2019年第十三屆全國(guó)大學(xué)生化工設(shè)計(jì)競(jìng)賽 合肥學(xué)院作品 年產(chǎn)15萬噸醋酸乙烯酯項(xiàng)目4、年產(chǎn)15萬噸醋酸乙烯酯項(xiàng)目-設(shè)備設(shè)計(jì)說明書

年產(chǎn)"萬咆醋酸乙烯酯項(xiàng)目

一設(shè)備設(shè)計(jì)說明書

“東華種枝-怩逸/化柘”

第十三屆全國(guó)九挈2化工汲計(jì)盍爰

風(fēng)雨諫程

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目錄

第一章設(shè)計(jì)概述1

1.1過程設(shè)備設(shè)計(jì)要求1

1.2過程設(shè)備設(shè)計(jì)依據(jù)1

1.3過程設(shè)備分類2

1.4過程設(shè)備概述3

第二章塔設(shè)備4

2.1概述4

2.1.1設(shè)計(jì)要求4

2.1.2塔類型的選擇5

2.2塔工藝設(shè)計(jì)7

2.2.1設(shè)備流程確定7

2.2.2AspenPlus對(duì)于塔的模擬7

2.2.3工藝參數(shù)的確定7

2.2.4塔型的選擇10

2.3工藝尺寸計(jì)算10

2.3.1塔徑計(jì)算10

2.3.2塔板的選型12

2.3.3溢流部件的計(jì)算13

2.3.4浮閥數(shù)及排列方式16

2.4流體力學(xué)計(jì)算和校核18

2.4.1塔板壓降18

2.4.2泄露驗(yàn)算19

2.4.3液泛的驗(yàn)異19

2.4.4操作彈性20

2.4.5霧沫夾帶的臉?biāo)?1

2.4.6負(fù)荷性能圖22

2

2.5Cup-Tower水力學(xué)校核25

2.5.1塔板信息榆入25

2.5.2水力學(xué)數(shù)據(jù)輸入25

2.5.3塔板結(jié)構(gòu)參數(shù)26

2.5.4計(jì)算結(jié)果26

2.5.5塔板性能負(fù)荷圖27

2.6KG-Tower水力學(xué)校核28

2.6.1工藝參數(shù)的輸入28

2.6.2塔盤結(jié)構(gòu)參數(shù)的輸入29

2.6.3校核結(jié)果30

2.6.4設(shè)計(jì)報(bào)告32

2.7塔的機(jī)械設(shè)計(jì)33

2.7.1設(shè)計(jì)溫度與壓力的確定34

2.7.2塔輔助裝置設(shè)計(jì)34

2.7.3塔體總高度37

2.7.4塔的強(qiáng)度計(jì)算38

2.8塔的設(shè)計(jì)結(jié)果41

2.9SW6軟件強(qiáng)度校核42

2.9.1設(shè)計(jì)規(guī)范42

2.9.2校核計(jì)算條件42

2.9.3風(fēng)載荷及池震載荷核算44

2.9.4地腳螺栓校核47

2.9.5耐壓試驗(yàn)校核48

2.9.6主要尺寸參數(shù)計(jì)算結(jié)果51

2.10塔盤結(jié)構(gòu)優(yōu)化52

2.10.1復(fù)合塔板的應(yīng)用52

2.10.2新型塔盤浮閥的應(yīng)用53

2.11塔設(shè)備條件圖53

2.12塔設(shè)備設(shè)計(jì)一覽表54

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第三章?lián)Q熱器55

3.1概述55

3.2設(shè)計(jì)依據(jù)55

3.3換熱設(shè)備56

3.3.1換熱器分類56

3.3.2換熱器類型及應(yīng)用57

3.4選型說明57

3.4.1換熱類型57

3.4.2換熱管58

3.4.3管間距的確定59

3.4.4管程數(shù)的確定59

3.4.5殼程數(shù)的確定59

3.4.6折流板數(shù)目和間距60

3.5換熱器設(shè)計(jì)60

3.5.1選型示例60

3.5.2設(shè)計(jì)參數(shù)61

3.6計(jì)算總傳熱系數(shù)62

3.6.1熱負(fù)荷62

362平均傳熱溫差62

3.6.3傳熱溫差修正62

3.6.4總傳熱系數(shù)K63

3.6.5計(jì)算傳熱面積63

3.7工藝尺寸計(jì)算63

3.7.1管徑選擇63

3.7.2管程數(shù)和芍熱管數(shù)63

3.7.3傳熱管排列方式64

3.7.4殼體內(nèi)徑64

3.7.5，斤流板64

4

3.7.6接管及接管方位64

3.8換熱器核殍65

3.8.1管程對(duì)流借熱系數(shù)65

3.8.2殼程對(duì)流芍熱系數(shù)66

3.8.3污垢熱阻和管壁熱阻66

3.8.4總傳熱系數(shù)K的計(jì)算66

3.8.5傳熱面積校核67

3.8.6管程壓降核算67

3.8.7殼程壓降核算68

3.9HTRI軟件才交核69

3.9.1數(shù)據(jù)輸入69

3.9.2校核報(bào)告70

3.10換熱器的設(shè)計(jì)結(jié)果73

3.11換熱器的優(yōu)化73

3.11.1防腐技術(shù)74

3.11.2高效傳熱管的應(yīng)用74

3.11.3新型換熱管箱結(jié)構(gòu)的應(yīng)用76

3.12Aspen輔助設(shè)計(jì)77

3.12.1換熱器E0101的設(shè)計(jì)示例78

3.12.2換熱器E0301的設(shè)計(jì)示例82

3.13換熱器的強(qiáng)度校核84

3.13.1筒體校核計(jì)算85

3.13.2封頭校核計(jì)算88

3.13.3管板校核計(jì)算90

3.13.4設(shè)備法蘭復(fù)核90

3.14換熱器設(shè)備條件圖93

3.15換熱器的設(shè)計(jì)一覽表93

第四章反應(yīng)器94

4.1概述94

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4.2類型與特性94

4.2.1釜式反應(yīng)器94

4.2.2管式反應(yīng)器95

4.2.3流化床反應(yīng)器95

4.2.4固定床反應(yīng)器96

4.3反應(yīng)器設(shè)計(jì)96

4.3.1反應(yīng)機(jī)理96

4.3.2反應(yīng)方程式97

4.3.3催化劑選擇97

4.3.4催化劑的制備98

4.3.5工藝條件的確定98

4.3.6反應(yīng)器形式選擇99

4.3.7反應(yīng)器原料組成100

4.4反應(yīng)器尺寸計(jì)算100

4.4.1催化劑床層體積100

4.4.2催化劑床層高度101

4.4.3反應(yīng)器列管數(shù)102

4.4.4床層壓力降102

4.5反應(yīng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)103

4.5.1設(shè)計(jì)溫度及設(shè)計(jì)壓力的確定103

4.5.2反應(yīng)器筒沐直徑104

4.5.3筒體厚度及封頭厚度104

4.5.4裙座105

4.5.5反應(yīng)器高度105

4.5.6接管尺寸及方位105

4.5.7超壓泄放裝置106

4.6反應(yīng)器機(jī)才成設(shè)計(jì)106

4.6.1氣體分布板106

6

4.6.2管板107

4.6.3載熱流體導(dǎo)流筒108

4.6.4折流擋板109

4.6.5催化劑支撐裝置111

4.7反應(yīng)器設(shè)計(jì)結(jié)果112

4.8反應(yīng)器強(qiáng)度校核113

4.8.1校核計(jì)算條件113

4.8.2筒體校核計(jì)算114

4.8.3封頭校核計(jì)算116

4.8.4法蘭復(fù)核計(jì)算118

4.9反應(yīng)器設(shè)備條件圖119

4.10反應(yīng)器設(shè)計(jì)一覽表120

第五章泵⑵

5.1選型依據(jù)121

5.2選型原則121

5.3各類泵的性能參數(shù)122

5.4泵的特點(diǎn)及選用要求122

5.5泵的選型示例123

5.6節(jié)能屏蔽泵的應(yīng)用126

5.7泵的選型一覽表127

第六章儲(chǔ)罐128

6.1選型依據(jù)128

6.2儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)形式的選擇128

6.3儲(chǔ)罐的選型示例129

6.3.1設(shè)計(jì)參數(shù)129

6.3.2設(shè)計(jì)選材129

6.3.3選型結(jié)果129

6.4儲(chǔ)罐選型一覽表130

第七章壓縮機(jī)131

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7.1^述131

7.2選型要求131

7.3壓縮機(jī)分類131

7.4選型示例132

7.5壓縮機(jī)選型一覽表132

第八章工藝設(shè)備一覽表133

8.1非標(biāo)設(shè)備設(shè)計(jì)一覽表133

8.1.1塔設(shè)備133

8.1.2換熱器134

8.1.3反應(yīng)器136

8.2定型設(shè)備選型一覽表137

8.2.1泵137

8.2.2儲(chǔ)罐138

8.2.3其他設(shè)備139

8

第一章設(shè)計(jì)概述

1.1過程設(shè)備設(shè)計(jì)要求

從原材料到產(chǎn)品，要經(jīng)過一系列物理、化學(xué)或是生物加工處理步驟，這些步

驟稱之為過程。過程需要設(shè)備來完成物料的粉碎、混合、儲(chǔ)存、分離、傳熱、反

應(yīng)等操作。過程設(shè)備設(shè)計(jì)就是根據(jù)工藝要求和物料性質(zhì)等，綜合考慮生產(chǎn)成本、

環(huán)境要求和節(jié)能環(huán)保等決定工藝設(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)目提供必要的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)C

過程設(shè)備設(shè)計(jì)的要求集中體現(xiàn)在安全性與經(jīng)濟(jì)性上。安全是前提，經(jīng)濟(jì)是目

標(biāo)，在充分確保安全的前提下盡可能做到經(jīng)濟(jì)：

1.安全性主要是指結(jié)構(gòu)完整性和密封性。結(jié)構(gòu)完整性主要是指容器在滿足功

能要求的基礎(chǔ)上，滿足強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性、耐久性等要求；密封性是指容器的

泄漏率應(yīng)控制在允許的范圍內(nèi)。

2.同時(shí)，設(shè)備設(shè)計(jì)要滿足工藝過程要求，主要包括功能的要求和壽命的要求,

即滿足化工生產(chǎn)的需要以及滿足生產(chǎn)過程中設(shè)備的壽命要求C

3.綜合經(jīng)濟(jì)性是衡量過程設(shè)備優(yōu)劣的重要指標(biāo)。經(jīng)濟(jì)性包括高的生產(chǎn)效率、

相對(duì)低的能耗、經(jīng)濟(jì)的制造方法、易于運(yùn)輸和安裝、低的操作和維護(hù)費(fèi)用以及優(yōu)

良的環(huán)境性能等。

綜上所述，過程設(shè)備設(shè)計(jì)要求滿足工藝要求下，要具有安全性即設(shè)備所有部

件都必須有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性：可靠的密封性：一定的耐久性。其次，

設(shè)備的綜合經(jīng)濟(jì)性要好，綜合經(jīng)濟(jì)性是衡量過程設(shè)備優(yōu)劣的重要參數(shù)，即運(yùn)轉(zhuǎn)性

能好；易于操作與維護(hù)；還要具有優(yōu)良的環(huán)境性能。上述要求難以全部滿足，設(shè)

計(jì)時(shí)應(yīng)針對(duì)具體問題具體分析，滿足主要要求，兼顧次要要求。

1.2過程設(shè)備設(shè)計(jì)依據(jù)

過程設(shè)備設(shè)計(jì)需要滿足國(guó)家或行業(yè)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求，并注意在使用標(biāo)準(zhǔn)時(shí)：一

是要采用最新的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，二是要全面正確地使用規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。常用設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)如下

表1-1所示：

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表1-1設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與依據(jù)

名稱標(biāo)準(zhǔn)號(hào)

《工藝系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》HG.T20570-1995

《鋼制化工容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)規(guī)定》HG/T20580-2011

《鋼制化工容器材料選用規(guī)定》HG.T20581-2011

《鋼制化工容器強(qiáng)度計(jì)算規(guī)定》HG,T20582-2011

《鋼制化工容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)定》HG’T20583-2011

《鋼制化工容器制造技術(shù)要求》HG,T20584-2011

《化工設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)定》HG.T20643-2012

《石油化工塔型設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》SH/T3030-2009

《塔器設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》HG20652-1998

《壓力容器》GB150-2011

《熱交換器》GB/T151-2014

《承壓設(shè)備無損檢測(cè)》NB/T47013-2015

《鍋爐和壓力容器用鋼板》GB713-2014

《石油、重化學(xué)和天然氣工業(yè)用離心泵》GBfT3215-2007

1.3過程設(shè)備分類

化工設(shè)備從設(shè)計(jì)角度上可以分為兩類：標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備（定型設(shè)備）一般只要提供工

藝參數(shù)，由供應(yīng)商進(jìn)行設(shè)計(jì)并推薦選型，可以成批生產(chǎn)、直接購買的設(shè)備。非標(biāo)

準(zhǔn)設(shè)備是指須由工藝提供設(shè)計(jì)條件，由設(shè)備設(shè)計(jì)師專門設(shè)計(jì)，由廠家供應(yīng)商專門

制造的設(shè)備。

根據(jù)化學(xué)工業(yè)出版社出版的《化工設(shè)計(jì)（第四版）》所述，常用的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備

和非標(biāo)設(shè)備如下：

1.常用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備：包括泵、風(fēng)機(jī)、冷凍機(jī)、過濾機(jī)、離心機(jī)、攪拌器、壓縮

機(jī)等。生產(chǎn)廠家、型號(hào)都很多，可選擇范圍很大。

標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備設(shè)計(jì)：根據(jù)工藝要求，計(jì)算特征尺寸，查閱相關(guān)產(chǎn)品目錄或樣本手

冊(cè)（列出設(shè)備的規(guī)格、型號(hào)、基本性能參數(shù)和廠家），選擇合適設(shè)備型號(hào)。

2.常用非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備：容器（中壓、低壓、高壓）、塔器、換熱器、干燥設(shè)備、

2

攪拌設(shè)備和除塵設(shè)備等。

井標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備設(shè)計(jì)：根據(jù)工藝要求，完成工藝計(jì)算，提出設(shè)備型式，材料、尺

寸和其他要求，再經(jīng)過機(jī)械計(jì)算及設(shè)計(jì)，最后提供數(shù)據(jù)由相關(guān)工廠制造。

1.4過程設(shè)備概述

經(jīng)過工藝選擇、組合、模擬以及優(yōu)化，最終設(shè)計(jì)的工藝流程包括反應(yīng)器1

臺(tái)，塔設(shè)備19座，泵46臺(tái)，換熱器37臺(tái)，各類儲(chǔ)罐10個(gè)、壓縮機(jī)4個(gè)，膨脹

機(jī)1臺(tái)，混合器及噴霧器3臺(tái)，共計(jì)設(shè)備數(shù)為120o

在確定設(shè)備形式時(shí)，除塔設(shè)備、反應(yīng)器及換熱器等為自主設(shè)計(jì)非標(biāo)設(shè)備外，

其余設(shè)備均為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。針對(duì)非標(biāo)設(shè)備詳細(xì)書寫了設(shè)備設(shè)計(jì)說明書；對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)設(shè)

備做了相應(yīng)設(shè)備選型；并對(duì)所有過程設(shè)備進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)梳理，得到了工藝設(shè)備一覽

表（見第八章）。

整套工藝流程重型設(shè)備多，如反應(yīng)器，精儲(chǔ)塔，吸收塔等，設(shè)備安裝時(shí)多采

用現(xiàn)場(chǎng)組焊的方式。

3

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第二章塔設(shè)備

2.1概述

塔設(shè)備是化工及石油化工生產(chǎn)中最重要的單元設(shè)備之一c它可使氣（或汽）

液或液液兩相之間進(jìn)行緊密接觸，達(dá)到相際傳質(zhì)及傳熱的目的。可在塔設(shè)備中完

成的常見的單元操作有：精偏、吸收、解吸、洗滌、冷卻及氣體增濕等。

塔設(shè)備主要可分為板式塔和填料塔兩類：

在板式塔中，塔內(nèi)裝有一定數(shù)量的塔盤，氣體以鼓泡或噴射的形式穿過塔盤

上的液層使兩相密切接觸，進(jìn)行傳質(zhì)。兩相的組分濃度沿塔高呈階梯式變化。

在填料塔中，塔內(nèi)裝填有一定段數(shù)和一定高度的填料層，液體沿填料表面呈

膜狀向下流動(dòng)，作為連續(xù)相的氣體自下而上流動(dòng)，與液體逆流傳質(zhì)。兩相的組分

濃度沿塔高呈連續(xù)變化。

2.1.1設(shè)計(jì)要求

塔設(shè)備主要用于傳質(zhì)過程，首先必須使氣液兩相充分接觸，以獲得較高的傳

質(zhì)效率，同時(shí)為了使塔設(shè)備更有效、更經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，除了。為此，要求它滿足特

定的工藝條件之外，還應(yīng)滿足以下基本要求：

1.氣液兩相充分接觸，相際傳熱面積大。只有在氣液兩相充分接觸的情況下,

相際的傳質(zhì)才能有效進(jìn)行。作為塔設(shè)備，應(yīng)具有盡可能大的兩相接觸面積，并使

這些接觸面積被充分利用，才可能得到較高的傳質(zhì)效率；

2.生產(chǎn)能力大，即氣液相處理能力大。如一定塔徑的塔設(shè)備在較大的氣液負(fù)

荷時(shí)，仍能保證該塔正常、有效地操作，則可減少傳質(zhì)設(shè)備的體積，使之更加緊

湊；

3.操作穩(wěn)定，操作彈性大。但塔設(shè)備的氣相或液相負(fù)荷發(fā)生一定范圍變化的

變化或波動(dòng)時(shí)，設(shè)備仍能正常有效地運(yùn)行；

4.流體流動(dòng)阻力小。如流體通過塔設(shè)備的壓降小，即流體的壓降小，則可降

低能耗，從而減少設(shè)備的操作費(fèi)用；

5.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，耗用材料少，制造、安裝、維修方便，設(shè)備的投資及維修費(fèi)用

4

低。

6.耐腐蝕和不易堵塞性。

2.1.2塔類型的選擇

1.塔型的比較

工業(yè)上使用的塔類型按內(nèi)件結(jié)構(gòu)分主要是填料塔和板式塔兩種，作簡(jiǎn)要對(duì)比

如下表2-1所示：

表板式塔和填料塔的比較

類型板式塔填料塔

塔內(nèi)設(shè)有多層塔板：每層板上裝配有塔內(nèi)設(shè)置有多層整砌或亂堆的填料，

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不同型式的氣液接觸元件如泡罩、浮如拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、鞍形填料等；填

閥等。料為氣液接觸的基本元件。

微分式接觸，可采用逆流操作，也可

操作特點(diǎn)氣液逆流逐級(jí)接觸

采田并流操作。

壓力降小，較適于壓力降要求小的場(chǎng)

壓力降一般比填料塔大

合

空塔氣速空塔氣速大空塔氣速小

效率較穩(wěn)定，大塔板效率比小塔板有塔徑中1.5m以下效率而：

塔效率

所提高。塔徑增大，效率通常會(huì)下降。

液氣比適應(yīng)范圍較大對(duì)液體噴淋量有一定要求

持液量較大較小

材質(zhì)要求一般用金屬材料可用非金屬耐腐蝕材料

檢修清理容易；檢修清理困難；

安裝維修

金屬材料消耗量大?？刹捎梅墙饘俨牧现圃?。

①800mm以下,一般比板式塔便宜直

造價(jià)直徑大時(shí)一般比填料塔造價(jià)低

徑增大，造價(jià)顯著增加。

重量較輕重

處理量大；處理強(qiáng)腐蝕性物料；

使用場(chǎng)合操作彈性大；液氣比大；

帶有污垢的物料。真空操作要求壓力降小。

2.物性影響

（1）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?/p>

泡沫破裂，在板式塔中則易弓起液泛；

（2）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、穿流式塔盤或舌形塔盤，以便及時(shí)更換；

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

壓力降較小的塔型，當(dāng)要求真空度較低時(shí)，也可采用篩板塔或浮閥塔；

5

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<F<Z>HENGYI

（4）粘性較大的物系，可以選用大尺寸填料，若選用板式，則傳質(zhì)效率太

差；

（5）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；

（6）操作過程中有熱效應(yīng)的系統(tǒng)，用板式塔為宜。

3.操作條件因素

（1）若氣相傳質(zhì)阻力大（即氣相控制系統(tǒng)，如低粘度液體的蒸儲(chǔ)，空氣增

濕等），宜采用填料塔，因填料層中氣相呈湍流，液相為膜狀流。反之，受液相

控制的系統(tǒng).宜采用板式塔，因?yàn)榘迨剿幸合喑释牧?，用氣體在液層中鼓泡。

（2）液體負(fù)荷較大的，可選用填料塔，若用板式塔時(shí)，宜選用氣液并流的

塔型（如噴射型塔盤）或選用板上液流阻力較小的塔型（如毓板和浮閥）。此外,

導(dǎo)向篩板塔盤和多降液管篩板塔盤都能承受較大的液體負(fù)荷C

（3）低的液體負(fù)荷，一般不宜采用填料塔。因?yàn)樘盍纤笠欢〝?shù)量的噴

淋密度，但網(wǎng)體填料能用于低液體負(fù)荷的場(chǎng)合。

（4）液氣比波動(dòng)的適宜性，板式塔優(yōu)于填料塔，故當(dāng)液氣比波動(dòng)較大的宜

用板式塔。

（5）操作彈性，板式塔較填料塔大，其中以浮閥塔為最大，泡罩塔次之，

一般地說，穿流式塔的操作彈性較小。

4.其他因素

對(duì)于多數(shù)情況，塔徑大于800mm的，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。

塔型的選擇，一般來說有以下幾個(gè)方面：

（1）分離物料的特性：如腐蝕性、自聚性、含固物料、發(fā)泡性、熱敏性、

粘度等；

（2）分離過程的要求，如理論塔板數(shù)、反應(yīng)精儲(chǔ)、液氣比、吸收、解析、

測(cè)線采出（或加料）等；

（3）操作條件的要求，如操作穩(wěn)定性，操作環(huán)境（是否真空下），操作間

歇或連續(xù)，廠房條件限制，檢修周期及難易性；

6

(4)生產(chǎn)能力的大小。

2.2塔工藝設(shè)計(jì)

2.2.1設(shè)備流程確定

在T0102胺解吸塔中完成了對(duì)來自胺吸收塔富集了酸性氣體H2S、C5的富

胺液的加熱解吸：從胺吸收塔底部出來的富胺液進(jìn)入貧、富胺液換熱器，富液由

來自胺解吸塔底部的熱貧胺溶液加熱；加熱到93c的富胺溶液進(jìn)入胺解吸塔，

在胺解吸塔中，酸性氣從胺溶液中被解吸出來；來自胺解吸塔底部的貧胺液與來

自吸收塔的富胺液換熱冷卻，再進(jìn)一步用冷卻器冷卻到指定溫度后由泵送入胺吸

收塔。

2.2.2AspenPhis對(duì)于塔的模擬

T0102胺解析塔的物料衡算見下表2-2o

表2.2胺解吸塔前后物流結(jié)果表

進(jìn)出口INOUTOUT

物流信息主物料塔頂出料塔釜出料

物流編號(hào)010701080109

MassFlowskg/m3

MEA7334.9361.827273.05

H2O29151.035653.1623498.50

CO21540.341540.340.00

H2S477.15477.150.00

TotalFlowkmol/hr1787.21363.811423.43

TotalFlowkg/hr38503.457732.4730771.56

TotalFlowcum/hr41.835655.5636.39

TemperatureC100.00119.49162.30

Pressurebar11.672.106.01

MolarVaporFraction010

MolarLiquidFraction101

Enthalpycal/mol-66.64068-58.4058-65.0924

2.2.3工藝參數(shù)的確定

結(jié)合AspenPlus各塔板上的水力學(xué)參數(shù)，Aspen模擬胺解吸塔(T0102)塔

板數(shù)共20塊。其中第1塊塔板為進(jìn)料板，計(jì)算選取塔板上氣液相負(fù)荷最大的第

1塊塔板進(jìn)行工藝計(jì)算和校核。各塔板上的水力學(xué)物性參數(shù)如表2-3所示：

7

珠華膿域砒獷如三胎瞅?qū)W生化工配懿Cd

(l')HEHGYI

船3癡劫御

—

雕邪棚邪w

版BOmmtW神表觥力

徽Wr__mi

CC皿「硼cum/hrvum/hrkg/cumkg/uimcPcPN/m

1119.488120,174380007229.054243456919.12895,4981.W50.25680.01340.0533

2120.174124,0243網(wǎng)7177.4342,4138621237894,7191.1550.25580.01350.0532

3124.024I27,B38225.27454.242,93245861760.3571.2710.24641),01360.0525

4127398瞅043847467703.5843.40025556.39886,50713860.23870.0B70,0519

5130.504133391W7937.08m5288.71882,9441.5010.23200.0B80.0513

6133391136m38928.4m442562505136879,6161.614022610.01390.050?

7136.09I3S,62739137.68366.5944.65264844.56876.4891.7270.22080.01400.0502

8138,627141,02239336,98565.9545,03184657.83873,5371.8390.21610.01410.0497

914L02214129339527.78M074489.6787胸1.9500.21U0.01420.0492

10141293145,45339710.90.8945.746143m868.0712.0610.20790.01430.0488

II145,453147,514嬲Z29116.2646,08444198.47865,5262.1710>30.01440.0484

12147,514M9蝴40057J46,4118圳前863瞅22810.20100.01440.0480

13149.484151,37440222.294SI.25OW3954.468601482.3900.19790.01450.0476

14151374151194038L99610.964W83846538584%2榭0.19510.01460.0472

15I5J.I9恨哪0.19766,1)747涮J746.5I856.3252.6070.19240.01460.0469

16154,938156,62340硼9916.9747,63133653.52854,2282,7140.18990.01470.0465

17156.623158,253片狀101.)64物而3566.81852.1982.822喊76o.ous0.0462

18158.25315056物951020S.6劃物m850,2312.9290.18540.01480.0459

19159.856I62,J0I41157.610386.648.5185劇0.76848,2873.0450.I8J50.01490.0455

2016230116230130771036J9II0845.5630.0000.18600,00000.0448

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根據(jù)表2-3選取氣液負(fù)荷較大的第1塊塔板水力學(xué)參數(shù)整理得到表2-4塔工

藝尺寸計(jì)算物性參數(shù)表：

表2-4塔工藝尺寸計(jì)算物性參數(shù)表

第1塊塔板

物性參數(shù)

液相氣相

溫度/℃119.488120.174

質(zhì)量流率/(kg/h)380007229.05

體積流率/(m3/s)0.0121.922

密度/(kg/m3)895.4981.045

黏度/cP0.25680.0134

表面張力N/m0.0533—

2.2.4塔型的選擇

根據(jù)工藝原理和物性考慮，初步選定T0102胺解吸塔為板式塔。

2.3工藝尺寸計(jì)算

2.3.1塔徑計(jì)算

塔板間距HT的選取與塔高、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)通常根據(jù)塔徑的大小，由表2?5列出的塔板間

距的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值選取。

表2-5塔板間距和塔徑的關(guān)系

塔徑D/ni0.3—0.50.5—0.80.8?1?61?6?2.42?4?4.0

板間距Hy/mm200?300250?350300?450350?500400?600

初選塔板間距HT=450mm

板上液層高度hi=70mm

HT-hL=380mm

氣液兩相流動(dòng)參數(shù)，以第一塊塔板為例:

1/2895.498\/2

PL0.012

=x=0.18

Pv)1.922<1.045J

10

芹產(chǎn)15萬吃醋破乙坤罪項(xiàng)目-權(quán)備世奸梃明名

圖2?1史密斯關(guān)聯(lián)圖

查史密斯關(guān)聯(lián)圖

可查得:

Go=0.065

矯正到表面張力為O.O533N/m時(shí)

0.20.2

c=cI=0.065x0.0533I=0.080

0.02

泛點(diǎn)氣速:

895.498-1.045

〃max=C\0.080x=234m/s

1.045

為避免霧沫夾帶及液泛的發(fā)生，一般情況

〃=(0.6~0.8)/MX

在此取安全系數(shù)0.6

u=0.6wmax=0.6x2.34=1.40m/s

所以，初算塔徑

L92j.32〃7

6=

0.785x1.4

按塔徑系列標(biāo)準(zhǔn)圓整后取D=1400mm

對(duì)應(yīng)板間距范圍為350?450mm,故滿足條件，假設(shè)成立。

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實(shí)際塔截面積:

7TP23.14x1.42

4==1.54m2

~7~4

實(shí)際空塔氣速:

牝_4x1.922

=1.68m/5

正一3.14x1.42

232塔板的選型

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。

1.選型原則

（1）當(dāng)體系氣液比較大，開孔率高，氣速較高時(shí)，條形浮閥優(yōu)于F1型浮閥,

條形浮閥不會(huì)因旋轉(zhuǎn)而脫落，操作更可靠。

（2）易聚合、易粘結(jié)、帶有結(jié)晶或固體顆粒的體系，宜首先選用固定閥類

塔板，如：固舌、V0固閥、斜孔塔板。

（3）液體流路長(zhǎng)的塔，為減小液面梯度，宜選用具有導(dǎo)向作用的塔板，如:

導(dǎo)向浮閥、浮舌、導(dǎo)向條閥、斜孔塔板。

（4）對(duì)一些以傳熱、洗滌為主的塔，優(yōu)選人字形擋板、或圓盤一環(huán)形擋板、

或缺圓擋板等開孔面積大的塔板，如：催化裂化分鐳塔過熱段及下部換熱段。

（5）對(duì)于工藝特點(diǎn)是壓力高、液氣比大的體系，塔徑大，浮閥數(shù)少。設(shè)計(jì)

時(shí)考慮降低浮閥腿高,保訐鼓泡面積，避免液體穿流，提高塔板效率c

2.塔板比較

（1）物性方面：流程涉及物料主要為一乙醇胺、二氧化碳、氯化氫及水等,

結(jié)合各物質(zhì)物性及其混合物的性質(zhì)特征有以下結(jié)論：有腐蝕性物料；黏度較大；

屬于中等起泡物系。

（2）操作條件方面：所用塔設(shè)備處理量都比較大，從分離效率、成本和操

作維修等方面考慮，我們優(yōu)先選擇板式塔，塔板則選用目前工業(yè)上廣泛使用的

F?1型浮閥塔板，材料選用1CH3不銹鋼，各種板的比較見表2?6。

12

耳產(chǎn)15萬無造糠乙緯罪項(xiàng)目-鉞備強(qiáng)奸梃明書

表2?6常見塔板的性能比較

塔板類型相對(duì)生產(chǎn)能力相對(duì)塔板效率操作彈性壓力降結(jié)構(gòu)成本

泡罩塔板11中高復(fù)雜1

篩孔塔板1.2-1.41.1低低簡(jiǎn)單0.4-0.5

舌形塔板1.3-1.51.1小低簡(jiǎn)單0.5-0.6

浮閥塔板1.2-1.311-1.2大中一般0.7-0.8

斜孔塔板1.5-1.81.1中低簡(jiǎn)單0.5-0.6

綜上所述，結(jié)合本工藝的物料特性及操作條件等因素，本項(xiàng)目選用板式塔結(jié)

構(gòu)的解吸塔。在酸性氣體加熱解吸過程中，在高溫及中壓條件下操作，具體選用

浮閥塔，并采用F1型浮閥，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便、性能良好。浮閥對(duì)材料的

抗腐蝕性要求很高，一般都采用不銹鋼。結(jié)合工藝，該流程中有腐蝕性物料，故

該板式塔采用不銹鋼材質(zhì)，具體選用316L。

2.3.3溢流部件的計(jì)算

1.降液管

降液管主要有弓形、圓形和傾斜弓形三種。

現(xiàn)將不同降液管的對(duì)比列于下表2-7：

表2?7不同降液管的比較

弓形圓形傾斜弓形

簡(jiǎn)圖

堰與壁之間的全部截面區(qū)域此形式有利于塔截面的充

特點(diǎn)及在弓形降液管內(nèi)另裝圓

均作為降液容積，適用于較分利用，適用于大直徑的

適用條管作為降液管，適用于

大直徑的塔，塔板面積利用塔及氣液負(fù)荷較大的情

件液量較小的情況。

率較高。況。

綜合以上條件，選取弓形降液管。

2.溢流堰

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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c常用的布置方式有

以下幾種形式：U型流、單溢流、雙溢流、多溢流。

下表2?8列出了溢流類型、塔徑、液體負(fù)荷之間的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)：

表2?8液體負(fù)荷與溢流類型的關(guān)系

塔徑__________________________液體流量（cum/h）__________________________

(mm)單溢流雙溢流四溢流

100045以下一一

140070以下——

2000<9090-160-

3000<110110-200200-300

4000<110110-230230-350

5000<110110-250250-400

6000<110110-250250-450

由于胺解吸塔的液相負(fù)荷為48.52n?/h,初步計(jì)算塔徑為1.4m,故選用單溢

流。

（1）溢流堰尺寸

塔徑D=1.4m,溢流裝置適合選取單溢流，弓形降液管，平型受液盤及平直

溢流堰，不設(shè)進(jìn)口堰。

對(duì)于堰長(zhǎng)和塔內(nèi)徑D的比值，一般單流型可取4=0.6~0.8；對(duì)于易起泡物

D

系可取較高值，以保證液體在降液管中有較高停留時(shí)間，故在此取々=0.7

取堰長(zhǎng)lw=O.7D=0.7xl.4=0.98m

出口堰高h(yuǎn)w：hw=hL-how

查《化工原理（陳敏恒編制制）》液體收縮系數(shù)計(jì)算圖2-2,求得橫坐標(biāo)

48.52=5103

〃.產(chǎn)0.98215

14

耳產(chǎn)15萬無造糠乙緯罪項(xiàng)目-鉞備強(qiáng)奸梃明書

圖2?2液體收縮系數(shù)計(jì)算圖

可得E=1.05,由弗朗西斯公式，則堰上液層高度:

how=石]4]=0.00284x1.05xf

OH10001/Jk0.98）

hw=hL-how=0.07-0.039=0.03\m

由于0.006〃2<7%,V0.06m,故采用平直堰

（2）降液管尺寸

降液管截面積Af及溢流管寬度Wd

由4=0.7,查圖2-3得為■=0.15,二=0.095。

DDTAT

15

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圖2-3弓形降液管的寬度與面積

即：

降液管截面積4=0.095x4=0.095x1.54=0.15〃，

降液管寬度叱,=0.15%=0.15x1.4=0.21機(jī)

(3)降液管底隙高度ho

降液管底隙高度指降液管下端與塔板間的距離，且應(yīng)低于出口堰高度。

則按下式計(jì)算：

%=￡-0.006=0.031-0.006=0.025m

(4)驗(yàn)算液體在降液管內(nèi)的停留時(shí)間0

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，一般要求不應(yīng)小于3~5s。

aAfHr0.15x0.45-ic

0=———==5.19s>5s

Ls0.013

由以上計(jì)算認(rèn)為溢流管尺寸符合要求。

2.3.4浮閥數(shù)及排列方式

1.浮閥的尺寸參數(shù)

F1浮閥塔板是目前在我國(guó)石油化工工業(yè)中應(yīng)用最為廣泛的塔板型式之一，

可用于加壓、常壓、減壓下的精儲(chǔ)、吸收、脫吸、穩(wěn)定等各種傳質(zhì)過程中。F1

浮閥分為輕閥和重閥兩種，輕閥25g,用于要求塔板壓降較低的系統(tǒng)。重閥為33g,

用于塔內(nèi)氣液負(fù)荷變化較大，而且產(chǎn)品要求較高的系統(tǒng)。F1浮閥一般是1CH3

不銹鋼，對(duì)腐蝕較輕的體系也可用碳鋼。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)JB/T1118-2001所規(guī)定的F?1

類型浮閥相當(dāng)于V-1型浮閥，該浮閥制造簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能良好，有詳細(xì)對(duì)

應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)尺寸及參數(shù)，故選用F-1型重閥。F1型浮閥閥孔直徑39mm,閥片直徑

48mm,閥片厚度2.0mm,閥片質(zhì)量33go

2.孔速

取動(dòng)能因子Fo=l(),孔速

16

耳產(chǎn)15萬無造糠乙緯罪項(xiàng)目-鉞備強(qiáng)奸梃明書

=—5==/］（）=9.78"?/s

TAVk045

3.初算閥孔數(shù)

4V4x1Q??

閥孔數(shù)N==——\《=164.5<

3.14x（0.039）2x9.78

取閥孔數(shù)為166個(gè)

5.有效傳質(zhì)區(qū)面積

取安定區(qū)寬度Ws=0.07m,邊緣區(qū)取Wc=0.05m

有效傳質(zhì)區(qū)面積4=2xV/?2-x2+—/?2arcsin-

“L180R]

其中R=才一叱=0.65,x=才-叱/-叱=0.35

故A〃=2x0.35xV0.652-0.352+—X0.652Xarcsin—=0.86/

“L1800.65J

6.閥孔排列方式

浮閥排列方式采用三角形叉排方式。取同一橫排的孔心距t=0.075m,估算

排間距，'，即

0.86

/,==0.069//Z

1=166x0.075

考慮到塔的直徑較大，可采用分塊式，而各分塊板的支撐與銜接也需要占用

一部分鼓泡區(qū)面積，因此排間距不宜采用6