典型设备设计

第一章 塔设备设计

1.1 塔设备设计依据

《压力容器》 GB150-2011 《固定式压力容器安全技术监察规程》 TSG 21-2016 《化工设备基础设计规定》 HG/T 203-2012 《石油化工塔器设计规范》 SH/T 3098-2011 《钢制化工容器结构设计规定》 HG/T 20583-2011 《塔顶吊柱》 G/T 21639-2005 《压力容器封头》 GB/T 25198-2010

1.2 塔设备概述

石化行业是国民经济中能耗较高的产业部门，其能耗占工业能耗接近1/5，占全国总能耗的14%左右。在目前占有工业能耗接近五分之一的石化行业中，较大的能耗主要来源于化学原料及化学制品制造业能耗、石油天然气开采业能耗、石油加工、炼焦及核燃料加工业能耗、橡胶制品业能耗。而在化工生产中，分离的能耗占主要部分，其中尤以精馏塔在分离设备中占有最大比例，因此，塔设计的好坏与否，对于整个工厂的经济效益有着很重要的作用。

所以在本设计中，对MTBE合成裂解联合车间中第二甲醇回收塔进行详细设计。

1.3塔型选择

精馏塔主要有板式塔和填料塔两种，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。

表1-1 精馏塔主要类型及特点

类 型 板 式 塔 每层板上装配有不同型式的气液接触元件或特殊结构，如筛结构特点 板、泡罩、浮阀等；塔内设置有多层塔板，进行气液接触 操作特点 气液逆流逐级接触 也可采用并流操作 大尺寸空塔气速较大，小尺寸空塔气速较小；低压时分离效率高，高空塔速度（亦即生产能力）压时分离效率低，传统填料效率较高，效率高且稳定；压降大，液设备性能 气比的适应范围大，持液量大，大尺寸压力降小，小尺寸压力降大；操作弹性小 要求液相喷淋量较大，持液量小，操作弹性大 直径在600mm以下的塔安装制造与维困难，安装程序较简单，检修清修 理容易，金属材料耗量大 造，但安装过程较为困难 修清理困难，可采用非金属材料制新型填料制备复杂，造价高，检低，新型乱堆及规整填料效率较高；散装填料，格栅、波纹板、脉冲等规整填料；填料为气液接触的基本元件 微分式接触，可采用逆流操作，填 料 塔 塔内设置有多层整砌或乱堆的填料，如拉西环、鲍尔环、鞍型填料等处理量大，操作弹性大，带适用场合 有污垢的物料，多用于传统蒸馏过程 处理强腐蚀性，液气比大，真空操作，要求压力降小的物料，多用于吸收等过程

类型选择时需要考虑多方面的因素，如物料性质、操作条件、塔设备的性能，以及塔的制造、安装、运转和维修等。对于真空精馏和常压精馏，通常填料塔塔效率优于板式塔，应优先考虑选用填料塔，其原因在于填料充分利用了塔内空间，提供的传质面积很大，使得汽液两相能够充分接触传质。而对于加压精馏，若没有特殊情况，一般不采用填料塔。这是因为填料塔的投资大，耐波动能力差。

同样，吸收过程也分为液膜控制、气膜控制和介于两者之间的共同控制吸收三种类型。气膜控制的吸收与真空精馏相似，应优先考虑选用高效规整填料塔；液膜控制的吸收与加压精馏相似，往往选用板式塔或汽液湍动大、持液量高的散装填料塔；介于两者之间的，宜采用比表面积大、持液量高、液相湍动大的填料塔，一般多采用散装填料塔。

具体来讲，应着重考虑以下几个方面： （1）与物性有关的因素

易起泡的物系，如处理量不大时，以选用填料塔为宜。因为填料能使泡沫破裂，在板式塔中则易引起液泛。

具有腐蚀性的介质，可选用填料塔。如必须用板式塔，宜选用结构简单、造价便宜的筛板塔盘、穿流式塔盘或舌形塔盘，以便及时更换。

具有热敏性的物料须减压操作，以防过热引起分解或聚合，故应选用压力降较小的塔型。

粘性较大的物系，可以选用大尺寸填料。板式塔的传质效率太差。 含有悬浮物的物料，应选择液流通道大的塔型，以板式塔为宜。 操作过程中有热效应的系统，用板式塔为宜。 （2）与操作条件有关的因素 若气相传质阻力大，宜采用填料塔。 大的液体负荷，可选用填料塔。

液气比波动的适应性，板式塔优于填料塔。

操作弹性，板式塔较填料塔大，其中以浮阀塔最大，泡罩塔次之。 （3）其他因素

对于多数情况，塔径大于800mm，宜用板式塔，小于800mm时，则可用填料塔。但也有例外，鲍尔环及某些新型规整填料在大塔中的使用效果也可优于板式塔。

一般填料塔比板式塔重。 大塔以板式塔造价较廉。

填料塔用于吸收和解吸过程，可以达到很好的传质效果，它具有通量大、阻力小、传质效率高等性能。因此实际过程中，吸收、解吸和气体洗涤过程绝大多

数都使用填料塔。

第二甲醇回收塔中，介质甲醇腐蚀性小，塔压为常压，操作条件下，物系不起泡且无悬浮物质，物系分离难度不大，充分考虑各物系特点等因素，最大化权衡塔的通量、分离效率、操作弹性造价、检修的难易程度等进行塔型的选取，最终确定第二甲醇回收塔为填料塔。

1.4 填料塔填料类型的选取

表1-2 常用填料的分类与名称

填料类型 拉西环形 环形 开孔环形 散堆填料 鞍形 环鞍形 其他新型 垂直波纹型 波纹型 水平波纹型 规整填料 非波纹型 珊格形 板片形 绕圈形

填料的几何特性数据主要包括比表面积、空隙率、填料因子等，是评价填料性能的基本参数。

（1） 比表面积单位体积填料的填料表面积称为比表面积，以a表示，其单位为m2/m3。填料的比表面积愈大，所提供的气液传质面积愈大。因此，比表面积是评价填料性能优劣的一个重要指标。

（2） 空隙率单位体积填料中的空隙体积称为空隙率，以ε表示，其单位为m3/m3，或以%表示。填料的空隙率越大，气体通过的能力越大且压降低。因此，空隙率是评价填料性能优劣的又一重要指标。

Spraypak，Panapak Glitsch Grid 压延金属板，多孔金属板 古德洛形，Hyperfil 鲍尔环，改进型鲍尔环，阶梯环 弧鞍形，矩鞍形，改进矩鞍形 金属环矩鞍形，金属双弧形，纳特环 塑料球形，花环形，麦勒环形 网波纹型，板波纹型 填料名称 拉西环，环，十字环，内螺旋环

（3）填料因子填料的比表面积与空隙率三次方的比值，即a/ε3，称为填料因子，以φ表示，其单位为1/m。它表示填料的流体力学性能，φ值越小，表明流动阻力越小。

通常情况下，散堆填料应用于小直径塔，而规整填料因为其规定了气、液流径，改善了气、液分布状况，在低压降下也能提供很大的比表面积和高空隙率使塔的传质性能和生产能力得到大幅提高，且规整填料几乎无放大效应，应用于大直径塔，可以强化传质，降低塔高。综合考虑各类型填料性能、造价及更换成本，对于T0105小直径塔我们选用CMR阶梯环填料，其锥形翻边不仅增加了填料的机械强度，而且使填料之间由线接触为主变成以点接触为主，这样不但增加了填料间的空隙，同时成为液体沿填料表面流动的汇集分散点，可以促进液膜的表面更新，有利于传质效率的提高，同时节约成本。

1.5塔设备详细设计计算（T0105）

T0105 第一甲醇回收塔为填料塔，操作介质为甲醇、水、二异丁烯，操作温度100℃，操作压力0.1Mpa，由Aspen模拟结果知，塔顶温度.33℃，塔底温度99.66℃，理论塔板数38，以下结合模拟数据对该塔进行详细计算。

1.5.1水力学参数的获取

由Aspen模拟得到塔内各板上气液相流量分布，取流量最大的30块塔板进行计算，其模拟得到结果如下：

表1-3 塔板水力学数据

Stage 30 液相体积流量/（m3/hr） 7.71 液相温度/℃ 81.30 气相体积流量/（m3/hr） 5959.51 气相温度/℃ 90. 液相分子量 液相质量流量 /（kg/hr） 87.03 气相质量流量 /（kg/hr） 4609.40 液相密度/（kg/m3） 气相分子量 21.81 23.19 841.66

气相密度/（kg/m3） 0.8

液相粘度/cP 0.3 气相粘度/cP 0.01 液相表面张力（mN/m） 51.77 表1-4散装填料特性数据

填料型号 填料规格 材质 比表面积m2/m3 152 空隙率 尺寸 Φ43×Φ38×H14×0.4 等板高度 0.4 CMR 填料因子m-1 95 NO-2P 体积密度m3/kg 230 金属 0.97 A 0.106 K 1.75 体积数量 33170 1.5.2填料塔工艺尺寸概算 （1）液泛气速和空塔气速

采用Bain-Hougen关联式，可以计算填料的泛点气速;

𝑢2𝐹𝑎𝜌𝑉0.2𝑊𝐿0.25𝜌𝑉0.125lg[2∙∙𝜇𝐿]=A−K∙()∙()

𝜀𝑔𝜌𝐿𝑊𝑉𝜌𝐿

将上表中各参数带入式中求得 𝑢𝐹=4.11𝑚/𝑠

泛点率的选择主要考虑一下两方面的因素，一是物性的发泡情况，对于易起 泡沫的物系，泛点率应取低限值，而无泡沫的物系，可以取较高的泛点率； 二是填料塔的操作压力，对于加压操作的塔，应取较高的泛点率，对于减压操作的塔，应取较低的泛点率。

取空塔气速为泛点气速的80%，即：

u=0.7𝑢𝐹=0.7×4.11=3.288𝑚/𝑠

(2)气相动能因子F与气相负荷因子Cs

F=u∙√𝜌𝑉=2.88 𝜌𝑉

Cs=u∙√=0.0995

𝜌𝐿 −𝜌𝑉

(3)塔径的计算

D=√

4𝑉4×5959.51𝑠

√==0.8𝑚 𝜋𝑢3.14×3600×3.288经圆整后取塔径为800mm。 塔的横截面积

𝜋𝐷2

S==0.5024 𝑚2

4(4)填料装填计算

等板高度取HETP=0.4m，理论板数NT=38块，则填料层高度：

Z=HETP∙(𝑁𝑇−2)=0.4×36=14.4 m

填料堆积设计高度：

𝑍′=1.5𝑍=1.5×14.4=21.6𝑚

填料装填体积：

V=𝑍′∙𝑆=21.6×0.5024=10.85 𝑚3

填料装填质量：

M=ρ∙𝑍′∙𝑆=230×10.85=2.5𝑡

(5)喷淋密度

𝑈𝑚𝑖𝑛=(𝐿𝑤)𝑚𝑖𝑛𝜎

润湿速率是指在塔的横截面上，单位长度的填料周边上液体的体积流量。对于直径不超过75mm的拉西环及其他填料，可取最小润湿速率（Lw）min为0.08𝑚3/(m∙h);对于直径大于75mm的环形填料，应取为0.12𝑚3/(𝑚∙ℎ)。

此塔填料是直径为38mm的金属阶梯环填料，所以取最小润湿速率0.08𝑚3/(m∙h)。

𝑈𝑚𝑖𝑛=(𝐿𝑤)𝑚𝑖𝑛𝜎=0.08×152=12.16𝑚3/(m∙h)

操作条件下的喷淋密度为：

𝑄𝐿7.7115.346𝑚3

U===>𝑈𝑚𝑖𝑛

𝑆0.5024m∙h经核算，选用塔径0.8m符合要求。 （6）塔板压降（湿填料压降） 纵坐标 𝑢∙

2

𝜑𝜀𝜌𝑉𝜇𝐿0.2

𝑔𝜌𝐿

=

3.2882×95×10009.81×841.66

×841.6×0.3350.2=0.091

0.8

𝜌𝑉0.5

𝐿

横坐标 𝑊∙(𝜌)𝑉

𝑊𝐿

=4609.40×√(841.66)=0.043 ∆𝑃

=91×9.81=2.71 𝑃𝑎/𝑚 𝑍87.030.8

查埃克特通用关联图可知

所以工作状态下，填料层总压降：

∆P=2.71×21.6=19282.5Pa

(7)持液量

填料层的持液量是指在一定操作条件下，在单位体积填料层内所积存的液体 体积，以（m3液体/m3填料，%） 表示，持液量可分为静持液量、动持液量和总持液量，总持液量是指在一定操作条件下存留于填料层中的液体的总量，即总持液量为动静持液量之和。

关于持液量的计算既可由实验测定，也有相关的经验公式，本塔选用金属阶梯环作为填料，所以去持液量为3-5%。

1.5.3设计水力学校核

利用CUP-TOWER对设计进行水力学校核，

图1-1 CUP-TOWER校核结果

结果如下页表中所示，塔顶和塔顶的操作条件都在填料塔全负荷的80%左右，气体动能因子在经济适宜的F范围内， 喷淋密度符合范围之内，填料层总压降为15.2kPa，持液量6.3%。软件计算结果与手动计算结果相似，进一步验证了计算过程与结果的正确性，设计是合理的。

T0105的流体力学校核结果如下表所示：

表1-5 流体力学校核结果

基本信息 1 2 3 4 5 6 项目名称 客户名称 项目号 装置名称 塔的名称 塔段号 7 8 9 塔板名称 计算人 校核人 CMR阶梯环 2018/6/9 10 日期 11 12 说明 工艺设计条件 液相 1 2 3 质量流量 密度 粘度 kg/h kg/m3 cp 87.03 4 841.66 0.30 5 6 质量流量 密度 体系性质 气相 kg/h kg/m3 不起泡体系 4609.40 0.90 1.00 塔的结构参数 1 2 3 4 5 6 7 填料种类 材料 尺寸 厚度 填料因子 干填料因子 堆积密度 / / mm mm m-1 m-1 kg/m3 CMR阶梯环 金属 0.4000 8 9 塔径 床层高度 m m m2/m3 % #/m3 / 0.80 21.60 151 97.00 80000.00 1.50 705.5000 6.3020 15.3412 0.0000 32.40 38.0000 10 11 比表面积 95.0000 12 空隙率 22.0000 13 堆积个数 234.0000 14 每米理论级数 工艺计算参数 1 2 3 4 5 6 液泛分率 空塔气速 泛点气速 气体动能因子 气体负荷因子 流动参数 % m/s m/s Pa^0.5 m/s / 0.05 83.2000 7 2.8320 3.4050 2.6870 0.0930 0.0460 8 9 填料层总压降 单位填料层压降 持液量 10 液体喷淋密度 11 最低喷淋密度 12 理论级数 Pa Pa/m m3/m3 m3/(m2.h) m3/(m2.h) / 操作负荷性能图 1 操作点横坐标

2 3 4 操作点纵坐标 操作上限百分比 操作下限百分比 0.08 120% 70%

备注：

1.5.4塔体附件设计 （1）接管 ①进料管：

原料进料质量W=4711.797 kg/hr，密度V=5.532 m3/hr，取流速u=2m/s，则：

4𝑉𝑠d=√=31.3𝑚𝑚

𝜋∙𝑢𝑣

选取DN=32mm, 规格为Φ42×5mm的热轧无缝钢管 实际流速: u=0.785∙𝜌∙𝑑2=1.91𝑚/𝑠 ②塔顶蒸汽接管：

取塔顶蒸汽流速uv=20m/s，根据Aspen模拟数据可知，塔顶气相体积流量Vs=40.72 m3/hr，则：

d=√

4𝑉𝑠

=310𝑚𝑚 𝜋∙𝑢𝑣

𝑊

选取DN=350mm，规格为Φ356×22mm的热轧无缝钢管

𝑆

实际流速：u=0.785∙𝑑2=19.78𝑚/𝑠

𝑉

③塔底流出管：

取釜液流出速率uL=1.5m/s，根据Aspen数据VL=6.29m3/hr 则管径：

4𝑉𝐿

d=√=38.5𝑚𝑚

𝜋∙𝑢𝐿

选取DN=40mm，规格为Φ45×3mm的热轧无缝钢管

𝑆

实际流速：u=0.785∙𝑑=1.46𝑚/𝑠 2𝑉

④塔顶回流管直径

取回流液体流速为ul=0.5m/s，液相体积流量为L=4.46 m3/h 则管径：

4𝑉𝐿

d=√=56.1𝑚𝑚

𝜋∙𝑢𝐿

选取DN=65mm，规格为Φ76×10mm的热轧无缝钢管 ⑤裙座

塔体内径Di=800,取裙座壁厚14mm，选用圆筒形裙座。 基础环内径𝐷𝑏𝑖=(800+2×14)−0.3×800=588𝑚𝑚 基础环外径𝐷𝑏0=(800+2×14)+0.3×800=1068𝑚𝑚 （2）筒体和封头设计

本塔设备设计压力0.11Mpa，设计温度120℃，介质无腐蚀性，选用一般碳钢Q235B。综合考虑力学性能及制造成本，封头选取标准椭圆形封头。

①筒体：

𝑃∙𝐷𝑖0.11×800

δ===0.4𝑚𝑚

2∙𝜎𝑡∙𝜑−𝑃2×110×1−0.11小于碳素钢和低合金钢制容器最小厚度3mm，取腐蚀裕量C2=1mm， 考虑常压容器制造、运输、安装时的刚度要求，取名义壁厚：

𝛿𝑛=𝛿𝑚𝑖𝑛+𝐶2+∆=8𝑚𝑚 (𝛿𝑚𝑖𝑛−δ>𝐶1=0.3mm)

②上封头Q:

δ=

𝑃∙𝐷𝑖0.11×800

==0.4𝑚𝑚

2∙𝜎𝑡∙𝜑−𝑃2×110×1−0.11对于标准椭圆封头，其最大薄膜应力位于椭球顶点，其厚度可与筒体取一致，以减弱应力集中。因此，取

𝛿𝑛=𝛿𝑚𝑖𝑛+𝐶2+∆=8𝑚𝑚

③下封头：

计算过程同上封头，𝛿𝑛=𝛿𝑚𝑖𝑛+𝐶2+∆=8𝑚𝑚 1.5.5填料塔内件的设计 ①液体分布装置

不良的流体初始分布难以达到填料层的自然流分布，会导致传递效率急剧下降，实践证明，没有良好的液体分布器，填料塔甚至不可能正常操作，新型高效填料的优越性难以发挥。性质优良的液体分布器除了常规的技术经济要求外，还必须满足操作的可行性、分布的均匀性、合适的操作，弹性和足够的气流通道。

选用管式再分布器，其特点是结构简单，供气体流过的自由截面积大，阻力小。

②填料支撑装置

填料支撑装置的作用是支撑塔内填料床层。常用的填料支撑装置有栅板型，孔管型，驼峰型等。

在填料塔的工程设计中，对填料支撑装置的基本要求是：应具有足够的强度和刚度，能承受填料的质量、填料层的持液量以及操作中附加的压力等；应具有大于填料层空隙率的开孔率，防止在此首先发生液泛，进而导致整个填料层的液泛；结构要合理，利于汽液两相均匀分布，阻力小，便于拆装。

此塔填料为散装填料，所以最终选用驼峰型填料支撑装置。 ③填料压紧装置

为防止在高压力降下、瞬时符合波动等情况下填料床层发生松动和跳动，保持填料床层均匀一致的空隙结构，使操作正常稳定，在填料装填后于其上方要安装填料压紧装置。

填料压紧装置分为填料压板和床层两大类，其中床层板用于金属散装填料。塑料散装填料及所有规整填料。

④液体收集再分布装置

液体沿填料层向下流动时，有偏向塔壁流动的现象，这种现象称为壁流。壁流将导致填料层内汽液分布不均，使传质效率下降。为减少壁流现象，可间隔一定高度在填料层内设置液体在分布器。

选用槽盘式液体分布器，因为其具有集液和分液的功能，故槽盘式液体分布器是优良的液体收集及再分布装置。

1.5.6 SW6校核结果

上封头校核计算 计算所依据的标准 计算条件 计算压力 pc 设计温度 t 内径 Di 曲面深度 hi 材料 设计温度许用应力  试验温度许用应力  负偏差 C1 腐蚀裕量 C2 焊接接头系数  压力试验类型 试验压力值 t计算单位 中航一集团航空动力控制系统研究所 GB/T 150.3-2011 椭圆封头简图 0.15 120.00 800.00 200.00 Q235-B (板材) 111.00 116.00 0.30 1.00 1.00 MPa  C mm mm MPa MPa mm mm 压力试验时应力校核 液压试验 pT = 1.25p[]t= 0.1437 (或由用户输入) []MPa MPa MPa 压力试验允许通过的应力t T 0.90 ReL = 211.50 试验压力下封头的应力 校核条件 校核结果 T = pT.(KDi0.5eh)= 8.62 2eh.T T 合格 厚度及重量计算 形状系数 21D i K = 2= 1.000062hi

计算厚度 有效厚度 最小厚度 名义厚度 结论 重量 KpcDi h = 2[]t0.5p = 0. cmm mm mm mm Kg eh =nh - C1- C2= 6.70 min = 3.00 nh = 8.00 满足最小厚度要求 47.13 压 力 计 算 最大允许工作压力 结论

下封头校核计算 2[]teh [pw]== 1.85150 KDi0.5eh 合格 计算单位 MPa 中航一集团航空动力控制系统研究所 GB/T 150.3-2011 椭圆封头简图 计算所依据的标准 计算条件 计算压力 pc 设计温度 t 内径 Di 曲面深度 hi 材料 设计温度许用应力  试验温度许用应力  负偏差 C1 腐蚀裕量 C2 焊接接头系数  压力试验类型 试验压力值 t 0.11 120.00 800.00 200.00 Q235-B (板材) 111.00 116.00 0.30 1.00 1.00 MPa  C mm mm MPa MPa mm mm 压力试验时应力校核 液压试验 pT = 1.25p[]t= 0.1437 (或由用户输入) []MPa MPa MPa 压力试验允许通过的应力t T 0.90 ReL = 211.50 试验压力下封头的应力 校核条件 校核结果 T = pT.(KDi0.5eh)= 8.62 2eh.T T 合格 厚度及重量计算 形状系数 21D i K = 2= 1.000062hi计算厚度 有效厚度 KpcDi h = 2[]t0.5p = 0.40 cmm mm eh =nh - C1- C2= 6.70

最小厚度 名义厚度 结论 重量 min = 3.00 nh = 8.00 满足最小厚度要求 47.13 压 力 计 算 mm mm Kg 最大允许工作压力 结论

2[]teh [pw]== 1.85150 KDi0.5eh 合格 MPa

塔 设 备 校 核 计 算 单 位 中航一集团航空动力控制系统研究所 计算依据：NB/T 47041-2014 计 算 条 件 塔 型 容 器 分 段 数（不 包 括 裙 座） 压 力 试 验 类 型 封头 材料名称 名义厚度(mm) 腐蚀裕量(mm) 焊接接头系数 封头形状 上 封 头 填料 1 液压 下 封 头 Q235-B 8 1 1 ? 内径/外径(mm) Q235-B 8 1 1 椭圆形 材料名称(即钢号) 圆筒 设计压力(Mpa) 设计温度(℃) 长度(mm) 名义厚度(mm) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0.11 120 头系数 21600 环向焊接接头系数 8 外压计算长度(mm) 800 (Mpa) Q235-B 圆筒 腐蚀裕量(mm) 纵向焊接接1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 试验压力(立) 试验压力(卧)(Mpa) 1 1 1 0 0.1437 0.1437

内 件 及 偏 心 载 荷 介 质 密 度 kg/m3 mm mm mm mm mm kg/m3 kg mm 1 10700 5000 1 2 100 10700 2 3 22100 100 3 4 26600 22100 0 0 4 5 5 塔 釜 液 面 离 焊 接 接 头 的 高 度 mm 塔 板 分 段 数 塔 板 型 式 塔 板 层 数 每 层 塔 板 上 积 液 厚 度 最 高 一 层 塔 板 高 度 最 低 一 层 塔 板 高 度 填 料 分 段 数 填 料 顶 部 高 度 填 料 底 部 高 度 填 料 密 度 集 中 载 荷 数 集 中 载 荷 集 中 载 荷 高 度 0.004 1 0.004 2 塔 器 附 件 及 基 础 0.004 3 0.004 4 N/m2 5 集 中 载 荷 中 心 至 容 器 中 m心线 距 离 m 集 中 载 荷 方 位 角 塔 器 附 件 质 量 计 算 系 数 基 础 高 度 塔 器 保 温 层 厚 度 裙 座 防 火 层 厚 度 管 线 保 温 层 厚 度 1.2 基 本 风 压 保 温 层 密 度 防 火 层 密 度 最 大 管 线 外 径 700 3m 0 m m 0 m m 0 m m 0 m kg/m 0 kg/m 0 mm 0 3笼 式 扶 梯 与 最 大 管 线 的 相 对 90

位 置 场 地 土 类 型 地 震 设 防 烈 度 地震影响系数最大值 max I1 低于7度 3.285e-66 0 场 地 土 粗 糙 度 类 别 设 计 地 震 分 组 阻 尼 比 平 台 宽 度 塔 器 上 最 低 平 台 高 度 阻 尼 比(检修工况) 管道力 1 2 6 7 8 3 A 第一组 0.01 塔 器 上 平 台 总 个 数 塔 器 上 最 高 平 台 高 度 管 道 力 方 向 管 道 力 大 小 mm 0 mm 0 0.01 4 9 10 5 m 0 m N 管 道 力 到 容 器 中 心 线 m (或 基 础)的 距 离 m 管 道 力 方 位 角 管 道 力 方 向 管 道 力 大 小 N 管 道 力 到 容 器 中 心 线 m (或 基 础)的 距 离 m 管 道 力 方 位 角

裙 座 裙 座 结 构 形 式 裙 座 与 壳 体 连 接 形 式 裙 座 材 料 名 称 裙 座 腐 蚀 裕 量 裙 座 材 料 许 用 应 力 裙座与筒体连接段的材料 裙座与筒体连接段长度 mm mm MPa 圆筒形 对接 Q235-B 2 111 Q235-B 150 裙 座 底 部 截 面 内 径 裙 座 高 度 裙 座 设 计 温 度 裙 座 名 义 厚 度 mm mm mm 800 5000 ℃ 120 14 裙座与筒体连接段在设MPa 111 计温度下许用应力 裙 座 较 大 孔 中 心 高 度 裙 座 上 较 大 孔 引 出 管 厚 度 mm mm 900 裙 座 上 同 一 高 度 处 较 大 孔 个 2 数 裙 座 上 较 大 孔 引 出 管 内 m径（或 宽 度） m 裙座上较大孔引出管长度 mm 406 250 10

地 脚 螺 栓 及 地 脚 螺 栓 座 地 脚 螺 栓 材 料 名 称 地 脚 螺 栓 个 数 全 部 筋 板 块 数 筋 板 内 侧 间 距 筋 板 厚 度 盖 板 类 型 盖 板 厚 度 垫 板 垫 板 厚 度 基 础 环 板 外 径 基 础 环 板 名 义 厚 度 Q345 mm mm mm mm mm mm 8 0 70 12 整块 16 有 12 974 0 地 脚 螺 栓 材 料 许 用 应 MP力 a 地 脚 螺 栓 公 称 直 径 mm 170 24 0 100 40 0 27 50 6 相 邻 筋 板 最 大 外 侧 间 m距 m 筋 板 宽 度 mm 盖 板 上 地 脚 螺 栓 孔 直 m径 m 盖 板 宽 度 mm 垫 板 上 地 脚 螺 栓 孔 直 m径 m 垫 板 宽 度 基 础 环 板 内 径 mm mm 注：基础环厚度不得小于 16 毫米

第二章 换热器设计

2.1换热器的概述

换热器是实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备，其吨位约占整个工艺设备的20%~30%。换热器的类型很多，按工艺功能可分为加热器、冷却器、冷凝器、再沸器、蒸发器和废热锅炉等。依据传热原理和实现热交换的方法，换热器可分为间壁式、混合式和蓄热式三类，其中以间壁式换热器应用最普遍。

2.2 选型依据

《浮头式换热器和冷凝器型式与基本参数》 JB/T 4714—92 《固定管板式换热器型式与基本参数》 JB/T 4715—92 《立式热虹吸式重沸器型式与基本参数》 JB/T 4716—92 《热交换器》 GB 151-2014

2.3 选型计算

以E0206为例进行换热器的选型 2.3.1设计条件的确定

表2-1 设计条件表

艺参数 介质 质量流量（kg/s） 进口温度（℃） 出口温度（℃） 进口力（bar） 出口压力（bar） 壳程 Air 1. 25 35 1 0.84 管程 To Condenser@T302_TO_34 6.15 .3 61.7 0.9 0.791 由表可知该换热器的壳程工作温度为25-35℃，管程的工作温度为61.7-.3℃，低温端温差大于20℃，符合本项目最经济温差。这里取壳程设计温度为40℃，管程设计温度为70℃。

【1】换热器类型选择：此换热器的高温端和低温端的温差都小于70℃，因为固定管板式换热器具有结构简单，制造成本低，所以选择固定管板式换热器。

【2】换热器走向选择：To Condenser@T302_TO_34的工艺物流成分比较多，较脏，容易结垢，且温度比较高，因此选择走管程。公用工程空气组分少，比较干净，因此选择走壳程。

【3】换热器材料选择：根据工艺参数和物性数据可得，管程温度较高选择

16Mn，壳程的温度、压力等条件都比较适中，因此选择Q345R

2.3.2 导入EDR进行换热器的设计

EDR数据输入：将流股信息、允许压力、污垢系数等数据导入EDR。

2.3.3 换热器结构参数的选择

根据EDR初步设计结果，选择其中较为合理的一组。

结合JB/T 4715-92规定，对于固定管板式换热器，常用换热管内径有19mm和25mm，根据生产成本以及该换热器实际换热需求，选择换热管内径为19mm，管厚2mm。

根据初步设计换热面积大小，壳程直径选择公称直径（内径）为900mm，壁厚取10mm，换热管长度为2000mm，换热管数为988根。

选择换热管排列方式为常用的正三角形，根据JB/T 4715-92，管心距为25mm。 选择折流板形式为单弓形折流板，根据JB/T 4715-92，选择折流板间距为200mm。则折流板数为7，圆缺率取45%。

换热器尺寸经圆整后如图所示：

2.3.4换热器选型结果

由上述计算结果可以看到，换热器换热面积为113.6m2；壳程压降为0.035bar，管程压降为0.035bar，压降均可接受范围内。参考化工工艺手册（下册），得E0206的型号为BGM900-0.6-24.9-2/19-2I。

第三章 泵的选型

物料组成：甲醇、二异丁烯、水、MTBE； 物料状态：24.9℃，1.4bar； 物料性质：密度ρ=851.73Kg/m3；

回流量：Q=5.532m3/h，μ=0.000711Pa·s。

为确定回流泵所需扬程 H，根据伯努利方程，对回流罐内的液面与甲醇回收塔T0105 进口处的管截面，建立机械能衡算式：

H=Hg+Hp+∑Hf

其中，Hg为两截面处位压头之差，Hp为两截面处静压头之差，∑Hf为直管阻力，管件、阀门局部阻力以及流体流经设备的阻力之和。

取进口流速 0.85m/s，可计算得管径如下：

4∙𝑄4×5.532

√√d===48𝑚𝑚

𝜋∙𝑢3.14×0.85×3600根据 GB/T17395-2008，应选择公称直径为 40mm，外径为60mm，壁厚为6mm 的管道，对此，进行流速校核如下：

4𝑄4×5.532

u===0.85𝑚/𝑠

𝜋∙𝑑23600×3.14×0.0482可得：进口流速取0.85m/s 合理。 雷诺数为 𝑅𝑒=

𝑑𝑢𝜌𝜇

=

0.048×0.85×851.73

0.000711

=4.×105

对于无缝钢管，绝对粗糙度 e 取 0.5mm，于是有 ε=𝑑=

𝑒

0.8

=0.0104

根据雷诺数及相对粗糙度，查莫迪图可得管流摩擦系数 λ 取值为 0.041。 泵进出口流速相等，泵进出口两端压力相等，该泵需要要物料输送至 17.05m 高的进料板，根据车间位置布置，管本身长度为3m。因泵出口装有止回阀，加 上个设备入口均装有各类控制阀，参考阀门阻力系数后，粗略估计阀门总阻力系 数取 11.38，于是有

𝜆𝑢2𝑙𝑢20.041×0.85230.852∑𝐻𝑓=×+𝜉×=×+11.38×=5.04𝑚

2𝑑220.0482

H=17.05+∑𝐻𝑓=22.09𝑚

取安全系数为 1.1，有

Hε=1.1H=1.1×22.09=24.299m

流量取安全系数为 1.1，可得校正后的流量为

Qε=1.1Q=1.1×5.532=6.09𝑚3/h

使用智能选泵软件进行选型，结果如下：

表3-1选型结果表

扬程 流量 m 12.73 L/s 1.5 水泵运行 型号 台数 IH50-32-200 2 方式 串联 电动机功率 Kw 1.5 设备位号 P0107 设备名称 第一甲醇塔进料泵 所选泵的安装信息如下图所示：

图3-1 安装信息图