中石化四川維尼綸廠

年產(chǎn)33萬(wàn)噸醋酸乙烯工藝項(xiàng)目

核備運(yùn)型馬筱計(jì)說(shuō)颯不

廣東石油化工學(xué)院酯為烯煥團(tuán)隊(duì)

人員：眈洪派、刻楮髯、柯蜜麥、友卓銘、左住燧

指導(dǎo)敖師：院釋、黃匏者

2019“東華科技-恒逸石化杯”

第十三屆全國(guó)大學(xué)生化工設(shè)計(jì)競(jìng)賽

中石化四川維尼綸廠

年產(chǎn)33萬(wàn)噸醋酸乙烯工藝項(xiàng)目

筱備逡型S筱必說(shuō)明書

參賽學(xué)校：廣東石油化工學(xué)院

參賽團(tuán)隊(duì)：酯為烯怏團(tuán)隊(duì)

參賽隊(duì)員：陳洪派、劉培鋒、柯煮友

莊卓銘、莊佳璇

指導(dǎo)老師：陳輝、黃燕青

完成時(shí)間：2019.3-2019.7

中石化四川維尼綸廠33萬(wàn)噸/年醋酸乙烯工藝項(xiàng)目設(shè)備選型與設(shè)計(jì)說(shuō)明”

目錄

第1章塔設(shè)備的選型與設(shè)計(jì).......................................1

1.1.塔設(shè)備設(shè)計(jì)依據(jù)............................................1

1.2.塔設(shè)備設(shè)計(jì)要求...........................................2

1.3.塔設(shè)備類型的選擇.........................................2

131.塔設(shè)備類型的比較......................................2

1.32塔設(shè)備類型的影響因素.................................3

133.塔設(shè)備類型的初選......................................6

1.3.4,板式塔分類及具體選擇.................................6

1.3.5,填料塔分類及具體選擇.................................9

1.4.設(shè)備選型方案............................................11

15塔設(shè)備主要結(jié)構(gòu)尺寸......................................11

151.塔板間距............................................11

152.塔的頂部、底部空間及裙座高度.......................12

1.6.塔設(shè)備選型結(jié)果...........................................13

1.7,塔設(shè)備設(shè)計(jì)與校核（以T0102冷凝塔為例）.................13

171.塔設(shè)備設(shè)計(jì)方法說(shuō)明..................................13

172.塔內(nèi)件設(shè)計(jì)示例（以T0102冷凝塔為例）..............14

1.7.3.T0102冷凝塔工藝尺寸設(shè)計(jì)............................20

1.8.設(shè)備條件圖...............................................65

1.9.塔設(shè)備選型一覽表........................................66

第2章?lián)Q熱器的選型和設(shè)計(jì)......................................68

2.1.概述.....................................................68

22主要分類及特點(diǎn)..........................................68

2.2.1.主要分類.............................................68

2.2.2,特點(diǎn).................................................69

2.3.換熱器選型...............................................70

231.換熱器選型基本原則..................................70

2.3.2,選型步驟.............................................73

廣東石油化工學(xué)院i酯為烯塊團(tuán)隊(duì)

中石化四川維尼綸廠33萬(wàn)噸/年醋酸乙烯工藝項(xiàng)目設(shè)備選型與設(shè)計(jì)說(shuō)明書

2.4.換熱器的具體設(shè)計(jì)(以E0209為例).......................74

2.4.1.選型用軟件...........................................74

2.4.2.換熱器工藝參數(shù).......................................74

2.4.3.換熱器選型設(shè)計(jì).......................................77

25設(shè)備條件圖..............................................119

2.6.換熱器選型一覽表.......................................120

第3章反應(yīng)器的選型與設(shè)計(jì).....................................123

3.1,反應(yīng)器設(shè)計(jì)依據(jù)..........................................123

32反應(yīng)器的選擇............................................123

3.2.1,反應(yīng)器分類..........................................123

3.2.2,固定床反應(yīng)器分類....................................124

3.3,列管式固定床反應(yīng)器的設(shè)計(jì)...............................125

3.3.1,催化劑的選定........................................125

3.3.2,反應(yīng)方程式及動(dòng)力學(xué)..................................126

3.3.3,新型組合式固定床反應(yīng)器.............................127

3.3.4,設(shè)備內(nèi)介質(zhì)名稱及組成及物料衡算.....................129

3.3.5.反應(yīng)條件............................................13()

3.3.6,催化劑填充量........................................131

3.3.7.催化劑填充高度......................................131

3.3.8,反應(yīng)器列管數(shù)及尺寸..................................131

3.3.9,反應(yīng)器床層壓降......................................132

3.3.10,反應(yīng)器殼體厚度.....................................133

3311.氣壓試驗(yàn)............................................133

儲(chǔ)12封頭................................................134

3313.接管................................................134

3.3.14.反應(yīng)器內(nèi)部件.......................................135

3.3,15,支座................................................135

3.3.16,反應(yīng)器高度.........................................136

3.4,反應(yīng)器設(shè)計(jì)結(jié)果..........................................136

3.5.反應(yīng)器強(qiáng)度校核..........................................138

廣東石油化工學(xué)院2酯為烯煥團(tuán)隊(duì)

中石化四川維尼綸廠33萬(wàn)噸/年醋酸乙烯工藝項(xiàng)目設(shè)備選型與設(shè)計(jì)說(shuō)明書

36設(shè)備條件圖..............................................17()

3.7.反應(yīng)器設(shè)計(jì)一覽表.......................................171

第4章泵的選型和設(shè)計(jì)..........................................172

4.1.泵設(shè)備的介紹............................................172

4.1.1.概述................................................172

4.1.2.泵類型及特點(diǎn)........................................173

4.2.泵設(shè)備選型原則..........................................174

4.3.泵的選型................................................176

4.3.1.選型計(jì)算示例........................................176

4.3.2.利用選泵軟件進(jìn)行選型................................177

4.4,泵選型結(jié)果一覽表.......................................182

第5章壓縮機(jī)選型..............................................186

5.1,選型依據(jù)................................................186

5.2.主要分類................................................186

5.3.適用范恒................................................188

54壓縮機(jī)選型..............................................189

5.4.1.壓縮機(jī)工藝參數(shù).....................................189

5.42C0201選型實(shí)例(以C0201為例)....................189

55壓縮機(jī)選型結(jié)果一覽.....................................190

第6章儲(chǔ)罐、叵流罐、緩沖罐的選型.............................191

6.1.選型依據(jù)................................................191

6.2.概述....................................................191

6.3.儲(chǔ)罐系列................................................192

64.選型原貝1.......................................................................................193

65原料儲(chǔ)罐的選型..........................................194

6.5.1,乙煥................................................194

6.5.2,醋酸................................................195

6.5.3,選型結(jié)果............................................196

6.5.4,原料儲(chǔ)罐選型一覽表..................................197

6.6.產(chǎn)品儲(chǔ)罐的選型..........................................198

廣東石油化工學(xué)院3酯為烯煥團(tuán)隊(duì)

中石化四川維尼綸廠33萬(wàn)噸/年醋酸乙烯工藝項(xiàng)目設(shè)備選型與設(shè)計(jì)說(shuō)明書

6.6.1,醋酸乙烯酯..........................................198

6.6.2.乙醛................................................199

6.6.3.醋酸................................................200

6.6.4,產(chǎn)品儲(chǔ)罐選型一覽表.................................202

6.7.回流罐的選型...........................................203

6.7.1.T0201回流罐.......................................203

6.7.2.T0204回流罐.......................................203

6.7.3.T0206回流罐.......................................203

6.7.4.T0208-B回流罐.....................................203

6.7.5.V0202液液分相罐...................................204

6.7.6,回流罐選型一覽表....................................205

6.8.緩沖罐選型.............................................206

6.8.1,醋酸進(jìn)料緩沖罐（V0101）............................206

6.8.2,緩沖罐選型結(jié)果......................................206

69氣液分離罐V0212的選型................................208

6.10,氣液分離罐V0213的選型................................209

611.球罐強(qiáng)度校核結(jié)果.......................................211

6.12.罐的選型一覽表.........................................221

第7章管道的選型設(shè)計(jì).........................................226

7.L概述....................................................226

72選型依據(jù)................................................226

7.3.管道設(shè)計(jì)要求...........................................227

74管道選型方法...........................................227

741管道流速的確定......................................227

7.4.2.管道管徑的確定.....................................228

7.4.3,公稱直徑及管道壁厚的確定...........................229

7.5.管道選型結(jié)果一覽表.....................................231

7.5.1.醋酸乙烯反應(yīng)單元管道選型..........................231

7.52精制分離單元管道選型...............................235

廣東石油化工學(xué)院4酯為烯煥團(tuán)隊(duì)

中石化四川維尼綸廠33萬(wàn)噸/年醋酸乙烯工藝項(xiàng)目設(shè)備選型與設(shè)計(jì)說(shuō)明”

第1章塔設(shè)備的選型與設(shè)計(jì)

塔設(shè)備是化工、石油化工和煉油等生產(chǎn)中最重要的設(shè)備之一，它可以使氣(或

汽)液或液液相之間進(jìn)行緊密接觸，達(dá)到良好的相際傳質(zhì)及傳熱的目的。化工生

產(chǎn)中常見(jiàn)的單元操作有：精儲(chǔ)、吸收、解吸和萃取等。此外，工業(yè)氣體的冷卻與

回收、氣體的濕法凈制和干燥，以及兼有氣液兩相傳質(zhì)和傳熱的增濕和減濕等效

果。

本項(xiàng)目為中石化四川維尼綸廠年產(chǎn)3()萬(wàn)噸醋酸乙烯項(xiàng)目，該項(xiàng)目所涉及的

塔設(shè)備共13座，其中板式塔10座，填料塔3座，本項(xiàng)目借助AspenPlusV9.0

軟件獲得塔設(shè)備水力學(xué)數(shù)據(jù)，并對(duì)塔設(shè)備進(jìn)行交互尺寸設(shè)計(jì)及水力學(xué)校核，使用

全國(guó)化工設(shè)備設(shè)計(jì)中心站研發(fā)的SW6軟件對(duì)塔設(shè)備進(jìn)行機(jī)械強(qiáng)度校核。

1.1.塔設(shè)備設(shè)計(jì)依據(jù)

本項(xiàng)目涉及的塔設(shè)備眾多，且各種各樣的塔設(shè)備所涉及的功能也有所不同，

故從多方面考慮對(duì)塔設(shè)備做出選擇、設(shè)計(jì)以及規(guī)定，參考的依據(jù)如表1-1所示。

表塔設(shè)備設(shè)計(jì)依據(jù)一覽表

設(shè)計(jì)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)號(hào)

《壓力容器》

《塔器設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》

《石油化工塔盤技術(shù)規(guī)范》

《壓力容器封頭》

《鋼制人孔和手孔的類型與技術(shù)條件》

《化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)規(guī)定》

《鋼制化工容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)規(guī)定》

《鋼制化工容器材料選用規(guī)定》

《鋼制化工容器強(qiáng)度計(jì)算規(guī)定》

廣東石油化工學(xué)院酯為烯煥團(tuán)隊(duì)

中石化四川維尼綸廠33萬(wàn)噸/年醋酸乙烯工藝項(xiàng)目設(shè)備選型與設(shè)計(jì)說(shuō)明”

《鋼制化工容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)定》HG/T20583-2011

《鋼制化工容器制造技術(shù)要求》HG/T20584-2011

《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2010

《建筑結(jié)構(gòu)載荷規(guī)范》GB50009-2012

1.2.塔設(shè)備設(shè)計(jì)要求

作為主要用于傳質(zhì)過(guò)程的塔設(shè)備，首先必須使氣液兩相能充分接觸，以獲得

較高的傳質(zhì)效率。此外.為滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要，塔設(shè)備還得考慮下列各項(xiàng)要求：

（1）生產(chǎn)能力大。在較大的氣（汽）液流速下，仍不致發(fā)生大量的霧沫夾

帶、攔液、或液泛等破壞正常操作的現(xiàn)象；

（2）操作穩(wěn)定、彈性大。當(dāng)塔設(shè)備的氣（汽）液負(fù)荷量有較大波動(dòng)時(shí)，仍

能在較高的傳質(zhì)效率下進(jìn)行穩(wěn)定的操作，并且塔沒(méi)備應(yīng)保證能長(zhǎng)期穩(wěn)定操作；

（3）流體流動(dòng)的阻力小，即流體通過(guò)塔設(shè)備的壓降小。這將大大節(jié)省生產(chǎn)

中的動(dòng)力消耗，以降低正常操作費(fèi)用。對(duì)于減壓蒸錨操作，較大的壓力降還將使

系統(tǒng)無(wú)法維持必要的真空度；

（4）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、材料耗用量小，制造和安裝容易。這可以減少基建過(guò)程中

的投資費(fèi)用；

（5）耐腐蝕和不易堵塞，方便操作、調(diào)節(jié)和檢修。

1.3.塔設(shè)備類型的選擇

1.3.1.塔設(shè)備類型的比較

現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)應(yīng)用的塔設(shè)備主要有板式塔和填料塔兩種，但二者各有優(yōu)玦點(diǎn),

需要進(jìn)行較為詳細(xì)的分析。所以，本項(xiàng)目需要根據(jù)兩種塔設(shè)備不同的特點(diǎn)進(jìn)行塔

設(shè)備的選型，選擇一種合適的塔設(shè)備類型來(lái)滿足化工生產(chǎn)的要求。

故本項(xiàng)目依據(jù)塔設(shè)備的操作性能、成本費(fèi)用等諸多方面考慮做出以下比較，

如表1-2所示。

廣東石油化工學(xué)院2酯為烯煥團(tuán)隊(duì)

中石化四川維尼綸廠33萬(wàn)噸/年醋酸乙烯工藝項(xiàng)目設(shè)備選型與設(shè)計(jì)說(shuō)明書

表1?2板式塔與填料塔對(duì)比一覽表

填料塔

項(xiàng)目板式塔

分散填料規(guī)整填料

壓力降較大較小較前兩者小

空塔氣速較大大較前兩者大

較前兩者高，對(duì)大直

塔效率較穩(wěn)定，效率較高塔徑小、效率高

徑塔無(wú)放大效應(yīng)

對(duì)液體噴淋量有一定

液氣比試用范圍較大試用范圍較大

要求

持液量較大較小較小

材質(zhì)要求金屬材料非金屬抗腐蝕材料各類材料

安裝要求較容易較困難適中

一般比板式塔便宜，直

造價(jià)大直徑塔造價(jià)比填料塔低較板式塔高

徑增大，造價(jià)顯著最大

質(zhì)量較小大適中

1.3.2.塔設(shè)備類型的影響因素

選擇塔型時(shí)考慮的因素有：物料性質(zhì)、操作條件、設(shè)備性能，以及設(shè)備的制

造、安裝、運(yùn)轉(zhuǎn)和維修等，故木項(xiàng)目對(duì)于塔設(shè)備的選型應(yīng)注重于以下幾個(gè)方面的

因素：

（1）與物性有關(guān)的因素

[1]易起泡的物系，如處理量不大時(shí)，以選擇填料塔為宜。因?yàn)樘盍夏苁古?/p>

沫破裂，在板式塔中則易引起液泛。

[2]具有腐蝕性的介質(zhì)，可選用填料塔，如必須用板式塔，宜選用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單

造價(jià)便宜的篩板塔、穿流式塔盤或舌形塔盤，以便及時(shí)更換。

[3]具有熱敏性的物料需減壓操作，以防過(guò)熱引起分解或聚合時(shí)，應(yīng)選用壓

力降較小的塔型，當(dāng)要求真空度較低時(shí)宜用篩板塔和浮閥塔。

[41黏性較大的物系，可以選用大尺寸填料，板式塔的傳質(zhì)效率較差。

[5]含有懸浮物的物料，應(yīng)選擇液流通道較大的塔型，以板式塔為宜，可選

廣東石油化工學(xué)院3酯為烯煥團(tuán)隊(duì)

中石化四川維尼綸廠33萬(wàn)噸/年醋酸乙烯工藝項(xiàng)目設(shè)備選型與設(shè)計(jì)說(shuō)明”

用泡罩塔、浮閥塔、舌形塔和孔徑較大的篩板塔等，不宜使用填料。

[6]操作過(guò)程中有熱效應(yīng)的系統(tǒng)，用板式塔為宜。因塔板上積有液層，可在

其中安放換熱管，進(jìn)行有效的加熱或冷卻。

（2）與操作條件有關(guān)的因素

[1]受氣相控制，宜采用填料塔，因填料層中氣相呈湍流，液相為膜狀流。

反之，受液相控制的系統(tǒng)，宜采用板式塔，囚為板式塔中液相呈湍流，

用氣體在液層中鼓泡。

[2]大的液體負(fù)荷，可選用填料塔，若用板式塔時(shí)，宜選用氣液并流的塔型

（如噴射型塔盤）或選用板上液流阻力較小的塔型（如篩板和浮閥）。

[3]低的液體負(fù)荷，一般不宜采用填料塔。因?yàn)樘盍纤笠欢〝?shù)量的噴淋

密度，但網(wǎng)體填料能用于低液體負(fù)荷的場(chǎng)合。

|4|液氣比波動(dòng)的適應(yīng)性，板式塔優(yōu)于填料塔，故當(dāng)液氣比波動(dòng)較大的宜用

板式塔。

[5]操作彈性，板式塔較填料塔大，其中以浮閥塔為最大，泡罩塔次之。

（3）其他因素

[1]對(duì)于多數(shù)情況，塔徑大于于0mm時(shí),宜用板式塔，小于800mm時(shí),宜

用填料塔。但也有例外，鮑爾環(huán)及某些新型填料在大塔中的使用效果可

優(yōu)于板式塔。

[2]一般填料塔比板式塔重；

[3]大塔以板式塔造價(jià)較廉。因填料價(jià)格約與塔體的容積成正比，板式塔按

單位面積計(jì)算價(jià)格，隨塔徑增大而減小。

綜上所述，塔設(shè)備的選型可以參照表1-3所示。

表1?3塔型選用順序表

廣東石油化工學(xué)院4酯為烯煥團(tuán)隊(duì)

中石化四川維尼綸廠33萬(wàn)噸/年醋酸乙烯工藝項(xiàng)目設(shè)備選型與設(shè)計(jì)說(shuō)明”

污濁液體

操作彈性

真空操作

大液氣比

存在兩液相的場(chǎng)合

廣東石油化工學(xué)院5酯為烯煥團(tuán)隊(duì)

中石化四川維尼綸廠33萬(wàn)噸/年醋酸乙烯工藝項(xiàng)目設(shè)備選型與設(shè)計(jì)說(shuō)明書

1.3.3.塔設(shè)備類型的初選

本項(xiàng)目從分離效率、生產(chǎn)效益等方面考慮，結(jié)合實(shí)際情況對(duì)工藝流程的塔設(shè)

備做出具體選擇。具體選擇結(jié)果如表1-4所示。

表1?4本項(xiàng)目工藝流程塔設(shè)備初選一覽表

1.3.4.板式塔分類及具體選擇

13.4.1.板式塔的分類

板式塔是一類用于氣液或液液系統(tǒng)的分級(jí)接觸傳質(zhì)設(shè)備。板式塔內(nèi)沿塔高裝

有若干層塔板，液體靠重力作用由頂部逐板流向塔底，并在各塊板面上形成流動(dòng)

的液層；氣體則靠壓強(qiáng)差推動(dòng)，由塔底向上依次穿過(guò)各塔板上的液層而流向塔頂。

氣、液兩相在塔內(nèi)進(jìn)行逐級(jí)接觸，兩相的組成沿塔高呈階梯式變化。

板式塔在工業(yè)上運(yùn)用的塔板主要有泡罩、篩板、浮閥、舌形等各種形式，各

種塔板都有其優(yōu)缺點(diǎn)。以下對(duì)各類板式塔進(jìn)行簡(jiǎn)單的比較，如表1-5所示。

廣東石油化工學(xué)院6酯為烯煥團(tuán)隊(duì)

中石化四川維尼綸廠33萬(wàn)噸/年醋酸乙烯工藝項(xiàng)目設(shè)備選型與設(shè)計(jì)說(shuō)明”

表1?5板式塔主要類型塔板對(duì)比一覽表

塔板類型優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)適用場(chǎng)合

彈性好，無(wú)泄漏，操作穩(wěn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備費(fèi)用高，特殊場(chǎng)合，如容易堵塞

泡罩

定壓降大，處理能力小的物系

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作彈性大，浮閥易脫落，安裝困難，分離要求高，負(fù)荷變化

浮閥

板效率高設(shè)備費(fèi)用高大的環(huán)境

用途廣，多用于要求板

篩板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低易漏液，操作彈性較小

數(shù)多的塔

舌形結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，塔板阻力小操作彈性小，板效率低分離要求較低的閃蒸塔

1.3.4.2.板式塔的具體選擇

本項(xiàng)目的塔設(shè)涉及的板式塔有篩板塔和浮閥塔，使用傳統(tǒng)篩板塔盤以及F1

型浮閥，難免會(huì)出現(xiàn)塔板堵塞、傳質(zhì)效率中等和分離效果不太理想的狀況。鑒于

上述情況，采用新型篩板和新型浮閥代替?zhèn)鹘y(tǒng)塔件，改進(jìn)塔設(shè)備工作性能。

A.篩板塔的具體選擇

醋酸乙烯精儲(chǔ)塔中的VAc易聚合生成PVAc等黏性物質(zhì)、在生產(chǎn)過(guò)程中常出

現(xiàn)堵塔、液泛等現(xiàn)象，回流比大，能量消耗高，直接會(huì)影響到裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)行

和VAc產(chǎn)品質(zhì)量。

現(xiàn)采用高效導(dǎo)向篩板塔板對(duì)醋酸乙烯精飾塔進(jìn)行改造。采用的高效導(dǎo)向篩板

塔板，相比于傳統(tǒng)篩板塔塔板，其主要優(yōu)點(diǎn)如表1-6所示：

表1?6高效導(dǎo)向篩板塔板改進(jìn)效果一覽表

項(xiàng)目單位傳統(tǒng)篩板塔板高效導(dǎo)向篩板塔板改進(jìn)效果

進(jìn)料量kg,h-116(X)019000+3000

回流比-1.7?2.01.2-0.5

活度s650522.9-127.1

運(yùn)行穩(wěn)定性-不穩(wěn)定穩(wěn)定t

抗堵性-不好很好t

廣東石油化工學(xué)院7酯為烯煥團(tuán)隊(duì)

中石化四川維尼綸廠33萬(wàn)噸/年醋酸乙烯工藝項(xiàng)目設(shè)備選型與設(shè)計(jì)說(shuō)明書

新型板式塔塔板是以篩板塔為基礎(chǔ)進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)的，不但具有了傳統(tǒng)篩板塔

板的優(yōu)點(diǎn)，還衍生了較多的優(yōu)良性能。

相較于傳統(tǒng)篩板塔板，高效導(dǎo)向篩板塔板彌補(bǔ)了傳統(tǒng)篩板塔板的缺陷，同時(shí)

還具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1.生產(chǎn)能力大：高效導(dǎo)向篩板比傳統(tǒng)塔板的生產(chǎn)能力高出50?100%。高效導(dǎo)

向篩板克服了液流上游存在的非活化；導(dǎo)向孔的存在，既延長(zhǎng)了氣體夾帶霧

滴的運(yùn)動(dòng)軌跡，又提高了氣速和生產(chǎn)能力。

2.效率高：高效導(dǎo)向篩板很好地克服了液相返混，消除了液面梯度，降低了漏

液量和霧沫夾帶，提高了塔板效率。

3.壓降低：實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)表明，導(dǎo)向孔的阻力降比篩孔的低20%左右，導(dǎo)向

篩板的壓降比篩板塔板的還低10%左右。

4.抗堵能力強(qiáng)：由于從導(dǎo)向孔中噴出的氣體推動(dòng)物料在塔板上水平前進(jìn)，這樣

可以強(qiáng)化液體在塔板上的流動(dòng)，對(duì)粘性物料、可以多設(shè)置導(dǎo)向孔。

5.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、拆裝方便：由于高效導(dǎo)向篩板只是在鋼板上開(kāi)些篩孔和導(dǎo)向孔，

而無(wú)其它組件，因此其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量較輕，這樣工人在拆裝過(guò)程中非常方

便。相應(yīng)的造價(jià)也很低，高效導(dǎo)向篩板的造價(jià)相當(dāng)于泡罩塔板的40?50%,

浮閥塔板的6()?70%。

B.浮閥塔的具體選擇

本項(xiàng)目應(yīng)用的浮閥塔，采用的F1型浮閥仍存在不足，圓形浮閥周向不固定，

在操作過(guò)程中容易旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生磨損，導(dǎo)致浮

閥脫落，從而造成板式塔內(nèi)氣液相短路，嚴(yán)重降低塔板處理效率。

現(xiàn)采用新型浮閥(專利申請(qǐng)?zhí)朇N201820866085.5)代替?zhèn)鹘y(tǒng)F1型浮閥，改

進(jìn)效果如表1-7所示：

表新型塔盤浮閥改進(jìn)效果一覽表

項(xiàng)目|F1型浮閥|新型塔盤浮閥|改進(jìn)效果

操作彈性結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作彈性大結(jié)構(gòu)改進(jìn)，操作彈性較大

浮閥流通面積隨氣體負(fù)荷新型浮閥設(shè)置有彈簧，調(diào)節(jié)

塔板阻力

變化而變化，塔板阻力小更加靈活，塔板阻力較小

廣東石油化工學(xué)院8酯為烯煥團(tuán)隊(duì)

中石化四川維尼綸廠33萬(wàn)噸/年醋酸乙烯工藝項(xiàng)目設(shè)備選型與設(shè)計(jì)說(shuō)明”

氣體由閥孔吹出，氣液接觸部分氣體由導(dǎo)向孔吹出，氣

氣液接觸比面積

面積大液接觸面積較大1

傳質(zhì)效率高較高t

綜上所述，本項(xiàng)目用新型塔盤浮閥代替?zhèn)鹘y(tǒng)F1型浮閥，可以有效改善浮閥

轉(zhuǎn)動(dòng)以及上下移動(dòng)的狀況，從而實(shí)現(xiàn)浮閥不易磨:員、經(jīng)久耐用的特點(diǎn)。

同時(shí)，新型塔盤浮閥還具備以下優(yōu)點(diǎn)：

[11新型浮閥通過(guò)圓形閥片底部連接有轉(zhuǎn)軸，氣體進(jìn)入塔盤浮閥后，促使浮

閥發(fā)生旋轉(zhuǎn)，起到了攪拌液體的作用，使液體中的含氣率比較均勻，提

高傳質(zhì)效率；

[2]新型浮閥通過(guò)轉(zhuǎn)軸中部設(shè)置有彈簧，圓形閥片能隨著氣相負(fù)荷的不同而

上下自由浮動(dòng)，從而能適應(yīng)不同氣相負(fù)荷，增加了操作彈性，降低了塔

板阻力；

[3]新型浮閥通過(guò)圓形閥片頂部設(shè)置有導(dǎo)向孔，部分氣流經(jīng)由的導(dǎo)向孔進(jìn)入

塔板液層，解決了傳統(tǒng)浮閥上端存在傳質(zhì)死區(qū)的不足；

14]新型浮閥通過(guò)圓形閥片邊緣為向下傾斜的鋸齒形邊，使氣體流出浮閥側(cè)

孔時(shí)被分割成許多股小氣流，從而增加氣液接觸比面積，提高塔板傳質(zhì)

效率。

1.3.5.填料塔分類及具體選擇

1.3.5.L填料塔的分類

填料塔是以塔內(nèi)的填料作為氣液兩相間接觸陶件的傳質(zhì)設(shè)備。填料作為填料

塔的核心元件，它提供了氣液兩相接觸傳質(zhì)與換熱的表面，與塔內(nèi)件一起決定了

填料塔的性能。以下是對(duì)于填料塔選擇的基本要求：

[1]傳質(zhì)效率高。要求填料能提供大的氣、液接觸面，也即要求具有大的比

表面積，并要求填料表面易被液體濕潤(rùn)，只有濕潤(rùn)了的表面才是氣液接

觸面。

[2]生產(chǎn)能力大，氣體的壓力降小，因此要求填料層的空隙大。

[31不易引起偏流和溝流。

[4]經(jīng)久耐用，即具有良好的耐腐蝕性、較高的機(jī)械強(qiáng)度和必要的耐熱性。

廣東石油化工學(xué)院9酯為烯煥團(tuán)隊(duì)

中石化四川維尼綸廠33萬(wàn)噸/年醋酸乙烯工藝項(xiàng)目設(shè)備選型與設(shè)計(jì)說(shuō)明書

目前化工工業(yè)填料塔填料的主要形式是散裝填料和規(guī)整填料兩種，以下將對(duì)

這兩種填料進(jìn)行介紹并進(jìn)行本項(xiàng)目填料塔類型的選擇，如表1-8所示。

表1?8填料主要分類

填料類型填料名稱

拉西環(huán)形拉西環(huán)，十字環(huán)，內(nèi)螺旋環(huán)

環(huán)形

開(kāi)孔環(huán)形鮑爾環(huán)，改進(jìn)型鮑爾環(huán)，階梯環(huán)

散裝填料鞍形弧鞍形，矩鞍形，改進(jìn)矩鞍形

環(huán)鞍形金屬環(huán)咫鞍形，金屬雙弧形，納特環(huán)

其他新型塑料球形，花環(huán)形，麥勒環(huán)形

垂直波紋型網(wǎng)波紋型，板波紋型

波紋型

水平波紋型Spraypak,Panapak

規(guī)整填料珊格形GlitschGrid

非波紋型板片形壓延金屬板，多孔金屬板

繞圈形古德洛形，Hyperfil

1.3.5.2.填料塔的具體選擇

本項(xiàng)目經(jīng)過(guò)詳細(xì)的選擇及對(duì)比最終選擇性能優(yōu)良的規(guī)整填料作為工藝流程

塔設(shè)備的填料。鑒于板波紋塑料填料，強(qiáng)度小，分離效果不太理想，限制了塑料

填料的應(yīng)用范圍。現(xiàn)用天馬工業(yè)陶瓷有限公司生產(chǎn)的格柵規(guī)整填料（專利申請(qǐng)?zhí)?/p>

CN201820916068.8）代替板波紋填料，改進(jìn)效果如表1-9所示。

表1-9板波紋塑料填料與格柵規(guī)整填料對(duì)比一覽表

項(xiàng)目板波紋塑料填料格柵規(guī)整填料改進(jìn)效果

由聚乙烯、聚氯乙烯等聚

耐腐蝕性由塑料制作，耐腐蝕優(yōu)良—

合物制作，耐腐蝕優(yōu)良

填料強(qiáng)度小大t

分離效果不太理想理想t

造價(jià)高低I

廣東石油化工學(xué)院10酯為烯煥團(tuán)隊(duì)

中石化四川維尼綸廠33萬(wàn)噸/年醋酸乙烯工藝項(xiàng)目設(shè)備選型與設(shè)計(jì)說(shuō)明書

由上表可以知道，格柵規(guī)整填料相較于板波紋塑料填料具有更好的工作性能

以及強(qiáng)度大、重量輕、低壓降、高比表面積、易更換等優(yōu)點(diǎn)，適合于大液體負(fù)荷

和高操作壓力的過(guò)程，且更適用于氣液交流反應(yīng)。

1.4.設(shè)備選型方案

塔內(nèi)參數(shù)由多方面決定，尤其與工藝參數(shù)有著密切的關(guān)系。所以在設(shè)備選型

中依據(jù)“兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，兩個(gè)軟件”的選型方法進(jìn)行選型，如表1-10所示。

表1?10設(shè)備選型依據(jù)一覽表

項(xiàng)目工具來(lái)源作用

化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書化學(xué)工業(yè)部設(shè)計(jì)技術(shù)中心站主

設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及理論效果

一塔設(shè)備編(2004)

標(biāo)準(zhǔn)

中國(guó)石化集團(tuán)上海有限公司主

化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及理論效果

編(2018)

模擬出水力學(xué)參數(shù)及對(duì)

AspenPlusV9.0AspcnTcch公司

選型結(jié)果核算

軟件

SW6-2011全國(guó)化工設(shè)備設(shè)計(jì)技術(shù)中心站塔機(jī)械強(qiáng)度設(shè)計(jì)

1.5.塔設(shè)備主要結(jié)構(gòu)尺寸

工業(yè)上生產(chǎn)系統(tǒng)塔設(shè)備主要的結(jié)構(gòu)有塔板間距、塔頂空間、塔底空間、裙座

高度等，故本項(xiàng)目從多個(gè)方面進(jìn)行塔設(shè)備主要結(jié)陶尺寸的確定。

1.5.1.塔板間距

塔板間距與塔高相關(guān)，且計(jì)算塔徑時(shí)也必須預(yù)定塔板間距。選擇塔板間距時(shí),

主要考慮以下幾個(gè)因素：

(1)霧沐夾帶：在一定的氣液負(fù)荷和塔徑條件下，適當(dāng)增加塔板間距，可

減少霧沫夾帶量。

(2)物料的起泡性：易起泡物料的塔板間距應(yīng)選得大些。

(3)操作彈性：要求操作彈性較大時(shí)，可選較大的塔板間距。

(4)安裝和維修要求：例如開(kāi)人孔處的塔板間距不小于600mm。

由于塔板間距與處理能力、操作彈性及塔板效率以及塔徑大小都密切相關(guān),

廣東石油化工學(xué)院I!酯為烯煥團(tuán)隊(duì)

中石化四川維尼綸廠33萬(wàn)噸/年醋酸乙烯工藝項(xiàng)目設(shè)備選型與設(shè)計(jì)說(shuō)明”

選用較大的塔板間距可允許較高的空塔氣速，這樣塔徑可小些，但塔高增加了。

對(duì)于塔板數(shù)較多或放在室內(nèi)的塔，可選用較小的塔板間距，以適當(dāng)增加塔徑來(lái)降

低塔高。當(dāng)然，塔板間距的合理選擇應(yīng)通過(guò)塔盤液體力學(xué)計(jì)算和經(jīng)濟(jì)核算來(lái)確定,

但從經(jīng)濟(jì)上看，增加塔高往往比增加塔徑有利。

以下是篩板塔、浮閥塔的塔板間距標(biāo)準(zhǔn)系列值如表1-11、表1-12所示。

表1-11篩板塔的塔板間距一覽表

塔徑D塔板間距

800-1200300350400450500------

1400~2400--400450500550600650700--

2600~6600450500550600650700800

1■■750

表1?12浮閥塔的塔板間距一覽表

塔徑D塔板間距HT

600-700

800?1000

1200?1400

1600?3000

3300-4200

1.5.2.塔的頂部、底部空間及裙座高度

(1)塔的頂部空間高度

塔的頂部空間高度是指塔頂?shù)谝粚铀宓剿敺忸^切線的距離。為了減少塔

頂出口氣體中夾帶的液體量，頂部空間一般取1.2?1.5m,但具體高度需要生產(chǎn)

系統(tǒng)根據(jù)具體工況來(lái)確定。

(2)塔的底部空間高度

塔的底部空間高度是指塔底最末一層塔板到塔底下封頭切線處的距離。當(dāng)進(jìn)

料系統(tǒng)有15分鐘的緩沖時(shí)間時(shí)，釜液的停留時(shí)間可取3?5分鐘，否則須取15

分鐘。但對(duì)釜液流量大的塔，停留時(shí)間一般也取3?5分鐘，一般塔釜的空間高

度取3?6米，但具體高度需要生產(chǎn)系統(tǒng)根據(jù)具體工況來(lái)確定。

廣東石油化工學(xué)院酯為烯煥團(tuán)隊(duì)

中石化四川維尼綸廠33萬(wàn)噸/年醋酸乙烯工藝項(xiàng)目設(shè)備選型與設(shè)計(jì)說(shuō)明”

(3)加料板的空間高度

加料板的空間高度取決于加料板的結(jié)構(gòu)型式及進(jìn)料狀態(tài)。氣相進(jìn)料取決于進(jìn)

口形式，液相進(jìn)料則與板間距相同或稍大些。

(4)裙座高度

塔體常由裙座支承，可分為圓柱形和圓錐形兩種。裙座高度是由塔底封頭切

線至出料管中心線的高度U和出料管中心線至基礎(chǔ)環(huán)的高度V兩部分組成，裙

座上的人孔通常為長(zhǎng)圓形，其尺寸為600*(1000~1800)mm,以方便進(jìn)出。

1.6.塔設(shè)備選型結(jié)果

本項(xiàng)目整個(gè)工藝流程所涉及的塔設(shè)備一共有13個(gè)，板式塔10個(gè)，其中填料

塔3個(gè)。以下選擇T0102冷凝塔進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)說(shuō)明。

1.7.塔設(shè)備設(shè)計(jì)與校核(以T0102冷凝塔為例)

本項(xiàng)目塔設(shè)備除了兩個(gè)洗滌塔以及乙醛萃取塔采用填料塔之外，其余都采用

板式塔。其中板式塔選型為工業(yè)上廣泛應(yīng)用的篩板塔和浮閥塔。本章節(jié)將對(duì)

T0102冷凝塔進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。

1.7.1.塔設(shè)備設(shè)計(jì)方法說(shuō)明

1.使用AspenPlusV9.0軟件內(nèi)置的塔內(nèi)件設(shè)計(jì)模塊ColumnInternals對(duì)塔

的基礎(chǔ)參數(shù)、塔內(nèi)件結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，并進(jìn)行水力學(xué)校核；

2.使用SW6-2011進(jìn)行塔的機(jī)械計(jì)算與強(qiáng)度校核。

所涉及的軟件如表1?13所示。

表1?13塔設(shè)備設(shè)計(jì)所用軟件一覽表

名稱來(lái)源用途

AspenPlusV9.0AspenTech公司初步計(jì)算+水力學(xué)校核+塔盤設(shè)計(jì)

SW6-2011全國(guó)化工設(shè)備設(shè)計(jì)技術(shù)中心站機(jī)械強(qiáng)度設(shè)計(jì)與校核

廣東石油化工學(xué)院13酯為烯煥團(tuán)隊(duì)

中石化四川維尼綸廠33萬(wàn)噸/年醋酸乙烯工藝項(xiàng)目設(shè)備選型與設(shè)計(jì)說(shuō)明書

1.7.2.塔內(nèi)件設(shè)計(jì)示例（以T0102冷凝塔為例）

1.7.2.1.冷凝塔T0102的基本信息

首先通過(guò)AspenPlus進(jìn)行塔的工藝計(jì)算，獲得TO102冷凝塔的進(jìn)出口物流

信息如表1-14所示。

表1-14冷凝塔T0102的進(jìn)出口物流信息

由AspenPlus模擬出TO102冷凝塔理論板數(shù)為15塊，液相理論進(jìn)料板為第

1塊，氣相理論進(jìn)料板為第15塊。冷凝塔理論板數(shù)如圖1-1和圖1-2所示c

廣東石油化工學(xué)院酯為烯煥團(tuán)隊(duì)

中石化四川維尼綸廠33萬(wàn)噸/年醋酸乙烯工藝項(xiàng)目設(shè)備選型與設(shè)計(jì)說(shuō)明”

?????????????????????????????-?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????

Setupoptions

CalculationtypeEquilibrium▼

Numberofstages15,StageWizard

CondenserNone▼

ReboilerNone▼

ValidphasesVapor-Liquid▼

ConvergenceStandard

Operatingspecifications

Freewaterrefluxratio0

Designandspecifycolumninternals

圖1」冷凝塔T0102理論板數(shù)

Feedstreams

NameStageConvention

?15On*Sta9e

1加6T

Productstreams

圖1-2冷凝塔T0102理論板數(shù)

1.7.2.2.設(shè)計(jì)溫度與設(shè)計(jì)壓力

根據(jù)GBI50-2011,壓力容器操作壓力指壓力容器頂部氣相壓力，對(duì)于TO102

而言，為3.7bar。塔頂裝有安全閥，而安全閥的整定壓力為正常操作壓力的1.05?

1.1倍，設(shè)計(jì)壓力應(yīng)高于或等于安全閥的整定壓力。因此取設(shè)計(jì)壓力為P=1.1x

3.7=4.07barP=1.1xPw=l.lbar

塔頂溫度為8度，體系最高溫度為10度左右，設(shè)計(jì)溫度需要比操作溫度高

15?30C,取設(shè)計(jì)溫度為40℃,根據(jù)該操作條件，選擇Q345R來(lái)作為塔設(shè)備

的材料。

1.7.23.塔內(nèi)件水力學(xué)設(shè)計(jì)

在AspenPlus中的ColumnInternal中新建塔內(nèi)件進(jìn)行設(shè)計(jì)。

全塔共15塊塔板，液體從第1塊塔板進(jìn)料，氣體從第15塊塔板（板上）進(jìn)

廣東石油化工學(xué)院15酯為烯煥團(tuán)隊(duì)

中石化四川維尼綸廠33萬(wàn)噸/年醋酸乙烯工藝項(xiàng)目