中國百油化匚股份有限公司

14IIIUUW/CHINAPETROLEUM&CHEMICALCORPORATION

茂名石化

年產二十萬噸醋酸乙稀酯生產項目

微備微必餞叫布

團隊成員：李爰多張穎李博文吳艷芬林勇弒

指導教師：余宗鐘楊時穎胡朋號程韓媛媛于慶杰

目錄

第一章設備設計總述......................................................1

1.1過程設備類別.....................................................1

1.2過程設備設計與選型原則...........................................1

1.3過程設備設計與選型的主要內容.....................................2

第二章塔設備設計........................................................3

2.1塔設備設計依據...................................................3

2.2設計要求.........................................................3

2.3塔設備簡介.......................................................4

2.3.1板式塔.....................................................4

2.3.2填料塔.....................................................5

2.3.3塔型選擇一般原則...........................................9

2.4塔設備設計（以板式塔T0203、填料塔T0202為例）..................11

2.4.1塔設備設計步驟............................................11

2.4.2塔體結構設計..............................................11

2.4.3填料塔詳細設計（以T0202為例）............................12

2.4.4板式塔詳細設計（以T0203為例）............................23

2.4.5塔盤結構具體設計..........................................29

2.5板式塔T0203機械結構設計與校核..................................35

2.5.1吸收塔塔高的確定..........................................35

2.5.2吸收塔T0203接管設計......................................37

2.5.3塔體機械強度校核..........................................40

2.6設備工藝條件圖..................................................58

2.7設備裝配圖......................................................59

2.8塔設備設計一覽表................................................60

第三章換熱器的選型設計.................................................61

3.1換熱器的選型設計依據............................................61

3.2換熱器類型簡介..................................................61

3.3換熱器的選用原則................................................64

3.3.1基本要求..................................................64

3.3.2介質流程..................................................65

3.3.3終端溫差..................................................65

3.3.4流速選擇..................................................66

3.3.5壓力降....................................................66

3.3.6傳熱膜系數................................................66

3.3.7污垢系數..................................................67

3.3.8換熱管....................................................68

3.4換熱器型號的表示方法............................................71

3.5換熱器的選型軟件................................................71

3.6選型范例（以E0101為例）........................................72

3.6.1工藝參數確定..............................................72

3.6.2EDR數據輸入..............................................74

3.6.3選型結果..................................................78

3.6.4詳細尺寸..................................................79

3.6.5換熱器機械強度校核........................................80

3.6.6換熱器設備裝配圖..........................................97

3.6.7換熱器設備條件圖..........................................98

3.7選型范例（以E0102為例）........................................98

3.7.1工藝參數確定..............................................98

3.7.2EDR數據輸入.............................................100

3.7.3選型結果.................................................105

3.7.4詳細尺寸.................................................106

3.7.5換熱器機械強度校核.......................................107

3.8換熱器選型一覽表...............................................130

第四章反應器設計說明書................................................132

概述...............................................................132

4.1反應器設計目標.................................................132

4.2反應器詳細設計（以R0101為例）................................133

4.2.1反應器進出口物料條件.....................................133

4.2.2主要反應及動力學參數.....................................134

4.2.3空速.....................................................134

4.2.4催化劑選擇...............................................135

4.2.5反應器具體形式選擇.......................................135

426反應器尺寸設計............................................136

427反應器其他零部件，結構，附件設計與選材....................141

4.2.8法蘭選擇.................................................146

4.2.9反應器強度校核...........................................147

4.2.10設備工藝條件圖..........................................169

4.2.11設備裝配圖..............................................170

4.2.12反應器設計結果總結......................................171

第五章泵選型..........................................................173

5.1泵類型和特點...................................................173

5.2泵選型原則.....................................................175

5.3泵選型.........................................................178

5.3.1泵詳細設計舉例...........................................178

第六章壓縮機選型......................................................186

6.1壓縮機分類.....................................................186

6.2壓縮機適用范圍.................................................187

6.3壓縮機選型.....................................................187

6.3.1壓縮機詳細設計舉例.......................................187

6.3.2壓縮機選型一覽表.........................................188

第七章儲罐、回流罐、緩沖罐選型........................................190

7.1概述...........................................................190

7.2設計依據.......................................................190

7.3儲罐類型.......................................................190

7.4儲罐系列.......................................................191

7.5儲罐選型舉例...................................................192

7.5.1醋酸乙烯酯儲罐的選型.....................................192

7.5.2乙烯儲罐的選型...........................................193

7.5.3醋酸儲罐的選型...........................................194

7.5.4氧氣儲罐的選型...........................................195

7.5.5儲罐選型一覽表...........................................196

7.5.6反應精儲塔回流罐的選型...................................197

第八章氣液分離器設計..................................................200

8.1設計依據.......................................................200

8.2氣液分離器的分類...............................................200

8.2.1立式和臥式重力分離器.....................................200

8.2.2立式和臥式絲網分離器.....................................200

8.3設計目標.......................................................201

8.4氣液分離器的設計（以V0201為例）..............................201

8.4.1氣液分離器工藝參數.......................................201

8.4.2類型選擇.................................................202

8.4.3尺寸設計.................................................202

8.4.4氣液分離器設計一覽表.....................................211

第一章設備設計總述

化工設備的工藝設計與選型是在物料衡算和熱量衡算的基礎上進行的，其目的是決定

工藝設備的類型、規格、主要尺寸和數量，為車間布置設計、施工圖設計及非工藝設計項

目提供足夠的設計數據。過程設備最基本的要求是滿足安全性與經濟性，安全是核心，在

充分保證安全的前提下盡可能做到經濟。過程設備的基本要求是能滿足工藝要求。對于工

藝上所要求的溫度、壓力、液位、流量等都需要過程設備來實現。在滿足工藝要求的同時,

過程設備也必須保證有足夠的強度，不會在操作過程中遭到破壞。

1.1過程設備類別

化工設備從總體上分為兩類，一類稱定型設備或標準設備，如泵、換熱器等；另一類

稱非定型設備或非標準設備，是指規格和材料都是不定型的、需要專門設計的特殊設備，

如塔器、反應器等。

1.2過程設備設計與選型原則

在滿足工藝要求的前提下，為了確保安全與經濟，過程設備應滿足以下基本要求，其

中包括合理性、可靠性和先進性、安全性、經濟性。合理性即設備必須滿足工藝需求，與

工藝流程、生產規模、工藝條件及工藝控制水平相適應，在設備的許可范圍內，能夠最大

限度地保證工藝的合理和優化并運轉可靠。可靠性和先進性即工藝設備的型式、牌號多種

多樣，實現某一化工單元過程，可能有多種設備，要求設備運行可靠。在可靠的基礎上考

慮先進性，便于連續化和自動化生產，轉化率、收率、效率要盡可能達到高的先進水平，

在運轉的過程中，波動范圍小，保證運行質量可靠，操作上方便易行，有一定的彈性，維

修容易，備件易于加工等。安全性即設備的選型和工藝設計要求安全可靠、操作穩定、無

事故隱患，對工藝和建筑、地基、廠房等無苛刻要求，工人在操作時勞動強度小，盡量避

免高溫高壓高空作業，盡量不用有毒有害的設備附件、附材，創造良好的工作環境和無污

染。經濟性即設備的選擇力求做到技術上先進，經濟上合理。

華僑人老TheElitesK1

1.3過程設備設計與選型的主要內容

（1）確定單元操作所用設備的類型。這項工作應與工藝流程設計結合起來進行。

（2）確定設備的材質。根據工藝操作條件（溫度、壓力、介質的性質）和對設備的工

藝要求確定符合要求的設備材質。

（3）確定設備的設計參數。設備的設計參數是由工藝流程設計、物料衡算、熱量衡算、

設備的工藝計算多項工作得到的。對不同的設備，它們有不同的設計參數。對塔設備，需

要確定進出口物料的流量、組成、溫度、壓力、塔徑與塔的材質、填料類型與填料高度或

塔板類型與塔板數等，對于精僧塔還要確定塔頂冷凝器和塔底再沸器的熱負荷、換熱流體

的種類等；對換熱器，則需要知道熱負荷、換熱面積、冷熱流體的種類及流量。

（4）確定定型設備（即標準設備）的型號或牌號以及數量。定型設備是一些加工廠成

批、成系列生產的設備，即那些可以直接向生產廠家訂貨或購買的現成設備。對已有標準

圖紙的設備，確定標準圖的圖號和型號。隨著中國化工設備標準化的推進，有些本來用于

非標設備的化工裝置，已逐步走向系列化、定型化。這些設備包括換熱器系列、容器系列、

搪玻璃設備系列以及圓泡罩、F1型浮閥和浮閥塔塔盤系列等，它們已經有了國家標準。

（5）對非標設備，向化工設備專業設計人員提出設計條件和設備草圖，明確設備的型

式、材質、基本設計參數、管口、維修安裝要求、支承要求及其他要求（如防爆口、人孔、

手孔、卸料口、液面計接口等）。

（6）編制工藝設備一覽表。在初步設計階段，根據設備工藝設計的結果，編制工藝設

備一覽表，可按非定型工藝設備和定型工藝設備兩類編制。初步設計階段的工藝設備一覽

表作為設計說明書的組成部分提供給有關部門進行設計審查。

華僑大學TheElites隊2

第二章塔設備設計

2.1塔設備設計依據

《化工設備設計全書——塔設備》

《化工設備設計基礎規定》HG/T20643-2012

《設備及管道保溫設計導則》GB8175-2008

《鋼制人孔和手孔的類型與技術條件》HG/T21514-2014

《鋼制化工容器結構設計規定》HG/T20583-2011

《工藝系統工程設計技術規范》HG/T20570-1995

《鋼制壓力容器焊接規程》JB/T4709-2007

《塔器設計技術規定》HG20652-1998

《不銹鋼人、手孔》HG21594-21604-2014

《壓力容器封頭》GB/T25198-2010

《壓力容器封頭》GB/T25198-2010

《鋼制塔式容器》NB/T47041-2014

《塔頂吊柱》HG/T21639-2005

2.2設計要求

(1)分離效率高，達到一定分離程度所需塔的高度低；

(2)生產能力大，單位塔截面積處理量大；

(3)操作彈性大，對一定的塔器，操作時氣液流量的變化會影響分離效率。若將分離

效率最高時的氣液負荷作為最佳負荷點，可把分離效率比最高效率下降15%的最大負荷與

最小負荷之比稱為操作彈性，易于穩定操作；

(4)氣體阻力小可使氣體的輸送功率消耗小。對真空精偶來說，降低塔器對氣流的阻

力可減小塔頂、塔底間的壓差，降低塔底操作的壓強，從而可降低塔底溶液泡點，降低對

塔釜加熱劑的要求，還可防止塔底物料的分解；

(5)結構簡單，設備取材面廣便于加工制造與維修，價格低廉，適用面廣。

華僑人學TheElitesK3

2.3塔設備簡介

塔設備是化工、石油化工和煉油等生產中最重要的設備之一。它可使氣（或汽）、液

或液、液兩相進行緊密接觸，達到相際傳質及傳熱的目的。可在塔設備中完成的常見操作

有：精儲、吸收、解吸和萃取等。而在化工生產中分離的能耗占主要部分，塔設備的投資

費用占整個工藝設備費用的四分之一。因此，塔設備的設計和研究，對石油、化工等工業

的發展起著重要的作用。

按塔的內件結構分為板式塔和填料塔，它們都可以用作蒸儲和吸收等氣液傳質過程，

但兩者各有優缺點，要根據具體情況選擇。

2.3.1板式塔

板式塔是分級接觸型氣液傳質設備，種類繁多。在塔內有多層塔板，傳熱傳質過程基

本上在每層塔板上進行，塔板的形狀、塔板結構或塔板上氣液兩相的表現，就成了命名這

些塔的依據，諸如篩板塔、舌形板塔、斜孔板塔、波紋形板塔、泡罩塔、浮閥塔、噴射板

塔、波紋傳流塔、浮動噴射塔。對塔型的評價具體可以從生產能力、塔板效率、操作彈性、

氣體通過塔盤的壓力降、造價和操作是否方便等方面來考慮。下面現將簡單介紹幾類主要

塔的性能。

表2-1幾類主要塔的性能比較

塔型

性能

泡罩塔浮閥塔篩板塔

生產能力差良優

分離效率良優優

操作彈性優優良

造價高良良

壓力降差良優

華僑大學TheElites隊4

表2-2各類塔板性量化比較

塔盤型式

指標F型十字架條型舌型浮動噴圓形條形S形篩孔波紋

篩板柵板

浮閥型浮閥浮閥板射塔板泡罩泡罩泡罩板板

高444444213444

氣液負荷

低555233333233

操作彈性555334434112

壓力降233324000433

霧沫夾帶量334343112444

分離效率554433434444

單位體積設備處理

444444213444

量

制造費用334443213553

材料消耗444454223554

安裝檢修434443113553

污垢對操作的影響232123100244

注：0—差；1—及格；2—中；3—良；4—優；5—超

由上面兩個表可知，浮閥塔兼有泡罩塔和篩板塔的優點，現在已成為國內應用廣泛的

精僧塔塔型之一，并且在石油、化學工業中使用最為普遍。

2.3.2填料塔

塔內裝有一定高度的填料，是氣液接觸和傳質的基本構件；屬微分接觸型氣液傳質設

備；液體在填料表面呈膜狀自上而下流動；氣體呈連續相自下而上與液體作逆流流動，并

進行氣液兩相的傳質和傳熱；兩相的組分濃度或溫度沿塔高連續變化。

填料塔中的傳熱和傳質主要在填料表面上進行，因此，填料的選擇是填料塔的關鍵。

填料的種類很多，有拉西環填料、鮑爾環填料、矩鞍形填料、階梯形填料、波紋填料、波

網（絲網）填料、螺旋環填料、十字環填料等。

填料塔制造方便，結構簡單，便于采用耐腐蝕材料，特別適用于塔徑較小的情況，使

用金屬材料省，一次投資較少，塔高相對較低。

華僑大學TheElites隊5

表2-3填料分類與名稱

填料類型填料名稱

拉西環形拉西環，十字環，內螺旋環

環形

開孔環形鮑爾環，改進型鮑爾環，階梯環

散裝填料鞍形弧鞍形，矩鞍形，改進矩鞍形

環鞍形金屬環矩鞍形，金屬雙瓠形，納特環

其他新型塑料球形，花環形，麥勒環形

垂直波紋型網波紋型，板波紋型

波紋型

水平波紋型Spraypak,Panapak

規整填料珊格形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

2.3.2.1散裝填料

(1)拉西環：目前已被淘汰。

(2)矩鞍填料：屬于亂堆敞開式填料。

(3)鮑爾環：是在拉西環壁面上開一層或兩層長方形小窗。

圖2-3鋼環鮑爾環E2-4瓷環鮑爾環

(4)金屬環矩鞍：由美國諾頓公司開發成功，它結合了鮑爾環的空隙大和矩鞍填料流

體均布性好的優點，是目前應用最廣的一種散裝填料可用金屬、陶瓷做成。

華僑大學TheElites隊6

圖2-5金屬矩鞍環圖2-6特納環

（5）階梯環。

圖2-7階梯環

23.2.2規整填料

目前常用的規整填料為波紋填料，其基本類型有絲網形和孔板形兩大類，均是20世紀

60年代以后發展起來的新型規整填料，主要是由平行絲網波紋片或（開孔）板波紋片平行

（波紋）、垂直排列組裝而成，盤高約40~300mm,具有以下特點：①填料由絲網或（開

孔）板組成，材料細（或薄），孔隙率大，加之排列規整，因而氣流通過能力大，壓降小。

能適用于高真空及精密精儲塔器。②由于絲網（或開孔）板波紋材料細（或薄），比表面

積大，又能從選材（或加工）上確保液體能在網體或板面上形成穩定薄液層，使填料表面

潤濕率提高、避免溝流現象，從而提高傳質效率。③氣液兩相在填料中不斷呈Z形曲線運

動（如圖）、液體分布良好、充分混合、無積液死角，因而放大效應很小。適用于大直徑

塔設備。

圖2-8絲網型圖2-9孔板型

近年來波紋填料發展較快，有逐步取代其他填料及部分板式塔的傾向，但造價、安裝

要求較高，因而受到某種程度的影響。波紋填料的幾何特征參數見下。

表2-4常見波紋填料

華僑大學TheElites隊7

比表面積水力直徑傾角孔隙密度

名稱類型材料

a(m2/m3)dWmm0/°率E/%/(kg/m3)

AX250153095125

金屬絲網BX不銹鋼5007.53090250

絲網波

CY70054585350

紋填料

聚丙烯/聚丙

塑料絲網BX4507.53085120

125Y/125X125-45/3098.5100

不銹鋼

金屬薄板250Y/250X2501545/3097200

碳鋼

Mellapak350Y/350X350-45/3095280

專口

板波紋500Y/500X500-45/3093400

填料塑料薄板125Y聚丙烯125-4598.537.5

Mellapak250Y聚偏氯乙烯25015459775

KarapakBX45063075550

陶瓷薄片陶瓷

Melladur250-45--

表2-5工業常用波紋填料性能以及應用范圍

氣體負荷

每塊理論板壓降每米填料滯留量操作壓力

填料類型F/[(m/s)-(kg填料適用范圍

/Pa(mmHg)理論板數/%/Pa(mbar)

/m3)05]

102~103要求處理量與理論板不多

AX2.5~3.5約40(約0.3)2.52

(1-1000)的蒸儲

102~105熱敏性，難分離物系的真

BX2-2.440(0.3)54

(1-1000)空精儲

5X1O3~1O5理論板的有機物蒸用，限

CY1.3~2.467(0.5)106

(50-1000)制高度的塔

塑料絲網102~105低溫(V80C)下，脫除強

2-2.4約60(約0.45)約58~15

波紋BX(1-1000)臭味物質，回收溶劑

中等真空度以上壓力及有

Mellapak>104

2.25~3.5100(0.75)2.53~5污染的有機物蒸々留，常壓

250Y(>100)

和高壓吸收(解吸)。

華僑大學TheElites隊8

2.3.3塔型選擇一般原則

2.3.3.1填料塔與板式塔比較

塔主要有板式塔和填料塔兩種，它們都可以用作蒸僧和吸收等氣液傳質過程，但兩者

各有優缺點，要根據具體情況選擇。

表2-6填料塔和板式塔相比較

填料塔

項目板式塔

散堆填料規整填料

空塔氣速較小大比散堆填料大

壓降較小小一般比填料塔大

塔效率小塔效率高高（對大直徑無放大效應）較穩定，效率較高

液氣比對液體噴淋量有一定要求范圍大適應范圍大

持液量較小較小較大

材質可用非金屬耐腐蝕材料適應各類材料金屬材料

造價小塔較低較板式塔高大直徑塔較低

安裝檢修較困難適中較容易

2.332塔型選擇一般原則

選擇時應考慮的因素有：物料性質、操作條件、塔設備性能及塔的制造、安裝、運轉、

維修等。

1）下列情況優先選用板式塔：

a.塔內液體滯液量較大，液相負荷較小，操作負荷變化范圍較寬，對進料濃度變化要求

不敏感，操作易于穩定；

b.含固體顆粒，容易結垢，有結晶的物料，因為板式塔可選用液流通道較大的塔板，

堵塞的危險較小；

c.在操作過程中伴隨有放熱或需要加熱的物料，需要在塔內設置內部換熱組件，如加熱

盤管，需要多個進料口或多個側線出料口。一方面板式塔的結構上容易實現，此外，塔板

上有較多的滯液以便與加熱或冷卻管進行有效地傳熱；

d.在較高壓力下操作的蒸循塔仍多采用板式塔。

華僑大學TheElites隊9

2）下列情況優先選用填料塔：

a.在分離程度要求高的情況下，因某些新型填料具有很高的傳質效率，故可采用新型填

料以降低塔的高度；

b.對于熱敏性物料的蒸偏分離，因新型填料的持液量較小，壓降小，故可優先選擇真

空操作下的填料塔；

c.具有腐蝕性且易發泡的物料，可選用填料塔。

綜上，塔設備的選型可以依照下列順序。

表2-7塔型選用順序表

考慮因素選擇順序

800mm以下，填料塔

塔徑

大塔徑，板式塔

填料塔

穿流式

具有腐蝕性的原料

篩板塔

噴流型塔

大孔徑篩板塔

穿流式塔

污濁液體噴流式塔

浮閥塔

泡罩塔

浮閥塔

操作彈性泡罩塔

篩板塔

填料塔

導向篩板

真空操作網孔篩板

篩板

浮閥塔板

大液氣比多降液管篩板塔

華僑大學TheElites隊10

填料塔

噴射型塔

浮閥塔

篩板塔

穿流式塔

存在兩液相的場合

填料塔

綜上所述，在反應工段會有未反應完的醋酸等酸性物質，具有一定腐蝕性，故T0201

和T0202選用填料塔。

在對產品進行精制時，對醋酸乙烯的分離要求較高，故T0301也采用填料塔。

在回收甘油的過程中，所需塔徑較小，故T0302采用填料塔。

在回收乙烯的過程中，所需塔徑較大，且處理量較大，故T0203采用浮閥塔。

2.4塔設備設計(以板式塔T0203、填料塔T0202為例)

2.4.1塔設備設計步驟

(1)使用ASPENPLUS獲得水力學數據和塔直徑。

(2)填料塔使用SULPAK計算出填料層高度；板式塔使用CUP-TOWER進行塔盤結

構設計，并進行塔的水力學校核。

(3)設計封頭、裙座、筒體等，確定塔高，使用SW6-2011進行塔的強度校核。

表2-8設計所用軟件

名稱用途

AspenPlusV8.4初步估算

CUP-TOWER塔盤結構設計與校核

SULPAK填料設計與校核

SW6-2011機械強度設計與校核

2.4.2塔體結構設計

我們分別選取板式塔T0203、填料塔T0202為例進行塔體設計。

華僑大學TheElites隊11

2.4.3填料塔詳細設計（以T0202為例）

2.43.1塔設計條件及設備內介質名稱及組成

醋酸分離塔T0202用于將混合液中的醋酸和水與醋酸乙烯分離開。醋酸分離塔在較低

壓力下操作，選用填料塔。塔的介質名稱及組成如下表所示。

表2-9T0202精儲塔內介質名稱及組成

介質名稱進料組成（mol%）塔頂組成（mol%）塔底組成（mol%）

C2H489PPM218PPMtrace

CH3COOH0.378927PPM0.639

H2O0.3950.4510.355

VAC0.2270.5470.006

CO2824PPB2PPMtrace

C3H6O297PPM200PPM26PPM

CH3CHO210PPM515PPMtrace

C3H4O8PPM20PPM359PPB

2.4.3.2PackingSizing計算

在AspenPlus中進行模擬時，塔板數為13塊，工程上填料分層一般為4~6米，按照等

板高度0.5m來計算。因此，將此填料塔分為兩段填料段來處理，其間設置液體再分布器。

在AspenPlus的SizingandRating中選擇PackingSizing進行塔設計得到表2-10、2-11

的設計結果。

表2-10T0202分段結果

塔段起始板位置結束板位置板數

1232

24129

華僑大學TheElites隊12

表2-11T0202PackingSizingResults

第一段填料

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