年产3.6万吨乙烯精馏浮阀塔设计

年产3.6万吨乙烯精馏浮阀塔设计

摘要

随着社会的发展与进步，我国乙烯的市场需求量急剧增加，乙烯进口量逐年增加，国内产品市场占有率还不到百分之五十。乙烯工业是石油化工产业的龙头，其发展水平早已成为衡量一个国家综合经济实力的重要标志之一，在石油化工产业乃至国民经济发展中占有极其重要的地位。

塔设备在化工、石油、医药、食品及环境保护等工业部门中广泛使用的重要生产设备，是一种十分重要的单元操作设备。塔设备的作用在于提供气、液两相以充分接触的机会，使质、热两种传递过程能够迅速有效地进行，从而达到相际间进行传质及传热的目的；还可以使接触后的气、液两相能够及时分开，互不夹带。塔设备主要应用在石油化工行业，其种类颇多，按操作压力分有加压塔，常压塔及减压塔；按内件结构分有填料塔、板式塔；还有按单元操作分有精馏塔，吸收塔，介吸塔，萃取塔，反应塔，干燥塔等。

本次设计的是年产3.6万吨乙烯精馏浮阀塔。浮阀塔是20世纪50年代前后开发和应用的，并在石油、化工等工业部门代替了传统使用的泡罩塔，成为当今应用最广泛的塔型之一，并因具有优异的综合性能，在设计和选用塔型时常是被首选的板式塔。本次设计主要包括三大方面的内容：一是工艺计算；二是强度及稳定性的计算；三是专题部分的补充。

第一部分主要进行了物料衡算，塔内物件尺寸的确定，塔温、塔板数的计算以及各种管径的确定，附属设备的选择等等。

第二部分主要是在强度及稳定性计算中计算出塔器的各部分质量，从而对塔的三个危险截面进行校核，主要是质量载荷，风载荷与地震载荷的计算，另外还要进行补强的计算。

最后即是专题部分：吊柱的选用与校核。

关键词: 板式塔; 精馏设备; 填料塔

前言 1

第一章工艺计算 3

1.1 物料衡算 3

1.1.1 塔顶产品量 3

1.1.2 塔釜、塔顶流量及组成 3

1.2 确定塔温 4

1.2.1 塔釜温度的确定 4

1.2.2 塔顶温度的确定 5

1.2.3 进料温度 6

1.3 塔板数的计算 6

1.3.1 确定最小回流比 6

1.3.2 确定最小理论板数 7

1.3.3 确定理论板数 7

1.3.4 实际塔板数 8

1.3.5 确定进料板位置 8

1.4 塔径计算 9

1.4.1 精馏段塔径 9

1.4.2 提馏段塔径 12

1.5 塔内物件的工艺尺寸 13

1.5.1 溢流程数的选择 13

1.6 流体力学验算 15

1.6.1 气体流过塔板的压降 15

1.6.2 液泛校核 15

1.6.3 雾沫夹夹带情况 16

1.7 安全操作范围和操作线 16

1.7.1 精馏段 16

1.7.2 提馏段 17

1.8 附属设备的选择 19

1.8.1 全凝器的选择 19

1.8.2 再沸器的选择 19

1.8.3 回流泵的选择 19

1.9 管径设计 20

1.9.1 塔顶蒸汽管 20

1.9.2 回流管管径 20

1.9.3 进料管管径 20

1.9.4 塔釜出料管 20

1.9.5 进再沸器管 21

1.9.6 再沸器蒸汽入塔器 21

第二章强度及稳定性计算 22

2.1 圆筒和封头的厚度和强度计算 22

2.2 载荷的计算 22

2.2.1 质量载荷的计算 22

2.2.2 塔的自振周期 24

2.2.3 地震载荷及地震弯矩的计算 24

2.2.4 风载荷和风弯矩计算 26

2.2.5 最大弯矩 28

2.3 应力校核 28

2.3.1 圆筒应力校核 28

2.3.2 裙座壳轴向应力校核 30

2.4 基础环结构设计及校核 31

2.4.1 基础环 31

2.4.2 地脚螺栓计算 32

2.4.3 肋板计算 32

2.4.4盖板计算 33

2.5 补强计算 34

2.5.1 塔顶蒸汽出孔 34

2.5.2 人孔的补强计算 35

2.5.3 进料管接管补强 36

第三章吊柱的强度计算 38

3.1 设计载荷 38

3.2 曲杆部分的校核 38

3.3 柱的校核 39

总结 41

参考文献 42

致谢 43

前言

塔设备是化工、石油、医药及环境保护等工业中广泛使用的重要生产设备。塔设备的基本功能是提供气、液两相充分接触的机会，使质、热两种传递过程能够迅速有效地进行；而且能使接触之后的气、液两相及时分开，互不夹带。因此，蒸馏和吸收操作可在同一设备中进行。

根据塔内气、液两相接触部件的结构型式，塔设备又可分为填料塔和板式塔两大类。填料塔和板式塔均可用于蒸馏、吸收等气-液传质过程，但在两者之间进行比较及合理选择时，必须考虑多方面因素，如与被处理物料性质、操作条件和塔的加工、维修等方面有关的因素等。填料塔内装有各式各样的固体填充物，即填料。填料是填料塔的核心内件，它为气-液两相接触进行传质和换热提供了表面，与塔的其他内件共同决定了填料塔的性能。液相由塔顶喷淋装置分布在填料层之上，靠重力的作用沿填料表面流下；气相则在压强差的推动下穿过填料的间隙，由塔的一端流向另一端。气、液两相在填料的润湿表面上进行充分接触，其组成沿塔高连续地变化。板式塔是一种逐级接触的气-液传质设备。塔内以塔板作为基本构件，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-液两相密切接触而进行传质与传热，两相的组分浓度沿塔高呈阶梯式变化。

目前在工业生产当中，在分离程度要求高、具有腐蚀性的物料、容易发泡的物料以及对于热敏性物料的蒸馏分离等情况下，宜选用填料塔。在塔内液体滞液量较大、液相负荷较小以及含固体颗粒等情况下，宜选用板式塔。蒸馏操作的规模往往较大，所需塔径常达一米以上，故采用板式塔居多；吸收操作的规模相对较小，故采用填料塔居多。

浮阀塔板的结构特点：在塔板上有若干个阀孔，每个阀孔上装有一个可以上下浮动的阀片，阀片本身连有几个阀腿，插入阀孔后将阀腿底脚拨转90°，以限制阀片升起的最大高度，并且防止阀片被气体吹走。阀片周边冲出几个略向下弯曲的定距片，当气速很低时，由于定距片的作用，阀片与塔板呈点接触而坐落于阀孔上，在一定程度上可以防止阀片与板面的粘连。操作时，由阀孔上升的气流经阀片与塔板间隙沿水平方向进入液层，随即增加了气液接触时间，浮阀开度随气体负荷而变，在低气量时，开度较小，气体仍能以足够的气速通过缝隙，避免过多的漏液；在高气量时，阀片自动浮起，开度增大，使气速不致于过大。浮阀塔板有生产能力大，操作弹性大，塔板效率高，塔板结构及安装较为简单、重量较轻、制造费用低等优点。然而其缺点就是：在气速较低时，仍有塔板漏液，故低气速时板效率有所下降；浮阀阀片有卡死和吹脱的可能，这会导致操作运转及检修的困难；塔板压力降较大，妨碍了它在高气相负荷及真空塔中的应用。

参考文献

[1] 姚玉英等.化工原理,下册.天津：天津大学出版社,1999.8.

[2] 《化工设备设计手册》编写组.金属设备,上册：上海人民出版社,1975.7.

[3] 《化工设备设计手册》编写组.金属设备,下册：上海人民出版社,1975.7.

[4] 《化工设备设计手册》编写组.材料与零部件,（上）：上海人民出版社,1973.8.

[5] 化学工业部设计技术中心站,广西大学.塔设备设计：上海科技技术出版社,1985.

[6] 石油化工技术参考资料.轻碳轻化合物数据手册,第一册，燃料部第五化工设计院,1971.

[7] 石油化工技术参考资料.轻碳轻化合物数据手册,第二册，燃料部第五化工设计院,1971.

[8] 《基础化学工程》编写组.基础化学工程,上海,上海科技技术出版社,1979.12.

[9] 北京化工研究院“板式塔”专题组.浮阀塔,北京：燃料化学工业出版社,1970.12.15.

[10] 天津大学基本有机化工教研室主编.基本有机化学工程,天津：人民教育出版社.

[11] 化工设备指导性技术文件TCED.化工设备图样技术要求,TCED41002-2000：全国化工设备技术中心站.2001.11.