3-1典型設(shè)備選型計(jì)算說明書

1、目錄第一章 塔設(shè)備設(shè)計(jì)61.1 塔設(shè)備選型設(shè)計(jì)依據(jù)61.2 塔設(shè)備選型61.2.1 塔設(shè)備簡介61.2.2 塔型選擇原則91.2.3 結(jié)論121.3 T0203 正己烷回收塔的設(shè)計(jì)121.3.1 初步設(shè)計(jì)131.3.2 水力學(xué)參數(shù)141. 3.3 塔筒體的計(jì)算151.3.3.1 塔體的計(jì)算151.3.4 塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算191.3.5 塔板布置及浮閥數(shù)目與排列211.3.6 塔設(shè)備的校核231.3.7 初步計(jì)算結(jié)果281.3.8 Cup-Tower 在塔盤工藝結(jié)構(gòu)計(jì)算的運(yùn)用301.3.9 塔機(jī)械工程設(shè)計(jì)311.3.10 塔機(jī)械工程校核341.3.11 塔設(shè)備裝配圖53第二章 換熱器選型5

2、42.1 換熱器設(shè)計(jì)依據(jù)542.2 換熱器類型的選擇542.3 換熱器選型設(shè)計(jì)562.3.1 換熱介質(zhì)流程562.3.2 換熱介質(zhì)終點(diǎn)溫差572.3.3 換熱介質(zhì)流速572.3.4 換熱器管殼層壓降5822.3.5 傳熱膜系數(shù)582.3.6 污垢系數(shù)592.4 換熱器設(shè)計(jì)592.5 T0203 condenser 換熱器選型設(shè)計(jì)592.5.1 工藝參數(shù)確定592.5.2 Design 設(shè)計(jì)602.5.3 Rating/Checking 校核模式622.5.4圓整652.5.5 SW6 校核結(jié)果692.5.6 設(shè)計(jì)結(jié)果表792.6 T0203 reboilerr 選型設(shè)計(jì)812.6.1 概述81

3、2.6.2 使用 Aspen EDR 進(jìn)行設(shè)計(jì)校核832.6.3 設(shè)計(jì)結(jié)果表192.7 換熱器裝配圖212.8 換熱器選型一覽表21第三章 氣液分離器設(shè)計(jì)243.13.2設(shè)計(jì)依據(jù)24氣液分離器的分類243.2.1 立式和臥式重力分離器243.2.2 立式和臥式絲網(wǎng)分離器24設(shè)計(jì)目標(biāo)25氣液分離器的設(shè)計(jì)253.33.43.4.13.4.23.4.33.4.4氣液分離器工藝參數(shù)25類型選擇26設(shè)計(jì)26氣液分離器選型一覽表33第四章 泵344.1 泵的概述3434.24.34.4泵類型和特點(diǎn)34泵選型原則35泵選型示例（以 P0112 為例）384.4.1 具體選型（以 P為例）394.5第五章泵選

4、型一覽表43壓縮機(jī)選型45選型依據(jù)45壓縮機(jī)分類45壓縮機(jī)適用范圍46壓縮機(jī)選型475.4.1 壓縮機(jī)工藝參數(shù)475.4.2 壓縮機(jī)選型實(shí)例（以 C0201 為例）48壓縮機(jī)選型一覽表48儲罐選型49選型依據(jù)49儲罐類型49儲罐系列49選型原則51原料儲罐選型525.15.25.35.45.5第六章6.16.26.36.46.56.5.16.5.26.5.3甲醇儲罐52異丁烯儲罐52正己烷儲罐536.7回流罐選型546.7.1 T0102 回流罐546.7.2 T0103 回流罐546.7.3 T0203 回流罐546.7.4 T0204 回流罐546.7.5 T0205 回流罐556.8 S

5、0101 傾析器選型5546.9 儲罐選型一覽表55第七章 緩沖罐577.1 反應(yīng)進(jìn)料液混合罐(以 V0201 為例)577.1.1 原料性質(zhì)577.1.2 反應(yīng)進(jìn)料液混合罐577.2緩沖罐選型一覽表585第一章 塔設(shè)備設(shè)計(jì)1.1 塔設(shè)備選型設(shè)計(jì)依據(jù)化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書塔設(shè)備固定式容器GB 150-2011設(shè)備及管道保溫設(shè)計(jì)導(dǎo)則GB 8175-1987容器封頭 GB/T 25198-2010塔器設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定HG 20652-1998鋼制化工容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)定HG/T 20583-2011工藝系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范HG/T 20570-1995塔頂?shù)踔鵋G/T 21639-2005不銹鋼人、手孔 HG

6、21594-21604鋼制人孔和手孔的類型與技術(shù)條件HG/T 21514-2005鋼制塔式容器JB/T 4710-2005補(bǔ)強(qiáng)圈JB/T 4736-2002鋼制容器用封頭JB/T 4746-20021.2 塔設(shè)備選型1.2.1 塔設(shè)備簡介塔設(shè)備的分類可以從不同的角度進(jìn)行。例如：按操作分為加壓塔、常壓塔和減壓塔；按單元操作分為精餾塔、吸收塔、解吸塔、萃取塔、反應(yīng)塔和干燥塔；按形成相際接觸界面的方式分為具有固定相界面的塔和過程中形成相界面的塔；也有按塔釜形式分類的，但是長期以來最常用的分類是按塔的內(nèi)件結(jié)構(gòu)分為板式塔和填料塔。填料塔以填料作為氣液接觸元件，氣液兩相在填料層中逆向連續(xù)接觸。它具有結(jié)構(gòu)簡

7、單、降小、易于用耐腐蝕非金屬材料制造等優(yōu)點(diǎn)，對于氣體吸收、6真空蒸餾以及處理腐蝕性流體的操作，頗為適用。當(dāng)塔徑增大時(shí)，引起氣液分布不均、接觸不良等，造成效率下降，即稱為放大效應(yīng)。同時(shí)，填料塔還有重量大、造價(jià)理維修麻煩、填料損耗大等缺點(diǎn)，以致使填料塔在很長時(shí)期以來不及板式塔使用廣泛。但是隨著新型高效填料的出現(xiàn)，流體分布技術(shù)的改進(jìn)，填料塔的效率有所提高，放大效應(yīng)也在逐步得以解決。板式塔是分級式接觸型氣液傳質(zhì)設(shè)備，種類繁多。板式塔為逐級接觸式氣液傳質(zhì)設(shè)備。在一個(gè)圓筒形的殼體內(nèi)裝有若干層按一定間距放置的水平塔板，塔板上開有很多篩孔，每層塔板靠塔壁處設(shè)有降液管。氣液兩相在塔板內(nèi)進(jìn)行逐級接觸，兩相的組成沿

8、塔高呈階梯式變化。板式塔的空塔氣速很高，因而生產(chǎn)能力較大，塔板效率穩(wěn)定，造價(jià)低，檢修、方便。根據(jù)目前國內(nèi)外實(shí)際使用的情況，主要的塔型是泡罩塔、篩板塔、浮閥塔、舌形塔、浮動噴射塔等等。表 1-1板式塔和填料塔的比較目前生產(chǎn)能力較大的塔，多采用板式塔，比較經(jīng)濟(jì)合理。而新型高效填料（例如金屬絲網(wǎng)波紋填料），能顯著降低塔高，其放大效應(yīng)并不明顯，只要有合宜的結(jié)構(gòu)，在較大直徑的塔內(nèi)仍具有較高的效率，自然也是經(jīng)濟(jì)合理的。下面重點(diǎn)就板式塔進(jìn)行介紹。表 1-2 各種板式塔的優(yōu)缺點(diǎn)及用途7塔盤型式結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)應(yīng)用范圍項(xiàng)目填料塔板式塔散堆填料規(guī)整填料空塔氣速稍小大比散堆填料大壓降小更小一般比填料塔大塔效率小塔效率高

9、高，對大直徑塔無放大效應(yīng)較穩(wěn)定，效率較高液氣比對液體噴淋量有一定要求范圍大適應(yīng)范圍大持液量較小較小較大材質(zhì)可用非金屬耐腐蝕材料適應(yīng)各類材料金屬材料造價(jià)小塔較低較板式塔高大直徑塔較低安裝檢修較適中較容易表 1-3 各種塔盤的比較主要塔板性能的量化比較見下表 1-4：表 1-4 幾種主要塔板性能的量化比較8塔盤類型塔板效率處理能力操作彈性壓降結(jié)構(gòu)成本泡罩板1.01.051復(fù)雜1篩板1.21.41.430.5簡單0.40.5塔盤型式蒸汽量液量效率操作彈性降價(jià)格可靠性泡罩良優(yōu)良超差良優(yōu)篩板優(yōu)優(yōu)優(yōu)良優(yōu)超良浮閥優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)良優(yōu)優(yōu)穿流式優(yōu)超差差優(yōu)超可泡罩塔圓形泡罩復(fù)雜彈性好無泄漏費(fèi)用高板間距大降比較大用于具有特

10、定要求的場合S 型泡罩塔板稍簡單簡化了泡罩的型式，因此性能相似費(fèi)用高板間距大降比較大用于具有特定要求的場合浮閥塔條形浮閥簡單操作彈性較好；塔板效率較高；處理能力較大沒有特別的缺點(diǎn)適用于加壓及常壓下的氣液傳質(zhì)過程重盤式浮閥有簡單的和稍復(fù)雜的T 型浮閥簡單穿流型篩板簡單正常負(fù)荷下的效率高；費(fèi)用最低；降小穩(wěn)定操作范圍 窄；要么擴(kuò)大孔徑，否則易堵物料；容易發(fā)生液體泄漏適于處理量變動少且不析出固體物的系統(tǒng)（溢流式）波紋篩板簡單比篩板降稍高，但具有同樣的優(yōu)點(diǎn)；氣液分布好柵板簡單處理能力大；降??；費(fèi)用便宜適用于粗蒸餾本項(xiàng)目選用河北工業(yè)大學(xué)專利塔板 CTST，立體傳質(zhì)塔板 CTST 為獨(dú)特的立體結(jié)構(gòu)，其部件為

11、梯形噴射罩，如下圖 1-1 和 1.2 所示，側(cè)面為帶篩孔的噴射板，兩端為梯形的端板，上部為分離板。噴射板與塔板間有一定的底隙，為液體進(jìn)入罩體的通道。塔板上為矩形開孔。分離板的作用一是提供氣液接觸空間，二是使氣液兩相有效分離，減少霧沫夾帶。圖 1-1 CTST 塔板結(jié)構(gòu)圖 1-2 CTST 塔板操作工況立體傳質(zhì)塔板獨(dú)特的空間結(jié)構(gòu)和噴射型的操作過程將氣液傳質(zhì)區(qū)域擴(kuò)展到塔板空間范圍，因此充分利用了塔板空間，使之具有如下優(yōu)越特性：（1） 處理能力大，比 F1 浮閥塔板處理能力提高 50%150%；（2） 效率高，比 F1 浮閥高 10%以上；（3） 板壓降低，低于 F1 浮閥 30%以上，可用于減壓

12、場合；（4） 操作彈性大，其值可達(dá) 5.47.2；（5） 抗堵塞能力強(qiáng)，可處理含固體顆粒易自聚物料；（6） 具有消泡性能，適于處理易發(fā)泡物料；（7） 塔板液流梯度影響小，適于大塔徑、高液相負(fù)荷場合。1.2.2 塔型選擇原則塔型的合理選擇是做好塔設(shè)備設(shè)計(jì)的首要環(huán)節(jié)。選擇時(shí)考慮的因素有：物料性質(zhì)、操作條件、塔設(shè)備性能，以及塔設(shè)備的制造、安裝、運(yùn)轉(zhuǎn)和維修等。（一）與物性有關(guān)的因素：9浮閥板1.21.31.590.6一般0.70.9舌型板1.11.21.530.8簡單0.50.6（1）易起泡的物系，如處理量不大時(shí)，以選用填料塔為宜。因?yàn)樘盍夏苁蛊屏?，在板式塔中則易引起液泛。（2）具有腐蝕性的介質(zhì)，可選

13、用填料塔。如必須用板式塔，宜選用結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)便宜的篩板塔盤、穿流式塔盤或舌形塔盤，以便及時(shí)更換。（3）具有熱敏性的物料須減壓操作，以防過熱引起分解或聚合，故應(yīng)選用降較小的塔型。如可采用裝填規(guī)整填料的散堆填料等，當(dāng)要求真空度較低時(shí)，也可用篩板塔和浮閥塔。（4）黏性較大的物系，可以選用大填料，板式塔的傳質(zhì)效率較差。（5）含有懸浮物的物料，應(yīng)選擇液流通道較大的塔型，以板式塔為宜。可選用泡罩塔、浮閥塔、柵板塔、舌形塔和孔徑較大的篩板塔等。不宜使用填料。（6）操作過程中有熱效應(yīng)的系統(tǒng)，用板式塔為宜。因塔板上積有液層，可在其中安放換熱管，進(jìn)行有效的加熱或冷卻。（二）與操作條件有關(guān)的因素：（1）若氣相傳質(zhì)

14、阻力大（即氣相控制系統(tǒng)。如低黏度液體的蒸餾，空氣增濕等），宜采用填料塔，因填料層中氣相呈湍流，液相為膜狀流。反之，受液相控制的系統(tǒng)，宜采用板式塔，因?yàn)榘迨剿幸合喑释牧?，用氣相在液層中鼓泡。?）大的液體負(fù)荷，可選用填料塔，若用板式塔時(shí)，宜選用氣液并流的塔型（如噴射型塔盤）或選用板上液流阻力較小的塔型（如篩板和浮閥）。此外，導(dǎo)向篩板塔盤和多降液管篩板塔盤都能承受較大的液體負(fù)荷。（3）低的液體負(fù)荷，一般不宜采用填料塔。因?yàn)樘盍纤笠欢康膰娏苊芏?，但網(wǎng)體填料能用于低液體負(fù)荷的場合。（4）液氣比波動的適應(yīng)性，板式塔優(yōu)于填料塔，故當(dāng)液氣比波動較大時(shí)宜用板式塔。（三）其他因素：（1）對于多數(shù)情況，塔

15、徑小于 800mm 時(shí)，不宜采用板式塔，宜用填料塔。對于大塔徑，對加壓或常壓操作過程，應(yīng)優(yōu)先選用板式塔；對減壓操作過程，宜采用新型填料。（2） 一般填料塔比板式塔重。（3） 大塔以板式塔造價(jià)較廉。因填料價(jià)格約與塔體的容積成正比，板式塔10按面積計(jì)算的價(jià)格，隨塔徑增大而減小。表 1-5塔型選用順序表11考慮因素選擇順序塔徑800mm 以下，填料塔大塔徑，板式塔具有腐蝕性的物料填料塔穿流式塔篩板塔噴射型塔污濁液體大孔徑篩板塔穿流式塔噴射型塔浮閥塔泡罩塔操作彈性浮閥塔泡罩塔篩板塔真空操作填料塔導(dǎo)向篩板網(wǎng)孔塔板篩板浮閥塔板大液氣比多降液管篩板塔填料塔噴射型塔浮閥塔篩板塔存在兩液相的場合穿流式塔填料塔1

16、.2.3 結(jié)論本項(xiàng)目結(jié)合實(shí)際裝置特點(diǎn)，根據(jù)塔內(nèi)液體滯液量較大、操作負(fù)荷變化范圍較寬、對進(jìn)料濃度變化敏感程度等要求，合理選擇塔型。板式塔有液流通道較大的特點(diǎn)，堵塞的較??；我們在設(shè)備選擇過程中優(yōu)先考慮選用板式塔，既可以控制設(shè)備投資成本和操作成本，又有較大的操作彈性，同時(shí)操作維修也比較方便，但是對于吸收和解吸塔，及氣液相負(fù)荷較小的塔，選用填料塔。選擇結(jié)果如下表1-6 所示：表 1-6塔設(shè)備型式1.3 T0203 正己烷回收塔的設(shè)計(jì)由上一章節(jié)中填料塔與板式塔的適用范圍以及優(yōu)缺點(diǎn)的對比，經(jīng)綜合考慮本項(xiàng)目的正己烷回收塔塔型采用板式塔。由于該塔塔板氣液負(fù)荷較大、且 MMA,正己烷屬于中等發(fā)泡物系，因此選擇我

17、校專利塔板 CTST，該立體傳質(zhì)塔板具有很好的消泡功能且適用于腐蝕性介質(zhì)。由于缺乏經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式，首先按浮閥塔板進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后通過浮閥與 CTST 的工業(yè)研究對比數(shù)據(jù)得出CTST 的相關(guān)參數(shù)。12設(shè)備位號設(shè)備名稱選擇類型T0101MAL 吸收塔填料塔T0102MAL 回收塔填料塔T0103MAL 精制塔填料塔T0201MMA 吸收塔填料塔T0202MMA 萃取塔板式塔T0203正己烷回收塔板式塔T0204MMA 精制塔填料塔T0205 精餾段甲醇水精餾塔板式塔T0205 提餾段甲醇水精餾塔板式塔1.3.1 初步設(shè)計(jì)1.3.1.1 設(shè)計(jì)思路（一）塔高的計(jì)算，包括塔的主體高度、頂部與底部空間的高度，裙

18、座高度。（二）塔徑的計(jì)算：裝置的有關(guān)條件給定塔板設(shè)計(jì)條件準(zhǔn)備事項(xiàng)確定塔徑溢流區(qū)的設(shè)計(jì)氣液接觸區(qū)的設(shè)計(jì)各項(xiàng)校核計(jì)算（三）塔內(nèi)件的設(shè)計(jì)，主要是塔盤的工藝和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。此外還有塔的、防沖擋板、放渦器、除沫器等的設(shè)計(jì)計(jì)算。1.3.1.2 設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)參數(shù)主要考慮介質(zhì)與選材、設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)溫度、厚度及其附加量、焊接接頭系數(shù)等。1.介質(zhì)與選材操作環(huán)境中主要存在 MMA 和正己烷以及少量的 MAA。由于 MAA 具有腐蝕性，同時(shí)考慮到、溫度較低，初步選用不銹鋼材料。查腐蝕并根據(jù)強(qiáng)度等方面的要求，選擇材料 S31603。2.設(shè)計(jì)在 Aspen 模擬中，工藝采用的工作力的 1.051.1 倍。即取 0.11MPa。3

19、.設(shè)計(jì)溫度為常壓操作，設(shè)計(jì)取最高工作壓工藝中塔頂和塔底的溫度分別為 62.8和 99.6，考慮到操作彈性及意外情況，取其最高值并留一定的余量，取設(shè)計(jì)溫度 t = 120。4.塔板數(shù)及加料位置該塔是板式塔，共有 20 塊理論板（不包括冷凝器和再沸器），進(jìn)料位置為第 17 塊理論板。1.2.1.3 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則強(qiáng)度失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。131.3.2 水力學(xué)參數(shù)A spen 模擬進(jìn)行了塔結(jié)構(gòu)的初步計(jì)算，符合最小塔板塔徑為 1.53m，浮閥塔，單溢流，共 20 塊理論塔板。并且得到了各個(gè)塔板的物料分布，為使每塊塔板都能滿足生產(chǎn)要求，只需使負(fù)荷最大的塔板正常工作即可。已知第 17 塊理論塔板的負(fù)荷最大，則設(shè)計(jì)取塔

20、板上氣液相負(fù)荷最大的第 17 塊理論塔板進(jìn)行手工計(jì)算和校核。其水力學(xué)參數(shù)如下表 1-7（1）（2）所示：表 1-7（1）正己烷回收塔水力學(xué)參數(shù)14塔 板數(shù)液相溫度氣相溫度液相質(zhì)量流量（kg/h）氣相質(zhì)量流量（kg/h)液相體積流量(cum/h）氣相體積流量（cum/h)150.2362.78168061680625.366029262.7866.34133421894420.946299366.3466.84137341933621.636370466.8467.03137701937221.606368567.0367.23137621936421.456356667.2367.501374

21、11934321.256341767.5067.92137051930720.976319867.9268.66136381924020.556287968.6670.16134931909419.8462311070.1671.67291002202441.0369571171.6772.39295702249341.7970271272.3973.25296622258641.7370271373.2575.39295212244540.9269631475.3980.83291182204238.9268091580.8389.37288372176036.366662表 1-7（2）正

22、己烷回收塔第 17 塊塔板相關(guān)數(shù)據(jù)1. 3.3 塔筒體的計(jì)算由上表與 Aspen 物性數(shù)據(jù)計(jì)算中基本數(shù)據(jù)可以求得計(jì)算所用數(shù)據(jù)，具體計(jì)算過程如下：1.3.3.1 塔體的計(jì)算（用 Smith 法計(jì)算塔徑）適宜空塔速度 u 一般取為最大允許氣速 u Fu = (0.60.8)u max的 0.60.8 倍，即rL - rVrVC = C (sL)0.2 計(jì)算，其中的 C 20 由書中圖查u= C，式中 C 由max2020取，æ LS örLæö35.59ç÷è S ø= ç÷VL6908.30= 0

23、.0821圖的橫坐標(biāo)為：Vèø表 1-8 塔間距參考數(shù)值15843.513.32塔板數(shù)液相溫度氣相溫度液相質(zhì)量流量 Kg / h氣相質(zhì)量流量Kg / h液相體積流量m3 / h氣相體積流量m3 / h液相密度Kg/m3氣相密度Kg/m液相粘度3 Cp氣相粘度Cp表面張力N/m1795.798.430017.422940.735.66908.3843.53.30.280.009418.41689.3795.74293382226135.3967421795.7498.43300172294135.5969081898.4399.30303532327635.806995199

24、9.3099.64304582338235.8870252099.6499.64707608.330根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，試取板間距 H T = 500mm，板上液層高度 h L = 80mm，則 H T hL =420mm（板上液層高度 h L 對常壓塔可在 0.050.1m 范圍內(nèi)選?。﹫D 1-3 史密斯關(guān)聯(lián)圖查圖得，C 20 = 0.1C = C (s L )0.2 = 0.1´()0.2 = 0.09818.4202020rL - rVrV843.51 - 3.32因此u= C= 0.098´= 1.559 m/smax3.32取安全系數(shù)為 0.8，則空塔氣速為u = 0.7&

25、#180;1.559 = 1.09m/sV = 6908.3 = 1.92m3/s原料氣處理量 6908.3m3/hS3600所以 D = 1.50 m164 ´1.923.14 ´1.094VSÕ u塔徑 D/m0.81.21.42.42.66.6板距 H T /mm300500400700450800按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后，D = 1600mmA = Õ D2 = 0.785 ´1.62 = 2.01m2實(shí)際塔截面積：T4實(shí)際空塔速度u = VS = 1.92 = 0.96m/sAT2U0.96= 0.62安全系數(shù)Umax1.559在安全范圍 0

26、.60.8 之間，合適。1.3.3.2 塔厚的計(jì)算塔體和封頭都選用 S31603，取焊接接頭系數(shù)為 0.85，在厚度為 316mm 時(shí)，= 170MPa，許用應(yīng)力s t = 117 MPa。塔徑溫度在 0150之間，屈服極限 ReLDi = 1600mm，選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，則 K=1。筒體的計(jì)算厚度：0.1´1600PC Did = 0.805mms j - P2´117 ´ 0.85 - 0.1t2C封頭的計(jì)算厚度：0.1´1600 ´1PC Di Kd ¢ = 0.805mms j - 0.5Pt2´117 ´

27、 0.85 - 0.5´ 0.12C取腐蝕裕量為 C2 = 2mm，得到筒體設(shè)計(jì)厚度dC = d + 2 = 2.805 mm¢封頭設(shè)計(jì)厚度dC = d ¢ + 2 = 2.805 mm考慮到鋼板負(fù)偏差 C1 = 0.3mm 及鋼材的標(biāo)準(zhǔn)系列dn = (dmin + C2 ) ­= 6mmdmin = 3取筒體和封頭的名義厚度均為 n=6mm。17e=5.7mmp = 1.25p s = 1.25 ´ 0.1´1 = 0.125Mpa水壓試驗(yàn)s tT試驗(yàn)校核：s = pT (Di + de ) = 0.125 ´ (1600

28、 + 5.7) = 17.61 <0.9×170×0.85 = 130.1MPaT2d2´ 5.7e水壓試驗(yàn)合適。1.3.3.3 塔每塊塔板的液泛因子18StageFlooding factorDownco mer velocityVelocity / Design velDownco mer backupBackup / Tray spacePressure dropDownco mer res. timem/secmeterbarhr20.6393320.0289290.2314380.1272510.2545020.0038940.00480030.6

29、550070.0298840.2390750.1294380.2588760.0039780.00464740.6541290.0298290.2386350.1292980.2585960.0039900.00465650.6510650.0296250.2370090.1288250.2576510.0039930.00468860.6469280.0293460.2347730.1281830.2563670.0039960.00473270.6413170.0289600.2316830.1273050.2546100.0039990.00479580.6330770.0283790.

30、2270390.1260020.2520050.0040000.00489390.6196200.0274030.2192270.1238530.2477070.0039980.005068100.7112540.0566740.4534000.1589490.3178990.0052450.002450110.7264090.0577190.4617560.1615030.3230070.0053580.002406120.7275160.0576430.4611540.1614630.3229260.0053830.002409130.7174100.0565120.4521020.159

31、0920.3181840.0053540.002457140.6926270.0537390.4299190.1534290.3068580.0052840.002584150.6674330.0502120.4017030.1469630.2939270.0052920.002766160.6737790.0488760.3910180.1456970.2913940.0055050.002841170.6934650.0491550.3932500.1474860.2949720.0057320.002825180.7041150.0494540.3956390.1486710.29734

32、30.0058420.002808190.7076780.0495550.3964440.1490720.2981440.0058780.0028021.3.4 塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算1.3.4.1 流型選擇降液管主要有弓形、圓形和矩形三種。目前多采用弓形，因其結(jié)構(gòu)簡單，特別適合于塔徑較大的場合。液體在塔板上的路徑是由降液管的布置方式?jīng)Q定的。常用的布置方式有以下幾種形式：U 型流、單溢流、雙溢流、多溢流。下表列出了溢流類型、塔徑、液體負(fù)荷之間的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。表 1-9選擇溢流型式的參考表模擬，由于正己烷回收塔塔徑 D=1.6m，塔流量 Ls =35.59m3根據(jù) Aspen Plus/，對照圖中數(shù)

33、據(jù)，故選用單溢流裝置。1.3.4.2 降液管及溢流裝置1降液管設(shè)計(jì)堰長 lw 根據(jù)液體負(fù)荷及溢流型式而定，對單溢流取 lw= 0.7D lw= 0.7D=0.7×1.6=1.12m而 AT=2 m2管面積由化工原理（下）（葉世超等編.科學(xué)管的參數(shù)圖查得。）圖 2-7 弓形降液19塔徑（mm）液體流量(cum/h)單溢流雙溢流四溢流1000<45-1400<70-2000<9090-160-3000<110110-200200-3004000<110110-230230-3505000<110110-250250-4006000<110110-

34、250250-450圖 1-4 弓形降液管的參數(shù)Af ATWd D= 0.09 ，= 0.15查得，則有降液管寬度Wd=0.15×1.6=0.24mAf=0.09×AT=0.09×2=0.18 降液管截面積為降低氣泡夾帶，液體在降液管內(nèi)應(yīng)有足夠的停留時(shí)間以使氣體從液相中分離出，一般要求不應(yīng)小于 35s，而對于高壓下操作的塔以及易起泡的物系，停留時(shí)間應(yīng)更長些，為此，必須進(jìn)行校核。Af L0.18t =H =´ 0.5 = 9.1s >4sT35.59 / 3600s故降液管合理。2堰長及堰上清液層 how 的確定前面計(jì)算已經(jīng)得到 lw= 1.12m2

35、0圖 1-5液流收縮系數(shù)計(jì)算圖LS35.59= 26.81所以(L)2.51.122.5W查圖 2-8，取 E = 1.0622æ LSö 3æ 35.59 ö 3= 0.0028 EçL÷= 0.00284 ´1.04 ´ç= 0.03m （平直堰）÷hOWè1.12øè W ø3.溢流堰高 hw 與底隙間距 h0 的計(jì)算因此時(shí)應(yīng)采用單溢流，故 hw = hL how =0.08 0.03= 0.05m取 hw 為 50mm降液管底部距下一塊的間距 ho

36、，取降液管內(nèi)的流速為 uo= 0.3m/sLS= 35.59 / 3600h= 0.03mO1.12 ´ 0.3L uW O通常 ho hw ，且 hw ho = 620mm，故合格。1.3.5 塔板布置及浮閥數(shù)目與排列1.3.5.1 浮閥數(shù)的確定取閥孔動能因子 Fo = 10FO10閥孔氣速u = 5.49m/sorv3.32VS每層塔板上的浮閥數(shù) N =P d2uoo421取 F1重型浮閥，閥孔直徑 do = 0.039m，則VS6908.3/3600N = 292.7P4P 0.0392 ´ 5.492d uo o4初步確定浮閥個(gè)數(shù)為 293 個(gè)。1.3.5.2 浮閥

37、的排列按所設(shè)定的規(guī)劃出塔板，并在塔板的鼓泡區(qū)內(nèi)依排列方式進(jìn)行試排，確定出實(shí)際的閥孔數(shù)。已知 LW = 0.7 ，查圖得Wd ，所以DDWd = 0.15D = 0.15´1.6 = 0.24m取 Wd=0.24m。選取無效邊緣區(qū)寬度 Wc = 0.06m， 對單溢流塔板，由下式計(jì)算鼓泡區(qū)面積，即區(qū)寬度 Ws = 0.09m。A = 2x r 2 - x2 + P /1800 ´ r 2 sin-1(x / r)aX = D / 2 -Wd -Ws = 0.8 - 0.24 - 0.09 = 0.47r = D / 2 -Ws = 0.8 - 0.09 = 0.71m

38、3;P-1æ x öùAa = 2êx+ r1800ç t ÷ú = 1.23m2222r - xSin因此èøûë浮閥的排列方式采用等腰三角形叉排。取同一橫排的空心距t=75mm=0.075m，則等腰三角形的高度由下式可求：Aa1.23t¢ = 0.056mNt293 ´ 0.075故取 t = 75mm ， t= 80mm 進(jìn)行排列，如下圖 1-6 所示。22圖 1-6 塔板初步設(shè)計(jì)圖圖點(diǎn)為浮閥的中心位置。按照圖中的排布，可排出閥孔300個(gè)。重新核算以下參數(shù)：閥

39、孔氣速：VS6908.3 / 3600u = 5.35m/sP4o0.785 ´ 0.0392 ´ 3002d No動能因數(shù)：FO = uorv = 5.35 ´ 3.32 = 9.748𝐹𝑜在 912 之間，故合適。塔板開孔率：F = Ao ´100% = Næ do ö´100% = 17.7%ç D ÷AèøT1.3.6 塔設(shè)備的校核1.3.6.1 塔板壓降的校核氣體通過塔板的降直接影響到塔底的操作，故此降數(shù)據(jù)是決定吸收塔塔底溫度的主要依據(jù)。23氣

40、相通過浮閥塔的壓強(qiáng)降hp = hc + h1 + hs1.干板阻力72.772.7uoc = 1.825= 1.8253.32= 5.426m/srvuo ³ uoc故干板阻力計(jì)算式：r u23.32 ´ 5.352hC = 5.34 V 0 = 5.34 ´= 0.0307m2rL g2´843.5´ 9.812. 板上充氣液層阻力 取充氣系數(shù)為 =0.45。h1 = eoh L = 0.45 ´ 0.08 = 0.036m3. 表面張力造成的阻力 此阻力很小，忽略不計(jì)。因此，與氣體流經(jīng)一層浮閥塔板的壓強(qiáng)降所相當(dāng)?shù)囊褐叨葹椋篽 P

41、 = hC + h1 + hs = 0.0307 + 0.036 + 0 = 0.0667m單板壓降：Dpp = hp rLg = 0.0667 ´843.5´9.81 = 551.92pa1.3.6.2 液泛的校核為了防止降液管液泛現(xiàn)象發(fā)生，要求控制降液管內(nèi)液層高度忽略液面落差的影響，可利用下式計(jì)算：Hd = hp + hL + hd與氣體通過塔板的壓強(qiáng)降所相當(dāng)?shù)囊褐叨?hp = 0.067m𝑚液柱。1.壓頭損失因不設(shè)進(jìn)口堰，則ö2æ 35.59/3600 ö2æLhd = 0.135çS ÷

42、= 0.135 ´ç= 0.0117m÷è 1.12 ´ 0.03 øè LW ho ø242.板上液層高度hL = 0.08 m降液管液位高度Hd = hp + hL + hd = 0.0667 + 0.08 + 0.0117 = 0.1584mHdH= 158.4 = 0.3 1 6 介于降液管液位高度/板間距：0.20.5500T滿足要求。3.總計(jì)算取降液管中層相對密度 ø= 0.6又𝐻𝑇 = 0.5𝑚，hW = 0.05𝑚，則f (H

43、T + hw ) = 0.5´(0.5 + 0.05) = 0.275m可見Hd £ (HT + hW )故符合防止淹塔的要求。1.3.6.3 霧沫夾帶的校核泛點(diǎn)率rV+1.36L ZVSr - rS LF =LV´100%KCF Ab及rVVSr - rF¢ =LV ´100%0.78KCF AT板上流體流徑長度：ZL = D - 2Wd = 1.6 - 2´ 0.24 = 1.12m板上液流面積：A = A - 2A = 2 - 2´ 0.18 = 1.64m2bTf取物性系數(shù)為 K= 1.0，查得泛點(diǎn)負(fù)荷因子w

44、862;𝐹 = 0.1，求得251.673´ 3.32+1.36 ´ 35.59/3600 ´1.12F =843.5-3.32´100% = 73.2%1´ 0.1´1.643.321.673 ´F ¢ =843.5 - 3.32 ´100% = 67.4%0.78 ´1´ 0.1´ 2上述兩式泛點(diǎn)率都在 80%以下，故故霧沫夾帶量能夠滿足𝑒v < 0.1𝑘𝑔/𝑘𝑔的要求。

45、1.3.6.4 漏液校核已知，動能因數(shù) F0 = 9.748 > 5，發(fā)生嚴(yán)重漏液。1.3.6.5 板負(fù)荷性能圖選擇 F1 型重閥，因動能因數(shù) F0 < 5由下式計(jì)算相應(yīng)的氣相流量：，會發(fā)生嚴(yán)重漏液，故取 F0 = 5。P5(V )=d N2= 0.983kg/sSminor4V1.霧沫夾帶線rV+1.36L ZVSr - rS LF =LV´100%KCF Ab按泛點(diǎn)率為 80%計(jì)算如下：rV+1.36L ZVr - rSS L LV= 80%KCF Ab整理得 V s = 0.6599 10.16L s2.液泛線已知，據(jù)此方程可以畫出霧沫夾帶線 1。(HT + hW

46、) = hp + hL+ hd = hc+ ho + hd + hL則26é2 ù2ræöæ Lö3 úu2Lj(HT + h)()ê= 5.34+ 0.153ç÷+1+ e+ 0.00284 Eç S ÷ V o 2rLg S hêúúûWWè lW ho øè lW øêë又有：VSu =p4o2d No因物系一定，塔板結(jié)構(gòu)一定，則根據(jù)以上已算值，可得2/3Vs 2 = 1

47、.748 1355 L s 2 0.0363 L s據(jù)此方程可以作出液泛線 2。3.液相負(fù)荷上限液體的最大流量應(yīng)保證在降液管中停留時(shí)間不低于 35s。液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間為q = 3600 Af HT= 3 5sLh以 = 3s 作為液體在降液管中停留時(shí)間的下限，則(Ls ) max = 0.5´ 0.06 = 0.01m2/s3據(jù)此可以作出液相負(fù)荷上限線 3。4.漏液線對于 F1 型重閥，依= 5 FO = uo rV= 5 計(jì)算PP5又知V =d Nu ，則V =d N22SooSor44V以 FO = 5 作為規(guī)定氣體最小負(fù)荷的標(biāo)準(zhǔn)，則= P ´ 0.0392 &#

48、180;300 ´5(V)= 0.983m3/sS min43.32據(jù)此方程可以作出漏液線 4。5.液相負(fù)荷下限對于平直堰，how 0.006m 取堰上液層高度 how = 0.006m 作為液相負(fù)荷下限條件，依 how 的計(jì)算式計(jì)算出 Ls 的下限值，從而作出液相負(fù)荷下限線。272æ 3600(LS )min ö 30.00248 Eç÷ø= 0.006LèW2= æö30.0061.12取 E= 1.04，則(L )= 0.002535m 3/sç 0.00248 ´1.04 &#

49、247; 3600S minèø據(jù)此方程可以作出液相負(fù)荷下限線 5。因此得到的板式塔塔板性能負(fù)荷圖如下圖 1-7 所示：圖 1-7 塔板性能負(fù)荷圖由圖可得：1、規(guī)定的氣液相負(fù)荷下的操作點(diǎn)，處在適宜操作區(qū)內(nèi)的適中位置。2、塔板的氣相負(fù)荷上限由霧沫夾帶線控制，操作下限由漏液線控制。3、在固定的氣液比下，塔板的氣相負(fù)荷上限(Vs ) max=2.50m3/s,氣相負(fù)荷下限(Vs) min = 0.98m3 /s，所以操作彈性為 2.50 = 2.55 。0.981.3.7 初步計(jì)算結(jié)果塔設(shè)備初步計(jì)算結(jié)果如下表 1-10 所示：表 1-10塔板工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果表2829項(xiàng)目數(shù)值及說明備注塔徑D/m1.6塔間距 HT/m0.50塔板型式單溢流降液管空塔氣速 u/ m s11.09溢流堰長 lW/m1.12溢流堰高 hW/m0.05板上液層高度hL/m0.08降液管底隙高度ho/m0.036浮閥數(shù)/個(gè)300等腰三角形叉排閥孔氣速 uo/ms15.35閥孔動能因數(shù)Fo9.748臨界閥孔氣速uoc/ms15.426孔心距 t/m0.025指同一橫排的孔心距排間距 t´/m0.0267指相鄰二橫排的中心線距離單板壓降pp/Pa551.92液體在降液管內(nèi)的停留時(shí)間 /s9.1降液管內(nèi)清液層高度 Hd/m