稳定塔计算

1.1 稳定塔（T101）设计 1.1.1 流体力学数据
由Aspen plus 模拟的T101塔的各塔板上的物性参数可知，选取塔板上气液相负荷最大的第28块塔板进行手工计算和校核；
第28块板的流体力学数据如下：
表4-3-1-1 稳定塔（T101）第10块塔板流体力学数据
液相流量 m 3/s 气相流量 m 3/s 液相密度 kg/ m 3 气相密度 kg/ m 3 液相黏度 mPa•s 液相表面张力
mN/m 0.113
0.326
593.995
18.306
0.147
9.228
1.1.2 塔体工艺尺寸设计
塔径：
根据流量公式可算塔径，即π
u V 4S
=
D V V L C u ρρρ-=max
，其中的C 由2
.02020⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛=σC C 计算，C 20可由史密斯关联图查得，
图的横坐标为97.118.306593.995326.0113.02
/12
/1=⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛⨯=⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛V
L
h
h
V L
ρρ
图1-1-2-1 史密斯关联图
取板间距H T =0.8m ，取板上液层高度h L =0.1m ，则
m h H L T 7.01.08.0=-=-
查图得C 20=0.081，则
066.020267.7081.0202
.02
.020=⎪
⎪⎭
⎫
⎝⎛⨯=⎪
⎪⎭
⎫
⎝⎛=L C C σ
s m U /348.0462
.1919.462
-561.758066
.0max ==，
取安全系数0.7，则空塔气速
s m u u /2436.0348.07.07.0max =⨯==
所以m D 21.32436
.014.3965
.14=⨯⨯=
，按标准塔径圆整后m D 4.3=
塔截面积为：
2220746.94.3785.04
m D A T =⨯==
π
实际空塔气速为
s m u /217.00746
.9965
.1==
1.1.3 塔板工艺尺寸设计 （1）溢流装置计算
本设计采用双溢流弓形降液管，不设进口堰； ① 堰长l w
取堰长m D l W 244.24.366.066.0=⨯== ② 溢流堰高度W h 由 W O L W h h h -=计算
选用平直堰，堰上液层高度h ow 由下式计算，即 mm m l L E h W
h OW
121121.0244.23600174.011000
84
.2100084.23
/23
/2==⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛⨯⨯⨯=
⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛=
由前面已知板上清液层高度 mm h L 100=，故：
mm h h h OW L W 51051.0019.007.0==-=-=
② 弓形降液管宽度d W 和截面积f A 由
66.0=D l W ，查图得 072.0=T
f A A
，124.0=D W d
所以 20567.0785.0072.0m A f =⨯= mm m W d 124124.00.1124.0==⨯=
根据h
T
f L H A 3600=
θ验算降液管停留时间，即
s s L H A h
T
f 523.83600
0031.045
.00567.036003600>=⨯⨯⨯=
=
θ，符合要求
④ 降液管底隙高度h 0
降液管底隙高度是指降液管下端与塔板间的距离，降液管高度应小于出口堰高度，才能保证降液管底端有良好的液封，一般按下式计算：
O
W h
O u l L h '=
3600，取s m u O
/15.0='
则 mm m u l L h O W h O 31031.015
.066.036003600
0031.03600==⨯⨯⨯='=
m m h h O W 006.0020.0031.0051.0>=-=-
故降液管底隙高度设计合理 （2）塔板布置
① 塔板的分块
因为D ≥800mm ，采用分块式塔板，查下表得，塔板分为3块
表4-3-3-1 单溢流型塔板分块数
塔径/mm 800～1200
1400～1600
1800～2000
2200～2400
塔板分块
3
4
5
6
② 边缘区宽度确定
取破沫区宽度： m W W S S 065.0='=，取边缘区宽度： m W C 035.0= ③ 开孔区面积计算
对于单溢流塔板，开孔区面积按下式计算，即
⎥⎦⎤⎢⎣
⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=r x r x r x Aa arcsin 180222
2π 其中：
()()m W W D
x d S 311.0124.0065.02
.12
=+-=
+-=
m W D
r C 465.0035.02
.12
=-=
-=
代入数据，得
2
222532.0465.0311.0arcsin 465.0180311.0465.0311.02m Aa =⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡
⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯+
-⨯=π
④ 阀孔计算及其排列
取阀孔动能因子100=F ，用下式求孔速
s m F u V
/97.3344
.61000==
=
ρ
所以，塔板上浮阀数为6097
.3039.0785.0284
.04
2
2
0=⨯⨯=
=
u d V N S π
浮阀排列方式采用等腰三角形叉排，取同一横排的孔心距m mm t 075.075==，则可按下式估算排间距t '，即
mm m Nt Aa t 12012.0075
.060532
.0==⨯==
' 考虑到塔的直径比较大，必须采用分块式塔板，而分块式板的支撑与衔接也要占去一部分鼓泡区面积，因此排间距不宜采用120mm ，因小于此值，取mm t 100='
按mm t 75=，mm t 100='，等腰叉排重新排得阀数为64个。

图4-3-3-1 塔盘阀孔排列
按N=64重算孔速及阀孔动能因数：
s m u /71.364
039.0785.0284
.02
0=⨯⨯=
34.9344.671.30=⨯=F
阀孔动能因数0F 变化不大，仍在9～12范围内，设计合理 塔板开孔率%10%10071
.336.00=⨯==
u u 1.1.4 流体力学检验 （1）塔板压降
① 干板阻力C h 先求s m u V
C /82.3344
.61
.731
.73825
.1825
.10==
=
ρ
因为OC O u u <，按下式计算C h
m u
h L
O
C
043.0540
.58871.39.199.19175
.0175
.0=⨯==ρ液柱
② 板上充液层阻力l h
L O l h h ε=
O ε是反映板上液层充气程度的因数，称为充气因数，因为液相为环丁砜，所以取充
气因数4.0=O ε
所以 m h h L O l 028.007.04.0=⨯==ε液柱
③ 液体表面张力所造成阻力σh 浮阀塔的σh 一般都很小，忽略不计
所以，与气体流经一层浮阀塔板的压力降所相当的液柱高度为
m h h h h l C P 071.0043.0028.0=+=++=σ液柱 则单板压降Pa g h P L P P 41081.9540.588071.0=⨯⨯==∆ρ
（2）液泛
为了防止液泛现象的发生，要求控制降液管中清液层高度)(W T d h H H +≤φ
d H 可用下式计算，即d L P d h h h H ++=
① 与气体通过塔板的压力降所相当的液柱高度P h ，由前面计算所得，
m h P 071.0=液柱
② 液体通过降液管的压头损失d h ，因为不设进口堰，所以按下式计算，即
m h
l L h O W S
d
0035.0031.066.00031.0153.0153.02
2=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯=⎪
⎪⎭
⎫ ⎝⎛=液柱 ③ 板上液层高度L h ：由前面选定板上清液层高度
m h L 07.0=
则： m H d 145.00035.007.0071.0=++= 取5.0=φ，又已选定m H T 45.0=，m h W 051.0= 所以， ()()m h H W
T 2505.0051.045.05.0=+⨯=+φ
()W T d h H H +<φ，符合防止液泛的要求
（3）雾沫夹带
分别按以下两式计算泛点率：
泛点率%10036.1⨯+-=
b
F L
S V
L V
S
A KC Z L V ρρρ
泛点率%10078.0⨯-=
T
F V
L V
S
A KC V ρρρ m W D Z d L 752.0124.020.12=⨯-=-=
26716.00567.02785.02m A A A f T b =⨯-=-=
取0.1=K ，由泛点负荷系数图查的126.0=F C ，将上述数据代入得
泛点率%8.38%1006716
.0126.00.1752
.00031.036.1344.6540.588344
.6284
.0=⨯⨯⨯⨯⨯+-=
泛点率%4.38%100785
.0126.00.178.0344.6540.588344
.6284
.0=⨯⨯⨯⨯-=
根据以上两条式子算出泛点率都在80%以下，故雾沫夹带量能够满足要求 1.1.5 塔板负荷性能图 （1）雾沫夹带线
泛点率%10036.1⨯+-=
b
F L
S V
L V
S
A KC Z L V ρρρ
按泛点率80%计算如下：
8.06716
.0126.00.1752
.036.1344.6540.588344
.6=⨯⨯⨯+-S S
L V
整理得 S S L V 87.965.0-=
可知，雾沫夹带线为直线，在操作范围内任取两个Ls 值，按照上式计算出相应的Vs 值列于下表中；据此，可作出雾沫夹带线
表4-3-5-1
Ls/(m3/s) 0.002 0.010 Vs/(m3/s)
0.63026
0.60065
（2）液泛线 联立之前式子，可得
()
()⎥⎥⎦
⎤⎢⎢⎣
⎡⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛+++⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=+3
/22
2
3600100084.21153.0234.5W S W O O W S L O V W T l L E h h l L g u h H ερρφ 将式中各值代入，整理得
3
/222452.246.72736.0S
S S L L V --=
在操作范围内任取若干个Ls 值，按上式计算出相应的Vs 值列于下表中
表 4-3-5-1
Ls/(m3/s) 0.001 0.003 0.004 0.005 Vs/(m3/s)
0.5785
0.5410
0.5353
0.5197
根据表中数据做出液泛线 （3）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3～5s ，根据下式知液体降液管内停留时间为
～5s 33600==
h
T
f L H A θ
以s 5=θ作为液体在降液管中停留时间的下限，则 ()s m H A L T
f S /0051.05
45
.00567.05
3max =⨯=
=
（4）漏液线
对于F1型重型阀，依5==V O O u F ρ计算，则V
O u ρ5
=
，而
V
O O O S N
d Nu d V ρπ
π
5
4
4
2
2
=
=
以5=O F 作为规定气体最小负荷的标准，则
()
s
m F N
d Nu d V V
O O O O S /1517.0344
.6564039.0785.04
4
322
2
min
=⨯
⨯⨯==
=
ρπ
π
（5）液相负荷下限线
取堰上液层高度m h OW 006.0=作为液相负荷下限条件，根据下式计算Ls 的下限值
()006.03600100084.23
/2min =⎥⎦
⎤
⎢⎣⎡W S l L E
()3600184.21000006.02
/3min
W
S l L ⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛⨯⨯=
s m /00056.03600
66
.0184.21000006.032
/3=⨯
⎪
⎪⎭
⎫
⎝⎛⨯⨯=
负荷性能图如下：
图4-3-5-1 非芳烃蒸馏塔（T104）负荷性能图
由图可得，气相负荷上限（V S ）max =0.51m 3/s ，气相负荷下限（V S ）min =0.15m 3/s 所以，
操作弹性
4.315
.051
.0 1.1.6 设计计算结果
非芳烃蒸馏塔（T104）设计计算结果见下表：
表4-3-6-1 非芳烃蒸馏塔（T104）设计计算结果
项目 符号 单位 备注 气相流量 V S m3/s 0.284 液相流量 L S m3/s 0.0031 实际塔板数 N 块 17 板间距 H T m 0.45 塔径 D m 1.0 塔板液流形式
- - 单溢流型 溢流装置
溢流管型式
-
-
弓形
堰长 l W m 0.66 堰高 hW m 0.051 溢流堰宽度 W d m 0.124 降液管底隙高度
h 0 m 0.031 边缘区宽度 Wc m 0.035 安定区宽度 Ws m 0.08 板上清液层高度
hL m 0.07 孔径 d0 mm 39 孔中心距 T mm 75 孔数 N 孔 64 开孔面积 A0 m2 0.532 开孔率 ϕ % 10.0 阀孔气速 u0 m/s 3.71 稳定系数 K - 1 塔板压降
hP
kPa 0.41 液体在降液管内停留时间
θ
S 8.23 气相最大负荷 （Vs ）max m3/s 气相最小负荷 （Vs ）min
m3/s 操作弹性
3.4
1.1.7 塔附件设计 （1）接管
① 进料管 管径计算如下：
==
F
F
u V D π4，取s m u F /20=，则mm m D 156156.020
14.3383
.04==⨯⨯=
查标准系列取mm 6168⨯φ ② 塔顶蒸汽出料管 管径计算如下：
取出口气速s m u /20=，mm m D 218218.03600
2014.360291
.26884==⨯⨯⨯=
查系列标准取mm 13245⨯φ ③ 回流管 管径计算如下：
取s m u R /0.2=，则mm m D 53053.03600
0.214.3107
.54==⨯⨯⨯=
查系列标准取mm 5.360⨯φ ④ 塔釜出料管 管径计算如下：
取s m u W /0.2=，则mm m D 43042.03600
0.214.345
.104==⨯⨯⨯=
查系列标准取mm 5.350⨯φ ⑤ 塔釜进气管
取气速s m u /20=，则mm m D 131131.020
14.3269
.04==⨯⨯=
查系列标准取mm 5.4140⨯φ （2）筒体和封头
① 筒体
设计压力Mpa P P W 24.02.02.12.1=⨯== 设计温度175℃=15+t =t 最高 选用钢材Q345R ，由此可得筒体厚度
[]mm C P
PD t
i
d 8.4224
.08.018521000
24.022=+-⨯⨯⨯=
+-=
φσδ
根据mm C 5.01=及钢板厚度规格，取mm n 6=δ ② 封头
设计压力Mpa P P W 24.02.02.12.1=⨯==
设计温度175℃=15+t =t 最高 由此可得筒体厚度
[]mm C P
PD t
i
d 8.40.224
.05.08.018621000
24.05.022=+⨯-⨯⨯⨯=
+-=
φσδ
根据mm C 5.01=及钢板厚度规格，取mm n 6=δ
由公称直径mm DN 1000=，查得封头总深度mm H 275=，内表面积2625.1A m =，容积31505.0V m = （3）裙座
塔底采用裙座支撑，裙座的结构性能好，连接处产生局部阻力小，是塔设备的主要支座形式，为了制作方便，一般采用圆筒形。

由于裙座内径mm 800>，取裙座壁厚mm 16
基础环内径mm D bi 73210003.0)1621000(=⨯-⨯+= 基础环外径mm D b 133210003.0)1621000(0=⨯+⨯+= 圆整：mm D bi 800=，mm D b 14000= 取裙座高度6m 1.1.8 塔体总高度
① 人孔板间距
为了维修和检修方便，按照6～8块塔板设置一个人孔，一共设置4个人孔，塔顶，塔釜，进料板各一个，第6层塔板上再设一个；人孔直径取mm d R 500=，因为设有人孔，所以有人孔的板间距取m H T 6.0='
② 精馏塔有效高度
m 5.76.0245.014214=⨯+⨯='⨯+⨯=T T H H Z
③ 塔顶空间高度
取m H H T D 675.045.05.15.1=⨯=⨯=
④ 塔底空间高度
为了塔底液体不至于完全排完，塔底液体流量必须有3～8min 的时间，取釜液停留
时间为8分钟，则
m D t V H W 8.10
.1785.0608
45.10785.02
2=⨯⨯⨯=⋅=
⑤ 封头高度
由前面封头选取可知，
m H 275.01=
⑥ 裙座高度 取裙座高度m H 62= 所以塔体总高度
m H H H H Z H W D 25.166275.08.1675.05.721=++++=++++=
1.1.9 塔体重量
塔体重量采用《重量计算辅助软件》进行计算，其操作界面如下图：
图4-3-9-1 重量计算软件操作界面
将塔径D1000mm，塔高H16250mm，操作压力0.24Mpa输入后计算可得，塔总质量为6671kg
图4-3-9-1 重量计算结果。