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1、Author:http:/ JoYful设备设计方案 概述过程设备运行的安全性对生产有着极其重要的影响。设备的设计和选型不当，不仅会影响总成本，而且有可能导致设生产的安全事故。因此，合理的设备设计和选型是整个工程的重要环节。本项目主要包括甲醇、水混合与催化剂反应工段、低碳烯烃产品干燥碱洗压缩工段、和产品精馏分离工段，整个项目共有工艺设备90多台，主要有塔设备（精馏塔、吸收塔）、闪蒸罐、流化床反应设备、冷凝器、混合设备、换热器、压缩机和泵等。根据本工艺流程，结合项目设计的经济预算，我们对上述主要设备进行了详细设计和选型。本章选取产品精馏分离工段的脱乙烷塔给出了详细的计算和选型说明，其它设备计算选
2、型详见附录部分。C2分离塔选型设计概述 C2分离塔是即脱甲烷工段后，进行对乙烯和乙烷的分离，从而对乙烯产品进行精制分离而得到产品。其是关系到产品精制分离的一个重要塔设备，其选型设计直接关系到乙烯产品的收率及纯度，对整个工艺流程的经济效益有重要影响。设计要求本项目C2分离塔为板式精馏塔，精馏塔设备设计要求：（1）具有适宜的液体力学条件，达到气液两相的良好接触；（2）结构简单，处理能力大，效率高，压降低；（3）强化质量和能量的交换 工艺参数（1）操作压力对于C2分离塔的操作压力，由于精馏物料进塔前压力较高，故本设计采用中压操作，操作压力为2.89MPa。（2）进料状态本设计采用塔中部进料，进料压力
3、为3.45MPa，温度为258K。（3）回流方式采用泡点回流，易于控制。(4 ) 选择塔板类型：选用F1型浮阀塔板（重阀）。F1型浮阀塔板的结构简单，制造方便，节省材料，性能良好，且重阀采用厚度2 mm的薄板冲制，每阀质量约为33g。浮阀塔具有的优点：生产能力大，操作弹性大，塔板效率高，气体压强以及液面落差较小，塔的造价比较低（浮阀塔的造价一般为泡罩塔的6080%，而为筛板塔的120130%）。 基本结构设计1、塔径 由ASPEN模拟得：2、回流比 由ASPEN模拟优化得操作回流比为R=4.63、理论板数由ASPEN模拟得下图：所以取理论板数NT=35合适。设计计算与论证5.2.5.1工艺计算
4、1、物料衡算由ASPEN模拟得出回流比R=4.6全工段质量流量均由ASPEN PLUS得出精馏段：液相摩尔流量：L=12648kmol/h气体摩尔流量：V=15398kmol/h液体质量流量：qm，L=356497kg/h气体质量流量：qm，G=433517kg/h 液体体积流量：qV，L=878m3/h=0.24m3/s气体体积流量：qV，G=11792m3/h =3.3m3/s提馏段：液相摩尔流量：L=15427kmol/h气体摩尔流量：V=15398kmol/h液体质量流量：qm，L=439449kg/h气体质量流量：qm，G=439259kg/h液体体积流量：qV，L=1116m3/h
5、=0.3m3/s气体体积流量：qV，G=12043m3/h =3.3m3/s由计算数据可知，气液两相在精馏段、提馏段的流量基本一致，因此精馏段和提馏段的各各设计参数也基本一样。2、操作回流比和理论塔板数的确定由ASPEN PLUS优化得到的R=4.6,35(含塔釜)3、全塔效率与实际塔板数关联式为对旧式塔板全塔效率的估算，实际生产采用新型塔板，塔板效率有所增大，浮阀塔的板效率比较高，查相关数据，本设计按全塔效率Ep=0.8计算。则实际塔板数Np=NT/Ep=44（含塔釜）。4、塔径及实际空塔气速由5.2.4节中ASPEN模拟结果表得出塔径，圆整后塔径D=7m。塔截面积： AT=精馏段实际空塔气
6、速： 提馏段实际空塔气速： 5、溢流装置设计由于塔径较大，且平均qV，L=997m3/h110m3/h，故选择采用阶梯式双溢流塔板，选用弓形降液管，不设进口堰。采用平直堰，取塔板间距HT=0.6m，板上液层高度hL=0.16m，分离空间为：HT-hL=0.44m。图 5-3流型流向示意图查化工工艺设计手册取相关数据，（1） 堰长： 取 lW / D = 0.650 lW =4.55m ( 双流型lW=(0.50.7)D ) ，弓形降液管宽度Wd 和面积 Af 查图求取。查相关数据（化工工艺设计手册中表1240查知） 0.068 =0.068*2.62m2 校核液体在降液管中的停留时间： 5s故
7、降液管尺寸符合要求（2）出口堰高hw由hL=hw+how 得hw=hL-how堰上液层高度因为：lw/D=0.65及qV，L=997m3/h，由由化工原理图10-48查得E=1.06，代入上式得： 则：hw=hL-how=0.16-0.111=0.049m（3）降液管底隙高度h0取液体通过降液管底隙时的流速 =1.1m/s（使液体通过此截面的流速1.5m/s），则：hw，（符合降液管的液封要求）6、塔板布置及浮阀数目与排列（取F1型重阀，d0=39mm）（1）阀孔数取阀孔动能因数F0=10（实验结果表明一般阀在刚全开时的动能因数F0=811）孔速： 每层塔板上的浮阀数：个（2）塔板布置弓形降液
8、管宽度：Wd=560mm，塔板中心降液管宽度=480mm边缘区宽度取：Wc=0.06m两边安定区宽度取：Ws=0.10m阀孔采用正三角形叉排，取孔心距t=75mm塔板开孔率： 5.2.5.2塔板流体力学性能验算1、塔体计算气体通过浮阀塔板的压降：（1）干板阻力：（2）板上充气液层阻力：取充气系数，则（3）液体表面张力所造成的阻力：由于此阻力很小，故可忽略不计。因此与气体流经一层浮阀塔板的压力降所相当的液柱高度为：单板压降： 2、淹塔校核为了防止淹塔现象的发生，要求控制降液管中清液层高度，由下式计算Hd：前已算出hp=0.1484m液柱，板上液层高度hL=0.16m因不设进口堰，故按下式计算液体
9、通过降液管的压力损失hd：则：Hd=0.1484+0.16+0.1773=0.4857m前已选定HT=0.6m，且hw=0.049m，取=0.8，则： 根据式，符合防止淹塔的要求。3、雾沫夹带校核计算泛点百分率校核雾沫夹带，按下式计算泛点率：泛点率=板上液体流经长度m板上液流面积： 取物性系数K=0.9，又由图查得泛点负荷系数CF=0.125则：泛点率=对于大塔泛点率控制在小于85%的范围内，可以知道雾沫夹带量能满足e10%的要求。4、负荷上限淹塔控制时有：则： =1.5691.67=2.62m/s，=3.3*1.569=5.18m3/s负荷上限为156.9%时仍能满足生产要求，如需要更大负荷
10、时，则可适当增大板间距或减小塔板压降。5、负荷下限漏液控制时有：取，则， 5.2.6主要接管尺寸计算5.2.6.1吸收液进料管由前面物料衡算得：F=78017.222kg/h=21.7kg/s进料平均温度为-15，进料压力为3.45MPa，取进料流速为2.5m/s，则结合进料状况和计算结果可选取钢管：20010mm实际流速5.2.6.2塔顶出料管由前面物料衡算得：qv=3.3m3/s，塔顶压力为2.7MPa，故取塔顶蒸汽出料速度为10m/s，则选取钢管：50020.5mm，实际流速5.2.6.3塔釜出料管有前面物料衡算得：Fw=879.285kg/h=0.24kg/s，塔釜压力为2.84MPa
11、，=384kg/m3，取流速为1m/s则取钢管：5010mm，实际流速5.2.7塔的总体结构5.2.7.1塔壁厚的确定C2分离塔塔体选用0Cr18Ni10Ti，其计算壁厚为：取钢板厚度负偏差C1=0.18mm，腐蚀裕量C2=1mm，再考虑到刚度，设备放在室外的稳定性要求，塔高较高，圆整后并根据经验取壁厚为=110mm。5.2.7.2封头的选择根据工艺要求，塔顶塔底均采用标准椭圆形封头，封头的作用环境与筒体相同，因此选用与筒体相同的材料，其计算壁厚为：式中，K为椭圆形封头的形状系数，对于标准椭圆封头K=1.0，因此封头厚度计算公式与筒体厚度计算公式几乎一样，为了便于焊接，故取封头厚度与通体厚度相
12、同为110mm。则塔顶塔底封头曲线高度均为：h1=750mm；直边高度均为：h2=50mm；壁厚均为=110mm。5.2.7.3塔高的计算塔高是由塔顶空间Ha、塔底空间Hb、有效塔高度Hp、加料版空间高度HF、封头高度Ho及裙座高度Hs和人孔增加高度Hr组成，即：H=Ha+Hb+Hp+HF+Hs+Hr+Ho （1）塔顶空间塔顶空间是塔内最上层塔板与封头直边边缘的距离，其距离远大于塔板间距，本设计取Ha=1.0m.（2）塔底空间塔底空间是需要满足釜液停留时间约为3min，塔径D=7m，则计算可得Hb约为0.6m，本设计取Hb=0.6m（3）有效塔高的确定对于塔径大于0.8m的塔要设置人孔，一般每
13、隔1020层塔板设一个人孔.气液进出口等经常维修都应设置人孔。另外在塔顶和塔釜也应设置人孔。设置3个人孔，直径500mm,分别在第2块，进料处，塔釜。设人孔处板间距0.8m.（4）进料段高度取为板间距的2倍较合适，故取。 ( 5 )封头高度本设计采用标准椭圆封头，故 =D/4=7/4=1.75m (塔顶和塔底封头采取相同高度)。（6 ）裙座高度取裙座高度Hs=4m（7）开人孔增加的高度由于本设计塔径较大，故设置三个人孔，人孔直径为500mm，较塔板间距要小，所以Hr=0m由以上设计可知全塔高度H=32.15m。5.2.8 C2分离塔设计结果表5-1C2分离塔设计结果汇总表项目数值备注塔板数Np
14、（块）44含塔釜塔径D（m）7.0塔高H（m）32.15板间距HT（m）0.6回流比R4.6操作压强（atm）29.4空塔气速u（m/s）0.08塔板形式双溢流塔板弓形降液管宽度Wd（m）0.56塔板中心降液管宽度Wd（m）0.48无效边缘区宽度Wc（m）0.06安定区宽度Ws（m）0.10堰长lw（m）4.55堰高hw（m）0.049板上液层高度hl（m）0.16降液管底隙高度ho（m）0.048降液管内清液高度Hd（m）0.4857浮阀形式F1型重阀do=39mm浮阀个数N（个）1655阀孔气速uo（m/s）1.67阀孔动能因数Fo10阀孔排列方式正三角形叉排t=75mm单板压降（Pa）581.7泛点率（%）47.5%负荷上限（液泛控制）%156.9%负荷下限（漏液控制）%50%进料管尺寸（mm）20010塔顶蒸汽管尺寸（mm）50020.5塔底出料管尺寸（mm）5010塔体材料0Cr18Ni10Ti塔体厚度（mm）110封头形式标准椭圆形封头封
