典型塔设备初步设计说明书

2xxxx典型塔设备初步设计说明书 第二章设备选型 6 第三章塔设备设计工艺计算 10 数 10 第四章塔内部结构的工艺设计 17 第五章工艺设备校核 23 35.1.2板上充气液层阻力 235.1.3表面张力造成阻力 23 45.2.2板上液层高度 24 第六章塔设备机械设计 273xxxx典型塔设备初步设计说明书 第七章水压试验 294第一章总论装置的产品产量、质量、生产能力和消耗定额,以及“三废”处理和环境保护等在石油炼厂和化工生产装置中,塔设备的投资费用占整个工艺设备费用的25.93%。塔设备所耗用的钢材料重量在各类工艺设备中所占的比例也较多,例如在年产250万吨常压减压炼油装置中耗用的钢材重量占62.4%,在年产60~1201.2设计任务设计一座乙二醇与二甘醇的分离塔，用于分离乙二醇的二甘醇，分离得到的乙二醇从塔顶流出，已经达到设计要求的纯度，直接作为产品进行销售而二甘醇从塔底获得，得到的二甘醇送入二甘醇提纯塔进行提纯。工艺参数如下表设计参数及要求工作压力/MPa塔体内径/mm设计压力/MPa塔高/mm000工作温度/℃设计寿命/a设计温度/℃浮阀(泡罩)规格/个数—介质名称混合物浮阀(泡罩)间距mm—/(kg/m3)保温材料厚度/mm5xxxx典型塔设备初步设计说明书设计基本地震加速度0.2g保温材料密度/(kg/m3)N/m2)塔盘上存留介质层高度/mm-抗震设防烈度8壳体材料Q345R场地类别Ⅱ塔形裙座材料Q245塔板数目/个偏心质量/kg-塔板间距/mm偏心距/mm--地面粗糙度(类)B6xxxx典型塔设备初步设计说明书第二章设备选型2.1塔型的类型与选择塔主要有板式塔和填料塔两种,它们都可以用作蒸馏和吸收等气液传质过程,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。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下流动;气体呈连续相自下而上与液体作逆流流动,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填料塔板式塔径体再分布的问题压力降压力较小，较适于要求压力较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小大7xxxx典型塔设备初步设计说明书安装检安装检修材料造价宜,直径增大,造价显著增加质量较容易一般用金属材料直径大时一般比填料塔造价低较小较困难可用非金属耐腐蚀材料大板式塔优于填料塔。m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、(1)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,故可采用新型填料以降低塔的高度;8xxxx典型塔设备初步设计说明书(2)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,故可优先选塑料等;感,操作易于稳定;(3)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危险较小;(4)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有效地传热;作的蒸馏塔仍多采用板式塔。综合考虑，本项目乙二醇与二甘醇的分离塔采用板式塔。2.2塔盘的类型与选择根据塔板上气、液两相的相对流动状态,板式塔分为穿流式和溢流式。目前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,迄今已开发和使能比较列表如下:表1-2几种主要踏板的性能比较9xxxx典型塔设备初步设计说明书适适用场合特别容易堵塞的物系板阻力大、处理能力小分离要求高、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小浮板易脱落、效率较低宽塔板效率高结构简单、塔板阻力缺点结构复杂、造价高、塔优点较成熟、操作稳定塔盘类型泡罩板分离要求较低的减压塔易堵塞、操作弹性较小操作弹性窄、效率低压降小、处理量大浮阀易脱落浮动喷射板舌型板浮阀板筛板从以上各图可以看出:浮阀塔在蒸汽负荷、操作弹性、效率和价格等方面都力可比圆形泡罩塔盘提高20%~40%。几乎不变,因之能在较宽的流量范围内保持高效率。它的操作弹性为3~5,比筛(3)塔板效率高由于气液接触状态良好,且蒸汽以水平方向吹入液层,故雾沫较高,一般情况下比泡罩塔高15%左右。国内已采用的浮阀,其中常用的是V-1型和V-4型。浮阀塔盘操作是的气液流程和泡罩塔相似;蒸汽自阀孔上升,顶开发片,穿过环形缝隙,以水平方向吹入液速范围内自由调节、生姜,以保持稳定操作。xxxx典型塔设备初步设计说明书第三章塔设备设计工艺计算3.1塔设备的初步设计3.1.1设计思路与底部空间的高度,裙座高度。2、塔径的计算装置的有关条件→给定塔板设计条件→准备事项→确定塔径溢流区的设计→气液接触区的设计→各项校核计算3、塔内件的设计,主要是塔盘的工艺和结构设计。此外还有塔的进出口、防焊操作环境中主要存在乙二醇和二甘醇,其质量分数之和大于99%。考虑到压力、温度较低,初步选用碳钢材料。查《腐蚀数据手册》得碳钢在以上介质中的在aspen模拟中,工艺采用的工作压力为pw=0.1MPa,设计压力取最高工。p=1.1pw=1.1×0.1=0.11MPaxxxx典型塔设备初步设计说明书Aspen模拟进行了塔结构的初步计算,符合最大塔板塔径为2.61m,浮阀塔,塔塔液相温度/气相温度/气相质量流液相体积流气相体积流板量量量量数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典型塔设备初步设计说明书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续塔板数塔板数液相密度气相密度液相粘度气相年度力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典型塔设备初步设计说明书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塔筒体工艺计算Aspen据计算中基本数据可以求得计算所用数据,具体计h式中式中C由计算，其中的由书中图像查取，图的横坐标为：xxxx典型塔设备初步设计说明书√=√=ᵃᵄ塔径塔径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=530mmᵃ=ᵃᵰᵃ0.2=0.11×57.90.2=0.1361因此202020=0.87=0.87xxxx典型塔设备初步设计说明书ᵆᵅᵄᵆ=ᵃ√ᵰᵃᵰᵄᵰᵄ=0.1361×=2.74m/sᵆ=0.8ᵆ=0.8×2.74=2.19ᵅ/ᵆm/sᵅᵄᵆᵃ=√=2.40ᵅᵰᵰᵃ=ᵃ2=×2.42=4.5216ᵅ2ᵄ44ᵄ10.75ᵃ4.5216ᵆ=ᵆ==ᵃ4.5216ᵄᵆ2.3774=ᵆ2.74ᵅᵄᵆ3.3塔高的估算塔高的估算公式为:ᵃ=ᵃ+ᵃ+ᵃ123xxxx典型塔设备初步设计说明书H=H+H+H=2+18+2=22m123xxxx典型塔设备初步设计说明书第四章塔内部结构的工艺设计4.1塔内部结构的设计与计算4.1.1流型选择表塔径(塔径(mm)流体流量(cum/h)单溢流双溢流----90-160-200-300000230-350250-4000250-450mxxxx典型塔设备初步设计说明书Lw.24=1.68m管面积由《化工原理(下)》(叶世超等编.科学出版社)图弓形降液管的AWdDxxxx典型塔设备初步设计说明书般要求不应小于3-5s，而对高压下操作的塔以及易起泡的物系，停留时间应更AH0.40690.6t=fT==s12.92s>3-5sᵃ0.0189)0.25ᵃ0.0189)0.251.680.25ᵆᵃ20.01892ℎ=0.00284ᵃ(ᵄ)3=0.00284×1.04×()3=0.0002ᵅᵆᵅᵆᵅ1.68ᵆᵃᵃxxxx典型塔设备初步设计说明书hwhlhow0.0699m=0.0375ᵅ=1.68×=0.0375ᵅ=1.68×ᵅ4.2塔板布置及浮阀数目与排列4.2.1浮阀数的确定取阀孔动能因子F0=10ᵅ√ᵰᵄᵆᵅ==√2.76=6.02ᵅ√ᵰᵄVπN=400=1464.98≈1464=ᵰ4ᵅᵅ2=1464.98≈1464=ᵰ4ᵅᵅ2ᵆᵅ×0.0392×6.024xxxx典型塔设备初步设计说明书=0.7，查图得ᵄᵅ=0.7，查图得ᵄᵅ已知ᵅᵆᵃᵃᵃWdD.15×2.40=0.36mᵰ2+ᵃᵄ=2[ᵆ√ᵰ2+ᵃᵄ=2[ᵆ√ᵅ2−ᵆᵅ)]−−ᵄ−ᵄ=1.2−0.36−0.07=0.77mᵆ=2ᵅᵆᵅ=ᵃ−ᵅ=ᵃ−ᵄ=1.15mᵰ2+ᵅᵰ2+ᵅ)]=0.6003ᵅ2ᵃᵆᵃᵆ′=ᵄ=ᵄᵆ1465×==ᵄᵆ1465×ᵄᵄᵄᵆ==ᵄ0.785×0.0392ᵄᵆ==ᵄ0.785×0.0392×ᵅᵰᵅ24ᵅxxxx典型塔设备初步设计说明书ᵃᵅ=ᵆᵅ√ᵰᵄ=6.02×√2.76=10.00∅=×100%=ᵄ2×100%=12.03%孔率合适。ᵃᵃxxxx典型塔设备初步设计说明书第五章工艺设备校核5.1塔板压降的校核到塔低的操作压力故，此压力降数据是决定蒸馏塔塔底温度的主要依据。hp=hc+hl+hσᵅᵅ11ᵆ=10.53=10.53=6.03ᵅᵅ11ᵰᵄ1.8252.761.825ᵅᵅᵅᵆ≥ᵅᵅᵅℎ=5.34ᵰᵄᵆᵅ2=5.34×2.76×6.032=0.0046ᵅᵅ2ᵰᵅ2×1118×9.815.1.2板上充气液层阻力本设备分离液相为碳氢化合物，可取充气系数为ε=0.45。ℎᵅ=ᵰ0ℎᵃ=0.45×0.07=0.0315ᵅ5.1.3表面张力造成阻力此阻力很小，忽略不计。因此，与气体流经一层浮阀塔板的压强降所相当的液柱高度为ᵅᵅᵅᵰℎ=ℎ+ℎ+ℎ=0.0046+0.0315ᵅᵅᵅᵰᵅᵅᵃ∆ᵅ=ℎᵰᵅ=0.036×1118×9.81ᵅᵅᵃxxxx典型塔设备初步设计说明书为了防止降液管液泛现象发生，要求控制降液管内液层高度ᵅᵄᵄᵃ≤∅(ᵃᵅᵄᵄ忽略液面落差的影响，可利用下式计算ᵅᵅᵃᵅᵃ=ℎ+ᵅᵅᵃᵅ与气体通过塔板的压强降所相当的液柱高度hp=0.0361m液柱。因不设进口堰，则ᵃ20.01892ℎ=0.153(ᵆ)=0.153×()ᵃ20.01892ᵅᵅᵅᵅℎ1.68×0.04015.2.2板上液层高度ᵃᵃ=ℎᵃᵃ=ℎ+ℎ+ℎ=0.0361+0.07+0.0901=0.1962ᵅᵅᵅᵃᵅ取降液管中泡沫层相对密度∅=0.6ᵄᵄ∅(ᵃ+ℎ)=0.6×(0.6+0.0699)=ᵄᵄᵅᵄᵄᵃ≤∅(ᵃᵅᵄᵄ5.3雾沫夹带的校核xxxx典型塔设备初步设计说明书+1.36ᵃᵄᵆᵃᵄ+1.36ᵃᵄᵆᵃᵄ×100%ᵄᵃᵃᵃᵃ及ᵃ′=√0.78ᵃᵃᵃᵃᵄᵄ=ᵃ2ᵄ=2.402×0.36=1.68ᵅᵃᵅᵃ=ᵃ2ᵃ=4.52162×0.4069=3.7078ᵅ2ᵄᵄᵅ取物性系数为ᵃ=1.0，查得泛点负荷因子ᵃᵃ=0.1，求得+1.36×0.0189×1.68+1.36×0.0189×1.681118−2.76×100%=65.89%ᵃ=1×0.110.53×ᵃ′=010.53×ᵃ′=0.78×1×0.1×6上述两式泛点率都在80%以下，故故雾沫夹带量能够满足ᵅ<0.1ᵅᵅ/ᵅᵅ的要求。ᵆ已知，动能因数ᵃ0=11.82>5，不会发生严重漏液。板间距HT/m0.60xxxx典型塔设备初步设计说明书塔板形式单溢流降液管um/s)2.6680溢流堰长LW/m1.57高HW/m0.0684液层高度hL/m0.0315临界阀孔气速0.2257uoc/(m/s)孔心距t/m0.07365指同一横排的孔心距m指相邻二横排的中心线距离板压降Δp/pa394.83液体在降液管内的停留12.92mxxxx典型塔设备初步设计说明书第六章塔设备机械设计塔体和封头都选用Q345R，取焊接接头系数为0.90，在厚度为3~16mm时，温度在0~150℃之间，屈服极限ᵄᵅL=325ᵄᵄᵄ，许用应力ᵰ=131ᵄᵄᵄ。塔径ᵃᵅ=2400ᵅᵅ，选用标准椭圆封头，则ᵃ=1。ᵅᵃ0.11×24002[ᵰ]ᵆ∅−ᵅ2×131×0.902[ᵰ]ᵆ∅−ᵅ2×131×0.90−0.11ᵅ取腐蚀余量为ᵃ2=2ᵅᵅ，得到ᵅᵯ=ᵯ+2=3.1201ᵅᵅᵅ考虑到钢板负偏差ᵃ1=0.3ᵅᵅ及钢材的标准系列，取筒体和封头的名义厚度均为ᵯᵅ=6ᵅᵅᵅᵅᵯ=ᵯ−2−0.3=ᵅ