1-c.a s设计版本3典型设备设计

1、镇海炼化年产 25 万吨丙烯项目典型设备设计重庆大学指导老师：羡小超组员：吴小龙C.A.S 设计团队陈红梅程目录第 1 章 塔的设计11.11.21.3塔设备设计目标1塔设备设计基本原则1塔类型的选择21.3.11.3.21.3.3塔主板式塔的具体选择4填料塔的具体选择8塔设备设计方法10尺寸的确定111.41.5塔设备设计12设计示例T0101 板式塔设计12设计示例T0302 填料塔设计62塔设备选型结果871.6第 2 章 反应器的设计892.12.22.3反应器概述89反应器类型89丙烷氧化反应器设计932.3.12.3.22.3.32.3.42.3.52.3.62.3.72.3.8反

2、应原理93反应机理93催化剂介绍94反应条件94反应器模拟96反应器控制规律115反应器内催化剂再生时间的确定115反应器进料参数变化及相应调控方案1172.3.9 基于遗传算法的参数优化120反应器结构设计122列管式固定床反应器机械校核1292.3.12 绝热式固定床结构设计1372.4 一氧化碳变换反应器设计1432.4.12.4.22.4.3反应原理143催化剂143反应器设计过程143Fluent 对反应器内气体分布器的模拟147无气体分布装置147有气体分布装置150反应器设计结果152第 3 章 换热器的设计1533.13.23.33.43.5换热器简介153换热器选型依据154

3、换热器选型原则155换热器设计示例158选型结果170第 1 章 塔的设计1.1 塔设备设计目标作为主要用于传质过程中的塔设备，首先必须使气液两相能够充分接触，以获得较高的传质效率，除此之外，还应该满足以下优点。(1) 生产能力大。在较大的气液流速下，仍然不致发生大量的液或液泛等破坏正常操作的现象。夹带、拦(2) 操作稳定性，弹性大。当塔设备的气液负荷量有较大的波动时，仍能够在较高的传质效率下进行稳定的操作，并且塔设备能够保证长期连续操作。(3) 流体阻力小，及流体通过塔设备的压力降小。这将生产中的动力消耗，以降低操作费用。(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

4、投资费用。(5) 耐腐蚀和不易堵塞，方便操作、调节和检修。1.2 塔设备设计基本原则（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。运转可靠性高，操作、维修方便。结构简单，加工方便，造价较低。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。

5、通常选择塔型未必能满足所有的原则，应抓住主要，最大限度满足工艺要求。1.3 塔类型的选择工业上使用的塔类型主要是填料塔和板式塔两种，如何从中选取一个合适的类型有很多方面需要考虑，很难简单的进行判断。考虑操作性能和成本费用，两种塔可以进行如下比较：表 1-1填料塔和板式塔的比较类型选择时需要考虑多方面的，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。对于真空精馏和常压精馏，通常填料塔塔效率优于板式塔，应优先考虑选用填料塔，其原因在于填料充分利用了塔内空间，提供的传质面积很大，使得气液两相能够充分接触传质。而对于加压精馏，若没有特殊情况，一般不采用填料塔。这是因为填料塔的投

6、资大，耐波动能力差。项目填料塔板式塔塔径适宜于大小塔径的塔，但对大塔要解决液体再分布一般使用塔径大于800mm 的大塔压力降压力较小，较适于要求压力降小的场合压力降一般比填料塔大空塔气速空塔气速较大空塔气速大塔效率分离效率高，塔径 1.5m 以下效率高，随着塔径增大，效率常会下降效率较稳定，大塔板效率比小塔板有所提高液气比对液体喷淋量有一定要求适用范围较大持液量较小较大安装检修较较容易材料可用非金属耐腐蚀材料一般用金属材料造价直径 800mm 以下，一般比板式塔便宜，直径增大，造价显著增加直径大时一般比填料塔造价低重量较重较轻同样，吸收过程也分为液膜控制、气膜控制和介于两者之间的共同控制吸收三

7、种类型。气膜控制的吸收与真空精馏相似，应优先考虑选用高效规整填料塔；液膜控制的吸收与加压精馏相似，往往选用板式塔或汽液湍动大、持液量高的散装填料塔；介于两者之间的，宜采用比表面积大、持液量高、液相湍动大的填料塔，一般多采用散装填料塔。具体来讲，应着重考虑以下几个方面：与物性有关的易起泡的物系，如处理量不大时，以选用填料塔为宜。因为填料能使破裂，在板式塔中则易引起液泛。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。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。粘性较大的物系，可以选用大尺寸填

8、料。板式塔的传质效率太差。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。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。其他对于多数情况，塔径大于 800mm 的，宜用板式塔，小于 800mm时，则可用填料塔。但也有例外，及某些新型填料在大塔中的使用效果可优于板式塔。一般填料塔比板式塔重。大塔以板式塔造价较廉。填料塔用于吸收和解吸过程，可以达到很好的传质效果，它具有通量小、传质效率高等性能。因此实际过程中，吸收、解吸

9、和气体洗涤过程绝大多数都使用填料塔。（4）本厂实际情况的选择物质腐蚀性较小无悬浮物液气比波动大塔径较大从分离效率、成本和操作维修等方面考虑，结合实际情况，在设备选择过程中优先考虑采用板式塔，控制设备投资成本和操作成本，既有较高的操作弹性，同时操作维修也较为方便，但对于压降不大，而塔板数很多，分离要求高，对产物的纯度要求也比较大的精馏塔，考虑选用填料塔。具体选择结果如下：表 1-2塔设备初选结果下面分别对填料塔与板式塔进行具体介绍。1.3.1 板式塔的具体选择板式塔主要有筛板塔、浮阀塔和泡罩塔。板式塔的设计主要是选择塔型、选择流体形式、操作状态鼓泡或喷射态等。板式塔一般认为用于大型塔是经济合理的

10、，比一般填料塔具有效率高和能力大的优点。板式塔是分级接触型气液传质设备。对塔型的评价具体可以从以下几个方面进行比较：生产能力、塔板效率、操作弹性、气体通过塔板的压力降、造价和操作是否方便等。表 1-3 和表 1-4 分别对上述特点从定性和定量两个方面对各种板式塔的优缺点加以总结。设备位号选择类型T0101板式塔T0201板式塔T0202板式塔T0203填料塔T0301填料塔T0302填料塔T0401板式塔T0501填料塔T0502填料塔表 1-3 板式塔性能比较表 1-4各种板式塔优缺点及其用途塔盘型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，压降大特定要求S 型泡罩

11、塔板稍简单简化形式，性能同特定要求浮阀型条形浮阀简单操作弹性好塔板效率高处理能力大无特别缺点加压常压下的气液传质重盘式浮阀简单，复杂T 形浮阀简单穿流型筛板(溢流式)简单正常负荷下的效率高。费用最低，压力降小稳定操作范围窄，易堵，易变动量少且不析出固体波纹筛板简单处理量大压降小，便宜效率低，弹性小，量少粗蒸馏栅板简单处理量大，压力降小，便宜塔效率低，弹性较小，量适合粗蒸馏性能塔型泡罩塔浮阀塔筛板塔舌形塔栅板塔与泡罩塔相比的相对气体负荷11.31.31.352效率良优优良良操作弹性超超良超中85%最大负荷时的单板压降/mm(水柱)45-8045-8030-5040-7025-40与泡罩塔的相对价

12、格10.70.70.70.5可靠性优良优良中其中，浮阀塔具有以下优点：允许的蒸汽速度大，因此生产能力大一，约比泡罩塔提高20%40%，与筛板塔相近。由于浮阀的开启高度可随着汽速的大小自动进行调节，因此操作弹性大，在较宽的汽速变化内板效率变化范围较小，其操作弹性范围可认为达到 79（即最大负荷与最小负荷之比）。由于气液接触良好，以及汽从水平方向吹出板效率较高，比泡罩塔效率可高出 15%左右。夹带量小，因此踏塔板上没有复杂结构的障凝物，因此液面梯度较小，蒸汽分配均匀。此外，塔板的压降比泡罩塔小。塔板的结构简单，安装容易。制造费用约为泡罩板的 6080%。对于黏度较大及有一般聚合现象的系统，浮阀塔也

13、能正常操作。 对于普通分馏塔来说，长期以来最常用的塔盘是 F1 型浮阀塔盘。其基本原理是让气相沿塔盘横向流过层，造成气液混合，从而在两相之间产生良好的传热传质过程。但是浮阀塔盘的制造成本相对较高，过去往往采用单个面积较大的浮阀。大浮阀的使用使得流过单一浮阀的气速截面积过大，气相接触的比表面积降低，反过来会影响传质效率。ADV 高性能浮阀塔盘，正是在 F1 型浮阀塔板的基础上，吸取其有利，并克服其缺点而开发的，在浮阀结构和塔板结构上有其独特之处，具体如下：（1）ADV 微分浮阀结构示意见图 1-1。在浮阀顶平面上增加了 3 个切口，相当于小阀孔，消除传统 F1 型浮阀顶部传质死区，使气体分散更加

14、细密均匀匀，气液接触更充分。此外，由于部分气流经阀顶小孔喷出，降低了阀周边喷出的气速，并减少了高负荷时各阀间的气流对冲，从而减少夹带，相应提高了气相处理量。少图 1-1ADV 浮阀塔盘示意图（2）ADV 微分浮阀具有特殊的阀腿和阀孔结构，使浮阀不能旋转，只能上下浮动，对气流具有一定的导向作用，可以减少返混，有利于消除塔板上液体滞流区，使液流分布均匀，从而提高效率（见图 1-2、图 1-3）。图 1-2ADV 微分浮阀和传统浮阀鼓泡状况图 1-3塔盘上液体的状态（3）采用铰接式塔板连接结构，使塔板连接处也可布阀，增大了塔盘的开孔率，提高了整个塔盘的阀孔排列均匀度，进一步提高了塔板效率和处理能力，

15、同时缩短了塔盘安装时间。（4）在液体区安装鼓泡促进器。其原理是减薄液层，降低液体处的液体静压，使气泡更易形成，同时使气体分布也趋于均匀，从而提高了传质效率。（5）采用新式降液管，可有效降低受液面积，从而增加鼓泡区面积，提高塔盘处理量。ADV 浮阀塔盘与 F1 浮阀塔盘具有相同的浮阀尺寸，因此 F1 浮阀塔盘的设计程序和方法完全适用于 ADV 浮阀塔盘的常规设计。只需要用 ADV 浮阀一对一替换 F1 浮阀，而不必改变其他塔盘参数和阀孔排列，就可减少安装时间，节约投资，并且塔板性能就会有如下变化：30%；塔板处理能力提高 40%；塔板效率提高 10%以上；塔板的泄漏率大幅下降，约降低 60%以上

16、；塔板的操作弹性由 5 提高至 10；高气速下，夹带量大幅下降；10%夹带点气速提高约 20氧解吸塔板效率较F1 增加 515%。1.3.2 填料塔的具体选择填料是填料塔的元件，它提供了气液两相接触传质与换热的表面，与塔内件一起决定了调料塔的性能。目前，填料的开发与应用仍沿着散装填料与规整填料两个方向进行，常用填料的分类情况列于下表：表 1-5常用填料的分类与名称填料类型填料名称散装填料环形环形环，环，内螺旋环开孔环形，改进型，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Sprayp

17、ak，Panapak规整填料允许实现理论级的压力降最小值，因此适合于在必要一定理论级数的分离过程中使能耗达到最小值。分离热敏性体系时可使塔底温度最低。但是规整填料总的投资费用通常高于散堆填料，随着工业实践中散堆填料设计的大变化已极大改变了这一种情况，散堆填料在低投资情况下可以实现高效的分离，综合分离物质的性质考虑，填料塔的设计采用散堆填料。填料形式多样，现将常见散堆填料型式比较如下表 1-6。表 1-6 散装填料及其特性比较填料类型简图特性环（Rashing Ring）目前已被淘汰鞍型填料（alox Saddle）属于乱堆敞开式填料(Pull Ring)在环的壁面上开一层或两层长方形小窗金属环

18、矩鞍（alox MetalTowacking IMTP）结合了 的孔隙大和矩鞍填料流体均布性好的优点，是目前应用最广的一种散装填料，可用金属、陶瓷制成非波纹型珊格形Glitsch Grid板片形压延金属板，多孔金属板绕圈形古形，Hyperfil由内负荷的不同，要保证高效率传质条件下要优化塔的负荷性能，因此填料塔内不同床层段可选用不同的填料，综上分析选取的填料为和金属环矩鞍等不同尺寸的散堆填料。1.3.3 塔设备设计方法塔内参数由多方面决定，尤其与工艺参数有着密切的关系。所以在设备选型中本着化工设计标准和用专业计算与校核的选型方法进行选型。表 1-7塔设备选型方法项目工具来源作用标准化工设备设计

19、全书塔设备设计化学工业部设备设计技术中心站主编（2002 年）设计标准化工工艺设计手册中国主编（2003 年）设计标准校核Aspen Plus V7.2Aspen Tech 公司开发模拟水力学参数及塔设计参数初值计算CUOWER大学开发塔水力学校核SW6-2011化工设备设计技术中心站塔机械强度设计与校核纳特环（Nulter）由环和鞍组合的填料阶梯环（ Cascade Wini Ring）1.4 塔主尺寸的确定（一）塔板间距塔板间距与塔高相关，且计算塔径时也必须预定塔板间距。选择塔板间距时，主要考虑以下几个：（1）夹带：在一定的气液负荷和塔径条件下，适当增加塔板间距，可减少夹带量。物料的起泡性

20、：易起泡物料的塔板间距应选得大些。操作弹性：要求操作弹性较大时，可选较大的塔板间距。（4）安装和维修要求：例如开人的塔板间距不小于 600mm。由板间距与处理能力、操作弹性及塔板效率以及塔径大小都密切相关，选用较大的塔板间距可允许较高的空塔气速，这样塔径可小些，但塔高增加了。对板数较多或放在室内的塔，可选用较小的塔板间距，以适当增加塔径来降低塔高。当然，塔板间距的合理选择应通过塔盘液体力学计算和经济核算来确定，但从经济上看，增加塔高往往比增加塔径有利。表 1-8浮阀的塔板间距（mm）* 不采用（二）塔的顶部、底部空间及裙座高度塔的顶部空间高度塔的顶部空间高度是指塔顶第一层塔板到塔顶封头切线的距

21、离。为了减少塔顶出口气体中夹带的液体量，顶部空间一般取 1.21.5m。塔的底部空间高度塔的底部空间高度是指塔底最末一层塔板到塔封头切线处的距离。当进料系统有 15 分钟的缓冲时间时，釜液的停留时间可取 35 分钟，否则须取 15分钟。但对釜液流量大的塔，停留时间一般也取 35 分钟。塔径 D塔板间距 HT6007003003504508001000350*45050060012001400350*450500600800*16003000450*500600800330042006008003.加料板的空间高度加料板的空间高度取决于加料板的结构型式及进料状态。4.支座高度塔体常由裙座支承，可

22、分为圆柱和圆锥两种。裙座高度是由塔底封头切线至出料管中心线的高度 U 和出料管中心线至基础环的高度 V 两部分组成。裙座上的人孔通常为圆形，其尺寸为 600*（10001800）mm，以方便进出。1.5 塔设备设计本次塔设备设计共对本厂区使用的 9 个塔进行设计，并且选择 T0101 普通精馏板式塔和T0302 产品分离填料塔进行详细说明。1.5.1 设计示例T0101 板式塔设计当精馏塔的精馏段、提馏段的塔径按照各自段内上升蒸汽量进行计算，由于进料热状况的不同，致使两径会有一些差异，若差异不大，圆整后尺寸相同，则全塔采用等径塔，反之，两径差异很大，则用变径塔。1. 水力学数据获取提取 Asp

23、en plus7.2 模拟所得数据列于下表 1-9：表 1-9 精馏塔 Aspen 模拟水力学数据板序号温度（）压力（bar)液相体积流量 (3/hr)气相体积流量 (3/hr)液体密度(kg/3)气体密度(kg/3)液体 黏度(cP)液体表面张力（N/m）246.5116.006232.985514.39455.7234.777.46E-020.0045346.5416.012259.095512.90455.6234.787.46E-020.0045446.5716.018259.175511.18455.5534.807.46E-020.0044546.5916.024259.23550

24、9.36455.5134.817.46E-020.0044646.6116.03259.295507.48455.4734.837.46E-020.0044746.6316.036259.335505.57455.4334.847.46E-020.0044846.6516.042259.385503.64455.4034.867.45E-020.0044946.6716.048259.425501.71455.3734.877.45E-020.00441046.6916.054259.465499.78455.3434.887.45E-020.00441146.7116.06259.51549

25、7.83455.3134.907.45E-020.00441246.7316.066259.555495.88455.2834.917.45E-020.00442.塔径初步估算使用 Aspen Plus V7.2 对塔径进行初步估算，得到下表所示数据：表 1-10Aspen 塔径初估数据StageDiameterTotal areaActive arerSideer areapanel1346.7616.072259.595493.93455.2534.937.45E-020.00441446.7816.078259.635491.96455.2334.947.45E-020.00441546

26、.8016.084259.675489.99455.2034.967.45E-020.00441646.8316.09259.705488.00455.1834.977.44E-020.00441746.8616.096259.745485.99455.1534.997.44E-020.00441846.9016.102259.775483.96455.1435.007.44E-020.00441946.9316.108259.805481.90455.1235.027.44E-020.00442046.9816.114259.835479.81455.1135.037.44E-020.004

27、42147.0316.12259.865477.67455.1035.057.44E-020.00442247.0816.126259.885475.48455.1035.067.44E-020.00442347.1516.132259.895473.22455.1035.087.44E-020.00442447.2316.138259.905470.88455.1235.097.45E-020.00442547.3216.144259.905468.43455.1435.117.45E-020.00442647.4416.15259.895465.87455.1835.137.45E-020

28、.00442747.6516.156461.145929.71455.2335.157.46E-020.00442847.9916.162461.415927.97455.1635.177.46E-020.00442948.5816.168461.495923.94455.2335.217.48E-020.00443049.6316.174461.365916.14455.5435.277.51E-020.00443151.4916.18461.115902.56456.2135.387.58E-020.00433254.5716.186461.265881.35457.3535.617.70

29、E-020.00433359.1216.192463.455856.36458.8736.067.90E-020.00423464.8916.198470.375841.55460.2336.808.23E-020.00413571.0016.204484.175856.55460.6537.838.68E-020.00403676.4816.21503.925908.21459.8338.969.23E-020.00383780.7816.216525.555979.92458.1940.029.81E-020.00373883.8316.222544.666046.54456.4340.8

30、70.103450.00353985.8916.228559.046094.12454.9641.490.107840.00344087.2316.234568.716121.67453.8941.920. 111090.00344188.0816.24574.826135.11453.1542.210. 113360.00334288.6216.246578.576140.54452.6742.410. 114870.00334388.9716.252580.886142.00452.3442.540. 115840.00334489.1916.258582.326141.66452.134

31、2.620. 116460.00334589.3316.264583.256140.57451.9842.690. 116850.00334689.4316.27583.876139.17451.8742.730. 117080.00334789.5016.276584.306137.64451.7942.770. 117230.00334889.5516.282584.626136.08451.7342.790. 117310.0033metersqmsqmsqm22.9116.6532.6180.35432.9116.6552.6180.35542.9116.6562.6190.35552

32、.9116.6572.6190.35562.9116.6572.6190.35572.9116.6572.6190.35582.9116.6572.6190.35592.9116.6582.6190.355102.9126.6582.6190.355112.9126.6582.6180.355122.9126.6582.6180.355132.9126.6582.6180.355142.9126.6582.6180.355152.9126.6592.6180.356162.9126.6592.6180.356172.9126.6592.6180.356182.9126.6592.6180.35

33、6192.9126.6592.6180.356202.9126.6582.6170.356212.9126.6582.6170.356222.9126.6582.6170.356232.9116.6572.6170.356242.9116.6572.6160.356252.9116.6562.6160.356262.9116.6552.6150.356273.2268.1722.9630.561283.2268.1762.9640.562303.2268.1762.9640.562313.2268.1712.9620.562323.2248.1632.9600.561333.2238.1582

34、.9580.561343.2288.1862.9680.562353.2498.2933.0060.570363.3598.8643.2060.613373.4319.2453.3400.641383.4949.5863.4600.667393.5409.8443.5500.686403.57110.0173.6100.699413.59110.1263.6480.708423.60210.1923.6700.713433.60910.2323.6840.716由数据中可以看出本塔第 27 块理论板之下塔径逐渐增加，但增加的幅度不大，可以在改变塔结构情况下保证使用相同直径的塔。3.塔径的初步核

35、算塔的操作既要满足分离效率高同时又要满足塔的负荷性能的优化。根据水力学数据和估算的塔径，对 T0101 精馏塔进行分段设计和校核，分段结果如下表所示。表 1-11T0101 精馏塔分段结果用 Aspen plus 对每一段进行设计和校核，选用塔板类型为F1 型浮阀塔，对塔性能进行计算，得到设计数据。表 1-12Aspen 塔径初步校核数据Stage直径/m板间距/m降液管液位高度/板间距液泛因子降液管液体停留时间/s23.40.60.3710.6209.06433.40.60.3710.6219.06043.40.60.3710.6219.05753.40.60.3710.6219.05563

36、.40.60.3710.6219.05373.40.60.3710.6219.05183.40.60.3710.6219.05093.40.60.3720.6219.048103.40.60.3720.6219.047113.40.60.3720.6219.045123.40.60.3720.6219.044133.40.60.3720.6219.043143.40.60.3720.6219.041153.40.60.3720.6219.040163.40.60.3720.6219.039塔段起始板位置结束板位置板数1226252273593364813443.61410.2573.6920.

37、718453.61610.2723.6970.719463.61810.2823.7010.720473.62010.2903.7030.721483.62010.2953.7040.721由校核结果可知液泛因子介于 0.6-0.8 之间，降液管液位高度与板间距的比值介于 0.2-0.5 之间，降液管内液体的停留时间大于 5 秒，塔的初步设计与校核满足传质效率要求和负荷性能要求。为了方便的机械制造，在不同塔段的塔径相差不大的情况下可圆整取塔径的大小一致，对于差别较大的塔段，则应根据工艺要求设计成变径塔。4.塔的详细设计工艺数据：由 Aspen plus 模拟的 T0101 塔的各塔板上的物性参

38、数可知，分段选取塔板173.40.60.3720.6219.037183.40.60.3720.6219.036193.40.60.3720.6219.035203.40.60.3720.6219.034213.40.60.3720.6209.033223.40.60.3720.6209.033233.40.60.3720.6209.032243.40.60.3720.6209.032253.40.60.3720.6209.032263.40.60.3720.6209.032273.40.80.4220.7086.787283.40.80.4220.7086.783303.40.80.4220

39、.7086.782313.40.80.4220.7086.784323.40.80.4220.7076.788333.40.80.4220.7076.785343.40.80.4240.7096.753353.40.80.4300.7176.654363.80.80.4120.6297.758373.80.80.4300.6527.439383.80.80.4460.6727.178393.80.80.4580.6876.993403.80.80.4670.6976.874413.80.80.4720.7036.801423.80.80.4760.7076.757433.80.80.4780.

40、7096.730443.80.80.4790.7106.714453.80.80.4800.7116.703463.80.80.4800.7126.696473.80.80.4810.7126.691483.80.80.4810.7136.687上气液相负荷来进行设计和校核，在此以塔段 1（理论版为 2-26）为例，选取第二块塔板进行手工计算和校核，然后再用 CUOWER 进行计算，通过比较来检查计算的正确性。第 2 块塔板物性参数如表 1-13 所示：表 1-13 塔 T0101 第 48 块板水力学数据(1) 塔径的初步计算塔板间距 HT 的选取与塔高、塔径、物性性质、分离效率、操作弹性以

41、及塔的安装、检修等有关。设计时通常根据塔径的大小，由表 1-14 列出的塔板间距的经验数值选取。表 1-14 塔板间距和塔径的关系板间距HT(mm)200300300350350450450600500800600初选塔板间距： = 600设溢流堰的高度： = 50堰上清液层高度：= 50板上液层高度： = 50 + 50 = 1000.50.5 L0.064 455.72( )= 1.531 ( 34.77 )= 0.151 = 500 = 0.5根据图 1-4 查：20= 0.09塔径D(m)0.30.5 0.50.8 0.81.6 1.62.0 2.02.42.4液相体积流量（m3/s）

42、气相体积流量（m3/s）液相密度（Kg/m3）气相密度（Kg/m3）混合表明张力（dyne/cm）0.0641.531455.7234.774.45图 1-4关联图由图 7-4 得到的C20 值是表面张力为 20dyne/cm 时的经验系数，当表面张力为4 10.26D = = 3.62根据 aspen 初算结果，塔段的直径相差不大，因此取得所有塔段的值一致，将精馏塔塔径D 圆整为 D=3.8m，其对应板间距范围为 HT600mm，满足条件，假设成立。实际塔截面积 ：2 3.42= 11.342 =44实际空塔气速：44 1.531u = 2 =（2）塔板结构形式= 0.135/ 3.82降液

43、管主要有弓形、圆形和倾斜弓形三种，现将不同降液管的对比列于下表：表 1-15不同降液管的比较综合以上条件，该塔选取弓形降液管。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、单流型、双流型、阶梯流型。下表列出了溢流类型、塔体负荷之间的关系。降液管形式弓形圆形倾斜弓形简图特点及适用条件堰与壁之间的全部截面区域均作为降液容积，适用于较大直径的塔，塔板面积利用率较高。在弓形降液管内另装圆管作为降液管，适用于液量较小的情况。此形式有利截面的充分利用，适用于大直径的塔及气液负荷较大的情 况。表 1-16液体负荷与板上流型的关系根据塔体液相负荷和初算塔径 3.8m，所

44、以选择流型为双流型。(3) 降液管设计弓形降液管的溢流堰长度主要由弓形降液管的面积确定。溢流堰过长，可能因塔板构件的安装误差使液体流过堰时分布不均，影响到塔板上的液体分布也不均匀；若堰长过短，则堰上液流强度过大使得堰上的液层太厚，影响塔板的稳定操作，也不利于气液在降液管中的分离。堰长根据液体负荷及溢流型式而定，常用的弓形降液管的溢流堰长的取值范围如下。单溢流： = (0.60.8) = (0.50.7)双溢流（即双流型）：取 = 0.65 得堰长 = 2.47由化工原理（编制）图 1-5 查弓形降液管的参数，如下图所示：塔径（mm）液体流量（m3/h）U 形流单流型双流型阶梯流型10007 以

45、下45 以下14009 以下70 以下200011 以下90 以下90160300011 以下110 以下110200200300400011 以下110 以下110230230350500011 以下110 以下110250250400600011 以下110 以下110250250450图 1-5 弓形降液管参数图由 = 0.07 ,得降液管面积 = 0.79352由 = 0.13，得降液管宽度 = 0.494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22= 0.00284 ()3 = 0.00284 1.03 (0.0643600)3 = 0.06=

46、60mm2.47与假设相差不大，计算合理。图 1-6液流收缩系数计算图一般情况溢流堰高度设计合理。(6) 受液盘设计塔板上接受降液管流下液体的那部分区域称为受液盘。根据化工工艺设计手册，对径 800mm 以上的精馏塔，目前常用倾斜的降液管及凹形受液盘，凹形受液盘的深度一般在 50mm 以上，并且受液盘深要大于等于降液管底隙高度，通常规定单流程塔盘受液盘的深度一般为 50mm，125mm，160mm 三种。双流程塔盘受液盘的深度取值：当直径为 22003000 时取 100mm，当直径为 32003400 时为 125mm，当直径为 36003800 时为 140，当直径为 4200 时为160

47、mm。因为直径为 3800mm，因此选择受液盘深度为 140mm。(7) 塔板布置1) 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1) 阀阀孔动能因数 = 6.3224）浮阀的排列浮阀在塔板鼓泡区内的排列，应尽量使塔板上液体形成和鼓泡，以利于两相密切接触提高传质效率。试验证明，浮阀以三角形排列为好。按照阀孔中心连线与液流方向的关系，有顺排与叉排之分。叉排时相邻浮阀容易吹动液层，鼓泡均匀，故采用叉排型式为好。由直径 D=3.8m，采用分块式塔板四块(其中两块弓形板、通道板和矩形板各一块)。对于分块式塔板，为了便采用等腰三角形型叉排。板分块，宜取等腰三角形底边长（孔间距）由图：实

48、际开孔数为 788 个。因此实际孔气体速度为：= =1.531= 1.63m/s020.7850.039278840 = 1.05 = 1.55/由于阀孔实际排列的个数不等于理论计算的个数，因此需重新核算孔速及阀孔动能： = = 9.14阀孔动能因数变化不大，仍在 912 范围内，因此阀板开孔率为：N=788 个适宜。塔所以：34.77 1.522 = 5.34 2 453.72 9.81 = 0.048b. 液层阻力：浮阀塔板的液层阻力，与塔板上清液层高度有关。堰之间的液面梯度保证塔板上液体时能均匀分布所需的最小液量。对堰，取how=6mm=0.006m 作为液相负荷下限标准。根据公式将上述

49、各式代入图 1-10塔 T0101 水力学数据导入工艺条件与初估条件输入，选择塔盘类型为圆形浮阀，塔径设定最初是根据Aspen 模拟得到的塔径进行的，当设定塔径之后，再设定其他结构参数，如溢流形式、浮阀类型，开孔率大小、塔板间距、降液管宽度、溢流堰长、溢流堰高度、降液管底隙高度等参数，其最初设的依据是根据化工设备设计全书一塔设备的结构进行设计要求进行设计的，每个设定框被点击后都会给出该项参数的规定范围，如图 1-11 所示：图 1-11 工艺条件与初估条件输入利用CUOWER 计算得到塔板结构参数与塔板工艺参数，如图 1-12 所示：图 1-12塔板结构与工艺表 1-18 塔设计说明书 1基本

50、信息1项目名称镇海炼化年产 25 万吨丙烯项目7校核人C.A.S 团队2装置名称8日期2016/7/123塔的名称C4 分离塔9说明4塔板(实际)1#30#10计算选用的理论版2#5塔板层数3011塔板(理论)1#26#6塔板形式圆形浮阀12分段说明第一段设计工艺设计条件液相气相1质量流量kg/h1180217质量流量kg/h1917362密度kg/m3455.728密度kg/m334.773体积流量m3/h258.989体积流量m3/h5514.44粘度cp0.0710粘度cp0.015表面张力dyn/cm4.4511安全因子/0.826体系因子/1.0012充气因子/0.50塔板结构参数1

51、塔径m3.206孔数#856.152板间距m0.60007开孔密度#/m2180.013塔截面积m28.04258溢流程数/24开孔区面积m24.75619堰的形式/平堰5开孔率%12.71溢流区尺寸两侧中心1降液管面积比%13.6013.602堰径比%65.0099.433降液管顶部宽度m0.38410.34254弯折距离m0.14490.17205降液管底部宽度m0.23920.17056受液盘深度m0.03100.03107受液盘宽度m0.38410.34258堰高m0.03709降液管底隙m0.031010降液管顶部面积m21.09381.093911降液管底部面积m20.54530.

52、545312顶部堰长m2.08003.181613底部堰长m1.68303.1955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70%操作1空塔气速m/s0.19050.18560.20202空塔动能因子m/s(kg/m3)0.51.12311.09431.19093空塔容量因子m/s0.05470.05330.05804孔速m/s1.49851.49851.49855孔动能因子m/s(kg/m3)0.58.83598.83598.83596气速m/s0.84790.84790.84797动能因子m/s(kg/m3)0.55.00005

53、.00005.00008相对量kg 液/100kg 液-9溢流强度m3/(h.m)62.254664.451853.6347表 1-19 塔设计说明书 2塔板#10参数/0.17000.17000.170011板上液层高度m0.08160.08320.081912堰上液层高度m0.04460.04570.040413液面梯度m-14板上液层阻力m 液柱0.04080.04160.040915干板压降m 液柱0.04690.04690.046916总板压降m 液柱0.08770.08840.087817夹带kg 液/kg 气0.02300.02190.027518降液管液泛%75.982777.

54、518265.741419降液管内液体高度m0.24200.24710.210920降液管停留时间s9.12259.36238.603321降液管内线速度m/s0.06580.06410.069722降液管底隙速度m/s0.68940.70240.518723降液管底隙阻力m 液柱0.07270.07550.041224稳定系数/1.76721.76721.767225降液管最小停留时间s4.00004.00004.0000负荷性能图参数1操作点横坐标m3/h258.982操作点纵坐标103m3/h5.513操作上限百分比-110.00%4操作下限百分比-70.00%55%漏液时动能因子m/s

55、(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4-夹带线5-液泛线同时，利用 CUOWER 对塔 T0101 设计校核，校核结果如下图 1-13 所示：气相工况100%110%70%液相工况100%110%70%结构参数负荷性能图塔径mm3200.板间距mm600.降液管面积%13.6塔板开孔率%12.71出口堰长mm2080/3182出口堰高mm37.0降液板底隙mm31溢流程数2气液负荷气相负荷m3/h5514.3976065.8374246.086气相

56、密度kg/m334.7734.7734.77液相负荷m3/h0.0750.0820.052液相密度kg/m3455.718455.718455.718塔板水力学计算结果液流强度m3/m*h62.2564.4553.63空塔气速m/s0.190.190.2阀孔动能因子m/s(kg/m3)0.58.848.848.84塔板压降pa391.56395.01392.19夹带%2.32.192.75漏液率%操作/下限孔速1.771.771.77降液管停留时间s9.129.368.6降液管清液高度mm3131.535.5降液管液泛率%75.9877.5265.74降液管底隙流速m/s0.690.70.52

57、图 1-13（A）塔T0101 校核数据输入图 1-13（B） 塔 T0101 校核塔板结构参数结果图 1-13（C） 塔 T0101 校核塔板工艺参数结果得到最终设计说明书如下表 1-2021 所示：表 1-20 塔 T0101 设计说明书 1基本信息1项目名称镇海炼化年产 25万吨丙烯项目7校核人C.A.S 团队2装置名称8日期2016/7/123塔的名称C4 分离塔9说明4塔板(实际)1#30#10计算选用的理论版2#5塔板层数3011塔板(理论)1#26#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/h118021.387质量流量kg/h191736.2密度kg/m

58、3455.728密度kg/m 334.773体积流量m3/h258.989体积流量m3/h5514.404粘度cp0.0710粘度cp0.015表面张力dyn/cm4.4511安全因子/0.826体系因子/1.0012充气因子/0.50塔板结构参数1塔径m3.806孔数#788.382板间距m0.60007开孔密度#/m295.793塔截面积m211.34118溢流程数/24开孔区面积m28.23079堰的形式/平堰5开孔率%8.30溢流区尺寸两侧中心1降液管面积比%7.837.852堰径比%55.0099.813降液管顶部宽度m0.31320.2344弯折距离m0.10400.2085降液管

59、底部宽度m0.20920.0266受液盘深度m0.14000.1407受液盘宽度m0.31320.2348堰高m0.05000.0509降液管底隙m0.08000.08010降液管顶部面积m20.88820.89011降液管底部面积m20.48910.100512顶部堰长m2.09003.79213底部堰长m1.73343.7991浮阀孔径m0.03952单阀重量kg0.0336工艺计算结果正常操作130%操作70%操作1空塔气速m/s0.13510.17560.09452空塔动能因子m/s(kg/m3)0.50.79641.03530.55753空塔容量因子m/s0.03880.05050.

60、02724孔速m/s1.62732.11551.13915孔动能因子m/s(kg/m3)0.59.595412.47406.71686气速m/s0.84790.84790.84797动能因子m/s(kg/m3)0.55.00005.00005.00008相对量kg 液/100kg 液-9溢流强度m3/(h.m)61.956780.543743.369710参数/0.17000.17000.170011板上液层高度m0.09450.10300.085112堰上液层高度m0.04450.05300.035113液面梯度m-6.T0101 精馏塔不同塔段的设计结果上面以 T0101 塔的第一段为例进