塔設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)

一、概 二、塔的設(shè)計(jì)規(guī) 三、塔的設(shè)計(jì)原 四、塔設(shè)備的選 五、反應(yīng)精餾塔T0104的設(shè) 精餾段和反應(yīng)段設(shè) 物性參 填料的選 工藝尺寸概 填料層水力學(xué)校 填料層附件設(shè) 反應(yīng)精餾塔精餾段及反應(yīng)段的設(shè)計(jì)結(jié) 提餾段計(jì) 初算塔 塔徑的初步核 塔板布置設(shè) 堰及降液管設(shè) 流體力學(xué)計(jì)算與校 反應(yīng)精餾塔提餾段的設(shè)計(jì)結(jié) 提餾段的水力學(xué)校 六、塔高的計(jì) 七、塔的強(qiáng)度校 八、接管設(shè) 塔器是氣—液—液間進(jìn)行傳熱、傳質(zhì)分離的主要設(shè)備，在本系統(tǒng)共有塔10個(gè)，其中一個(gè)是用于亞硝酸甲酯的再生的反應(yīng)精餾，一個(gè)用于甲醇吸收，一個(gè)用于MN提餾，其余7個(gè)用于精《鋼爐和壓力容器用鋼板 GB713—《鋼制化工容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)規(guī)定 HG/T20580—《鋼制化工容器材料選用規(guī)定 HG/T20581—《鋼制化工容器強(qiáng)度計(jì)算規(guī)定 HG/T20582—《鋼制化工容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)定 HG/T20583—《鋼制化工容器制造技術(shù)規(guī)定 HG/T20584—《化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)規(guī)定 HG/T20643—《壓力容器無(wú)損檢測(cè) JB4730—《鋼制壓力容器焊接工藝評(píng)定 JB4708—《鋼制壓力容器焊接規(guī)程 JB/T4709—《鋼制壓力容器產(chǎn)品焊接試板的力學(xué)性能檢驗(yàn) JB4744—《壓力容器用鋼鍛件 JB4726—觸，以獲得較高的傳質(zhì)效率；同時(shí)還應(yīng)保證塔設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性。為此，塔設(shè)備應(yīng)滿足以下基本要求：氣液兩相充分接觸，相際傳熱面積大生產(chǎn)能力大，即氣液相處理能操作穩(wěn)定，操作彈性大流體流動(dòng)阻力小，流體通過(guò)塔設(shè)備的壓降結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、耗用材料少，制造與安裝容易耐腐蝕和不易堵塞綜合考慮物料性質(zhì)、操作條件、塔設(shè)備的性能，以及塔的制蝕性較小；②無(wú)懸浮物；③常壓操作；④塔徑較大。便，但對(duì)于T0104反應(yīng)精餾塔，壓降不大，分離要求高，對(duì)產(chǎn)物的用板式。而對(duì)于甲醇吸收塔和MN提餾塔，則使用高效規(guī)整填效節(jié)能具體選擇結(jié)果如下表塔設(shè)備初選塔 選擇類 填料 板式 填料 填料加板式 板式 板式 板式 板式 板式 板式通過(guò)計(jì)算確定了塔徑、塔板數(shù)、塔高等參數(shù)，并對(duì)塔的其它參數(shù)進(jìn)行了選擇。塔設(shè)備的設(shè)計(jì)結(jié)果見(jiàn)塔設(shè)備一覽表。此處以T0104反應(yīng)精餾塔的設(shè)計(jì)為例。T0104亞硝酸甲酯的再生反應(yīng)，無(wú)需催化劑，常壓下，在就可以進(jìn)行反應(yīng)，是一個(gè)快速的氣相控制反應(yīng)熱反應(yīng)，從熱力學(xué)角度分析，降低溫度，增加壓力有利于反應(yīng)進(jìn)行反應(yīng)過(guò)程中生成的水可能會(huì)合

或MN反應(yīng)生成硝酸，亞少兩者接觸時(shí)間。因此亞硝酸甲酯再生反應(yīng)選擇反應(yīng)精餾塔為r0.384exp(19560)P1P0它的動(dòng)力學(xué)方

NO因此，在進(jìn)行T0104設(shè)計(jì)時(shí)我們把T0104分為3段，包括精餾酯，進(jìn)入到CO偶聯(lián)工段為了更好的使氣液兩相接觸，精餾段和精餾段和反應(yīng)段設(shè)物性參在設(shè)計(jì)中使用AspenPlus進(jìn)行模擬，計(jì)算得到精餾段和反應(yīng)段共為2～15塊理論板，現(xiàn)將精餾和反應(yīng)段各個(gè)理論板上的計(jì)算結(jié)果精餾和反應(yīng)段各理論板上的流量及物性數(shù)

流 流 流 72.5192775.23455152045.5550052.7203.9318 745.57025.8162750.301978 75.2345575.50183151422.8 204.7511 739.54565.7993960.297307 75.5018375.54093151286.8 204.7351 738.93945.7970250.296923 75.5409375.56782151194.8 204.6151 738.92335.7958540.296895 75.5678276.82653311052.4573008.6420.8951 5.8212330.296912 76.8265376.51398305379.8 413.6502 738.25615.7971250.293706 76.5139875.91122294624.6556580.9398.5288 739.28065.7592720.295265 75.91122 .6543332.9379.8502 740.75685.7122090.297924 75.13472 .9527854.3358.0558 742.61585.6560830.301407 74.1671872.96436248222.2510178.6333.2167 744.92715.5906090.305869 72.9643671.44976228486.1490442.6 0.311589 71.4497669.44546207185.9469142.5275.8328 751.12885.4376330.31894 69.4454660.91653188392.8450349.5 754.44945.4649730.328286 112.3613113.5219215373.6111228.2310.8095 692.94415.1732960.230299計(jì)算依據(jù)：AspenPlus模擬的T0104工藝liquidvaporMassflowfromMassflowvaporto6MolecularMolecularwtDensityliquidfromliquidfromvaportoliquidDensitySurfaceFoamingtoliquid-要滿足生產(chǎn)工藝的要求，又要使設(shè)備投資和操作費(fèi)用最低。塔效果尤為明顯。通過(guò)比較最終選①泛點(diǎn)氣速與空塔氣采用Bain-Hougen關(guān)聯(lián)式，可以計(jì)算填料的泛點(diǎn)氣液相質(zhì)量流量wL311052.4kg氣相質(zhì)量流量wv573008.606kg液相體積流量

420.895m3/h0.1169m3/氣相體積流量

98434.2375m3/h27.342m3/vL氣相密度5.8212kg/m3液相密度739.0259kgm3液相黏度0.297cpvL空隙率填料因子比表面積a125m2/重力加對(duì)金屬孔板波紋填料，常數(shù)A=0.291，K=1.75，得泛點(diǎn)氣速uF1.90m/況，對(duì)于易起的物系，泛點(diǎn)率應(yīng)取低限值，而無(wú)的物系，可以取較高的泛點(diǎn)率；二是填料塔的操作壓力，對(duì)于加壓操作的考慮到石油組分可近似看做無(wú)物系，且為加壓操作，取泛點(diǎn)率

故空塔氣速u1.33ms②氣相動(dòng)能因子氣相負(fù)荷F LL

③塔徑塔橫截④填料裝填計(jì)等板高HETP0.8m；理論板數(shù)NT13，則填料層高度ZHETPNT填料堆積設(shè)計(jì)高度Z'1.2Z12.48m填料裝填體積VZ'S填料裝填質(zhì)量MZ'S填料層h13HETP130.810.4m又因?yàn)樵撏愋偷奶盍系姆侄瓮扑]高度為6m，故分三段，第一段為4m第二段和第三段每一段為4.5m。⑤噴淋液體噴淋密度是指單位塔截面積上，單位時(shí)間內(nèi)噴淋的液體體積，單位是3（2·h料表面流動(dòng)的液膜上進(jìn)行的。要形成液膜，填料表面必須被液體充分潤(rùn)濕，而填料表面的潤(rùn)濕狀況取決于塔內(nèi)的液體噴淋密度以及填料材質(zhì)的表面潤(rùn)濕性U 21.4m3/(m2查詢《工業(yè)塔新型規(guī)整填料應(yīng)用手冊(cè)（主編，在060m3/（2h）潤(rùn)濕，和一定的操作余量。采用表面處理方法，改善其表面的潤(rùn)濕性能。⑥塔板對(duì)于125X金屬孔板波紋填料，查詢規(guī)整填料的性能參數(shù)，米填料層的壓

p1.3104MpaZ工作狀態(tài)下，填料層總壓降p22.51.3104⑦持液所積存的液體體積，以（m3液體/m3填料，%）表示，持液量可分為持液量使用Leva關(guān)聯(lián)式進(jìn)行總持液

H

0

00.1169 0.015m3液體/0.1169 D 利用Cuptower，對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行水力學(xué)校規(guī)整填料工藝參數(shù)詳127384952/1/20211:0561234567891%2345678/91/6m2/7m38%4%9/5°FPa00.3-1/23填料層附件設(shè)分布器一般分為兩類：①液體自流式；②液體受壓進(jìn)料式。通過(guò)對(duì)（重力推動(dòng)）排管式（壓力推動(dòng)）排管式、環(huán)管式（圓形升氣管）孔盤式（矩形升氣管）孔盤式、堰盤式、堰槽式7種通用型典型的液體分布器性能對(duì)比，最終選定采用噴淋密度圍2.5~125m3m2h)、適用于大塔徑、高處理能力的堰槽式液體布器，堰槽式液體分布器還有諸如堵塞可能性小、對(duì)氣流阻力小、分布受腐蝕的能力小、分布質(zhì)量較好的優(yōu)點(diǎn)，堰槽式液體分布器的缺點(diǎn)在于其受不水平度的影響很大，需要在安裝時(shí)嚴(yán)格保證水平，并且做好固定設(shè)施。按一般要求，設(shè)計(jì)保證水平度最大偏差不大于5m負(fù)荷較大，且要保證一定的余量。在塔間進(jìn)料位置，因進(jìn)料負(fù)荷量更大，適當(dāng)加高堰槽高度和材料強(qiáng)度。體分布器等直接向廠家。液體收集與再分布裝計(jì)算得到的填料裝填高度13m，因此將填料層分為3段；其中精餾段填料高度4m；反應(yīng)段填料高度9m，分為2段每段4.5m。3段填料層需要2套液體收集與再分布裝置液體再分布器由集液器與常規(guī)液體分布器組合而得，無(wú)論是簡(jiǎn)效果，而且氣流通量大，阻力小，很適用于大塔徑。液體收集裝置選用遮板式液體收集器，液體收集器需要從人孔組裝成整體。對(duì)于我們大直徑、大液量的填料塔，采流式結(jié)由橫槽導(dǎo)液管流入再分布器。填料支撐填料支撐的基本要求充滿液體的重量及可能加到裝置上沖擊壓力的總和。②支撐裝置的自由流動(dòng)凈截面面積應(yīng)是塔截面積的65%，或更振動(dòng)的和熱的沖擊負(fù)荷，影響塔的操作。規(guī)整填料常用的填料支撐的尺寸和負(fù)荷如下表的支撐，其空隙率比較大，采用金屬材料，其空隙率在95%~97%范格柵板材質(zhì)為不銹鋼，高度h＝65mm，格柵板支撐在塔體的支撐圈上，支撐環(huán)寬度B＝76mm。填料床層固定裝對(duì)于規(guī)整填料的固定，需要結(jié)合床層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來(lái)設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)幾乎不影響氣液流動(dòng)和分布。在通過(guò)兩相的密切接觸和分離以促進(jìn)相見(jiàn)組分的傳遞，達(dá)到液止排出的氣體夾帶吸收或有用組成成分的小液滴。對(duì)于應(yīng)用排出塔頂，依舊會(huì)在冷凝器中冷卻，再次回流到精餾塔中。由于塔填料是一個(gè)低壓降的傳質(zhì)設(shè)備,依靠氣相的自分布在填料塔內(nèi)很難達(dá)到均勻分布。尤其對(duì)于大型的填料塔,一旦氣相在塔內(nèi)分布不均勻,勢(shì)必影響到大型填料塔的分離或傳熱效果。對(duì)于大型大型精餾塔常用的再沸器為熱虹吸式再沸器，再沸氣體從塔底排列的導(dǎo)氣板，向動(dòng)，再?gòu)乃闹胁可仙?，達(dá)到均勻分布的目氣相流量液相流量液體表面張力液體表面張力液體粘度填料外徑比表面積a空隙率0.985m3個(gè)數(shù)53500個(gè)干填料因子a130.8m-濕填料因子130.8m-塔徑泛點(diǎn)氣速泛點(diǎn)氣速單位壓降Z填料層總壓降總持液量

1.3104支承 圓筒液體分布 槽式分布提餾段計(jì)我們選用了篩板。在設(shè)計(jì)中使用AspenPlus進(jìn)行模擬，計(jì)算得到提餾段為塊塔板，現(xiàn)將精餾段各個(gè)理論板上的計(jì)算結(jié)果列于下

量

流

度

113.5219113.8752 310.6373 689.98015.1125350.229818 113.8752114.0712 310.1639 689.03585.0842620.229825 114.0712114.3781 309.2841 688.88815.0562250.229767 114.3781115.4148 306.2087 4.9784160.229492①氣相平均流量和平均密V21536.98m3/h5.982m3/vv②液相平均流量和平均密L309.073m3/h0.08585m3/L689.407kg/L③液相平均表面張力和粘19.7789dyne/初算塔令HT0.8m，假設(shè)hL0.08m， HThLL

又LVV

Smith泛點(diǎn)關(guān)聯(lián)得C20

Smith0 19.77890則氣相負(fù)荷因CC2020

689.407所以允許有689.407LL

1.392m/選取表觀空塔氣速u0.8umax0.81.3921.1139m所以初算塔徑D又因?yàn)榫s段和反應(yīng)段的塔徑為5m,考慮實(shí)際D

4取lw0.7D0.753.5m，A0.09A HV 所以WGAHV

0.33496m/則霧沫夾帶

停留時(shí)HTL

0.81.7662516.46根據(jù)以上兩步核算的結(jié)果，可認(rèn)為塔徑D5m是合適（1）塔板結(jié)構(gòu)現(xiàn)將不同降液管的對(duì)比列于下表：表7.9不同降液管的對(duì)件

綜合以上條件，選取弓形降液管

的布置方式有以下幾種形式：U型流、單流型、雙流型、階梯流型。下表列出了溢流類型、塔徑、液體負(fù)荷之間的關(guān)系液體流量（m3U745119011110111101111011110由于反應(yīng)精餾塔精餾段液體流量為309.073m3h，而初步計(jì)算塔徑為5m，所以選擇階梯式雙溢流型。堰及降液管設(shè)堰的設(shè)堰長(zhǎng)w7D75m則L則w 2w

查《化工原理》第二版第164頁(yè)流體收縮系數(shù)圖得E1.01

Lw則堰上清液層高度how1000Elw

由于0.006m<how0.06m，所以采用平堰堰高h(yuǎn)whLhow0.080.0568 ，圓整后得hw0.03m所以板上清液層高度h'h 0.03 因?yàn)樗詇L的假設(shè)合液面梯查弓形寬度與面積得弓形降液管管寬Wd0.15D則平均溢流寬度blwD3.55 液體流道長(zhǎng)度Z1D2Wd520.75塔板上鼓泡層高度hf)則液面梯度)

)2 (1000bh 液面梯度較小，可以忽略降液管的面積A

降液管管寬Wd0.15D假設(shè)h0比hw則降液管底部距下一板的間hohw0.01篩孔按正三角形排列，取篩孔直徑d05mm，則孔中心距t

得開(kāi)孔率A0/Aa取外堰前的安定區(qū)Ws

邊緣區(qū)的

Wc xDWW50.080.75 rD

2.50.06x1.67 查開(kāi)孔區(qū)面積

所以開(kāi)孔面積

a

所以篩孔數(shù)n1.155Aa氣體通過(guò)閥孔的氣速

流體力學(xué)計(jì)算與校取板厚0.004md0查干篩孔的流量系數(shù)得C0

所以

0.0512(u0)2

0.0512(

)2

0.0426m液 c塔板壓c

19.164查有效液層阻得液層有效阻力hl

所以氣體通過(guò)塔板的總壓降hphlhc0.0460.04260.0886m液h 0.002325m液柱

(0.0056+0.13hL(0.0056+0.13hL-h

4則K1.771.5，無(wú)漏液hf2.5hL2.50.08則霧沫夾帶He 57 H 所以符合要求液泛校L2 L2hd0.1534l w0HdhLhdhp0.08因?yàn)橐旱南鄬?duì)密度為所以Hdh0.1830.030.275m 所以不可能產(chǎn)生降液管內(nèi)液提餾段H4HETP40.8反應(yīng)精餾塔提餾段的設(shè)計(jì)結(jié)氣相流量液相流量液體表面張力液體粘度塔徑塔板間距空塔氣速堰長(zhǎng)堰高板上清液層高度hL降液管底與板距離h0孔徑d孔間距開(kāi)孔區(qū)邊緣與塔壁距離開(kāi)孔區(qū)邊緣與堰距離孔數(shù)開(kāi)孔率開(kāi)孔面積穩(wěn)定系數(shù)0.0886m液降液管內(nèi)清液層高度0.183m液霧沫夾帶05.2.7提餾段的水力學(xué)校#—12開(kāi)孔率#—篩孔?；拘?728394#—#51#—6普通篩工藝設(shè)計(jì)條液氣17283945/6//塔板結(jié)構(gòu)參1m6#2m738/249/平5%溢流區(qū)尺1%2%3m4m5m6m7m8m9mmmmm普通篩孔參1m52m63748工藝計(jì)算結(jié)正常操120%操80%操12345678相對(duì)kg液/100kg---9m^3/(h/mmmm液m液m液kg液/kg%msm液/s負(fù)荷123-4-55%漏液時(shí)動(dòng)能因610%漏液時(shí)動(dòng)能因-X液相體積流量 B Y單流程塔 雙流程塔雙流程塔（1）人孔的選在每段填料的上、下方各設(shè)一個(gè)人孔，塔底設(shè)一個(gè)人孔，選擇N600的標(biāo)準(zhǔn)圓形人孔。人孔中心高度一般比操作平臺(tái)高0.8－1m，不宜超過(guò)1.5m。取填料層上方人孔中心距槽式分布器上緣0.85m封頭直邊下緣1m；填料下方人孔中心距離塔板0.8m，距填料下緣0.8m；塔底人孔中心距最后一塊塔板下緣1。（2)塔頂空查閱資料知，塔頂空間Ha＝1.2－1.5m，取塔頂空間（不含封頭高度塔底空式塔的板間距確定，一般不小于相應(yīng)的板間距。取該距離為0.8m。塔底貯液面高度：取塔底停留t=3min，液體體積流量為2.50183m3/min，則塔底貯液面高度為h＝VS*t/(πD2/4)=2.50183×塔底空間封頭的選選擇標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，封頭高塔H133.21.21.8860.91.921.25227.236m用SW6對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行校板式+1名義厚度腐蝕裕量22圓筒長(zhǎng)度123456789圓筒度(立(臥120234567891234541234512345000000000233置IA7度5風(fēng)載及載1－1(頭操作質(zhì)量m0m01m02m03m04m05ma最小質(zhì)量m0m010.2m02m03m04ma風(fēng)彎 II 2 nMca(I)MII(2/T)2Ym(hh)(h knMca(II)MII(2/T)2 m(hh)(h T kkMIIMII組合風(fēng)彎矩 max(MII,(MII)2(MII)2 nMIIF(hh注:計(jì)及高振型時(shí),B.24 kMeme00000 max(MIIM,MII0.25MIIM 需橫風(fēng)向計(jì)算時(shí) max(MIIM,MII0.25MIIM (D4D4Zb (D2D2基礎(chǔ)環(huán)板面積Ab 4基礎(chǔ)環(huán)板計(jì)算力矩max(MC b2,MC l2 x y 00 b 0.