版附录六塔设备设计

1、庆阳永欣年处理十万吨碳四综合利用分厂项目塔设计沈阳化工大学 CE-FLAME 团队参赛队员：韩英男 周柏康 李正宇 侯福鑫 江寒锋指导老师：刘东斌 孙怀宇 樊丽辉 张丽 申延明目录塔设备设计31.1 塔设备设计依据31.2 塔设备简介31.3 T0101 脱轻塔塔设计41.3.1 塔设备选择要求41.3.2 塔型选择一般原则51.3.3 板式塔的塔盘种类和选型51.4 板式浮阀塔（T0101）的设计计算71.4.1 使用软件列表71.4.2 实际塔板数与塔径的计算81.4.3 溢流装置101.4.4 塔板结构设计131.4.5 塔板流体力学验算151.4.7 Cup-Tower 优化塔的负荷性

2、能231.5 塔机械工程设计（塔设备设计说明书）331.5.1 设计条件331.5.2 塔高的计算331.5.3 接管的计算351.5.4 塔体和封头选材361.5.5 塔体和封头壁厚计算361.5.6 裙座的设计371.6 塔设备校核计算38表 1-18 风载荷以及载荷计算421.7 塔设备条件图511.8 塔设备一览表51塔设备设计1.1 塔设备设计依据化工设备设计全书塔设备2003-5容器GB 150-2011塔式容器NB/T 47041-2014容器封头GB/T 25198-2010化工配管用无缝及焊接选用系列HG/T 20553-2011钢制管法兰、垫片和紧固件HG/T 205922

3、0635-2009补强圈JB/T 4736-2002钢制塔式容器JB/T 4710-20051.2 塔设备简介塔设备是化工生产中最重要的设备之一。它可使气（或汽）液或液液两相进行紧密接触，达到相际传质及传热的目的。可在塔设备中完成的常见操作有：精馏、吸收、解吸和萃取等。此外，工业气体的冷却与回收、气体的湿法静制和干燥，以及兼有气液两相传质和传热的增湿、减湿等。塔主要有板式塔和填料塔两种，它们都可以用作解吸的气液传质过程，但两者各有优缺点，要根据具体情况选择。（1） 板式塔塔内装有一定数量的塔盘，是气液接触和传质的基本构件；属逐级（板）接触的气液传质设备；气体自塔底向上以鼓泡或喷射的形式穿过塔板

4、上的液层，使气液相密切接触而进行传质与传热；两相的组分浓度呈阶梯式变化。（2） 填料塔塔内装有一定高度的填料，是气液接触和传质的基本构件；属微分接触型气液传质设备；液体在填料表面呈膜状自上而动；气体呈连续相自下而上与液体作逆流，并进行气液两相的传质和传热；两相的组分浓度或温度沿塔高连续变化。两种塔型的比较见下表：表 1-1 填料塔与板式塔的比较塔型项目填料塔板式塔小填料，压降较大，大及规整填料，压降较小。填料气速较小，大规整填料气速较大。压降较大空塔气速（生产能力）小及较大传统填料，效率较低，新型乱堆及规整填料效率较高。对液体量有一定要求。较小较难金属及非金属材料均可新型填料，投资较大塔效率较

5、稳定、效率较高液-气比持液量安装、检修材质造价适用范围较大较大较容易一般用金属材料 大直径时造价较低1.3 T0101 脱轻塔塔设计1.3.1 塔设备选择要求（1）生产能力大。年处理十万吨碳四，故要求在较大的气液流速下，仍不致发生大量的雾沫夹带、拦液或液泛等破坏正常操作的现象。（2）操作稳定、弹性大。因发电量的变化，塔设备的气液负荷量会有较大的波动，在此情况下，仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作。并且塔设备应能保证长期连续操作。（3）流体的阻力小，即流体通过塔设备的降小。这将大大节省生产中的动力消耗，以降低经常操作费用。（4）结构简单、材料耗用量小、制造和安装容易。这可以减少基建过程中的投资

6、费用。（5）耐腐蚀和不易堵塞，方便操作、调节和检修。1.3.2 塔型选择一般原则选择时应考虑的因素有：物料性质、操作条件、塔设备性能及塔的制造、安装、运转、维修等。优先适用情况如下：表 1-2填料塔与板式塔的优先适用情况T0101 为碳四馏分的脱轻塔，随烟气量的变化，操作负荷变化较宽，且液体流量不大，不易发泡，故综合考虑，本项目采用板式塔。1.3.3 板式塔的塔盘种类和选型1.3.3.1 板式塔的塔板种类根据塔板上气、液两相的相对状态，板式塔分为穿流式和溢流式。目前板式塔大多采用溢流式塔板。穿流式塔板操作不稳定，很少使用。填料塔板式塔在分离程度要求高的情况下，因某些新型填料具有很高的传质效率，

7、故可采用新型填料以降低塔的高度。塔内液体滞液量较大，操作负荷变化范围较宽，对进料浓度变化要求不敏感，操作易于稳定。对于热敏性物料的蒸馏分离，因新型填料的持液量较小，压降小，故可优先选择真空操作下的填料塔。液相负荷较小。具有腐蚀性的物料，可选用填料塔。因为填料塔可采用非金属材料，如陶瓷、等。含固体颗粒，容易结垢，有结晶的物料，因为板式塔可选用液流通道较大的塔板，堵塞的较小。容易发泡的物料，宜选用填料塔。在操作过程中伴随有放热或需要加热的物料，需要在塔内设置内部换热组件，如加热盘管，需要多个进料口或多个侧线出料口。这是因为一方面板式塔的结构上容易实现，此外，塔板上有较多的滞液以便与加热或冷却管进行

8、有效地传热在较高下操作的蒸馏塔仍多采用板式塔。1.3.3.2 各种塔盘的性能比较工业上需分离的物料及其操作条件多种多样，为了适应各种不同的操作要求，迄今已开发和使用的塔板类型繁多。这些塔板各有各的特点和使用体系，现将几种主要塔板的性能比较列表 1-3 如下：表 1-3 几种主要塔板的性能比较塔盘类型优点缺点适用场合结构复杂、造价高、塔板阻力大、处理能力小特别容易堵塞的物系泡罩板较成熟、操作稳定分离要求高、负荷变化大分离要求高、塔板数较多分离要求较低的闪蒸塔分离要求较低的减压塔浮阀板效率高、操作范围宽浮阀易脱落结构简单、造价低、塔板效率高结构简单、塔板阻力小易堵塞、操作弹性较小筛板舌型板操作弹性

9、窄、效率低浮板易脱落、效率较低浮动喷射板压降小、处理量大表 1-4 给出了几种主要塔板性能的量化比较。表 1-4 几种主要塔板性能的量化比较塔盘类型塔板效率处理能力操作弹性压降结构成本泡罩板筛板 浮阀板舌型板1.01.21.41.21.31.11.21.01.41.51.553931.00.50.60.8复杂简单一般简单1.00.40.50.70.90.50.6由上面两个表可知，浮阀塔兼有泡罩塔和筛板塔的优点，操作弹性最大，压降较低，分离效果好，故 T0101 脱轻塔塔选择浮阀式塔板。1.3.3.3 浮阀塔的优点（1）生产能力大由于浮阀塔板具有较大的开孔率，而且气流是水平喷出的，减少了液沫夹带

10、，故其生产能力比泡罩塔高 20%40%，与筛板塔近似。（2）操作弹性大由于阀片可随气体负荷变化而升降，使阀片与塔板的间隙大小得以自动调整，阀孔气速几乎不随气体负荷的变化而变化，在较大的气体负荷范围内，可以保证气液间的良好接触，故操作弹性比泡罩塔和筛板塔都宽，可以达到 79。（3）塔板分离效率高因上升气体以水平方向吹入液层，故气液接触时间较长而液沫夹带量较小，板效率较高，比泡罩塔高 10%左右。（4）气体压强降及液面落差较小因为气体通道比泡罩塔简单得多，塔板上没有复杂的物，所以塔板上的气流分布较均匀，气液流过浮阀塔板时所遇到的阻力较小，故气体的压强降及板上的液面落差都比泡罩塔板小。（5）塔的造价

11、较低因构造简单、易于制造，浮阀塔的造价一般为泡罩塔的 60%80%，但比筛板塔的造价贵，为筛板塔的 120%130%。尽管浮阀塔具有上述诸多优点，但浮阀塔不易处理易结焦或黏度大的系统，因为结焦或黏度大的流体会妨碍浮阀升降的灵活性。但对于黏度稍大或有一般聚合现象的系统，浮阀塔尚能正常操作。从以上各点可以看出：浮阀塔在气液负荷、操作弹性、效率等方面都比其它塔优越，结合本项目实际情况，初步选择浮阀塔。1.4 板式浮阀塔（T0101）的设计计算1.4.1 使用软件列表表 1-5 使用软件列表名称用途来源Aspen Plus V8.8分离性能设计Aspen Tech公司CUP-Tower流体力学设计大学

12、（华东）SW6-2011塔体强度结构设计化工设备设计技术中心站AutoCAD2012精馏塔平面布置图绘制Autodesk公司1.4.2 实际塔板数与塔径的计算（1）物性参数整塔设计条件如表所示：表 1-6 基本参数序号序号项目参数项目参数(Mole Frac)1设计/MPa26异丁烷0.072设计温度/1507正丁烯0.227主要组分3设备直径/mm21008顺丁烯0.3454计算长度/mm 质量流量/kg/h372589反丁烯0.268513021.610提取 Aspen plus 各塔板上的物性参数，对每一块塔板都进行了计算和校核，以塔板上气液相负荷最大的第 13 块塔板为例进行手工计算和

13、校核，然后再用CUP-Tower 进行软件计算，通过比较来检查计算的正确性。第 13 块物性参数如表 1-7：表 1-7 浮阀塔塔板参数液相质量流量L kg/h气相质量流量V kg/h液相密度L气相密度V液相体积流量LS m3/h气相体积流量VS m3/h混合液 表面张力N/mm3m3kg/kg/75186.910862402.3225504.71998324.5476027148.9675732542.094375.36634799（2）塔径的计算由于带有降液管，所以溢流式的塔板的塔截面实际分为了两个部分，即气体流通截面和降液管所占截面。若 AT 为塔板截面积， A' 为气体流通截面

14、积， Af 为降液管截面积，则：若设气体流通截面上的适宜气速为u' ，当塔内处理的气体体积流量为 ，。塔板的计算中，通常是以泛点气速u f 作为u' 的上限。一般取：根据索德尔斯和布朗公式：式中 为气体负荷因子，m/s。由计算,其中的由史密斯关联图查取。如图 1-1：图 1-1 史密斯关联图参数的确定：关联图横坐标即气液两相沉降高度的确定：（1）塔板间距 HT：塔板间距 HT 的选取与塔高、塔径、物性性质、分离效率、操作弹性以及塔的安装、检修等因素有关。设计时通常根据塔径的大小，由表 2-8 列出的塔板间距的经验数值选取。表 1-8 塔间距参考数值塔径D/m0.30.50.50

15、.80.81.61.62.02.02.4>2.4板距HT/mm200300300350350450450600500800600通过估算可以塔径为 2 米左右，故取板间距。（2）板上液层高度 hL一般常压塔取，减压塔取，故取板上液层高度，则液滴沉降高度为。查取史密斯关联图可知：液相表面张力s = 0.02N / m 时的气体负荷因子，由于所处理的液相表面张力为，则需矫正：则可求得泛点气速为：取，则可求得塔径为：塔径圆整后，D=2.1m。1.4.3 溢流装置液体在塔板上的路径是由降液管的布置方式决定的。常用的布置方式有以下几种形式：U 型流、单溢流、双溢流、多溢流。降液管主要有弓形、圆形和

16、矩形三种。目前多采用弓形，因其结构简单，特别适合于塔径较大的场合。考虑分块塔板固定区域取 D=2m，所以根据经验与工艺要求，溢流装置定为 D单溢流。（1）弓形降液管降液管面积由化工原理（下）（叶世超等编.科学）图 11.19 弓形降液管的参数图查得。图 1-2 弓形降液管的参数对于堰长 与塔内径 D 的比值，一般单流型可取，双流型可取，对易起泡物系可取更高些，以保证液体在降液管中有较长的停留时间。本次可取。因此可查得，,则：实际塔板截面积，故：弓形降液管面积弓形降液管宽度为降低气泡夹带，液体在降液管内应有足够的停留时间以使气体从液相中分离出，一般要求 不应小于 3-5s，而对于高压下操作的塔以

17、及易起泡的物系，停留时间应更长些，为此，必须进行校核。则液体在降液管的停留时间为由于停留时间，故降液管设合理。（2）溢流堰溢流堰长采用平直堰，求得横坐标为：查液体收缩系数计算图：图 1-3 液体收缩系数计算图可得，E=1.02，则堰上液层高度how 可由下式计算出口堰高取降液管低隙处液体流速则降液管底隙高度为：1.4.4 塔板结构设计a.受液区和降液区：一般这两个区域的面积相等，均可按降液管截面积 Af计；b.边缘区：在塔壁边缘留出一定宽度的环形区域供固定塔板用；c.安定区和出口安定区，通常宽度相等；d.有效传质区：余下的塔板上有浮阀孔的区域。于此处考虑，有经验可知：a.塔径 D>900

18、mm，采用分块组装式；b.塔径在 2.5m 以下，边缘宽度取 WC=0.05m；c.分布区宽度W ' 取 0.08m; 脱气区宽度W 取 0.08m；SSd.根据之前计算可知，降液管宽度为 Wd=0.34m。e.浮阀选用十字架型浮阀，其阀孔为d0 =0.039m。（1）浮阀数初取阀孔动能因数 F0=8，阀孔气速为每层塔板上浮阀数目为：可取 N=419 个（2）浮阀排列现按所设定的画出塔板，并在塔板的鼓泡区内依排列方式进行试排，从而确定出实际的阀孔数。已知降液管宽度Wd=0.3m，分布区宽度 Ws取 0.08m，脱气区宽度W 取 0.075m，S边缘区宽度W 取为 0.05m。选用的塔板

19、为单溢流形式，故鼓泡区面积可由下式计C算：其中：弓形降液管面积取 AD=0.3m取 w1d=300mm带入数据可得：浮阀的排列方式采用等腰三角形叉排，使相邻的浮阀容易吹开，鼓泡更匀。取同一横排的阀孔中心距t' = 0.075m ，则相邻两排间的距离为取 t=120mm。由于塔直径 D=2.1m，按同一横排的阀孔中心距 t=75mm，相邻两排间的距离t=120mm 的等腰三角形叉排方式得到最终的浮阀数，。可排出阀孔数为 419 个，重新衡算一下参数：阀孔气速：动能因数：动能因数在适应的范围 8-12 内，故合理。塔板的开孔率为：根据经验，常压塔操作的浮阀塔的开孔率 10%13%14%，故

20、塔板设计满足要求。1.4.5 塔板流体力学验算（1）塔板压降塔板压降可用下式计算：临界孔速：因阀孔气速 uoc=12.05m/s ,小于其临界阀孔气速 uoc，故干板阻力计算式为：可取充气系数为，则板上气液层阻力为：由于表面张力引起的阻力较小，此处忽略不计。单板压降：m,可知压降在合理范围内。（2）溢流液泛校核为防止降液管液泛现象发生，需控制降液管内液高度，忽略液面落差的影响，可利用下式计算：式中故有：取降液管中层相对密度为，则有：显然，符合溢流液泛要求。（3）液体在降液管内的停留时间可见，所夹带气体可以被出。（4）雾沫夹带量校核依下面两式分别计算泛点率 F，即：或其中有由泛点符合因子图：图

21、1-5 泛点符合因子图，并查物性系数表取得，将以上数据代入上式，得：对于大塔，为避免过量雾沫夹带，应控制泛点率不超过 80%。上两试计算的泛点率都在 80%以下，故可知雾沫夹带能够满足要求。（5）严重漏液校核前面已计算出时可见发生严重漏液。1.3.4.6 塔板负荷性能图（1）气相负荷下限线即漏液线，对于 F1 型重阀，取阀孔动能因子 F0=5 时的气体负荷为操作的下限值。与之相应的气相流量：（2）气相负荷上限线即过量液沫夹带线，根据前面雾沫夹带校核可知，对于直径 0.8m 以上的大塔，取泛点率 F1=0.7，则：整理变形，得：雾沫夹带线为直线，由两点即可确定。（3）液相负荷下限线对于平直堰，其

22、堰上液层高度 how 必须要大于 0.006m。取 how=0.006m，就可作出液相负荷下限线取 E=1.04，代入数值，则可求得：据此方程可以作出液相负荷下限线。（4）液相负荷上限线亦称气泡夹带线，液体的最大流量应保证在降液管中停留时间不低于 3-5s，取 3s 作为液体在降液管中停留时间的下限，则（5）溢流液泛线由公式求得液泛线方程。已知：= hd + hl其中， hf则联立上式可得：利用 CUP-TOWER 设计得到负荷性能图如下图 1-6 负荷性能曲线塔的操作点位于图中心，且由图可知塔的操作符合上限受雾沫夹带控制，下限受漏液控制。操作线位介五条曲线之间，且有一定操作弹性空间，设计合理

23、。现将浮阀塔精馏段塔板工艺设计结果列于表 1-9表 1-9 浮阀塔塔板工艺设计计算结果项目数值及说明备注塔径D/m2.1-塔间距HT/m0.6-塔板型适宜气速u/m·s-1单溢流降液管分块式塔板0.8932-溢流堰长lw/m1.4-溢流堰出口高hw/m0.08-板上液层高度HL/m0.13-降液管底隙高度h0/m-浮阀数/个419-1阀孔气速u0/m·s-阀孔动能因数F0-1临界阀孔气速u0c/m·s孔心距t/m9.17-1.82-0.075同一排的中心线距离排间距t/m0.10相邻二横排的中心线距离单板压降Pp/Pa530.43-液体在降液管内停留时间/s5.2

24、762-降液管内清液层高度Hd/m0.2605-泛点率%29.85-3-1液相负荷上限（VS）max/m ·s3-1液相负荷下限（VS）min/m ·s操作弹性4.067-0.05273.16-1.4.6 Aspen Plus 优化塔负荷性能和结构参数运用 Aspen Plus 对 T0101 的每一块塔板进行结构和工艺的设计，并选择Traying Sizing 进行校核，优化负荷性能和结构参数，经过反复设计与核算，得到最优结果。1.4.6.1 Traying Sizing在 Aspen Plus 的 Sizing and Rating 中选择 Traying Sizing

25、 进行塔设计得到表 1-10 的设计结果。表 1-10T0101Traying SizingResultSection starting stage:2Section ending stage:29Column diameter:1.95metererarea/Column area0.12Sideer velocity0.12m/secFlowpathlength1.26meterSideer width0.343meterSideweirlength1.49meter1.4.6.2 Traying Rating将结果代入 Traying Rating 中，输入塔径与塔板间距、降液管底隙高度

26、进行脱轻塔 T0101 的结构与水力学核算，核算每一块塔板的液泛因子，停留时间，得到结果如表 2111,1-12,1-13 所示：表1-11 T0101Traying RatingResultSection starting stage:2Section ending stage:29Column diameter:2.1meterum floodingfactor:0.69Stage:13Panel:PANEL ASection pressuredrop:0.144bar表1-12 T0101Traying RatingResultum backup / Trayspacing:0.69St

27、age:13Location:SIDEBackup:0.312meterumvelocity /Design1.021velocity:Stage:13Location:CENTERVelocity:0.119m/sec表 1-13 T0101Velocity /Traying RatingProfileStag eFloodin g factorDownco mer backupBackup / Tray spacePressure dropDownco mer res. timeer velocityDesign vel由 Traying Rating Profile 可以看出，（降液管液

28、位高度/板间距）Backup/ Tray space 介于 0.20.5 之间，每块塔板的液泛因子（Flooding factor）均介于 0.60.85 之间，降液管停留时间（er res. time）均大于 4s，设计合理。1.4.7 Cup-Tower 优化塔的负荷性能根据 Aspen Plus 塔板设计结果及 Cup Tower 校核结果，T0101 塔径初设为 2100mm，选定塔间距为 600mm，开孔率选用 13%，溢流堰选用平口堰，降液管选用直降液管。234567891011121314151617181920212223242526272829m/secmeterbarhr0

29、.64110.09780.8396330.2674490.5943310.0049420.0012780.64120.0978110.8397050.2674710.5943790.0049420.0012780.64090.0977560.8391540.2673470.5941040.0049420.0012790.64040.0976620.8382440.267140.5936440.0049410.001280.63980.0975460.8371150.266880.5930710.004940.0012810.63910.0974150.8358470.2665930.59242

30、80.0049380.0012830.63840.0972750.834490.2662830.591740.0049370.0012850.63770.0971290.8330750.2659610.5910250.0049350.0012870.63690.096980.8316250.2656320.5902920.0049340.0012890.63610.0968290.8301570.2652990.5895530.0049320.0012910.63470.0965460.8275210.2646850.5881880.0049280.0012950.68900.1190941.

31、0212760.3124950.6944330.0052570.001050.68890.1190741.0210830.3124460.6943240.0052560.001050.68880.1190481.0208280.3123820.6941810.0052560.001050.68860.1190171.0205220.3123050.694010.0052560.001050.68850.1189821.020170.3122160.6938130.0052560.0010510.68830.1189411.0197720.3121150.693590.0052550.00105

32、10.68800.1188961.0193250.3120030.693340.0052550.0010510.68770.1188461.0188270.3118780.6930620.0052540.0010520.68750.118791.0182740.311740.6927550.0052540.0010520.68720.1187291.0176650.3115870.6924160.0052530.0010530.68690.1186611.0169970.3114210.6920460.0052530.0010530.68650.1185891.016270.311240.69

33、16450.0052520.0010540.68610.1185111.0154890.3110470.6912160.0052520.0010550.68570.1184291.0146610.3108440.6907640.0052510.0010550.68530.1183461.0138030.3106350.6903010.005250.0010560.68480.1182631.0129450.310430.6898430.005250.0010570.68440.1181871.0121360.310240.6894210.005250.001058选择负荷最大的第 13 块塔板

34、为例进行水力学核算，将其水力学数据输入Cup-Tower 中，其操作界面如下所示。（1）塔板信息输入图 1-7塔板信息输入 CupTower 示意图（2）工艺条件输入图 1-8 工艺条件输入 CupTower 示意图（3）塔板结构参数输入图 1-9 T0101 塔板结果参数输入 CupTower 示意图图 1-10 T0101 塔板平面总示意图（4）浮阀校核结果Cup Tower 校核 T0101 塔结果如下图所示。图 1-11CupTower校核 T0101 塔板工艺参数结果图 1-12CupTower校核 T0101 塔板结构参数结果针对上述选取的流体力学数据，使用 CUP-Tower 进

35、行塔的主体结构设计，计算结果以及计算说明书如下：表 1-14 浮阀校核表 1-15 塔工艺计算基本信息1项目名称7校核人2装置名称8日期2018/8/7塔板编号(实际)#塔板层数1塔内径，m2.1板间距，mm600液流程数1d/t,%10.5开孔率,%13.堰长，mm1547堰高，mm80底隙/侧隙，mm290降液管宽，mm340受液盘宽，mm340受液盘深，mm290堰型平堰塔板形式圆形浮阀塔板编号#溢流强度，m3/mh96.29停留时间，s5.28降液管液泛，%69.64阀孔动能因子，(m/s)(kg/m3)0.57.77塔板压降，Pa556.40降液管内线速度,m/s0.11降液管底隙速

36、度,m/s0.203塔的名称9说明4塔板编号(实际)#10计算选用的理论版#5塔板层数111塔板编号(理论)#6塔板形式圆形浮阀12分段说明工艺设计条件液相气相1质量流量kg/h75186.917质量流量kg/h62402.312密度kg/m3504.728密度kg/m324.553体积流量m3/h148.979体积流量m3/h2542.094粘度cp0.1210粘度cp0.015表面张力dyn/cm5.3711安全因子/0.656体系因子/0.9012充气因子/0.55塔板结构参数1塔径m2.106孔数#377.112板间距m0.60007开孔密度#/m2161.053塔截面积m23.463

37、68溢流程数/14开孔区面积m22.34169堰的形式/平堰5开孔率%13.00溢流区两侧中心1降液管面积比%10.512堰径比%73.673降液管顶部宽度m0.34004弯折距离m0.28005降液管底部宽度m0.06006受液盘深度m0.29007受液盘宽度m0.34008堰高m0.08009降液管底隙m0.290010降液管顶部面积m20.363911降液管底部面积m20.028212顶部堰长m1.547113底部堰长m0.699714进口堰高度m0.350015进口堰宽度m0.3400圆形浮阀参数1浮阀孔径m0.03952单阀重量kg0.03363748工艺计算结果正常操作110%操作

38、80%操作1空塔气速m/s0.20390.22430.16312空塔动能因子m/s(kg/m3)0.51.01011.11110.80813空塔容量因子m/s0.04610.05070.03694孔速m/s1.56831.72511.25465孔动能因子m/s(kg/m3)0.57.77008.54706.21606气速m/s1.00921.00921.00927动能因子m/s(kg/m3)0.55.00005.00005.00008相对泄露量kg 液/100kg 液-9溢流强度m3/(h.m)96.2866105.915377.029310参数/0.26570.26570.265711板上液

39、层高度m0.13970.14360.131412堰上液层高度m0.05970.06360.051413液面梯度m-14板上液层阻力m 液柱0.06980.07180.065715干板压降m 液柱0.04270.04340.041016总板压降m 液柱0.11250.11520.106717雾沫夹带kg 液/kg 气0.02080.02870.008718降液管液泛%69.643871.872365.098819降液管内液体高度m0.26050.26880.243520降液管停留时间s5.27624.79656.595221降液管内线速度m/s0.11370.12510.091022降液管底隙速

40、度m/s0.20390.22430.163123降液管底隙阻力m 液柱0.00830.01010.005324稳定系数/1.55401.70941.243225降液管最小停留时间s3.00003.00003.0000通过比较软件计算出来的结果和手算结果还可以得到以下结论：Cup Tower 计算结果和详细设计计算结果都能够满足工艺要求，在设定结果参数时，Cup Tower 调整起来比较方便，通过反复调整可获得较合理的设计结构，保证塔盘的操作弹性。并且 Cup Tower 可以用于不同类型的塔板，计算方便，便于塔盘选型。由校核结果可见，塔盘设计合理，操作点、操作上限点、操作下限点均处于液相上限线

41、、液相下线线、漏液线和液泛线之间较合适的位置，塔设备的操作弹性较大。在核算过程中，本项目塔校核了每一块塔板的气液负荷，且各塔板的气液流量均处于负荷性能图中较合适的位置。此外，模拟使用的是实际板的气液物性数据，所以这样核算比用理论板设计更加合理。负荷性能图参数1操作点横坐标m3/h148.972操作点纵坐标103m3/h2.543操作上限百分比-110.00%4操作下限百分比-80.00%55%漏液时动能因子m/s(kg/m3)0.55.00610%漏液时动能因子m/s(kg/m3)0.5X 液相体积流量 m3/hY 气相体积流量 103*m3/h0-操作线1-液相下限线2-液相上限线3-漏液线

42、4-雾沫夹带线5-液泛线1.5 塔机械工程设计（塔设备设计说明书）1.5.1 设计条件由 Aspen Plus 模拟和工艺的设计得到塔设备设计条件如下：表 1-16 基本参数序序项目参数项目参数(Mole Frac)号号1设计/MPa26异丁烷0.072设计温度/1507主正丁烯0.2273设备直径/mm21008要顺丁烯0.3454计算长度/mm372589组反丁烯0.268质量流量分513021.610/kg/h1.5.2 塔高的计算（1）实际塔板数 N由 Aspen Plus 模拟可以得到实际塔板数为 29，其中塔底的再沸器和塔顶的分凝器分别相当于一块理论塔板算。但是为了考虑余量，考虑塔

43、的实际塔板数时，包含这两块塔板。故可以得到该塔的实际塔板数为：N=30（2）塔顶空间高 HD塔顶空间高度的作用时安装塔板和开人孔的需要，也使气体中的液体自由沉降，减少塔顶出口气中的液滴夹带，空间高度一般取 1.01.5m，这里取 HD=1m。（3）塔板间距 HTHT=0.6m（4）开设人孔的板间距 HT设有人孔的上下两塔板间距应大于等于 600mm，这里取 HT ' = 0.8m 。（5）人孔数 S这里取 8 块板设置一个人孔，实际塔板 30 块，所以开 6 个人孔（包括塔顶和塔底人孔数）。（6）进料段空间高度进料段高度取决于进料口结构形式和物料状态，一般 HF 要比 HT 大，取HT

44、 = 1m 。（7）塔底空间高度 HB塔底空间高度具有贮存槽的作用，塔底釜液最好能在塔底有 1015min 的储量，以保证塔底料液不至排完。对于塔底产量较大的塔，塔底容量可取小些，取1015min 的储量。提取 Aspen 数据塔底料液出口体积流量 V= 146.77m3/h，塔径D=2.1m，t=10 min，计算得塔底空间高度为：这里 HB=1.5m（8）塔筒体高度 H的 H=37.3m（9）裙座高度筒体高度大于 10m，塔径 2.1m>1m，故采用圆柱形裙座。裙座高度需要满足与之配套的其他设备的连接以及裙座底部的检修空间。这里应用经验公式取裙座高度为：（10）封头高度封头选取标准椭

45、圆形封头，根据 GB/T 25198-2010容器封头，查的当 DN=2100mm 时，总高度 H=525mm，由下式可以求得 h=25mm，内曲面深度 hi=500mm。图 1-14 标准椭圆封头示意图1.5.3 接管的计算该塔有 3 个接管，接管位置及相应的情况如下：（1）塔顶气体出料管在 Aspen 塔的水力学数据中，故提取 Aspen 中水力学数据中的气体体积流量V= 1798.8 m³/h 为塔顶的气体体积流量。取塔顶气体流速，则管径为：得 d1=378.54mm根据 HG/T 20553-2011 化工配管用无缝及焊接，可将管子规格圆整：，即为公称直径为 400mm，外径

46、为 426mm，壁厚为 7 mm。实际流速。（2）进料管由 Aspen 数据可知进料为气体状态，从 Aspen 中可得进料物流的体积流量为V= 44.304 m³/h，取进料管液体流速为 uv=2m/s，则进料管管径为：得 d3=72.87mm根据 HG/T 20553-2011 化工配管用无缝及焊接，可将管子规格圆整：，即为公称直径为 80mm，外径为 89mm，壁厚为 3mm。实际流速（3）塔底液体出料管径在 Aspen 塔的水力学数据中，故提取 Aspen 中塔底出口的液体体体积流量L=37.284 m³/h 为塔底的液体体积流量。取料液流速为 uv=2m/s，则出料

47、管径为：得，d4=70.13mm根据 HG/T20553-2011 化工配管用无缝及焊接，可将管子规格圆整：，即为公称 S 直径为 80mm，外径为 89mm，壁厚为 3mm。实际流速。1.5.4 塔体和封头选材综合考虑材料性能，选取 Q345R 做为塔体和封头的材料。1.5.5 塔体和封头壁厚计算（1）圆筒名义厚度：设计取 PC=2MPa，故计算为 PC=2.2MPa；设计温度为取 150。焊缝接头系数取0.85已知该设计温度下，Q345R 在厚度为 616mm 时，t =189MPa故由中径公式：得，8.67mm 由钢材标准规格，名义厚度取 10mm。（2）封头名义厚度对于标准椭圆封头厚度：得 8.87mm，名义厚度取 10mm。（3）塔体和封头强度校核应用化工设备设计研究