典型塔設(shè)備初步設(shè)計(jì)說(shuō)明書

2xxxx典型塔設(shè)備初步設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第二章設(shè)備選型 6 第三章塔設(shè)備設(shè)計(jì)工藝計(jì)算 10 數(shù) 10 第四章塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)的工藝設(shè)計(jì) 17 第五章工藝設(shè)備校核 23 35.1.2板上充氣液層阻力 235.1.3表面張力造成阻力 23 45.2.2板上液層高度 24 第六章塔設(shè)備機(jī)械設(shè)計(jì) 273xxxx典型塔設(shè)備初步設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第七章水壓試驗(yàn) 294第一章總論裝置的產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量、生產(chǎn)能力和消耗定額,以及“三廢”處理和環(huán)境保護(hù)等在石油煉廠和化工生產(chǎn)裝置中,塔設(shè)備的投資費(fèi)用占整個(gè)工藝設(shè)備費(fèi)用的25.93%。塔設(shè)備所耗用的鋼材料重量在各類工藝設(shè)備中所占的比例也較多,例如在年產(chǎn)250萬(wàn)噸常壓減壓煉油裝置中耗用的鋼材重量占62.4%,在年產(chǎn)60~1201.2設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一座乙二醇與二甘醇的分離塔，用于分離乙二醇的二甘醇，分離得到的乙二醇從塔頂流出，已經(jīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求的純度，直接作為產(chǎn)品進(jìn)行銷售而二甘醇從塔底獲得，得到的二甘醇送入二甘醇提純塔進(jìn)行提純。工藝參數(shù)如下表設(shè)計(jì)參數(shù)及要求工作壓力/MPa塔體內(nèi)徑/mm設(shè)計(jì)壓力/MPa塔高/mm000工作溫度/℃設(shè)計(jì)壽命/a設(shè)計(jì)溫度/℃浮閥(泡罩)規(guī)格/個(gè)數(shù)—介質(zhì)名稱混合物浮閥(泡罩)間距mm—/(kg/m3)保溫材料厚度/mm5xxxx典型塔設(shè)備初步設(shè)計(jì)說(shuō)明書設(shè)計(jì)基本地震加速度0.2g保溫材料密度/(kg/m3)N/m2)塔盤上存留介質(zhì)層高度/mm-抗震設(shè)防烈度8殼體材料Q345R場(chǎng)地類別Ⅱ塔形裙座材料Q245塔板數(shù)目/個(gè)偏心質(zhì)量/kg-塔板間距/mm偏心距/mm--地面粗糙度(類)B6xxxx典型塔設(shè)備初步設(shè)計(jì)說(shuō)明書第二章設(shè)備選型2.1塔型的類型與選擇塔主要有板式塔和填料塔兩種,它們都可以用作蒸餾和吸收等氣液傳質(zhì)過(guò)程,塔內(nèi)裝有一定數(shù)量的塔盤,是氣液接觸和傳質(zhì)的基本構(gòu)件;屬逐級(jí)(板)接觸的氣液傳質(zhì)設(shè)備;氣體自塔底向上以鼓泡或噴射的形式穿過(guò)塔板上的液層,使氣液相密切接觸而進(jìn)行傳質(zhì)與傳熱;兩相的組分濃度呈階梯式變化。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填料塔板式塔徑體再分布的問(wèn)題壓力降壓力較小，較適于要求壓力較小的場(chǎng)合壓力降一般比填料塔大空塔氣速空塔氣速較大空塔氣速大塔效率徑增大,效率常會(huì)下降效率較穩(wěn)定,大塔板效率比小塔板有所提高液氣比對(duì)液體噴淋量有一定要求適用范圍較大持液量小大7xxxx典型塔設(shè)備初步設(shè)計(jì)說(shuō)明書安裝檢安裝檢修材料造價(jià)宜,直徑增大,造價(jià)顯著增加質(zhì)量較容易一般用金屬材料直徑大時(shí)一般比填料塔造價(jià)低較小較困難可用非金屬耐腐蝕材料大板式塔優(yōu)于填料塔。m小、傳質(zhì)效率高等性能。因此實(shí)際過(guò)程中,吸收、解吸和氣體洗滌過(guò)程絕大多數(shù)、(1)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;8xxxx典型塔設(shè)備初步設(shè)計(jì)說(shuō)明書(2)對(duì)于熱敏性物料的蒸餾分離,因新型填料的持液量較小,壓降小,故可優(yōu)先選塑料等;感,操作易于穩(wěn)定;(3)含固體顆粒,容易結(jié)垢,有結(jié)晶的物料,因?yàn)榘迨剿蛇x用液流通道較大危險(xiǎn)較小;(4)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;作的蒸餾塔仍多采用板式塔。綜合考慮，本項(xiàng)目乙二醇與二甘醇的分離塔采用板式塔。2.2塔盤的類型與選擇根據(jù)塔板上氣、液兩相的相對(duì)流動(dòng)狀態(tài),板式塔分為穿流式和溢流式。目前的物料及其操作條件多種多樣,為了適應(yīng)各種不同的操作要求,迄今已開(kāi)發(fā)和使能比較列表如下:表1-2幾種主要踏板的性能比較9xxxx典型塔設(shè)備初步設(shè)計(jì)說(shuō)明書適適用場(chǎng)合特別容易堵塞的物系板阻力大、處理能力小分離要求高、負(fù)荷變化大分離要求高、塔板數(shù)較多分離要求較低的閃蒸塔小浮板易脫落、效率較低寬塔板效率高結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、塔板阻力缺點(diǎn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高、塔優(yōu)點(diǎn)較成熟、操作穩(wěn)定塔盤類型泡罩板分離要求較低的減壓塔易堵塞、操作彈性較小操作彈性窄、效率低壓降小、處理量大浮閥易脫落浮動(dòng)噴射板舌型板浮閥板篩板從以上各圖可以看出:浮閥塔在蒸汽負(fù)荷、操作彈性、效率和價(jià)格等方面都力可比圓形泡罩塔盤提高20%~40%。幾乎不變,因之能在較寬的流量范圍內(nèi)保持高效率。它的操作彈性為3~5,比篩(3)塔板效率高由于氣液接觸狀態(tài)良好,且蒸汽以水平方向吹入液層,故霧沫較高,一般情況下比泡罩塔高15%左右。國(guó)內(nèi)已采用的浮閥,其中常用的是V-1型和V-4型。浮閥塔盤操作是的氣液流程和泡罩塔相似;蒸汽自閥孔上升,頂開(kāi)發(fā)片,穿過(guò)環(huán)形縫隙,以水平方向吹入液速范圍內(nèi)自由調(diào)節(jié)、生姜,以保持穩(wěn)定操作。xxxx典型塔設(shè)備初步設(shè)計(jì)說(shuō)明書第三章塔設(shè)備設(shè)計(jì)工藝計(jì)算3.1塔設(shè)備的初步設(shè)計(jì)3.1.1設(shè)計(jì)思路與底部空間的高度,裙座高度。2、塔徑的計(jì)算裝置的有關(guān)條件→給定塔板設(shè)計(jì)條件→準(zhǔn)備事項(xiàng)→確定塔徑溢流區(qū)的設(shè)計(jì)→氣液接觸區(qū)的設(shè)計(jì)→各項(xiàng)校核計(jì)算3、塔內(nèi)件的設(shè)計(jì),主要是塔盤的工藝和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。此外還有塔的進(jìn)出口、防焊操作環(huán)境中主要存在乙二醇和二甘醇,其質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和大于99%?？紤]到壓力、溫度較低,初步選用碳鋼材料。查《腐蝕數(shù)據(jù)手冊(cè)》得碳鋼在以上介質(zhì)中的在aspen模擬中,工藝采用的工作壓力為pw=0.1MPa,設(shè)計(jì)壓力取最高工。p=1.1pw=1.1×0.1=0.11MPaxxxx典型塔設(shè)備初步設(shè)計(jì)說(shuō)明書Aspen模擬進(jìn)行了塔結(jié)構(gòu)的初步計(jì)算,符合最大塔板塔徑為2.61m,浮閥塔,塔塔液相溫度/氣相溫度/氣相質(zhì)量流液相體積流氣相體積流板量量量量數(shù)KKkg/hrkg/hrcumseccumse605160208.60510.017626618822819232855.145460222.69320.009618893839220632870.273560237.82130.00962362440673632886.584660254.13230.0096286753687332904.247960271.79570.009634162767369832922.813660290.36140.009639952879835132943.774160311.32190.009646476985194332966.287360333.83510.009653490794332992.260260359.8080.009661564835133021.039660388.58750.00967052075137561946.621360388.38630.01814281027542761946.476860388.24180.01814277372769961946.475860388.24080.01814277369998561946.838660388.60370.0181429798572161947.847960389.6130.01814321292181261950.335260392.10030.01814409xxxx典型塔設(shè)備初步設(shè)計(jì)說(shuō)明書1283761955.84960397.61420.0181457123700161967.668160409.43330.0181493960112261993.159160434.92420.0181573392236262047.87760489.64210.0181743856260262166.111160607.87610.0182112280227762426.082660867.84750.018292377752663019.768761461.53350.018477882682764472.282762914.04760.0189341732782762914.04760.000459963續(xù)塔板數(shù)塔板數(shù)液相密度氣相密度液相粘度氣相年度力kg/cumkg/cumN-sec/sqmN-sec/sqmN/m1948.827109350.000526770.032703582948.801904610.000526780.032702793948.774817150.000526780.032701934948.745582840.000526780.032701015948.713889870.000526790.03276948.67935940.000526790.032698917948.64153230.00052680.032697718948.599847830.00052680.032696389948.55364580.000526810.0326949948.501787140.000526810.03269324948.441329960.000526820.03269129948.441205650.000526820.03269129948.440941670.000526820.03269128948.440203070.000526820.03269125xxxx典型塔設(shè)備初步設(shè)計(jì)說(shuō)明書948.948.438959948.436172948.430766948.419584948.394783948.34157948.226287947.971184947.379655945.854028941.0434370.032691210.032691110.032690930.03269060.03268980.032688090.032684360.032676040.032656320.032602790.032401820.000526820.000526820.000526820.000526830.000526830.000526840.000526850.000526880.000526940.000527090.0005271635491838489243155812123.2塔筒體工藝計(jì)算Aspen據(jù)計(jì)算中基本數(shù)據(jù)可以求得計(jì)算所用數(shù)據(jù),具體計(jì)h式中式中C由計(jì)算，其中的由書中圖像查取，圖的橫坐標(biāo)為：xxxx典型塔設(shè)備初步設(shè)計(jì)說(shuō)明書√=√=??塔徑塔徑D/m0.3-0.50.5-0.80.8-1.61.6-2.02.0-2.4>2.4板距HT200-300300-350350-450450-600500-800≥600HT-hL=600-70=530mm?=???0.2=0.11×57.90.2=0.1361因此202020=0.87=0.87xxxx典型塔設(shè)備初步設(shè)計(jì)說(shuō)明書????=?√??????=0.1361×=2.74m/s?=0.8?=0.8×2.74=2.19?/?m/s????=√=2.40????=?2=×2.42=4.5216?2?44?10.75?4.5216?=?==?4.5216??2.3774=?2.74???3.3塔高的估算塔高的估算公式為:?=?+?+?123xxxx典型塔設(shè)備初步設(shè)計(jì)說(shuō)明書H=H+H+H=2+18+2=22m123xxxx典型塔設(shè)備初步設(shè)計(jì)說(shuō)明書第四章塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)的工藝設(shè)計(jì)4.1塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算4.1.1流型選擇表塔徑(塔徑(mm)流體流量(cum/h)單溢流雙溢流----90-160-200-300000230-350250-4000250-450mxxxx典型塔設(shè)備初步設(shè)計(jì)說(shuō)明書Lw.24=1.68m管面積由《化工原理(下)》(葉世超等編.科學(xué)出版社)圖弓形降液管的AWdDxxxx典型塔設(shè)備初步設(shè)計(jì)說(shuō)明書般要求不應(yīng)小于3-5s，而對(duì)高壓下操作的塔以及易起泡的物系，停留時(shí)間應(yīng)更AH0.40690.6t=fT==s12.92s>3-5s?0.0189)0.25?0.0189)0.251.680.25??20.01892?=0.00284?(?)3=0.00284×1.04×()3=0.0002?????1.68???xxxx典型塔設(shè)備初步設(shè)計(jì)說(shuō)明書hwhlhow0.0699m=0.0375?=1.68×=0.0375?=1.68×?4.2塔板布置及浮閥數(shù)目與排列4.2.1浮閥數(shù)的確定取閥孔動(dòng)能因子F0=10?√????==√2.76=6.02?√??VπN=400=1464.98≈1464=?4??2=1464.98≈1464=?4??2??×0.0392×6.024xxxx典型塔設(shè)備初步設(shè)計(jì)說(shuō)明書=0.7，查圖得??=0.7，查圖得??已知?????WdD.15×2.40=0.36m?2+??=2[?√?2+??=2[?√?2???)]?????=1.2?0.36?0.07=0.77m?=2???=???=???=1.15m?2+??2+?)]=0.6003?2????′=?=??1465×==??1465×????==?0.785×0.0392??==?0.785×0.0392×???24?xxxx典型塔設(shè)備初步設(shè)計(jì)說(shuō)明書??=??√??=6.02×√2.76=10.00?=×100%=?2×100%=12.03%孔率合適。??xxxx典型塔設(shè)備初步設(shè)計(jì)說(shuō)明書第五章工藝設(shè)備校核5.1塔板壓降的校核到塔低的操作壓力故，此壓力降數(shù)據(jù)是決定蒸餾塔塔底溫度的主要依據(jù)。hp=hc+hl+hσ??11?=10.53=10.53=6.03??11??1.8252.761.825????≥????=5.34????2=5.34×2.76×6.032=0.0046??2??2×1118×9.815.1.2板上充氣液層阻力本設(shè)備分離液相為碳?xì)浠衔?，可取充氣系?shù)為ε=0.45。??=?0??=0.45×0.07=0.0315?5.1.3表面張力造成阻力此阻力很小，忽略不計(jì)。因此，與氣體流經(jīng)一層浮閥塔板的壓強(qiáng)降所相當(dāng)?shù)囊褐叨葹?????=?+?+?=0.0046+0.0315?????????=???=0.036×1118×9.81???xxxx典型塔設(shè)備初步設(shè)計(jì)說(shuō)明書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(jì)算?????=?+????與氣體通過(guò)塔板的壓強(qiáng)降所相當(dāng)?shù)囊褐叨萮p=0.0361m液柱。因不設(shè)進(jìn)口堰，則?20.01892?=0.153(?)=0.153×()?20.01892?????1.68×0.04015.2.2板上液層高度??=???=?+?+?=0.0361+0.07+0.0901=0.1962?????取降液管中泡沫層相對(duì)密度?=0.6???(?+?)=0.6×(0.6+0.0699)=??????≤?(????5.3霧沫夾帶的校核xxxx典型塔設(shè)備初步設(shè)計(jì)說(shuō)明書+1.36?????+1.36?????×100%?????及?′=√0.78??????=?2?=2.402×0.36=1.68????=?2?=4.52162×0.4069=3.7078?2???取物性系數(shù)為?=1.0，查得泛點(diǎn)負(fù)荷因子??=0.1，求得+1.36×0.0189×1.68+1.36×0.0189×1.681118?2.76×100%=65.89%?=1×0.110.53×?′=010.53×?′=0.78×1×0.1×6上述兩式泛點(diǎn)率都在80%以下，故故霧沫夾帶量能夠滿足?<0.1??/??的要求。?已知，動(dòng)能因數(shù)?0=11.82>5，不會(huì)發(fā)生嚴(yán)重漏液。板間距HT/m0.60xxxx典型塔設(shè)備初步設(shè)計(jì)說(shuō)明書塔板形式單溢流降液管um/s)2.6680溢流堰長(zhǎng)LW/m1.57高HW/m0.0684液層高度hL/m0.0315臨界閥孔氣速0.2257uoc/(m/s)孔心距t/m0.07365指同一橫排的孔心距m指相鄰二橫排的中心線距離板壓降Δp/pa394.83液體在降液管內(nèi)的停留12.92mxxxx典型塔設(shè)備初步設(shè)計(jì)說(shuō)明書第六章塔設(shè)備機(jī)械設(shè)計(jì)塔體和封頭都選用Q345R，取焊接接頭系數(shù)為0.90，在厚度為3~16mm時(shí)，溫度在0~150℃之間，屈服極限??L=325???，許用應(yīng)力?=131???。塔徑??=2400??，選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，則?=1。??0.11×24002[?]????2×131×0.902[?]????2×131×0.90?0.11?取腐蝕余量為?2=2??，得到??=?+2=3.1201???考慮到鋼板負(fù)偏差?1=0.3??及鋼材的標(biāo)準(zhǔn)系列，取筒體和封頭的名義厚度均為??=6?????=??2?0.3=?