設備選型精餾塔設計說明書

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上第三章 設備選型-精餾塔設計說明書3.1 概述本章是對各種塔設備的設計說明與選型。 3.2設計依據(jù) 氣液傳質分離用的最多的為塔式設備。它分為板式塔和填料塔兩大類。板式塔和填料塔均可用作蒸餾、吸收等氣液傳質過程，但兩者各有優(yōu)缺點，根據(jù)具體情況進行選擇。 設計所依據(jù)的規(guī)范如下：F1型浮閥 JBT1118鋼制壓力容器 GB 150-1998鋼制塔式容器 JB4710-92碳素鋼、低合金鋼人孔與手孔類型與技術條件 HG21514-95鋼制壓力容器用封頭標準 JB/T 4746-2002中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖 GB 18306-2001建筑結構荷載規(guī)范 GB50009-2001

2、3.3 塔簡述3.3.1填料塔簡述(1)填料塔填料塔是以塔內的填料作為氣液兩相間接觸構件的傳質設備，由外殼、填料、填料支承、液體分布器、中間支承和再分布器、氣體和液體進出口接管等部件組成。填料是填料塔的核心，它提供了塔內氣液兩相的接觸面，填料與塔的結構決定了塔的性能。填料必須具備較大的比表面，有較高的空隙率、良好的潤濕性、耐腐蝕、一定的機械強度、密度小、價格低廉等。常用的填料有拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、弧鞍形和矩鞍形填料，20世紀80年代后開發(fā)的新型填料如QH1型扁環(huán)填料、八四內弧環(huán)、刺猬形填料、金屬板狀填料、規(guī)整板波紋填料、格柵填料等，為先進的填料塔設計提供了基礎。填料塔適用于快速和瞬間反應的吸收過程

3、，多用于氣體的凈化。該塔結構簡單，易于用耐腐蝕材料制作，氣液接觸面積大，接觸時間長，氣量變化時塔的適應性強，塔阻力小，壓力損失為300700Pa，與板式塔相比處理風量小，空塔氣速通常為0.5-1.2 m/s，氣速過大會形成液泛，噴淋密度6-8 m3/(m2.h)以保證填料潤濕，液氣比控制在2-10L/m3。填料塔不宜處理含塵量較大的煙氣，設計時應克服塔內氣液分布不均的問題。(2)規(guī)整填料塔填料分為散裝填料、規(guī)整填料(含格柵填料) 和散裝填料規(guī)整排列3種，前2種填料應用廣泛。在規(guī)整填料中，單向斜波填料如JKB，SM，SP等國產波紋填料已達到國外MELLAPAK、FLEXIPAC等同類填料水平；雙

4、向斜波填料如ZUPAK、DAPAK等填料與國外的RASCHIG SUPER-PAK、INTALOX STRUCTURED PACKING同處國際先進水平；雙向曲波填料如CHAOPAK等乃最新自主創(chuàng)新技術，與相應型號的單向斜波填料相比，在分離效率相同的情況下，通量可提高25-35，比國外的單向曲波填料MELLAPAK PLUS通量至少提高5。上述規(guī)整填料已成功應用于6400，8200，8400，8600，8800，10200mm等多座大塔中。(3)板波紋填料板波紋填料由開孔板組成，材料薄，空隙率大，加之排列規(guī)整，因而氣體通過能力大，壓降小。其比表面積大，能從選材上確保液體在板面上形成穩(wěn)定薄液層，

5、使填料表面潤濕率提高，避免溝留現(xiàn)象，從而提高傳質效率。氣液兩相在填料中不斷呈Z形曲線運動，流體分布良好，混合充分，無積液死角，因而放大效應很小，適用于大直徑的塔。3.3.2板式塔簡述（1） 板式塔板式塔是一種逐級（板）接觸型的汽液傳質設備，塔內以塔板作為基本構件，氣體以鼓泡或噴射的形式穿過塔板上的液層，汽液兩相的組分濃度沿塔高呈階梯式變化。板式塔主要包括傳統(tǒng)的篩板塔、泡罩塔、浮閥塔、舌片塔板與浮舌塔板、穿流塔板和各種改進型浮閥塔板、多種傳質元件混排塔板和造成板上大循環(huán)的立體噴射塔板等。（2)篩孔塔板篩孔塔板簡稱篩板，結構特點為塔板上開設許多均勻的小孔。根據(jù)孔徑的大小，分為小孔徑塔板（孔徑38

6、mm）和大孔徑塔板（孔徑為1025mm）兩類。工業(yè)應用以小孔徑篩板為主，大空徑篩板多用于某些特殊場合（如分離粘度大、易結焦的物系）。3.4 選型原則（1）下列情況優(yōu)先選用填料塔： 1）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; 2）對于熱敏性物料的蒸餾分離，因新型填料的持液量較小，壓降小，故可優(yōu)先選擇真空操作下的填料塔； 3）具有腐蝕性的物料，可選用填料塔，因為填料塔克采用非金屬材料，如陶瓷、塑料等； 4）容易發(fā)泡的物料，宜選用填料塔。 （2）下列情況優(yōu)先選用板式塔： 1) 塔內液體滯液量較大，操作負荷變化范圍較寬，對進料濃度變化要求不敏感，操

7、作易于穩(wěn)定； 2) 液相負荷較?。?3) 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，堵塞的危險性較??； 4) 在操作過程中伴隨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。這是因為一方面板式塔的結構上容易實現(xiàn)，另外，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； 5）在較高壓力下操作的蒸餾塔仍多采用板式塔。 板式塔和填料塔的優(yōu)勢比較如下：表3-1 板式塔和填料塔的優(yōu)勢比較塔型優(yōu)勢填料塔1）小直徑塔費用低，便于安裝；2）液壓降低，有利于真空精餾；3）用于難分離的場合以降低塔高；4）用于腐蝕嚴重的場合，在這種情況下

8、可采用耐腐蝕材質填料；5）適合于發(fā)泡物系；6) 改造老塔，增加通量，減少消耗，提高產品質量；7) 用于間歇精縮，因為填料塔的持液量低。板式塔1) 對于大直徑塔設備費用低；2) 不易堵塞，且易清理；3）適合大液量操作。因為板式塔氣流為錯流，流量增大對氣體負荷影響不大；4) 適合中間內部換熱、側線出料多的場合。3.5 塔設備選型3.5.1塔設備選型比較了板式塔和填料塔的特點，并結合體系的特點，另外考慮設備的制造、投資和維修，選用板式精餾塔。3.5.2 塔板選型(1) 板式塔塔板種類 根據(jù)塔板上氣、液兩相的相對流動狀態(tài)，板式塔分為穿流式與溢流式。目前板式塔大多采用溢流式塔板。穿流式塔板操作不穩(wěn)定，很

9、少使用。 （2）各種塔板性能比較 工業(yè)上需分離的物料及其操作條件多種多樣，為了適應各種不同的操作要求，迄今已開發(fā)和使用的塔板類型繁多。這些塔板各有各的特點和適用體系，我們將幾種主要塔板的性能比較列表如下：表3-2 幾種主要塔板的性能比較項目泡罩塔板浮閥塔板篩板塔板相對費用2.01.21.0壓力降最高中等最低板效率高最高最低蒸汽負荷最低最高最高操作彈性542（3）塔板的選擇生產能力大，分離要求高。綜合考慮塔板的效率、分離效果和設備的成本、制造、維修等，我們選用了較為成熟，目前廣泛使用的F1型浮閥塔板。3.6 精餾塔T2塔具體設計3.6.1 Aspen Plus 模擬氣液負荷和物性數(shù)據(jù)的計算根據(jù)A

10、spen Plus模擬的結果可得到以下數(shù)據(jù)：表3-3 由Aspen Plus 模擬氣液負荷和物性數(shù)據(jù)塔板編號液相體積流率m3/h氣相體積流率m3/h液相密度kg/m3氣相密度kg/m3液相粘度cP液體表面張 力mN/m1175.58831.87671423.421294.0.23.2144.59410.79771413.603794.0.22.3145.1254559454.40481412.917514.0.22.4145.59456.97291412.87634.0.22.5145.59456.95841412.874354.0.22.6145.59456.76671412.874974.

11、0.22.7145.59456.62911412.875294.0.22.8145.59456.61331412.868794.0.22.9145.59457.62341412.723964.0.22.10183.59941.48371409.690554.0.22.11183.59961.73691408.916374.0.22.12177.59877.05721394.281754.0.22.13146.54907.10441202.338463.0.23.14132.52250.9006904.2.0.23.15143.56021.2479824.76392.0.21.16145.568

12、43.0262814.2.0.21.17145.56937.5416813.2.0.21.18145.56947.5645813.2.0.21.19145.56948.6186813.2.0.21.200.56948.6186813.223662.0.21.每塊板上的負荷如下圖所示：圖3-1 每塊板上的負荷量由上圖可知，在第5塊板上，汽液兩相的負荷最大，分別為：Ls=145. m3/h=0.0403m3/s, L=1412.87435kg/m3Vs=59456.9584 m3/h =16.516m3/s, v=4.kg/m3液相表面張力為=22.mN/m3.6.2 塔板數(shù)和操作參數(shù)本項目使用A

13、spen Plus對精餾塔的模擬結果如下表：表3-4 Aspen Plus對精餾塔的模擬結果操作壓力(MPa)回流比加料狀態(tài)所需理論板數(shù)加料位置0.14液體20第10塊理論板3.6.3 初估塔徑3.6.3.1塔板初步設計采用史密斯關聯(lián)圖估算，初選塔板間距H T =0.6m，板上清液層高度h L=0.1m則H T- h L=0.6-0.1=0. 5m又C可由史密斯關聯(lián)圖查出。查得C20=0.12m/s，20()0.2=0.12()0.2=0.122最大允許氣速 uF=C=0.12=2.217（m/s）取泛液分率等于0.85，得出它的有效面積為 An=8.763 m2取Ad/A=0.12，則塔的總

14、面積為A=9.958 m2塔徑為D=3.56（m）按標準塔徑圓整為 D=3.6m得出塔截面積為 A=D2=×3.62=10.174（m2）降液管總截面面積 Ad=0.12A=0.12×10.174=1.221 m2塔凈截面積An=0.88A=0.88×10.174=8.953 m2塔板工作面積Aa=0.76A=0.76×10.174=7.732 m2孔總面積Ao=0.1A=0.1×10.174=1.017 m2孔徑do=0.005mm板厚tp=0.0025mm偃高hw=0.05mm3.6.3.2 水力學性能計算（1）修正氣速數(shù)值及液泛分率數(shù)值

15、u=1.623m/s液泛分率=0.732（2）計算液沫夾帶分率 根據(jù)FLV=0.443及液泛分率為0.7 32，查圖得=0.06（3）塔板壓降Ht= ho-he干板壓降 已知do/tp=0.005/0.0025=2，查圖得Co=0.77uO=16.234m/s所以 m清液柱氣體通過泡沫層的壓降he= hw+how已規(guī)定堰高hw=0.05m采用雙流型，Ad/A=0.12，這里的Ad應該為兩個降液管的截面積，之前按Ad為一個截面積，故應改為Ad/A=0.06計，查圖得/D=0.63 , wd/D=0.109/D=0.97于是得出：=0.63D=2.268m =0.97D=3.492 mwd=0.1

16、1D=0.396 m按兩側均設有降液管來計算how，液體流率VL'應取總量的0.5，故得VL'=0.5×0.04×3600=72.54m3/h=9.364查圖得 Fw=1.045故 堰液頭 how=0.0028 Fw（）2/3 =0.0028×1.045×（）2/3=0.029ua=2.136m/suaG0.5=2.136×4.290.5=4.425查圖得充氣系數(shù)he= （hw+how）=0.57×(0.05+0.029)=0.045m清夜柱總壓降Ht= ho+he=0.069+0.045=0.114 m清夜柱（4）液

17、面落差 前已確定堰高的值，又已算出堰液頭的值，故可得hw+how=0.05+0.029=0.079m由式可得漏液點的干板壓降hO'=0.0056+0.13×0.05-0.0025=0.0096m根據(jù)式可知壓降和氣速的平方成正比，即=()2故得篩孔處操作氣速和漏點氣速之比為=（）0.5=2.1661.5（6）降液管通過能力核算降液管內液面高 先利用公式計算流過降液管的壓頭損失。取降液管下沿與塔板面距離為40mm，則液體從降液面出時所經過的縫隙流通截面積等于此距離乘以lw1Ada=0.04×2.268=0.091m2液體通過降液管的壓頭損失m降液管內的液面高Hd=Ht+

18、 hw+how+hd=0.222m以泡沫液計，液面高應為（取泡沫液的相對密度=0.5）Hd=0.443m=2.7液體在降液管內的停留時間停留時間=6.711s3s3.6.3. 3 計算結果（1）主要規(guī)格版型雙流型溢流堰（在兩側）長2.268塔徑3.6m溢流堰（在中央）長3.492板距600孔總面積1.017 m2降液管面積1.22m2孔徑5mm降液管下沿與塔板面距離40mm板厚2.5溢流堰高50mm（2）水動力學性能液泛分率0.732操作氣速/漏液點氣速2.1661.5液沫夾帶分率0.06降液管內泡沫液面高/板距0.55/ho_降液管內液體停留時間6.7113s堰液頭29mm(6mm)3.6.

19、3.4 負荷性能圖（1） 漏液線 漏液點的干板壓降為ho=0.0056+0.13× （hw+how）-h已規(guī)定 hw=0.05又已算出 h=0.0025堰液頭how與VL有關how=0.0028 Fw（）2/3 =0.0028×1.045×（）2/3=0.381VL2/3故有ho=0.0056+0.13×（0.05+0.381VL2/3）-0.0025=0.0096+0.0495 VL2/3根據(jù)干板壓降的式=2.52×10-4VG2令ho= ho，漏液點VG與VL的關系為0.0096+0.0495VL2/3=2.52×10-4VG2化簡得 VG=（2）液體流率下限線 規(guī)定how=6mm或0.06m時，液體流率到下限，已求得how=0.381VL2/3將達到下限的值帶入0.006=0.381VL2/3解出 VL=0.00198m3/s（3）液體流率上限值 以液體在降液管內的停留時間為3s規(guī)定液體的流率上限。因停留時間=代入得 3=解得液體流率上限流率 VL=0.09028m3&