甲醇回收塔结构设计说明

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1、甲醇回收塔结构设计第一章概述1.1前言在化工、炼油、医药、食品及环境保护等工业部门，塔设备是一种重要的单元操作设备。它的应用面广、量大。塔设备广泛用于蒸馏、吸收（气提）、萃取、气体的洗涤、增湿及冷却等单元操作中，它的操作性能好坏，对整个装置生产，产品产量、质量、成本以及环境保护、“三废”处理等都有较大的影响。因此对塔设备的研究一直是工程界所关注的热点。塔器按其结构可分为两大类：板式塔和填料塔。板式塔的研究起步较早，其流体力学和传质模型比较成熟，数据可靠，因而70年代以前的很长一段时间里，板式塔的研究处于领先地位。70年代，由于性能优良的新型填料相继问世，特别是规整填料及新型塔内件的不断开发应用

2、和基础理论研究的不断深入，使填料塔的放大技术有了新的突破，改变了以板式塔为主的局面，填料塔也进入了一个崭新的时期。本次设计任务是分离甲醇水的混合液，以回收甲醇，塔径DN400已定，且处理量不算很大，故采用填料塔。1.2甲醇回收塔的设计背景本次任务设计的甲醇回收塔是针对工厂废液等的进行甲醇提纯回收，不仅能有效的保护环境，还能回收有用产品，节约能源，是一件大有裨益的事。二十多年来，填料塔以其优良的综合性能不断推广应用于工业生产中，改变了板式塔长期占据统治地位的局面。与板式塔相比，新型的填料塔性能具有如下特点：（ 1）生产能力大板式塔与填料塔的流体流动和传质机理不同。板式塔的传质通过上升的蒸汽穿过板

3、上的液池来实现。塔板的开孔率一般占塔板截面积的815%，其优化设计要考虑塔板面积与降液管面积的平衡，否则即使开孔率大也不会使生产能力提高。填料塔的传质是通过上升蒸汽的与靠重力沿填料表面下降的液体逆流接触实现。填料塔的开孔率通常在50%以上，其空隙率则超过90%，一般液泛点都较高，其优化设计主要考虑与塔内件的匹配，若塔设计合理，填料塔的生产能力一般均高于板式塔。（ 2）分离效率高塔的分离效率决定于分离物系的性质、操作状态（压力、温度、流量等）以及塔的类型及性能。一般情况下下，填料塔具有较高的分离效率，但其效率会随着操作状态的变化而变化。（ 3）压力降小填料塔由于空隙率较高，故其压降远远小于板式塔

4、。一般情况下，塔的每个理论级的压降，板式塔为0.41.1kPa；散装填料为0.0130.27kPa；规整填料为0.011.07kPa。压降低，对于新塔可以大幅度降低塔高，减小塔径；对于老他可以减小回流比以求节能或提高产量与产品质量。（ 4）操作弹性大操作弹性是指塔对符合的适应性。塔正常操作负荷的变动范围越宽，则操作弹性越大。由于填料本身对负荷变化的适应性很大，故填料塔的操作弹性决定于塔内件的设计，特别是液体分布器的设计，因而可以根据实际需要确定填料塔的操作弹性。而板式塔的操作弹性则受到塔板液泛、雾沫夹带及降液管能力的限制，一般操作弹性较小。（ 5）持液量小持液量是指塔在正常操作时填料表面、内件

5、或塔板上所持有的液量，它随操作负荷的变化而有增减。对于填料塔，持液量一般小于6%，而板式塔则高达8%12%。持液量大，会加长开工时间。填料塔较板式塔优点很多，但造价通常高于板式塔。1.3 回收塔主要工艺流程（ 1）进料状况进料状况一般有泡点进料、露点进料、气-液混合物进料、过冷液体进料、过热蒸汽进料。此次设计采用泡点进料。采用泡点进料，不仅对稳定塔操作较为方便，且不受季节气候温度影响。泡点进料时基于恒摩尔流假定精馏段和提馏段塔径基本相等，制造上较为方便。（ 2）塔顶冷凝方式塔顶冷凝采用全凝器，用水冷凝，甲醇和水不反应，且容易冷凝，故采用全凝器。塔顶出来的气体温度不高，冷凝后回流液和产品温度不高

6、无需进一步冷却。此次分离是要得到液体甲醇，故选用全凝器符合要求。（ 3）回流方式回流方式可分为重力回流和强制回流。对于小型塔，回流冷凝器一般安装在塔顶。其优点是回流冷凝器无需支撑结构，缺点是回流冷凝器回流控制较难。本次任务是针对小型塔，采用重力回流。（ 4）加热方式加热方式可分为直接蒸汽和间接蒸汽加热。直接蒸汽加热是用蒸汽直接由塔底进入塔内。由于重组分是水，故省略加热装置。间接蒸汽加热是通过加热器使釜液部分汽化，上升蒸汽与回流下来的冷液进行传质。本次任务用间接蒸汽加热，由于塔径较小，采用内置盘管再沸器，用水蒸气作加热介质。1.4 基础数据及设计内容（ 1）基础数据：进料流量2500kg/h；料

7、液组成含甲醇50%，塔顶组成含甲醇99.5%，残液含甲醇2%；精馏塔直径400,设计压力0.65MPa,设计温度105C；再沸器直径1000,管内压力0.6MPa,设计温度158。（ 2）设计方案根据设计要求，对精馏装置的流程、操作条件、主要设备及其材料的选取等进行叙述。（ 3）精馏塔工艺计算。物料衡算，能量衡算，理论塔板数的计算，工艺条件和相关物性数据的查阅及计算（ 4）塔体的主要工艺尺寸的设计计算。塔径的计算，填料层高度的计算，填料层压降的计算以及塔内件的设计计算，塔的附属设备的计算。（ 5）精馏塔设备设计及选型塔体材料材料选取，壁厚计算，封头的选型，精馏塔各部分高度、质量的计算及塔体的连

8、接形式，地震载荷、风载荷的计算校核及应力校核，手孔、接管及开孔补强的计算，裙座和基础环的设计。第二章精憎塔工艺计算2.1 精储塔的物料衡算(1)原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率甲醇的摩尔质量MA32.04kg/kmol水的摩尔质量MB18.02kg/kmol进料含甲醇50%(w)塔顶含甲醇99.5%(w)塔底含甲醇2%(w)摩尔分数：xF0.3600.5/32.040.5/32.040.5/18.02XD0.995/32.040.995/32.040.005/18.020.991xW0.0110.02/32.040.02/32.040.98/18.02(2)原料液及塔顶、塔底的平均摩尔质量23

9、.07 kg / kmol31.91 kg / kmol18.17 kg / kmolMF0.36032.04MD0.99132.04MW0.01132.04(10.360)18.02(10.991)18.02(10.011)18.02(3)物料衡算已知进料流量为2500kg/h,换算成摩尔处理量2500F108.366kmol/h23.07全塔物料衡算：FXFDxDWXw,D38.592kmol/h,W69.774kmol/h2.2 理论塔板数2.2.1 相对挥发度由1xAyA,再根据表12数据可得到不同温度下的挥发度，见表2XA1VA表2.1水一甲醇体系的平衡数据t/cXyt/CXyt/C

10、Xy100.00.0000.00084.40.1500.51769.30.7000.87096.40.0200.13481.70.2000.57967.50.8000.91593.50.0400.23078.00.3000.66566.00.9000.95891.20.0600.30475.30.4000.72965.00.9500.97989.30.0800.36573.10.5000.77964.51.0001.00087.70.1000.41871.20.6000.825表2.2温度/oc挥发度温度/oC挥发度96.47.58278.04.63293.57.33275.34.03591.

11、26.84373.13.52589.36.61071.23.14387.86.46469.32.86884.46.06667.52.69181.75.50166.02.534所以m15二154.202.2.2 最小回流比及操作回流比泡点进料：xqxf0.360yqm XFm 1 XF4.20 0.36014.20 10.3600.703故最小回流比为RminXdyqyqxq0.991 0.7030.703 0.3600.840取操作回流比为R2Rmin20.8401.6802.2.3 精储塔的气、液相负荷精微段：LR1.86038.59271.781kmol/hVR1D2.86038.5921

12、10.373kmol/h提福段：LLF71.781108.366180.147kmol/hVV110.373kmol/h2.2.4 操作线方程精福段操作线方程：yn1RXnXd0.650xn0.347R1R1提福段操作线方程：LW一yn1xn1.632xm0.0072.2.5 逐板法求理论塔板数由yq将4.20代入得相平衡方程:yy1y4.203.20y联立（a）、（b）、（c）三式，可至上而下逐板计算所需理论板数。因为塔顶为全凝，则y1xD0.991由（c）式求的第一块板下降液体组成同理得Xiyi4.20 3.20y10.9914.20 3.20 0.9910.963表2.3板号123456

13、78910y0.9910.9730.9290.8390.7070.5840.4030.2180.0940.032X0.9630.8960.7570.5540.3650.251Xf0.1380.0620.0240.008Xw精储塔理论塔板数：NT10(包括再沸器)进料板位置：NF62.3 实际塔板数2.3.1 液相平均粘度(1)进料粘度：根据表1,用内插法求得tF79.8oC2查手册得ua0.278mPasub0.365mPaslguLF0.2511g0.2780.7491g0.365uF0.341mPas(2)塔顶物料粘度：根据表1,用内插法求得tD64.6oC查手册得uA0.329mPasu

14、B0.438mPas1gUld0.991lg0.3290.009lg0.438uF0.330mPas(3)塔釜物料粘度：根据表1,用内插法求得tw98.0oC查手册得uA0.233mPasUb0.289mPas1guLD0.0111g0.2330.9891g0.289Uf0.288mPas精储段液相平均粘度:提储段液相平均粘度:ULD ULF2Ulw Ulf0.341 。33020.288 0.33020.336 mPa s0.315 mPa s2.3.2 精储段和提储段的相对挥发度查表2得：F5.055,D2.397,W7.720精微段的平均挥发度：精几FJ2.3975.0553.481精微

15、段的平均挥发度：提WWFJ7.7205.0556.2472.3.3 全塔效率Et和实际塔板数0245全塔效率可用奥尔康公式：ET0.49uL0.245精微段：ET0.493.4810.3410.4700.245提福段：ET0.496.2470.3150.415精微段实际板层数：N精-NT11块ET0.47精微段实际板层数：N提出二一13块ET0.4152.4精储塔的工艺条件及物性数据2.4.1工艺条件塔顶压力：P101.3kPa操作温度：塔顶tD64.6oC塔釜tW98.0oC进料tF79.8oC精微段平均温度:提储段平均温度:2tDt精64.679.8298.079.8272.2oC88.9

16、oC2.4.2平均摩尔质量(1)塔顶平均摩尔质量xDy10.991,x10.963Mvd0.99132.0410.99118.02Mld0.96332.0410.96318.02(2)进料板层平均摩尔质量y0.584,Xi0.251Mvf0.58432.0410.58418.02Mlf0.25132.0410.25118.02(3)塔底层平均摩尔质量yW0.045,Xw0.011MVW0.04532.0410.04518.0231.91kg/kmol31.52kg/kmol26.21kg/kmol21.54kg/kmol18.65kg/kmolMLW0.01132.0410.01118.021

17、8.17kg/kmol(4) 精馏段平均摩尔质量MVJ31.9126.21/229.06kg/kmolMLJ31.5221.54/226.53kg/kmol(5) 精馏段平均质量流量LJDRMLJ/MA71.78126.531904.35kg/hGJDR1MVJ/MA110.37329.063207.44kg/h(6) 提馏段液体平均摩尔组成xTxFxW/20.2510.011/20.131(7) 提馏段中液体平均摩尔质量MTMAxTMB1xT32.040.13118.0210.131x,TATBT19.86kg/kmol(8) 提馏段中液体平均质量流量LTLMx,T/MAFMx,T/MB71

18、.78119.86108.36619.863577.72kg/h(9) 提馏段蒸汽平均摩尔组成YTYFYW/20.5840.045/20.3145(10) 提馏段中液体平均摩尔质量My,TMAyTMB1yT32.040.314518.0210.314522.43kg/kmol(11) 提馏段中液体平均质量流量LTVMT110.37322.43Ty,T2475.67kg/h2.4.3平均密度(1)气相平均密度计算tJ72.2oCtT88.9oC(a)精微段蒸汽密度y,jMj/22.4T0/T0tj29.06/22.4273.15/273.1572.21.03kg/m3(b)提储段的蒸汽密度Y,T

19、Mt,t/22.4T0/T0tT22.43/22.4273.15/273.1588.90.76kg/m3(2)液相平均密度计算表2.4不同温度下甲醇和水的密度液相平均密度依下列式计算物质数值温度/C5060708090100水密度/(kg/m3)988.04983.20977.77971.79965.31958.36物质数值温度/c20406080100120甲醇密度/(kg/m3)804.8783.5761.1737.4712.0684.7Lm(3)塔顶液相平均密度计算tD64.6oC33根据表3得，A755.65kg/m,B981.41kg/mLDm1/0.991/755.650.009/

20、981.41756.52kg/m3(4)进料板液相平均密度计算tF79.8oC根据表 3 得， A 737.64 kg/m3,b 971.91 kg/m30.251 32.04A0.251 32.04 0.749 18.020.373LFm 1/ 0.373/ 737.64 0.627/971.91868.97 kg/m3(5)塔底液相平均密度接近水的密度，tW98.0 oC ,3b 959.79 kg/m精储段液相平均密度:LJ756.52868.97 /2812.75 kg/m3提储段液相平均密度；LT868.97959.79 /2962.40 kg/m32.4.4 液体平均表面张力液相平

21、均表面张力依下式计算:LmXi塔顶液相平均表面张力计算tD64.6oC65.361 mN /m.一2_查手册得a16.803mN/m,17.24 mN /mLDm0.99116.8030.00965.361(2)进料板液相平均表面张力计算tF79.8oC62.636 mN /m查手册2得A15.063mN/m,B50.695 mN / mLDm0.25115.0630.74962.636釜底液相平均表面张力接近水的表面张力,tW98.0oC,查得B59.270mN/m精储段液相平均表面张力:lj17.2450.695/233.968mN/m提储段液相平均表面张力LT59.27050.695/2

22、54.983mN/m2.4.5 精微塔各段物性参数汇总(1)塔顶、进料板、塔釜数据结果汇总：表2.5塔顶、进料板、塔釜的物性参数项目MLkg/kmolMVkg/kmolLkg/m3LmPa.sLmN/m塔顶31.5231.91756.520.33017.24进料板21.5426.21868.970.34150.695塔釜18.1718.65959.790.28859.27(2)精储段、提储段数据结果:表2.6精储段、提储段的物性参数符号MLmkg/kmolMVmkg/kmolLmkg/m3Vkg/m3LmmPa.sLmmN/m液相/气相质里流里kg/h液相/气相摩尔流量kmol/h相储段26.

23、5329.06812.751.030.33633.9681904.35/3207.4471.781/110.373提储段19.8622.43962.400.760.31554.9833577.72/2475.67180.147/110.3732.5热量衡算2.5.1 加热介质和冷却剂(1)加热介质的选择常用的加热介质有饱和水蒸气和烟道气。烟道气适用于高温加热，加热温度控制困难，故不采用。饱和水蒸气冷凝时的传热膜系数很高，可以通过改变蒸汽压力准确的控制加热温度。本次任务选用0.5MPa(温度为151.7C)1的饱和水蒸气作加热介质，水蒸气易获得，清洁干净，不会腐蚀管道。(2)冷却剂的选择常用的冷

24、却剂是水和空气。选用20c的冷却水，升温20C,即冷却水出口温度为40Co2.5.2 冷凝器的热负荷冷凝器的热负荷计算公式：Qc(R1)D(IvdIld),其中Ivd,Ild分别为塔顶上升蒸汽和塔顶储出液的次含，kcal/kmol,IvdIldxdHv甲(1Xd)Hv水，其中Hv甲，Hv7K分别为甲醇和水的蒸发潜热，kcal/kmol。表2.7沸点下各部分数据符号沸点/c蒸发潜热Hv/kcal/kmolTc/K甲醇64.658430512.6水1009729647.3蒸发潜热与温度的关系：H2Hvi(LE)0.38,其中Tr为对比温度1Tr1(1)由沃森公式3,4计算塔顶温度下的潜热:Tr2T

25、2273.1564.60.6589Tc512.6Tr1T1273.1564.650.65899Tc512.6tD=64.6C时，对甲醇,蒸发潜热Hv甲8430(10.6589严88431kcal/kmol10.65899(2)对水，同理得，Tr2=0.52178,1=0.57647,蒸发潜热Hv水9729(10.52178严810189kcal/kmol10,57647IvdIld0.99184310.009101898447kcal/kmol,对全凝器做热量衡算(忽略热量损失)：Qc(1.681)38.59284478.74105kcal/h2.5.3 冷却介质的消耗量WcQcCpc(t2t

26、1)_58.74 1051 (40 20)4.37 104kg/h2.5.4 加热器的热负荷及全塔热量衡算甲醇：tD=64.6C时，Cp=0.72,tF=79.8C时，Cp=0.768,tw=98.0C时，Cp=0.825Cp精=0.744,Cp提=0.797水：tD=64.6C,tF=79.8C,tw=98.0C时，Cp水=1CpdtC嘴wdCp水(1wd)t(0.7440.99510.005)(64.679.8)11.33CpdtC湛wwCp水(1ww)t(0.7970.0210.98)(98.079.8)18.13计算得：D=31.5238.592=1216.42kg/h,W=18.17

27、69.774=1267.79kg/h64.6QDDCpdtDCpt1216.42(11.33)13782kcal/h79.898.0QwWCpdtWCpt1267.7918.1322985kcal/h79.8对全塔进行热量衡算，以进料始即79.8C时燃值为基准进行计算：QsQfQdQwQcQsQdQwQcQf13782229858.7410508.84105kcal/h设塔釜的效率0.9,则QsQs/9.82105kcal/h,其中：Qs加热器理想热负荷，kcal/hQs加热器实际热负荷，kcal/hQd塔顶储出液带出热量，kcal/hQw塔底带出热量，kcal/h0.65MPa下的饱和水蒸气

28、的汽化热Hr7K 蒸气2076 KJ/Kg加热蒸汽消耗量：WhQ sH r水蒸气9.82 105 4.220761993Kg /h表2.8热量衡算数据表项目Qc/kcal/hWc/kg/hQ/kcal/hQ/kcal/hQ/kcal/hQs/kcal/hW/kg/h数值8.74x1054.37X1040-13782229859.82x10519932.6填料2.6.1 填料选取填料是填料塔的核心构件，它提供了气液两相相接触的传质与传热表面，与塔内件一起决定了填料塔的性质。目前，填料的开发与应用仍是沿着散装填料与规整填料两个方面进行。本次设计选用规整填料，250Y型金属板波纹填料。规整填料在整个

29、塔截面上，几何形状规则、对称、均匀。它规定了气液流路，改善了沟流和壁流现象，压降可以很小。同时与散装填料相比它可以提供更大的比表面积，在同等溶剂中可以达到更好的传质、传热效果5,6。250Y型板波纹填料是最早研制并应用于工业生产的板波填料，通过多年的研究及工业应用表明，它有以下特点7:第一、比表面积与通用散装填料相比，提高近一倍，压降较低，通量和传质效率均有较大幅度提高。第二、与各种通用板式塔相比，不仅传质面积大幅度提高，而且全塔压降及效率有很大改善。第三、工业生产中气液均可能带入“第三相”物质，导致散装填料及某些板式塔无法维持操作，鉴于250型填料整齐的几何结构，显示出良好的抗堵性能，因而能

30、在某些散装填料塔或板式塔不适宜的场合使用，扩大了填料塔的应用范围。第四、该填料甚至能在高压下保持良好的传质性能，充分显示出其通用特性。故本设计采用瑞士苏尔寿的250Y型金属板波纹填料，牌号Mellapak。2.6.2 填料层高度一、精微段(1)空塔气速的计算泛点气速是填料塔操作气速的上限，填料塔的操作空塔气速必须小于泛点气速，操作空塔气速与泛点气速之比称泛点率。对于规整填料，其?点率的经验值6为u/Uf0.60.95泛点气速可用贝恩霍根关联式6来计算，即2lguH3)(TL0.2AK(wL)14()1/8,gLWvL其中Uf为泛点气速,at为填料总比表面积mi/m3,为填料层空隙率m3/m3,

31、Wl,WV为液相、气相的质量流量kg/h,A,K为关联常数。对250Y型金属板波纹填料,A=0.291 , K=1.75 , at =250mi/m3,=0.97W=1904.35kg/h,W v=3207.44kg/h , v1.03kg/m3, L 812.75kg/m3, L0.336mPa.s代入上式，得泛点气速:UF=3.84m/s ,空塔气速：u=0.6u F=2.3m/s2500u 2 5.53 m/s uf3600 0.785 0.4取直径为600mm彳导u 25003600 0.785 0.622.46 m/su 2.46/人64.1% 70%符合要求uF3.84要求直径无法

32、达到要求，故取直径为600mm(2)填料高度、压降的计算气相动能因子 F uC 2.33(kg/m3)12,查填料手册6 ,得每米填料压降：P/Z 1.4 102Pa/m,每米填料理论级数：NTSM=2.5精微段填料高度：Z精 Nt/NTSM 5/2.5 2m精储段总压降：P ( P/Z)Z 1.4 102 2 2.8 102Pa二、提福段(1)空塔气速的计算其他数据不变，提微段数据如下:W L=3577.72kg/h,W v=2475.67kg/h , V0.76kg/m3, l 962.40kg/m3, l0.315mPa.s代入上式，得泛点气速：uF=4.28m/s,空塔气速：u=0.6

33、uF=2.57m/su2.4657.5%70%符合要求uF4.28(2)填料高度、压降的计算气相动能因子Fu广2.24(kg/m3)12,查填料手册，得每米填料压降：P/Z1.38102Pa/m,每米填料理论级数：NTSM=2.5提储段填料高度：Z提Nt/NTSM5/2.52m提福段总压降：P(P/Z)Z1.3810222.76102Pa2.6.3全层填料压降、高度总压降：PP精P提5.56102Pa,设计高度：取一定的安全系数，Z(1.21.5)(Z精Z提)1.2545m一般250Y型金属孔板波纹规整填料分段高度应小于1520块理论板，且每段金属填料高度不超过67.5m,此填料塔高度小于推荐

34、值，各可不用分段表2.9填料层参数汇总参数精福段提福段全塔空塔气速/m/s2.302.57一气相动能因子/(kg/m3)122.332.24一每米填料压降/Pa.m140138278总压降/Pa280276556填料层高度/m224第三章精储塔的结构设计本次设计的DN600甲醇回收塔的具体结构包括内径为600mm勺精储塔筒体、内径为1000mm的再沸器筒体及内径为1000mm勺裙座三大部分组成。精微塔部分包括精储段和提储段，包括除沫器、液体分布器、填料压板、填料支撑板，筒体上设有手孔、温度计孔，回流管，进料管和气体进出口等内件和结构。再沸器主要是加热料液，提供蒸播所需能量等作用，其结构主要有加

35、热盘管，物料进出口，温度计口，手孔，釜底液体出料孔等组成。裙座形式根据承受载荷情况不同，可分为圆筒形和圆锥形两类，当塔高和塔径比达到某一特定值时(DN25,或DN1m且H/DN30),为防止风载或地震载荷引起的弯矩造成塔侧翻，就只能圆锥形结构，本次设计数值未达到此临界值，故采用了圆筒形，其上主要结构有裙座筒体、基础环、地脚螺栓座，人孔、排气孔等。示意图如下所示。图3.1精储塔总体结构示意图3.1 附属设备及主要附件3.1.1 塔底再沸器再沸器直径D为1000mm采用内置盘管加热，设计压力为0.6MPa,设计温度158C,介质为水蒸气，取0.5MPa下饱和水蒸气，其温度为151.7C。取传热系数

36、K=2000kcal/(R.h.C)塔釜产品温度：98.0C100C,热流体温度：151.7C151.7C,逆流操作，t153.7C,t251.7CTmtt252.7Ct1t2传热面积：AQs9.821059.32m2KTm200052.7蒸汽压0.5MPa下，蒸汽的比体积为0.375m3/kg,前面已算得加热蒸汽消耗量Wh1993kg/h,选择蒸汽流速为30m/s,一19930375一.一因此：305,d0.09m,取内径d96mm,所以盘管的直径为360014d2d为102X3mmdlA,A9.32m2,所以l29.1m取盘管的盘绕直径为d750mm,dnl,所以n12.4,取圈数n=13

37、取盘绕后的管间距为36mm因此盘管的垂直高度为：0.102130.036121.76m1.8m再沸器盘管到精储塔塔体需有一段距离，上下空间分别取为0.4m、0.2m,因此再沸器的高度为2.4m。3.2 塔内件设计3.2.1 液体分布器填料塔的液体喷淋装置是十分重要的，它直接影响到塔内填料表面有效利用率。喷淋装置的结构形式很多，目前工业应用的有管式喷淋器、莲蓬式喷淋器、冲击式淋洒器等。对直径稍大的填料塔(例如1200mm以下)可以采用环管多孔喷洒器。环状管的下面开有小孔，小孔直径为48mm共有35排,小孔面积总和约与管截面积相等，环管中心圆直径D1一般为塔径DN的60%80%环管多孔喷洒器的优点

38、是结构简单，制造和安装方便，但缺点是喷洒面积小，不够均匀，而且液体要求清洁，否则小孔易堵图3.2环管多孔喷洒器(1)回流液分布器：D1取60%勺DN D1=360mm小孔直径取6mm采用三排小孔，环形分布小孔面积总和约与管截面积相等，故3.14_572 4 “3.14 6490，n90330(2)进料液分布器:D1取60%勺DN D1=360mm小孔直径取6mm采用三排小孔，环形分布23.14454小孔面积总和约与管截面积相等，故n256563.1464n可183.2.2 填料支撑装置填料支撑装置的作用是支撑塔内的填料。这里采用波纹板网支撑板，板网支撑结构简单，重量轻，自由截面大。该支撑板用金

39、属板网按规定尺寸压制成波纹形状，然后放入扁钢圈内焊接固定而成。网孔尺寸是根据最小填料的支撑要求确定的，为了不使填料卡在孔内，网孔尺寸应小于填料外径的0.60.8。当塔径D300mm寸，最小填料为6.4mm,塔径D300mm时，最小填料为15mm。其主要参数如下:塔径D/mm板外径D1/mm板高/mm近似重量/N6005944072表3.1填料支撑装置主要设计参数6WWVXA/WWM图3.3波纹板网支撑板3.2.3 除沫器设计为了减少由于塔顶雾沫夹带严重造成的物料损失，确保气体的纯度以及对环境的保护，需要在塔顶设置除沫器。最常用的除沫装置有丝网除沫器、折流板式除沫器以及旋流板除沫器。本次设计中为

40、清洁介质，可采用丝网除沫器，其具有比表面积大、空隙率大、结构简单、使用方便以及除沫效率高、压力降小等优点。本次设计的塔径为DN60Q根据标准HG21618-1998,在DN300600范围内，故选用上装式丝网除沫器。选取不锈钢标准型除沫器气液过滤网型式为SP型，其堆积密度为168kg/m3,空隙率为97.88%,比表面积为529.6m2/m3,材料选择不锈钢0Gr18Ni9,丝网尺寸为圆丝0.23,丝网H为100mmH1为210mm图3.4上装式丝网除沫器3.2.4床层定位器床层定位器又称床层限制器，用于防止高气速高压降或塔的操作突然波动时填料向上移动而造成填料层出现空洞，使传质效率下降。由于

41、规整填料有固定的结构，因而选用的床层定位器较简单，用栅条间距100500mm勺栅板即可，栅板圈用厚46mm勺扁钢弯制而成，高度50m*右。对于筒体用法兰连接的小塔，栅板圈周边均布打孔，在孔眼处焊接螺母，用螺钉顶住塔壁并用一螺母锁住，即可将床层定位器固定。1075mm当D 1200mm时，定位器外对于本次设计，由于塔径为600mm属于小塔，该结构适用。当塔径D1200mm,床层定位器的外径比塔的内径小径比塔径小2538mm3.3筒体连接法兰压力容器法兰型式的选择按照标准JB47004707-200016,此处选择甲型突面密封面法兰，及乙型突面密封面法兰，型式如下:图3.6 A甲型突面法兰图3.6

42、 B甲型突面法兰图3.7非金属垫片图3.8A型等双长头螺柱(1)精微筒体与封头连接法兰根据公称压力PN=1MPa精微段法兰的选取(JB/T4701-2000)表3.2筒体法兰尺寸汇总公称直径DN法兰，mm螺柱DDD2DD4d规格数量6007306906556456424023M2024其中法兰的材料为Q345R其在工作温度-20200c时，最大允许工作压力为0.65MPa,该法兰可标记为：法兰-RF600-0.65JB4701-2000垫片尺寸为：根据JB/T4704-2000,D=644mmd=604mm材料为石棉橡胶垫片，该垫片可标记为:垫片600-0.65JB/T4704-2000螺柱：

43、A型等双长头螺柱根据标准JB/T4707-2000选取表3.3A型等双长头螺柱尺寸(mm项目尺寸r6d20d220Lo50公称尺寸l120C2.5单件质量0.250kg螺柱材料选为35,调质处理，该螺柱可标记为：螺柱M20X120-AJB/T4707-2000(2)再沸器与封头连接法兰根据公称压力PN=1MPa再沸器与封头连接法兰的选取(JB/T4702-2000):表3.4冉沸器法兰尺寸汇总公称直径DN法兰，mm螺柱DDD2D3D4d规格数量1000114011001065105510526223M2040其中法兰的材料为Q345R其在工作温度-20200c时，最大允许工作压力为1.0MPa

44、,该法兰可标记为：法兰-RF1000-1.0JB4702-2000垫片尺寸为：根据JB/T4704-2000,D=1054mmd=1010mm材料为石棉橡胶垫片。该垫片可标记为:垫片1000-1.0JB/T4704-2000螺柱：A型等双长头螺柱根据标准JB/T4707-2000选取表3.5A型等双长头螺柱（mm项目尺寸r6d20d220Lo50公称尺寸L150C2.5单件质量0.312kg螺柱材料选为35,调质处理，该螺柱可标记为：螺柱M20X150-AJB/T4707-20003.4塔管径的计算及其法兰的选择一般：液体流速：uL=0.11m/s，蒸汽流速：u0=2050m/s3.4.1进料

45、管(1)进料管直径取 ULF =0.6m/s , dF4F,3600 Ulf lf4 25003600 3.14 0.6 868.970.04m,取dF=40mm表3.6进料管尺寸DN内管d1Xsi外管d2XS2R无保温时Hi有保温时H24045X3.589X6150120150（2）进料管连接法兰管法兰型式可根据标准HG2059220635-200910选取此处根据标准HG20592-2009,选用法兰为板式平焊钢制管法兰PL,密封面型式为突面RF,材料类别号为1C1,碳素钢16Mn（标准编号为JB4726）,其在设计温度下的最大允许工作压力为1.0MPa。表3.7进料管连接法兰尺寸（mmi

46、项目（内管/外管）尺寸（内管/外管）项目（内管/外管）尺寸（内管/外管）公称直径DN40/80螺栓孔直径L18/18公称压力P/bar10/10螺栓孔数量n4/8钢管外径B45/89螺纹ThM16/M16法兰外径D150/200法兰厚度C18/20螺栓孔中心圆直径K110/160法兰内径B46/91法兰理论质量分别为1.5kg和3kg,其中突台高度为2mm该法兰可标记为：内管：HG/T20592法兰PL50-10RF16Mn；外管：HG/T20592法兰PL100-10RF16Mn。垫片：根据HG/T20606,选择石棉橡胶板（GB/T3985）,彳t号XB35QRF型表3.8突面法兰用RF型

47、垫片尺寸公称尺寸DN垫片内径D垫片外径D2垫片厚度T4049921.580891421.5可标记为：HG/TT20606垫片RF50-10XB350，垫片RF80-10XB350螺栓：根据HG/T20613-2009,采用六角头螺栓，数量为4个，尺寸分别为M12X50,M16X60型式如下:图3.9接管处板式平焊（PL）钢制管法兰亮球眠花至5Di图3.10 RF型垫片3.4.2回流管（1）回流管直径取 u=0.4m/s , dR360：u l4 71.781 26.53 3600 3.14 0.4 812.750.0455m圆整后，取dR=50mm表3.9回流管尺寸DN内管d1Xsi外管d2X

48、S2R无保温时H1有保温时IH25057X3.5108X6175120150（2）回流管法兰根据标准HG20592-2009,选用法兰为板式平焊钢制管法兰PL,密封面型式为突面RF,材料类别号为1C1,碳素钢16Mn（标准编号为JB4726）,尺寸为：（mrm表3.10回流管连接法兰项目（内管/外管）尺寸（内管/外管）项目（内管/外管）尺寸（内管/外管）公称直径DN50/100螺栓孔直径L18/18公称压力P/bar10/10螺栓孔数量n4/8钢管外径B57/108螺纹ThM16/M16法兰外径D165/220法兰厚度C19/22螺栓孔中心圆直径K125/180法兰内径B59/110法兰理论质

49、量分别为1.5kg和3.5kg,其中突台高度为2mm该法兰可标记为：HG/T20592法兰PL50-10RF16Mn;HG/T20592法兰PL100-10RF16Mn。垫片：根据HG/T20606,选择石棉橡胶板（GB/T3985）,RF型，代号XB350表3.11突面法兰用RF型垫片尺寸公称尺寸DN垫片内径D垫片外径D2垫片厚度T50611071.51001151621.5可标记为：HG/TT20606垫片RF50-10XB350,垫片RF100-10XB350螺栓：根据HG/T20613-2009,采用六角头螺栓，数量为4个，尺寸分别为M12X50,M16X603.4.3塔顶蒸汽接管(1

50、)塔顶管直径取 UV =30m/s, dV4V:3600 uV V4 110.373 29.063600 3.14 30 1.030.1917m(2)出料管法兰圆整后，取dV=200mm尺寸为212X6mm(2)塔顶管法兰根据标准HG20592-2009,选用法兰为板式平焊钢制管法兰PL,密封面型式为突面RF,材料类别号为1C1,碳素钢16Mn(标准编号为JB4726),尺寸为：(mrm表3.12塔顶蒸汽管连接法兰项目尺寸螺栓孔直径L22公称直径DN200螺栓孔数量n8公称压力P/bar10螺纹ThM20钢管外径B212法兰厚度C24法兰外径D340法兰内径B222螺栓孔中心圆直径K295法二

51、理论质量/kg7其中突台高度为2mm该法兰可标记为：HG/T20592法兰PL200-6RF16Mn。垫片：根据HG/T20606,选择石棉橡胶板(GB/T3985),代号XB350表3.13突面法兰用RF型垫片尺寸公称尺寸DN垫片内径D垫片外径D2垫片厚度T2002202731.5可标记为：HG/TT20606垫片RF200-6XB350螺栓：根据HG/T20613-2009,采用六角头螺栓，数量为8个，尺寸M16X703.4.4再沸器出料接管(1)出料管直径取 UW =0.6m/s , dW4W,3600 uw l4 69.774 18.17.3600 3.14 0.6 959.780.0

52、279m圆整后，取dW=30mm尺寸为36x3mm根据标准HG20592-2009,选用法兰为板式平焊钢制管法兰PL,密封面型式为突面RF,材料类别号为1C1,碳素钢16Mn(标准编号为JB4726),尺寸为：(mm表3.14塔釜出料管连接法兰项目尺寸螺栓孔直径L18公称直径DN32螺栓孔数量n4公称压力P/bar6螺纹ThM16钢管外径B38法兰厚度C18法兰外径D140法兰内径B39螺栓孔中心圆直径K100法二理论质量/kg1其中突台高度为2mm该法兰可标记为：HG/T20592法兰PL32-6RF16Mn。垫片：根据HG/T20606,选择石棉橡胶板(GB/T3985),彳t号XB350

53、表3.15突面法兰用RF型垫片尺寸公称尺寸DN垫片内径D垫片外径D2垫片厚度T3243821.5可标记为：HG/TT20606垫片RF200-6XB350螺栓：根据HG/T20613-2009,采用六角头螺栓，数量为4个，尺寸M10X453.5手孔手孔是小直径填料塔装卸填料之用，在每层填料层的上下方各设置一个手孔，再沸器处也需要设置一个手孔。(1)精微筒体处手孔(a)手孔的选择根据标准HG21530-200511,筒体处选择手孔为带颈平焊法兰手孔，公称压力PN1.0(MP,公称直径DN15Q密封面型式为突面RF。型式和名称见图3.11和表3.15。图3.11板式平焊法兰手孔的型式表3.16手孔

54、明细表件号1234567标准编号GB/T8163HG20613HG20594HG20606HG20601GB/T700名称筒节六角头螺栓b螺母法兰非金属平垫片NM法兰盖把手材料（I类材料）20钢管8.8级35CrMoA8级30CrMo16Mnn石棉橡胶板XB35016MnnQ235-AF公称压力1.0MPa下，在设计温度下最高无冲击工作压力为0.8MPa,基本符合要求。上图中，根据标准HG20606垫片为非金属平垫片，名称代号NM型式为不带内包边，材质为石棉橡胶板，代号为XB35Q垫片圈代号为NM-XB350表3.17筒体手孔尺寸参数表密封向型式突向RFb122公称压力PN/MPa1.0b22

55、4公称直径DN/mm150H160dws159X4.5H290D285螺栓、螺母数量8D240螺栓直径X长度M20X85b24总质量/kg25.9该手孔可标记为：手孔Ib-8.8(NM-XB35。150-1.0HG/T21530-2005(b)手孔法兰的选择与筒体手孔相配的法兰尺寸如下(HG2059220635-2009):(mm图3.12手孔处板式平焊钢制管法兰表3.18筒体手孔法兰尺寸项目尺寸螺栓孔数量n8公称直径DN150螺纹ThM20公称压力P/bar10法兰厚度C24法兰外径D285法兰内径B170.5螺栓孔中心圆直径K240钢管外径A168.3螺栓孔直径L22法兰理论质量/kg5其中突台高度为2mm同理，手孔的法兰盖(盲板法兰)尺寸相配法兰图3.13法兰盖法兰处垫片：根据HG/T20606,选择石棉橡胶板(GB/T3985),代号XB350表3.19突面法兰用RF型垫片尺寸公称尺寸DN垫片内径D垫片外径D2垫片厚度T1501692181.5可标记为：HG/TT20606垫片RF150-10XB350螺栓：根据HG/T20613-2009,采用六角头螺栓，数量为8个，尺寸M20X85(2)再沸器处手孔(a)手孔的选择再沸器处根据标准HG21529-2005选择手孔为板式平焊法兰手孔，公称压力PN1.0(MPa,公称直