化工制圖課程設(shè)計(jì)-篩板塔設(shè)計(jì)

1、 整理課件2壓力容器制造工藝整理課件3化工制圖課程設(shè)計(jì)化工制圖課程設(shè)計(jì)篩板式精餾塔設(shè)計(jì)篩板式精餾塔設(shè)計(jì)第一部分：化工制圖課程設(shè)計(jì)任務(wù)書第一部分：化工制圖課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一一. 設(shè)計(jì)題目：苯設(shè)計(jì)題目：苯甲苯混合液篩板甲苯混合液篩板(浮閥浮閥)精餾塔設(shè)計(jì)精餾塔設(shè)計(jì) 二二. 原始數(shù)據(jù)原始數(shù)據(jù)年處理量：年處理量：25000 30000 35000 40000 45000 50000噸噸料液初溫：料液初溫：35料液濃度：料液濃度：40% 45% 50% 55% 60%（苯質(zhì)量分率）（苯質(zhì)量分率）塔頂產(chǎn)品濃度：塔頂產(chǎn)品濃度：98% 98.5%（苯質(zhì)量分率）（苯質(zhì)量分率）塔底釜液含甲苯量不低于塔底釜液含甲苯量

2、不低于 98% 98.5% (以質(zhì)量計(jì)以質(zhì)量計(jì))每年實(shí)際生產(chǎn)天數(shù)：每年實(shí)際生產(chǎn)天數(shù)：330天（一年中有一個(gè)月檢修）天（一年中有一個(gè)月檢修）精餾塔塔頂壓強(qiáng)：精餾塔塔頂壓強(qiáng)：4 kpa（表壓）（表壓）冷卻水溫度：冷卻水溫度：30飽和水蒸汽壓力：飽和水蒸汽壓力：0.25Mpa(表壓表壓)設(shè)備型式：篩板設(shè)備型式：篩板(浮閥浮閥)塔塔廠址：西安地區(qū)廠址：西安地區(qū) 四四. . 設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)內(nèi)容 1.1. 工藝設(shè)計(jì)工藝設(shè)計(jì) 4 4第二部分：篩板式精餾塔設(shè)計(jì)方法第二部分：篩板式精餾塔設(shè)計(jì)方法 一工藝計(jì)算一工藝計(jì)算 壓力容器制造工藝整理課件14壓力容器制造工藝整理課件15壓力容器制造工藝整理課件16（3）加料板

3、位置的確定求出精餾段操作線和提餾段操作線的交點(diǎn)xyqq、，并以xq為分界線， 當(dāng) 交替 使 用操 作 線方 程 和 相平 衡 關(guān)系逐 板往下 計(jì)算 到xxxxnqnq且1時(shí)，就以第n n塊板為進(jìn)料板。（4）實(shí)際板數(shù)的確定 板效率：利用奧康奈爾的經(jīng)驗(yàn)公式 ETL0 490 245. 其中： 塔頂與塔底的平均溫度下的相對(duì)揮發(fā)度 L塔頂與塔底的平均溫度下的液相粘度, mpa s 對(duì)于多組分的液相粘度：LiLix Li液態(tài)組分i i的粘度, mpa s xi 液相中組分i i的摩爾分率 實(shí)際理論板數(shù) NNET實(shí)理壓力容器制造工藝整理課件174 4、塔塔的的氣氣液液負(fù)負(fù)荷荷計(jì)計(jì)算算 (1)、精餾段氣液負(fù)

4、荷計(jì)算VRD1 LRD VVMSVmVm3600 LLMSLmLm3600 V塔內(nèi)氣體摩爾流量 kmol/h Vs塔內(nèi)氣體體積流量 m s3 MVm、MLm分別為精餾段氣相平均分子量、液相平均分子量 VmLm、分別為精餾段氣相平均密度、液相平均密度 kg m3 (2)、提餾段氣液負(fù)荷計(jì)算(同上)壓力容器制造工藝整理課件185 5、熱量衡算、熱量衡算 總熱量衡算 QQQQQQVWLBFR式中：QQQQQQVWLBFR、分別是塔頂蒸汽帶出的熱量、塔底產(chǎn)品帶出的熱量、塔設(shè)備的熱損失、塔釜加熱量、進(jìn)料帶入的熱量、回流帶入熱量、 其中：塔設(shè)備的熱損失QQLB 0 1 . 再沸器熱負(fù)荷 QQQQQBVWR

5、F11 . 冷凝器熱負(fù)荷 QQQQCVDR QQCD、分別為塔頂冷凝器帶走熱量、塔頂產(chǎn)品帶走熱量二設(shè)備計(jì)算二設(shè)備計(jì)算壓力容器制造工藝整理課件21二二塔塔和和塔塔板板主主要要工工藝藝尺尺寸寸的的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì) 它包括板間距的初估，塔徑的計(jì)算，塔板液流型式的確定，板上清液高度、堰長、堰高的初估與計(jì)算，降液管的選型及系列參數(shù)的計(jì)算，塔板布置和篩板的篩孔和開孔率，最后是水力校核和負(fù)荷性能圖。1 1、板板間間距距HT的的初初估估 板間距的大小與液泛和霧沫夾帶有密切的關(guān)系。板距取大些，塔可允許氣流以較高的速度通過，對(duì)完成一定生產(chǎn)任務(wù)，塔徑可較??；反之，所需塔徑就要增大些。板間距取得大，還對(duì)塔板效率、操作彈性及安

6、裝檢修有利。但板間距增大以后，會(huì)增加塔身總高度，增加金屬耗量，增加塔基、支座等的負(fù)荷，從而又會(huì)增加全塔的造價(jià)。初選板間距時(shí)可參考下表所列的推薦值。 表表1 板板間間距距與與塔塔徑徑關(guān)關(guān)系系塔徑 D, m0 0. .3 30 0. .5 50 0. .5 50 0. .8 80 0. .8 81 1. .6 61 1. .6 62 2. .0 0塔板間距 HT mm2 20 00 03 30 00 02 25 50 03 35 50 03 35 50 04 45 50 04 45 50 06 60 00 0壓力容器制造工藝整理課件222 2、塔徑、塔徑 D D 的初估與圓整的初估與圓整 根據(jù)流量

7、公式計(jì)算塔徑，即 DVuS4 式中Vs塔內(nèi)的氣相流量，ms3 u 空塔氣速，m/s uu 0 60 8.max uCLVVmax umax 最大空塔氣速，m/s LV、 分別為液相與氣相密度，kgm3負(fù)荷系數(shù) 2.02020CC ( (C20值可由值可由 SmithSmith 關(guān)聯(lián)圖求取關(guān)聯(lián)圖求取) ) 由上式算出的塔徑按部頒發(fā)塔盤標(biāo)準(zhǔn)圓整，圓整后的塔徑除了必須滿足板間距與塔徑的關(guān)系外，還須進(jìn)行空塔氣速校核。壓力容器制造工藝整理課件235 . 0232323220)()(ln)43196. 049123. 0088307. 007291. 0(ln)3212. 139. 1079. 04746

8、75. 0(4695. 65496. 56562. 1531. 4expVLvLTvvVLLhHZLZZZLZZZZZZC整理課件243 液流型式的選擇液流型式的選擇 壓力容器制造工藝整理課件25壓力容器制造工藝整理課件264 4、溢流堰、溢流堰（出口堰）的設(shè)計(jì)（出口堰）的設(shè)計(jì)(1).堰長Wl: 依據(jù)溢流型式及液體負(fù)荷決定堰長,單溢流型塔板堰長lW一般取為(0.60.8)D；雙溢流型塔板，兩側(cè)堰長取為(0.50.7)D，其中 D 為塔徑(2).堰上液層高度hOW： 堰上液層高度應(yīng)適宜，太小則堰上的液體均布差，太大則塔板壓強(qiáng)增大，物沫夾帶增加。對(duì)平直堰，設(shè)計(jì)時(shí)hOW一般應(yīng)大于 0.0060.00

9、6m，若低于此值應(yīng)改用齒形堰。hOW也不宜超過 0.060.060.070.07m，否則可改用雙溢流型塔板。 平直堰的hOW按下式計(jì)算 hELlOWhW2 84100023. 式中 Wl堰長, m; Lh塔內(nèi)液體流量，m h3 E液流收縮系數(shù)，查圖求取。一般可取為 1，誤差不大壓力容器制造工藝整理課件27 齒形堰 hOW不超過齒頂時(shí) 2517. 1WnSOWlhLh hOW超過齒頂時(shí)2525735. 0nOWOWnWShhhhlL SL塔內(nèi)液體流量,Sm3 nh齒深, m;可取為 0.0150.015m(3).堰高Wh 堰高與板上液層高度及堰上液層高度的關(guān)系： OWLWhhh壓力容器制造工藝整

10、理課件285 5、降液管的設(shè)計(jì)、降液管的設(shè)計(jì)（1） 、降液管的寬度dW與截面積fA 可根據(jù)堰長與塔徑比值DlW，查圖求取。 降液管的截面積應(yīng)保證溢流液中夾帶的氣泡得以分離，液體在降液管中的停留時(shí)間一般等于或大于 3 35 5 秒，對(duì)低發(fā)泡系統(tǒng)可取低值，對(duì)高發(fā)泡系統(tǒng)及高壓操作的塔，停留時(shí)間應(yīng)加長些。 故在求得降液管的截面積之后，應(yīng)按下式驗(yàn)算液體在降液管內(nèi)的停留時(shí)間，即 A HLfTS液體在降液管中的停留時(shí)間，s Af降液管截面積，m3（2）.降液管底隙高度hO 為保證良好的液封，又不致使液流阻力太大，一般取為 hhOW 00060012. ., m hO也不易小于 0.020.020.025m0

11、.025m，以免引起堵塞，產(chǎn)生液泛。整理課件29壓力容器制造工藝整理課件306 6、塔板設(shè)計(jì)、塔板設(shè)計(jì) (1).塔板布置 i. i.開孔區(qū)面積開孔區(qū)面積Aa對(duì)于單流型塔板對(duì)于單流型塔板 )(sin21222rxrxrxAa 式中 xDWWdS2() ,m rDWC2 ,m sin1xr以弧度表示的反三角函數(shù)對(duì)于雙流型塔板Ax rxrxrxrxrxra222221121221sinsin式中 xWWdS12(Wd為雙溢流中間降液管的寬度) )其它符號(hào)與單流型塔板公式同壓力容器制造工藝整理課件31 ii 溢溢流流區(qū)區(qū) 溢溢流流區(qū)區(qū)面面積積Af及及Af分分別別為為降降液液管管和和受受液液盤盤所所占占

12、面面積積. . iii 安安定定區(qū)區(qū) 開開孔孔區(qū)區(qū)與與溢溢流流區(qū)區(qū)之之間間的的不不開開孔孔區(qū)區(qū)域域?yàn)闉榘舶捕ǘ▍^(qū)區(qū)，其其作作用用為為使使自自降降液液管管流流出出液液體體在在塔塔板板上上均均布布并并防防止止液液體體夾夾帶帶大大量量泡泡沫沫進(jìn)進(jìn)入入降降液液管管。其其寬寬度度WS( (WS) )指指堰堰與與它它最最近近一一排排孔孔中中心心之之間間的的距距離離，可可參參考考下下列列經(jīng)經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)值值選選定定：壓力容器制造工藝整理課件32壓力容器制造工藝整理課件33（2） 、篩板的篩孔和開孔率 i 篩孔孔徑篩孔孔徑 d d0 0孔徑 d0的選取與塔的操作性能要求、物系性質(zhì)、塔板厚度、材質(zhì)及加工費(fèi)等有關(guān)。工業(yè)上

13、常用 d0=38mm，推薦 46mm。 ii 篩孔厚度篩孔厚度一般碳鋼=34mm 不銹鋼=22.5mmiii 孔心距孔心距 t t篩孔在篩板上一般按正三角形排列，常用孔心距 t= (2.55)d0,推薦(34)d0。t/ d0過小易形成氣流相互擾動(dòng)，過大則鼓泡不均勻，影響塔板傳質(zhì)效率。壓力容器制造工藝整理課件34 開孔率開孔率 開孔率是指篩孔總面積 Ao m2與開孔面積 Aa m2之比，即 200)/(907. 0dtAAa一般,開孔率大,塔板壓降低,霧沫夾帶量少,但操作彈性小,漏夜量大,板效率低。通常開孔率為 5%15%。 篩孔數(shù)篩孔數(shù) n n mmttAna,:11580002孔心距孔數(shù)確

14、定后，在塔板開孔區(qū)內(nèi)布篩孔，若布孔數(shù)較多可在適當(dāng)位置堵孔。若塔內(nèi)上下段負(fù)荷變化較大時(shí)，應(yīng)根據(jù)流體力學(xué)驗(yàn)算情況，分段改變篩孔數(shù)以提高全塔的操作穩(wěn)定性。壓力容器制造工藝整理課件357 7、塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算、塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算塔板流體力學(xué)驗(yàn)算目的是為了檢驗(yàn)以上初算塔徑及各項(xiàng)工藝尺寸的計(jì)算是否合理，塔板能否正常操作。(1) 氣體通過塔板的壓強(qiáng)降氣體通過塔板的壓強(qiáng)降:ph,m 液柱液柱 hhhhlCp ph氣體通過每層塔板壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?，m 液柱 hC氣體通過篩板的干板壓降，m 液柱 lh氣體通過板上液層的阻力，m 液柱 h克服液體表面張力的阻力，m 液柱壓力容器制造工藝整理課件36i.干板壓降干

15、板壓降 hC LVCCuh200)(051. 0 式中 u0篩孔氣速，m/s LV、分別為液、氣密度，kg m3C C0 0孔流系數(shù)，孔徑與塔板厚度之比).()(000338. 0)(00732. 0)(0677. 08806. 00302000ddddC 壓力容器制造工藝整理課件37 ii ii.板上液層阻力lh 板上充氣液層阻力受堰高、氣速及溢流長度等因素的影響，一般用下面的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：)(00OWWLlhhhh 式中： hL板上清液層高度，m 0反映板上液層充氣程度的因數(shù)，可稱為充氣因數(shù)，無因次,一般 0=0.50.50.60.6。 0與氣相動(dòng)能因子aF有關(guān)，185964.000652

16、029.0F )(單流型塔板fTsaVaaAAVuuF iii.液體表面張力的阻力 MNgdhL/:40表面張力氣體通過塔板的壓降（Pp=hpgL）應(yīng)低于設(shè)計(jì)允許值。壓力容器制造工藝整理課件38(2) .(2) .降液管內(nèi)液體高度降液管內(nèi)液體高度( (液泛液泛 or or 淹塔淹塔) ) 降液管內(nèi)液體高度Hd代表液體通過一層塔板時(shí)所需液位高度，可用下式表示: dpLdhhhH 式中 進(jìn)出口堰之間的液面梯度，m 液柱(一般很小，可以忽略) ph氣體通過一塊塔板的壓降，m 液柱 hd液體流出降液管的壓降，m 液柱hd可按下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算： 無入口堰: hLL hdSW015302. 有入口堰： h

17、Ll hdSW0 202.壓力容器制造工藝整理課件39 如果液體和氣體流動(dòng)所遇阻力增加，降液管中液面上升，當(dāng)超過上一層塔板的堰頂后，產(chǎn)生液體倒流，即發(fā)生了液泛，因此，需要足夠的降液管高度，或控制適當(dāng)阻力以防液泛的發(fā)生。實(shí)際降液管中液體和泡沫的總高度大于用上式計(jì)算的值。為了防止液泛，應(yīng)保證降液管中泡沫液體總高度不超過上層塔板的出口堰。因此 HhHTWd 式中 HT板間距，m 系數(shù)。為考慮降液管內(nèi)液體充氣及操作安全兩種因素的校正系數(shù)。對(duì)于容易起泡的物系，取 0 0. .3 30 0. .4 4；對(duì)不易起泡的物系，取0 0. .6 60 0. .7 7；對(duì)于一般物系，取0 0. .5 5。壓力容器制

18、造工藝整理課件40（3 3）霧霧沫沫夾夾帶帶 霧沫夾帶是指板上液體被上升氣體帶入上一層塔板的現(xiàn)象。過多的霧沫夾帶將導(dǎo)致塔板效率嚴(yán)重下降。為了保證板式塔能維持正常的操作效果，應(yīng)使每千克氣體夾帶到上一層塔板的液體量不超過 0 0. .1 1kg，即控制霧沫夾帶量eV 0 0. .1 1kg(液)/kg(氣)。 2 . 36)5 . 2(107 . 5LTaVhHue壓力容器制造工藝整理課件41（4）漏液點(diǎn)氣速）漏液點(diǎn)氣速 uOW當(dāng)氣速逐漸減小至某值時(shí)，塔板將發(fā)生明顯的漏夜現(xiàn)象，該氣速稱為漏液點(diǎn)氣速 uOW，若氣速繼續(xù)降低，更嚴(yán)重的漏夜將使篩板不能積液而破壞正常操作，故漏液點(diǎn)氣速為篩板的下限氣速。為

19、使篩板具有足夠的操作彈性，應(yīng)保持穩(wěn)定性系數(shù) K:若穩(wěn)定性系數(shù)偏低，可適當(dāng)減小開孔率或降低堰高，前者影響較大。VLLOWhhCu/)13. 00056. 0(4 . 40/.,.0 . 25 . 1smuuuuKOWoOWO漏液點(diǎn)氣速篩孔氣速壓力容器制造工藝整理課件42 塔板的負(fù)荷性能圖塔板的負(fù)荷性能圖 在確定了塔板的工藝尺寸，又按前述各款在確定了塔板的工藝尺寸，又按前述各款進(jìn)行了流體力學(xué)驗(yàn)算之后，便可確認(rèn)所設(shè)計(jì)的進(jìn)行了流體力學(xué)驗(yàn)算之后，便可確認(rèn)所設(shè)計(jì)的塔板能在任務(wù)規(guī)定的氣液負(fù)荷下正常操作。此塔板能在任務(wù)規(guī)定的氣液負(fù)荷下正常操作。此時(shí)，有必要進(jìn)一步揭示該塔板的操作性能，即時(shí)，有必要進(jìn)一步揭示該塔

20、板的操作性能，即求出維持該塔板正常操作所允許的氣、液負(fù)荷求出維持該塔板正常操作所允許的氣、液負(fù)荷波動(dòng)范圍。這個(gè)范圍通常以塔板負(fù)荷性能圖的波動(dòng)范圍。這個(gè)范圍通常以塔板負(fù)荷性能圖的形式表示。形式表示。壓力容器制造工藝整理課件43塔板負(fù)荷性能圖塔板負(fù)荷性能圖Vs ,m3/sLs ,m3/s(1)(1)霧沫夾帶線霧沫夾帶線(2)(2)液泛線液泛線(3)(3)液相上限線液相上限線(4)(4)漏夜線漏夜線(5)(5)液相負(fù)液相負(fù)荷下限線荷下限線A Vs,minP操作點(diǎn)B Vs,maxO壓力容器制造工藝整理課件44(1) .霧沫夾帶線(1) 霧沫夾帶線表示霧沫夾帶量eV=0.1=0.1kg(液)/kg(氣)

21、時(shí)的VLSS關(guān)系，塔板的適宜操作區(qū)應(yīng)在此線之下，否則將因過多的霧沫夾帶而使板效率嚴(yán)重下降。此線可根據(jù)上述流體力學(xué)驗(yàn)算中霧沫夾帶泛點(diǎn)率公式作出。 (2).液泛線(2) 液泛線表示降液管內(nèi)泡沫層高度達(dá)到最大允許值時(shí)的關(guān)系，塔板的適宜操作區(qū)也應(yīng)在此線之下，否則將可能發(fā)生液泛現(xiàn)象，破壞塔的正常操作。(3).液相負(fù)荷上限線(3) 此線反映對(duì)于液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間的起碼要求。對(duì)于尺寸已經(jīng)確定的降液管，若液體流量超過某一限度，使液體在降液管中的停留時(shí)間過短，則其中氣泡來不及放出就進(jìn)入下層塔板，造成氣相返混，降底塔板效率。壓力容器制造工藝整理課件45 液 體 在 降 液 管 內(nèi) 的 停 留 時(shí) 間 為 ：

22、A HLfTS不 應(yīng) 小 于 3 3 5 5s， 按= 5 5s計(jì) 算 ， 則 ：5max,TfSHAL 依 此 式 可 求 得 液 相 負(fù) 荷 上 限 ， 據(jù) 此 作 出 液 相 負(fù) 荷 上 限 線 (3)。塔 板 的 適 宜 操 作 區(qū) 應(yīng) 在 豎 直 線 (3)的 左 方 。(4).泄 漏 線(4) 由 漏 液 點(diǎn) 氣 速 uOW標(biāo) 繪 對(duì) 應(yīng) 的 Vs Ls。(5).液 相 負(fù) 荷 下 限 線 （ 5） 對(duì) 于 平 直 堰 ， 一 般 取 堰 上 液 層 高 度hOW= 0 0. .0 00 06 6m m 作 為 液 相 負(fù) 荷下 限 條 件 ， 低 于 此 限 便 不 能 保 證

23、板 上 液 流 均 勻 分 布 ， 降 低 氣 液 接 觸效 果 。 平 直 堰h(yuǎn)OW按 下 式 計(jì) 算 32min,3600100084.2WsOWlLEh 將 已 知 的lW及hOW的 下 限 值 (0 0. .0 00 06 6m m)代 入 上 表 ， 并 取E=1 1， 便 可取 得LS的 下 限 值 ， 據(jù) 此 作 出 液 相 負(fù) 荷 下 限 線。塔 板 的 適 宜 操 作 區(qū) 應(yīng)在 豎 直 線 （ 5） 右 側(cè)。壓力容器制造工藝整理課件46在負(fù)荷性能圖上，由上述線所包圍的陰影區(qū)域，應(yīng)是所設(shè)計(jì)的塔板用于處理指定物系時(shí)的適宜操作區(qū)。在此區(qū)域內(nèi)，塔板上的流體力學(xué)狀況是正常的。（6）塔的操作彈性在塔的操作液氣比下，操作線 OAB 與界限曲線交點(diǎn)的氣相最大負(fù)荷與氣相允許最低負(fù)荷之比，即：min,max,ssVV操作彈性ssVVmax,上操作彈性min, ssVV下操作彈性壓力容器制造工藝整理課件47壓力容器制造工藝整理課件48壓力容器制造工藝整理課件49壓力容器制造工藝整理課件50四四. . 塔體結(jié)構(gòu)塔體結(jié)構(gòu)