化工设备设计及选型说明书Word文件下载.docx
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散装填料
环形
拉西环形
拉西环，十字环，内螺旋环
开孔环形
鲍尔环，改进鲍尔环，阶梯环
鞍形
弧鞍形，矩鞍形，改进矩鞍形
环鞍形
金属环矩鞍形，金属双弧形，纳特环
其他新型
塑料球形，花环形，麦勒环形
规整填料
波纹型
垂直波纹型
网波纹型，板波纹型
水平波纹型
Spraypak,Panapak
栅格形
GlitschGrid
非波纹型
板片形
压延金属板，多孔金属板
绕圈形
古德洛形，Hyperfil
2.2.2.1散装填料
（1）拉西环：
目前已被淘汰
图2-1拉西环图2-2矩鞍填料
（2）矩鞍填料：
属于乱堆敞开式填料
（3）鲍尔环：
是在拉西环壁面上开一层或两层长方形小窗
图2-3钢环鲍尔环图2-4瓷环鲍尔环
（4）金属环矩鞍：
由美国诺顿公司开发成功，它结合了鲍尔环的空隙大和矩鞍填料流体均布性好的优点，是目前应用最广的一种散装填料可用金属、陶瓷做成。
图2-5金属矩鞍环图2-6特纳环
（5）阶梯环
图2-7阶梯环
2.2.2.2规整填料
目前常用的规整填料为波纹填料，其基本类型有丝网形和孔板形两大类，均是20世纪60年代以后发展起来的新型规整填料，主要是由平行丝网波纹片或（开孔）板波纹片平行（波纹）、垂直排列组装而成，盘高约40~300mm，具有以下特点：
①填料由丝网或（开孔）板组成，材料细（或薄），孔隙率大，加之排列规整，因而气流通过能力大，压降小。
能适用于高真空及精密精馏塔器。
②由于丝网（或开孔）板波纹材料细（或薄），比表面积大，又能从选材（或加工）上确保液体能在网体或板面上形成稳定薄液层，使填料表面润湿率提高、避免沟流现象，从而提高传质效率。
③气液两相在填料中不断呈Z形曲线运动（如图）、液体分布良好、充分混合、无积液死角，因而放大效应很小。
适用于大直径塔设备。
图2-8丝网型图2-9孔板型
近年来波纹填料发展较快，有逐步取代其他填料及部分板式塔的倾向，但造价、安装要求较高，因而受到某种程度的影响。
波纹填料的几何特征参数见下：
表2-2波纹填料的几何特征参数
名称
类型
材料
比表面（m2/m3）
水力学直径dx/mm
倾角/°
孔隙率/%
密度/（kg/m3）
丝网波纹填料
金属丝网
AX
不锈钢
250
15
30
95
125
BX
500
7.5
90
CY
700
5
45
85
350
塑料丝网
聚丙烯/聚丙腈
450
120
板波纹填料
金属薄板Mellapak
125Y/125X
碳钢
铝
-
45/30
98.5
100
250Y/250X
97
200
350Y/350X
280
500Y/500X
93
400
塑料薄板Mellapak
125Y
聚丙烯
聚偏氯乙烯
37.5
250Y
75
陶瓷薄片
KarapakBX
陶瓷
6
550
Melladur
表2-3工业常用波纹填料性能以及应用范围
气体负荷
F/[（m/s）·
（kg/m3）0.5]
每块理论板压降/Pa（mmHg）
每米填料理论板数
滞留量/%
操作压力/Pa（mbar）
填料适用范围
2.5~3.5
约40（约0.3）
2.5
2
102~103
（1~1000）
要求处理量与理论板不多的蒸馏
2~2.4
40（0.3）
4
102~105
热敏性，难分离物系的真空精馏
1.3~2.4
67（0.5）
10
5×
103~105
（50~1000）
理论板的有机物蒸馏，限制高度的塔
塑料丝网波纹BX
约60
（约0.45）
约5
8~15
低温（＜80℃）下，脱除强臭味物质，回收溶剂
Mellapak250Y
2.25~3.5
100（0.75）
3~5
＞104
（＞100）
中等真空度以上压力及有污染的有机物蒸馏，常压和高压吸收（解吸）。
2.2.3塔形对比
选择时应考虑的因素有：
物料性质、操作条件、塔设备性能及塔的制造、安装、运转、维修等。
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。
下表是填料塔和板式塔的性能与特点的对比。
塔型项目
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。
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
安装、检修
新型填料制备复杂，造价高，检修清理困难，可采用非金属材料制造，但安装过程较为困难
直径在600mm以下的塔安装困难，金属材料耗量大
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
塔重
较重
较轻
操作弹性
取决于填料性能和塔内件设计，
一般操作弹性较小
受到塔板液泛和液漏的限制而有一定的操作弹性，
操作弹性较大
结构特点
塔内设置有多层整砌或乱堆的填料，如拉西环、鲍尔环、鞍型填料等散装填料，格栅、波纹板等规整填料
每层板上装配有不同型式的气液接触元件或特殊结构
操作特点
微分式接触，可采用逆流操作，也可采用并流操作
气液逆流逐级接触
适用场合
处理强腐蚀性，液气比大，真空操作要求压力降小的物料
处理量大，操作弹性大，带有污垢的物料
表2-4填料塔与板式塔的对比
2.3塔设备设计的一般原则
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时，宜用板式塔，小于800mm时，则可用填料塔。
但也有例外，鲍尔环及某些新型填料在大塔中的使用效果可优于板式塔。
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。
（4）本厂的实际情况
①、在各个工段中，既含有乙醇、乙烯等腐蚀性小的物系，又含有醋酸等腐蚀性较大且危险性较大的物系，因此在塔型选择时应分别考虑。
②、无固体悬浮物。
③、常压、减压、加压操作均存在。
④、塔径一般较大，个别为小尺寸。
⑤、从成本出发，优先考虑板式塔，但在一些吸附过程中，同时使用填料塔。
综上，塔设备的选型可以依照下列顺序：
表2-5塔形选择依据
考虑因素
选择顺序
塔径
800mm以下，填料塔
大塔径，板式塔
具有腐蚀性的原料
穿流式
筛板塔
喷流型塔
污浊液体
大孔径筛板塔
穿流式塔
喷流式塔
浮阀塔
泡罩塔
真空操作
导向筛板
网孔筛板
大液气比
筛板
浮阀塔板
多降液管筛板塔
喷射型塔
存在两液相的场合
2.4塔的选型结果
结合以上所述与本厂生产实际情况，本厂的塔形选择结果如下表所示：
表2-6塔设备简介一览表
塔设备编号
塔设备名称
设备类型
T0201
骤冷塔
T0202
碱洗塔
T0203
分子筛脱水塔
T0204
脱重塔
组合塔
T0205
脱轻塔
T0301
醋酸洗涤塔
T0302
乙醇胺吸收塔
T0303
乙醇胺解析塔
T0401
气体分离塔
T0402
醋酸分离塔
T0403
甘油萃取精馏塔
T0404
热泵精馏塔
T0405
甘油再生塔
T0406
醋酸共沸塔
T0407
醋酸再生塔
2.5醋酸洗涤塔的设计（T0301）
2.5.1概述
本节将醋酸洗涤塔T0301为例进行详细设计。
T0301是醋酸洗塔，目的是为了吸收气液分离罐出口气体中的醋酸乙烯气体，醋酸液体从塔顶喷洒，醋酸乙烯混合气从塔底进料，二者逆流接触，从而使醋酸乙烯由气相转移至液相，最后从塔釜排出，送至醋酸乙烯精馏工段。
T0301是本工艺的重要设备之一，因此对其进行详细设计，作为塔设备的设计范例具有代表性。
在T0301的设计中，用到的相关软件有AspenplusV10、SW6-2011，其相关用途见下表。
表2-7设计所使用的软件
用途
AspenplusV10
塔的种类选择与参数估算
SW6-211
机械强度校核与设计
2.5.2T0301塔设计条件
2.5.2.1流股参数
经过Aspen模拟和优化，得到T0301进出口流股信息如下表所示。
表2-8流股信息
进出口
进口
出口
流股信息
混合气
醋酸洗液
洗气
醋酸液
流股编号
S0310
S0453
S0315
S0402
Phase
LiquidPhase
VaporPhase
Temperature（C）
33.71
6.46
63.03
41.14
Pressure（bar）
10.00
8.80
MolarVaporFraction
0.98
0.00
1.00
MoleFlows（kmol/hr）
1883.29
100.00
1886.16
97.13
MassFlows（kg/hr）
55026.29
5970.70
54994.23
6002.76
VolumeFlow（cum/hr）
4727.01
5.45
5740.02
5.99
MassFlows/kg/hr
H2
CO
0.03
CO2
679.15
679.02
0.13
H2O
160.23
15.50
8.29
167.44
CH4O
C2H6O
C2H4
50941.96
50940.45
1.50
C2H6
C2H4O
63.44
51.74
11.69
C3H6
C4H10O
C4+
YWC
CH4
0.26
NAOH
H3O+
HCO3-
Na+
OH-
Na2CO3
CO3-2
NaHCO3
N2
HAC
866.93
5952.48
2899.78
3919.63
VAC
2229.49
375.64
1853.85
MEA
C2H6O2
C3H4O
39.20
20.73
18.47
C3H6O2
44.80
18.13
26.66
C2H4O-2
C6H10O4
0.82
2.72
0.16
3.37
C4H6O2
MEAH+
MEACOO-
MDEA
MDEAH+
O2
C4H8O2
GY
ADIPO-01
C4H10
C5H12
MassFractions
0.01
0.93
0.02
0.05
0.65
0.04
0.31
操作环境中存在有醋酸、乙烯、醋酸乙烯、水等，醋酸对普通碳钢具有很强的腐蚀性。
根据《化工工艺设计手册》第五版第四十八章关于金属材料的记载可知，S31608对醋酸的耐腐蚀性很好，因此选择S31608作为筒体及封头的材料。
2.5.2.2设计温度与设计压力
根据GB150-2011的规定，设计压力为设计温度下的最大工作压力，一般为正常工作压力的1.05~1.1倍，设计压力应高于正常工作压力。
T0301的工作压力1Mpa，取设计压力为工作压力的1.1倍，因此设计压力：
体系最高温度为25℃，设计温度需要比最高工作温度高15~30℃，因此取设计温度为50℃。
2.5.2.3实际总板数及加料板的确定
由Aspen模拟得到的理论板数为10块，理论加料板位置为第1块和第10块。
图2-10理论板数优化
2-11进料板优化
根据Aspen的模拟结果，设备的理论塔板数和进料板位置如下表所示：
表2-9理论塔板数与进料板
理论塔板数
进料板位置
醋酸洗塔
1、10
当塔板设计合理且操作条件在正常范围内时，则板效率比较固定，不易受设计条件或操作条件的变化而变化。
因此，物料性质是影响塔板效率的最重要的因素，取O'
connell法计算
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