年产15万吨丙烯腈项目-塔设备设计说明书

目录
目录 (1)
塔设备选型说明书 (1)
1.1 塔型的选择原则 (1)
1.2 填料塔和板式塔的比较 (1)
1.2.1 板式塔塔型选择的一般原则 (2)
1.2.2 板式塔的塔盘类型与选择 (3)
1.2.3 填料塔填料选择 (4)
1.3 塔型的结构与选择 (4)
1.3.1 与物性有关的因素 (5)
1.3.2 与操作条件有关的因素 (5)
1.3.3 其他因素 (5)
1.3.4 本厂实际情况的选择 (6)
1.4 塔的设计 (6)
1.4.1 塔的主要工艺尺寸计算 (7)
1.5 CupTower校核 (18)
1.6 塔负荷性能优化数据 (23)
1.7 塔机械工程设计 (24)
1.7.1 塔高的计算 (24)
1.7.2 塔相关设计与校核参数 (25)
1.7.3 SW6塔强度校核 (26)
附塔设备一览表 (40)
塔设备选型说明书
1.1 塔型的选择原则
精馏塔主要有板式塔、填料塔两种，它们都可以用作蒸馏和吸收等气液传质过程，但两者各有优缺点，要根据具体情况选择。

塔选型参考标准
《固定式压力容器》GB 150-2011
《压力容器封头》GB/T 25198-2010
《石油化工塔器设计规范》SHT 3098-2011
《钢制化工容器结构设计规定》HG/T 20583-2011
《工艺系统工程设计技术规范》HG/T 20570-1995
《塔顶吊柱》HG/T 21639-2005
《不锈钢人、手孔》HG 21594-21604
《钢制人孔和手孔的类型与技术条件》HG/T 21514-2005
《钢制塔式容器》JB/T 4710-2005
《钢制管法兰、垫片、紧固件》HG/T 20592~20635-2009
1.2 填料塔和板式塔的比较
表1-1 精馏塔的主要类型及特点
1.2.1 板式塔塔型选择的一般原则
选择时应考虑的因素有：物料性质、操作条件、塔设备性能及塔的制造、安装、运转、维修等。

1.下列情况优先选用填料塔：
（1）在分离程度要求高的情况下，因某些新型填料具有很高的传质效率，故可采用新型填料以降低塔的高度；
（2）对于热敏性物料的蒸馏分离，因新型填料的持液量较小，压降小，故可优先选择真空操作下的填料塔；
（3）具有腐蚀性的物料，可选用填料塔。

因为填料塔可采用非金属材料，如陶瓷、塑料等；
（4）容易发泡的物料，宜选用填料塔。

2.下列情况优先选用板式塔：
（1）塔内液体滞液量较大，操作负荷变化范围较宽，对进料浓度变化要求不敏感，操作易于稳定；
（2）液相负荷较小；
（3）含固体颗粒，容易结垢，有结晶的物料，因为板式塔可选用液流通道较大的塔板，堵塞的危险较小；
（4）在操作过程中伴随有放热或需要加热的物料，需要在塔内设置内部换热组件，如加热盘管，需要多个进料口或多个侧线出料口。

这是因为一方面板式塔的结构上容易实现，此外，塔板上有较多的滞液以便与加热或冷却管进行有效地传热；
（5）在较高压力下操作的蒸馏塔仍多采用板式塔。

1.2.2 板式塔的塔盘类型与选择
1.塔板种类
根据塔板上气、液两相的相对流动状态，板式塔分为穿流式和溢流式。

目前板式塔大多采用溢流式塔板。

穿流式塔板操作不稳定，很少使用。

2.各种塔盘性能比较
工业上需分离的物料及其操作条件多种多样，为了适应各种不同的操作要求，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系，现将几种主要塔板的性能比较。

表1-2塔板性能的比较
表1-3 塔板性能的量化比较
1.2.3 填料塔填料选择
填料的种类很多，根据装填方式的不同，可分为散装填料和规整填料两大类。

填料的选择主要根据以下几个方面来考虑：
（1）比表面积要大，有较高的传质效率；
（2）有较大的通量；
（3）填料层的压降小；
（4）填料的操作性能好；
（5）液体的再分布性能要好；
（6）要有足够的机械强度；
（7）价格低廉。

填料的选取包括确定其种类、规格、及材质等。

颗粒填料包括拉稀环、鲍尔环、阶梯环等，规整填料主要有波纹填料、格栅填料、绕卷填料等。

国内学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示：
表1-4 九种常用填料性能对比
填料的选择包括确定填料的种类、规格及材质等。

所选填料既要满足生产工艺的要求，又要使设备投资和操作费用最低。

1.3 塔型的结构与选择
塔设备的总体结构均包括：塔体、内件、支座及附件。

塔体是典型的高大直立容器，多由筒节、封头组成。

当塔体直径大于800mm时，各塔节焊接成一个整体；直径小的塔多分段制造，然后再用法兰连接起来。

内件是物料进行工艺过程的地方，由塔盘或填料支承等件组成。

支座常用裙式支座。

附件包括人、手孔，各种接管、平台、扶梯、吊柱等。

具体来讲，应着重考虑以下几个方面：
1.3.1 与物性有关的因素
（1）易气泡的物系，如果处理量不大，宜选用填料塔。

因为易起泡的物质容易在塔内产生泡沫，填料可以使泡沫破裂，而在板式塔上会产生液泛。

（2）具有腐蚀性的介质可选用填料塔，若必须用板式塔，宜选用结构简单、造价较低的筛板塔盘、穿流式塔盘或者舌形塔盘，以便及时更换。

（3）操作过程中有热效应的系统，应选用板式塔。

（4）粘性较大的物系，可以选用大尺寸填料。

板式塔传质效率太差。

（5）具有热敏性的物料必须减压操作，以防过热引起的分解或聚合，故应选用压力降较小的塔型。

（6）含有悬浮物的物料，宜选择液通道较大的塔型，应选以板式塔。

1.3.2 与操作条件有关的因素
（1）液气比波动的适应性，板式塔优于填料塔。

（2）若气相传质阻力大，宜选用填料塔。

（3）大的液体负荷，宜选用填料塔。

（4）操作弹性，板式塔较填料塔大，其中以浮阀塔最大，泡罩塔次之。

1.3.3 其他因素
（1）一般填料塔比板式塔重。

（2）大塔以板式塔造价较为经济。

（3）对于多数情况，塔径大于0.8m的宜选用板式塔，小于0.8m时可选用填料塔。

但也有例外，某些新型填料在大塔中的使用效果优于板式塔。

（4）填料塔用于吸收和解吸过程，可以达到很好的传质效果，它具有通量大、阻力小、传质效率高等性能。

因此在实际过程中，解吸和洗涤气体的过程绝大多数使用填料塔。

1.3.4 本厂实际情况的选择
（1）在各个工段中，既含有腐蚀性小的物系，又含有腐蚀性较大的物系，因此在塔型选择时应分别考虑。

（2）在部分工段会产生悬浮物。

（3）常压、减压、加压操作均存在。

（4）塔径一般较大，个别为小尺寸。

（5）从成本出发，优先考虑板式塔，但在一些吸收过程中，同时使用填料塔。

具体的选择结果如表1-5所示：
表1-5 塔型确定
1.4 塔的设计
对加压共沸精馏塔T0404进行设计：
加压共沸精馏塔T0404是，操作压力为0.3MPa，塔顶温度111.17℃，塔底温度124.33℃，理论板数20块，一股进料，来自T0403的馏液从第4块板进料，T0404的详细计算过程如下所示：
水力学参数获得
采用Aspen Plus对T0404添加Tray Sizing，选用圆形浮阀型塔板。

得到水力学参数表后，分为提馏段与精馏段，分别从中选择流量最大的塔板，作为设计的计算依据。

表1-6 Aspen Plus对T0404精馏段的模拟结果
1.4.1 塔的主要工艺尺寸计算
1.塔径计算
塔板间距H T的选取与塔高、塔径、物性性质、分离效率、操作弹性以及塔的安装、检修等因素有关。

初选塔板间距：H T=600mm；
板上液层高度：h T=80mm；
H T-h T=600-94=520mm；
汽液两相流动参数：
0778
.
52
.
3
61
.
654
05
.
10482
82
.
595.0
5
.
=
⎪⎪
⎭
⎫
⎝
⎛
=
⎪⎪
⎭
⎫
⎝
⎛
V
L
S
S
V
L
ρ
ρ
查史密斯关联图：。