年产30万吨PDH项目典型设备设计计算书.docx

30万吨PDH项目典型设备设计计算书目录1.塔的选型51.1 塔设备概述51.2 塔设备的类型及选择原则51.3 板式塔的塔盘种类与选型81.4 设计示例预分离工段脱C3塔T0102101.5 塔机械工程设计462. 换热器选型设计782.1 概述782.2 分类782.3不同类别换热器特性792.4 换热器工艺方案的确定792.5 换热器工艺结构设计计算（以E0302为例）842.6 SW6在换热器强度校核中的运用953.储罐选型1103.1 原料储罐的选型1103.2 回流罐的选型1113.3 产品储罐的选型1124.气液分离器选型1134.1 分离器尺寸的设计1134.2 立式丝网分离器的尺寸设计1135. 泵的选型1175.1 选型原则1175.2 选型依据1185.3 泵的来源1185.3 选型示例（P0104）1206.压缩机选型（C0301）1226.1 概述1226.2 压缩机类型及特点1226.3 选型原则1236.4 选型介绍1237. 加热炉1257.1 炉型选择1257.2 炉管排列选择1267.3 对流室的设计1317.4 燃料消耗计算1327.4 烟气生成计算1347.5 燃烧室容积135典型设备设计计算书总设计标准与依据(1)压力容器 GB 150-2011(2)锅炉和压力容器用钢板国家标准第1号修改单 GB713-2008/XG1-2012(3)奥氏体不锈钢焊接钢管选用规定 HG/T20537.1-1992(4)化工装置用奥氏体不锈钢大口径焊接钢管技术要求 HG/T20537.4-1992(5)安全阀的设置和选用 HG/T20570.2-1995(6)爆破片的设置和选用 HG/T20570.3-1995(7)设备进、出管口压力损失计算 HG/T20570.9-1995(8)钢制化工容器设计基础规定（合订本） HG/T20580 20585-2011(9)钢制化工容器材料选用规定 HG/T20581-2011(10)钢制化工容器强度计算规定 HG/T20582-2011(11)钢制化工容器结构设计规定 HG/T20583-2011(12)钢制化工容器制造技术要求 HG/T20584-2011(13)化工设备基础设计规定 HG/T20643-2012(14)承压设备无损检测（合订本） JB/T 4730.16-2005(15)石油化工塔型设备基础设计规范 SH/T 3030-2009(16)热交换器 GB/T 151-2014(17)固定管板换热器 GB/T 28712.1-2012(18)固定管板换热器 GB/T 28712.2-2012(19)管壳式换热器维护检修规程 SHS 01009-2004(20)工业泵选用手册(21)炼厂、化工及石油化工流程用离心泵通用技术条件GB/T3215-1892(21)离心泵效率 GB/T13007-2011(23)离心泵名词术语 GB/T7021-1986(24)化工原理（第三版）管国锋，赵汝溥编，化学工业出版社(25)分离器规范 SYT 0515-2007(26)F1型浮阀 JB/T1118-2001(27)化工设备计全书 塔设备(28)设备及管道绝热设计导则 GB/T 8175 -2008(29)压力容器封头 GB/T 25198 -2010(30)塔式容器 NB/T 47041-2014(31)无缝钢管尺寸、外形、重量及允许偏差 GB/T 17395-2008 851.塔的选型1.1 塔设备概述塔设备是化工、石油化工和炼油等生产中最重要的设备之一。它可使气（或汽）液或液液两相进行紧密接触，达到相际传质及传热的目的。可在塔设备中完成的常见操作有：精馏、吸收、解吸和萃取等。此外，工业气体的冷却与回收、气体的湿法精制和干燥，以及兼有气液两相传质和传热的增湿、减湿等。在化工厂、石油化工厂、炼油厂等中，塔设备的性能对于整个装置的产品产量、质量、生产能力和消耗定额，以及三废处理和环境保护等各个方面都有重大的影响。据有关资料报道，塔设备的投资费用占整个工艺设备投资费用的较大比例；它所耗用的钢材重量在各类工艺设备中也属较多。因此，塔设备的设计和研究，受到化工炼油等行业的极大重视。从经济角度而言，在石油炼厂和化工生产装置中，塔设备的投资费用占整个工艺设备费用的25.93%。塔设备所耗用的钢材料重量在各类工艺设备中所占的比例也较多，例如在年产250万吨常压减压炼油装置中耗用的钢材重量占62.4%，在年产60120万吨催化裂化装置中占48.9%。因此，塔设备的设计和研究，对石油、化工等工业的发展起着重要的作用。1.2 塔设备的类型及选择原则1.2.1 塔设备的主要工艺要求（1）生产能力大。在较大的气液流速下，仍不致发生大量的雾沫夹带、拦液或液泛等破坏正常操作的现象。（2）操作稳定、弹性大。当塔设备的气液负荷量有较大的波动时，仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作。并且塔设备应能保证长期连续操作。（3）流体流动的阻力小，即流体通过塔设备的压力降小。这将大大节省生产中的动力消耗，以降低经常操作费用。对于减压蒸馏操作，较大的压力降还将使系统无法维持必要的真空度。（4）结构简单、材料耗用量小、制造和安装容易。这可以减少基建过程中的投资费用。（5）耐腐蚀和不易堵塞，方便操作、调节和检修。1.2.2 塔设备的类型塔主要有填料塔和板式塔两种，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。A.填料塔。塔内装有一定高度的填料，是气液接触和传质的基本构件；属微分接触型气液传质设备；液体在填料表面呈膜状自上而下流动；气体呈连续相自下而上与液体作逆流流动，并进行气液两相的传质和传热；两相的组分浓度或温度沿塔高连续变化。填料的种类很多，按装填方式分为规整填料和散装填料两大类。传统的规整填料分为板波和丝网型，散装填料则有拉西环、鲍尔环、阶梯环、弧鞍环、矩鞍环和各种花环等。B.板式塔。塔内装有一定数量的塔盘，是气液接触和传质的基本构件；属逐级（板）接触的气液传质设备；气体自塔底向上以鼓泡或喷射的形式穿过塔板上的液层，使气液相密切接触而进行传质与传热；两相的组分浓度呈阶梯式变化。常用的错流塔板主要有筛孔塔板、泡罩塔板、浮阀塔板、舌片塔板、喷射塔板、穿流塔板和混排塔板等。在几种主要塔板中，应用最早的是泡罩塔，目前使用最广泛的是筛板塔和浮阀塔。由此，可相应做出以下分析：表1-1填料塔与板式塔的比较项目填料塔板式塔压降小尺寸填料，压降较大；大尺寸及规整填料，压降较小。较大空塔气速（生产能力）小尺寸填料气速较小，大尺寸及规整填料气速较大。较大塔效率传统填料，效率较低，新型乱堆及规整填料效率较高。较稳定、效率较高液-气比对液体量有一定要求。适用范围较大持液量较小较大安装、检修较难较容易材质金属及非金属材料均可一般用金属材料造价新型填料，投资较大大直径时造价较低1.2.3 塔型选择一般原则在塔型选择时，对精馏塔设备的要求大致如下：生产能力大；效率高；流体阻力小；有一定的操作弹性；结构简单、造价低、安装检修方便；能满足（如腐蚀性、热敏性、起泡性等）工艺的特性。（1）下列情况优先选用填料塔：a.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；b.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；c.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；d.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：a.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；b.液相负荷较小；c.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；d.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；e.在较高压力下操作的蒸馏塔仍多采用板式塔。生产实际证明，在大的液体负荷下，可选用填料塔，若用板式塔时，宜选用气液并流的塔型（如喷射型塔板）或选用板上液流阻力较小的塔型（如筛板塔和浮阀塔等）。此外，导向筛板和多降液管筛板都能承受较大的液体负荷。在较高压力下操作的蒸馏塔多采用板式塔，其原因在于在压力较高时，当塔内气液比过小时，以及由于气相返混剧烈等原因，填料塔的分离效果一般较差。两种精馏塔的性能对比分析如下表所示。表1-2 填料塔和板式塔的性能比较项目塔型填料塔板式塔塔径适用于各种塔径的塔设备，但大塔要解决液体再分布的问题塔径大于800mm的大塔压降小尺寸填料，压降较大，而大尺寸填料及规整填料，较大则压降较小空塔气速小尺寸填料气速较小，而大尺寸填料及规整填料较大则气速可较大塔效率塔径1.5m以下塔效率高，塔径增大，效率常会下降较稳定、效率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材质金属及非金属材料均可一般用金属材料安装、检修较难较容易造价新型填料，投资较大大直径塔时造价较低1.3 板式塔的塔盘种类与选型1.3.1 板式塔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。1.3.2 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列表1-3、几种主要塔板性能的量化比较表1-4如下：表1-3 几种主要塔板的性能比较塔盘类型优点缺点适用场合泡罩板较成熟、操作稳定结构复杂、造价高、塔板阻力大、处理能力小特别容易堵塞的物系浮阀板效率高、操作范围宽浮阀易脱落分离要求高、负荷变化大筛板结构简单、造价低、塔板效率高易堵塞、操作弹性较小分离要求高、塔板数较多舌型板结构简单、塔板阻力小操作弹性窄、效率低分离要求较低的闪蒸塔浮动喷射板压降小、处理量大浮板易脱落、效率较低分离要求较低的减压塔表1-4 几种主要塔板性能的量化比较塔盘类型塔板效率处理能力操作弹性压降结构成本泡罩板1.01.05.01.0复杂1.0筛板1.21.41.43.00.5简单0.40.5浮阀板1.21.31.59.00.6一般0.70.9舌型板1.11.21.53.00.8简单0.50.6由上面两个表可知，浮阀塔兼有泡罩塔和筛板塔的优点，现在已成为国内应用广泛的精馏塔塔型之一，并且在石油、化学工业中使用最为普遍。因此本设计采用浮阀塔设计。浮阀有很多种形式，但最常用的形式是F1型和V-4型。F1型浮阀的结果简单、制造方便、节省材料、性能良好，广泛应用在化工及炼油生产中，现已列入部颁标准（JB1118-68）内，F1型浮阀又分轻阀和重阀两种，但一般情况下都采用重阀，只有处理量大且要求压强降很低的系统中，才用轻阀。1.3.3 浮阀塔的优点（1）生产能力大。由于浮阀塔板具有较大的开孔率，而且气流是水平喷出的，减少了液沫夹带，故其生产能力比泡罩塔高20%40%，与筛板塔近似。（2）操作弹性大。由于阀片可随气体负荷变化而升降，使阀片与塔板的间隙大小得以自动调整，阀孔气速几乎不随气体负荷的变化而变化，在较大的气体负荷范围内，可以保证气液间的良好接触，故操作弹性比泡罩塔和筛板塔都宽，可以达到79。（3）塔板分离效率高。因上升气体以水平方向吹入液层，故气液接触时间较长而液沫夹带量较小，板效率较高，比泡罩塔高10%左右。（4）气体压强降及液面落差较小。因为气体通道比泡罩塔简单得多，塔板上没有复杂的障碍物，所以塔板上的气流分布较均匀，气液流过浮阀塔板时所遇到的阻力较小，故气体的压强降及板上的液面落差都比泡罩塔板小。（5）塔的造价较低。因构造简单、易于制造，浮阀塔的造价一般为泡罩塔的60%80%，但比筛板塔的造价贵，为筛板塔的120%130%。尽管浮阀塔具有上述诸多优点，但浮阀塔不易处理易结焦或黏度大的系统，因为结焦或黏度大的流体会妨碍浮阀升降的灵活性。但对于黏度稍大或有一般聚合现象的系统，浮阀塔尚能正常操作。综合从以上各点可以看出：浮阀塔在蒸汽负荷、操作弹性、效率和价格等方面都较为优越，结合本项目实际情况，初步选择浮阀塔。1.4 设计示例预分离工段脱C3塔T01021.4.1 使用软件列表表1-5 使用软件列表名称用途来源Aspen Plus V8.4分离性能设计Aspen Tech公司KG-Tower流体力学设计中国石油大学（华东）SW6-2011塔体强度结构设计全国化工设备设计技术中心站AutoCAD 2014精馏塔装配图绘制Autodesk公司Matlab R2014a辅助塔设计美国mathwork公司1.4.2 塔板的选型由以上比较，综合考虑塔板的效率、分离效果和设备的成本、维修等，本项目对塔T0102初步选择为浮阀塔。1.4.3 精馏段塔径的计算为了确定塔径，首先要确定适宜的操作气速，而适宜的操作气速的选择一般根据泛点气速选择，所以，估算塔径的关键就是泛点气速的求解。由Aspen Plus模拟的T0102塔的各塔板上的物性参数可知，选取精馏段塔板上气液相负荷最大的第38块塔板进行手工计算和校核，然后再用KG-Tower进行软件计算，通过比较来检查计算的正确性。第38块塔板物性参数如表1-6所示：表1-6 精馏段浮阀塔塔板参数液相流量 气相流量 液相密度气相密度液体粘度 气体粘度混合液表面张力103344.3455144422.3355426.304539.05580.0690.01020.0054552液相体积流量气相体积流量由于带有降液管，所以溢流式的塔板的塔截面实际分为了两个部分，即气体流通截面和降液管所占截面。若为塔板截面积，为气体流通截面积，为降液管截面积，则：1.4.4 气体流通截面积的计算塔板的计算中，通常是以泛点气速作为的上限。一般取的0.60.85倍，即：根据索德尔斯和布朗公式：可由史密斯关联图查得气体负荷因子C，气液两相流动参数为取板间距，板上液层高度。则液滴沉降高度为，查史密斯关联图：图1-1 史密斯关联图可查得液相表面张力时的气体负荷因子为，由于所处理的液相表面张力为，则需矫正。修正后为：泛点气速为：在0.60.85范围内，取安全系数为0.8，则：则可求得气体流通截面积为：1.4.5 塔径的确定根据液体负荷与板上流形的关系，见表1-7。初步估计塔径2.6m左右，溢流形式的参考表可以暂时选择双溢流形式。表1-7 选择溢流型式的参考表塔径D/mm液体流量，m³·h-1U形流单溢流双溢流阶梯流1000<7<451400<9<701600<9<802000<11<90901603000<11<1101102002003004000<11<1101102302303505000<11<1101102502504006000<11<110110250250450为保证液体在降液管中有较长的停留时间，根据经验，可取，由化工原理（下）（叶世超等编.科学出版社）图11.19查弓形降液管的参数，如下图1-2所示。图1-2 弓形降液管的参数图查图可取，则塔板面积为：则可求得塔径为：考虑分块塔板固定区域取，符合双溢流选择条件。实际塔截面积实际气体流通截面积实际适宜气流速率则 则塔径计算正确。1.4.6 塔板布置、降液管及溢流堰设计1.溢流装置液体在塔板上的流动路径是由降液管的布置方式决定的。常用的布置方式有以下几种形式：U型流、单溢流、双溢流、多溢流。根据经验和工艺要求由前述可知，溢流装置为双溢流。2.弓形降液管尺寸降液管主要有弓形、圆形和矩形三种。目前多采用弓形，因其结构简单，特别适合于塔径较大的场合。由前述可知，得：弓形降液管面积：弓形降液管宽度：为降低气泡夹带，液体在降液管内应有足够的停留时间以使气体从液相中分离出，一般要求不应小于35s，而对于高压下操作的塔以及易起泡的物系，停留时间应更长些，为此，必须进行校核。则液体在降液管的停留时间为：故降液管尺寸设合理。3.出口溢流堰与进口溢流堰尺寸溢流堰长： 采用平直堰，由于，查液体收缩系数计算图1-3所示。图1-3 液体收缩系数计算图可得，E=1.055，则堰上液层高度可由下式计算：出口堰高： 进口堰的高度可按照下列原则考虑：当外堰（出口堰）高大于降液管底与塔板的间距时，可取68mm，必要时可与相等；个别情况下，此时应取，以保证液封作用。根据经验（结合4.降液管底隙高度及受液盘），。4.降液管底隙高度及受液盘为减小液体流动阻力使溢流能顺利流入下层塔盘，并防止沉淀物堵塞，同时考虑到固体杂质可能在底隙处沉积，故降液管底端与塔盘之间应有一定的距离。但若过大，气体又可能通过底隙窜入降液管，故底隙宜小些以保证液封。根据经验，大型塔不小于25mm，避免因安装偏差而使间距过小时，引起的流液不畅，压力降增大，导致液泛发生的情况。同时，液体通过此间隙最大速度一般应小于0.4m/s。取降管底隙高度为，则降液管低隙处液体流速：由于，故设计合理。塔板上接受降液管流下液体的那部分区域称为受液盘。根据化工工艺设计手册对于800mm以上的精馏塔，目前常用倾斜的降液管及凹形受盘，凹形受盘受液盘的深度一般在50mm以上，这里取60mm。1.4.7 浮阀板设计及流体力学计算1.浮阀板结构受液区和降液区：一般这两个区域的面积相等，均可按降液管截面积计；边缘区：在塔壁边缘留出一定宽度的环形区域供固定塔板用；入口安定区和出口安定区，通常宽度相等；有效传质区：余下的塔板上有浮阀孔的区域；于此处考虑，有经验可知：塔径，采用分块组装式；边缘宽度取；安定区宽度取。根据之前计算可知，降液管宽度为，并取中间降液管宽度。浮阀选用F1重型浮阀，其阀孔为39mm。2.浮阀数初取阀孔动能因数，F1重型浮阀阀孔直径。每层塔板上浮阀数目为：可取N=489个。3.浮阀排列现按所设定的尺寸画出塔板，并在塔板的鼓泡区内依排列方式进行试排，从而确定出实际的阀孔数。已知降液管宽度，分布区宽度取0.08m，安定区宽度取0.08m，边缘区宽度取为0.08m。由于选择的是双溢流塔板，其鼓泡区面积计算如下：其中带入数据得。浮阀一般按正三角形排列，也可以采用等腰三角形排列，在三角排列中又有顺排和叉排。采用叉排时相邻两阀中吹出气流搅拌液层的相互作用显著，使相邻的浮阀容易吹开，液面梯度较小，鼓泡更均匀。按正三角形顺排的常用阀中心距有75、100、125、150mm四种，叉排中心距有65、80、100mm三种。这里选用正三角形叉排方式，并取阀孔中心距，得到最终的浮阀数，如图1-4所示。图1-4 阀孔数排列可排出阀孔数为506个，重新衡算一下参数：阀孔气速：动能因数：在适应的范围812内。塔板的开孔率为：根据经验，加压塔的开孔率应，故塔板设计满足要求。4.塔板流体力学验算（1）塔板压降气体通过塔板的压降包括干板压降，液层压降，及鼓泡时克服液体表面张力的压头。由于表面张力引起的阻力较小，此处忽略不计，则：国内通用的F1型浮阀塔板的干板压降会阻力损失可按如下经验公式计算：阀全开前：阀全开后：综上，临界孔速：因阀孔气速大于其临界阀孔气速，故干板阻力计算式为：本设备的液相为乙烷、丙烷、丙烯和C4物质，取充气因素，则板上气液层阻力为：单板压降：合理。（2）液沫夹带量校核前面已计算出，可见不会发生严重漏液。为了维持合理的塔板效率，正常操作时的液体夹带量为液体/气体。对浮阀塔板上的液沫夹带量尚无较准确的直接计算式可循，通常是间接地用泛点率F1作为估算依据，对于的精馏塔，应控制泛点率F1不超过80% 。依下面两式分别计算泛点率F，即：或 其中有查泛点负荷因子图，如图1-5所示：图1-5 泛点负荷因子图得，并查物性系数表取K=1，将以上数据代入上式，得：采用计算结果较大的数值，即，满足，故可知雾沫夹带能够满足的要求，不易发生液泛。（3）溢流液泛校核为防止降液管液泛现象发生，需控制降液管内液层高度，忽略液面落差的影响，不设进口堰，可利用下式计算：液面落差在计算式中相对较小，一般可以忽略。液相流出降液管的局部阻力：则。取降液管中泡沫层相对密度为，则有：显然，符合溢流液泛要求。（4）液体在降液管内的停留时间可见，所夹带气体可以被释放出。5.塔板负荷性能图（1）漏液线（气相负荷下限线）对于F1型重阀，因动能因数时，会发生严重漏液，因此取计算相应的气相流量：（2）过量液沫夹带线（气相负荷上限线）根据前面雾沫夹带校核可知，对于大塔，取泛点率F=0.8，则：塔板上液体流程长度:塔板上液流面积:整理变形，得：，雾沫夹带线为直线，由两点即可确定。（3）液相负荷下限线对于平直堰，其堰上液层高度必须要大于0.006m。取，就可作出液相负荷下限线代入数值，则可求得。（4）液相负荷上限线液体的最大流量应保证在降液管中停留时间不低于35s，取4s作为液体在降液管中停留时间的下限，则（5）溢流液泛线由公式，求得液泛线方程。已知：联立上式整理可得：现在将五条曲线和操作线统一在直角坐标系下绘制可得到如下图曲线。图1-6 浮阀塔精馏段塔板负荷性能图操作线交气相负荷下限线于点A，气相负荷上限线于点B。由此可见，此塔板操作负荷上下限受液相负荷下限线和气相负荷上限线的控制。分别从图中A， B两点读得气相流量的下限 上限，则操作弹性为由图可知操作线介于五条曲线之间，且有一定的操作弹性空间，设计合理。现将浮阀塔精馏段塔板工艺设计结果列于表1-8。表1-8 浮阀塔精馏段塔板工艺设计计算结果项目数值及说明备注塔径D/m2.8-板间距HT/m0.6-塔板型双溢流降液管分块式塔板适宜气速u/ms-10.1795-堰型平堰-溢流堰长lw/m1.69-板上液层高度hl/m0.09-溢流堰出口高度hw/m0.02-降液管底隙高度h0/m0.086-孔径d/m 0.039-阀中心距t/m0.1正三角形叉排浮阀数/个506-开孔率%9.8-阀孔气速u0/ms-11.7-阀孔动能因数F010.6241-临界阀孔气速uoc1.41-单板压降Pp/Pa470.4185-液体在降液管内停留时间/s 5-降液管内清液层高度Hd/m0.2344-泛点率%64.75-气相负荷上限(Vs)max/m3s-11.2762-气相负荷下限(Vs)min/m3s-10.4834-液相负荷上限(Ls)max/m3s-10.0831液相负荷下限(Ls)mIN/m3s-1 -操作弹性2.64-1.4.8 KG-Tower在塔盘工艺结构计算的运用KG-Tower可以用来计算塔盘，在掌握了塔盘工艺结构的具体计算步骤之后，可以通过软件的便捷的计算方法来服务于本设计。下面运用KG-Tower选择精馏段负荷较大的第38块和第51块板操作弹性影响较大的塔板进行设计。1.输入工艺参数将不同序号塔板的工艺参数输进软件内，并设定每块塔板的操作范围在90%到110%之间，参数设置如图1-7所示：图1-7 浮阀塔物性参数2.输入塔盘结构参数选择塔盘类型为浮阀塔，塔径设定最初是根据Aspen模拟得到的塔径进行的，当设定塔径之后，再设定其他结构参数，如溢流形式、浮阀类型，开孔率大小、塔板间距、降液管宽度、溢流堰长、溢流堰高度、降液管底隙高度等参数，其最初设的依据是根据化工设备设计全书一塔设备的结构进行设计要求进行设计的，设定后，如果在左下脚出现警告时.说明设定的参数出问题，此时会提示哪些参数出问题，通过调整参数相对大小，使设定满足要求。其设定如图1-8所示。图1-8 塔板尺寸参数经过 KG-TOWER 校核后的塔盘结构示意图如图 1-9所示：图1-9 塔盘结构示意图图1-10 操作负荷为90%时的结果图1-11 操作负荷为100%时的结果图1-12 操作负荷为110%时的结果以上分别为塔盘在操作负荷为 90%、100%、110%下塔盘的液泛率，降液管液泛率，降液管持液量，降液管出口速度，干板压降，总板压降，气相负荷因子，流强度，堰上液层高度，以及降液管停留时间等的设计结果，如图 1-10、1-11、 1-12所示。校核曲线图的如图 1-13所示。图1-13 校核曲线图第38、51块塔板的校核结果分别如图1-14、1-15所示。图1-14 第38块塔板设计报告图1-15 第51块塔板设计报告通过比较软件计算出来的结果和手算结果还可以得到以下结论：在设定相同参数时， KG-Tower计算结果和详细设计计算结果都能够满足工艺要求。在设定结果参数时，KG-Tower调整起来比较方便，通过反复调整可获得较合理的设计结构。KG-Tower可以用于不同类型的塔板，计算方便，便于塔盘选型。由校核结果可见，塔盘设计合理，操作点、操作上限点、操作下限点均处于液相上限线、液相下线线、漏液线和液泛线之间较合适的位置，塔设备的操作弹性较大。1.4.9 T0102提馏段的设计由于提馏段的气相流率大于精馏段的气相流率，因而提馏段的塔径需要重新核算。以提馏段最大气液相负荷塔板的水力学数据作为设计和校核的依据，计算所用数据如表1-10所示。表1-10 提馏段浮阀塔塔板参数液相流量气相流量液相密度气相密度液体粘度气体粘度混合液表面张力208453.3631183068.7320418.112547.5350.09940.01110.00383液相体积流量气相体积流量取板间距，板上液层高度，安全系数为0.8。提馏段塔径与气体流通截面积的具体计算过程与精馏段相同，这里不再赘述直接将结果列于表1-11：表1-11 浮阀塔提馏段塔板工艺设计计算结果项目数值及说明备注塔径D/m3.4-塔截面积AT/m29.0746-板间距HT/m0.6-气体负荷因子C200.07634-气体负荷因子C0.05485-泛点气速uf/ms-10.1531-适宜气速u/ms-10.1225-板上液层高度hl/m0.08-因为提馏段液相流量较大，故在塔盘结构上改用四溢流浮阀塔板。四溢流塔板是应用最广泛的多溢流塔板，它的设计原理可以推广至其它多溢流塔板之中，即多溢流塔板的设计规则是通用的四溢流塔板的溢流堰长度与塔板直径之比是比较大的，相同的液相负荷下，溢流强度相对较小，这个特点尤其适合大的操作负荷；四溢流塔板的另一个优点是每个通道的长度并不是很长，这有助于是通道上的液面落差有效降低，有利于气液分布均匀；降低溢流强度的好处还在于能够使板上液层高度也随之降低，这使气相通过塔板的阻力也降到较低的水平，雾沫夹带也会减小；以上的几个特点都将使塔板效率和处理能力显著提高。四溢流塔板是两种结构的塔板交替叠加而组成，一种塔板上存在两个边降液管和一个中心降液管，另一种塔板上只存在两个偏心降液管。其结构如图1-16所示。图1-16 四溢流塔板结构简图在设计四溢流塔板时，应该合理分配每层塔板上的降液管的大小和位置，以保证各通道内的气液分配均匀。目前设计方法主要有等通道长度法和等鼓泡面积法。由于等鼓泡面积法中的栅栏出口堰的阻挡比例较大，溢流强度较高，而等通道长度法则有较小的栅栏出口堰阻挡比例和较低的溢流强度，等通道长度法优于等鼓泡面积法。下面以等通道长度法设计计算为例：运用等通道长度设计四溢流塔板时，首先要保证各通道的通道长度相等，同时，气液两相也要按照鼓泡面积比分配到各个通道。初始迭代计算时也是假定各个降液管的面积分配也是按照其相邻的鼓泡面积比的，但是设计过程由于不均匀结构的特性，使迭代计算尤为复杂，而且往往不考虑到开孔率平面布局的实际操作是否可行，甚至忽略了滞留区的影响。其优化设计思路如图1-17所示。图1-17 四溢流塔板等通道长度法优化设计流程图一般的多溢流塔盘的降液管面积比都在20%左右甚至更高，这将导致每层塔板上扣除受液盘和降液管后有效的塔截面积往往不高于60%，此时开孔率一般控制在15%以下较为适宜。1.4.9.1 降液管面积分配和位置在设计时，预设降液管总面积与塔截面积之比为FI，该处取25%，则降液管总面积可由下式计算：利用几何关系计算3种形式降液管尺寸，详细计算过程如下：1.边降液管边降液管面积为：边降液管弦长为：边降液管宽度为：2.中心降液管中心降液管面积为： 中心降液管宽度近似为： 中心降液管弦长为： 3.偏心降液管偏心降液管面积为：以偏心降液管中心作弦，设弦长为，则偏心降液管中心弦离圆心的距离为：偏心降液管中心弦长为：偏心降液管宽度为：设通道3和通道4的通道长度均为C，其长度可用下式计算：则偏心降液管外堰弦长为：偏心降液管的内堰弦长为：由于通道3和通道4的面积比可近似用2个梯形的面积比来表示。通道3的面积为：通道4的面积为：则通道3 与通道4 的面积比为：根据各降液管停留时间相等可以得出通道鼓泡面积之比与降液管面积之比相等即：上式经过代入变形后，是关于参数的等式为：根据前面的数据结果，利用MATLAB对该等式进行试差运算，便可以求出参数,。进而求出各降液管面积、弦长以及堰宽等值。计算结果如表1-12所示：表1-12 降液管尺寸计算结果表项目数值及说明备注边降液管面积As/m20.50-中心降液管面积Ac/m21.26-偏心降液管面积Ao/m21.13-通道3的面积A3/m21.04-通道4的面积A4/m21.30-边降液管弦长l1/m2.08-中心降液管弦长l2/m3.38-偏心降液管外堰弦长l3/m2.82-偏心降液管内堰弦长l4/m3.19-边降液管宽度W1/m0.35-中心降液管宽度W2/m0.37-偏心降液管宽度W3/m0.36-溢流堰出口高度hw/m0.04-1.4.9.2 出口堰设计等通道长度法中为了保证板上液层高度相同，主要采用两种方法，一是设置辅堰增加边降液管有效出口堰长度，辅堰结构如图1-18所示；图1-18 辅堰结构图图中，且。辅堰的有效堰长为：二是设置栅栏堰减少中心降液管或某侧偏心降液管有效出口堰长度，栅栏堰结构如图1-19所示。栅栏的高度一般在0.150.20m，而且要大于塔盘上清液层的高度。栅栏堰的有效堰长不包括栅栏占据的部分。图1-19 栅栏堰的形状为了使通道1和通道2出口堰溢流强度相等，中心降液管应用栅栏堰，中心降液管有效堰长为：为了使通道3和通道4出口堰溢流强度相等，偏心降液管的外堰出口堰应用栅栏堰，偏心降液管的外堰有效堰长为：1.4.9.3 降液管底隙设计为了保持偏心降液管两侧液体底