设备选型及经典设备计算.docx

1、1设备选型及典型设备的计算1.1 塔设备选型概述本工程为一套年产8万吨API的工艺，运用别离和反响技术，充分利用了丙烯原料。在化工工业中，塔设备是一种常见的别离设备。我们主要借助了ASPenplus7.2软件，得到了塔的水力学数据，在借助CUPtoWer中国石油华东软件进行板式塔的设计。再利用软件进行强度校核。工业上使用的塔类型主要是填料塔和板式塔两种，二者主要有一下区别：工程填料塔板式塔塔径适宜于大小塔径的塔，但对大塔要解决液体再分布的问题一般推荐使用塔径大于80Omm的大塔压力降压力较小，较适于要求压力降小的场合压力降一般比填料塔大空塔气速空塔气速较大空塔气速大塔效率别离效率高，塔径L5m

2、以下效率高，随着塔径增大，效率常会下降效率较稳定，大塔板效率比小塔板有所提高液气比对液体喷淋量有一定要求适用范围较大持液量较小较大安装检修较困难较容易材料可用非金属耐腐蚀材料一般用金属材料造价直径80Omm以下，一般比板式塔廉价，直径增大，造价显著增加直径大时一般比填料塔造价低质量大较小物系特点塔设备选型比拟板式塔和填料塔的特点，并结合物料的特点，另外考虑精储过程和反响过程的同时性，以及设备的制造安装等，最终选用板式反响精储塔。1.2 塔板选型（1） 板式塔塔板种类根据塔板上气液两项的流动状态，板式塔分为穿流板和溢流板，但由于穿流板操作不够稳定，所以大多数板式塔都采用溢流板。（2） 各种塔板性

3、能的比拟（3） 塔板选择本塔浮阀塔的优点1结构紧凑，生产能力大，比泡罩塔提高20-40%2蒸汽以水平方向吹入液层，阻力小，气液接触时间长且接触状况良好，故雾沫夹带少，塔板效率高。浮阀塔可根据气量大小上下浮动，操作弹性大3浮阀塔结构简单，安装容易，造价较低。1.3T0201塔设计概述T0201塔为异丙醇脱水塔，从低压丙烯别离罐中出来的混合物种含有大量的原料水，需经过脱水塔别离出原料水，经处理后循环使用。工艺初步设计采用中国石油华东CUP-ToWer软件进行工艺计算，结果列表如下塔盘参数塔径m2.6板间距m0.6开孔区面积723.8516开孔率%25.66浮阀数个1141浮阀密度个/勿2296.2

4、0溢流区尺寸两侧降液管顶部宽度m0.3716弯折距离m0.1406降液管底部宽度m0.2310受液盘深度m0.0285受液盘宽度m0.3716堰高m0.0345降液管底隙m0.0285降液管顶部面积m20.4656降液管底部面积m20.2323顶部堰长m1.8200底部堰长m1.4796进口堰高度m0进口堰宽度m0塔板工艺参数正常操作空塔气速m/s1.8136空塔动能因子ms(kgm3)0.52.5968孔速m/s7.0692孔动能因子ms(kgm3)0.510.1219漏点气速m/s3.4921溢流强度mV(h.m)47.0379板上液层高度m0.0715堰上液层高度m0.0370板上液层阻

5、力m液柱0.0358干板压降m液柱0.0338总板压降m液柱0.0695雾沫夹带kg液kg气0.0584降液管液泛%49.8224降液管内液体高度m0.1897降液管停留时间S11.7473降液管内线速度m/s0.0511降液管底隙速度m/s0.5639降液管底隙阻力m液柱0.0487稳定系数/2.0244降液管最小停留时间S3.0000利用O,connell关联图E51-32.51g(za)=48%塔内实际板数ZN-113-1Et0.48N=-L=25塔总体高度计算塔底停留时间按10分钟计算，塔釜贮液段面积选取4平方米Hb=5.28同理，Hd=0.6H=Hn+(7V2S)HT+SH+HF+H

6、R一塔高不包括裙座，m厂一塔顶空间,m厂-塔板间距，m厂-开有人孔的塔板间距，m尸-进料段高度，m厂-塔底空间,m实际塔板数S-人孔数目H=0.6+25-2-3x0.6+3x0.6+0.8+5.28=19.88m1.2T0202塔设计概述T0202塔为正丙醇脱水塔，混合产物中的正丙醇为反响的副产物，沸点为97.1度，可以经过精储塔的别离作为重组分别离出来。工艺初步设计采用中国石油华东CUP-ToWer软件进行工艺计算，结果列表如下塔盘参数塔径m3.40板间距m0.6000开孔区面积口26.7943开孔率%26.40浮阀数个2008浮阀密度个/勿2295.51溢流区尺寸两侧降液管顶部宽度m8.7

7、7弯折距离m70.00降液管底部宽度m0.4860受液盘深度m0.0225受液盘宽度m0.4860堰高m0.0285降液管底隙m0.0225降液管顶部面积m20.7962降液管底部面积m20.3972顶部堰长m2.3800底部堰长m1.9348进口堰高度m0进口堰宽度m0塔板工艺参数正常操作空塔气速m/s2.0183空塔动能因子ms(kgITl3)八0.52.6909孔速m/s7.6439孔动能因子ms(kgITl3)八0.510.1914漏点气速m/s3.7502溢流强度mV(h.m)59.3627板上液层高度m0.0717堰上液层高度m0.0432板上液层阻力m液柱0.0359干板压降m液

8、柱0.0342总板压降m液柱0.0701雾沫夹带kg液kg气0.0748降液管液泛%70.5761降液管内液体高度m0.2661降液管停留时间S12.1725降液管内线速度m/s0.0493降液管底隙速度m/s0.9015降液管底隙阻力m液柱0.1243稳定系数/2.0383降液管最小停留S3.0000时间负荷曲线图%=51-32.51g(z)=44%塔内实际板数13-10.44=28塔总体高度计算塔底停留时间按IO分钟计算，塔釜贮液段面积选取4平方米Hb=0.11同理，Hd=0.58H=Hd+(7V2S)HT+SH+Hf+Hb一塔高不包括裙座，m厂一塔顶空间,m厂-塔板间距，m厂-开有人孔的

9、塔板间距，m6-进料段高度，m厂-塔底空间，m实际塔板数S-人孔数目H=0.58+28-2-3x0.6+2x0.6+0.8+0.11=16.49mT0301塔设计概述T0301塔为萃取精储塔，工艺初步设计采用中国石油华东CUP-ToWer软件进行工艺计算，结果列表如下塔盘参数塔径m1.2板间距m0.6000开孔区面积口20.1275开孔率%11.90浮阀数个29浮阀密度个/勿2221.14溢流区尺寸两侧降液管顶部宽度m0.0858弯折距离m0.0324降液管底部宽度m0.0533受液盘深度m0.0460受液盘宽度m0.0993堰高m0.0520降液管底隙m0.0460降液管顶部面积m20.02

10、48降液管底部面积m20.0124顶部堰长m0.4200底部堰长m0.3414进口堰高度m0进口堰宽度m0塔板工艺参数正常操作空塔气速m/s0.2902空塔动能因子ms(kgm3)0.51.0977孔速m/s2.4373孔动能因子ms(kgm3)0.59.2205漏点气速m/s1.3217溢流强度mV(h.m)18.5928板上液层高度m0.0719堰上液层高度m0.0199板上液层阻力m液柱0.0360干板压降m液柱0.0430总板压降m液柱0.0789雾沫夹带kg液kg气0.0065降液管液泛%39.3109降液管内液体高度m0.1538降液管停留时间S6.8583降液管内线速度m/s0.

11、0875降液管底隙速度m/s0.1381降液管底隙阻力m液柱0.0029稳定系数/1.8441降液管最小停留时间S3.0000负荷曲线图利用O1Connell关联图E=51-32.51gz)=38%塔内实际板数塔总体高度计算塔底停留时间按10分钟计算，塔釜贮液段面积选取4平方米Hb=2.48同理，Hd=0.07H=Hn+(7V2S)HT+SH+HF+HR，一塔高不包括裙座，m厂一塔顶空间，m厂-塔板间距，m厂-开有人孔的塔板间距，m6-进料段高度，m厂-塔底空间,m实际塔板数S-人孔数目H=0.07+25-2-3)x.6+2x.6+.8+2.48=16.55mT0302塔设计概述T0302塔为

12、乙二醇回收塔,工艺初步设计采用中国石油华东CUP-ToWer软件进行工艺计算，结果列表如下塔盘参数塔径m3.8板间距m0.6000开孔区面积口26.0704开孔率%17.90浮阀数个1700浮阀密度个/勿2280.1溢流区尺寸两侧降液管顶部宽度m0.5431弯折距离m0.2055降液管底部宽度m0.3377受液盘深度m0.0445受液盘宽度m0.5431堰高m0.0505降液管底隙m0.0445降液管顶部面积m21.9891降液管底部面积m20.9923顶部堰长m2.6600底部堰长m2.1625进口堰高度m0进口堰宽度m0塔板工艺参数正常操作空塔气速m/s1.3691空塔动能因子ms(kgm

13、3)0.51.8245孔速m/s7.6480孔动能因子ms(kgm3)八0.510.1919漏点气速m/s3.7520溢流强度mV(h.m)24.9018板上液层高度m0.0747堰上液层高度m0.0242板上液层阻力m液柱0.0374干板压降m液柱0.0379总板压降m液柱0.0753雾沫夹带kg液kg气0.0926降液管液泛%39.8630降液管内液体高度m0.1556降液管停留时间S32.4315降液管内线速度m/s0.0185降液管底隙速度m/s0.1912降液管底隙阻力m液柱0.0056稳定系数/2.0384降液管最小停留时间S3.0000负荷曲线图利用O1ConneII关联图%=5

14、1-32.51g(z)=42%塔内实际板数塔总体高度计算塔底停留时间按10分钟计算，塔釜贮液段面积选取4平方米Hb=1.54同理，Hd=0.613H=Hn+(7V2S)HT+SH+HF+HR一塔高不包括裙座，m厂一塔顶空间,m厂-塔板间距，m厂-开有人孔的塔板间距，m尸-进料段高度，m，夕-塔底空间,m实际塔板数S-人孔数目H=0.613+27-2-2x0.6+2x0.6+0.8+1.54=17.97m塔设备机械设计初步2.1T0201塔设计先按内压容器设计厚度，然后按自重、液重等引起的正应力及分载荷引起的正应力及风载荷引起的弯曲应力进行强度和稳定性验算。La小PDi0.32600o圆筒体td

15、力FC=1-3=5.7mm2-p21700.85-0.3式中16M11R材料在65是的许可应力，取170MPa；。一塔顶接头焊缝系数，采用双面对接焊，局部无损探伤，取。R.85c一壁厚附加量，按要求取c=3mm考虑到该地区风载荷较大，为抵挡风载荷应适当增加厚度，取塔体壁厚8mm,塔体的有效厚度为te=tn-c=8-3=5mm封头厚度pD.K0.32600ot/=I_II-C=1-3=5.702口卜-0.5p21700.85-0.50.3现筒体的壁厚已取8mm,为便于焊接，取封头与筒体等厚，也取名义厚度为8mm塔设备质量载荷计算壳体和裙座质量11=(2.68?_2.6?)X19.887.85I

16、O3=51746.33.kg人孔、法兰、接管等附件质量相0.25=0.25X51746.33=12936.58kg内构件质量加02二工2.622565=9337.25kg4保温层材料质量机03二生882-2.682)(19.88-3)300=4420.467kg4扶梯、平台质量(扶梯单位质量为40kgm)加04=4019.88+-2.621504=2519kg4360-操作时塔内物料质量%5二2.620.05575.328X25=4132.67kg4偏心质量(塔釜再沸器)纥=3000kg充水质量机W=至2.62X(19.88-3)X1000=89575.408kg4综上，塔器的操作质量加O=m

17、01+m02+m03+m04+m05+ma+me=88092.297kg塔器的最大质量机max=机01+m02+m03+m04+ma+=173535.035kg塔器的最小质量机min=机Ol+机02+机03+m04+机1+机83959.627kg接管的计算（1） 塔顶蒸汽接管取塔顶蒸汽流速uv=20ms提取aspen中的数据V=1649.7m3h,那么管径d=17Omm0.785uv-3600圆整后选取管子规格为2194.0实际流速0.785d2-360020.19ms进料管取进料管液体的流速u=2ms提取aspen中的数据v=246.733m3s,那么管径d2=0.785uv-3600=2Q

18、9nn圆整后选取管子规格为2198.0实际流速0.785d2-36001.99ms回流管径取回流液体流速U=2ms液相体积流量V=280.67m3h,那么回流管径为ch=0.785uv-3600=222.84InnI园整后取管子规格为2734.02.Olm/su=0.785d2T0202塔设计-3600(4)塔底出料管径取出料液体流速U=2ms液相体积流量v=126.75m塔体和封头的厚度计算先按内压容器设计厚度，然后按自重、液重等引起的正应力及分载荷引起的正应力及风载荷引起的弯曲应力进行强度和稳定性验算。h,那么出料管径为ds=0.785uv-3600=149zzzz7圆整后取管子的规格为1

19、59X3.62.02msU=0.7852-3600(4)再沸器入口管径取回流气体速度U=20ms液相体积流量v=2656.28m3h,那么出料管径为0.785uv-3600=cVlmm圆整后取管子的规格为273X8.0V_0.785d2-3600=19.96ms圆筒体td=PDi2-p0.6340021700.85-0.6+3=10.07mm式中16M11R材料在65C是的许可应力，取170MPa;。一塔顶接头焊缝系数，采用双面对接焊，局部无损探伤，取。=0.85c一壁厚附加量，按要求取c=3mm考虑到该地区风载荷较大，为抵挡风载荷应适当增加厚度，取塔体壁厚15m11,塔体的有效厚度为te-t

20、n-c=15-3=12mm封头厚度pD.K0.63400otf1:J+c=+3=10.062。卜0.5夕21700.85-0.50.6现筒体的壁厚已取12mm,为便于焊接，取封头与筒体等厚，也取名义厚度为12mm塔设备质量载荷计算壳体和裙座质量阴。】=?424?_3.4002)X10.497.85IO3=11463.42kg人孔、法兰、接管等附件质量加“=0.25=0.25X11463.42=2865.855kg内构件质量加02二生3.421765=10027.433kg4保温层材料质量机03二乙(3.4442-3.424?)893)X300=1486.39kg4扶梯、平台质量(扶梯单位质量为

21、40kgm)砥)4=4010.49+-3.421504=3141.98kg4360-操作时塔内物料质量%5二-3.42X0.05X575.32817=4437.74kg4偏心质量(塔釜再沸器)札=3000kg充水质量机W二工3.42X(9.89-3)X1000=73596.74kg4综上，塔器的操作质量机O二机Oi+m02+m03+m04+m05+ma+me=37422.818kg塔器的最大质量机max=机01+m02+m03+mo4+ma+=106581.818kg塔器的最小质量机min=机01+机02+机03+根04+机Q+机/32985.078kg接管的计算（2） 塔顶蒸汽接管取塔顶蒸汽

22、流速Uv=20ms提取aspen中的数据V=2510m3h,那么管径Q.785uv-3600=2IOmm圆整后选取管子规格为2198.0实际流速K0.785d2-3600=18.52ms进料管取进料管液体的流速u=2ms提取aspen中的数据v=201.65m3s,那么管径d2=18Ozzzz70.785uv-3600圆整后选取管子规格为2198.0实际流速0.785d2-36001.12ms回流管径取回流液体流速U=2ms液相体积流量V=210.53m3h,那么回流管径为d2=0.785uv-3600=193.5/Z2/Z7园整后取管子规格为2194.0U=0.785d2-36001.86m

23、s(4)塔底出料管径取出料液体流速U=2ms液相体积流量V=Il.44m3h,那么出料管径为d=0.785uv-3600=14277ZZ77圆整后取管子的规格为159X3.6U=0.7852-36000.18ms(5)再沸器入口管径取回流气体速度U=20ms液相体积流量v=3187.28m3h,那么出料管径为0.785uv-3600=237即圆整后取管子的规格为2738.020.08msU=0.7852-36003塔体和封头选材精储塔内操作压力为O.18MPa,最低操作温度为-4.3,从耐低温性选取16M11DR做为塔体和封头的材料。4塔体和封头壁厚计算采用SW6-1998进行塔体强度计算，封

24、头采用标准椭圆封头，输入参数如下。5裙座壁厚的计算6塔设备附件(1) 除沫器由于丝网除沫器具有比外表积大，重量轻，空隙率大以及使用方便等优点。特别是它具有除沫器效率高，压力降小的特点。所以这里选用丝网除沫器。具体尺寸请见塔器设计，丝网除沫器一书。(2) 吊柱安装在室外，无框架的整体塔设备，为了安装及拆卸内件，更换或补充填料，往往在塔顶设置吊柱。具体尺寸请见HGT21693o塔机械强度校核2. 3T0301初步设计3. 3.1塔体和封头的厚度计算先按内压容器设计厚度，然后按自重、液重等引起的正应力及分载荷引起的正应力及风载荷引起的弯曲应力进行强度和稳定性验算。+3=4.97mm同好心PDj0.9

25、5X600圆筒体td=+c=2-p21700.85-0.95式中16M11R材料在65是的许可应力，取170MPa;。一塔顶接头焊缝系数，采用双面对接焊，局部无损探伤，取。=0.85c一壁厚附加量，按要求取c=3mm考虑到该地区风载荷较大，为抵挡风载荷应适当增加厚度，取塔体壁厚6mm,塔体的有效厚度为te=tn-c=8-3=5mm封头厚度+3=4.96Inln0.9560021700.85-0.50.95现筒体的壁厚已取6mm,为便于焊接，取封头与筒体等厚，也取名义厚度为6mm塔设备质量载荷计算壳体和裙座质量?1二?(0.682_0.6?)X28.557.85IO3=18015.46kg人孔、

26、法兰、接管等附件质量加Q=0.25=0.25X18015.46=4503.87kg内构件质量加02二生0.624365=789.87kg4保温层材料质量加03二工(0.622-0.62)(28.55-3)300=146.81kg4扶梯、平台质量(扶梯单位质量为40kgm)砥)4=4028.55+-0.621504=1226.78kg4360-操作时塔内物料质量%5二-0.620.05575.328X43=349.56kg4偏心质量(塔釜再沸器)纥=3000kg充水质量机W二七0.62(28.55-3)X1000=7220.43kg4综上，塔器的操作质量加O=m01+m02+m03+m04+m0

27、5+ma+me=28032.35kg塔器的最大质量机max=机01+m02+m03+mo4+ma+=34903.22kg塔器的最小质量机min=mOi+m02+m03+m04+外+恤=27682.79kg接管的计算1塔顶蒸汽接管取塔顶蒸汽流速UV=2ms提取aspen中的数据V=99m3h,那么管径n0.785UV-3600=132mm圆整后选取管子规格为133X2.9实际流速V_0.785d2-3600=2.01ms产物进料管取进料管液体的流速u=2ms提取aspen中的数据v=14.623m3/s,那么管径ch=50/n/n圆整后选取管子规格为575.0实际流速0.785d2-36001.

28、5ms（4）d2=三=63InIny.785uv3600圆整后选取管子规格为73X5.0实际流速=V0.785d2=2.04ms3600回流管径取回流液体流速U=2ms液相体积流量V=210.53m3h,那么回流管径为K0.785uv-3600=193.5/Z2/Z7园整后取管子规格为2194.0V_0.785d2-3600=2.14ms(4)塔底出料管径取出料液体流速U=2ms液相体积流量v=44.727m3h,那么出料管径为d=0.785uv-3600=88zzzz7圆整后取管子的规格为108X5.0实际流速为V_0.785/.3600=2.04ms(6) 再沸器入口管径取回流气体速度U=

29、20ms液相体积流量v=410.327m3h,那么出料管径为j.785136=85zzzz7圆整后取管子的规格为1085.022.08msU=0.7852-36006.4.1 塔体和封头的厚度计算先按内压容器设计厚度，然后按自重、液重等引起的正应力及分载荷引起的正应力及风载荷引起的弯曲应力进行强度和稳定性验算。圆筒体一2-pO.2X38021700.85-0.2+3=5.63mm式中16MnR材料在65是的许可应力，取170MPa;。一塔顶接头焊缝系数，采用双面对接焊，局部无损探伤，取。二0.85c一壁厚附加量，按要求取c=3mm考虑到该地区风载荷较大,为抵挡风载荷应适当增加厚度，取塔体壁厚8

30、m11,塔体的有效厚度为te-tn-c=8-3=5mm封头厚度0.2X38021700.85-0.50.2+3三5.63严JI,-0.5p现筒体的壁厚已取8mm,为便于焊接，取封头与筒体等厚，也取名义厚度为8mm塔设备质量载荷计算壳体和裙座质量加Oi=?(3.8/-3.82)X17.977.85IO3=9124.757kg人孔、法兰、接管等附件质量一“二0.25/=0.25X11463.42=2281.19kg内构件质量用02二工3.822765=19893.627kg4保温层材料质量相。3二工(3.822-3.82)(17.97-3)300=537.276kg4扶梯、平台质量(扶梯单位质量为

31、40kgm)恤广4017.97+-3.821504=3970.25kg4360-操作时塔内物料质量加05二-3.820.05575.32827=8804.12kg4偏心质量(塔釜再沸器)牝=3000kg充水质量加W=X3,82(17.97-3)1000=169690.938kg4综上，塔器的操作质量用0=m01+m02+m03+m04+m05+ma+me=440665.97kg塔器的最大质量机max=机01+m02+m03+mo4+ma+=601552.788kg塔器的最小质量机min=mOI+m02+m03+m04+ma+机/431861.85kg接管的计算11)塔顶蒸汽接管取回流液体流速U

32、2ms液相体积流量V=14.75m3h,那么回流管径为d2=0.785uv-3600=5Lw园整后取管子规格为572.91.6msU=0.7852-3600(2)产物进料管取进料管液体的流速u=2ms提取aspen中的数据v=36.757m3s,那么管径ch=V0.785uv-3600=80.6Him圆整后选取管子规格为89X4.5实际流速0.785d2-36001.6ms回流管径取塔顶蒸汽流速uv=20ms提取aspen中的数据V=2111.2m3h,那么管径Q.785uv-3600=193.26mm圆整后选取管子规格为2194.0实际流速=V_0.785d2-3600=15.57ms(4)塔底出料管径取出料液体流速U=2ms液相体积流量v=28.156m3h,那么出料管径为=IQmm圆整后取管子的规格为73X4.5实际流速为2.02msu=0.7852-3600(7) 再沸器入口管径取回流气体速度U=2ms液相体积流量v=219.327m3h,那么出料管径为0.785uv-3600196/ZZZ77圆整后取管子的规格为2194.0实际速度为21.08msu=0.7852-3600