【苯酚生产的塔设备设计案例5400字】

苯酚生产的塔设备设计案例综述目录TOC\o"1-2"\h\u5720苯酚生产的塔设备设计案例综述 1126711.1设计概述 18681.2塔设备选型 1297221.2.1概述 2157391.2.2塔设计要求 2252741.2.3塔的类型 2130601.2.4填料塔 3300841.2.5填料塔和板式塔的比较 4311321.2.6塔型的结构与选择 565271.3塔设计计算 5185651.3.1水力学参数 655891.3.2塔径的计算 6193071.3.3工艺尺寸的计算 830791.4流体力学验算 11144071.4.1降液管液泛 11293721.4.2停留时间 12106061.4.3雾沫夹带量校核 12102631.4.4严重漏液校核 1312951.5精馏段塔板负荷性能图 13245071.5.1漏液线 13178381.5.2过量雾沫夹带线 1345761.5.3液相负荷下限线 13213371.5.4液相负荷上限线 13317871.5.5液泛线 14234721.5.6负荷性能图 1425971.6提馏段塔板负荷性能图 15181601.6.1漏液线 15272651.6.2过量雾沫夹带线 1568221.6.3液相负荷下限线 16326671.6.4液相负荷上限线 16242511.6.5液泛线 1632791.6.6负荷性能图 16设计概述设备选型在项目建设中具有极其重要的地位。从工艺设备上来看，化工设备具体可分为两大类，其一是标准型设备，其二就是非标准性设备。本项目拟建一套年产15万吨异丙苯法制苯酚和丙酮氧化工段工艺设计。本次设备设计对部分的主要设备进行选型设计，过程中主要确定设备的直径、高度等基本尺寸，部分设备的制造材料、接口尺寸。为设备的制图做基础。塔设备选型概述精馏塔以气液或液液等形式来进行质量交换，从而达到物质分离的的目的。塔器是化学、制药和其他工业分离的常见和关键设备。塔设计要求(1)确定具体的分离效率，并核算出与之对应的塔高。(2)从设计选型中选出兼顾生产能力和单位塔截面积处理量的设计。(3)实际生产中，传质分离的效果与操作弹性系数有着息息相关的联系。对于实际的气液负荷曲线来说，把分离效率最高的点所处的位置下调15%的，与之对应的最大负荷和最小负荷，它们的比值称为操作弹性。通常，在这一区间，操作趋于平稳。(4)从流体力学的角度来看，通过的气体阻力越小，它的输送功率就越低。(5)造型简单，造价相对低廉，设备的原材料来源丰富，在加工、维修和制造上方便快捷，能应对多种场景。塔的类型（1）板式塔常见的板式塔如下。通常，把塔内有多层塔板的塔称为板式塔。每一层塔板上都能进行热量传递和物质传递，再通过辨别塔板的形状、塔板的结构或者气液两相在塔板上的表现，就能大致确定这个塔的类型。例如筛板塔、波纹型板塔、喷射塔等。=1\*GB3①浮阀塔浮阀塔的具有效率高、产量大的特点。同时，由于结构设计，它的传递物质的效率也优于其他塔，也具有雾沫夹带量少、液面梯度较为平缓、塔设计结构简单的特点。=2\*GB3②泡罩塔泡罩塔由于结构设计，气相与液相能充分接触，有较大的操作弹性，但这也导致了它的分离效率较低，而且，需要使用较多的金属来保证塔体的强度，加工相对复杂，在应用层面处于劣势地位。=3\*GB3③筛板塔筛板塔是板式塔最简单的结构，它有一个降液管，孔径取4至8毫米。由于结构简单，制造方便，具有强大的加工能力，塔体清洁方便，结构部件的维修，更换方便。但是，操作范围相对较小，仅适用于粘度较低的物料，以防止堵塞。④波纹穿流板塔波纹流板塔是近年来开发的一种新型板式塔，从气液两相流经路径来看，它们从塔板上穿流通过，不具有降液管，具有制造方便、生产能力强的特点。同时，由于雾沫夹带量较小，塔内压强小，塔体内方便清洁，不容易堵塞。目前来看，中国使用最广泛的浮阀塔类型是F1、V-4和T型，其中F1型浮阀塔结构最简单、应用最广泛。表19三种阀主要尺寸阀的类型F1型（重阀）V-4型T型筛孔直径/mm393939阀片直径/mm484850阀片厚度/mm21.52最大开度/mm8.58.58静止开度/mm2.52.51.0-2.0阀片质量/mm32-3435-2630-32填料塔填料塔的外形呈圆筒状，能填充一层或者多层填料。气相从塔底进，液相从塔顶进，热量传递和物质传递主要在填充物料的表层进行，因此，选择正确的填料是填料塔的关键地方。填料塔有很多类型，从装填类型，可以分为标准散装填料和规整填料，其原则有以下几方面：（1）对比表面积、通量、传质效率有相当高的要求：（2）填料塔压降较小：（3）操作性能高，流动流体的再分布性能较好：（4）塔体机械强度适宜，成本低：要从类型、填料规格、填料材料多方面考虑填料的选择。填料的主要几种类型有拉西环、鲍尔环以及阶梯环等。包装形式又有波纹、网格以及缠绕等方式。九种常用填料的性能评价见表20:表20九种常用填料性能对比排序填料名称评价评估值1丝网波纹填料效果很好0.862孔板波纹填料效果非常好0.613金属Intalox效果非常好0.594金属鞍形环效果非常好0.575金属阶梯环效果不错0.536金属鲍尔环效果不错0.517瓷Intalox效果还行0.418瓷鞍形环效果差0.389瓷拉西环效果差0.36填料的选择既要满足工艺条件，也要满足生产条件，还要节约成本，使设备等投资费用达到最低。填料塔和板式塔的比较表21精馏塔的主要类型及特点类型板式塔填料塔结构特点不同类型的气液接触元件或者特殊结构被安装在每一层板上有鲍尔环、鞍型填料、拉西环等乱堆的散装填料，以及波纹板、格栅等整砌的规整填料在塔内设置操作特点气液逆向流动，并且一层一层接触微分式接触，可以使用并流操作，也可以使用逆流操作设备性能空塔速度（亦即生产能力）高，效率高而且稳定；塔压降大，液体量大，可操作范围大。塔径高则空塔气速低，反之亦然，液相的喷淋密度要大，但持液量不宜过大，可操作范围大，效率低制造与维修安装直径在600mm以下的塔比较困难，消耗金属材料数量大制做新型填料比较复杂，检查修理困难，制造价格昂贵，因此可以使用非金属材料制做，但会造成安装艰难麻烦适用场合处理数量大，可操作范围大，带有污垢的物料处理液气比值较大，腐蚀性强，真空操作要求压力降小的物料确定塔的参数选型需要综合各种因素，例如操作物质的物性，操作的条件，塔的适应性，同时还要为塔的制造，安装以及维修的难度，还有塔体的材料和成本。在精馏段，若是真空精馏或常压精馏，由于填料塔的塔内空间利用充分，能提供更大的传质面积，导致气相与液相能充分接触，因此，填料塔的效率比板式塔的效率更高，这时能优先考虑填料塔。当考虑加压精馏的场景时，由于填料塔的投资大，且耐波动能力较弱，此时便不推荐填料塔。总的来说，具体选型应着重考虑以下几个方面：（1）物性因素物料容易起泡，处理的量又比较小时，选择填料塔比较好，若选择板式塔容易出现液泛现象。对于腐蚀性较强的物系，最好选择填充塔，但当必须选择板塔时，可以考虑筛板塔，筛板塔的结构简单，制造成本低，结构件更换更方便。对于热敏材料，应选择压降较小的塔类型。对于较大的粘性材料系统，可以选择更大的填料塔。对于含有悬浮物质的材料，应选择液相流通道大的塔类型，优先选择板式塔。对于在运行过程中具有较大热效应的系统，优先考虑板式塔。（2）操作条件因素当液体负荷较大时，可以选择使用填料塔。当气相传质阻力较大时，适合使用填料塔。（3）其他因素通常，当塔体直径大于800mm时，优先考虑板式塔最优，否则选择填料塔。填料塔采用吸收和解吸，能达到良好的传质效果，因为它具有通量大、阻力小、传输效率高等性能。因此，在实践中，大部分过程的吸收，解吸和气体清洗多使用填料塔。塔型的结构与选择主要有这几个塔设备结构：塔体，附件，支座，及内件。塔体的结构相对来说比较简单，主要是由筒节和封头组成的。多节塔体会焊接成为一个整体当塔体的直径大于800毫米时；反之则塔体会分成多个被制造，之后再用法兰将它连接在一起，成为一个整体的结构；板式塔的塔内件主要是塔盘，填料塔的内件主要是填料制支承，同时也是物料经过的区域；（3）裙式支座则是平常比较多为使用的支座；（4）附件则包含各种扶梯、手孔、接管、吊柱、人孔、平台等。并且同一时刻，要考虑经济成本、物料的特殊物性以及操作压力的具体范围等因素。塔设计计算本次计算以塔T201为例，塔顶温度41.245℃，塔底温度194.127℃，塔板数50块，操作压力为0.15MPa，计算过程具体如下。水力学参数选取塔板上气液相负荷最大的第1块塔板进行校核和手工计算，提取Aspenplus各塔板上的物性参数，然后再用Aspenplus进行塔的校核和设计，确保计算的正确性可以经过对比来实现。表22塔板物性数据物性参数符号液体L气体V温度/℃T41.245102.085质量流率/（kg/h）-31508.00031581.600体积流率/（m3/h）-40.59511669.400密度/（kg/m3）ρ776.1472.706表面张力/（dyne/cm）σ21.631—塔径的计算物性性质、操作弹性、塔高、分离效率、塔的安装、检修以及塔径等因素与塔板间距HT的选取有关。在进行设计的时候可以根据塔径的大小，由表23列出的塔板间距的经验数值中进行选择。表23塔板间距和塔径的关系塔径Di/m0.3～0.50.5～0.80.8～1.61.6～2.02.0～2.4>2.4板间距HT/mm200～300300～350350～600450～600500～800≥800初选塔板间距HT=500mm板上液层高度hL=60mmHT-hL=440mm气液两相流动参数：L图10史密斯关联图查图10得C20矫正到表面张力为21.631mN/m时C=u取安全系数为0.600，则空塔气速为u=0.600D=按标准塔径圆整后为：D=2.400m塔截面积为：A实际空塔气速为：u=安全系数u在0.5~0.8 范围间，合适。工艺尺寸的计算以精馏段计算为例。（1）溢流装置计算当塔径D=2.400m，单溢流弓形降液管可以被选择，使用凹形受液盘。计算具体如下：①降液管尺寸取堰长：l弓形降液管的几何关系图如下所示：结构参数图查得：图11弓形降液管的几何关系图结构参数查图得：A由此得弓形降液管所占面积：A弓形降液管宽度：W验算：液体在降液管的停留时间：τ=合适。②溢流堰尺寸因为受液盘为凹形受液盘，所以没有内堰。L图12液流收缩系数由《化工原理》（夏清、贾绍义编制）图液流收缩系数计算图查得：E=1.02由弗朗西斯公式，堰上液层高度ℎ溢流堰高：hw=hL-③降液管底隙高度h计算公式：h一般u0'=（0.06-0.25）m/s，本设计取u0选用凹形受液盘，深度hw（2）阀孔数选用F1型重阀，阀孔直径d0=39mm，气体动能因数F0最开始可以取动能因数F0u每层塔板上阀孔个数n=（3）阀孔排列塔板可以被分为四个区域，如下：①溢流区受液盘及降液管所占的区域：W②安定区鼓泡区与溢流区之间的面积安定区宽度一般在60-70mm，此次设计可以选取WS③无效边缘区环绕塔壁边缘区域，主要支撑塔板边缘。无效边缘区宽度一般在50-60mm，取WC④鼓泡区塔板上气液接触的有效面积开孔区面积AaAx=r=所以A采用等腰三角形错列，底边长L0=75mm，排间距t=取t=180mm阀孔排数：n阀孔气速u动能因数F0=u（4）开孔率φ=Aφ=开孔率在10-15%之间，满足要求。流体力学验算降液管液泛降液管内清液层高度：H（1）降液管阻力ℎ（2）塔板压降ℎ①干板阻力临界孔速:u阀全开前（u0ℎ阀全开后（u0ℎ所以ℎ②板上充气液层阻力取充气系数ε0hl=ε所以：hP=hc+计算H当选取降液管中泡沫层相对密度∅=0.5时，则φ（HT可见，Hd＜∅（H停留时间有必要确保液体在管中停留超过5s，以便允许液体中所含气体的排放。τ=可见，所夹带气体可以释出。雾沫夹带量校核泛点率计算公式：F=板上液体流经长度：ZL=D-2W板上液流经面积：Ab=AT-2A泛点负荷系数CF由泛点负荷系数图查得CF=0.130图13泛点负荷系数并取物性系数K=1.5，将以上数据代入得到F=0.346及F=0.398可见两者均低于80%，因此雾沫夹带量可满足<0.1千克（液体）<0.1千克（气体）的要求。严重漏液校核阀门孔的动能系数<5时，严重泄漏将会发生，而先前计算得到F0=u精馏段塔板负荷性能图漏液线对于F1重型阀门，由于动能因子F0＜5时，严重漏液将会发生，所以采用FV过量雾沫夹带线根据雾沫夹带校核可知，对于本塔，取泛点率F=0.8，那么0.8=化简得：VV液相负荷下限线对于平直堰，其堰上液层高度how必须要大于0.006m。取hh取E=1.00，代入lw，求得（液相负荷上限线液体的最大流量应该保证停留在不少于3s在降液管中，并选择液体在降液管中的停留时间的下限为τ=5s，则（液泛线液泛线计算公式aV其中，a=1.91×b=∅c=d=(1+ε（取∅=0.5，整理得V负荷性能图将以上五条线标绘在同一VS−LS直角坐标系中，塔板的操作负荷性能图如图所示。将设计点（LV图14负荷性能图提馏段塔板负荷性能图漏液