2010版塔设备设计

中原石化分公司12第一塔设备概述1.1塔设计的基本目标与原则中原石化分公司12第一塔设备概述1.1塔设计的基本目标与原则要求（1）生产能力大。在较大的气液流速下，仍不致发生大量的雾沫夹带拦液或者液泛等破坏正常操作的现（2）操作稳定弹性大。当塔设备的气液负荷有较大波动时，仍能在较的传质效率下进行稳定的操作。并且塔设备应保证在能长期连续操（3）流体流动阻力小，流体通过塔设备的压降小。这将大大节省生产无法维持必要的真空（4）结构简单、耗用材料少，制造与安装容易。这可以减少基建过程中的投资费（5）耐腐蚀和不易堵塞，方便操作、调节和检1.2塔设备选型设计依据1-1~1PentaGB150-HG20652-塔类型的选择塔设备简塔类型的选择塔设备简内件结构分为板式塔和填料的改进，填料塔的效率有所提高，放大效应也在逐步得以解液传质设备。在一个圆筒形的壳体内装有若干层按一定间距放置的水平塔~2PentaHG/T20580-NB/T47041-HG/T21639-HG21594-GB50011-JB/T4710-使用的情况，主要的塔型是泡罩塔、筛板塔、浮阀塔、舌形塔、使用的情况，主要的塔型是泡罩塔、筛板塔、浮阀塔、舌形塔、浮动喷射等等。板式塔与填料塔对比见表1-21-21.3.2塔设备选型原则波动能力~3Penta大小应采用比表面积大、持液量高、液相湍动大的填料塔，一般多采用散装填料（一）物料性质对塔设备选择的（1）易起泡的物系，如处理量不大时，以选用填料塔为宜。因为填料使泡沫破裂，在板式塔中则易引起液（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（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，故应低时，也可用筛板塔和浮阀（4）黏性较大的物系，可以选用大尺寸填料，板式塔的传质效率较差（5）含有悬浮物的物料，应选择液流通道较大的塔型，以板式塔为宜料（6）操作过程中有热效应的系统，用板式塔为宜。因塔板上积有液层可在其中安放换热管，进行有效的加热或冷（二）操作条件对塔设备选择的（1）若气相传质阻力大（即气相控制系统。如低黏度液体的蒸馏，空液相控制的系统（如用气相在液层中鼓~4Penta（2）大的液体负荷，可选用填料塔，若用板式塔时，宜选用气液并流塔型（如喷射型塔盘）或选（2）大的液体负荷，可选用填料塔，若用板式塔时，宜选用气液并流塔型（如喷射型塔盘）或选用板上液流阻力较小的塔型（如筛板和浮阀）（3）低的液体负荷，一般不宜采用填料塔。因为填料塔要求一定量的淋密度，但网体填料能用于低液体负荷的场（4）液气比波动的适应性，板式塔优于填料塔，故当液气比波动较大宜用板式（三）其他因素对塔设备选择的（1）对于多数情800mm时，不宜采用板式塔，宜用填程，宜采用新型填（2）一般填料塔比板式塔（3）大塔以板式塔造价较廉。因填料价格约与塔体的容积成正比，板塔按单位面积计算的价格，随塔径增大而减1-~5Penta800mm1-41.4板式塔及塔板选择板式塔主要有筛板塔、浮阀塔和泡罩塔。板式塔的设1-41.4板式塔及塔板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塔是经济合理的，比一般填料塔具有效率高和能力大的优~6PentaCO2VAC水分离工业上需分离的物料及其操为了适应各种不同的操求，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现将几种主要塔板的性能比1-5工业上需分离的物料及其操为了适应各种不同的操求，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现将几种主要塔板的性能比1-51-6能耗1.5填料塔的填料类型与选择~7Penta生产能 塔板效 操作弹 压 结 成5111.2-1.1-90.7-1.2-30.4-1.3-30.5-塔盘类 优 缺 适用场小塔一定的机械强度，使填料层底部不致因受压而碎裂、变常用的填料可分为两大类：散装填料和规整填1-7料性能的基本参表面积是评价填料性能优劣的一个重要指~8PentaGlitsch此，空隙率是此，空隙率是评价填料性能优劣的又一重要指力越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表所1-8工艺的要求，又要使设备投资和操作费用最1.6塔的结构~9Penta123456789填料名 评估 排等件组成。支座常用裙式支座。附件包括人、手孔，各种接管、平台、扶吊柱图2-1A板式塔说2-1B填料塔说明图7—8—支撑装置；9—进气口；10—11—12—~10精馏段塔盘；5—壳体；6—进料口；7—人孔；8—提馏段塔盘；9—进气口；10—11—排液口；12—Penta1.7本厂实际选择（1）在各个工段中，既含有二氧化碳、合成气等腐蚀性小的物系，又有醋酸等腐蚀性较大的物1.7本厂实际选择（1）在各个工段中，既含有二氧化碳、合成气等腐蚀性小的物系，又有醋酸等腐蚀性较大的物系，因此在塔型选择时应分别考（2）在部分工段会产生悬浮（3）常压、减压、加压操作均存（4）塔径一般较大，个别为小尺（5）从成本出发，优先考虑板式塔，但在一些吸收过程中，同时使用料塔。根据本项目的反应，并设计出了反应精馏塔和萃取具体的选择结果如1-91-9~11PentaCO2VAC水分离第二板式塔设备设计计算示例2.1T0302VAC第二板式塔设备设计计算示例2.1T0302VAC粗分塔VAC粗分塔T0302操作压力为0.1MPa，塔顶温度52.7562℃，塔底的详细计算过程如下所2.1.1水力学参数获得（1）塔板的们初步选择浮阀（2）物性参数提取Aspenplus各塔板上的物取塔板上气液相负荷最大块塔板进行手工计算和校核，然后再用Aspenplus进行塔的设计和校核，过比较来检查计算的正确采用AspenPlusT0101TraySizing各塔板上的物性参数如2-所~12Penta12采用AspenPlusT0302添加TraySizing各塔板上的物性参数如表2-1所2-1~13Penta℃℃m172933412采用AspenPlusT0302添加TraySizing各塔板上的物性参数如表2-1所2-1~13Penta℃℃m17293345926976~14Penta86993989661247~14Penta869939896612474~15Penta938370~15Penta9383700中原石化分公司12得到水力学参数表后，从中选择流量最大的塔板，作为设计的计算依2-25块塔板物性2.1.2工艺尺寸概算（1）塔径计算中原石化分公司12得到水力学参数表后，从中选择流量最大的塔板，作为设计的计算依2-25块塔板物性2.1.2工艺尺寸概算（1）塔径计算板间距的经验数值选2-3初选塔板间板上液层高HT-hT=800-0.013351019.58L L汽液两相流动参 14.53931.13681 V查史密斯关联~16Penta℃℃42-1可查得矫正到表面张力为0.021993σ CC0.011 2-1可查得矫正到表面张力为0.021993σ CC0.011 泛点气ρL891.233-uf0.107748为避免雾沫夹带及液泛的发生，一般情(0.6~0.8)u在此取安全系数0.6：𝑢′=0.6×=0.6×1.9387=43.14πu所以，初算塔径为；圆整后取3.14πDAT2实际塔截44~17Penta43.14实际空塔气速u2（2）塔径的初步核算1)雾沫=0.5~0.7， D故堰长lw0.643.14实际空塔气速u2（2）塔径的初步核算1)雾沫=0.5~0.7， D故堰长lw0.62由化工工艺设计手册图12-查弓形降液管的参数，如下图所2-2D由图可/𝐴0.0550.1727m则弓形降液管截面0.0553fTW0.112 WGA- 3.14- ~18Penta又因为29.14638H2.5（hwhow）2.5(0.088671.03)3f则雾沫夹带量eV又因为29.14638H2.5（hwhow）2.5(0.088671.03)3f则雾沫夹带量eV0.0057e0.0014kg液kgVHh 0.8Tf因为0.0014kg液kg汽0.1kg液kg故在设计负荷下不会发生过量雾沫夹2)停留为降低气泡管内应有足够的停留时间以使气体从液分离出，一般要求τ不应小于3~5s，而对于高压下操作的塔以及易起泡系，停留时间应更长些，为此必须进行校液体在降液管中停留时HT 0.893.9283s根据以上两步核算的结果，可以认为塔径D=2m（3）塔板布置设计1)塔板结构降液管主要有圆形、弓形和倾斜弓形三种。三种降液管的对比如~19Penta2-4综合以上情况比较，这里选用弓形降液有以下几种形式：U型流、单流型、双流型2-4综合以上情况比较，这里选用弓形降液有以下几种形式：U型流、单流型、双流型、阶梯流2-5列出了溢流类型、塔径、液体负荷之间的关系2-5由于板式塔内流量为9.1464m3/h，且估算塔径为2m，选U形流（4）堰及降液管设计1)堰的~20PentaU745970119011110111101111011110因为受液盘为凹形受液盘，所以没有内Lh (lw2-3由化工工艺设计手册图12-48液流收缩系数图查因为受液盘为凹形受液盘，所以没有内Lh (lw2-3由化工工艺设计手册图12-48液流收缩系数图查由弗朗西斯公式，堰上液层高32LhEhow0.002841.03由于 0.06m，所以采用平堰堰高hLhow0.10.0109990.089m，圆整后得堰高为0.9m0.090.010999'hh所以板上清液层高 L因为' 所以假设的hL2)降液管的降液管的截面积2~21Penta降液管管宽假设h0hw则降液管底部距下一板的间距为(5)塔板布hw0.01①塔板的分块。因D≥800mm，故塔板降液管管宽假设h0hw则降液管底部距下一板的间距为(5)塔板布hw0.01①塔板的分块。因D≥800mm，故塔板采用分块2-查表2-6得，塔板分为5②边缘区宽度确取=W's=0.05m,WC③开孔区面积计r2x2r2sin1xar180开孔区xD/2WWs1(0.240.05)1r/20.65A20.940.6520.942sin1.366m故2a0.94④筛孔计算及其排列。本例所处理物系无腐蚀性，可选用=3mm板，取筛孔直径do=6mm。筛孔按正三角形排列，取孔心tt=3do=3筛孔数目t为~22Penta塔板分块34561.1551.155n70402t开孔率A/A0.907/t/2 0气体通1.1551.155n70402t开孔率A/A0.907/t/2 0气体通过筛孔的气速筛孔uVs/0010.07%(6)流体力学计算与校核1)塔板①干板阻 hcv0C0832，查由查图得C02 故h0.051c0.036772）气体通过液层板上清液层高度hL计算公式~23Pentah1 0.8(m/suaA3.14 0.82.37551.3263h1 0.8(m/suaA3.14 0.82.37551.3263Kg1/2/(sm1/2得故h1hL(hwhow0.62(0.0110.070.081m液柱2）液体表面张力所造成的阻力418.035/891.29.810.001375(m即 气体通过塔板的压降相当于的高度hp为hphch1h0.0367790.03720.0013750.07535(m液柱气体通过每层塔板的压△PphpρLg0.07535891.29.81658.165Pa0.7kPa为设计允（2）液面面落差的影~24Penta（3）液沫液沫夹带量计5.7106 5.7 0.0008 （3）液沫液沫夹带量计5.7106 5.7 0.0008 18.035/10000.82.5<0.1(kg液/kg气故在本设计中液沫夹带量ev在允许范围（4）对筛板塔，漏液点气速u0,ma 0.00560.13h-h0LV4.40.740.00560.130.08-0.0013757.49811.9359m/s实际孔速u0/稳定系数为11.9359/7.49781.59故在本设计中无明显漏（5）为防止塔内发生液泛，降液管内液层高HdHdHThw醋酸乙烯属于一般物系，取 0.5，则Hh0.50.80.089TwHdhphL而h板上不设进口堰，~25Pentahd 0.00599(m液柱01.20.01069Hd0.005990.081320.005990.1626(m H，给在本设计中不会发生液泛现象。dT8负荷性能图（1）漏Vshd 0.00599(m液柱01.20.01069Hd0.005990.081320.005990.1626(m H，给在本设计中不会发生液泛现象。dT8负荷性能图（1）漏Vs,min/A04.4C0(0.0560.13(hwhow)h)L/由，2/Ehlw100020.1+在操作范围内，任取几个LS值，依上式计算出Vs值计算结果列于表2-由表2-7数据即可作出漏液线（2）液沫夹以eV0.1kg液/kg气为限，求Ls关系如5.7106 eVH由T2/0.0791.03hh2.5h2.5hh0.12172/fL s2/HThf0.6783~26Penta5.7 0.67832/L 整理得Vs9.3695.7 0.67832/L 整理得Vs9.369由表3-20数据即可作出液沫夹带线2（3）液相负荷下对于平直堰，取堰上液层高度作为最小液体负荷标准。2/1.03Sh0.006m/计 0.00098m3/据此可作出与气体流量无关得垂直液相负荷下限3（4）液相负荷上以4s作为液体在降液管中停留时间的下AfH0.17275/s故 3据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷上限4（3）液Hd(HT令由HdhphLhdhchlhhLh1~27Penta hLhwhow--1hw1howhch联立得忽略将howLshd与Lshc与的hLhwhow--1hw1howhch联立得忽略将howLshd与Lshc与的关系式代入上式，并整理得：a'V2b'c'L2d'ss0.051V0.782（A L0.11.3660b'HT1hw0.50.80.50.6210.04c'0.153/l 0.153/1.20.010692w01/360036002/d'2.84103E12.84101.03131.2将有关的数据带入整理，得49.328-14280L2-ssS在操作范围内，任取几个Ls值，计算结果列于表3-21由表3-21数据即可作出液泛线5根据以上各线方程，可作出筛板塔得负荷性能图，如图2-7所示由以上1~5作出塔板的负荷性能图如~28Penta2-7VV0.211m3/故操作弹性为由图可知，操作线介于五条线之间，且有一定操作弹性空间，设计合~29Penta图2-8Aspen(8)塔设计结果2-6~30Penta图2-8Aspen(8)塔设计结果2-6~30PentaUlw(9)塔机械工程设1）塔高的①实际塔板数N：经计算可得实际塔板数为23②塔顶空HD：塔顶空间高(9)塔机械工程设1）塔高的①实际塔板数N：经计算可得实际塔板数为23②塔顶空HD：塔顶空间高度的作用时安装塔板和开人孔的需要，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1.0~1.5m，这里取HD=1m③塔板间距HT：由上面计算可知HT=0.8mH④开设人孔的板间 :设有人孔的上下两塔板间距应大于等于T这里=800括塔顶和塔底人孔数）⑥进料段空间般要比HT大，取HF=1100mm~31Penta0.0372m降液管内清液层高度雾沫夹带8×10-4kg液/kg塔底容量可取小些，取2~5min的储量。提取Aspen数据塔底料液出口体V=9.14638m³/h，塔径 V 0.785D2HB综上可知塔筒体HHD(202S)HTSHTHFHB⑧裙座筒体高度大于10m，塔径2m>1m，所以采用圆柱形裙⑨封头封头选取标准椭圆形封头，根据GB/T25198-2010，知H=540mm2）接管的（1）进取进料管液体流速为1.5m/s，液相体积流量为0.0137m3/s，则进料Vd0.7852圆整后，选取规格为4的热轧无缝钢Vu1.1169m/0.785d实际（2）塔顶出料~32Penta取液体流速2ms，根sAspen3Vd20.785D圆整后，选取规格为76取液体流速2ms，根sAspen3Vd20.785D圆整后，选取规格为764的热轧无缝钢Vu1.267m/0.785d实际（3）塔底出取出料管流速为u=1.6m/s积流量V=0.00162m3/s，则管径V0.785ud1圆整后，选取规格为3的热轧无缝钢Vu1.3568m/实际0.785d3）塔体和封头作为塔体和封头的材~33Penta2.2塔设备条件图2-92.2塔设备条件图2-9~34Penta2.3塔装配图2-102.4强度校核4）筒体壁厚这里采用SW6-2011进行塔的筒体强度计2.3塔装配图2-102.4强度校核4）筒体壁厚这里采用SW6-2011进行塔的筒体强度计算，如2-72-~35Penta第1段筒体校核计算周师Pentakill计算所依据的GB150.3-2011计算筒体简计算压力0.10设计温度137.00C内径2000.00材Q345R (板材试验温度许用应力189.002-8~36Penta第2段筒体校核计算周师Pentakill计算所依据的GB150.3-2011计算筒体简计算压力0.10设计温度137.00C内径2000.00材Q345R (板材试验温度许用应力2-8~36Penta第2段筒体校核计算周师Pentakill计算所依据的GB150.3-2011计算筒体简计算压力0.10设计温度137.00C内径2000.00材Q345R (板材试验温度许用应力189.00设计温度许用应力189.00试验温度下屈服点345.00钢板负偏差0.30腐蚀裕量3.00焊接接头系数1.00厚度及重量计算厚 =2[]tPc=0.53有效厚e=n-C1-C2=8.70名义厚n=12.00重5265.80压力试验时应力压力试验液压试验试验压PT=1.25P[] 0.4646(或由用户输入[的应力水平TT0.90s=310.50圆筒的T=pT.(Die)=53.632e校核条T校核结合格压力及应力最大允许工作2e[]t (Die)=1.63718设计温度下计算Pc(Diet =11.54e189.00校核条t结合格6）封头壁厚入参数如下~37Penta设计温度许用应力189.00试验温度下屈服点345.00钢板6）封头壁厚入参数如下~37Penta设计温度许用应力189.00试验温度下屈服点345.00钢板负偏差0.30腐蚀裕量3.00焊接接头系数1.00厚度及重量计算厚 =2[]tPc=0.53有效厚e=n-C1-C2=8.70名义厚n=12.00重8190.45压力试验时应力压力试验液压试验试验压PT=1.25P[] 0.4646(或由用户输入[的应力水平TT0.90s=310.50圆筒的T=pT.(Die)=53.632e校核条T校核结合格压力及应力最大允许工作2e[]t (Die)=1.63718设计温度下计算Pc(Diet =11.54e189.00校核条t结合格2-~38Penta上封头校核计算计算单周师Pentakill计算所依据的GB150.3-2011计算椭圆封头计算压力0.10设计温度137.00C内径2000.00曲面深度525.00材Q345R (板材)2-~38Penta上封头校核计算计算单周师Pentakill计算所依据的GB150.3-2011计算椭圆封头计算压力0.10设计温度137.00C内径2000.00曲面深度525.00材Q345R (板材)设计温度许用应力189.00试验温度许用应力189.00钢板负偏差0.30腐蚀裕量3.00焊接接头系数1.00压力试验时应力压力试验液压试验试验压P=1.25P[]=0.2375(或由用户输入 [压力试验允许通过的应力T0.90s=310.50试验压力下封头的T=pT.(KDi0.5e)=60.27校核条T校核结合格厚度及重量形状系1 D2K=62i=0.9380 i计算厚 h=2[]t0.5Pc=0.50有效厚eh=nh-C1-C2=3.70最小厚min=3.00名义厚nh=7.00结满足最小厚度要求重246.62压力计算2-10~39Penta下封头校核计算计算单周师Pentakill计算所依据的GB150.3-2011计算椭圆封头计算压力0.10设计温度137.00C内径2000.00曲面深度525.00材Q345R (板材)设2-10~39Penta下封头校核计算计算单周师Pentakill计算所依据的GB150.3-2011计算椭圆封头计算压力0.10设计温度137.00C内径2000.00曲面深度525.00材Q345R (板材)设计温度许用应力189.00试验温度许用应力189.00钢板负偏差0.30腐蚀裕量3.00焊接接头系数1.00压力试验时应力压力试验液压试验试验压P=1.25P[]=0.4646(或由用户输入 [压力试验允许通过的应力T0.90s=310.50试验压力下封头的T=pT.(KDi0.5e)=117.90校核条T校核结合格厚度及重量形状系1 D2K=62i=0.9380 i计算厚 h=2[]t0.5Pc=0.50有效厚eh=nh-C1-C2=3.70最小厚min=3.00名义厚nh=7.00结满足最小厚度要求最大允许工作2[]t[Pw]=KDi0.5e=0.74477结合格2-~40Penta风载及地震载荷筒体连操作质 m0m01m02m03m04m05ma23629.17347.2-~40Penta风载及地震载荷筒体连操作质 m0m01m02m03m04m05ma23629.17347.17347.10675最小质 m0m010.2m02m03m04ma2035017347.17347.1067596985.17347.17347.10675风弯矩MIIPl/2 (l /2) (l /2) 6.5.5.2.34e+nMca(I)MII(2/T)2Ym(hh)(h T knMca MII(2/T)2Ym(hh (h T kk顺风向弯矩MII顺风向弯矩MII重246.62压力计算最大允许工作2[]t[Pw]=KDi0.5e=0.74477结合格2-~41Penta组合应力A11232323.2254.5912.39226.80226.80226.80A223(内压123(外压28.8223.7055.7210.48123.89124.5652.92124.56A32-~41Penta组合应力A11232323.2254.5912.39226.80226.80226.80A223(内压123(外压28.8223.7055.7210.48123.89124.5652.92124.56A31216.7139.2914.30310.50310.50310.50A4224.789.2921.844.48108.38108.3855.68108.38组合风弯矩 max(MII,(MII)2(MII)2 6.5.5.2.34e+nMIIF(hh)注:计及高振型时,此项按B.24计 k0000Meme0000最大弯矩 max(MIIM,MII0.25MIIM 需横风向计算 max(MIIM,MII0.25MIIM 6.5.5.2.34e+2-~42Penta54663.7D2/it2.73318e+074MJ mJJgFJ2-~42Penta54663.7D2/it2.73318e+074MJ mJJgFJ D it it17.47136.08合格AwZ0.55D2 otMJ mJJgFJmax (pT9.81Hw)(Diei)/53.63126.1153.63310.50310.50310.50合格合格不合合格1:ijiji=1操作工 j=1设计压力或试验压力下引起的轴向应力（拉i=2检修工 j=2重力及垂直地震力引起的轴向应力（压i=3液压试验工况 j=3弯矩引起的轴向应力（拉或压）[]t设计温度下材料许用应力B设计温度下轴向稳定的应力许用值注2:A1:轴向最大组合拉应 A2:轴向最大组合压应A3:液压试验时轴向最大组合拉应 A4:液压试验时轴向最大组合压应注3:单位如下质量: 弯矩: 应力:2-14~43Penta塔设备校中航一集团航空动力控制系统研究所板式2液压封材料名Q345RQ345R名义厚度770.3MJJ mJ2-14~43Penta塔设备校中航一集团航空动力控制系统研究所板式2液压封材料名Q345RQ345R名义厚度770.3MJJ mJJ e 主要尺计及总体参127.33561e+102565715438.5308