3-设备设计说明书

中煤陕西10万吨/年醋酸乙烯、副产6千吨食品级二氧化碳项目典型设备设计说明书团队名称：酯向未来指导老师：汪广恒 李建伟 刘国阳 张亚婷 余翔团队人员：张豪豪 杜志鹏 沈磊 张欢 张娜娜中煤陕西10万吨/年醋酸乙烯、副产6千吨食品级二氧化碳项目目录第一章 总述11.1过程设备的基本要求11.2过程设备设计的作用11.3过程设备设计与选型的主要内容1第二章 塔设备设计32.1塔设备设计依据32.2塔设备设计要求32.3塔设备的类型与选择42.3.1塔的类型42.3.2塔的选择原则52.4塔设备简介82.4.1板式塔82.4.2填料塔112.5塔工艺结构设计（以T0201为例进行设计）192.5.1塔的具体选择192.5.2塔体工艺结构计算202.5.3塔填料装填与水力学校核242.5.4塔内部构件设计392.5.5水洗塔结构设计442.6 塔机械强度校核及设备条件图48第三章 反应器的设计663.1 反应器设计依据663.2 概述663.3 反应器选型原则663.3.1 固定床反应器673.3.2 移动床反应器683.3.3 流化床反应器683.4 反应器的设计693.4.1 化学反应过程693.4.2 反应条件选择743.4.4 设计数据和工作参数763.4.5 物料衡算和热量衡算及结果763.4.6 列管式固定床反应器结构的计算783.4.7 反应器设计结果一览表及设备条件图893.4.8反应器机械校核91第四章 换热器设计1114.1换热器设计依据1114.2换热器类型简介1114.3换热器选型原则1144.4换热器选型软件1194.5选型示例1204.5.1换热器选型参数设计1204.5.2换热器选型结构设计1254.5.3换热器详细尺寸1314.5.4换热器E0405设计小结表1324.5.5换热器强度校核1334.5.6换热器条件图1534.6各换热器选型结果汇总153第五章 泵的选型1545.1概述1545.2选型依据1545.3选用原则1545.4选型的具体操作1595.5选型示例以P0202A/B为例1615.5.1选型条件1625.5.2所需扬程H计算1625.5.3新型泵的应用1675.5.4泵选型一览表169第六章 压缩机设计1706.1概述1706.2选型依据1706.3设计原则及要求1706.3.1压缩机的分类1706.3.2 压缩机的选型原则1716.3.3 压缩机的适用范围1726.4压缩机选型设计1726.4.1工艺条件1726.4.2工艺计算C0203压缩机的计算1746.4.3一种压缩机降噪结构的应用1746.4.4压缩机选型一览表176第七章 储罐选型设计1777.1储罐选型依据1777.2储罐选型原则1777.2.1立式平底筒形储罐的选型方法1787.2.2球形储罐的选型方法1787.2.3储罐分类及存储量的确定1787.2.4储罐设计的一般程序1797.2.5储罐安全设置措施1807.3储罐设计举例1817.3.1醋酸乙烯产品储罐1817.3.2醋酸原料储罐1827.4混合罐1837.5回流罐1837.5.1 T0401脱气塔回流罐1837.6储罐设计一览表184第八章 气液分离器设计1858.1设计依据1858.2气液分离器类型1858.2.1立式和卧式重力分离器1858.2.2立式和卧式丝网分离器1858.3设计目标1868.4气液分离器的设计以V0402为例1868.4.1分离器气速1878.4.2创新性应用1908.4.3设备一览表192第一章 总述1.1过程设备的基本要求过程设备最基本的要求是满足安全性与经济性，安全是核心，在充分保证安全的前提下尽可能做到经济。经济性包括经济的制造过程，经济的安装、使用与维护，设备的长期安全运行本身就是最大的经济。在满足工艺要求的前提下，为了确保安全与经济，过程设备应满足以下基本要求。首先，结构合理，安全可靠。过程设备上所有部件都必须有足够的强度、刚度和稳定性，可靠的密封性和一定的耐久性。其次，设备必须具有先进的技术经济指标，技术经济指标是衡量过程设备优劣的重要参数。再次，运转性能好，操作简单，运转方便；最后，还要具有优良的环境性能。上述要求很难全部满足，设计选用时应针对具体问题具体分析，满足主要要求，兼顾次要要求。1.2过程设备设计的作用设备工艺设计是工程设计的基础。化工设备从工艺设计的角度可以分为两类：一类是标准设备或定型设备，是成批、成系列生产的设备，并可以从厂家的产品目录或手册中查到其规格及型号，可直接从设备生产厂家购买；另一类是非标设备或称非定型设备，是根据工艺要求、通过工艺计算及设备专业设计人员设计、需要专门设计的特殊设备，然后由有资格的厂家制造。1.3过程设备设计与选型的主要内容（1）确定单元操作所用设备的类型。这项工作应与工艺流程设计结合起来进行。（2）确定设备的材质。根据工艺操作条件（温度、压力、介质的性质）和对设备的工艺要求确定符合要求的设备材质。这项工作应与设备设计专业人员共同完成。（3）确定设备的设计参数。设备的设计参数是由工艺流程设计、物料衡算、热量衡算、设备的工艺计算多项工作得到的。对不同的设备，它们有不同的设计参数。对塔设备，需要确定进出口物料的流量、组成、温度、压力、塔径与塔的材质、填料类型与填料高度或塔板类型与塔板数等，对于精馏塔还要确定塔顶冷凝器和塔底再沸器的热负荷、换热流体的种类等；对换热器，则需要知道热负荷、换热面积、；冷热流体的种类及流量。（4）确定定型设备（即标准设备）的型号或牌号以及数量。定型设备是一些加工厂成批、成系列生产的设备，即那些可以直接向生产厂家订货或购买的现成设备。对已有标准图纸的设备，确定标准图的图号和型号。随着中国化工设备标准化的推进，有些本来用于非标设备的化工装置，已逐步走向系列化、定型化。这些设备包括换热器系列、容器系列、搪玻璃设备系列以及圆泡罩、F1型浮阀和浮阀塔塔盘系列等，它们已经有了国家标准。（5）对非标设备，向化工设备专业设计人员提出设计条件和设备草图，明确设备的型式、材质、基本设计参数、管口、维修安装要求、支承要求及其他要求（如防爆口、人孔、手孔、卸料口、液面计接口等）。（6）编制工艺设备一览表。在初步设计阶段，根据设备工艺设计的结果，编制工艺设备一览表，可按非定型工艺设备和定型工艺设备两类编制。初步设计阶段的工艺设备一览表作为设计说明书的组成部分提供给有关部门进行设计审查。西安科技大学-酯向未来团队199第二章 塔设备设计2.1塔设备设计依据钢制压力容器GB 150-2011石油化工设计手册（修订版）第三卷化工工艺设计手册第五版石油化工塔器设计规范SH/T 3098-2011钢制化工容器材料选用规定HG/T 20581-2011压力容器封头GB/T 25198-2010化工设备设计全书20042.2塔设备设计要求 塔设备是石油、化工、医药、轻工等生产中的重要设备之一，其作为主要传质过程的设备，首先必须使气液两相充分接触，以获得较高的传质效率；同时还应保证塔设备的经济性。为此，塔设备应满足以下基本要求：（1）气液两相充分接触，相际传热面积大；（2）生产能力大，即气液相处理能力大；（3）操作稳定，操作弹性大； （4）流体流动阻力小，流体通过塔设备的压降小；（5）结构简单、耗用材料少，制造与安装容易；（6）耐腐蚀和不易堵塞。2.3塔设备的类型与选择塔设备的分类角度有多种，按其结构可分为两大类：板式塔和填料塔：按操作压力可分为加压塔、常压塔和减压塔；按单元操作可分为精馏塔、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可分为具有固定相界面的塔和流动过程中形成相界面的塔，但是长期以来工业上最常用的分类是按塔的内件结构分为的板式塔和填料塔。2.3.1塔的类型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。板式塔是分级式接触型气液传质设备，种类繁多。根据目前国内外实际使用的情况，主要的塔型有泡罩塔、筛板塔、浮阀塔、舌形塔、浮动喷射塔等。板式塔和填料塔性能比较如下表： 表2-1 板式塔和填料塔的比较项目板式塔填料塔（散装填料）填料塔（规整填料）压力降一般比填料塔大稍小，较适用于要求压力降小的场合更小空塔气速因子比散装填料塔大稍小，但新型散装填料也可比板式塔高些较前两者大塔效率效率稳定，大塔较小塔有所提高塔直径1500mm以下效率高，塔径增大，效率下降较前两者高，无放大效应液气比适应范围较大对液体喷淋量有要求范围较大持液量较大较小较小材质要求一般用金属材料制作可用非金属耐腐蚀材料适应各类材料安装维修较容易较困难适中造价直径大时一般比填料塔造价低直径800mm以下，一般比板式塔便宜，直径增大，造价增大较板式塔高质量较小大适中2.3.2塔的选择原则工业上选塔要求1）生产能力大，弹性好。随着化工装置大型化，生产能力要求尽量地大，而根据生产经验，工艺流程中精馏往往是限制环节。很多精馏塔设计中考虑诸如造价、结构或压降、分离效率等因素较多，而常常未将塔的操作弹性放在重要位置，从而造成投产后设备不大适应工艺条件和生产能力的较大波动。2）满足工艺要求，分离效率高。工艺上要分离的液体有很多特殊要求，如沸点低、难分离、有腐蚀性、有污垢物等，对塔型要慎重选择。3）运转可靠性高，操作、维修方便。4）结构简单，加工方便，造价较低。5）塔压降小。对于真空塔或者要求塔压降低的塔来说，压降小的意义更为明显。通常选择塔型未必能满足所有的原则，应抓住主要矛盾，最大限度满足工艺要求。同时塔设备类型选择时需要考虑多方面的因素，如物料性质、操作条件、塔设备的性能，以及塔的制造、安装、运转和维修等。具体来讲，应着重考虑以下几个方面：（1）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。4）粘性较大的物系，可以选用大尺寸填料。板式塔的传质效率太差。5）含有悬浮物的物料，应选择液流通道大的塔型，以板式塔为宜。6）操作过程中有热效应的系统，用板式塔为宜。（2）与操作条件有关的因素 若气相传质阻力大，宜采用填料塔; 大的液体负荷，可选用填料塔; 液气比波动的适应性，板式塔优于填料塔; 操作弹性，板式塔较填料塔大，其中以浮阀塔最大，泡罩塔次之。（3）其他因素 1）对于多数情况，塔径大于800mm 时，宜用板式塔，小于 800mm 时，则可用填料塔。但也有例外，鲍尔环及某些新型填料在大塔中的使用效果可优于板式塔。 2）一般填料塔比板式塔重。 3）大塔以板式塔造价较廉。 4）填料塔用于吸收和解吸过程，可以达到很好的传质效果，它具有通量大、阻力小、传质效率高等性能。因此实际过程中，吸收、解吸和气体洗涤过程绝大多数都使用填料塔。 表2-2 塔型选用依据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原料填料塔穿流式筛板塔喷流型塔污浊液体大孔径筛板塔穿流式塔喷流式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筛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2.4塔设备简介2.4.1板式塔 板式塔是在塔内有多层塔板，传热传质过程基本上在每层塔板上进行，塔板的形状、塔板结构或塔板上气液两相的表现，就成了命名这些他的依据，诸如筛板塔、舌形板塔、斜孔板塔、波纹形板塔、泡罩塔、浮阀塔、喷射板塔、波纹传流塔、浮动喷射塔。几种常见的板式塔性能介绍如下：（1）浮阀塔 生产能力大，弹性大，分离效率高，雾沫夹带少，液面梯度较小，结构较简单，是新发展的一种塔。目前很多专家正力图对此改进提高，不断有新的浮阀类型出现。 （2）泡罩塔 泡罩塔是工业上使用最早的一种板式塔，气液接触有充分的保证，操作弹性大，但其分离效率不高，金属消耗量大且加工较复杂，应用逐渐减少。 （3）筛板塔 筛板塔是一种有降液管、板形式结构最简单的板式塔，孔径一般为 48mm，制造方便，处理量大，清洗、更换、修理均较容易，但操作范围较小，适用于清洁的物料，以免堵塞。 （4）波纹穿流板塔波纹穿流板塔是一种新型板式塔，气液两相在板上穿流通过，没有降液管，加工方便，生产能力大，雾沫夹带小，压降小，除污容易且不易堵塞，甚至在除尘、中和、洗涤等方面应用更为广泛。表2-3各种板式塔的优缺点及用途塔盘形式结构优点缺点用途泡罩型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形泡罩塔板稍简单简化了泡罩的形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型条形浮阀简单操作弹性较好、塔板效率较高、处理能力较大无其他明显缺点适用于加压及常压下的气液传递过程重盘式浮阀有简单的和稍复杂的T行浮阀简单穿流型筛板（溢流式）简单正常负荷下效率高、费用最低、压力降小稳定操作范围窄；易堵塞原料；容易发生液体泄漏适于处理量变动小且不析出固体物的系统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；费用便宜塔板效率低；弹性较小适于粗精馏表2-4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结论：浮阀塔盘在蒸汽负荷、操作弹性、效率和价格等方面都比泡罩塔盘优越；筛板塔盘造价低、压力降小，除操作弹性较差外，其他性能接近于浮阀塔盘。综上，通过对浮阀塔盘和筛板塔盘性能的比较及结合全厂实际情况，本项目板式塔均选用筛板塔。2.4.2填料塔 填料塔是一个圆筒塔体，塔内装载一层或多层填料，气相由下而上、液相由上而下接触，传热和传质主要在填料表面上进行，因此，填料的选择是填料塔的关键。填料的种类很多，许多研究者还在不断地试图改进填料，填料塔的命名也以填料名称为依据，如金属鲍尔环塔、波网填料塔。常用的填料还有拉西环填料、鲍尔环填料、矩鞍形填料、阶梯形填料、波纹填料、波网（丝网）填料、螺旋环填料、十字环填料等。填料塔制造方便，结构简单，便于采用耐腐蚀材料，特别适用于塔径较小的情况，使用金属材料省，一次投资较少，塔高相对较低。表2-5 填料分类与名称填料类型填料名称散装填料环形拉西环形拉西环，十字环，内螺旋环开孔环形鲍尔环，改进型鲍尔环，阶梯环鞍形弧鞍形，矩鞍形，改进矩鞍形环鞍形金属环矩鞍形，金属双弧形，纳特环其他新型塑料球形，花环形，麦勒环形规整填料波纹型垂直波纹型网波纹型，板波纹型水平波纹型Spraypak，Panapak非波纹型珊格形Glitsch Grid板片形压延金属板，多孔金属板绕圈形古德洛形，Hyperfil填料的选取包括确定其种类、规格、及材质等。颗粒填料包括拉稀环、鲍尔环、阶梯环等，规整填料主要有波纹填料、格栅填料、绕卷填料等。（1）散装填料 1）拉西环(Rasching Ring):外径与高度相等，结构简单，价廉，目前已被淘汰。 2）矩鞍填料（Intalox Saddle）:乱堆敞开式填料，形状介于环形与鞍形之间，其结构有利于液体分布和增加气体通道。 3）鲍尔环（Pull Ring）:在拉西环的壁面上开一层或两层长方形小窗，其结构改善了气液分布，充分利用了环的内表面。, 4）金属环矩鞍（Intalox Metal Tower Packing）:结合了鲍尔环的孔隙大与矩鞍填料流体均布性好的特点，是目前应用最广的一种散装填料。 5）阶梯环（Cascade Wini Ring）:环的高径比仅为鲍尔环的1/2，在环的一端增加了锥形翻边，其结构使气液分布均匀。几种散装填料形状如下图：图2-1 几种散装填料（2）规整填料 目前常用的规整填料为波纹填料，其基本类型有丝网形和孔板形两大类，均是 20 世纪 60 年代以后发展起来的新型规整填料，主要是由平行丝网波纹片或（开孔）板波纹片平行（波纹）、垂直排列组装而成，盘高约 40300mm，具有以下特点：填料由丝网或（开孔）板组成，材料细（或薄），孔隙率大，加之排列规整，因而气流通过能力大，压降小。能适用于高真空及精密精馏塔器。由于丝网（或开孔）板波纹材料细（或薄），比表面积大，又能从选材（或加工）上确保液体能在网体或板面上形成稳定薄液层，使填料表面润湿率提高、避免沟流现象，从而提高传质效率。气液两相在填料中不断呈 Z 形曲线运动（如图）、液体分布良好、充分混合、无积液死角，因而放大效应很小。适用于大直径塔设备。 近年来波纹填料发展较快，有逐步取代其他填料及部分板式塔的倾向，但造价、安装要求较高，因而受到某种程度的影响。波纹填料的几何特征参数见下：表2-6 波纹填料几何特征参数名称类型材料比表面积a(m2/m3)水力直径DN/mm倾角/孔隙率/%密度/(kg/m3)丝网波纹填料金属丝网AX不锈钢250153095125BX5007.53090250CY70054585350塑料丝网BX聚丙烯/聚丙腈4507.53085120板波纹填料金属薄板Mellapak125Y/125X不锈钢、碳钢、铝等12545/3098.5100250Y/250X2501545/3097200350Y/350X35045/3095280500Y/500X50045/3093400塑料薄板Mellapak125Y聚丙烯、聚偏氯乙烯1254598.537.5250Y25015459775陶瓷薄片Karapak BX陶瓷45063075550Melladur25045表2-7 各种波纹填料性能和应用范围填料类型气体负荷F/(m/s)(kg/m3)0.5每块理论板压降/Pa(mmHg)每米填料理论板数滞留量/%操作压力/Pa(mbar)填料适用范围AX2.5-3.5约40（约0.3）2.52102-103(11000)要求处理量与理论板不多的蒸馏BX2-2.440(0.3)54102-105(11000)热敏性，难分离物系的真空精馏，含有机物废气处理CY1.3-2.467(0.5)1065103-105(501000)同位素分离，要求大量理论板的有机物蒸馏，限制高度的塔塑料丝网波纹BX2-2.4约60(约0.45)约5815102-105(11000)低温(80)下，吸收、脱除强臭味物质，回收溶剂Mellapak250Y2.25-3.5100(0.75)2.535104(100)中等真空度以上压力及有污染的有机物蒸馏，常压和高压吸收(解吸)，改造填料塔及部分板式塔，重水最终分离装置，用作静态混合单元Kerapak1.7-2.053-107(0.4-0.8)45815102-5105(15000)高温或有腐蚀性介质的蒸馏与吸收，热交换器、除雾器、催化剂载体等注：本设计吸收塔选用的Mellapak波纹板填料是苏尔寿公司新开发的一种规整填料，其是在普通波纹板规整填料与Intalox（矩鞍）散堆填料的优良组合基础上开发的一种综合性能优良的新型规整填料。该填料与普通金属板波纹填料相比，具有压力降低，处理能力大，传质效率高等优点，其应用虽不是很广泛，但这种新型的高效规整填料和其他普通的250Y/350Y波纹板填料相比，分离效率更高，分离效果好。国内学者采用模糊数学方法对九种常用填料的性能进行了评价如下表所示：表2-8 九种常用填料性能对比填料名称评估值评价排序丝网波纹填料0.86很好1孔板波纹填料0.61相当好2金属Intalox0.59相当好3金属鞍形环0.57相当好4金属阶梯环0.53一般好5金属鲍尔环0.51一般好6瓷Intalox0.41较好7瓷鞍形环0.38略好8瓷拉西环0.36略好9所选填料既要满足生产工艺的要求，又要使设备投资和操作费用最低。综上，从分离效率、成本和操作维修等方面考虑，并结合实际情况，本厂塔设备选择：本厂设备有T0102醋酸洗涤塔、T0201水洗塔、T0202二氧化碳吸收塔、T0203二氧化碳解析塔、T0204二氧化碳第一精制塔、T0205二氧化碳第二精制塔、T0301乙烯第一精制塔、T0302乙烯第二精制塔、T0401脱气塔、T0402脱醋酸塔、T0403醋酸塔、T0404醋酸乙烯第一精制塔、T0405醋酸乙烯第二精制塔。对于T0102醋酸精制塔，考虑到塔处理量大，所需塔径较大，本设计选用筛板塔；对于T0403醋酸精制塔、T0404醋酸乙烯第一精制塔，考虑到进塔组成复杂，且原料量大，本设计选用板式-填料复合塔；对于其他塔，均采用填料塔。选型结果如下：表2-9塔设备选型位号名称选择类型T0102醋酸洗涤塔板式塔T0201水洗塔填料塔T0202吸收塔填料塔T0203解析塔填料塔T0204第一精制塔填料塔T0205第二精制塔填料塔T0301乙烯第一精制塔填料塔T0302乙烯第二精制塔填料塔T0401脱气塔填料塔T0402脱醋酸塔填料塔T0403醋酸精制塔板式-填料塔T0404醋酸乙烯第一精制塔填料-板式塔T0405醋酸乙烯第二精制塔填料塔2.5塔工艺结构设计（以T0201为例进行设计）表2-10塔设备设计方法项目工具来源作用两个标准化工设备设计全书塔设备设计化学工业部设备设计技术中心站主编（1988）设计标准化工工艺设计手册中石化上海工程有限公司（第五版）设计标准两个软件Aspen Plus V11Aspen Tech公司开发塔基本参数的优化及塔设计SW6-2011全国化工设备设计技术中心站塔机械强度设计及校核本次塔设备选型设计需要对本厂区使用的 13个塔进行选型设计，这里选择对水洗塔T0201进行详细说明，其它塔均用 Aspen PlusV11进行了设计，设计结果满足各项要求，并且用 SW6-2011 进行了塔体强度的校核，校核结果均合格，详细设计及计算过程见塔设备设计源文件及校核源文件，详细计算结果见设备一览表。 水洗塔T0201，其操作压力为300kPag，操作温度为 37，经Aspen Plus V11模拟优化得理论塔板数为8块，两股进料，塔顶和塔底出料。2.5.1塔的具体选择本水洗塔T0201是将醋酸洗涤塔T0102的出料工艺气中的醋酸气体进行吸收，为了使吸收效果好，同时经过比较板式塔和填料塔的特点，且考虑到该塔气体处理量较大，最终选择填料塔，填料选用性能较好的Mellpak 250Y改进型波纹板规整填料。2.5.2塔体工艺结构计算2.5.2.1 流股参数T0201是水洗塔，以水做吸收剂吸收原料混合气中的醋酸，塔底得到醋酸和水的混合物进入气液分离器V0201再进一步进行分离，塔顶为气体混合物，送往工艺气第一压缩机进行压缩，该设备为本工艺重要的设备之一，因此以其设计计算作为塔设备设计范例非常具有代表性。经过Aspen PlusV11严格的模拟和优化，得到T0103进出口流股信息如表2-11 所示。表2-11 T0201进出口流股信息进出口进口出口流股号0119020202030204PhaseVaporLiquidVaporLiquidTemperatureC42.454036.9838PressurekPag400350300310Mole Flowskmol/h3106.64100.273096.48110.44Mass Flowskg/h89305.181862.1087071.334095.95Volume Flowcum/hr15803.971.9319521.234.49Component Mole Flow (流量)kmol/hr2945.991.252937.1110.12kmol/hr95.550.002095.480.07kmol/hr46.401.020.19437070647.22kmol/hr17.580.006917.530.0586kmol/hr0.1698.0045.8152.35kmol/hr8.88E-053.00E-068.56E-056.30E-06kmol/hr0.24472.18E-060.240.0001kmol/hr6.62E-114.70E-111.05E-108.04E-12kmol/hr1.79E-112.99E-072.99E-073.11E-12kmol/hr0.06200.00080.06070.0021kmol/hr0.02384.70E-060.02385.50E-05kmol/hr0.02271.70E-050.02260.0001kmol/hr0.00044.73E-090.00042.22E-07kmol/hr1.45E-126.04E-066.04E-063.19E-10kmol/hr0.610.00022.29E-050.61Component Mass Fraction（组成）/%-0.950.010.950.09-0.032.02E-050.03080.0006-0.010.016.28E-050.43-0.016.86E-050.00570.0005-5.17E-050.980.010.47-2.86E-082.99E-082.76E-085.70E-08-7.88E-052.17E-087.90E-051.01E-06-2.13E-144.69E-133.40E-147.28E-14-5.78E-152.98E-099.65E-112.82E-14-2.00E-057.93E-061.96E-051.91E-05-7.67E-064.68E-087.67E-064.98E-07-7.30E-061.70E-077.29E-069.80E-07-1.43E-074.72E-111.44E-072.01E-09-4.67E-166.02E-081.95E-092.89E-12-00002.5.2.2 设计温度与设计压力根据GB 150-2011，压力容器操作压力指压力容器顶部气相压力，对于T0201水洗塔而言，操作压力为300kPag。塔顶装有安全阀，而安全阀的整定压力为正常操作压力的1.051.1倍，设计压力应高于或等于安全阀的整定压力。因此取设计压力为塔顶温度为37度，体系最高温度为38度左右，设计温度需要比操作温度高1530，取设计温度为53。由于原料气中含有大量醋酸等腐蚀性气体，综合考虑，结合该操作条件，最终选择316L不锈钢来作为本塔的材料。2.5.2.3 总板数与加料板的确定由AspenPlus V11模拟出的的理论板数为8块，理论加料板位置：0119（第9块，塔板上方），0202（第1块，塔板上方）。图2-2 理论板数图2-3 进料位置2.5.2.4 设计条件汇总设计温度 53设计压力 kPag330理论板数8加料位置0202：第1块板，塔板上方0119：第9块板，塔板上方填料高度 m4.4材料316L2.5.3塔填料装填与水力学校核2.5.3.1 塔直径与填料高度的确定塔径的确定应当根据液气处理量，保证塔的操作条件既不会达到液泛，也有较好的传质性能。传统的计算塔径的方法，是根据液泛气速的经验关联式，算出泛点气速，再取一定的系数得出操作气速，从而算出塔径。为提高设计效率和准确性，我们采用的是ASPEN Radfrac模块中的Interactive sizing和Rating功能，其中初步设计使用了Interactive sizing功能，圆整后使用了Rating功能。2.5.3.2 填料段初步设计为保证填料塔的性能一直处在高效，每46米填料必须分段，并在段间设计液体分布器与液体再分布器。该塔填料选择了Mellapak 250Y，查阅化工工艺设计手册（第五版）可以得到等板高度在0.55m左右，根据以上来设计。填料塔设置如下图所示，塔径为软件自动优化给出的塔径，HETP通过手册值输入：图2-2 Packing Sizing 数据输入（圆整前）输入完成后运行，得到如下结果：表2-12 T0201 Packing Sizing ResultSection starting stage1Section ending stage8Calculation ModeSizingColumn diameter1.7383meterPaked height per stage0.55meterSection height4.4meterMaximum %capacity(constantL/V)80-Maximum %capacity(constantL)77.4553-Maximum capacity factor0.161268m/secSection pressure drop2.542kPaAverage pressure drop/Height577.728N/cumAverage pressure drop/Height(Frictional)533.168N/cumMaximum Stage liquid holdup0.0285596cumMaximum liquid superficial velocity0.000525593cum/sec/sqmMaximum Fs4.85781sqrt(pa)Maximum % approach to system limit81.0533 表2-13 T0201 Packing Sizing ProfileStageTemperture/ CPressure/ kPagLiquid enthalpy(kJ/kmol)Vapor enthalpy(kJ/kmol)Liquid from(Mole)Kmol/hrVapor from(Mole)Kmol/hr136.9815300-26155144170.9106.7863096.48236.8563301.429-26144844213.3106.7263102.99336.8911302.857-26146544222.9106.6323102.93436.9395304.286-26183544231.6106.453102.84537.0214305.714-26366344236.8106.2443102.65637.1831307.143-27015144194.5106.9013102.45737.4457308.571-28862943905.8110.2083103.1837.9984310-34090842915.9110.4373106.41由运行结果可得塔径为1.7383 m，对其进行圆整得D=1.8m。同时得到水力学数据如下表2-14所示：表2-14 各塔板水力学数据StageLiquidTemoerture/CVaporTemoerture/CLiquid mass flow/kg/hrVapor mass flow/kg/hrLiquid volume flow/cum/hrVapor volume flow/cum/hrLiquid mass density/kg/cumVapor mass density/kg/cumLiquidViscossitycpVaporViscossitycpSurfaceTension/dyne/cm136.981536.85632049.687258.82.2772619483.3900.0274.478640.5870820.011097464.2548236.856336.89112049.3987258.62.2777219415.1899.7564.494370.5878470.011098864.2398336.891136.93952050.3787259.62.2796819348899.414.510.5871460.011100664.1907436.939537.02142058.8587268.12.290719282.8898.7854.52570.5863970.011103164.0391537.021437.18312104.74873142.3460219221.4897.1544.542550.5856910.011106663.4669637.183137.44572288.0787497.32.5603619165.4893.6514.565380.5857440.011108661.5856737.445737.99842838.788047.93.1824119124.9891.9974.603840.5911970.011107856.5922837.998441.70944095.9589305.24.4904819288.2912.1394.630040.625770.011178144.3071将Packing Sizing得到的塔径（圆整）代入到Packing Rating中进行核算，T0103 的理论板数为8块，填料层设为两段，塔径D=1.8m，数据输入如下：图2-3 Packing Rating 数据输入（圆整后）水力学结果如下图：图2-4 Interactive Sizing水力学结果输入完成后运行，得到如下结果:表2-15 T0103Packing Rating ResultSection starting stage1Section ending stage8Calculation ModeRatingColumn diameter1.8meterPaked height per stage0.55meterSection height4.4meterMaximum %capacity(constantL/V)74.6099-Maximum %capacity(constantL)71.5687-Maximum capacity factor0.150402m/secSection pressure drop2.20928kPaAverage pressure drop/Height502.11 N/cumAverage pressure drop/Height(Frictional)457.55N/cumMaximum Stage liquid holdup0.0293311cumMaximum liquid superficial velocity0.00049018cum/sec/sqmMaximum Fs4.53051sqrt(pa)Maximum % approach to system limit75.5903表2-16 T0103 Packing Rating ProfileStagePakedHeight/meter%Capacity(ConstantL/V)% Capacity(ConstantL)Pressure drop/Height(Frictional)/kPaLiquid holdup/cumLiquidVelocity/cum/hr/sqm10.5566.168663.53640.2739780.02370030.89490821.166.076763.43810.2731840.02370350.89508831.6565.997463.35230.2724160.02369680.89585842.265.970463.31620.2717490.02371740.90018752.7566.170263.49360.2715060.02387030.92192763.367.086164.33950.2726870.02447591.0061673.8569.547266.64030.2779190.02612281.2506184.474.609971.56870.2958440.02933111.76465由 PackingRating Profiles 可以看出，对于填料塔，整个填料层的能力因子（Fractional Capacity）均介于 0.40.8 之间，说明处于填料良好的操作区间之内，符合要求；压降也不大，进一步表明操作状态良好，则填料塔的选择较为合适；填料分为一层，每段填料高度均在 46m 之间，塔顶设置液体分布器，也符合要求。 其理论板负荷性能图如下图所示：图2-5 第 1 块理论板的负荷性能图图2-6 第 2 块理论板的负荷性能图图2-7 第