2019年第十三屆全國(guó)大學(xué)生化工設(shè)計(jì)競(jìng)賽作品湖北文理學(xué)院年產(chǎn)10萬(wàn)噸醋酸乙烯項(xiàng)目設(shè)計(jì)文檔03-設(shè)備設(shè)計(jì)及選型說(shuō)明書(shū)

2019年“東華科技ー恒通石化杯”第十三屆全國(guó)大學(xué)生化工設(shè)計(jì)競(jìng)賽山東辰だ能既分公司

10萬(wàn)噸庫(kù)醋酸乙烯項(xiàng)目設(shè)備設(shè)計(jì)及選型說(shuō)明書(shū)Greenland團(tuán)隊(duì)裴斐李想徐迎迎章先剛指導(dǎo)老師:魯俊目錄TOC\o"1-5"\h\z緒論 10.1過(guò)程設(shè)備的選型目的和基本要求 10.2設(shè)計(jì)依據(jù)和原則 10.3過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)與選型原則 10.4設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與依據(jù) 20.5全廠設(shè)備概況 2第一章塔設(shè)備設(shè)計(jì) 3\o"CurrentDocument"塔設(shè)備設(shè)計(jì)依據(jù) 3塔設(shè)備設(shè)計(jì)原則 31.1.2塔設(shè)備的設(shè)計(jì)目標(biāo) 41.1.3塔型選擇原則 41.1.4塔型選擇一般原則 91.2醋酸乙烯酯精儲(chǔ)塔的設(shè)計(jì)（T0303） 112.1T0303塔設(shè)計(jì)條件 11.2塔體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 14\o"CurrentDocument"塔機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與校核 211.3.1塔高的確定 211.3.2接管設(shè)計(jì) 231.3.3壁厚設(shè)計(jì) 241.3.4地腳螺栓大小及個(gè)數(shù) 261.3.5塔體機(jī)械強(qiáng)度校核 26\o"CurrentDocument"設(shè)備エ藝條件圖 49\o"CurrentDocument"設(shè)備裝配圖 49\o"CurrentDocument"塔設(shè)計(jì)選型ー覽表 49第二章?lián)Q熱器選型設(shè)計(jì) 512.1換熱器選型設(shè)計(jì)概述 512.1.1設(shè)計(jì)依據(jù) 51\o"CurrentDocument"換熱器簡(jiǎn)介 51\o"CurrentDocument"換熱器選用原則 542.3.I基本要求 542.3.2介質(zhì)流程 542.3.3終端溫差 552.3.4 流速 552.3.5壓カ降 562.3.6傳熱膜系數(shù) 562.3.7污垢系數(shù) 572.3.8換熱管 58\o"CurrentDocument"2.4換熱器型號(hào)表示方法 592.4.1換熱器的選型軟件 60\o"CurrentDocument"2.5換熱器選型示例:管売式換熱器E0102 602.5.1換熱器選型參數(shù)設(shè)計(jì) 602.5.2換熱器選型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 652.5.3換熱器設(shè)計(jì)小結(jié)表 702.5.4換熱器エ藝條件圖 712.5.5換熱器E0102設(shè)備裝配圖 722.5.6換熱器強(qiáng)度校核 72\o"CurrentDocument"換熱器選型ー覽表 79\o"CurrentDocument"“扭曲管”的使用 802.7.1 “扭曲管’’使用背景 802.7.2 “扭曲管”結(jié)構(gòu)原理 812.7.3 “扭曲管”作用原理 827.4工程實(shí)例 82第三章反應(yīng)器設(shè)計(jì)說(shuō)明 84\o"CurrentDocument"反應(yīng)器設(shè)計(jì)目標(biāo) 84\o"CurrentDocument"主要反應(yīng)機(jī)理及動(dòng)力學(xué) 85\o"CurrentDocument"3反應(yīng)機(jī)理 85\o"CurrentDocument"4動(dòng)力學(xué)方程 87\o"CurrentDocument"3.5催化劑特性 92\o"CurrentDocument"3.6催化劑失活 933.6.1催化劑結(jié)焦 93TTTOC\o"1-5"\h\z3.6.2催化劑燒結(jié) 943.6.3催化劑化學(xué)形態(tài)及化學(xué)組成變化 943.6.4催化劑活性 953.6.5永久性失活 95\o"CurrentDocument"3.7催化劑的再生方法 953.7.1干空氣吹掃 953.7.2高溫還原法 95\o"CurrentDocument"3.8反應(yīng)器類型選擇 963.8.1反應(yīng)器概述 963.8.2流化床概述 993.8.3本廠反應(yīng)器選擇 100\o"CurrentDocument"反應(yīng)器模擬模型構(gòu)建 1009.1模型描述 1009.2暈相流動(dòng)模型方程 1019.3質(zhì)平衡方程 102\o"CurrentDocument"エ藝條件的選擇 1033.10.1反應(yīng)溫度 1033.10.2反應(yīng)壓カ 1033.10.3反應(yīng)器體積 104\o"CurrentDocument"3.11反應(yīng)器設(shè)計(jì)條件 1043.11.1エ藝參數(shù) 104\o"CurrentDocument"醋酸乙烯酯合成反應(yīng)器結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì) 105\o"CurrentDocument"撤熱系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1103.13.1熱負(fù)荷Q 1103.13.2總傳熱系數(shù)K 1113.13.3傳熱溫差A(yù)T?, 1123.13.4換熱面積A 112\o"CurrentDocument"3.14氣體分布器 1143.14.1壓降和開(kāi)孔率 1143.14.2孔數(shù)和孔徑的確定 1163.14.3縫隙高度 1163.14.4風(fēng)帽中心距 117\o"CurrentDocument"旋風(fēng)分離器 117\o"CurrentDocument"接管設(shè)計(jì) 1203.16.1原料氣進(jìn)料口 1203.16.2催化劑固體進(jìn)料口 1203.16.3氣體出料口 1203.16.4人孔 120\o"CurrentDocument"控制系統(tǒng) 121\o"CurrentDocument"強(qiáng)度校核 1223.18.1材料的選擇 1223.18.2筒體壁厚計(jì)算 1223.18.3反應(yīng)器強(qiáng)度校核 125\o"CurrentDocument"3.19設(shè)備條件圖 129\o"CurrentDocument"3.20設(shè)備裝配圖 130\o"CurrentDocument"3.21反應(yīng)器設(shè)計(jì)ー覽表 130\o"CurrentDocument"第四章氣液分離器設(shè)計(jì) 131\o"CurrentDocument"4.1設(shè)計(jì)依據(jù) 131\o"CurrentDocument"4.2設(shè)計(jì)目標(biāo) 131\o"CurrentDocument"4.3氣液分離器的分類 1314.3.1立式和臥式重力分離器 1314.3.2立式和臥式絲網(wǎng)分離器 131\o"CurrentDocument"4.4設(shè)計(jì)目標(biāo) 132\o"CurrentDocument"4.5氣液分離器的設(shè)計(jì)（以V0210為例） 1324.5.1氣液分離器エ藝參數(shù) 1324.5.2類型選擇 1334.5.3尺寸設(shè)計(jì) 133\o"CurrentDocument"6氣液分離器設(shè)計(jì)ー覽表 144\o"CurrentDocument"第五章泵的設(shè)計(jì) 146\o"CurrentDocument"1概述 146\o"CurrentDocument"2泵的類型和特點(diǎn) 146\o"CurrentDocument"5.3泵的選型原則 147\o"CurrentDocument"5.4泵選型示例（以P0101為例） 1495.4.I進(jìn)出口流速 1505.4.2揚(yáng)程計(jì)算 1505.4.3エ藝參數(shù)輸入 1515.4.4選型結(jié)果 1515.4.5性能負(fù)荷圖 152泵選型一覽表 154\o"CurrentDocument"新型泵的選用 156\o"CurrentDocument"第六章儲(chǔ)罐、回流罐、緩沖罐的選型 157\o"CurrentDocument"6.1選型依據(jù) 157\o"CurrentDocument"6.2儲(chǔ)罐選型 1576.2.1儲(chǔ)罐系列 1586.2.2選型原則 1596.2.3儲(chǔ)罐選型 160\o"CurrentDocument"6.3儲(chǔ)罐選型ー覽表 162\o"CurrentDocument"6.4回流罐選型 1636.4.1醋酸精億塔回流罐 1636.4.2粗VAC精僧上塔回流罐 1636.4.3V0316回流罐 163\o"CurrentDocument"6.5回流罐選型ー覽表 163\o"CurrentDocument"6.6緩沖罐選型 1646.6.1選型原則 1646.6.2緩沖罐選型 1646.6.3壓空緩沖罐選型 1666.6.4氣體分離緩沖罐選型 1676.6.5液液分相器選型 167\o"CurrentDocument"6.7緩沖罐選型一覽表 167\o"CurrentDocument"6.8靜態(tài)混合器 1696.8.1靜態(tài)混合器概念 1696.8.2靜態(tài)混合器選型 171\o"CurrentDocument"6.9靜態(tài)混合器選型ー覽表 171\o"CurrentDocument"第七章壓縮機(jī)的選型 173\o"CurrentDocument"選型依據(jù) 173\o"CurrentDocument"選型原則 174\o"CurrentDocument"壓縮機(jī)エ藝參數(shù) 175\o"CurrentDocument"4壓縮機(jī)選型實(shí)例——C0202選型 1767.4.1壓縮機(jī)エ藝參數(shù) 176\o"CurrentDocument"7.5壓縮機(jī)選型ー覽表 177緒論0.1過(guò)程設(shè)備的選型目的和基本要求化工設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)與選型是在物料衡算和熱量衡算的基礎(chǔ)上進(jìn)行的,其目的是決定工藝設(shè)備的類型、規(guī)格、主要尺寸和數(shù)量,為車(chē)間布置設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)及非エ藝設(shè)計(jì)項(xiàng)目提供足夠的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。過(guò)程設(shè)備的第一個(gè)基本要求是能滿足エ藝要求。對(duì)于エ藝上所要求的溫度、壓カ、液位、流量等都需要過(guò)程設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)。在滿足工藝要求的同時(shí)，過(guò)程設(shè)備也必須保證有足夠的強(qiáng)度，不會(huì)在操作過(guò)程中遭到破壞。還有一個(gè)基本要求,經(jīng)濟(jì)上要合理。在滿足前ー個(gè)基本要求之后,要考慮盡量降低設(shè)備的生產(chǎn)費(fèi)用和操作費(fèi)用，這樣才能使企業(yè)獲得更大的利益。0.2設(shè)計(jì)依據(jù)和原則化工設(shè)備從總體上分為兩類，ー類稱定型設(shè)備或標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備,這是由一些加工廠成批成系列生產(chǎn)的設(shè)備，通俗地說(shuō)，就是可以買(mǎi)到的現(xiàn)成的設(shè)備,如泵、反應(yīng)釜、換熱器、大型儲(chǔ)罐等;另ー類稱非定型設(shè)備或非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備,是指規(guī)格和材料都是不定型的、需要專門(mén)設(shè)計(jì)的特殊設(shè)備,如反應(yīng)器、塔器等。0.3過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)與選型原則.合理性即設(shè)備必須滿足工藝需求，與工藝流程、生產(chǎn)規(guī)模、エ藝條件及工藝控制水平相適應(yīng)，在設(shè)備的許可范圍內(nèi),能夠最大限度地保證エ藝的合理和優(yōu)化并運(yùn)轉(zhuǎn)可靠。.可靠性和先進(jìn)性エ藝設(shè)備的型式、牌號(hào)多種多樣，實(shí)現(xiàn)某ー化工單元過(guò)程，可能有多種設(shè)備,要求設(shè)備運(yùn)行可靠。在可靠的基礎(chǔ)上考慮先進(jìn)性,便于連續(xù)化和自動(dòng)化生產(chǎn)，轉(zhuǎn)化率、收率、效率要盡可能達(dá)到高的先進(jìn)水平，在運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中,波動(dòng)范圍小，保證運(yùn)行質(zhì)量可靠,操作上方便易行，有一定的彈性，維修容易,備件易于加工等。.安全性設(shè)備的選型和エ藝設(shè)計(jì)要求安全可靠、操作穩(wěn)定、無(wú)事故隱患,對(duì)エ藝和建筑、地基、廠房等無(wú)苛刻要求,工人在操作時(shí)勞動(dòng)強(qiáng)度小,盡量避免高溫髙壓髙空作業(yè),盡量不用有毒有害的設(shè)備附件、附材,創(chuàng)造良好的工作環(huán)境和無(wú)污染。.經(jīng)濟(jì)性設(shè)備的選擇カ求做到技術(shù)上先進(jìn),經(jīng)濟(jì)上合理。0.4設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與依據(jù)表0-1設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與依據(jù)名稱標(biāo)準(zhǔn)號(hào)《壓カ容器》GB150-2011《鍋爐和壓カ容器用鋼板》GB713-2008《奧氏體不銹鋼焊接鋼管選用規(guī)定》HG/T20537.1-1992《化工裝置用奧氏體不銹鋼大口徑焊接鋼管技術(shù)要求》HG/T20537.4-1992《エ藝系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》HG/T20570.9-1995《鋼制化工容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)規(guī)定》HG/T20580-2011《鋼制化工容器材料選用規(guī)定》HG/T20581-2011《鋼制化工容器強(qiáng)度計(jì)算規(guī)定》HG/T20582-2011《鋼制化工容器制造技術(shù)要求》HG/T20584-2011《化工設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)定》HG/T20643-2012《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)》（合訂本）JB/T4730.1~6-2005《石油化工塔型設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》SH/T3030-2009《管殼式換熱器》GB151-1999《石油、重化學(xué)和天然氣工業(yè)用離心泵》GB/T3215-2007《離心泵效率》GB/T13007-20110.5全廠設(shè)備概況經(jīng)過(guò)エ藝選擇、組合、模擬以及優(yōu)化，最終設(shè)計(jì)的工藝流程包括反應(yīng)器1臺(tái),塔設(shè)備8臺(tái),泵12臺(tái)，換熱器28臺(tái)，各類儲(chǔ)罐21臺(tái)，氣液分離器8臺(tái)、靜態(tài)混合器5臺(tái)，壓縮機(jī)及風(fēng)機(jī)5臺(tái)，共計(jì)設(shè)備88臺(tái)。除塔設(shè)備、反應(yīng)器、容器為自主設(shè)計(jì)非標(biāo)設(shè)備外,其余設(shè)備均為定型設(shè)備。對(duì)于非標(biāo)設(shè)備，均詳細(xì)書(shū)寫(xiě)了設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū),對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備,均做了設(shè)備選型，并整理了設(shè)備ー覽表。全廠重型機(jī)器多,設(shè)備安裝時(shí)多采用現(xiàn)場(chǎng)組焊的方式。

第一章塔設(shè)備設(shè)計(jì)塔設(shè)備是化工、石油化工和煉油等生產(chǎn)中最重要的設(shè)備之一,塔可以使氣液相或者液液相之間進(jìn)行緊密接觸,達(dá)到較為良好的相際傳質(zhì)及傳熱的目的。在塔設(shè)備中常見(jiàn)的單元操作有:吸收、精億、解吸和萃取等。此外工業(yè)氣體的冷卻與回收、氣體的濕法凈制和干燥,以及兼有氣液兩相傳質(zhì)和傳熱的增濕和減濕等效果。塔設(shè)備設(shè)計(jì)依據(jù)《化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書(shū)ーー塔設(shè)備》《化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)規(guī)定》《設(shè)備及管道保溫設(shè)計(jì)導(dǎo)則》《鋼制人孔和手孔的類型與技術(shù)條件》《鋼制化工容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)定》《エ藝系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范》《鋼制壓カ容器焊接規(guī)程》《塔器設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》《不銹鋼人、手孔》《壓カ容器封頭》《鋼制人孔和手孔的類型與技術(shù)條件》《壓カ容器封頭》《鋼制塔式容器》《塔頂?shù)踔稨G/T20643-2012GB8175-2008HG/T20643-2012GB8175-2008HG/T21514-2014HG/T20583-2011HG/T20570-1995JB/T4709-2007HG20652-1998HG21594-21604-2014GB/T25198-2010GB/T25198-2010NB/T47041-2014HGfT21639-2005￠1）具有適宜的流體力學(xué)條件,可使氣液兩相良好接觸;（2）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,處理能力大,壓降低;（3）強(qiáng)化質(zhì)量傳遞和能量傳遞。塔設(shè)備的設(shè)計(jì)目標(biāo)作為主要用于傳質(zhì)過(guò)程的塔設(shè)備,首先必須使氣液兩相能充分接觸,以獲得較高的傳質(zhì)效率。此外,為滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要,塔設(shè)備還得考慮下列各項(xiàng)要求:（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）液負(fù)荷量有較大波動(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(zhǎng)期穩(wěn)定操作;（3）流體流動(dòng)的阻カ小，即流體通過(guò)塔設(shè)備的壓降小。這將大大節(jié)省生產(chǎn)中的動(dòng)カ消耗,以降低正常操作費(fèi)用。對(duì)于減壓蒸億操作,較大的壓カ降還將使系統(tǒng)無(wú)法維持必要的真空度;（4）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、材料耗用量小,制造和安裝容易。這可以減少基建過(guò)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。事實(shí)上，對(duì)于現(xiàn)有的任何ー種塔器,都不可能完全滿足上述所有要求,但是我們可以在某些方面做到獨(dú)特之處。以此來(lái)達(dá)到較大的生產(chǎn)效率,提高企業(yè)的生產(chǎn)效益。塔型選擇原則板式塔板式塔是分級(jí)接觸傳質(zhì)設(shè)備，廣泛應(yīng)用于精備和吸收,有些類型也用于萃取,在塔內(nèi)有多層塔板，傳熱傳質(zhì)過(guò)程基本上在每層塔板上進(jìn)行。板式塔一般由塔殼體、塔板、エ藝管口、進(jìn)氣分布器、液體分布器、絲網(wǎng)除沫器等組成。根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外實(shí)際使用的情況,主要的塔型是篩板塔、舌形板塔、斜孔板塔、波紋形板塔、泡罩塔、浮閥塔、噴射板塔、波紋傳流塔、浮動(dòng)噴射塔。對(duì)塔型的評(píng)價(jià)具體可以從生產(chǎn)能力、塔板效率、操作彈性、氣體通過(guò)塔盤(pán)的壓カ降、造價(jià)和操作是否方便等方面來(lái)考慮。下面現(xiàn)將簡(jiǎn)單介紹幾類主要塔的性能:表1-!幾類主要塔的性能比較M6匕塔型性能泡罩塔浮閥塔篩板塔穿流式生產(chǎn)能力差良優(yōu)優(yōu)

分離效果良優(yōu)優(yōu)良操作彈性優(yōu)優(yōu)良優(yōu)造價(jià)高良良優(yōu)壓カ降差良優(yōu)優(yōu)本項(xiàng)目通過(guò)精億粗分醋酸、VAC和水,處理流量較大,且操作彈性也較大,故本項(xiàng)目?jī)?yōu)先考慮使用篩板塔。表1-2各類塔板性量化比較塔盤(pán)型式指標(biāo)F型浮閥十字架型浮閥條型浮閥篩板舌型板浮動(dòng)噴射塔板圓形泡罩條形泡罩S形泡罩棚板篩孔板波紋板氣液負(fù)荷高444444213444低555233333233操作彈性555334434112壓カ降233324000433霧沫夾帶量334343112444分離效率554433434444單位體積設(shè)備處理量444444213444制造費(fèi)用334443213553材料消耗444454223554安裝檢修434443113553污垢對(duì)操作的影響232123100244注:〇ー差;1ー及格;2ー中;3一良;4ー優(yōu);5ー超由上面兩個(gè)表可知,浮閥塔兼有泡罩塔和篩板塔的優(yōu)點(diǎn),現(xiàn)在已成為國(guó)內(nèi)應(yīng)用廣泛的精儲(chǔ)塔塔型之一,并且在石油、化學(xué)エ業(yè)中使用最為普遍。填料塔塔內(nèi)裝有一定高度的填料,是氣液接觸和傳質(zhì)的基本構(gòu)件；屬微分接觸型氣液傳質(zhì)設(shè)備；液體在填料表面呈膜狀自上而下流動(dòng)；氣體呈連續(xù)相自下而上與液體作逆流流動(dòng),并進(jìn)行氣液兩相的傳質(zhì)和傳熱；兩相的組分濃度或溫度沿塔高連續(xù)變化。填料塔中的傳熱和傳質(zhì)主要在填料表面上進(jìn)行,因此，填料的選擇是填料塔

的關(guān)鍵。填料的種類很多,有拉西環(huán)填料、鮑爾環(huán)填料、矩鞍形填料'階梯形填料、波紋填料、波網(wǎng)（絲網(wǎng)）填料、螺旋環(huán)填料、十字環(huán)填料等。填料塔制造方便,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,便于采用耐腐蝕材料,特別適用于塔徑較小的

情況,使用金屬材料省,一次投資較少，塔高相對(duì)較低。表!-3填料分類與名稱填料類型填料名稱散裝填料環(huán)形拉西環(huán)形拉西環(huán)，十字環(huán)，內(nèi)螺旋環(huán)開(kāi)孔環(huán)形鮑爾環(huán),改進(jìn)鮑爾環(huán),階梯環(huán)鞍形瓠鞍形，矩鞍形,改進(jìn)矩鞍形環(huán)鞍形金屬環(huán)矩鞍形,金屬雙弧形,納特環(huán)其他新型塑料球形,花環(huán)形，麥勒環(huán)形規(guī)整填料波紋型垂直波紋型網(wǎng)波紋型，板波紋型水平波紋型Spraypak,Panapak柵格形GlitschGrid非波紋型板片形壓延金屬板，多孔金屬板繞圈形古德洛形,Hyperfil1.1.3.2.1散裝填料（1）拉西環(huán):目前已被淘汰圖1-1拉西環(huán) 圖1-2矩鞍填料（2）矩鞍填料:屬于亂堆敞開(kāi)式填料（3）鮑爾環(huán):是在拉西環(huán)壁面上開(kāi)ー層或兩層長(zhǎng)方形小窗圖し圖し3鋼環(huán)維爾環(huán)圖1-4瓷環(huán)鮑爾環(huán)（4）金屬環(huán)矩鞍:由美國(guó)諾頓公司開(kāi)發(fā)成功,它結(jié)合了鮑爾環(huán)的空隙大和矩鞍填料流體均布性好的優(yōu)點(diǎn),是目前應(yīng)用最廣的ー種散裝填料可用金屬、陶瓷做成。圖L5圖L5金屬矩鞍環(huán)￠5）階梯環(huán)圖1-6特納環(huán)圖1-7圖1-7階梯環(huán)1.1.3.2.2規(guī)整填料目前常用的規(guī)整填料為波紋填料,其基本類型有絲網(wǎng)形和孔板形兩大類,均是20世紀(jì)6。年代以后發(fā)展起來(lái)的新型規(guī)整填料,主要是由平行絲網(wǎng)波紋片或（開(kāi)孔）板波紋片平行（波紋）、垂直排列組裝而成，盤(pán)高約40?300mm,具有以下特點(diǎn):①填料由絲網(wǎng)或（開(kāi)孔）板組成,材料細(xì)（或薄），孔隙率大,加之排列規(guī)整,因而氣流通過(guò)能力大,壓降小。能適用于高真空及精密精儲(chǔ)塔器。②由于絲網(wǎng)（或開(kāi)孔）板波紋材料細(xì)（或薄）,比表面積大,又能從選材（或加工）上確保液體能在網(wǎng)體或板面上形成穩(wěn)定薄液層，使填料表面潤(rùn)濕率提髙、避免溝流現(xiàn)象,從而提高傳質(zhì)效率。③氣液兩相在填料中不斷呈Z形曲線運(yùn)動(dòng)（如圖）、液體分布良好、充分混合、無(wú)積液死角,因而放大效應(yīng)很小。適用于大直徑塔設(shè)備。圖!-8絲網(wǎng)型圖L9孔板型近年來(lái)波紋填料發(fā)展較快,有逐步取代其他填料及部分板式塔的傾向，但造

價(jià)、安裝要求較高，因而受到某種程度的影響。波紋填料的幾何特征參數(shù)見(jiàn)下:

表1-4常見(jiàn)波紋填料名稱類型材料比表面積a(m2/m3)水力直徑dx/mm傾角0/0孔隙率e/%密度/(kg/mJ)絲網(wǎng)波紋填料金屬絲網(wǎng)AX不銹鋼250153095125BX5007.53090250CY70054585350塑料絲網(wǎng)BX聚丙烯/聚丙腦4507.53085120板波紋填料金屬薄板Mellapak125Y/125X不銹鋼碳鋼鋁125-45/3098.5100250Y/250X2501545/309720035OY/35OX350-45/3095280500Y/500X500-45/3093400塑料薄板Mellapak125Y聚丙烯聚偏氯乙烯125-4598.537.5250Y25015459775陶瓷薄片KarapakBX陶瓷45063075550Melladur250-45--表レ5エ業(yè)常用波紋填料性能以及應(yīng)用范圍填料類型氣體負(fù)荷F/[(m/s)?(kg/m3嚴(yán)]每塊理論板壓降/Pa(mmHg)每米填料理論板數(shù)滯留量/%操作壓カ/Pa(mbar)填料適用范圍AX2.5?3.5約40(約0.3)2.521〇2?103(1-1000)要求處理量與理論板不多的蒸儈BX2?2.440(0.3)541〇2?1〇5(1-1000)熱敏性,難分離物系的真空精館CY1.3?2.467(0.5)1065xl03-105(5〇?100〇)理論板的有機(jī)物蒸儲(chǔ),限制髙度的塔塑料絲網(wǎng)波紋BX2?2.4約60(約0.45)約58?151O2-1O5(1?1000)低溫(<80℃)下,脫除強(qiáng)臭味物質(zhì)，回收溶劑Mellapak250Y2.25?3.5100(0.75)2.53?5>104(>100)中等真空度以上壓カ及有污染的有機(jī)物蒸僧,常壓和高壓吸收（解吸）。1.1.4塔型選擇一般原則1.141填料塔與板式塔比較塔主要有板式塔和填料塔兩種,它們都可以用作蒸像和吸收等氣液傳質(zhì)過(guò)程,但兩者各有優(yōu)缺點(diǎn),要根據(jù)具體情況選擇。表1-6填料塔和板式塔相比較由日填料金u垢ヰ也壩日散堆填料規(guī)整填料空塔氣速較小大比散堆填料大壓降較小小一般比填料塔大塔效率小塔效率高高（對(duì)大直徑無(wú)放大效應(yīng)）較穩(wěn)定，效率較高液氣比對(duì)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(jià)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1.1.4.2塔型選擇一般原則選擇時(shí)應(yīng)考慮的因素有:物料性質(zhì)、操作條件、塔設(shè)備性能及塔的制造、安裝、運(yùn)轉(zhuǎn)、維修等。1）下列情況優(yōu)先選用板式塔:a.塔內(nèi)液體滯液量較大,液相負(fù)荷較小，操作負(fù)荷變化范圍較寬,對(duì)進(jìn)料濃度變化要求不敏感,操作易于穩(wěn)定;b.含固體顆粒，容易結(jié)垢,有結(jié)晶的物料,因?yàn)榘迨剿蛇x用液流通道較大的塔板，堵塞的危險(xiǎn)較小;c.在操作過(guò)程中伴隨有放熱或需要加熱的物料，需要在塔內(nèi)設(shè)置內(nèi)部換熱組件,如加熱盤(pán)管,需要多個(gè)進(jìn)料口或多個(gè)側(cè)線出料口。一方面板式塔的結(jié)構(gòu)上容易實(shí)現(xiàn)，此外，塔板上有較多的滯液以便與加熱或冷卻管進(jìn)行有效地傳熱；

d.在較高壓カ下操作的蒸備塔仍多釆用板式塔。2）下列情況優(yōu)先選用填料塔:a.在分離程度要求高的情況下,因某些新型填料具有很高的傳質(zhì)效率,故可采用新型填料以降低塔的高度;b.對(duì)于熱敏性物料的蒸偏分離，因新型填料的持液量較小,壓降小,故可優(yōu)先選擇真空操作下的填料塔;c.具有腐蝕性且易發(fā)泡的物料,可選用填料塔。綜上，塔設(shè)備的選型可以依照下列順序:表L7塔型選用順序表考慮因素選擇順序塔徑 <800mm2800mm填料塔有降液管板式塔有強(qiáng)腐蝕性物料填料塔穿流式篩板塔固舌板塔污垢物料大孔篩板塔穿流式固舌板塔浮閥塔泡罩塔高彈性比浮閥塔泡罩塔篩板塔真空操作填料塔浮閥塔篩板塔泡罩塔斜噴式板塔大液氣比導(dǎo)向篩板塔

多降液管板式塔填料塔浮閥塔篩板塔條型泡罩塔液相分層穿流式填料塔塔主要有板式塔和填料塔兩種,它們都可以用作蒸慳和吸收等氣液傳質(zhì)過(guò)程,但兩者各有優(yōu)缺點(diǎn),要根據(jù)具體情況選擇。1.2醋酸乙烯酯精億塔的設(shè)計(jì)（T0303）T0303塔設(shè)計(jì)條件流股參數(shù)T0303是醋酸乙烯酯產(chǎn)品精儲(chǔ)塔，通過(guò)精修對(duì)重組分物料與醋酸乙烯酯進(jìn)行分離，是本工藝重要的設(shè)備之ー,因此以其設(shè)計(jì)計(jì)算作為塔設(shè)備設(shè)計(jì)范例非常具有代表性。T0303為醋酸乙烯酯產(chǎn)品精儲(chǔ)塔，利用回流使液體混合物實(shí)現(xiàn)高純度分離，從塔頂?shù)玫?9.9%的醋酸乙烯酯產(chǎn)品,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的提純，整個(gè)過(guò)程主要是傳質(zhì)過(guò)程。通過(guò)ASPEN模擬和優(yōu)化,得到T0303進(jìn)出口流股信息如下表所示。表!-8醋酸乙烯酯產(chǎn)品精儲(chǔ)塔流股情況Stream 進(jìn)料 塔頂出料塔底出料單位P03020UTTO3O3VTO3O3W從P0302TO3O3T0303至TO3O3E0305流股類型CONVENCONVENCONVEN最大相對(duì)誤差成本流$/secMIXED子流股相態(tài)LiquidVaporLiquid溫度C81.6734231878.0119385483.11468966

壓カbar1.61.2L4摩爾汽相分率010摩爾液相分率101摩爾固相分率000質(zhì)量汽相分率0]0質(zhì)量液相分率101質(zhì)量固相分率000摩爾焰J/kmol-342553751.2-311139173.4-348054988.7質(zhì)量烙J/kg-3981580.343-3616565124摩爾炳J/kmol-K-371293.5037-282113.5561-373303.9225質(zhì)量炳J/kg-K-4315.629037-3279.182129-4331.750112摩爾密度kmol/cum9.9034851070.0429708559.847561347質(zhì)量密度kg/cum852.04257653.696854942848.64851焰流量Watt-17995173.85-16017992.59-365683.3423平均分子量86.0346198686.0316826186.17854513摩爾流量kmol/hr189.1166734185.33433993.782333467C2H4kmol/hr0.1509450120.1509450121.67E-8902kmol/hr1.58E-061.58E-063.37E-132CH3COOHkmol/hr000VACkmol/hr188.7044303185.08740573.617024535H2Okmol/hr0.0071651560.0071651562.11E-47CO2kmol/hr0.0098458610.0098458611.95E-94C3H4Okmol/hr0.0250731360.0250731366.85E-17C3H6O2kmol/hr0.0041203070.0041203072.17E-16C4H8O2kmol/hr0.2031688150.0378598840.165308932CH3CHOkmol/hr0.0119232070.0119232078.93E-38摩爾分率C2H40.0007981580.0008144474.43E-90028.36E-098.53E-098.92E-133CH3COOH000VAC0.9978201650.9986676290.956294459H2O3.79E-053.87E-055.59E-48CO25.21E-055.31E-055.15E-95C3H4O0.000132580.0(X)1352861.81E-17C3H6O22.18E-052.22E-055.75E-17C4H8O20.0010743040.0002042790.043705541CH3CHO6.30E-056.43E-052.36E-38

質(zhì)量流量kg/hr16270.581115944.62511325.9559954C2H4kg/hr4.234575154.234575154.70E-8802kg/hr5.06E-055.06E-051.08E-130CH3COOHkg/hr000VACkg/hr16245.6474315934.2562311.3912337H2Okg/hr0.1290822930.1290822933.81E-46CO2kg/hr0.4333143680.4333143688.57E-93C3H4Okg/hr1.4057043121.4057043123.84E-15C3H6O2kg/hr0.3052300330.3052300331.61E-14C4H8O2kg/hr17.900456673.33569501514.56476166CH3CHOkg/hr0.5252549620.5252549623.93E-36質(zhì)量分率C2H40.000260260.000265581.44E-90023.11E-093.17E-093.31E-133CH3COOH000VAC0.9984675610.9993496930.955316786H2O7.93E-068.10E-061.17E-48CO22.66E-052.72E-052.63E-95C3H4O8.64E-058.82E-051.18E-17C3H6O21.88E-051.91E-054.94E-17C4H8O20.0011001730.0002092050.044683214CH3CHO3.23E-053.29E-051.21E-38體積流量cum/hr19.09597194313.0242740.384088338由設(shè)備內(nèi)流股條件查《腐蝕數(shù)據(jù)手冊(cè)》可得,以上四種介質(zhì)對(duì)碳鋼耐腐蝕性能優(yōu)良,考慮到綜合強(qiáng)度及經(jīng)濟(jì)性,選擇Q235B作為簡(jiǎn)體及封頭的材料。1.2.1.2設(shè)計(jì)溫度與設(shè)計(jì)壓カ根據(jù)GB150-1998,壓カ容器操作壓カ指壓力容器頂部氣相壓カ,對(duì)于T0303而言,為L(zhǎng)4bar。塔頂裝有安全閥，而安全閥的整定壓カ為正常操作壓力的1.05?1.1倍,設(shè)計(jì)壓カ應(yīng)高于或等于安全閥的整定壓カ。因此取設(shè)計(jì)壓カ為P=l.1*P^1.Ibar塔頂溫度為72C,體系溫度為85C左右,設(shè)計(jì)溫度需要比操作溫度高15?30℃,因此取設(shè)計(jì)溫度為120.8℃。121.3總板數(shù)與加料板的確定由Aspen模擬出的的理論板數(shù)為63塊，理論加料板位置為!5塊。

計(jì)算芟型塔板數(shù)計(jì)算芟型塔板數(shù)冷凝器再滿器有效用備收斂遣作規(guī)范圖!-10理論板數(shù)優(yōu)化史料流股名稱__塔板ー 営雙,P03020UT 「 !5j塔板上方圖!-11進(jìn)料板優(yōu)化塔型的選擇根據(jù)上一章節(jié)的說(shuō)明,選擇塔型為板式塔。設(shè)計(jì)條件匯總表1-9設(shè)計(jì)條件匯總表設(shè)計(jì)條件參數(shù)設(shè)計(jì)壓カ/MPa0.11設(shè)計(jì)溫度/七120.8實(shí)際塔板數(shù)63加料位置15塔體材料Q235B1.2.2塔體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)塔體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)該塔為VAC精億塔,氣液量均較大,釆用板式篩板塔。根據(jù)流體力學(xué)數(shù)據(jù),

液相負(fù)荷在140?200m3/h之間,根據(jù)表1-12給出的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),溢流類型選擇雙溢流。表!-10液體負(fù)荷與溢流類型的關(guān)系塔徑液體流量(m3/h)(mm)單溢流雙溢流四溢流2000<9090-160-3000<110110-200200-3004000<110110-230230-3505000<110110-250250-4006000<110110-250250-450在AspenPlus的SizingandRating中選擇TrayingSizing進(jìn)行板式塔設(shè)計(jì),選擇篩板塔,并設(shè)置板間距為0.61米。在AspenPlus的TrayingSizing中選擇Profile,得到表1-14所示的水力學(xué)數(shù)據(jù)。表1-11T0304TrayingSizingProfile塔板%降液管持液量(充氣)干板壓降側(cè)壁降液管體積barcum240.092673220.0082876690.072755893340.05985948O.(X)8264(X)70.072696268440.027319880.0082404880.072637141539.995053530.0082171120.07257851639.963058940.0081938760.072520373739.931334460.008170780.072462725839.899878030.0081478220.072405565939.86868760.0081250030.0723488871039.8377603