2019年第十三屆全國(guó)大學(xué)生化工設(shè)計(jì)競(jìng)賽作品 三峽大學(xué) 乙烯法與乙炔法聯(lián)產(chǎn)年產(chǎn)50萬(wàn)噸醋酸乙烯酯項(xiàng)目 設(shè)計(jì)文檔3-1典型設(shè)備設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

2019“東華科技-慢逐石化杯''第十三屆大學(xué)生化學(xué)化工設(shè)計(jì)克泰

安微統(tǒng)維焉新材料有限公司

匕塊濡（歐版）與乙埠濡（新建）聯(lián)產(chǎn)50萬(wàn)噸/年畸晚K綽專項(xiàng)Q

典型設(shè)備設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)：三大43

初隊(duì)扇員：瓶銀Al華"正"冼秀會(huì)

器導(dǎo)考岬：羅華軍劉星卑陳家成國(guó)故虹

目錄

第一章總述......................................................................1

1.1過(guò)程設(shè)備的選型目的和基本要求............................................1

1.2過(guò)程設(shè)備的分類..........................................................1

1.3過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)與選型原則..................................................1

第二章塔設(shè)備設(shè)計(jì)...............................................................2

2.1塔設(shè)備設(shè)計(jì)依據(jù)..........................................................2

2.2設(shè)計(jì)要求................................................................2

2.3塔設(shè)備簡(jiǎn)介..............................................................3

2.3.1板式塔.............................................................5

2.4塔設(shè)備選型..............................................................6

2.4.1選型方法...........................................................6

242塔主要結(jié)構(gòu)尺寸的確定...............................................7

2.5典型塔設(shè)備計(jì)算..........................................................7

2.5.1乙烯法醋酸乙烯精懦塔T0602的設(shè)計(jì)..................................8

252塔機(jī)械工程設(shè)計(jì)（手算）............................................19

2.5.3乙烯法醋酸乙烯精用塔T0602的校核（軟件）........................21

2.5.4乙煥法醋酸乙烯精鐳塔T0104的設(shè)計(jì)................................27

2.5.5塔機(jī)械工程設(shè)計(jì)（手算）...........................................37

2.5.6乙塊法醋酸乙烯精制塔T0104的校核（軟件）.......................39

第三章反應(yīng)器設(shè)計(jì)..............................................................48

3.1反應(yīng)器概述.............................................................48

3.2反應(yīng)器類型.............................................................48

3.2.1釜式反應(yīng)器（反應(yīng)釜）.............................................48

322管式反應(yīng)器.........................................................49

3.2.3固定床反應(yīng)器.....................................................49

3.2.4流化床反應(yīng)器.....................................................50

3.3醋酸乙烯合成反應(yīng)器（R0301）...........................................50

3.3.1反應(yīng)特點(diǎn)..........................................................50

3.3.2本廠反應(yīng)器的選擇.................................................51

3.3.3工藝條件的確定...................................................51

334反應(yīng)器設(shè)計(jì)過(guò)程....................................................53

3.3.5設(shè)備尺寸計(jì)算.....................................................56

3.3.6接管零部件尺寸計(jì)算...............................................57

3.3.7反應(yīng)器設(shè)計(jì)結(jié)果...................................................58

3.3.8反應(yīng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)校核...............................................59

3.4乙醛生成反應(yīng)器（R0102）...............................................63

3.4.1反應(yīng)特點(diǎn)..........................................................63

3.4.2流化床概述.......................................................63

3.4.3反應(yīng)器選擇.......................................................64

3.4.4催化劑的選擇.....................................................65

3.4.5反應(yīng)器設(shè)計(jì)過(guò)程...................................................65

第四章?lián)Q熱器設(shè)計(jì)..............................................................80

4.1換熱器設(shè)計(jì)依據(jù).........................................................80

4.2換熱器分類.............................................................80

4.2.1按工藝功能分類...................................................80

4.2.2按傳熱方式分類...................................................81

4.3換熱器工藝方案的確定...................................................82

4.3.1換熱管規(guī)格選擇...................................................82

4.3.2殼程數(shù)和臺(tái)數(shù).....................................................82

4.3.3工藝條件選擇.....................................................83

4.4換熱器設(shè)計(jì)（E0301）.......................................................................................................84

4.4.1換熱要求..........................................................84

4.4.2換熱器型式的選擇.................................................85

4.4.3換熱器結(jié)構(gòu).......................................................91

4.4.4換熱器的機(jī)械設(shè)計(jì)及校核...........................................94

4.5換熱器設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū).......................................................95

4.5.1數(shù)據(jù)輸入..........................................................95

4.5.2計(jì)算結(jié)果.........................................................97

安徽皖維乙烯法與乙塊法聯(lián)產(chǎn)50萬(wàn)噸/年醋酸乙烯酯項(xiàng)目典型設(shè)備設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

第一章總述

1.1過(guò)程設(shè)備的選型目的和基本要求

化工設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)與選型是在物料衡算和熱量衡算的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，其目

的是決定工藝設(shè)備的類型、規(guī)格、主要尺寸和數(shù)量，為車間布置設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)

計(jì)及非工藝設(shè)計(jì)項(xiàng)目提供足夠的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。

過(guò)程設(shè)備的第一個(gè)基本要求是能滿足工藝要求。對(duì)于工藝上所要求的溫度、

壓力、液位、流量等都需要過(guò)程設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)。在滿足工藝要求的同時(shí)，過(guò)程設(shè)備

也必保證有足夠的強(qiáng)度，不會(huì)在操作過(guò)程中遭到破壞。還有一個(gè)基本要求，經(jīng)濟(jì)

上要合理。在滿足前一個(gè)基本要求之后，要考慮盡量降低設(shè)備的生產(chǎn)費(fèi)用和操作

費(fèi)用，這樣才能使企業(yè)獲得更大的利益。

1.2過(guò)程設(shè)備的分類

化工設(shè)備從總體上分為兩類，一類稱定型設(shè)備或標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，這是由一些加工

廠成批成系列生產(chǎn)的設(shè)備，通俗地說(shuō)，就是可以買到的現(xiàn)成的設(shè)備，如泵、反應(yīng)

器、換熱器、大型儲(chǔ)罐等；另一類稱非定型設(shè)備或非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，是指規(guī)格和材料

都是不定型的、需要專門(mén)設(shè)計(jì)的特殊設(shè)備，如小的儲(chǔ)罐、塔器等。

1.3過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)與選型原則

(1)合理性

即設(shè)備必須滿足工藝需求，與工藝流程、生產(chǎn)規(guī)模、工藝條件及工藝控制水

平相適應(yīng)，在設(shè)備的許可范圍內(nèi)，能夠最大限度地保證工藝的合理和優(yōu)化并運(yùn)轉(zhuǎn)

可靠。

(2)可靠性和先進(jìn)性

工藝設(shè)備的型式、牌號(hào)多種多樣，實(shí)現(xiàn)某一化工單元過(guò)程，可能有多種設(shè)備,

要求設(shè)備運(yùn)行可靠。在可靠的基礎(chǔ)上考慮先進(jìn)性，便于連續(xù)化和自動(dòng)化生產(chǎn)，轉(zhuǎn)

化率、收率、效率要盡可能達(dá)到高的先進(jìn)水平，在運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中，波動(dòng)范圍小，

保證運(yùn)行質(zhì)量可靠，操作上方便易行，有一定的彈性，維修容易，備件易于加工

等。

(3)安全性

設(shè)備的選型和工藝設(shè)計(jì)要求安全可靠、操作穩(wěn)定、無(wú)事故隱患，對(duì)工藝和建

筑、地基、廠房等無(wú)苛刻要求，工人在操作時(shí)勞動(dòng)強(qiáng)度小，盡量避免高溫高壓高

空作業(yè)，盡量不用有毒有害的設(shè)備附件、附材，創(chuàng)造良好的工作環(huán)境和無(wú)污染。

（4）經(jīng)濟(jì)性

設(shè)備的選擇力求做到技術(shù)上先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)上合理。

第二章塔設(shè)備設(shè)計(jì)

2.1塔設(shè)備設(shè)計(jì)依據(jù)

表2-1塔設(shè)備設(shè)計(jì)依據(jù)

內(nèi)容出版日期及標(biāo)準(zhǔn)號(hào)

《化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書(shū)——塔設(shè)備》2003-5

《壓力容器》GB150-2011

《塔式容器》NB/T47041-2014

《壓力容器封頭》GB/T25198-2010

《化工配管用無(wú)縫及焊接鋼管尺寸選用系列》HG/T20553-2011

《鋼制管法蘭、墊片和緊固件》HG/T20592-20635-2009

《補(bǔ)強(qiáng)圈》JB/T4736-2002

2.2設(shè)計(jì)要求

（1）分離效率高達(dá)到一定分離程度所需塔的高度低。

（2）生產(chǎn)能力大單位塔截面積處理量大。

（3）操作彈性大對(duì)一定的塔器，操作時(shí)氣液流量的變化會(huì)影響分離效率。

若將分離效率最高時(shí)的氣液負(fù)荷作為最佳負(fù)荷點(diǎn)，可把分離效率比最高效率下降

15%的最大負(fù)荷與最小負(fù)荷之比稱為操作彈性，易于穩(wěn)定操作。

（4）氣體阻力小可使氣體的輸送功率消耗小。對(duì)真空精傕來(lái)說(shuō)，降低塔器

對(duì)氣流的阻力可減小塔頂、塔底間的壓差，降低塔底操作的壓強(qiáng)，從而可降低塔

底溶液泡點(diǎn)，降低對(duì)塔釜加熱劑的要求，還可防止塔底物料的分解。

（5）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)備取材面廣便于加工制造與維修，價(jià)格低廉，適用面廣。

2.3塔設(shè)備簡(jiǎn)介

塔設(shè)備是化工、石油化工和煉油等生產(chǎn)中最重要的設(shè)備之一。它可使氣(或

汽)液或液液兩相進(jìn)行緊密接觸，達(dá)到相際傳質(zhì)及傳熱的目的?？稍谒O(shè)備中完

成的常見(jiàn)操作有：精情、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，它們都可以用作蒸惚和吸收等氣液傳質(zhì)過(guò)

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

塔內(nèi)裝有一定數(shù)量的塔盤(pán)，是氣液接觸和傳質(zhì)的基本構(gòu)件；屬逐級(jí)(板)接

觸的氣液傳質(zhì)設(shè)備；氣體自塔底向上以鼓泡或噴射的形式穿過(guò)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

塔內(nèi)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)設(shè)備；液體在填料表面呈膜狀自上而下流動(dòng)；氣體呈連續(xù)相自下而上與液

體作逆流流動(dòng)，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塔高連

續(xù)變化。

兩種塔型的比較見(jiàn)下表：

表2-2板式塔與填料塔的比較

項(xiàng)目填料塔板式塔

適宜于小塔徑的塔，但對(duì)大塔要解決液體一般推薦塔徑大于800mm的

塔徑

再分布的問(wèn)題大塔

壓力降壓力較小，較適于要求壓力降小的場(chǎng)合壓力降一般比填料塔大

空塔氣速空塔氣速較大空塔氣速大

分離效率高，塔徑1.5m以下效率高，隨效率較穩(wěn)定，大塔板效率比小

塔效率

著塔徑增大，效率常會(huì)下降塔板有所提高

液氣比對(duì)液體噴淋量有一定要求適用范圍較大

持液量較小較大

安裝檢修較困難較容易

材料可用非金屬耐腐蝕材料一般用金屬材料

直徑800mm以下，一般比板式塔便宜，

造價(jià)直徑大時(shí)一般比填料塔造價(jià)低

直徑增大，造價(jià)顯著增加

重量較重較輕

類型選擇時(shí)需要考慮多方面的因素，如物料性質(zhì)、操作條件、塔設(shè)備的性能,

以及塔的制造、安裝、運(yùn)轉(zhuǎn)和維修等。對(duì)于真空精儲(chǔ)和常壓精儲(chǔ)，通常填料塔塔

效率優(yōu)于板式塔，應(yīng)優(yōu)先考慮選用填料塔，其原因在于填料充分利用了塔內(nèi)空間，

提供的傳質(zhì)面積很大，使得汽液兩相能夠充分接觸傳質(zhì)。而對(duì)于加壓精偏，若沒(méi)

有特殊情況，一般不采用填料塔。這是因?yàn)樘盍纤耐顿Y大，耐波動(dòng)能力差。

同樣，吸收過(guò)程也分為液膜控制、氣膜控制和介于兩者之間的共同控制吸收

三種類型。氣膜控制的吸收與真空精儲(chǔ)相似，應(yīng)優(yōu)先考慮選用高效規(guī)整填料塔；

液膜控制的吸收與加壓精儲(chǔ)相似，往往選用板式塔或汽液湍動(dòng)大、持液量高的散

裝填料塔；介于兩者之間的，宜采用比表面積大、持液量高、液相湍動(dòng)大的填料

塔，一般多采用散裝填料塔。

具體來(lái)講，應(yīng)著重考慮以下幾個(gè)方面：

(1)與物性有關(guān)的因素

易起泡的物系，如處理量不大時(shí)，以選用填料塔為宜。因?yàn)樘盍夏苁古菽?/p>

裂，在板式塔中則易引起液泛。

具有腐蝕性的介質(zhì)，可選用填料塔。如必須用板式塔，宜選用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造

價(jià)便宜的篩板塔盤(pán)、穿流式塔盤(pán)或舌形塔盤(pán)，以便及時(shí)更換。

具有熱敏性的物料須減壓操作，以防過(guò)熱引起分解或聚合，故應(yīng)選用壓力降

較小的塔型。

粘性較大的物系，可以選用大尺寸填料。板式塔的傳質(zhì)效率太差。

含有懸浮物的物料，應(yīng)選擇液流通道大的塔型，以板式塔為宜。

操作過(guò)程中有熱效應(yīng)的系統(tǒng)，用板式塔為宜。

(2)與操作條件有關(guān)的因素

若氣相傳質(zhì)阻力大，宜采用填料塔。

大的液體負(fù)荷，可選用填料塔。

液氣比波動(dòng)的適應(yīng)性，板式塔優(yōu)于填料塔。

操作彈性，板式塔較填料塔大，其中以浮閥塔最大，泡罩塔次之。

(3)其他因素

對(duì)于多數(shù)情況，塔徑大于800mm時(shí)，宜用板式塔，小于800mm時(shí)，則可

用填料塔。但也有例外，鮑爾環(huán)及某些新型填料在大塔中的使用效果可優(yōu)于板式

塔。

一般填料塔比板式塔重。

大塔以板式塔造價(jià)較廉。

填料塔用于吸收和解吸過(guò)程，可以達(dá)到很好的傳質(zhì)效果，它具有通量大、阻

力小、傳質(zhì)效率高等性能。因此實(shí)際過(guò)程中，吸收、解吸和氣體洗滌過(guò)程絕大多

數(shù)都使用填料塔。

(4)本廠實(shí)際情況

從分離效率、成本和操作維修等方面考慮，并結(jié)合實(shí)際情況，我們?cè)谠O(shè)備選

擇過(guò)程中優(yōu)先考慮采用板式塔，控制設(shè)備投資成本和操作成本，既有較高的操作

彈性，同時(shí)操作維修也較為方便；選擇結(jié)果如下：

表2-3塔設(shè)備型式

位號(hào)名稱類型

T0201粗VAc分離塔板式塔

T0202VAc萃取塔板式塔

T0203醋酸分離塔板式塔

T0401VAc吸收塔板式塔

T0402VAc精儲(chǔ)塔板式塔

T0501醋酸精偏塔板式塔

T0502醋酸解析塔板式塔

T0403除水塔板式塔

T0601VAc精儲(chǔ)塔板式塔

T0602VAc精儲(chǔ)塔板式塔

T0701乙醛精儲(chǔ)塔板式塔

T0702乙醛精偷塔板式塔

2.3.1板式塔

2.3.1.1板式塔的塔板種類

根據(jù)塔板上氣、液兩相的相對(duì)流動(dòng)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。穿流式塔板操作不穩(wěn)定，很少使用。

2.3.1.2各種塔盤(pán)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(kāi)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2-4如下：

表2-4幾種主要塔板的性能比較

塔盤(pán)類型優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)適用場(chǎng)合

結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高、塔

泡罩板較成熟、操作穩(wěn)定特別容易堵塞的物系

板阻力大、處理能力小

分離要求高、負(fù)荷變

浮閥板效率高、操作范圍寬浮閥易脫落

化大

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、分離要求高、塔板數(shù)

篩板易堵塞、操作彈性較小

塔板效率高較多

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、塔板阻力分離要求較低的閃蒸

舌型板操作彈性窄、效率低

小塔

分離要求較低的減壓

浮動(dòng)噴射板壓降小、處理量大浮板易脫落、效率較低

塔

表2-5幾種主要塔板性能的量化比較

塔盤(pán)類型塔板效率處理能力操作彈性壓降結(jié)構(gòu)成本

泡罩板1.01.051.0復(fù)雜1.0

篩板1.2?1.41.430.5簡(jiǎn)單().4?0.5

浮閥板1.2-1.31.590.6一般0.7?0.9

舌型板1.1?1.21.530.8簡(jiǎn)單0.5?0.6

2.4塔設(shè)備選型

2.4.1選型方法

塔內(nèi)參數(shù)由多方面決定，尤其與工藝參數(shù)有著密切的關(guān)系。所以在設(shè)備選型

中本著“兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，兩個(gè)軟件''的選型方法進(jìn)行選型。

表2-6-1塔設(shè)備選型方法

項(xiàng)目工具來(lái)源作用

化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書(shū)化學(xué)工業(yè)部設(shè)備設(shè)計(jì)技術(shù)中心

設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

兩個(gè)——塔設(shè)備設(shè)計(jì)站主編（2002年）

標(biāo)準(zhǔn)

中國(guó)石化集團(tuán)上海有限公司主

化工工藝設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

編

表2-6-2塔設(shè)備選型方法

設(shè)計(jì)手冊(cè)(2003年)

模擬水力學(xué)參數(shù)及選型結(jié)果

AspenPlusV10AspenTech公司開(kāi)發(fā)

兩個(gè)核算

軟件全國(guó)化工設(shè)備設(shè)計(jì)技術(shù)中

SW6-2011塔機(jī)械強(qiáng)度設(shè)計(jì)與校核

心站

2.4.2塔主要結(jié)構(gòu)尺寸的確定

(-)塔板間距

塔板間距與塔高相關(guān)，且計(jì)算塔徑時(shí)也必須預(yù)定塔板間距。選擇塔板間距時(shí),

主要考慮以下幾個(gè)因素：

(1)霧沫夾帶：在一定的氣液負(fù)荷和塔徑條件下，適當(dāng)增加塔板間距，可

減少霧沫夾帶量。

(2)物料的起泡性：易起泡物料的塔板間距應(yīng)選得大些。

(3)操作彈性：要求操作彈性較大時(shí)，可選較大的塔板間距。

(4)安裝和維修要求：例如開(kāi)人孔處的塔板間距不小于600mmo由于塔板

間距與處理能力、操作彈性及塔板效率以及塔徑大小都密切相關(guān)，選用較大的塔

板間距可允許較高的空塔氣速，這樣塔徑可小些，但塔高增加了。對(duì)于塔板數(shù)較

多或放在室內(nèi)的塔，可選用較小的塔板間距，以適當(dāng)增加塔徑來(lái)降低塔高。當(dāng)然,

塔板間距的合理選擇應(yīng)通過(guò)塔盤(pán)液體力學(xué)計(jì)算和經(jīng)濟(jì)核算來(lái)確定，但從經(jīng)濟(jì)上

看，增加塔高往往比增加塔徑有利。

(-)塔的頂部、底部空間及裙座高度

1.塔的頂部空間高度塔的頂部空間高度是指塔頂?shù)谝粚铀宓剿敺忸^切

線的距離。為了減少塔頂出口氣體中夾帶的液體量，頂部空間一般取1.2~L5m。

2.塔的底部空間高度塔的底部空間高度是指塔底最末一層塔板到塔底下封

頭切線處的距離。當(dāng)進(jìn)料系統(tǒng)有15分鐘的緩沖時(shí)間時(shí)，釜液的停留時(shí)間可

取3~5分鐘，否則須取15分鐘。但對(duì)釜液流量大的塔，停留時(shí)間一般也

取3~5分鐘。

3.加料板的空間高度加料板的空間高度取決于加料板的結(jié)構(gòu)型式及進(jìn)料狀

態(tài)。

4.支座高度塔體常由裙座支承，可分為圓柱和圓錐兩種。裙座高度是由塔底

封頭切線至出料管中心線的高度U和出料管中心線至基礎(chǔ)環(huán)的高度V兩部分

組成。裙座上的人孔通常為圓形，其尺寸為600*(1000-1800)mm,以方便進(jìn)

出。

2.5典型塔設(shè)備計(jì)算

本次塔設(shè)備選型設(shè)計(jì)使用AspenPlus,SW6-2011軟件對(duì)本廠區(qū)使用的塔設(shè)

備進(jìn)行選型設(shè)計(jì)，并且選擇乙烯法醋酸乙烯精偏塔T0602和乙快法醋酸乙烯精

儲(chǔ)塔T0104進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

2.5.1乙烯法醋酸乙烯精保塔T0602的設(shè)計(jì)

提取Aspenplus各物流的物性參數(shù)，進(jìn)行手工計(jì)算和校核，然后再用SW-6

2011進(jìn)行軟件校核，通過(guò)比較來(lái)檢查計(jì)算的正確性。

本項(xiàng)目對(duì)醋酸乙烯精制過(guò)程中的醋酸乙烯精制精能塔做詳細(xì)設(shè)計(jì)，具體設(shè)計(jì)

過(guò)程如下：

表2-7物料組成

033703390338

TemperatureC25.2100.150.8

Pressurebar32.962

VaporFrac000

MoleFlowkmol/hr558.517544.51714

MassFlowkg/hr45961.8645154.78807.085

VolumeFlowcum/hr49.48554.8760.902

EnthalpyGcal/hr-46.143-43.529-1.05

MassFlowkg/hr

CH2=CH25.201trace5.201

o20.07trace0.07

H2O522.144431.55290.592

VAC45032.8244372.2660.615

CO223.376trace23.376

CH3CHO21.5050.2221.285

CH2CHCHO98.84595.2253.62

ETHYL-022.1862.186<0.001

METHY-01255.721253.3952.325

設(shè)計(jì)題目

要求塔底回收的醋酸乙烯酯純度達(dá)到98.3%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）

塔設(shè)備的選擇

根據(jù)本廠情況醋酸乙烯精制塔采用板式精儲(chǔ)塔

塔板選擇

本操作選用篩板塔

設(shè)計(jì)內(nèi)容

精儲(chǔ)塔的物料衡算

F=D+WFXF=DXD+WXWr|=FXF/DXD

XF=0.052（摩爾分?jǐn)?shù)）XD=0.359XW=0.044

D=179knwl/hW=57592kmol/h

塔的模擬計(jì)算

表2-8塔的模擬計(jì)算

設(shè)計(jì)內(nèi)容模擬值

操作回流比14

理論板數(shù)25

進(jìn)料板序號(hào)10

進(jìn)料板溫度℃85.3

塔頂溫度C50.8

塔釜溫度℃100.1

設(shè)計(jì)計(jì)算及驗(yàn)算

2.5.1.1塔板工藝尺寸計(jì)算

(1)塔徑

本項(xiàng)目使用aspen對(duì)全工段進(jìn)行模擬，由aspen模擬數(shù)據(jù)可得氣液兩項(xiàng)流量

最大的板上的負(fù)荷量：

33

Ls=0.021m/spL=947.4kg/m

33

Vs=3.2m/spv=2.5kg/m

欲求塔徑應(yīng)先給出空塔氣速U,而U=(安全系數(shù))XUmax

L(石=12^1(―)^=0.128

橫坐標(biāo)的數(shù)值為匕A3.22.5

初取板間距"丁=°35加，板上液層高度“;壯06機(jī)

圖中參數(shù)值為：%=°35-0.06=0.29，〃

根據(jù)以上數(shù)據(jù)，由Sm汕關(guān)聯(lián)圖查得6。="06

0.020.030040.060.080.100.200300.400.600.801.00

圖2-1史密斯關(guān)聯(lián)圖

因物系表面張力為20.45mN/m,與20mN/m有偏差，故需對(duì)系數(shù)C進(jìn)行校

正，則有：

02

C=C20(—)=0.06x(^2^產(chǎn)=0.06

202020

取安全系數(shù)為0.7,則空塔氣速為:

U=0.7“耐=0.7X1.16=0.812//s

3.2

塔徑：b==2.14/

0.785x0.812

按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整D=2.2m,則塔的截面積:

222

AT=0.785￡>=0.785x2.2=3.8m

實(shí)際空塔氣速為

V32

〃=上=三=0.84m/s

Ar3.8

(2)精僧塔的有效高度計(jì)算

精館段的有效高度為：

Z精惶=(N怡惶—l)HT=9x0.35m=3.15m

提館段的有效高度為:

Z提儲(chǔ)=(N提用—1)HT=14x0.35m=4.9m

在進(jìn)料板上方開(kāi)一人孔，其高度為0.7m

故精俺塔的有效高度為

Z=Z曲符+Z盤(pán)tg+0.7=3.15+4.9+0.7=8.75m

2.5.1.2溢流堰的選擇

①塔板結(jié)構(gòu)形式

降液管主要有圓形、弓形和傾斜弓形三種。三種降液管的對(duì)比如下:

堰與壁之間的全部截

在弓形降液管內(nèi)另裝此形式有利于塔截面

面區(qū)域均作為降液容

特點(diǎn)及適用范圓管作為降液管，適的充分利用，適用于大

積，適用于較大直徑

圍用于液量較小的情直徑的塔及氣液負(fù)荷

的塔，塔板面積利用

況。較大的情況。

率較高。

液體在塔板上的流動(dòng)路徑是由降液管的布置方式?jīng)Q定的。常用的布置方式有

以下幾種形式：U型流、單流型、雙流型、階梯流型。

表2-10列出了溢流類型、塔徑、液體負(fù)荷之間的關(guān)系。

表2-10液體負(fù)荷與板上流型的關(guān)系

液體流量（mP/h）

塔徑（mm）

U形流單流型雙流型階梯流型

10007以下45以下

14009以下70以下

200011以下90以下90-160

300011以下110以下110-200200?300

400011以下110以下110-230230-350

500011以下110以下110~250250~400

600011以下110以下110-250250?450

綜合以上情況比較，采用單溢流型、弓形降液管。

②堰長(zhǎng)與堰寬的選擇

因塔徑D=2200mm,可選用單溢流弓形降液管，采用凹形受液盤(pán)，不設(shè)進(jìn)口

堰。各項(xiàng)計(jì)算如下；

,展?取十陵，卬=0.65DT=0.65x2.2=1.43/7?

出口堰高加：

2.84%丫

1000⑷

=0.65

對(duì)平直堰，D

圖2?2液流收縮系數(shù)

2/3

h=0.00284x1.05x(^^)0.04/Z?

取液流收縮系數(shù)E=1.05,得'L43

取上清液層高度為4=0.06m,則有/?1'=0.06-0.04=0.02m

2.5.1.3弓形降液管寬度和截面積

4=065%=014—=0.09

由。查弓形降液管幾何關(guān)系圖得。，為故:

%=0.308，〃Af=0.342m-

圖2-3弓形降液管幾何關(guān)系圖

因此，液體在降液管中的停留時(shí)間為：

AH0.342X0.35

fT=5.Is>4s

F0.021

故降液管設(shè)計(jì)合理。

2.5.1.4降液管的底隙高度

取液體通過(guò)降液管底隙的流速則

L,0.01

0.024/M

Lwuo1.43x0.25,故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理。

選用凹型受液盤(pán)，受液盤(pán)盤(pán)深50mm。

2.5.1.5塔板的布置

(1)塔板的分塊

因D=2200mm,故采用分塊式塔板，將塔板分作6塊安裝。

(2)邊緣區(qū)寬度與安定區(qū)寬度的確定

邊緣區(qū)寬度：對(duì)篩板塔塔板叱一般取50~75mm.

安定區(qū)寬度：對(duì)篩板塔塔板也一般取50~100mm.

本設(shè)計(jì)D>2m,故取Wc=0.]m,=0.1m.

(3)開(kāi)孔區(qū)面積計(jì)算

此=0.1450=0.145x2.2=0.319

則有

222

Aa=2x[x^R-x+-^/?sin-'(^)]=3/n

2.5.1.6篩板開(kāi)孔數(shù)及開(kāi)孔率

選篩板的4,=5加加，正三角形排列，篩板采用碳鋼，取孔心距f=20mm

xnmgLATrFWL/158X1()31158X1O\oO.Q.

每層塔板的開(kāi)孔數(shù)〃=(---”----)Aa-(——----)x3=8685

,2

每層塔板的開(kāi)孔面積為4==0.785x8685x0.0052=0.17]

每層塔板的開(kāi)孔率°=4=也=0.056(中在5%~15%,故符合要求)

氣體通過(guò)篩孔的孔速4==18.8m/s

2.5.1.7塔板上的流體力學(xué)驗(yàn)算

(1)霧沫夾帶量ev校核

5.7x10~6,u、325.7x10-6,

er=--------------(---------mn-----嚴(yán)=-------------(------

-3

aHT-2.5420.45x100.35-

(<O.lkg液/kg氣，滿足要求)

(2)塔板阻力hf的計(jì)算

①氣體通過(guò)干板的壓降he

hc=0.051(空產(chǎn)包=0.051xx—=0.074m

0.8947

0.9

圖2-4塔板孔流系數(shù)

式中，孔流系數(shù)C。由d°/3=1.67查圖得，Co=0.8

②氣體通過(guò)板上液層的壓降he

兒=隊(duì)幾+%)=0.5X0.06=0.Q3m

③氣體通過(guò)篩板的壓降hf和Apf

h=h+h+=0.074+0.03=0.104〃

fce（滿足設(shè)計(jì)要求）

Wf=p[ghf=941x9.8x0.1=0.69kPa<0.7kPa

⑤降液管液泛校核

為防止降液管發(fā)生液泛，應(yīng)使降液管中的清液層高度兒）

H

h.=0.153(4)2=o.153x(———>=0.003加

"Lwho1.43x0.1

Hd=0.11+0.06+0.0007=0.173zz?

0(%+4)=o.5X(0.35+0.02)=0.27m

H,W0("r+%)成立，故不會(huì)產(chǎn)生降液管液泛。

⑥嚴(yán)重漏液校核

漏液點(diǎn)氣速

h4x10-3a4x10-3x20

h=---------=------------------=0n.0017/

°pLgdo941x9.81x0.005

U=4.4Cj(0.0056+0.13/7,

om-ACT)P/./A

=4.4x0.87(0.0056+0.13x0.06-0.0017)x941/2.5

=7.4777/s

穩(wěn)定性系數(shù)4=幺_=2.54N1.5~2.0,故不會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重漏液。

%

通過(guò)流體力學(xué)驗(yàn)算，可認(rèn)為精儲(chǔ)塔塔徑及塔板各工藝結(jié)構(gòu)尺寸合適。

2.5.1.8塔板負(fù)荷性能圖校核

（1）霧沫夾帶線

匕

=0.28匕

-A,3.8-0.342

Ht=2.5(%,+%)=2.5x[0.035+0.00284E(36°必產(chǎn)]

=1.29L//3+0.0875

心Silk(產(chǎn)一5.7，1。-60.28V.V

一產(chǎn)=0.1

33

bHT-Hf20xl0-0.35-0.0875-1.29L/

化簡(jiǎn)得：耳=5.85—28.7542/3,作出霧沫夾帶線①。

（2）液相負(fù)荷下限線

取平堰堰上液層高度how=0.004m,Ex1

h?,=0.0028蚯（36°04，m.in）2/3=o.5254,mir3=0.004

L

Amin=00012//S，做出液相負(fù)荷下限線②。

(3)嚴(yán)重漏液線關(guān)系式

2/3

hL=hw+how=0.035+0.525LS

漏液點(diǎn)氣速：

%=4.4fJ(0.0056+0.l3hL-h^p,/pv

=4.4x0.S-jLO.0056+0.13x(0.035+0.525Z/3)-0.0025]x941/2.5

K,min-

2

%=o.56+4.97ZJ

作出漏液線③。

(4)液相上限線關(guān)系式

取T=5S時(shí)，得液相最大負(fù)荷流量為：

,HA.0.35x0.342八2.

L.vmax=---T--=----------=0.02/?13IS,作出液相負(fù)荷上限線④。

T5

（5）降液管液泛線（氣相負(fù)荷上限線）

降液管發(fā)生液泛的條件為:

。(%+hj=hf+hK+how+hd

%=0.00284E(^)i=0.00284X1x(愣放=0.525、

h=0.051(2)2生=0.051x(———)2x-=0.0IV2

1

cC?pL0.8x0.17641

22

he=p(hw+how)=0.5x(0.035+0.525L^)=0.0175+0.2625^

2

hf=hc+he=0.0IV/+0.2625LJ+0.0175

%=0.153(4^)2=0.153(——4——隹

d)2=127

Lwh/1.43x0.024

22

(0.0M+02625&+0.0175)+0.035+0.525L^+127.5L；=0.5x(0.35+0.035)

2

匕2=14—78.75左-12750反

作出氣相負(fù)荷上限線⑤。

(6)操作性及操作彈性

VQ2

操作汽液比：上=——=152,過(guò)(0,0)和(0.021,3.2)兩點(diǎn)，作出

Ls0.021

操作線⑥。

圖2-5操作彈性圖

根據(jù)上式，以Ls為橫坐標(biāo)，以Vs為縱坐標(biāo)，可作得本設(shè)計(jì)的塔板負(fù)荷性

能圖如圖。由圖可讀得其氣相負(fù)荷上限為2.75m3/s,氣相負(fù)荷下限0.625m3/s,

其操作彈性為

-.max_2.75「/

2.5.1.9塔板負(fù)荷性能圖校核

表2-11T0602設(shè)計(jì)

計(jì)算數(shù)據(jù)

項(xiàng)目符號(hào)單位

精儲(chǔ)段提偏段

各段平均壓強(qiáng)Pbar11

各段平均溫度tm℃83.690.6

汽相Vsm3/s0.0310.016

平均流量

液相Lsm3/s3.52.9

實(shí)際塔板數(shù)N塊914

板間距