設(shè)計 60 2.5.3 Rating/Checking校核模式 62 2.5.4 圓整 65 2.5.5 SW6校核結(jié)果 69 2.5.6設(shè)計結(jié)果表 79 2.6 T0203 reboilerr選型設(shè)計 81 2.6.1概述 81 2.6.2使用Aspen EDR進行設(shè)計校核 83 2.6.3 設(shè)計結(jié)果表 19 2.7 換熱器裝配圖 21 2.8 換熱器選型一覽表 21 第三章 氣液分離器設(shè)計 24 3.1 設(shè)計依據(jù) 24 3.2 氣液分離器的分類 24 3.2.1 立式和臥式重力分離器 24 3.2.2立式和臥式絲網(wǎng)分離器 24 3.3 設(shè)計目標(biāo) 25 3.4 氣液分離器的設(shè)計 25 3.4.1 氣液分離器工藝參數(shù) 25 3.4.2 類型選擇 26 3.4.3 尺寸設(shè)計 26 3.4.4 氣液分離器選型一覽表 33 第四章 泵 34 4.1 泵的概述 34 4.2 泵類型和特點 34 4.3 泵選型原則 35 4.4 泵選型示例（以P0112為例） 38 4.4.1 具體選型（以PXXX為例） 39 4.5 泵選型一覽表 43 第五章 壓縮機選型 45 5.1 選型依據(jù) 45 5.2 壓縮機分類 45 5.3 壓縮機適用范圍 46 5.4 壓縮機選型 47 5.4.1 壓縮機工藝參數(shù) 47 5.4.2 壓縮機選型實例（以C0201為例） 48 5.5 壓縮機選型一覽表 48 第六章 儲罐選型 49 6.1 選型依據(jù) 49 6.2 儲罐類型 49 6.3 儲罐系列 49 6.4 選型原則 51 6.5 原料儲罐選型 52 6.5.1 甲醇儲罐 52 6.5.2 異丁烯儲罐 52 6.5.3 正己烷儲罐 53 6.7 回流罐選型 54 6.7.1 T0102回流罐 54 6.7.2 T0103回流罐 54 6.7.3 T0203回流罐 54 6.7.4 T0204回流罐 54 6.7.5 T0205回流罐 55 6.8 S0101傾析器選型 55 6.9 儲罐選型一覽表 55 第七章 緩沖罐 57 7.1反應(yīng)進料液混合罐(以V0201為例) 57 7.1.1 原料性質(zhì) 57 7.1.2反應(yīng)進料液混合罐 57 7.2 緩沖罐選型一覽表 58 第一章 塔設(shè)備設(shè)計 1.1塔設(shè)備選型設(shè)計依據(jù) 《化工設(shè)備設(shè)計全書——塔設(shè)備》 《固定式壓力容器》GB 150-2011 《設(shè)備及管道保溫設(shè)計導(dǎo)則》GB 8175-1987 《壓力容器封頭GB/T 25198-2010 《塔器設(shè)計技術(shù)規(guī)定》HG 20652-1998 《鋼制化工容器結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)定》HG/T 20583-2011 《工藝系統(tǒng)工程設(shè)計技術(shù)規(guī)范》HG/T 20570-1995 《塔頂?shù)踔稨G/T 21639-2005 《不銹鋼人、手孔HG 21594-21604 《鋼制人孔和手孔的類型與技術(shù)條件》HG/T 21514-2005 《鋼制塔式容器》JB/T 4710-2005 《補強圈》JB/T 4736-2002 《鋼制壓力容器用封頭》JB/T 4746-2002 1.2塔設(shè)備選型 1.2.1 塔設(shè)備簡介 塔設(shè)備的分類可以從不同的角度進行。例如：按操作壓力分為加壓塔、常壓塔和減壓塔；按單元操作分為精餾塔、吸收塔、解吸塔、萃取塔、反應(yīng)塔和干燥塔；按形成相際接觸界面的方式分為具有固定相界面的塔和流動過程中形成相界面的塔；也有按塔釜形式分類的，但是長期以來最常用的分類是按塔的內(nèi)件結(jié)構(gòu)分為板式塔和填料塔。 填料塔以填料作為氣液接觸元件，氣液兩相在填料層中逆向連續(xù)接觸。它具有結(jié)構(gòu)簡單、壓力降小、易于用耐腐蝕非金屬材料制造等優(yōu)點，對于氣體吸收、真空蒸餾以及處理腐蝕性流體的操作，頗為適用。當(dāng)塔徑增大時，引起氣液分布不均、接觸不良等，造成效率下降，即稱為放大效應(yīng)。同時，填料塔還有重量大、造價高、清理維修麻煩、填料損耗大等缺點，以致使填料塔在很長時期以來不及板式塔使用廣泛。但是隨著新型高效填料的出現(xiàn)，流體分布技術(shù)的改進，填料塔的效率有所提高，放大效應(yīng)也在逐步得以解決。 板式塔是分級式接觸型氣液傳質(zhì)設(shè)備，種類繁多。板式塔為逐級接觸式氣液傳質(zhì)設(shè)備。在一個圓筒形的殼體內(nèi)裝有若干層按一定間距放置的水平塔板，塔板上開有很多篩孔，每層塔板靠塔壁處設(shè)有降液管。氣液兩相在塔板內(nèi)進行逐級接觸，兩相的組成沿塔高呈階梯式變化。板式塔的空塔氣速很高，因而生產(chǎn)能力較大，塔板效率穩(wěn)定，造價低，檢修、清理方便。根據(jù)目前國內(nèi)外實際使用的情況，主要的塔型是泡罩塔、篩板塔、浮閥塔、舌形塔、浮動噴射塔等等。 表1-1 板式塔和填料塔的比較 項目 填料塔 板式塔 散堆填料 規(guī)整填料 空塔氣速 稍小 大 比散堆填料大 壓降 小 更小 一般比填料塔大 塔效率 小塔效率高 高，對大直徑塔無放大效應(yīng) 較穩(wěn)定，效率較高 液氣比 對液體噴淋量有一定要求 范圍大 適應(yīng)范圍大 持液量 較小 較小 較大 材質(zhì) 可用非金屬耐腐蝕材料 適應(yīng)各類材料 金屬材料 造價 小塔較低 較板式塔高 大直徑塔較低 安裝檢修 較困難 適中 較容易 目前生產(chǎn)能力較大的塔，多采用板式塔，比較經(jīng)濟合理。而新型高效填料（例如金屬絲網(wǎng)波紋填料），能顯著降低塔高，其放大效應(yīng)并不明顯，只要有合宜的結(jié)構(gòu)，在較大直徑的塔內(nèi)仍具有較高的效率，自然也是經(jīng)濟合理的。下面重點就板式塔進行介紹。 表1-2 各種板式塔的優(yōu)缺點及用途 塔盤型式 結(jié)構(gòu) 優(yōu)點 缺點 應(yīng)用范圍 泡罩塔 圓形泡罩 復(fù)雜 彈性好無泄漏 費用高板間距大壓力降比較大 用于具有特定要求的場合 S型泡罩塔板 稍簡單 簡化了泡罩的型式，因此性能相似 費用高板間距大壓力降比較大 用于具有特定要求的場合 浮閥塔 條形浮閥 簡單 操作彈性較好；塔板效率較高；處理能力較大 沒有特別的缺點 適用于加壓及常壓下的氣液傳質(zhì)過程 重盤式浮閥 有簡單的和稍復(fù)雜的 T型浮閥 簡單 穿流型 篩板 簡單 正常負(fù)荷下的效率高；費用最低；壓力降小 穩(wěn)定操作范圍窄；要么擴大孔徑，否則易堵物料；容易發(fā)生液體泄漏 適于處理量變動少且不析出固體物的系統(tǒng) （溢流式） 波紋篩板 簡單 比篩板壓力降稍高，但具有同樣的優(yōu)點；氣液分布好 柵板 簡單 處理能力大；壓力降小；費用便宜 適用于粗蒸餾 表1-3 各種塔盤的比較 塔盤型式 蒸汽量 液量 效率 操作彈性 壓力降 價格 可靠性 泡罩 良 優(yōu) 良 超 差 良 優(yōu) 篩板 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 良 優(yōu) 超 良 浮閥 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 良 優(yōu) 優(yōu) 穿流式 優(yōu) 超 差 差 優(yōu) 超 可 主要塔板性能的量化比較見下表1-4： 表1-4 幾種主要塔板性能的量化比較 塔盤類型 塔板效率 處理能力 操作彈性 壓降 結(jié)構(gòu) 成本 泡罩板 1.0 1.0 5 1 復(fù)雜 1 篩板 1.2~1.4 1.4 3 0.5 簡單 0.4~0.5 浮閥板 1.2~1.3 1.5 9 0.6 一般 0.7~0.9 舌型板 1.1~1.2 1.5 3 0.8 簡單 0.5~0.6 本項目選用 自主專利塔板CTST，立體傳質(zhì)塔板CTST為獨特的立體結(jié)構(gòu)，其核心部件為梯形噴射罩，如下圖1-1和1.2所示，側(cè)面為帶篩孔的噴射板，兩端為梯形的端板，上部為分離板。噴射板與塔板間有一定的底隙，為液體進入罩體的通道。塔板上為矩形開孔。分離板的作用一是提供氣液接觸空間，二是使氣液兩相有效分離，減少霧沫夾帶。 圖1-1 CTST塔板結(jié)構(gòu) 圖1-2 CTST塔板操作工況 立體傳質(zhì)塔板獨特的空間結(jié)構(gòu)和噴射型的操作過程將氣液傳質(zhì)區(qū)域擴展到塔板空間范圍，因此充分利用了塔板空間，使之具有如下優(yōu)越特性： （1）處理能力大，比F1浮閥塔板處理能力提高50%~150%； （2）效率高，比F1浮閥高10%以上； （3）板壓降低，低于F1浮閥30%以上，可用于減壓場合； （4）操作彈性大，其值可達5.4~7.2； （5）抗堵塞能力強，可處理含固體顆粒易自聚物料； （6）具有消泡性能，適于處理易發(fā)泡物料； （7）塔板液流梯度影響小，適于大塔徑、高液相負(fù)荷場合。 1.2.2 塔型選擇原則 塔型的合理選擇是做好塔設(shè)備設(shè)計的首要環(huán)節(jié)。選擇時考慮的因素有：物料性質(zhì)、操作條件、塔設(shè)備性能，以及塔設(shè)備的制造、安裝、運轉(zhuǎn)和維修等。 （一）與物性有關(guān)的因素： （1）易起泡的物系，如處理量不大時，以選用填料塔為宜。因為填料能使泡沫破裂，在板式塔中則易引起液泛。 （2）具有腐蝕性的介質(zhì)，可選用填料塔。如必須用板式塔，宜選用結(jié)構(gòu)簡單、造價便宜的篩板塔盤、穿流式塔盤或舌形塔盤，以便及時更換。 （3）具有熱敏性的物料須減壓操作，以防過熱引起分解或聚合，故應(yīng)選用壓力降較小的塔型。如可采用裝填規(guī)整填料的散堆填料等，當(dāng)要求真空度較低時，也可用篩板塔和浮閥塔。 （4）黏性較大的物系，可以選用大尺寸填料，板式塔的傳質(zhì)效率較差。 （5）含有懸浮物的物料，應(yīng)選擇液流通道較大的塔型，以板式塔為宜?？蛇x用泡罩塔、浮閥塔、柵板塔、舌形塔和孔徑較大的篩板塔等。不宜使用填料。 （6）操作過程中有熱效應(yīng)的系統(tǒng)，用板式塔為宜。因塔板上積有液層，可在其中安放換熱管，進行有效的加熱或冷卻。 （二）與操作條件有關(guān)的因素： （1）若氣相傳質(zhì)阻力大（即氣相控制系統(tǒng)。如低黏度液體的蒸餾，空氣增濕等），宜采用填料塔，因填料層中氣相呈湍流，液相為膜狀流。反之，受液相控制的系統(tǒng)，宜采用板式塔，因為板式塔中液相呈湍流，用氣相在液層中鼓泡。 （2）大的液體負(fù)荷，可選用填料塔，若用板式塔時，宜選用氣液并流的塔型（如噴射型塔盤）或選用板上液流阻力較小的塔型（如篩板和浮閥）。此外，導(dǎo)向篩板塔盤和多降液管篩板塔盤都能承受較大的液體負(fù)荷。 （3）低的液體負(fù)荷，一般不宜采用填料塔。因為填料塔要求一定量的噴淋密度，但網(wǎng)體填料能用于低液體負(fù)荷的場合。 （4）液氣比波動的適應(yīng)性，板式塔優(yōu)于填料塔，故當(dāng)液氣比波動較大時宜用板式塔。 （三）其他因素： （1）對于多數(shù)情況，塔徑小于800mm時，不宜采用板式塔，宜用填料塔。對于大塔徑，對加壓或常壓操作過程，應(yīng)優(yōu)先選用板式塔；對減壓操作過程，宜采用新型填料。 （2）一般填料塔比板式塔重。 （3）大塔以板式塔造價較廉。因填料價格約與塔體的容積成正比，板式塔按單位面積計算的價格，隨塔徑增大而減小。 表1-5 塔型選用順序表 考慮因素 選擇順序 塔徑 800mm以下，填料塔 大塔徑，板式塔 具有腐蝕性的物料 填料塔 穿流式塔 篩板塔 噴射型塔 污濁液體 大孔徑篩板塔 穿流式塔 噴射型塔 浮閥塔 泡罩塔 操作彈性 浮閥塔 泡罩塔 篩板塔 真空操作 填料塔 導(dǎo)向篩板 網(wǎng)孔塔板 篩板 浮閥塔板 大液氣比 多降液管篩板塔 填料塔 噴射型塔 浮閥塔 篩板塔 存在兩液相的場合 穿流式塔 填料塔 1.2.3結(jié)論 本項目結(jié)合實際裝置特點，根據(jù)塔內(nèi)液體滯液量較大、操作負(fù)荷變化范圍較寬、對進料濃度變化敏感程度等要求，合理選擇塔型。板式塔有液流通道較大的特點，堵塞的危險較?。晃覀冊谠O(shè)備選擇過程中優(yōu)先考慮選用板式塔，既可以控制設(shè)備投資成本和操作成本，又有較大的操作彈性，同時操作維修也比較方便，但是對于吸收和解吸塔，及氣液相負(fù)荷較小的塔，選用填料塔。選擇結(jié)果如下表1-6所示： 表1-6 塔設(shè)備型式 設(shè)備位號 設(shè)備名稱 選擇類型 T0101 MAL吸收塔 填料塔 T0102 MAL回收塔 填料塔 T0103 MAL精制塔 填料塔 T0201 MMA吸收塔 填料塔 T0202 MMA萃取塔 板式塔 T0203 正己烷回收塔 板式塔 T0204 MMA精制塔 填料塔 T0205精餾段 甲醇水精餾塔 板式塔 T0205提餾段 甲醇水精餾塔 板式塔 1.3 T0203正己烷回收塔的設(shè)計 由上一章節(jié)中填料塔與板式塔的適用范圍以及優(yōu)缺點的對比，經(jīng)綜合考慮本項目的正己烷回收塔塔型采用板式塔。由于該塔塔板氣液負(fù)荷較大、且MMA,正己烷屬于中等發(fā)泡物系，因此選擇我校自主專利塔板CTST，該立體傳質(zhì)塔板具有很好的消泡功能且適用于腐蝕性介質(zhì)。由于缺乏經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式，首先按浮閥塔板進行設(shè)計，然后通過浮閥與CTST的工業(yè)研究對比數(shù)據(jù)得出CTST的相關(guān)參數(shù)。 1.3.1初步設(shè)計 1.3.1.1設(shè)計思路 （一）塔高的計算，包括塔的主體高度、頂部與底部空間的高度，裙座高度。 （二）塔徑的計算：裝置的有關(guān)條件→給定塔板設(shè)計條件→準(zhǔn)備事項→確定塔徑溢流區(qū)的設(shè)計→氣液接觸區(qū)的設(shè)計→各項校核計算 （三）塔內(nèi)件的設(shè)計，主要是塔盤的工藝和結(jié)構(gòu)設(shè)計。此外還有塔的進出口、防沖擋板、放渦器、除沫器等的設(shè)計計算。 1.3.1.2設(shè)計參數(shù) 設(shè)計參數(shù)主要考慮介質(zhì)與選材、設(shè)計壓力、設(shè)計溫度、厚度及其附加量、焊接接頭系數(shù)等。 1.介質(zhì)與選材 操作環(huán)境中主要存在MMA和正己烷以及少量的MAA。由于MAA具有腐蝕性，同時考慮到壓力、溫度較低，初步選用不銹鋼材料。查《腐蝕數(shù)據(jù)手冊》并根據(jù)強度等方面的要求，選擇材料 S31603。 2.設(shè)計壓力 在Aspen模擬中，工藝采用的工作壓力為常壓操作，設(shè)計壓力取最高工作壓力的1.05~1.1倍。即取0.11MPa。 3.設(shè)計溫度 工藝中塔頂和塔底的溫度分別為62.8℃和99.6℃，考慮到操作彈性及意外情況，取其最高值并留一定的余量，取設(shè)計溫度t = 120℃。 4.塔板數(shù)及加料位置 該塔是板式塔，共有20塊理論板（不包括冷凝器和再沸器），進料位置為第17塊理論板。 1.2.1.3設(shè)計準(zhǔn)則 強度失效設(shè)計準(zhǔn)則。 1.3.2水力學(xué)參數(shù) A spen 模擬進行了塔結(jié)構(gòu)的初步計算，符合最小塔板塔徑為1.53m，浮閥塔，單溢流，共20塊理論塔板。并且得到了各個塔板的物料分布，為使每塊塔板都能滿足生產(chǎn)要求，只需使負(fù)荷最大的塔板正常工作即可。已知第17塊理論塔板的負(fù)荷最大，則設(shè)計取塔板上氣液相負(fù)荷最大的第 17塊理論塔板進行手工計算和校核。 其水力學(xué)參數(shù)如下表1-7（1）（2）所示： 表1-7（1）正己烷回收塔水力學(xué)參數(shù) 塔板數(shù) 液相溫度 ℃ 氣相溫度 ℃ 液相質(zhì)量流量（kg/h） 0 Kg/s 氣相質(zhì)量流量（kg/h) Kg/s 液相體積流量(cum/h） 氣相體積流量（cum/h) 1 50.23 62.78 16806 16806 25.36 6029 2 62.78 66.34 13342 18944 20.94 6299 3 66.34 66.84 13734 19336 21.63 6370 4 66.84 67.03 13770 19372 21.60 6368 5 67.03 67.23 13762 19364 21.45 6356 6 67.23 67.50 13741 19343 21.25 6341 7 67.50 67.92 13705 19307 20.97 6319 8 67.92 68.66 13638 19240 20.55 6287 9 68.66 70.16 13493 19094 19.84 6231 10 70.16 71.67 29100 22024 41.03 6957 11 71.67 72.39 29570 22493 41.79 7027 12 72.39 73.25 29662 22586 41.73 7027 13 73.25 75.39 29521 22445 40.92 6963 14 75.39 80.83 29118 22042 38.92 6809 15 80.83 89.37 28837 21760 36.36 6662 16 89.37 95.74 29338 22261 35.39 6742 17 95.74 98.43 30017 22941 35.59 6908 18 98.43 99.30 30353 23276 35.80 6995 19 99.30 99.64 30458 23382 35.88 7025 20 99.64 99.64 7076 0 8.33 0 表1-7（2）正己烷回收塔第17塊塔板相關(guān)數(shù)據(jù) 塔板數(shù) 液相溫度 ℃ 氣相溫度 ℃ 液相質(zhì)量流量 氣相質(zhì)量流量 液相體積流量 氣相體積流量 液相密度 氣相密度 液相粘度 Cp 氣相粘度 Cp 表面張力N/m 17 95.7 98.4 30017.4 22940.7 35.6 6908.3 843.5 3.3 0.28 0.0094 18.4 1. 3.3塔筒體的計算 由上表與 Aspen 物性數(shù)據(jù)計算中基本數(shù)據(jù)可以求得計算所用數(shù)據(jù)，具體計算過程如下： 1.3.3.1塔體的計算（用Smith法計算塔徑） 適宜空塔速度u一般取為最大允許氣速u F 的0.6－0.8倍，即 u = (0.6~0.8)u max ，式中C由 計算，其中的C 20由書中圖查取， 圖的橫坐標(biāo)為： 表1-8 塔間距參考數(shù)值 塔徑 D/m 0.8~1.2 1.4~2.4 2.6~6.6 板距 H T /mm 300~500 400~700 450~800 根據(jù)經(jīng)驗，試取板間距H T = 500mm，板上液層高度h L = 80mm，則H T ?h L =420mm （板上液層高度h L對常壓塔可在0.05~0.1m范圍內(nèi)選取） 圖1-3 史密斯關(guān)聯(lián)圖 查圖得，C 20 = 0.1 因此m/s 取安全系數(shù)為0.8，則空塔氣速為 原料氣處理量6908.3m3/h 所以m 按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后，D = 1600mm 實際塔截面積： 實際空塔速度 安全系數(shù) 在安全范圍0.6~0.8之間，合適。 1.3.3.2塔厚的計算 塔體和封頭都選用 S31603，取焊接接頭系數(shù)為 0.85，在厚度為3~16mm時，溫度在0~150℃之間，屈服極限ReL = 170MPa，許用應(yīng)力= 117 MPa。塔徑Di = 1600mm，選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，則K=1。 筒體的計算厚度： 封頭的計算厚度： 取腐蝕裕量為C2 = 2mm，得到 筒體設(shè)計厚度mm 封頭設(shè)計厚度mm 考慮到鋼板負(fù)偏差C1 = 0.3mm及鋼材的標(biāo)準(zhǔn)系列 取筒體和封頭的名義厚度均為δn=6mm。 δe=5.7mm 水壓試驗壓力 試驗壓力校核： <0.9×170×0.85 = 130.1MPa 水壓試驗壓力合適。 1.3.3.3塔每塊塔板的液泛因子 Stage Flooding factor Downcomer velocity Velocity / Design vel Downcomer backup Backup / Tray space Pressure drop Downcomer res. time m/sec meter bar hr 2 0.639332 0.028929 0.231438 0.127251 0.254502 0.003894 0.004800 3 0.655007 0.029884 0.239075 0.129438 0.258876 0.003978 0.004647 4 0.654129 0.029829 0.238635 0.129298 0.258596 0.003990 0.004656 5 0.651065 0.029625 0.237009 0.128825 0.257651 0.003993 0.004688 6 0.646928 0.029346 0.234773 0.128183 0.256367 0.003996 0.004732 7 0.641317 0.028960 0.231683 0.127305 0.254610 0.003999 0.004795 8 0.633077 0.028379 0.227039 0.126002 0.252005 0.004000 0.004893 9 0.619620 0.027403 0.219227 0.123853 0.247707 0.003998 0.005068 10 0.711254 0.056674 0.453400 0.158949 0.317899 0.005245 0.002450 11 0.726409 0.057719 0.461756 0.161503 0.323007 0.005358 0.002406 12 0.727516 0.057643 0.461154 0.161463 0.322926 0.005383 0.002409 13 0.717410 0.056512 0.452102 0.159092 0.318184 0.005354 0.002457 14 0.692627 0.053739 0.429919 0.153429 0.306858 0.005284 0.002584 15 0.667433 0.050212 0.401703 0.146963 0.293927 0.005292 0.002766 16 0.673779 0.048876 0.391018 0.145697 0.291394 0.005505 0.002841 17 0.693465 0.049155 0.393250 0.147486 0.294972 0.005732 0.002825 18 0.704115 0.049454 0.395639 0.148671 0.297343 0.005842 0.002808 19 0.707678 0.049555 0.396444 0.149072 0.298144 0.005878 0.002802 1.3.4塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計與計算 1.3.4.1流型選擇 降液管主要有弓形、圓形和矩形三種。目前多采用弓形，因其結(jié)構(gòu)簡單，特別適合于塔徑較大的場合。 液體在塔板上的流動路徑是由降液管的布置方式?jīng)Q定的。常用的布置方式有以下幾種形式：U 型流、單溢流、雙溢流、多溢流。 下表列出了溢流類型、塔徑、液體負(fù)荷之間的經(jīng)驗數(shù)據(jù)。 表1-9 選擇溢流型式的參考表 塔徑（mm） 液體流量(cum/h) 單溢流 雙溢流 四溢流 1000 <45 - - 1400 <70 - - 2000 <90 90-160 - 3000 <110 110-200 200-300 4000 <110 110-230 230-350 5000 <110 110-250 250-400 6000 <110 110-250 250-450 根據(jù) Aspen Plus 模擬，由于正己烷回收塔塔徑D=1.6m，塔流量Ls =35.59m3 /?，對照圖中數(shù)據(jù)，故選用單溢流裝置。 1.3.4.2降液管及溢流裝置 1．降液管尺寸設(shè)計 堰長lw根據(jù)液體負(fù)荷及溢流型式而定，對單溢流取lw= 0.7D lw= 0.7D=0.7×1.6=1.12m 而AT=2 m2 管面積由《化工原理（下）》（葉世超等編.科學(xué)出版社）圖 2-7 弓形降液管的參數(shù)圖查得。 圖1-4 弓形降液管的參數(shù) 查得， ， 則有降液管寬度 Wd=0.15×1.6=0.24m 降液管截面積 Af=0.09×AT=0.09×2=0.18㎡ 為降低氣泡夾帶，液體在降液管內(nèi)應(yīng)有足夠的停留時間以使氣體從液相中分離出，一般要求不應(yīng)小于 3~5s，而對于高壓下操作的塔以及易起泡的物系，停留時間應(yīng)更長些，為此，必須進行校核。 >4s 故降液管尺寸合理。 2．堰長及堰上清液層how的確定 前面計算已經(jīng)得到lw= 1.12m 圖1-5 液流收縮系數(shù)計算圖 所以 查圖2-8，取E = 1.06 （平直堰） 3.溢流堰高hw與底隙間距h0的計算 因此時應(yīng)采用單溢流，故hw = hL ? how =0.08 ?0.03= 0.05m 取hw為50mm 降液管底部距下一塊的間距ho，取降液管內(nèi)的流速為uo= 0.3m/s 通常ho＜ hw ，且hw? ho = 6~20mm，故合格。 1.3.5 塔板布置及浮閥數(shù)目與排列 1.3.5.1浮閥數(shù)的確定 取閥孔動能因子Fo = 10 閥孔氣速 每層塔板上的浮閥數(shù) 取 F1 重型浮閥，閥孔直徑do = 0.039m，則 初步確定浮閥個數(shù)為293個。 1.3.5.2浮閥的排列 按所設(shè)定的尺寸規(guī)劃出塔板，并在塔板的鼓泡區(qū)內(nèi)依排列方式進行試排，確定出實際的閥孔數(shù)。 已知，查圖得，所以 取Wd=0.24m。選取無效邊緣區(qū)寬度Wc = 0.06m，泡沫區(qū)寬度Ws = 0.09m。 對單溢流塔板，由下式計算鼓泡區(qū)面積，即 因此 浮閥的排列方式采用等腰三角形叉排。取同一橫排的空心距t = 75mm =0.075m，則等腰三角形的高度由下式可求： 故取t = 75mm ， t′= 80mm進行排列，如下圖1-6所示。 圖1-6 塔板初步設(shè)計圖 圖中交點為浮閥的中心位置。按照圖中的排布，可排出閥孔 300個。重新核算以下參數(shù)： 閥孔氣速： 動能因數(shù)： 𝐹𝑜在 9~12 之間，故合適。 塔板開孔率： 1.3.6塔設(shè)備的校核 1.3.6.1塔板壓降的校核 氣體通過塔板的壓力降直接影響到塔底的操作壓力，故此壓力降數(shù)據(jù)是決定吸收塔塔底溫度的主要依據(jù)。 氣相通過浮閥塔的壓強降 1.干板阻力 故干板阻力計算式： 2.板上充氣液層阻力 取充氣系數(shù)為ε=0.45。 3.表面張力造成的阻力 此阻力很小，忽略不計。 因此，與氣體流經(jīng)一層浮閥塔板的壓強降所相當(dāng)?shù)囊褐叨葹椋? 單板壓降： 1.3.6.2液泛的校核 為了防止降液管液泛現(xiàn)象發(fā)生，要求控制降液管內(nèi)液層高度 忽略液面落差的影響，可利用下式計算： 與氣體通過塔板的壓強降所相當(dāng)?shù)囊褐叨萮p = 0.067m𝑚液柱。 1.壓頭損失 因不設(shè)進口堰，則 2.板上液層高度 hL = 0.08 m 降液管液位高度 降液管液位高度/板間距： 介于 0.2~0.5 滿足要求。 3.總計算 取降液管中泡沫層相對密度 ?= 0.6 又𝐻𝑇 = 0.5𝑚，hW = 0.05𝑚，則 可見 故符合防止淹塔的要求。 1.3.6.3霧沫夾帶的校核 泛點率 及 板上流體流徑長度： 板上液流面積： 取物性系數(shù)為K= 1.0，查得泛點負(fù)荷因子𝐶𝐹 = 0.1，求得 上述兩式泛點率都在80%以下，故故霧沫夾帶量能夠滿足𝑒v < 0.1𝑘𝑔/𝑘𝑔的要求。 1.3.6.4漏液校核 已知，動能因數(shù)F0 = 9.748 > 5 ，不會發(fā)生嚴(yán)重漏液。 1.3.6.5板負(fù)荷性能圖 選擇F1型重閥，因動能因數(shù)F0 < 5 ，會發(fā)生嚴(yán)重漏液，故取F0 = 5。 由下式計算相應(yīng)的氣相流量： 1.霧沫夾帶線 按泛點率為80%計算如下： 整理得V s = 0.6599 ? 10.16L s ，據(jù)此方程可以畫出霧沫夾帶線1。 2.液泛線 已知 φ(HT + hW ) = hp + hL+ hd = hc+ ho + hd + hL 則 又有： 因物系一定，塔板結(jié)構(gòu)尺寸一定，則根據(jù)以上已算值，可得 Vs 2 = 1.748 ? 1355 L s 2 ? 0.0363 L s2/3 據(jù)此方程可以作出液泛線2。 3.液相負(fù)荷上限 液體的最大流量應(yīng)保證在降液管中停留時間不低于3~5s。 液體在降液管內(nèi)停留時間為 以θ = 3s作為液體在降液管中停留時間的下限，則 (Ls ) max == 0.01m2/s 據(jù)此可以作出液相負(fù)荷上限線3。 4.漏液線 對于 F1 型重閥，依= 5計算 又知，則 以作為規(guī)定氣體最小負(fù)荷的標(biāo)準(zhǔn)，則 據(jù)此方程可以作出漏液線4。 5.液相負(fù)荷下限 對于平直堰，how ≥ 0.006m取堰上液層高度how = 0.006m作為液相負(fù)荷下限條件，依how的計算式計算出Ls的下限值，從而作出液相負(fù)荷下限線。 取E= 1.04，則 據(jù)此方程可以作出液相負(fù)荷下限線5。 因此得到的板式塔塔板性能負(fù)荷圖如下圖1-7所示： 圖1-7 塔板性能負(fù)荷圖 由圖可得： 1、規(guī)定的氣液相負(fù)荷下的操作點，處在適宜操作區(qū)內(nèi)的適中位置。 2、塔板的氣相負(fù)荷上限由霧沫夾帶線控制，操作下限由漏液線控制。 3、在固定的氣液比下，塔板的氣相負(fù)荷上限(Vs ) max=2.50m3/s, 氣相負(fù)荷下限 (Vs) min = 0.98m3 /s，所以操作彈性為。 1.3.7初步計算結(jié)果 塔設(shè)備初步計算結(jié)果如下表1-10所示： 表1-10 塔板工藝設(shè)計計算結(jié)果表 項目 數(shù)值及說明 備注 塔徑D/m 1.6 塔間距HT/m 0.50 塔板型式 單溢流降液管 空塔氣速u/ m? s?1 1.09 溢流堰長lW/m 1.12 溢流堰高hW/m 0.05 板上液層高度hL/m 0.08 降液管底隙高度ho/m 0.036 浮閥數(shù)/個 300 等腰三角形叉排 閥孔氣速uo/m?s?1 5.35 閥孔動能因數(shù)Fo 9.748 臨界閥孔氣速uoc/m?s?1 5.426 孔心距t/m 0.025 指同一橫排的孔心距 排間距t′/m 0.0267 指相鄰二橫排的中心線距離 單板壓降Δpp/Pa 551.92 液體在降液管內(nèi)的停留時間θ/s 9.1 降液管內(nèi)清液層高度Hd/m 0.0117 泛點率% 73.2 氣相負(fù)荷上限(Vs)max/m3?s?1 2.50 氣相負(fù)荷下限(Vs)min/m3?s?1 0.98 操作彈性 2.55 1.3.8 Cup-Tower在塔盤工藝結(jié)構(gòu)計算的運用 在塔的設(shè)計過程中，我們運用Cup-Tower軟件進行了輔助設(shè)計，詳情見下圖1-8和1-9。 圖1-8 塔板結(jié)構(gòu)參數(shù) 圖1-9 塔板工藝參數(shù) 1.3.9塔機械工程設(shè)計 1.3.9.1塔的主體結(jié)構(gòu) 本塔塔板采用 CTST立體塔板，以浮閥計算為基準(zhǔn)，應(yīng)用經(jīng)驗公式對計算結(jié)果進行處理，得到使用CTST塔板的塔體結(jié)構(gòu)參數(shù)，經(jīng)計算，使用CTST塔板，筒體直徑D=1200mm，板間距HT=350mm，壁厚 1.塔板數(shù)N 由Aspen模擬得塔板數(shù)N = 20 實際板數(shù)N=50 2.塔頂空間高度HD 塔頂空間高度的作用是安裝塔板和開人孔的需要，也使氣體中的液體自由沉降，減少塔頂出口氣中液滴夾帶，空間高度一般取1.0~1.5m，此處取HD= 1m。 3. 塔板間距HT 由上面計算可知HT = 0.35m。 4. 開有人孔的板間距HT′ 設(shè)有人孔的上下兩塔板間距應(yīng)大于等于塔板間距500mm，考慮到開孔的直徑大小，這里HT′= 1000mm。 5.人孔數(shù) 板式塔一般每隔10~20塊板或5~10m設(shè)置一個人孔，實際塔板50塊，所以開a = 5個人孔（包括塔頂和塔底人孔數(shù)）。 6.塔底空間高度HB 塔底空間高度具有貯存槽的作用，塔底釜液最好能在塔底有10~15min的儲量，當(dāng)進料系統(tǒng)有15min的緩沖容量時，釜液的停留時間可取3~5min，以保證塔底料液不致排完。對于塔底產(chǎn)量較大的塔，塔底容量可取小些，取3~5min的儲量。故 m 取 塔筒體高度： H =HD + (N ? a)HT + a HT ′+HB ≈ 18.92m 7.裙座高度 塔徑1.2m，采用圓柱形裙座，根據(jù)工藝要求，高度為 8.封頭高度 封頭選取標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，根據(jù) JB/T4746-2002， 取直邊段h1 = 25mm，曲面高度h2= 300mm。 所以封頭高度H〞= h 1 + h 2 = 325mm= 0.325m 1.3.9.2 接管的計算 塔底液體出料管d1 取出料液的流速uv= 1.0m/s 提取 Aspen 數(shù)據(jù)，液相體積流量 V = 35.88m 3 /h 則回流管徑 通常塔底液體出管直徑較大，一間小流動阻力 根據(jù)GB3091 ? 82、GB3092 ? 82，圓整后取管子規(guī)格 則實際流速 2.塔頂氣體出料管d2 取塔頂氣體流速uv = 18m/s 提取 Aspen 數(shù)據(jù) V = 6029.2m3/h ，則管徑 根據(jù)GB3091 ? 82、GB3092 ? 82，圓整后選取管子規(guī)格為mm 實際流速 1.3.9.3裙座的設(shè)計 1. 選材 常用的材料為Q235B或者Q345R，本設(shè)備選取Q345R。 2.裙座的結(jié)構(gòu) （一）裙座與筒體的連接 當(dāng)直徑較大時，為了制造方便，裙座一般選用圓筒形，與筒體的連接采用對接，焊縫采用全焊透連續(xù)焊。 焊接長度： l = 2 ×δn= 12mm 裙座筒體上端面至塔釜橢圓封頭切線距離h 查塔設(shè)備書得Di =1200mm，壁厚s = 8mm時，h=27mm （二）排氣管 塔內(nèi)溫度約100度，故設(shè)置保溫層，保溫層的厚度為100mm，密度300kg/m3 。塔內(nèi)MMA為易燃物質(zhì)，故考慮裙座的防火問題，由于裙座直徑大于1000mm，在裙座的內(nèi)外層敷設(shè)防火層。防火層厚度50mm，防火層材料為石棉水泥層。 基于以上的結(jié)構(gòu)，根據(jù)系列標(biāo)準(zhǔn)，塔徑Di在1200~2400mm時，設(shè)置2個排氣管，規(guī)格為，排氣管距裙座筒體上部的距離為2800mm。 （三）引出管通道 引出管公稱直徑為300mm時，采用卷焊管，通道內(nèi)徑管規(guī)格為。 3. 人孔與排氣孔 設(shè)置一個圓形人孔，直徑為500mm，以方便檢修。裙座距環(huán)板的高度為200mm。為了減小腐蝕以及塔運行過程中可能有氣體逸出，設(shè)置 2 個排氣孔，DN = 80mm。裙座高度為2.90m。 4. 地腳螺栓 地腳螺栓座位外螺栓做結(jié)構(gòu)型式，當(dāng)直徑為1200mm時，數(shù)目為12~20個，這里取12個。螺栓規(guī)格為M56mm，材料為16Mn?；A(chǔ)環(huán)的厚度為30mm。 1.3.9.4吊柱 一般高度15 m以上的塔，設(shè)置吊柱，本塔選取。按照 HG/T21639 標(biāo)準(zhǔn)，采用 HG/T21639-36 型吊柱。標(biāo)記為：塔頂?shù)踔?G=500 S=1300 HG/T21639-34。 1.3.9.5 除沫器 由于絲網(wǎng)除沫器具有比表面積大、重量輕、空隙率大以及使用方便等優(yōu)點。特別是它具有除沫器效率高，壓力降小的特點。所以這里選用絲網(wǎng)除沫器。 1.3.10 塔機械工程校核 塔體和封頭壁厚的校核在前文中已經(jīng)計算，由 SW6-2011可知，筒體厚度δ = 11mm，上封頭、下封頭厚度δ = 11mm。 采用 SW6軟件進行塔體的機械強度計算，輸入?yún)?shù)如下面系列圖所示： 圖1-10 主體設(shè)計參數(shù) 圖1-11 自下向上第1段筒體 圖1-12 塔板 圖1-13 附件數(shù)據(jù) 圖1-14 上封頭數(shù)據(jù)輸入 圖1-15 下封頭數(shù)據(jù)輸入 圖1-16 載荷數(shù)據(jù) 圖1-17 裙座數(shù)據(jù)（1） 圖1-18 裙座數(shù)據(jù)（2） 圖1-19 裙座數(shù)據(jù)（3） 39 某石化年產(chǎn)6萬噸超高分子量PMMA 典型設(shè)備計算說明書 塔 設(shè) 備 校 核 計 算 單 位 計算依據(jù)：NB/T 47041-2014 計 算 條 件 塔 型 板式 容 器 分 段 數(shù)（不 包 括 裙 座） 1 壓 力 試 驗 類 型 液壓 封頭 上 封 頭 下 封 頭 材料名稱 Q345R Q345R 名義厚度(mm) 6 6 腐蝕裕量(mm) 2 2 焊接接頭系數(shù) 0.85 0.85 封頭形狀 橢圓形 橢圓形 圓筒 設(shè)計壓力(Mpa) 設(shè)計溫度(℃) 長度(mm) 名義厚度(mm) 內(nèi)徑/外徑(mm) 材料名稱(即鋼號) 1 0 90 8850 6 1400 Q345R 2 3 4 5 6 7 8 9 10 圓筒 腐蝕裕量(mm) 縱向焊接接頭系數(shù) 環(huán)向焊接接頭系數(shù) 外壓計算長度(mm) 試驗壓力(立) (Mpa) 試驗壓力(臥)(Mpa) 1 2 0.85 0.85 0 0 0.0904972 2 3 4 5 6 7 8 9 10 試驗壓力由程序根據(jù)用戶所選擇的受壓元件計算得 內(nèi) 件 及 偏 心 載 荷 介 質(zhì) 密 度 kg/m3 780 塔 釜 液 面 離 焊 接 接 頭 的 高 度 mm 200 塔 板 分 段 數(shù) 1 2 3 4 5 塔 板 型 式 浮閥 塔 板 層 數(shù) 12 每 層 塔 板 上 積 液 厚 度 mm 82.8 最 高 一 層 塔 板 高 度 mm 10503 最 低 一 層 塔 板 高 度 mm 4503 填 料 分 段 數(shù) 1 2 3 4 5 填 料 頂 部 高 度 mm 填 料 底 部 高 度 mm 填 料 密 度 kg/m3 集 中 載 荷 數(shù) 1 2 3 4 5 集 中 載 荷 kg 集 中 載 荷 高 度 mm 集 中 載 荷 中 心 至 容 器 中 心線 距 離 mm 集 中 載 荷 方 位 角 塔 器 附 件 及 基 礎(chǔ) 塔 器 附 件 質(zhì) 量 計 算 系 數(shù) 1.2 基 本 風(fēng) 壓 N/m2 300 基 礎(chǔ) 高 度 mm 0 塔 器 保 溫 層 厚 度 mm 100 保 溫 層 密 度 kg/m3 300 裙 座 防 火 層 厚 度 mm 50 防 火 層 密 度 kg/m3 300 管 線 保 溫 層 厚 度 mm 20 最 大 管 線 外 徑 mm 273 籠 式 扶 梯 與 最 大 管 線 的 相 對 位 置 90 場 地 土 類 型 II 場 地 土 粗 糙 度 類 別 B 地 震 設(shè) 防 烈 度 7度(0.1g) 設(shè) 計 地 震 分 組 第一組 地震影響系數(shù)最大值 amax 0.08 阻 尼 比 0.01 塔 器 上 平 臺 總 個 數(shù) 3 平 臺 寬 度 mm 1200 塔 器 上 最 高 平 臺 高 度 mm 9000 塔 器 上 最 低 平 臺 高 度 mm 3000 阻 尼 比(檢修工況) 0.01 管道力 1 2 3 4 5 管 道 力 方 向 管 道 力 大 小 N 管 道 力 到 容 器 中 心 線 (或 基 礎(chǔ))的 距 離 mm 管 道 力 方 位 角 6 7 8 9 10 管 道 力 方 向 管 道 力 大 小 N 管 道 力 到 容 器 中 心 線 (或 基 礎(chǔ))的 距 離 mm 管 道 力 方 位 角 裙 座 裙 座 結(jié) 構(gòu) 形 式 圓筒形 裙 座 底 部 截 面 內(nèi) 徑 mm 1400 裙 座 與 殼 體 連 接 形 式 對接 裙 座 高 度 mm 3050 裙 座 材 料 名 稱 16MnDR 裙 座 設(shè) 計 溫 度 ℃ 40 裙 座 腐 蝕 裕 量 mm 2 裙 座 名 義 厚 度 mm 6 裙 座 材 料 許 用 應(yīng) 力 MPa 181 裙座與筒體連接段的材料 15MnNiDR 裙座與筒體連接段在設(shè)計溫度下許用應(yīng)力 MPa 181 裙座與筒體連接段長度 mm 27 裙 座 上 同 一 高 度 處 較 大 孔 個 數(shù) 5 裙 座 較 大 孔 中 心 高 度 mm 1525 裙 座 上 較 大 孔 引 出 管 內(nèi) 徑（或 寬 度） mm 261 裙 座 上 較 大 孔 引 出 管 厚 度 mm 6 裙座上較大孔引出管長度 mm 0 地 腳 螺 栓 及 地 腳 螺 栓 座 地 腳 螺 栓 材 料 名 稱 16Mn 地 腳 螺 栓 材 料 許 用 應(yīng) 力 MPa 170 地 腳 螺 栓 個 數(shù) 16 地 腳 螺 栓 公 稱 直 徑 mm 36 全 部 筋 板 塊 數(shù) 12 相 鄰 筋 板 最 大 外 側(cè) 間 距 mm 315.438 筋 板 內(nèi) 側(cè) 間 距 mm 85 筋 板 厚 度 mm 16 筋 板 寬 度 mm 130 蓋 板 類 型 整塊 蓋 板 上 地 腳 螺 栓 孔 直 徑 mm 50 蓋 板 厚 度 mm 22 蓋 板 寬 度 mm 160 墊 板 有 墊 板 上 地 腳 螺 栓 孔 直 徑 mm 39 墊 板 厚 度 mm 16 墊 板 寬 度 mm 80 基 礎(chǔ) 環(huán) 板 外 徑 mm 1606 基 礎(chǔ) 環(huán) 板 內(nèi) 徑 mm 1206 基 礎(chǔ) 環(huán) 板 名 義 厚 度 mm 22 計 算 結(jié) 果 容 器 殼 體 強 度 計 算 元 件 名 稱 壓 力 設(shè) 計 名 義 厚 度 (mm) 直 立 容 器 校 核 取 用 厚 度 (mm) 許 用 內(nèi) 壓 (MPa) 許 用 外 壓 (MPa) 下 封 頭 6 6 0.848 第 1 段 圓 筒 6 6 0.847 第 1 段 變 徑 段 第 2 段 圓 筒 第 2 段 變 徑 段 第 3 段 圓 筒 第 3 段 變 徑 段 第 4 段 圓 筒 第 4 段 變 徑 段 第 5 段 圓 筒 第 5 段 變 徑 段 第 6 段 圓 筒 第 6 段 變 徑 段 第 7 段 圓 筒 第 7 段 變 徑 段 第 8 段 圓 筒 第 8 段 變 徑 段 第 9 段 圓 筒 第 9 段 變 徑 段