塔設(shè)備選型資料

1、塔設(shè)備選型1.1 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)號(hào)鋼制壓力容器GB151-2011壓力容器用鋼板GB6654-96鋼制化工容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)規(guī)定HG20580-98鋼制化工容器材料選用規(guī)定HG20581-98鋼制化工容器強(qiáng)度計(jì)算規(guī)定HG20582-98鋼制化工容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)定HG20583-98鋼制化工容器制造技術(shù)規(guī)定HG20584-98化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)規(guī)定HG/T20643-98壓力容器無損檢測JB4730-20051.2 塔設(shè)備設(shè)計(jì)原則塔設(shè)備設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下原則：(1)生產(chǎn)能力大。在較大的氣(汽)液流速下，仍不致發(fā)生大量的霧沫夾帶、 攔液或液泛等破壞正常操作的現(xiàn)象。(2)操作穩(wěn)定、彈性大。當(dāng)塔設(shè)備的氣(汽)

2、液負(fù)荷量有較大的波動(dòng)時(shí)，仍能 在較高的傳質(zhì)效率下進(jìn)行穩(wěn)定的操作，并且塔設(shè)備應(yīng)保證能長期連續(xù)操作。(3)流體流動(dòng)阻力小，即流體透過塔設(shè)備的壓力降小。這將大大節(jié)省生產(chǎn)中 的動(dòng)力消耗，以降低操作費(fèi)用。對(duì)于減壓蒸儲(chǔ)操作，較大的壓力降還將使系統(tǒng)無 法維持必要的真空度。(4)結(jié)構(gòu)簡單、材料耗用量小、制造和安裝容易。這可以減少基建過程中的 投資費(fèi)用。(5)耐腐蝕和不易堵塞，方便操作、調(diào)節(jié)和檢修。1.3 塔型的選擇1.3.1 板式塔與填料塔的比較精儲(chǔ)塔按傳質(zhì)元件區(qū)別可分為兩大類，即板式精儲(chǔ)塔和填料精儲(chǔ)塔。根據(jù)上 述要求，可對(duì)板式塔和填料塔的性能作一簡要的比較，詳見表 1-1所示。表1-1板式塔與填料塔的對(duì)比項(xiàng)

3、目板式塔填料塔空塔氣速空塔氣速小空塔氣速大塔效率效率穩(wěn)定，大塔效率比小塔效 率有所提局塔徑在 1400mm -卜效率較局， 塔徑增大，效率常會(huì)下降液氣比適應(yīng)范圍較大對(duì)液體噴淋量有一定要求持液量較大較小材質(zhì)要求一般用金屬材料制作可用非金屬耐腐蝕材料安裝維修較容易較困難造價(jià)直徑大時(shí)一般比填料塔造價(jià)低直徑小于800mm, 一般比板式塔便宜，直徑增大，造價(jià)明顯增加重量較輕重1.3.2塔型選擇時(shí)應(yīng)考慮的因素選擇塔型時(shí)應(yīng)考慮的因素有很多，主要有：物料性質(zhì)、操作條件、塔設(shè)備的性能，以及塔設(shè)備的制造、安裝、運(yùn)輸和維修等，具體如下：?與物性有關(guān)的因素a）易起泡的物系，如處理量不大時(shí)，以選擇填料塔為宜。因?yàn)樘盍夏?/p>

4、使泡 沫破裂，在板式塔中則易引起液泛。b）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(jià)便宜的篩板塔、穿流式塔盤或舌形塔盤，以便及時(shí)更換。c）具有熱敏性的物料需減壓操作，以防過熱引起分解或聚合時(shí)，應(yīng)選用壓 力降較小的塔型，如可采用裝填規(guī)整填料的塔、濕壁塔等，當(dāng)要求真空度較低時(shí)， 宜用篩板塔和浮閥塔。d）粘性較大的物系，可以選用大尺寸填料。板式塔的傳質(zhì)效率太差。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。不宜使用小填料。e）操作過程中有熱效應(yīng)的系統(tǒng)，用板式塔為宜。因塔盤上有液層，可在其 中安放換熱管

5、，進(jìn)行有效的加熱或冷卻。?與操作條件有關(guān)的因素a）若氣相傳質(zhì)阻力大（即氣相控制系統(tǒng)，如低粘度液體的蒸儲(chǔ)，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?yàn)榘迨剿幸合喑释牧?，用氣體在液層中鼓泡。b）大的液體負(fù)荷，可選用填料塔，若用板式塔時(shí)，直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）。止匕外，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。c）低的液體負(fù)荷，一般不宜采用填料塔。因?yàn)樘盍纤笠欢〝?shù)量的噴淋 密度，但網(wǎng)體填料能用于低液體負(fù)荷的場合。d）液氣比波動(dòng)的適宜性，板式塔優(yōu)于填料塔，故當(dāng)

6、液氣比波動(dòng)較大的宜用 板式塔。e）操作彈性，板式塔較填料塔大，其中以浮閥塔為最大，泡罩塔次之，一 般地說，穿流式塔的操作彈性較小。?其他原因a）對(duì)于多數(shù)情況，塔徑大于 800mm時(shí)，宜用板式塔，小于800mm時(shí)，宜 用填料塔。但也有例外，鮑爾環(huán)及某些新型填料在大塔中的使用效果可優(yōu)于板式 塔。同樣，塔徑小于800mm時(shí)，也有使用板式塔的。b） 一般填料塔比板式塔重。c）大塔以板式塔造價(jià)較廉。因填料價(jià)格約與塔體的容積成正比，板式塔按 單位面積計(jì)算價(jià)格，隨塔徑增大而減小。1.4 板式塔中板型的選擇1.4.1 塔盤的選擇板式塔的塔盤有泡罩、篩板、浮閥及穿流式，其性能比較如 1-2表所示:表1-2板式塔

7、塔盤比較塔板形式蒸汽量液量效率操作彈性壓力降造價(jià)可靠性泡罩良優(yōu)良優(yōu)差高優(yōu)篩板優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)低優(yōu)浮閥優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)良高優(yōu)交流式優(yōu)低差差優(yōu)低良各塔板的優(yōu)缺點(diǎn)及用途比較如表1-3所示表1-3塔板優(yōu)缺點(diǎn)比較塔板形式結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)用途泡罩型圓形泡罩復(fù)雜彈性好；無泄漏費(fèi)用圖； 板間距大； 壓降比較大用于具有特殊 要求的場合S型泡罩稍簡 單簡化了泡罩的形式費(fèi)用圖； 板間距大； 壓降比較大用于具有特定 要求的場合篩板型篩孔塔板簡單彈性好；費(fèi)用低；板效 率局；處理量大易漏液用途廣泛條形浮閥操作彈性好；板效率 高；處理量大費(fèi)用較高；安裝較困難適用于加壓及浮閥型重盤式浮閥較簡 單常壓卜的氣液T型浮閥傳質(zhì)過程篩板止常負(fù)荷卜板效率

8、高； 費(fèi)用最低；壓降小未定操作范圍 窄；要么擴(kuò)大適于處理變動(dòng) 小且不析出周 體物的系統(tǒng)穿流波紋篩板簡單比篩板壓降稍高 氣液分布好孔徑，否則易 堵塞物料型式柵板處理里大； 壓降??； 費(fèi)用低操作彈性較 ??；處理量小 時(shí)，效率劇烈 下降適于粗精儲(chǔ)1.4.2 溢流形式的選擇塔盤上液相流動(dòng)形式取決于液相負(fù)荷的范圍，單流型是最常用的；當(dāng)塔徑較大，或液相負(fù)荷較大時(shí)，宜采用雙流型。甚至三、四流型或階梯型；在液氣比很 小時(shí)才采用U形流型。下表1-4是液相負(fù)荷（m3 / h）與塔板溢流型式的關(guān)系表。表1-4液相負(fù)荷（m3/h）與塔板溢流形式的關(guān)系液體流重Ls(m / h)塔徑D/mmU流型單溢流雙溢流階梯式雙溢流

9、600<5525一一900<7725一一1000<7<45一一1400<9<70一一2000<11<11090160一3000<11<1101102002003004000<11<1101102302303505000<11<1101102502504006000<11<110110250250450應(yīng)用場合用于較低液、氣比一般場合用于高液、氣比 或大型塔板用于極高液、氣 比或超大型塔板卜表給出了幾種主要塔板性能的量化比較。幾種主要塔板性能的量化比較塔板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

10、1.01.051復(fù)雜1篩板1.21.41.430.5簡單0.40.5浮閥板1.21.31.590.6一股0.70.9舌型板1.11.21.530.8簡單0.50.61.5 環(huán)己烷精制塔T302的工藝設(shè)計(jì)1.5.1 概述T302為環(huán)己烷精制塔。根據(jù)Aspen Plus模擬的結(jié)果可得環(huán)己烷精制塔T302 各塔板參數(shù)，各塔板參數(shù)詳見表1-5。本工藝的主要物料為含有部分氫氣和甲烷 的環(huán)己烷，物料潔凈、腐蝕性小，粘度小，且無懸浮物，整套裝置產(chǎn)量及氣液相 負(fù)荷較大，結(jié)合表1-1,本項(xiàng)目設(shè)計(jì)小組擬采用板式塔。又參照表 1-2和1-3各 種塔板形式的比較，可知浮閥塔板集合了泡罩塔和篩板塔的優(yōu)點(diǎn)，它結(jié)構(gòu)簡單、

11、造價(jià)低、制造方便、生產(chǎn)能力大、操作彈性大，因此本工藝選用浮閥塔板，溢流 形式為單溢流。序號(hào)溫度(oC )液體體機(jī)流里飛體體機(jī)流里液相密度氣相密度液相黏度液相表面張力(cum/h)(cum/h)/. ，、一 ，、， 、, ,、(kg/cum)(kg/cum)(cp)(dyne/cm)1269.598522.7326917715783213.1736390.60367727.93922355.913183.843729613.90594755780.0315609.4435010.27131417.67843360.7333373.941807625.0169828278

12、0.3319647.4676260.2618217.16924361.1304683.948317465.1150573780.5091650.2404040.26117517.1395361.2030733.948110715.1215648780.6415650.5420840.26109517.13916361.2413863.947393455.12135809780.7429650.6388830.261109917.143317361.2688653.86553965.12064882780.8204650.7000060.26114217.14778378.1534615.555

13、920463.52604566781.2086780.5231680.23001915.2829378.2595035.558889674.26337776781.2456781.1642050.22987915.272810378.2730825.558581334.26634697781.281781.2124220.22987515.274611378.2864875.558243694.26603863781.3175781.2586120.22988815.276512378.3002791.292542724.26570095781.355781.3061390.218915.27

14、741.5.2 CYH精微塔T302具體工藝設(shè)計(jì)1.5,2,1塔徑D的計(jì)算因精微段氣相流量較大，故以精微段數(shù)據(jù)確定全塔塔徑更為安全可靠，本設(shè)計(jì)以精儲(chǔ)段數(shù)據(jù)為設(shè)計(jì)依據(jù)。設(shè)板間距Ht =0.45m,板上清液層高度為h1_ =0.07m計(jì)算兩相流動(dòng)參數(shù)0.5FLV=5=0.42V h V由（Ht*l）及FLV查Smith關(guān)聯(lián)圖得C20=0.05m/s,故0.2C C20=0.0486m/s20液泛氣速=0.02m/sUmax對(duì)于一般液體，泛點(diǎn)率為0.60.8,此處泛點(diǎn)率取0.8,則表觀空塔氣速u 0.8umax=0.016m/s故塔徑圓整為0.8m1.5.2.2塔高的計(jì)算實(shí)際塔板數(shù)的確定：1212N

15、 23.1,圓整取24.Et 0.52,釜液高度的計(jì)算：AT = 1 D 2 = 0.20m24HB 1.0m塔頂空間高度取1.0m塔板間距：每隔6塊塔板開一人孔，共需人孔4個(gè)(不包括塔頂和塔底的)開設(shè)人孔處的塔板間距改為0.80m,進(jìn)料口處離上板高度為0.80m.塔筒體高度的計(jì)算：H HD (N 2 S)Ht SHt Hf HB其中：H塔高(不包括裙座)，mHd塔頂空間，mHt塔板間距，mHt開有人孔的塔板間距，mHf進(jìn)料段高度，mHb塔底空間，mN 實(shí)際塔板數(shù)S人孔數(shù)目貝(JH=1.0+ (24-2-4) >0.45+4 >O.8+0.8+1.2=14.3m裙座高度為2.0+1

16、.5D/2=2.6m封頭高度取0.6m塔的總高為：Z=14.3+2.6+0.6=17.5m1.5.2.3塔板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由于液體流量為5.14m3/h,塔徑為0.8m,根據(jù)表5-4,塔板溢流形式應(yīng)該選 擇單流型(1)溢流堰尺寸堰長lw溢流堰選擇平直堰，取堰長lw=0.65D=0.528m堰h(yuǎn)w堰上液層高度,_ 2.84 廣how =E1000近似取E=1,則可由列線圖查出how值。查得h°w=0.024m堰高h(yuǎn)w由選取消液層高度hL確定hw=hL-how=0.07-0.024=0.046m降液管底隙高度ho選取凹形受液盤，考慮降液管阻力和液封，即一般ho<how,因此可選取底隙高度

17、ho=40mm降液管寬度Wd和面積Af查降液管寬度與面積圖，lw/D=0.65，得:Af/AT=0.07Wd/D=0.14由以上設(shè)計(jì)結(jié)果得弓形降所占面積Af=0.5027 0.07=0.035m2降液管寬度Wd=0.112m液體在降液管中的停留時(shí)間，即3600A fH T=13.70s >35s故降液管尺寸滿足要求。1.5.2.4塔板布置及浮閥數(shù)目排列取閥孔動(dòng)能因子Fo=10,求得孔速:0.39m/sm/s求每層板上的浮閥數(shù)：采用Fi型浮閥，取孔直徑do=40mm,則浮閥數(shù)n=V = 8.17,圓整取 9.一d2U04取塔板邊緣區(qū)寬度Wc=0.04m,溢流堰前的安定區(qū)寬度Ws=0.08m

18、 對(duì)單流型塔板，開孔區(qū)面積如下，即：Aa=2(XVR7：p+*sin-1Q其中：X=D (Wd Ws) 0.28m;_ D R= -0.04= 0.36m;20.36則鼓泡區(qū)面積2Aa=0.36m浮閥排列方式采用等腰三角形叉排。三角形的底邊 t固定為75mm,則估算 三角形的高h(yuǎn) （排間距），1.5.2,5塔板流體力學(xué)校核(1)壓降氣相通過浮閥塔的壓強(qiáng)降hp=hc+hi+h干板阻力Uoc因Uo小于Uoc,故h= Ap= 53mm nt73.11.825：0.30m/s0.175.19.9u 0hc= 0.024m 液枉板上充氣液層阻力：本設(shè)備分離環(huán)己烷和甲醇等的混合物，取充氣系數(shù)B =0.6

19、則hi= B (hw+how) =0.0042m 液柱液體表面引力的阻力4 L-4h =-=2.26 10 4mLgdo此阻力很小，可以忽略不計(jì)。因此，與氣體流經(jīng)一層浮閥塔板的壓強(qiáng)降所相應(yīng)的液柱高度為:hp=0.024+0.042=0.066m則單板壓降pp=hp Lg= 0.066 780.76 9.81=505.51Pa(2)液泛為防止液泛現(xiàn)象的發(fā)生，要求控制降液管中清液層的高度，即要求&< M+hW，而 Hd hp hL hd ,hp為氣體通過塔板的壓強(qiáng)降所相當(dāng)?shù)囊褐叨?，前已算出hp=0.064m液柱液體通過降液管的壓頭損失因不設(shè)進(jìn)口堰，則hd板上清液層高度1.53( J

20、)2I h l w ho=0.00454 液柱hL=0.07m貝U Hd=0.066+0.00454+0.07=0.141m取 =0.6,又已選定 HT=0.45m, hw=0.046m, 則 HT+hw =0.6 X(0.45+0.046) =0.2976m 可見Hd< HT+hw ,符合防止淹塔要求。(3)霧沫夾帶VF=-+1.36LZ100%按下列式計(jì)算泛點(diǎn)率，即KCfAd其中 Z=D-2Wd=0.576mAb=AT-2Af=0.4329m2Cf=0.0510.512.；664.811.36 4.14 0.576代入數(shù)據(jù)得 F=0.76 664.81 36.53%1.0 0.05

21、0.4329 3600泛點(diǎn)率在80%以下，故可知霧沫夾帶量能滿足eV<0.1Kg （液）/Kg （氣）的 要求。1.5.2.6塔板的負(fù)荷曲線計(jì)算（1）過量霧沫夾帶線（氣相負(fù)荷上限線） 由泛點(diǎn)率整理得出過量霧沫夾帶線由式將式Vs（2）液泛線Hthw=hchi20106 0.24 106LsHl hd確定液泛線。忽略式中的h ,hc 5.3422 vULghL ， hLhwhowLn1 w0.153LsiwhoVsF= 1.36LsZlKCfA100%代入上式得:2Ht hw =5.34 u-+0.1532 Lg2二+ 1 iwhohw也E1000Llw值,因物系一定，塔板結(jié)構(gòu)尺寸一定, 而

22、Uo與Vs有如下關(guān)系，即則 Ht、hw、h。、及等均為定UoVs-d02N4其中閥孔數(shù)N與孔徑do亦為定值，因此可將上式簡化成 Vs與Ls的關(guān)系如下:222aVs2 "*2山,223/2即 0.0000511Vs 53.76 0.028 LS 21.3221S3)液相負(fù)荷上限線降液管的最大流量應(yīng)保證在降液管中的停留時(shí)間不低于35s,以5秒作為液體在降液管中停留時(shí)間的下限，則AfHT3MAX-5- OS315m%(4)漏液線對(duì)于Fi型重閥，依式F0一.2.5又知Vs 4d0Nt，以F0 u0n =5作為規(guī)定氣體最小負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn),則 VS MIN -d02Nu0_ .2F 0丁0 N , v

23、=0.02196m3/s(5)液相負(fù)荷下限線取堰上液層高度how=0.006m作為液體負(fù)荷下限條件，依how的計(jì)算式計(jì)算 出Ls的下限值，該線為與氣量流量無關(guān)的豎直線，將所求值代入上式可得嚴(yán)重 漏液線曲線為2/32.84 E10003600L0.007l W取E=1,則0.007 L 10003/22.840.5283600=0.001220m3/s0.000568(6)操作線操作線斜率為Ls10,5124.14=2.54(7)負(fù)荷性能圖根據(jù)上述六個(gè)方程，可以利用 Excel辦公軟件做出該塔的負(fù)荷性能圖，如下 所示：從圖中可以看出，設(shè)計(jì)點(diǎn)位于正常操作區(qū)的內(nèi)部，表明該塔板對(duì)氣液負(fù)荷的 波動(dòng)有較好

24、的適應(yīng)能力。在給定的氣液負(fù)荷比條件下，塔板的氣液相負(fù)荷的上、 下 限分別由降液管液泛和嚴(yán)重 漏液所限制。由圖查得上限為3.6m3/s,下限為0.4 m3/s,得該塔的操作彈性=36=9。可見，設(shè)計(jì)比較合理、適宜。0.41.5.2,7塔板主要工藝尺寸及水力學(xué)核算結(jié)果所設(shè)計(jì)的單溢流浮閥塔白主要設(shè)計(jì)結(jié)果如表 1-6所示:表1-6環(huán)己烷精儲(chǔ)塔T0401手算結(jié)果匯總結(jié)構(gòu)及尺寸操作性能塔內(nèi)徑D (m)0.8空塔氣速u (m/s)0.016板間距Ht (m)0.45泛點(diǎn)率u/uf0.08液流型式單流型動(dòng)能因子F010降液管截面積與塔截面積比Af/AT0.07孔口流速U0 (m/s)0.39出口堰堰長lw(m

25、)0.528豉泡區(qū)囿積Aa (m2)0.36弓形降液管寬度Wd (m)0.112塔板板雀£回積At (m )0.5027出口堰堰局hw (mm)0.046孔心距(mm)75降液管底隙ho (mm)0.040堰上液層局度how (mm)24邊緣區(qū)寬度WC (mm)0.04單板壓降(Pa)505.51破沫區(qū)寬度WS (mm)0.08降液管清液層高度Hd (mm)141板厚度b (mm)5進(jìn)口堰與降液管水平跑離h1 (mm)42浮閥個(gè)數(shù)82降液管液體停留時(shí)間 (s)13.70浮閥直彳仝(mm)40金液局度為(m)0.501.6環(huán)己烷精制塔T303的工藝設(shè)計(jì)1.6.1 概述T303為環(huán)己烷精

26、制塔。根據(jù)Aspen Plus模擬的結(jié)果可得環(huán)己烷精制塔T302 各塔板參數(shù)，各塔板參數(shù)詳見表1-5。本工藝的主要物料為含有部分氫氣和甲烷 的環(huán)己烷，物料潔凈、腐蝕性小，粘度小，且無懸浮物，整套裝置產(chǎn)量及氣液相 負(fù)荷較大，結(jié)合表1-1,本項(xiàng)目設(shè)計(jì)小組擬采用板式塔。又參照表 1-2和1-3各 種塔板形式的比較，可知浮閥塔板集合了泡罩塔和篩板塔的優(yōu)點(diǎn)，它結(jié)構(gòu)簡單、 造價(jià)低、制造方便、生產(chǎn)能力大、操作彈性大，因此本工藝選用浮閥塔板，溢流 形式為單溢流。廳p溫度(oC )液體體積流量(cum/h)入體體積流星(cum/h)液相密度(kg/cum)氣相密度(kg/cum)液相黏度(cp)液相表面張力(d

27、yne/cm)1170.66274719.2608640775.3117280211.67227841.12352.1969831.03304419.260864780.418072775.3117280.44518.23353.09165931.14334832.784048780.667714780.1449540.44218.14353.30501431.14104432.894352780.842205780.3822220.44118.15353.50033231.14079232.892048780.970586780.5474050.4418.16353.68350231.142

28、26832.891796781.065438780.6689520.4418.17353.85755731.14507632.893272781.133919780.7587640.439188354.02475831.14878432.896044781.184847780.8244810.438189354.18678631.15317632.899752781.222177780.8727350.4371810354.34488331.15807232.90418781.249368780.9072680.4371811354.49996531.16332832.909076781.26

29、9259780.9330570.4361812354.65270631.16887232.914332781.283098780.9519420.4361813354.80360131.1745632.91984781.294089780.9659520.43517.914354.95301631.18039232.925564781.301934780.9755580.43517.915355.10121831.18633232.931396781.307324780.9830410.43417.916355.24840431.19234432.937336781.311003780.988

30、2020.43417.917355.39471931.19839232.943312781.313760780.9925970.43317.918355.54026931.2044432.94936781.316418780.9952660.43217.819355.68513531.21052432.955444781.318009780.9969880.43217.820355.82937531.21660832.961528781.319399780.9985550.43217.821355.97303331.22272832.967612781.319656780.9999290.43

31、117.822356.11614231.22881232.973732781.320554781.0002310.4317.823356.25872731.23493232.979816781.320282781.0011400.4317.824356.40080831.24101632.9859781.320632781.0017980.42917.825356.542431.24677632.991984781.321294781.0021850.42917.726356.70903249.8272432.898276781.321734781.1725730.42817.727356.86302549.85157633.73776781.323479781.2598180.42817.728357.00393949.87220433.762096781.325206781.2624440.42717.729357.14444249.89272433.782