版6附錄六塔設(shè)備設(shè)計(jì)

1、慶陽永欣石化年處理十萬噸碳四綜合利用分廠項(xiàng)目 塔設(shè)計(jì)目錄塔1.1 塔1.2 塔設(shè)計(jì)3設(shè)計(jì)依據(jù)3簡介31.3 T01011.3.1 塔塔設(shè)計(jì)4選擇要求41.3.2 塔型選擇原則51.3.3 板式塔的塔盤種類和選型51.4 板式浮閥塔（T0101）的設(shè)計(jì)計(jì)算71.4.1 使用列表71.4.2 實(shí)際塔板數(shù)與塔徑的計(jì)算81.4.3 溢流裝置101.4.4 塔板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)131.4.5 塔板流體力學(xué)驗(yàn)算151.4.7 Cup-Tower 優(yōu)化塔的負(fù)荷性能241.5 塔機(jī)械工程設(shè)計(jì)（塔設(shè)計(jì)說明書）331.5.1 設(shè)計(jì)條件331.5.2的計(jì)算331.5.3 接管的計(jì)算351.5.4 塔體和封頭選材361.5.

2、5 塔體和封頭壁厚計(jì)算361.5.6 裙座的設(shè)計(jì)371.6 塔校核計(jì)算38表 1-18 風(fēng)載荷以及載荷計(jì)算421.7 塔1.8 塔條件圖52一覽表53CE-FLAME慶陽永欣石化年處理十萬噸碳四綜合利用分廠項(xiàng)目 塔設(shè)計(jì)塔設(shè)計(jì)1.1 塔設(shè)計(jì)依據(jù)化工設(shè)計(jì)全書塔2003-5容器GB 150-2011塔式容器NB/T 47041-2014容器封頭GB/T 25198-2010化工配管用無縫及焊接鋼管選用系列HG/T 20553-2011鋼制管、墊片和緊固件HG/T 2059220635-2009補(bǔ)強(qiáng)圈JB/T 4736-2002鋼制塔式容器JB/T 4710-20051.2 塔簡介塔是化工生產(chǎn)中最重要

3、的之一。它可使氣（或汽）液或液液兩行緊密接觸，達(dá)到相際傳質(zhì)及傳熱的目的?？稍谒型瓿傻某Ｒ姴僮饔校壕s、吸收、解吸和萃取等。此外，工業(yè)氣體的冷卻與回收、氣體的濕法靜制和干燥，以及兼有氣液兩相傳質(zhì)和傳熱的增濕、減濕等。塔主要有板式塔和填料塔兩種，它們都可以用作解吸的氣液傳質(zhì)過程，但兩者各有優(yōu)缺點(diǎn)，要根據(jù)具體情況選擇。（1） 板式塔裝有一定數(shù)量的塔盤，是氣液接觸和傳質(zhì)的基本構(gòu)件；屬逐級（板）接觸的氣液傳質(zhì)；氣體自塔底向上以鼓泡或噴射的形式穿過塔板上的液層，使氣液相密切接觸而進(jìn)行傳質(zhì)與傳熱；兩相的組分濃度呈階梯式變化。（2） 填料塔裝有一定高度的填料，是氣液接觸和傳質(zhì)的基本構(gòu)件；屬微分接觸型氣液傳質(zhì)

4、；液體在填料表面呈膜狀自上而動；氣體呈連續(xù)相自下而上與液CE-FLAME慶陽永欣石化年處理十萬噸碳四綜合利用分廠項(xiàng)目 塔設(shè)計(jì)體作逆流，并進(jìn)行氣液兩相的傳質(zhì)和傳熱；兩相的組分濃度或溫度沿連續(xù)變化。兩種塔型的比較見下表：表 1-1 填料塔與板式塔的比較塔型項(xiàng)目填料塔板式塔小填料，壓降較大，大及規(guī)整填料，壓降較小。填料氣速較小，大規(guī)整填料氣速較大。壓降較大空塔氣速（生產(chǎn)能力）小及較大傳統(tǒng)填料，效率較低，新型亂堆及規(guī)整填料效率較高。對液體量有一定要求。較小較難金屬及非金屬材料均可新型填料，投資較大塔效率較、效率較高液-氣比持液量安裝、檢修材質(zhì) 造價(jià)適用范圍較大較大較容易用金屬材料大直徑時(shí)造價(jià)較低1.3

5、 T0101塔設(shè)計(jì)1.3.1 塔選擇要求（1）生產(chǎn)能力大。年處理十萬噸碳四資源，故要求在較大的氣液流速下，仍不致發(fā)生大量的夾帶、攔液或液泛等破壞正常操作的現(xiàn)象。（2）操作、彈性大。因發(fā)電量的變化，塔的氣液負(fù)荷量會有較大的波動，在此情況下，仍能在較高的傳質(zhì)效率下進(jìn)行的操作。并且塔應(yīng)能保證長期連續(xù)操作。（3）流體的阻力小，即流體通過塔的降小。這將大大節(jié)省生產(chǎn)中的動力消耗，以降低經(jīng)常操作費(fèi)用。（4）結(jié)構(gòu)簡單、材料耗用量小、和安裝容易。這可以減少基建過程中的投資費(fèi)用。（5）耐腐蝕和不易堵塞，方便操作、調(diào)節(jié)和檢修。CE-FLAME慶陽永欣石化年處理十萬噸碳四綜合利用分廠項(xiàng)目 塔設(shè)計(jì)1.3.2 塔型選擇原

6、則選擇時(shí)應(yīng)考慮的因素有：物料性質(zhì)、操作條件、塔性能及塔的、安裝、運(yùn)轉(zhuǎn)、維修等。優(yōu)先適用情況如下：表 1-2填料塔與板式塔的優(yōu)先適用情況T0101 為碳四餾分的，隨煙氣量的變化，操作負(fù)荷變化較寬，且液體流量不大，不易發(fā)泡，故綜合考慮，本項(xiàng)目采用板式塔。1.3.3 板式塔的塔盤種類和選型1.3.3.1 板式塔的塔板種類根據(jù)塔板上氣、液兩相的相對狀態(tài)，板式塔分為穿流式和溢流式。目前板式塔大多采用溢流式塔板。穿流式塔板操作不，很少使用。CE-FLAME填料塔板式塔在分離程度要求高的情況下，因某些新型填料具有很高的傳質(zhì)效率，故可采用新型填料以降低塔的高度。液體滯液量較大，操作負(fù)荷變化范圍較寬，對進(jìn)料濃度

7、變化要求不敏感，操作易于。對于熱敏性物料的蒸餾分離，因新型填料的持液量較小，壓降小，故可優(yōu)先選擇真空操作下的填料塔。液相負(fù)荷較小。具有腐蝕性的物料，可選用填料塔。因?yàn)樘盍纤刹捎梅墙饘俨牧?，如陶瓷、等。含固體顆粒，容易結(jié)垢，有結(jié)晶的物料，因?yàn)榘迨剿蛇x用液流通道較大的塔板，堵塞的較小。容易發(fā)泡的物料，宜選用填料塔。在操作過程中伴隨有放熱或需要加熱的物料，需要在設(shè)置內(nèi)部換熱組件，如加熱盤管，需要多個(gè)進(jìn)料口或多個(gè)側(cè)線出料口。這是因?yàn)橐环矫姘迨剿慕Y(jié)構(gòu)上容易實(shí)現(xiàn)，此外，塔板上有較多的滯液以便與加熱或冷卻有效地傳熱在較高下操作的蒸餾塔仍多采用板式塔。慶陽永欣石化年處理十萬噸碳四綜合利用分廠項(xiàng)目 塔設(shè)計(jì)

8、1.3.3.2 各種塔盤的性能比較工業(yè)上需分離的物料及其操作條件多種多樣，為了適應(yīng)各種不同的操作要求，迄今已開發(fā)和使用的塔板類型繁多。這些塔板各有各的特點(diǎn)和使用體系，現(xiàn)將幾種主要塔板的性能比較列表 1-3 如下：表 1-3 幾種主要塔板的性能比較塔盤類型優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)適用場合結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高、塔板阻力大、處理能力小特別容易堵塞的物系泡罩板較成熟、操作分離要求高、負(fù)荷變化大分離要求高、塔板數(shù)較多分離要求較低的閃蒸塔分離要求較低的減壓塔浮閥板效率高、操作范圍寬浮閥易脫落結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低、塔板效率高結(jié)構(gòu)簡單、塔板阻力小易堵塞、操作彈性較小篩板舌型板操作彈性窄、效率低浮板易脫落、效率較低浮動噴射板壓降小、處

9、理量大表 1-4 給出了幾種主要塔板性能的量化比較。表 1-4 幾種主要塔板性能的量化比較塔盤類型塔板效率處理能力操作彈性壓降結(jié)本泡罩板篩板 浮閥板舌型板1.01.21.41.21.31.11.21.01.41.51.553931.00.50.60.8復(fù)雜簡單1.00.40.50.70.90.50.6簡單由上面兩個(gè)表可知，浮閥塔兼有泡罩塔和篩板塔的優(yōu)點(diǎn)，操作彈性最大，壓降較低，分離效果好，故 T0101塔選擇浮閥式塔板。1.3.3.3 浮閥塔的優(yōu)點(diǎn)（1）生產(chǎn)能力大由于浮閥塔板具有較大的開孔率，而且氣流是水平噴出的，減少了液沫夾帶，故其生產(chǎn)能力比泡罩20%40%，與篩板塔近似。（2）操作彈性大C

10、E-FLAME慶陽永欣石化年處理十萬噸碳四綜合利用分廠項(xiàng)目 塔設(shè)計(jì)由于閥片可隨氣體負(fù)荷變化而升降，使閥片與塔板的間隙大小得以自動調(diào)整，閥速幾乎不隨氣體負(fù)荷的變化而變化，在較大的氣體負(fù)荷范圍內(nèi)，可以保證氣液間的良好接觸，故操作彈性比泡罩塔和篩板塔都寬，可以達(dá)到 79。（3）塔板分離效率高因上升氣體以水平方向吹入液層，故氣液接觸時(shí)間較長而液沫夾帶量較小，板效率較高，比泡罩10%左右。（4）氣體壓強(qiáng)降及液面落差較小因?yàn)闅怏w通道比泡罩塔簡單得多，塔板上沒有復(fù)雜的物，所以塔板上的氣流分布較均勻，氣液流過浮閥塔板時(shí)所遇到的阻力較小，故氣體的壓強(qiáng)降及板上的液面落差都比泡罩塔板小。（5）塔的造價(jià)較低因構(gòu)造簡單

11、、易于，浮閥塔的造價(jià)為泡罩塔的 60%80%，但比篩板塔的造價(jià)貴，為篩板塔的 120%130%。盡管浮閥塔具有上述諸多優(yōu)點(diǎn)，但浮閥塔不易處理易結(jié)焦或黏度大的系統(tǒng)，因?yàn)榻Y(jié)焦或黏度大的流體會妨礙浮閥升降的靈活性。但對于黏度稍大或有聚合現(xiàn)象的系統(tǒng)，浮閥塔尚能正常操作。從以上各點(diǎn)可以看出：浮閥塔在氣液負(fù)荷、操作彈性、效率等方面都比其它塔優(yōu)越，結(jié)合本項(xiàng)目實(shí)際情況，初步選擇浮閥塔。1.4 板式浮閥塔（T0101）的設(shè)計(jì)計(jì)算1.4.1 使用列表表 1-5 使用列表名稱用途來源Aspen PlusV8.8分離性能設(shè)計(jì)Aspen Tech公司CUP-Tower流體力學(xué)設(shè)計(jì)大學(xué)（華東）SW6-2011塔體強(qiáng)度結(jié)構(gòu)

12、設(shè)計(jì)全國化工設(shè)計(jì)技術(shù)中心站AutoCAD2012精餾塔平面布置圖繪制Autodesk公司CE-FLAME慶陽永欣石化年處理十萬噸碳四綜合利用分廠項(xiàng)目塔設(shè)計(jì)1.4.2 實(shí)際塔板數(shù)與塔徑的計(jì)算（1）物性參數(shù)整塔設(shè)計(jì)條件如表所示：表 1-6 基本參數(shù)序號序號項(xiàng)目參數(shù)項(xiàng)目參數(shù)(Mole Frac)1設(shè)計(jì)/MPa26異丁烷0.072設(shè)計(jì)溫度/1507正丁烯0.227主要組分3直徑/mm21008順丁烯0.3454計(jì)算長度/mm 質(zhì)量流量/kg/h372589反丁烯0.268513021.610提取 Aspen plus 各塔板上的物性參數(shù)，對每一塊塔板都進(jìn)行了計(jì)算和校核，以塔板上氣液相負(fù)荷最大的第 13

13、 塊塔板為例進(jìn)行手工計(jì)算和校核，然后再用CUP-Tower 進(jìn)行計(jì)算，通過比較來檢查計(jì)算的正確性。第 13 塊物性參數(shù)如表 1-7：表 1-7 浮閥板參數(shù)液相質(zhì)量流量L kg/h氣相質(zhì)量流量V kg/h液相密度L氣相密度V液相體積流量LS m3/h氣相體積流量VS m3/h混合液 表面張力N/mm3m3kg/kg/75186.910862402.3225504.71998324.5476027148.9675732542.094375.36634799（2）塔徑的計(jì)算由于帶有降液管，所以溢流式的塔板的塔截面實(shí)際分為了兩個(gè)部分，即氣體流通截面和降液管所占截面。若 AT 為塔板截面積， A 

14、9; 為氣體流通截面積， Af 為降液管截面積，則：CE-FLAME慶陽永欣石化年處理十萬噸碳四綜合利用分廠項(xiàng)目 塔設(shè)計(jì)若設(shè)氣體流通截面上的適宜氣速為u' ，當(dāng)處理的氣體體積流量為 ，。塔板的計(jì)算中，通常是以泛點(diǎn)氣速u f 作為u' 的上限。?。焊鶕?jù)和公式：式中 為氣體負(fù)荷因子，m/s。由計(jì)算,其中的由關(guān)聯(lián)圖。如圖 1-1：圖 1-1關(guān)聯(lián)圖關(guān)聯(lián)圖橫坐標(biāo)即氣液兩相參數(shù)的確定：沉降高度的確定：CE-FLAME慶陽永欣石化年處理十萬噸碳四綜合利用分廠項(xiàng)目 塔設(shè)計(jì)（1）塔板間距 HT：塔板間距 HT 的選取與、塔徑、物性性質(zhì)、分離效率、操作彈性以及塔的安裝、檢修等因素有關(guān)。設(shè)計(jì)時(shí)通常根

15、據(jù)塔徑的大小，由表 2-8 列出的塔板間距的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值選取。表 1-8 塔間距參考數(shù)值塔徑D/m0.30.50.50.80.81.61.62.02.02.4>2.4板距HT/mm200300300350350450450600500800600通過估算可以塔徑為 2 米左右，故取板間距。（2）板上液層高度 hL常壓塔取，減壓塔取，故取板上液層高度，則液滴沉降高度為。關(guān)聯(lián)圖可知：液相表面張力s = 0.02N / m 時(shí)的氣體負(fù)荷因子，由于所處理的液相表面張力為，則需矯正：則可求得泛點(diǎn)氣速為：取，則可求得塔徑為：塔徑圓整后，D=2.1m。1.4.3 溢流裝置液體在塔板上的路徑是由降液管的布置

16、方式?jīng)Q定的。常用的布置方式有以下幾種形式：U、單溢流、雙溢流、多溢流。CE-FLAME慶陽永欣石化年處理十萬噸碳四綜合利用分廠項(xiàng)目 塔設(shè)計(jì)降液管主要有弓形、圓形和矩形三種。目前多采用弓形，因其結(jié)構(gòu)簡單，特別適合于塔徑較大的場合?？紤]分塊塔板固定區(qū)域取 D=2m，所以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)與工藝要求，溢流裝置定為 D單溢流。（1）弓形降液管降液管面積由化工原理（下）（超等編.科學(xué)）圖 11.19 弓形降液管的參數(shù)圖查得。圖 1-2 弓形降液管的參數(shù)對于堰長 與徑 D 的比值，單流型可取，雙流型可取，對易起泡取更高些，以保證液體在降液管中有較長的停留時(shí)間。本次可取。因此可查得，,則：CE-FLAME慶陽永欣石化

17、年處理十萬噸碳四綜合利用分廠項(xiàng)目 塔設(shè)計(jì)實(shí)際塔板截面積，故：弓形降液管面積弓形降液管寬度為降低氣泡夾帶，液體在降液管內(nèi)應(yīng)有足夠的停留時(shí)間以使氣體從液相中分離出，要求 不應(yīng)小于 3-5s，而對于高壓下操作的塔以及易起泡的物系，停留時(shí)間應(yīng)更長些，為此，必須進(jìn)行校核。則液體在降液管的停留時(shí)間為由于停留時(shí)間，故降液管設(shè)合理。（2）溢流堰溢流堰長采用平直堰，求得橫坐標(biāo)為：查液體收縮系數(shù)計(jì)算圖：圖 1-3 液體收縮系數(shù)計(jì)算圖CE-FLAME慶陽永欣石化年處理十萬噸碳四綜合利用分廠項(xiàng)目塔設(shè)計(jì)可得，E=1.02，則堰上液層高度how 可由下式計(jì)算出口堰高取降液管低隙處液體流速則降液管底隙高度為：1.4.4 塔

18、板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)a.受液區(qū)和降液區(qū)：這兩個(gè)區(qū)域的面積相等，均可按降液管截面積 Af計(jì)；b.邊緣區(qū)：在塔壁邊緣留出一定寬度的環(huán)形區(qū)域供固定塔板用；c.安定區(qū)和出口安定區(qū)，通常寬度相等；d.有效傳質(zhì)區(qū)：余下的塔板上有浮閥孔的區(qū)域。于此處考慮，有經(jīng)驗(yàn)可知：a.塔徑 D>900mm，采用分塊組裝式；b.塔徑在 2.5m 以下，邊緣寬度取 WC=0.05m；c.分布區(qū)寬度WS ' 取 0.08m; 脫氣區(qū)寬度WS 取 0.08m；d.根據(jù)之前計(jì)算可知，降液管寬度為 Wd=0.34m。d0 =0.039m。e.浮閥選用十字架型浮閥，其閥（1）浮閥數(shù)初取閥孔動能因數(shù) F0=8，閥速為CE-FLAME

19、慶陽永欣石化年處理十萬噸碳四綜合利用分廠項(xiàng)目 塔設(shè)計(jì)每層塔板上浮閥數(shù)目為：可取 N=419 個(gè)（2）浮閥排列現(xiàn)按所設(shè)定的畫出塔板，并在塔板的鼓泡區(qū)內(nèi)依排列方式進(jìn)行試排，從而確定出實(shí)際的閥孔數(shù)。已知降液管寬度Wd=0.3m，分布區(qū)寬度 Ws取 0.08m，脫氣區(qū)寬度W 取 0.075m，S邊緣區(qū)寬度W 取為 0.05m。選用的塔板為單溢流形式，故鼓泡區(qū)面積可由下式計(jì)C算：其中：弓形降液管面積取 AD=0.3m取 w1d=300mmCE-FLAME慶陽永欣石化年處理十萬噸碳四綜合利用分廠項(xiàng)目 塔設(shè)計(jì)帶入數(shù)據(jù)可得：浮閥的排列方式采用等腰三角形叉排，使相鄰的浮閥容易吹開，鼓泡更勻。取同一橫排的閥孔中心

20、距t' = 0.075m ，則相鄰兩排間的距離為取 t=120mm。由于塔直徑 D=2.1m，按同一橫排的閥孔中心距 t=75mm，相鄰兩排間的距離t=120mm 的等腰三角形叉排方式得到最終的浮閥數(shù)，?？膳懦鲩y孔數(shù)為 419 個(gè)，重新衡算一下參數(shù)：閥速：動能因數(shù)：動能因數(shù)在適應(yīng)的范圍 8-12 內(nèi)，故合理。塔板的開孔率為：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，常壓塔操作的浮閥塔的開孔率 10%13%14%，故塔板設(shè)計(jì)滿足要求。1.4.5 塔板流體力學(xué)驗(yàn)算（1）塔板壓降塔板壓降可用下式計(jì)算：CE-FLAME慶陽永欣石化年處理十萬噸碳四綜合利用分廠項(xiàng)目 塔設(shè)計(jì)：臨界因閥速 uoc=12.05m/s,小于其臨界閥速

21、uoc，故干板阻力計(jì)算式為：可取充氣系數(shù)為，則板上氣液層阻力為：由于表面張力引起的阻力較小，此處忽略不計(jì)。單板壓降：m,可知壓降在合理范圍內(nèi)。（2）溢流液泛校核為防止降液管液泛現(xiàn)象發(fā)生，需降液管內(nèi)液高度，忽略液面落差的影響，可利用下式計(jì)算：式中故有：取降液管中層相對密度為，則有：顯然，符合溢流液泛要求。（3）液體在降液管內(nèi)的停留時(shí)間CE-FLAME慶陽永欣石化年處理十萬噸碳四綜合利用分廠項(xiàng)目塔設(shè)計(jì)可見，所夾帶氣體可以被出。（4）夾帶量校核依下面兩式分別計(jì)算泛點(diǎn)率 F，即：或其中有由泛點(diǎn)符合因子圖：圖 1-5 泛點(diǎn)符合因子圖，并查物性系數(shù)表取得，將以上數(shù)據(jù)代入上式，得：CE-FLAME慶陽永欣石

22、化年處理十萬噸碳四綜合利用分廠項(xiàng)目 塔設(shè)計(jì)對于大塔，為避免過量夾帶，應(yīng)泛點(diǎn)率不超過 80%。上兩試計(jì)算的泛點(diǎn)率都在 80%以下，故沫夾帶能夠滿足要求。（5）嚴(yán)重漏液校核前面已計(jì)算出時(shí)可見發(fā)生嚴(yán)重漏液。1.3.4.6 塔板負(fù)荷性能圖（1）氣相負(fù)荷下限線即漏液線，對于 F1型重閥，取閥孔動能因子 F0=5 時(shí)的氣體負(fù)荷為操作的下限值。與之相應(yīng)的氣相流量：（2）氣相負(fù)荷上限線即過量液沫夾帶線，根據(jù)前面夾帶校核可知，對于直徑 0.8m 以上的大塔，取泛點(diǎn)率 F1=0.7，則：整理變形，得：夾帶線為直線，由兩點(diǎn)即可確定。（3）液相負(fù)荷下限線對于平直堰，其堰上液層高度 how 必須要大于 0.006m。取

23、 how=0.006m，就可作出液相負(fù)荷下限線取 E=1.04，代入數(shù)值，則可求得：CE-FLAME慶陽永欣石化年處理十萬噸碳四綜合利用分廠項(xiàng)目 塔設(shè)計(jì)據(jù)此方程可以作出液相負(fù)荷下限線。（4）液相負(fù)荷上限線亦稱氣泡夾帶線，液體的最大流量應(yīng)保證在降液管中停留時(shí)間不低于 3-5s，取 3s 作為液體在降液管中停留時(shí)間的下限，則（5）溢流液泛線由公式求得液泛線方程。已知：= hd + hl其中， hf則聯(lián)立上式可得：利用 CUP-TOWER 設(shè)計(jì)得到負(fù)荷性能圖如下CE-FLAME慶陽永欣石化年處理十萬噸碳四綜合利用分廠項(xiàng)目 塔設(shè)計(jì)圖 1-6 負(fù)荷性能曲線塔的操作點(diǎn)位于圖中心，且由圖可知塔的操作符合上限

24、受夾帶，下限受漏液。操作線位介五條曲線之間，且有一定操作彈性空間，設(shè)計(jì)合理?，F(xiàn)將浮閥塔精餾段塔板工藝設(shè)計(jì)結(jié)果列于表 1-9表 1-9 浮閥板工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果項(xiàng)目數(shù)值及說明備注塔徑D/m2.1-塔間距HT/m0.6-塔板型適宜氣速u/m·s-1單溢流降液管分塊式塔板0.8932-溢流堰長lw/m1.4-溢流堰出口高h(yuǎn)w/m0.08-板上液層高度HL/m0.13-降液管底隙高度h0/m-浮閥數(shù)/個(gè)419-閥-1速u0/m·s-閥孔動能因數(shù)F09.17-1速u0c/m·s距t/m臨界閥1.82-0.075同一排的中心線距離CE-FLAME慶陽永欣石化年處理十萬噸碳四綜合

25、利用分廠項(xiàng)目塔設(shè)計(jì)排間距t/m0.10相鄰二橫排的中心線距離單板壓降Pp/Pa530.43-液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間/s5.2762-降液管內(nèi)清液層高度Hd/m0.2605-泛點(diǎn)率%29.85-3-1液相負(fù)荷上限（VS）max/m ·s3-1液相負(fù)荷下限（VS）min/m ·s4.067-0.0527操作彈性3.16-1.4.6 Aspen Plus 優(yōu)化塔負(fù)荷性能和結(jié)構(gòu)參數(shù)運(yùn)用 Aspen Plus 對 T0101 的每一塊塔板進(jìn)行結(jié)構(gòu)和工藝的設(shè)計(jì)，并選擇Traying Sizing 進(jìn)行校核，優(yōu)化負(fù)荷性能和結(jié)構(gòu)參數(shù)，經(jīng)過反復(fù)設(shè)計(jì)與核算，得到最優(yōu)結(jié)果。1.4.6.1 Tra

26、ying Sizing在 Aspen Plus 的 Sizing and Rating 中選擇 Traying Sizing 進(jìn)行塔設(shè)計(jì)得到表 1-10 的設(shè)計(jì)結(jié)果。表 1-10T0101Traying SizingResultSection starting stage:2Section ending stage:29Column diameter:1.95meterDowncomer area/Column area0.12Side downcomer velocity0.12m/secFlow path length1.26meterCE-FLAME慶陽永欣石化年處理十萬噸碳四綜合利用分

27、廠項(xiàng)目塔設(shè)計(jì)Side downcomer width0.343meterSide weir length1.49meter1.4.6.2 Traying Rating將結(jié)果代入 Traying Rating 中，輸入塔徑與塔板間距、降液管底隙高度進(jìn)行T0101 的結(jié)構(gòu)與水力學(xué)核算，核算每一塊塔板的液泛因子，停留時(shí)間，得到結(jié)果如表 2111,1-12,1-13 所示：表1-11 T0101Traying RatingResultSection starting stage:2Section ending stage:29Column diameter:2.1meterum floodingfac

28、tor:0.69Stage:13Panel:PANEL ASection pressuredrop:0.144bar表1-12 T0101Traying RatingResultum backup / Trayspacing:0.69Stage:13Location:SIDEBackup:0.312meterum velocity /Design1.021velocity:Stage:13Location:CENTERVelocity:0.119m/secCE-FLAME慶陽永欣石化年處理十萬噸碳四綜合利用分廠項(xiàng)目 塔設(shè)計(jì)表 1-13 T0101Traying Rating ProfileSt

29、ag eFloodin g factorDowncom er velocityVelocity / Design velDownco mer backupBackup / Tray spacePressure dropDownco mer res. time由 Traying Rating Profile 可以看出，（降液管液位高度/板間距）Backup/ Tray space 介于 0.20.5 之間，每塊塔板的液泛因子（Flooding factor）均介于 0.60.85 之間，降液管停留時(shí)間（Downcomer res. time）均大于 4s，設(shè)計(jì)合理。CE-FLAME2345678

30、91011121314151617181920212223242526272829m/secmeterbarhr0.64110.09780.8396330.2674490.5943310.0049420.0012780.64120.0978110.8397050.2674710.5943790.0049420.0012780.64090.0977560.8391540.2673470.5941040.0049420.0012790.64040.0976620.8382440.267140.5936440.0049410.001280.63980.0975460.8371150.266880.5

31、930710.004940.0012810.63910.0974150.8358470.2665930.5924280.0049380.0012830.63840.0972750.834490.2662830.591740.0049370.0012850.63770.0971290.8330750.2659610.5910250.0049350.0012870.63690.096980.8316250.2656320.5902920.0049340.0012890.63610.0968290.8301570.2652990.5895530.0049320.0012910.63470.09654

32、60.8275210.2646850.5881880.0049280.0012950.68900.1190941.0212760.3124950.6944330.0052570.001050.68890.1190741.0210830.3124460.6943240.0052560.001050.68880.1190481.0208280.3123820.6941810.0052560.001050.68860.1190171.0205220.3123050.694010.0052560.001050.68850.1189821.020170.3122160.6938130.0052560.0

33、010510.68830.1189411.0197720.3121150.693590.0052550.0010510.68800.1188961.0193250.3120030.693340.0052550.0010510.68770.1188461.0188270.3118780.6930620.0052540.0010520.68750.118791.0182740.311740.6927550.0052540.0010520.68720.1187291.0176650.3115870.6924160.0052530.0010530.68690.1186611.0169970.31142

34、10.6920460.0052530.0010530.68650.1185891.016270.311240.6916450.0052520.0010540.68610.1185111.0154890.3110470.6912160.0052520.0010550.68570.1184291.0146610.3108440.6907640.0052510.0010550.68530.1183461.0138030.3106350.6903010.005250.0010560.68480.1182631.0129450.310430.6898430.005250.0010570.68440.11

35、81871.0121360.310240.6894210.005250.001058慶陽永欣石化年處理十萬噸碳四綜合利用分廠項(xiàng)目 塔設(shè)計(jì)1.4.7 Cup-Tower 優(yōu)化塔的負(fù)荷性能根據(jù) Aspen Plus 塔板設(shè)計(jì)結(jié)果及 Cup Tower 校核結(jié)果，T0101 塔徑初設(shè)為 2100mm，選定塔間距為 600mm，開孔率選用 13%，溢流堰選用平口堰，降液管選用直降液管。選擇負(fù)荷最大的第 13 塊塔板為例進(jìn)行水力學(xué)核算，將其水力學(xué)數(shù)據(jù)輸入Cup-Tower 中，其操作界面如下所示。（1）塔板輸入圖 1-7塔板輸入 CupTower 示意圖（2）工藝條件輸入CE-FLAME慶陽永欣石化年處

36、理十萬噸碳四綜合利用分廠項(xiàng)目 塔設(shè)計(jì)圖 1-8 工藝條件輸入 CupTower 示意圖（3）塔板結(jié)構(gòu)參數(shù)輸入圖 1-9 T0101 塔板結(jié)果參數(shù)輸入 CupTower 示意圖CE-FLAME慶陽永欣石化年處理十萬噸碳四綜合利用分廠項(xiàng)目塔設(shè)計(jì)圖 1-10 T0101 塔板平面總示意圖（4）浮閥校核結(jié)果CupTower校核 T0101 塔結(jié)果如下圖所示。CE-FLAME慶陽永欣石化年處理十萬噸碳四綜合利用分廠項(xiàng)目塔設(shè)計(jì)圖 1-11CupTower校核 T0101 塔板工藝參數(shù)結(jié)果圖 1-12CupTower校核 T0101 塔板結(jié)構(gòu)參數(shù)結(jié)果上述選取的流體力學(xué)數(shù)據(jù)，使用 CUP-Tower 進(jìn)行塔的

37、主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，計(jì)算結(jié)果以及計(jì)算說明書如下：表 1-14 浮閥校核CE-FLAME慶陽永欣石化年處理十萬噸碳四綜合利用分廠項(xiàng)目塔設(shè)計(jì)表 1-15 塔工藝計(jì)算CE-FLAME基本1項(xiàng)目名稱7校核人塔板編號(實(shí)際)#塔板層數(shù)1徑，m2.1板間距，mm600液流程數(shù)1d/t,%10.5開孔率,%13.堰長，mm1547堰高，mm80底隙/側(cè)隙，mm290降液管寬，mm340受液盤寬，mm340受液盤深，mm290堰型平堰塔板形式圓形浮閥塔板編號#溢流強(qiáng)度，m3/mh96.29停留時(shí)間，s5.28降液管液泛，%69.64閥孔動能因子，(m/s)(kg/m3)0.57.77塔板壓降，Pa556.40降液管

38、內(nèi)線速度,m/s0.11降液管底隙速度,m/s0.20慶陽永欣石化年處理十萬噸碳四綜合利用分廠項(xiàng)目塔設(shè)計(jì)CE-FLAME2裝置名稱8日期2018/8/73塔的名稱9說明4塔板編號(實(shí)際)#10計(jì)算選用的理論版#5塔板層數(shù)111塔板編號(理論)#6塔板形式圓形浮閥12分段說明工藝設(shè)計(jì)條件液相氣相1質(zhì)量流量kg/h75186.917質(zhì)量流量kg/h62402.312密度kg/m3504.728密度kg/m324.553體積流量m3/h148.979體積流量m3/h2542.094粘度cp0.1210粘度cp0.015表面張力dyn/cm5.3711安全因子/0.656體系因子/0.9012充氣因子

39、/0.55塔板結(jié)構(gòu)參數(shù)1塔徑m2.106孔數(shù)#377.112板間距m0.60007開孔密度#/m2161.053塔截面積m23.46368溢流程數(shù)/14開孔區(qū)面積m22.34169堰的形式/平堰5開孔率%13.00溢流區(qū)兩側(cè)中心1降液管面積比%10.512比%73.673降液管頂部寬度m0.34004彎折距離m0.28005降液管底部寬度m0.06006受液盤深度m0.29007受液盤寬度m0.34008堰高m0.08009降液管底隙m0.290010降液管頂部面積m20.363911降液管底部面積m20.028212頂部堰長m1.547113底部堰長m0.6997慶陽永欣石化年處理十萬噸碳四

40、綜合利用分廠項(xiàng)目塔設(shè)計(jì)CE-FLAME14進(jìn)口堰高度m0.350015進(jìn)口堰寬度m0.3400圓形浮閥參數(shù)1浮閥孔徑m0.03952單閥重量kg0.03363748慶陽永欣石化年處理十萬噸碳四綜合利用分廠項(xiàng)目塔設(shè)計(jì)CE-FLAME工藝計(jì)算結(jié)果正常操作110%操作80%操作1空塔氣速m/s0.20390.22430.16312空塔動能因子m/s(kg/m3)0.51.01011.11110.80813空塔容量因子m/s0.04610.05070.03694m/s1.56831.72511.25465孔動能因子m/s(kg/m3)0.57.77008.54706.21606氣速m/s1.00921

41、.00921.00927動能因子m/s(kg/m3)0.55.00005.00005.00008相對泄露量kg 液/100kg 液-9溢流強(qiáng)度m3/(h.m)96.2866105.915377.029310參數(shù)/0.26570.26570.265711板上液層高度m0.13970.14360.131412堰上液層高度m0.05970.06360.051413液面梯度m-14板上液層阻力m 液柱0.06980.07180.065715干板壓降m 液柱0.04270.04340.041016總板壓降m 液柱0.11250.11520.106717夾帶kg 液/kg 氣0.02080.02870.0

42、08718降液管液泛%69.643871.872365.098819降液管內(nèi)液體高度m0.26050.26880.243520降液管停留時(shí)間s5.27624.79656.595221降液管內(nèi)線速度m/s0.11370.12510.091022降液管底隙速度m/s0.20390.22430.163123降液管底隙阻力m 液柱0.00830.01010.005324系數(shù)/1.55401.70941.243225降液管最小停留時(shí)間s3.00003.00003.0000慶陽永欣石化年處理十萬噸碳四綜合利用分廠項(xiàng)目塔設(shè)計(jì)通過比較計(jì)算出來的結(jié)果和手算結(jié)果還可以得到以下結(jié)論：Cup Tower 計(jì)算結(jié)果和詳

43、細(xì)設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果都能夠滿足工藝要求，在設(shè)定結(jié)果參數(shù)時(shí)，Cup Tower 調(diào)整起來比較方便，通過反復(fù)調(diào)整可獲得較合理的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，保證塔盤的操作彈性。并且 Cup Tower 可以用于不同類型的塔板，計(jì)算方便，便于塔盤選型。由校核結(jié)果可見，塔盤設(shè)計(jì)合理，操作點(diǎn)、操作上限點(diǎn)、操作下限點(diǎn)均處于液相上限線、液相下線線、漏液線和液泛線之間較合適的位置，塔的操作彈性較大。在核算過程中，本項(xiàng)目塔校核了每一塊塔板的氣液負(fù)荷，且各塔板的氣液流量均處于負(fù)荷性能圖中較合適的位置。此外，模擬使用的是實(shí)際板的氣液物性數(shù)據(jù)，所以這樣核算比用理論板設(shè)計(jì)更加合理。CE-FLAME負(fù)荷性能圖參數(shù)1操作點(diǎn)橫坐標(biāo)m3/h148.97

44、2操作點(diǎn)縱坐標(biāo)103m3/h2.543操作上限百分比-110.00%4操作下限百分比-80.00%55%漏液時(shí)動能因子m/s(kg/m3)0.55.00610%漏液時(shí)動能因子m/s(kg/m3)0.5雙流雙流X 液相體積流量 m3/hY 氣相體積流量 103*m3/h0-操作線1-液相下限線2-液相上限線3-漏液線4-夾帶線5-液泛線慶陽永欣石化年處理十萬噸碳四綜合利用分廠項(xiàng)目 塔設(shè)計(jì)1.5 塔機(jī)械工程設(shè)計(jì)（塔設(shè)計(jì)說明書）1.5.1 設(shè)計(jì)條件由 Aspen Plus 模擬和工藝的設(shè)計(jì)得到塔設(shè)計(jì)條件如下：表 1-16 基本參數(shù)序序項(xiàng)目參數(shù)項(xiàng)目參數(shù)(Mole Frac)號號1設(shè)計(jì)/MPa26異丁烷

45、0.072設(shè)計(jì)溫度/1507主正丁烯0.2273直徑/mm21008要順丁烯0.3454計(jì)算長度/mm372589組反丁烯0.268質(zhì)量流量分513021.610/kg/h1.5.2的計(jì)算（1）實(shí)際塔板數(shù) N由 Aspen Plus 模擬可以得到實(shí)際塔板數(shù)為 29，其中塔底的再沸器和塔頂?shù)姆址謩e相當(dāng)于一塊理論塔板算。但是為了考慮余量，考慮塔的實(shí)際塔板數(shù)時(shí)，包含這兩塊塔板。故可以得到該塔的實(shí)際塔板數(shù)為：N=30（2）塔頂空間高 HD塔頂空間高度的作用時(shí)安裝塔板和開人孔的需要，也使氣體中的液體沉降，減少塔頂出口氣中的液滴夾帶，空間高度取 1.01.5m，這里取 HD=1m。（3）塔板間距 HTHT

46、=0.6m（4）開設(shè)人孔的板間距 HTCE-FLAME慶陽永欣石化年處理十萬噸碳四綜合利用分廠項(xiàng)目 塔設(shè)計(jì)設(shè)有人孔的上下兩塔板間距應(yīng)大于等于 600mm，這里取 HT ' = 0.8m 。（5）人孔數(shù) S這里取 8 塊板設(shè)置一個(gè)人孔，實(shí)際塔板 30 塊，所以開 6 個(gè)人孔（塔頂和塔底人孔數(shù)）。（6）進(jìn)料段空間高度進(jìn)料段高度取決于進(jìn)料口結(jié)構(gòu)形式和物料狀態(tài)，HF 要比HT 大，取HT =1m 。（7）塔底空間高度 HB塔底空間高度具有貯存槽的作用，塔底釜液最好能在塔底有 1015min 的儲量，以保證塔底料液不至排完。對于塔底產(chǎn)量較大的底容量可取小些，取1015min 的儲量。提取 Asp

47、en 數(shù)據(jù)塔底料液出口體積流量 V= 146.77m3/h，塔徑D=2.1m，t=10 min，計(jì)算得塔底空間高度為：這里 HB=1.5m（8）塔筒體高度 H的 H=37.3m（9）裙座高度筒體高度大于 10m，塔徑 2.1m>1m，故采用圓柱形裙座。裙座高度需要滿足與之配套的其他的連接以及裙座底部的檢修空間。這里應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)公式取裙座高度為：（10）封頭高度封頭選取標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，根據(jù) GB/T 25198-2010容器封頭，CE-FLAME慶陽永欣石化年處理十萬噸碳四綜合利用分廠項(xiàng)目 塔設(shè)計(jì)查的當(dāng) DN=2100mm 時(shí)，總高度 H=525mm，由下式可以求得 h=25mm，內(nèi)曲面深度 hi=500mm。圖 1-14 標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭示意圖1.5.3 接管的計(jì)算該塔有 3 個(gè)接管，接管位置及相應(yīng)的情況如下：（1）塔頂氣體出料管在 Aspen 塔的水力學(xué)數(shù)據(jù)中，故提取 Aspen 中水力學(xué)數(shù)據(jù)中的氣體體積流量V= 1798.8 m³/h 為塔頂?shù)臍怏w體積流量。取塔頂氣體流速，則管徑為：得 d1=378.54mm根據(jù) HG/T 20553-2011 化工配管用無縫及焊接鋼管，可將管子規(guī)格圓整：，即為公稱直徑為 400mm，外徑為 426mm，壁7 mm。實(shí)際流速。CE-FLAME慶陽永欣石化年處理十萬噸碳四綜合利用分廠項(xiàng)目 塔設(shè)計(jì)（2）進(jìn)料管由 Aspen 數(shù)據(jù)可知進(jìn)