年产6万吨超高分子量PMMA项目设计

喜欢就充值下载吧。。资源目录里展示的文件全都有，，请放心下载，，有疑问咨询QQ:1064457796或者1304139763 ==================== 喜欢就充值下载吧。。资源目录里展示的文件全都有，，请放心下载，，有疑问咨询QQ:1064457796或者1304139763 ==================== 某石化公司年产6万吨超高分子量PMMA项目 典型设备选型计算说明书 典型设备选型计算说明书 目录 第一章 塔设备设计 6 1.1塔设备选型设计依据 6 1.2塔设备选型 6 1.2.1 塔设备简介 6 1.2.2 塔型选择原则 9 1.2.3结论 12 1.3 T0203正己烷回收塔的设计 12 1.3.1初步设计 13 1.3.2水力学参数 14 1. 3.3塔筒体的计算 15 1.3.3.1塔体的计算 15 1.3.4塔内部结构的设计与计算 19 1.3.5 塔板布置及浮阀数目与排列 21 1.3.6塔设备的校核 23 1.3.7初步计算结果 28 1.3.8 Cup-Tower在塔盘工艺结构计算的运用 30 1.3.9塔机械工程设计 31 1.3.10 塔机械工程校核 34 1.3.11 塔设备装配图 53 第二章 换热器选型 54 2.1 换热器设计依据 54 2.2换热器类型的选择 54 2.3换热器选型设计 56 2.3.1换热介质流程 56 2.3.2换热介质终点温差 57 2.3.3换热介质流速 57 2.3.4换热器管壳层压降 58 2.3.5传热膜系数 58 2.3.6污垢系数 59 2.4换热器设计 59 2.5 T0203 condenser换热器选型设计 59 2.5.1工艺参数确定 59 2.5.2 Design设计 60 2.5.3 Rating/Checking校核模式 62 2.5.4 圆整 65 2.5.5 SW6校核结果 69 2.5.6设计结果表 79 2.6 T0203 reboilerr选型设计 81 2.6.1概述 81 2.6.2使用Aspen EDR进行设计校核 83 2.6.3 设计结果表 19 2.7 换热器装配图 21 2.8 换热器选型一览表 21 第三章 气液分离器设计 24 3.1 设计依据 24 3.2 气液分离器的分类 24 3.2.1 立式和卧式重力分离器 24 3.2.2立式和卧式丝网分离器 24 3.3 设计目标 25 3.4 气液分离器的设计 25 3.4.1 气液分离器工艺参数 25 3.4.2 类型选择 26 3.4.3 尺寸设计 26 3.4.4 气液分离器选型一览表 33 第四章 泵 34 4.1 泵的概述 34 4.2 泵类型和特点 34 4.3 泵选型原则 35 4.4 泵选型示例（以P0112为例） 38 4.4.1 具体选型（以PXXX为例） 39 4.5 泵选型一览表 43 第五章 压缩机选型 45 5.1 选型依据 45 5.2 压缩机分类 45 5.3 压缩机适用范围 46 5.4 压缩机选型 47 5.4.1 压缩机工艺参数 47 5.4.2 压缩机选型实例（以C0201为例） 48 5.5 压缩机选型一览表 48 第六章 储罐选型 49 6.1 选型依据 49 6.2 储罐类型 49 6.3 储罐系列 49 6.4 选型原则 51 6.5 原料储罐选型 52 6.5.1 甲醇储罐 52 6.5.2 异丁烯储罐 52 6.5.3 正己烷储罐 53 6.7 回流罐选型 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倾析器选型 55 6.9 储罐选型一览表 55 第七章 缓冲罐 57 7.1反应进料液混合罐(以V0201为例) 57 7.1.1 原料性质 57 7.1.2反应进料液混合罐 57 7.2 缓冲罐选型一览表 58 第一章 塔设备设计 1.1塔设备选型设计依据 《化工设备设计全书——塔设备》 《固定式压力容器》GB 150-2011 《设备及管道保温设计导则》GB 8175-1987 《压力容器封头GB/T 25198-2010 《塔器设计技术规定》HG 20652-1998 《钢制化工容器结构设计规定》HG/T 20583-2011 《工艺系统工程设计技术规范》HG/T 20570-1995 《塔顶吊柱》HG/T 21639-2005 《不锈钢人、手孔HG 21594-21604 《钢制人孔和手孔的类型与技术条件》HG/T 21514-2005 《钢制塔式容器》JB/T 4710-2005 《补强圈》JB/T 4736-2002 《钢制压力容器用封头》JB/T 4746-2002 1.2塔设备选型 1.2.1 塔设备简介 塔设备的分类可以从不同的角度进行。例如：按操作压力分为加压塔、常压塔和减压塔；按单元操作分为精馏塔、吸收塔、解吸塔、萃取塔、反应塔和干燥塔；按形成相际接触界面的方式分为具有固定相界面的塔和流动过程中形成相界面的塔；也有按塔釜形式分类的，但是长期以来最常用的分类是按塔的内件结构分为板式塔和填料塔。 填料塔以填料作为气液接触元件，气液两相在填料层中逆向连续接触。它具有结构简单、压力降小、易于用耐腐蚀非金属材料制造等优点，对于气体吸收、真空蒸馏以及处理腐蚀性流体的操作，颇为适用。当塔径增大时，引起气液分布不均、接触不良等，造成效率下降，即称为放大效应。同时，填料塔还有重量大、造价高、清理维修麻烦、填料损耗大等缺点，以致使填料塔在很长时期以来不及板式塔使用广泛。但是随着新型高效填料的出现，流体分布技术的改进，填料塔的效率有所提高，放大效应也在逐步得以解决。 板式塔是分级式接触型气液传质设备，种类繁多。板式塔为逐级接触式气液传质设备。在一个圆筒形的壳体内装有若干层按一定间距放置的水平塔板，塔板上开有很多筛孔，每层塔板靠塔壁处设有降液管。气液两相在塔板内进行逐级接触，两相的组成沿塔高呈阶梯式变化。板式塔的空塔气速很高，因而生产能力较大，塔板效率稳定，造价低，检修、清理方便。根据目前国内外实际使用的情况，主要的塔型是泡罩塔、筛板塔、浮阀塔、舌形塔、浮动喷射塔等等。 表1-1 板式塔和填料塔的比较 项目 填料塔 板式塔 散堆填料 规整填料 空塔气速 稍小 大 比散堆填料大 压降 小 更小 一般比填料塔大 塔效率 小塔效率高 高，对大直径塔无放大效应 较稳定，效率较高 液气比 对液体喷淋量有一定要求 范围大 适应范围大 持液量 较小 较小 较大 材质 可用非金属耐腐蚀材料 适应各类材料 金属材料 造价 小塔较低 较板式塔高 大直径塔较低 安装检修 较困难 适中 较容易 目前生产能力较大的塔，多采用板式塔，比较经济合理。而新型高效填料（例如金属丝网波纹填料），能显著降低塔高，其放大效应并不明显，只要有合宜的结构，在较大直径的塔内仍具有较高的效率，自然也是经济合理的。下面重点就板式塔进行介绍。 表1-2 各种板式塔的优缺点及用途 塔盘型式 结构 优点 缺点 应用范围 泡罩塔 圆形泡罩 复杂 弹性好无泄漏 费用高板间距大压力降比较大 用于具有特定要求的场合 S型泡罩塔板 稍简单 简化了泡罩的型式，因此性能相似 费用高板间距大压力降比较大 用于具有特定要求的场合 浮阀塔 条形浮阀 简单 操作弹性较好；塔板效率较高；处理能力较大 没有特别的缺点 适用于加压及常压下的气液传质过程 重盘式浮阀 有简单的和稍复杂的 T型浮阀 简单 穿流型 筛板 简单 正常负荷下的效率高；费用最低；压力降小 稳定操作范围窄；要么扩大孔径，否则易堵物料；容易发生液体泄漏 适于处理量变动少且不析出固体物的系统 （溢流式） 波纹筛板 简单 比筛板压力降稍高，但具有同样的优点；气液分布好 栅板 简单 处理能力大；压力降小；费用便宜 适用于粗蒸馏 表1-3 各种塔盘的比较 塔盘型式 蒸汽量 液量 效率 操作弹性 压力降 价格 可靠性 泡罩 良 优 良 超 差 良 优 筛板 优 优 优 良 优 超 良 浮阀 优 优 优 优 良 优 优 穿流式 优 超 差 差 优 超 可 主要塔板性能的量化比较见下表1-4： 表1-4 几种主要塔板性能的量化比较 塔盘类型 塔板效率 处理能力 操作弹性 压降 结构 成本 泡罩板 1.0 1.0 5 1 复杂 1 筛板 1.2~1.4 1.4 3 0.5 简单 0.4~0.5 浮阀板 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 简单 0.5~0.6 本项目选用 自主专利塔板CTST，立体传质塔板CTST为独特的立体结构，其核心部件为梯形喷射罩，如下图1-1和1.2所示，侧面为带筛孔的喷射板，两端为梯形的端板，上部为分离板。喷射板与塔板间有一定的底隙，为液体进入罩体的通道。塔板上为矩形开孔。分离板的作用一是提供气液接触空间，二是使气液两相有效分离，减少雾沫夹带。 图1-1 CTST塔板结构 图1-2 CTST塔板操作工况 立体传质塔板独特的空间结构和喷射型的操作过程将气液传质区域扩展到塔板空间范围，因此充分利用了塔板空间，使之具有如下优越特性： （1）处理能力大，比F1浮阀塔板处理能力提高50%~150%； （2）效率高，比F1浮阀高10%以上； （3）板压降低，低于F1浮阀30%以上，可用于减压场合； （4）操作弹性大，其值可达5.4~7.2； （5）抗堵塞能力强，可处理含固体颗粒易自聚物料； （6）具有消泡性能，适于处理易发泡物料； （7）塔板液流梯度影响小，适于大塔径、高液相负荷场合。 1.2.2 塔型选择原则 塔型的合理选择是做好塔设备设计的首要环节。选择时考虑的因素有：物料性质、操作条件、塔设备性能，以及塔设备的制造、安装、运转和维修等。 （一）与物性有关的因素： （1）易起泡的物系，如处理量不大时，以选用填料塔为宜。因为填料能使泡沫破裂，在板式塔中则易引起液泛。 （2）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、穿流式塔盘或舌形塔盘，以便及时更换。 （3）具有热敏性的物料须减压操作，以防过热引起分解或聚合，故应选用压力降较小的塔型。如可采用装填规整填料的散堆填料等，当要求真空度较低时，也可用筛板塔和浮阀塔。 （4）黏性较大的物系，可以选用大尺寸填料，板式塔的传质效率较差。 （5）含有悬浮物的物料，应选择液流通道较大的塔型，以板式塔为宜。可选用泡罩塔、浮阀塔、栅板塔、舌形塔和孔径较大的筛板塔等。不宜使用填料。 （6）操作过程中有热效应的系统，用板式塔为宜。因塔板上积有液层，可在其中安放换热管，进行有效的加热或冷却。 （二）与操作条件有关的因素： （1）若气相传质阻力大（即气相控制系统。如低黏度液体的蒸馏，空气增湿等），宜采用填料塔，因填料层中气相呈湍流，液相为膜状流。反之，受液相控制的系统，宜采用板式塔，因为板式塔中液相呈湍流，用气相在液层中鼓泡。 （2）大的液体负荷，可选用填料塔，若用板式塔时，宜选用气液并流的塔型（如喷射型塔盘）或选用板上液流阻力较小的塔型（如筛板和浮阀）。此外，导向筛板塔盘和多降液管筛板塔盘都能承受较大的液体负荷。 （3）低的液体负荷，一般不宜采用填料塔。因为填料塔要求一定量的喷淋密度，但网体填料能用于低液体负荷的场合。 （4）液气比波动的适应性，板式塔优于填料塔，故当液气比波动较大时宜用板式塔。 （三）其他因素： （1）对于多数情况，塔径小于800mm时，不宜采用板式塔，宜用填料塔。对于大塔径，对加压或常压操作过程，应优先选用板式塔；对减压操作过程，宜采用新型填料。 （2）一般填料塔比板式塔重。 （3）大塔以板式塔造价较廉。因填料价格约与塔体的容积成正比，板式塔按单位面积计算的价格，随塔径增大而减小。 表1-5 塔型选用顺序表 考虑因素 选择顺序 塔径 800mm以下，填料塔 大塔径，板式塔 具有腐蚀性的物料 填料塔 穿流式塔 筛板塔 喷射型塔 污浊液体 大孔径筛板塔 穿流式塔 喷射型塔 浮阀塔 泡罩塔 操作弹性 浮阀塔 泡罩塔 筛板塔 真空操作 填料塔 导向筛板 网孔塔板 筛板 浮阀塔板 大液气比 多降液管筛板塔 填料塔 喷射型塔 浮阀塔 筛板塔 存在两液相的场合 穿流式塔 填料塔 1.2.3结论 本项目结合实际装置特点，根据塔内液体滞液量较大、操作负荷变化范围较宽、对进料浓度变化敏感程度等要求，合理选择塔型。板式塔有液流通道较大的特点，堵塞的危险较小；我们在设备选择过程中优先考虑选用板式塔，既可以控制设备投资成本和操作成本，又有较大的操作弹性，同时操作维修也比较方便，但是对于吸收和解吸塔，及气液相负荷较小的塔，选用填料塔。选择结果如下表1-6所示： 表1-6 塔设备型式 设备位号 设备名称 选择类型 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精馏段 甲醇水精馏塔 板式塔 T0205提馏段 甲醇水精馏塔 板式塔 1.3 T0203正己烷回收塔的设计 由上一章节中填料塔与板式塔的适用范围以及优缺点的对比，经综合考虑本项目的正己烷回收塔塔型采用板式塔。由于该塔塔板气液负荷较大、且MMA,正己烷属于中等发泡物系，因此选择我校自主专利塔板CTST，该立体传质塔板具有很好的消泡功能且适用于腐蚀性介质。由于缺乏经验关联式，首先按浮阀塔板进行设计，然后通过浮阀与CTST的工业研究对比数据得出CTST的相关参数。 1.3.1初步设计 1.3.1.1设计思路 （一）塔高的计算，包括塔的主体高度、顶部与底部空间的高度，裙座高度。 （二）塔径的计算：装置的有关条件→给定塔板设计条件→准备事项→确定塔径溢流区的设计→气液接触区的设计→各项校核计算 （三）塔内件的设计，主要是塔盘的工艺和结构设计。此外还有塔的进出口、防冲挡板、放涡器、除沫器等的设计计算。 1.3.1.2设计参数 设计参数主要考虑介质与选材、设计压力、设计温度、厚度及其附加量、焊接接头系数等。 1.介质与选材 操作环境中主要存在MMA和正己烷以及少量的MAA。由于MAA具有腐蚀性，同时考虑到压力、温度较低，初步选用不锈钢材料。查《腐蚀数据手册》并根据强度等方面的要求，选择材料 S31603。 2.设计压力 在Aspen模拟中，工艺采用的工作压力为常压操作，设计压力取最高工作压力的1.05~1.1倍。即取0.11MPa。 3.设计温度 工艺中塔顶和塔底的温度分别为62.8℃和99.6℃，考虑到操作弹性及意外情况，取其最高值并留一定的余量，取设计温度t = 120℃。 4.塔板数及加料位置 该塔是板式塔，共有20块理论板（不包括冷凝器和再沸器），进料位置为第17块理论板。 1.2.1.3设计准则 强度失效设计准则。 1.3.2水力学参数 A spen 模拟进行了塔结构的初步计算，符合最小塔板塔径为1.53m，浮阀塔，单溢流，共20块理论塔板。并且得到了各个塔板的物料分布，为使每块塔板都能满足生产要求，只需使负荷最大的塔板正常工作即可。已知第17块理论塔板的负荷最大，则设计取塔板上气液相负荷最大的第 17块理论塔板进行手工计算和校核。 其水力学参数如下表1-7（1）（2）所示： 表1-7（1）正己烷回收塔水力学参数 塔板数 液相温度 ℃ 气相温度 ℃ 液相质量流量（kg/h） 0 Kg/s 气相质量流量（kg/h) Kg/s 液相体积流量(cum/h） 气相体积流量（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块塔板相关数据 塔板数 液相温度 ℃ 气相温度 ℃ 液相质量流量 气相质量流量 液相体积流量 气相体积流量 液相密度 气相密度 液相粘度 Cp 气相粘度 Cp 表面张力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塔筒体的计算 由上表与 Aspen 物性数据计算中基本数据可以求得计算所用数据，具体计算过程如下： 1.3.3.1塔体的计算（用Smith法计算塔径） 适宜空塔速度u一般取为最大允许气速u F 的0.6－0.8倍，即 u = (0.6~0.8)u max ，式中C由 计算，其中的C 20由书中图查取， 图的横坐标为： 表1-8 塔间距参考数值 塔径 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 根据经验，试取板间距H T = 500mm，板上液层高度h L = 80mm，则H T −h L =420mm （板上液层高度h L对常压塔可在0.05~0.1m范围内选取） 图1-3 史密斯关联图 查图得，C 20 = 0.1 因此m/s 取安全系数为0.8，则空塔气速为 原料气处理量6908.3m3/h 所以m 按标准塔径圆整后，D = 1600mm 实际塔截面积： 实际空塔速度 安全系数 在安全范围0.6~0.8之间，合适。 1.3.3.2塔厚的计算 塔体和封头都选用 S31603，取焊接接头系数为 0.85，在厚度为3~16mm时，温度在0~150℃之间，屈服极限ReL = 170MPa，许用应力= 117 MPa。塔径Di = 1600mm，选用标准椭圆封头，则K=1。 筒体的计算厚度： 封头的计算厚度： 取腐蚀裕量为C2 = 2mm，得到 筒体设计厚度mm 封头设计厚度mm 考虑到钢板负偏差C1 = 0.3mm及钢材的标准系列 取筒体和封头的名义厚度均为δn=6mm。 δe=5.7mm 水压试验压力 试验压力校核： <0.9×170×0.85 = 130.1MPa 水压试验压力合适。 1.3.3.3塔每块塔板的液泛因子 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塔内部结构的设计与计算 1.3.4.1流型选择 降液管主要有弓形、圆形和矩形三种。目前多采用弓形，因其结构简单，特别适合于塔径较大的场合。 液体在塔板上的流动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 型流、单溢流、双溢流、多溢流。 下表列出了溢流类型、塔径、液体负荷之间的经验数据。 表1-9 选择溢流型式的参考表 塔径（mm） 液体流量(cum/h) 单溢流 双溢流 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 根据 Aspen Plus 模拟，由于正己烷回收塔塔径D=1.6m，塔流量Ls =35.59m3 /ℎ，对照图中数据，故选用单溢流装置。 1.3.4.2降液管及溢流装置 1．降液管尺寸设计 堰长lw根据液体负荷及溢流型式而定，对单溢流取lw= 0.7D lw= 0.7D=0.7×1.6=1.12m 而AT=2 m2 管面积由《化工原理（下）》（叶世超等编.科学出版社）图 2-7 弓形降液管的参数图查得。 图1-4 弓形降液管的参数 查得， ， 则有降液管宽度 Wd=0.15×1.6=0.24m 降液管截面积 Af=0.09×AT=0.09×2=0.18㎡ 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，一般要求不应小于 3~5s，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，为此，必须进行校核。 >4s 故降液管尺寸合理。 2．堰长及堰上清液层how的确定 前面计算已经得到lw= 1.12m 图1-5 液流收缩系数计算图 所以 查图2-8，取E = 1.06 （平直堰） 3.溢流堰高hw与底隙间距h0的计算 因此时应采用单溢流，故hw = hL − how =0.08 −0.03= 0.05m 取hw为50mm 降液管底部距下一块的间距ho，取降液管内的流速为uo= 0.3m/s 通常ho＜ hw ，且hw− ho = 6~20mm，故合格。 1.3.5 塔板布置及浮阀数目与排列 1.3.5.1浮阀数的确定 取阀孔动能因子Fo = 10 阀孔气速 每层塔板上的浮阀数 取 F1 重型浮阀，阀孔直径do = 0.039m，则 初步确定浮阀个数为293个。 1.3.5.2浮阀的排列 按所设定的尺寸规划出塔板，并在塔板的鼓泡区内依排列方式进行试排，确定出实际的阀孔数。 已知，查图得，所以 取Wd=0.24m。选取无效边缘区宽度Wc = 0.06m，泡沫区宽度Ws = 0.09m。 对单溢流塔板，由下式计算鼓泡区面积，即 因此 浮阀的排列方式采用等腰三角形叉排。取同一横排的空心距t = 75mm =0.075m，则等腰三角形的高度由下式可求： 故取t = 75mm ， t′= 80mm进行排列，如下图1-6所示。 图1-6 塔板初步设计图 图中交点为浮阀的中心位置。按照图中的排布，可排出阀孔 300个。重新核算以下参数： 阀孔气速： 动能因数： 𝐹𝑜在 9~12 之间，故合适。 塔板开孔率： 1.3.6塔设备的校核 1.3.6.1塔板压降的校核 气体通过塔板的压力降直接影响到塔底的操作压力，故此压力降数据是决定吸收塔塔底温度的主要依据。 气相通过浮阀塔的压强降 1.干板阻力 故干板阻力计算式： 2.板上充气液层阻力 取充气系数为ε=0.45。 3.表面张力造成的阻力 此阻力很小，忽略不计。 因此，与气体流经一层浮阀塔板的压强降所相当的液柱高度为： 单板压降： 1.3.6.2液泛的校核 为了防止降液管液泛现象发生，要求控制降液管内液层高度 忽略液面落差的影响，可利用下式计算： 与气体通过塔板的压强降所相当的液柱高度hp = 0.067m𝑚液柱。 1.压头损失 因不设进口堰，则 2.板上液层高度 hL = 0.08 m 降液管液位高度 降液管液位高度/板间距： 介于 0.2~0.5 满足要求。 3.总计算 取降液管中泡沫层相对密度 ø= 0.6 又𝐻𝑇 = 0.5𝑚，hW = 0.05𝑚，则 可见 故符合防止淹塔的要求。 1.3.6.3雾沫夹带的校核 泛点率 及 板上流体流径长度： 板上液流面积： 取物性系数为K= 1.0，查得泛点负荷因子𝐶𝐹 = 0.1，求得 上述两式泛点率都在80%以下，故故雾沫夹带量能够满足𝑒v < 0.1𝑘𝑔/𝑘𝑔的要求。 1.3.6.4漏液校核 已知，动能因数F0 = 9.748 > 5 ，不会发生严重漏液。 1.3.6.5板负荷性能图 选择F1型重阀，因动能因数F0 < 5 ，会发生严重漏液，故取F0 = 5。 由下式计算相应的气相流量： 1.雾沫夹带线 按泛点率为80%计算如下： 整理得V s = 0.6599 − 10.16L s ，据此方程可以画出雾沫夹带线1。 2.液泛线 已知 φ(HT + hW ) = hp + hL+ hd = hc+ ho + hd + hL 则 又有： 因物系一定，塔板结构尺寸一定，则根据以上已算值，可得 Vs 2 = 1.748 − 1355 L s 2 − 0.0363 L s2/3 据此方程可以作出液泛线2。 3.液相负荷上限 液体的最大流量应保证在降液管中停留时间不低于3~5s。 液体在降液管内停留时间为 以θ = 3s作为液体在降液管中停留时间的下限，则 (Ls ) max == 0.01m2/s 据此可以作出液相负荷上限线3。 4.漏液线 对于 F1 型重阀，依= 5计算 又知，则 以作为规定气体最小负荷的标准，则 据此方程可以作出漏液线4。 5.液相负荷下限 对于平直堰，how ≥ 0.006m取堰上液层高度how = 0.006m作为液相负荷下限条件，依how的计算式计算出Ls的下限值，从而作出液相负荷下限线。 取E= 1.04，则 据此方程可以作出液相负荷下限线5。 因此得到的板式塔塔板性能负荷图如下图1-7所示： 图1-7 塔板性能负荷图 由图可得： 1、规定的气液相负荷下的操作点，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线控制，操作下限由漏液线控制。 3、在固定的气液比下，塔板的气相负荷上限(Vs ) max=2.50m3/s, 气相负荷下限 (Vs) min = 0.98m3 /s，所以操作弹性为。 1.3.7初步计算结果 塔设备初步计算结果如下表1-10所示： 表1-10 塔板工艺设计计算结果表 项目 数值及说明 备注 塔径D/m 1.6 塔间距HT/m 0.50 塔板型式 单溢流降液管 空塔气速u/ m∙ s−1 1.09 溢流堰长lW/m 1.12 溢流堰高hW/m 0.05 板上液层高度hL/m 0.08 降液管底隙高度ho/m 0.036 浮阀数/个 300 等腰三角形叉排 阀孔气速uo/m∙s−1 5.35 阀孔动能因数Fo 9.748 临界阀孔气速uoc/m∙s−1 5.426 孔心距t/m 0.025 指同一横排的孔心距 排间距t´/m 0.0267 指相邻二横排的中心线距离 单板压降Δpp/Pa 551.92 液体在降液管内的停留时间θ/s 9.1 降液管内清液层高度Hd/m 0.0117 泛点率% 73.2 气相负荷上限(Vs)max/m3∙s−1 2.50 气相负荷下限(Vs)min/m3∙s−1 0.98 操作弹性 2.55 1.3.8 Cup-Tower在塔盘工艺结构计算的运用 在塔的设计过程中，我们运用Cup-Tower软件进行了辅助设计，详情见下图1-8和1-9。 图1-8 塔板结构参数 图1-9 塔板工艺参数 1.3.9塔机械工程设计 1.3.9.1塔的主体结构 本塔塔板采用 CTST立体塔板，以浮阀计算为基准，应用经验公式对计算结果进行处理，得到使用CTST塔板的塔体结构参数，经计算，使用CTST塔板，筒体直径D=1200mm，板间距HT=350mm，壁厚 1.塔板数N 由Aspen模拟得塔板数N = 20 实际板数N=50 2.塔顶空间高度HD 塔顶空间高度的作用是安装塔板和开人孔的需要，也使气体中的液体自由沉降，减少塔顶出口气中液滴夹带，空间高度一般取1.0~1.5m，此处取HD= 1m。 3. 塔板间距HT 由上面计算可知HT = 0.35m。 4. 开有人孔的板间距HT′ 设有人孔的上下两塔板间距应大于等于塔板间距500mm，考虑到开孔的直径大小，这里HT′= 1000mm。 5.人孔数 板式塔一般每隔10~20块板或5~10m设置一个人孔，实际塔板50块，所以开a = 5个人孔（包括塔顶和塔底人孔数）。 6.塔底空间高度HB 塔底空间高度具有贮存槽的作用，塔底釜液最好能在塔底有10~15min的储量，当进料系统有15min的缓冲容量时，釜液的停留时间可取3~5min，以保证塔底料液不致排完。对于塔底产量较大的塔，塔底容量可取小些，取3~5min的储量。故 m 取 塔筒体高度： H =HD + (N − a)HT + a HT ′+HB ≈ 18.92m 7.裙座高度 塔径1.2m，采用圆柱形裙座，根据工艺要求，高度为 8.封头高度 封头选取标准椭圆形封头，根据 JB/T4746-2002， 取直边段h1 = 25mm，曲面高度h2= 300mm。 所以封头高度H〞= h 1 + h 2 = 325mm= 0.325m 1.3.9.2 接管的计算 塔底液体出料管d1 取出料液的流速uv= 1.0m/s 提取 Aspen 数据，液相体积流量 V = 35.88m 3 /h 则回流管径 通常塔底液体出管直径较大，一间小流动阻力 根据GB3091 − 82、GB3092 − 82，圆整后取管子规格 则实际流速 2.塔顶气体出料管d2 取塔顶气体流速uv = 18m/s 提取 Aspen 数据 V = 6029.2m3/h ，则管径 根据GB3091 − 82、GB3092 − 82，圆整后选取管子规格为mm 实际流速 1.3.9.3裙座的设计 1. 选材 常用的材料为Q235B或者Q345R，本设备选取Q345R。 2.裙座的结构 （一）裙座与筒体的连接 当直径较大时，为了制造方便，裙座一般选用圆筒形，与筒体的连接采用对接，焊缝采用全焊透连续焊。 焊接长度： l = 2 ×δn= 12mm 裙座筒体上端面至塔釜椭圆封头切线距离h 查塔设备书得Di =1200mm，壁厚s = 8mm时，h=27mm （二）排气管 塔内温度约100度，故设置保温层，保温层的厚度为100mm，密度300kg/m3 。塔内MMA为易燃物质，故考虑裙座的防火问题，由于裙座直径大于1000mm，在裙座的内外层敷设防火层。防火层厚度50mm，防火层材料为石棉水泥层。 基于以上的结构，根据系列标准，塔径Di在1200~2400mm时，设置2个排气管，规格为，排气管距裙座筒体上部的距离为2800mm。 （三）引出管通道 引出管公称直径为300mm时，采用卷焊管，通道内径管规格为。 3. 人孔与排气孔 设置一个圆形人孔，直径为500mm，以方便检修。裙座距环板的高度为200mm。为了减小腐蚀以及塔运行过程中可能有气体逸出，设置 2 个排气孔，DN = 80mm。裙座高度为2.90m。 4. 地脚螺栓 地脚螺栓座位外螺栓做结构型式，当直径为1200mm时，数目为12~20个，这里取12个。螺栓规格为M56mm，材料为16Mn。基础环的厚度为30mm。 1.3.9.4吊柱 一般高度15 m以上的塔，设置吊柱，本塔选取。按照 HG/T21639 标准，采用 HG/T21639-36 型吊柱。标记为：塔顶吊柱 G=500 S=1300 HG/T21639-34。 1.3.9.5 除沫器 由于丝网除沫器具有比表面积大、重量轻、空隙率大以及使用方便等优点。特别是它具有除沫器效率高，压力降小的特点。所以这里选用丝网除沫器。 1.3.10 塔机械工程校核 塔体和封头壁厚的校核在前文中已经计算，由 SW6-2011可知，筒体厚度δ = 11mm，上封头、下封头厚度δ = 11mm。 采用 SW6软件进行塔体的机械强度计算，输入参数如下面系列图所示： 图1-10 主体设计参数 图1-11 自下向上第1段筒体 图1-12 塔板 图1-13 附件数据 图1-14 上封头数据输入 图1-15 下封头数据输入 图1-16 载荷数据 图1-17 裙座数据（1） 图1-18 裙座数据（2） 图1-19 裙座数据（3） 39 某石化年产6万吨超高分子量PMMA 典型设备计算说明书 塔 设 备 校 核 计 算 单 位 计算依据：NB/T 47041-2014 计 算 条 件 塔 型 板式 容 器 分 段 数（不 包 括 裙 座） 1 压 力 试 验 类 型 液压 封头 上 封 头 下 封 头 材料名称 Q345R Q345R 名义厚度(mm) 6 6 腐蚀裕量(mm) 2 2 焊接接头系数 0.85 0.85 封头形状 椭圆形 椭圆形 圆筒 设计压力(Mpa) 设计温度(℃) 长度(mm) 名义厚度(mm) 内径/外径(mm) 材料名称(即钢号) 1 0 90 8850 6 1400 Q345R 2 3 4 5 6 7 8 9 10 圆筒 腐蚀裕量(mm) 纵向焊接接头系数 环向焊接接头系数 外压计算长度(mm) 试验压力(立) (Mpa) 试验压力(卧)(Mpa) 1 2 0.85 0.85 0 0 0.0904972 2 3 4 5 6 7 8 9 10 试验压力由程序根据用户所选择的受压元件计算得 内 件 及 偏 心 载 荷 介 质 密 度 kg/m3 780 塔 釜 液 面 离 焊 接 接 头 的 高 度 mm 200 塔 板 分 段 数 1 2 3 4 5 塔 板 型 式 浮阀 塔 板 层 数 12 每 层 塔 板 上 积 液 厚 度 mm 82.8 最 高 一 层 塔 板 高 度 mm 10503 最 低 一 层 塔 板 高 度 mm 4503 填 料 分 段 数 1 2 3 4 5 填 料 顶 部 高 度 mm 填 料 底 部 高 度 mm 填 料 密 度 kg/m3 集 中 载 荷 数 1 2 3 4 5 集 中 载 荷 kg 集 中 载 荷 高 度 mm 集 中 载 荷 中 心 至 容 器 中 心线 距 离 mm 集 中 载 荷 方 位 角 塔 器 附 件 及 基 础 塔 器 附 件 质 量 计 算 系 数 1.2 基 本 风 压 N/m2 300 基 础 高 度 mm 0 塔 器 保 温 层 厚 度 mm 100 保 温 层 密 度 kg/m3 300 裙 座 防 火 层 厚 度 mm 50 防 火 层 密 度 kg/m3 300 管 线 保 温 层 厚 度 mm 20 最 大 管 线 外 径 mm 273 笼 式 扶 梯 与 最 大 管 线 的 相 对 位 置 90 场 地 土 类 型 II 场 地 土 粗 糙 度 类 别 B 地 震 设 防 烈 度 7度(0.1g) 设 计 地 震 分 组 第一组 地震影响系数最大值 amax 0.08 阻 尼 比 0.01 塔 器 上 平 台 总 个 数 3 平 台 宽 度 mm 1200 塔 器 上 最 高 平 台 高 度 mm 9000 塔 器 上 最 低 平 台 高 度 mm 3000 阻 尼 比(检修工况) 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 线 (或 基 础)的 距 离 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 线 (或 基 础)的 距 离 mm 管 道 力 方 位 角 裙 座 裙 座 结 构 形 式 圆筒形 裙 座 底 部 截 面 内 径 mm 1400 裙 座 与 壳 体 连 接 形 式 对接 裙 座 高 度 mm 3050 裙 座 材 料 名 称 16MnDR 裙 座 设 计 温 度 ℃ 40 裙 座 腐 蚀 裕 量 mm 2 裙 座 名 义 厚 度 mm 6 裙 座 材 料 许 用 应 力 MPa 181 裙座与筒体连接段的材料 15MnNiDR 裙座与筒体连接段在设计温度下许用应力 MPa 181 裙座与筒体连接段长度 mm 27 裙 座 上 同 一 高 度 处 较 大 孔 个 数 5 裙 座 较 大 孔 中 心 高 度 mm 1525 裙 座 上 较 大 孔 引 出 管 内 径（或 宽 度） mm 261 裙 座 上 较 大 孔 引 出 管 厚 度 mm 6 裙座上较大孔引出管长度 mm 0 地 脚 螺 栓 及 地 脚 螺 栓 座 地 脚 螺 栓 材 料 名 称 16Mn 地 脚 螺 栓 材 料 许 用 应 力 MPa 170 地 脚 螺 栓 个 数 16 地 脚 螺 栓 公 称 直 径 mm 36 全 部 筋 板 块 数 12 相 邻 筋 板 最 大 外 侧 间 距 mm 315.438 筋 板 内 侧 间 距 mm 85 筋 板 厚 度 mm 16 筋 板 宽 度 mm 130 盖 板 类 型 整块 盖 板 上 地 脚 螺 栓 孔 直 径 mm 50 盖 板 厚 度 mm 22 盖 板 宽 度 mm 160 垫 板 有 垫 板 上 地 脚 螺 栓 孔 直 径 mm 39 垫 板 厚 度 mm 16 垫 板 宽 度 mm 80 基 础 环 板 外 径 mm 1606 基 础 环 板 内 径 mm 1206 基 础 环 板 名 义 厚 度 mm 22 计 算 结 果 容 器 壳 体 强 度 计 算 元 件 名 称 压 力 设 计 名 义 厚 度 (mm) 直 立 容 器 校 核 取 用 厚 度 (mm) 许 用 内 压 (MPa) 许 用 外 压 (MPa) 下 封 头 6 6 0.848 第 1 段 圆 筒 6 6 0.847 第 1 段 变 径 段 第 2 段 圆 筒 第 2 段 变 径 段 第 3 段 圆 筒 第 3 段 变 径 段 第 4 段 圆 筒 第 4 段 变 径 段 第 5 段 圆 筒 第 5 段 变 径 段 第 6 段 圆 筒 第 6 段 变 径 段 第 7 段 圆 筒 第 7 段 变 径 段 第 8 段 圆 筒 第 8 段 变 径 段 第 9 段 圆 筒 第 9 段 变 径 段