填料塔附屬設(shè)備設(shè)計(jì)

5優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算5.1數(shù)據(jù)預(yù)處理5.2塔徑的計(jì)算5.3填料層高度的計(jì)算5.4精餾塔塔體年投資折舊費(fèi)及維修費(fèi)用J15.5冷凝器年運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用J25.6再沸器年運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用或加熱蒸汽費(fèi)用J35.7填料年折舊費(fèi)用5.8汽液負(fù)荷5.9年總費(fèi)用與回流比的關(guān)系6填料塔水力學(xué)性能校核6.1泛點(diǎn)率校核6.2核算徑比8002580025=32>86.3核算噴淋密度(L)=(M.W.R)?aat0蛔.20916.72回流液L=R^D= ? molh6.4填料塔壓降化原下冊(cè)P151圖11-27Ekert泛點(diǎn)和壓降通用關(guān)聯(lián)圖可查得每米填料層壓力降。7附屬設(shè)備的設(shè)計(jì)與選型7.1塔頂冷凝器7.1.1初估冷凝器傳熱面積7.1.1.1冷凝器傳熱量QdQd=VrD=(R+1)DrD=(R^+1)DrD式中Qd冷凝器傳熱量，kJ/h；V精餾段汽相流量，kmol/h；rD冷凝器中汽相冷凝潛熱，kJ/kmol；D塔頂產(chǎn)品流量，kmol/h；R、Ropt回流比和最佳回流比。7.1.1.2冷凝器傳熱推動(dòng)力Atm12opL17-2' T-1In—dTD-12,opt式中Atm冷凝器傳熱推動(dòng)力，。C；T D冷凝器汽相（第一塊塔板汽相）露點(diǎn)溫度，。C；t1冷凝器中冷卻水進(jìn)口溫度，。C；t2,opt冷凝器中冷卻水最佳出口溫度，。C。7-1若（也疽max=Td-11>50。C，則冷凝器應(yīng)裝有溫度補(bǔ)償裝置或采用浮頭式換熱器。7.1.1.3初估冷凝器傳熱面積Ad=Qd：（Kd△/ 7-3式中 Ad 冷凝器傳熱面積，m2；Kd 冷凝器總傳熱系數(shù)，kJ/（m2?h-°C）。取K°（初估）值代入式7-3得AD（初估）。根據(jù)AD（初估）從換熱器系列型號(hào)中選擇固定管板式列管換熱器，其尺寸為:公稱(chēng)直徑 公稱(chēng)壓力管程數(shù)管子根數(shù)換熱面積管長(zhǎng)管子排列方式管子規(guī)格7.1.2冷凝器選型7.1.2.1冷凝器傳熱系數(shù)的校核1=——+Ra s27-4bdnd1d

+i1=——+Ra s27-4m 1 11式中a1式中a1、a2冷凝器管內(nèi)、外對(duì)流給熱系數(shù)，w/（m2?。C）；&1、s2冷凝器管內(nèi)、外污垢熱阻，&1、s2冷凝器管內(nèi)、外污垢熱阻，（m2.。C）/W；入一——冷凝器管壁導(dǎo)熱系數(shù)，W/（m.。C）；d2冷凝器管內(nèi)、外徑，m；dm冷凝器管壁平均直徑，m；b冷凝器管壁厚度，m。K冷凝器總傳熱系數(shù)，W/（m2?。C）；K=KRs2D/3-6。管外為有機(jī)物甲醇，管內(nèi)為未經(jīng)處理的井水，可查得R、s1⑴管夕卜口2的計(jì)算7-5對(duì)水平管外冷凝的對(duì)流給熱系數(shù)可用下式計(jì)算7-5日213=1.51-4M"[P2川jL日J(rèn)-13以2其中m其中M'= —Ln23

T式中冷凝液質(zhì)量流量，kg/s;m=（日頃+1）DM/3600;nT式中冷凝液質(zhì)量流量，kg/s;m=（日頃+1）DM/3600;nT日P冷凝液平均分子量；冷凝器管長(zhǎng)，m；冷凝器總管數(shù)；冷凝液粘度，Pa.s；（注意：粘度、密度、導(dǎo)熱系數(shù)的混合規(guī)則）冷凝液密度，kg/m3；入物性參數(shù)目、p、入等應(yīng)用塔頂蒸汽溫度Td和冷凝器壁溫Tw的平均值即膜溫計(jì)算，故應(yīng)先初估冷凝器管外側(cè)壁溫（接近TD）。冷凝液導(dǎo)熱系數(shù)，W/（m.。C）。假設(shè)冷凝器壁溫T,可求得T=查得此溫度下物性參數(shù)，并計(jì)算得a2。根據(jù)牛頓粘性定律Tw=Td-上227-6式中冷凝器管外壁溫度，。C；冷凝器管外表面積，即冷凝器的換熱面積m2。代入式7-6計(jì)算得管外側(cè)壁溫Tw，直至Tw的計(jì)算值與初估值接近，迭代計(jì)算成功。（可以采用Excel軟件進(jìn)行迭代計(jì)算）（2）管內(nèi)a1的計(jì)算當(dāng)Re>10000、Pr=0.6-160、l/d〉50時(shí)，管內(nèi)對(duì)流給熱系數(shù)可用下式計(jì)算=0.023d=0.023d'心7-7該式適用于低粘度流體（R<2pH2），本次設(shè)計(jì)對(duì)像為甲醇一水溶液，為低粘度流體，故該式可用。當(dāng)雷諾數(shù)小于10000時(shí)，應(yīng)乘以校正因子f=1-6x105/Rei.8。式中 人 冷卻劑（水）導(dǎo)熱系數(shù)，W/（m-oC）；d——冷凝器管內(nèi)徑，m；即d；2u 冷凝器管內(nèi)流速，m/s；P冷凝器管內(nèi)流體密度，kg/m3；日——冷凝器管內(nèi)流體粘度，Pas； 冷凝器管內(nèi)流體的比熱，kJ/（kg.。C）；p注意點(diǎn)：①Cp的單位為J/（kg.。C）；物性參數(shù)人、P、日、Cp等應(yīng)由平均溫度查表或計(jì)算，tm=（t2p+t1）/2；流速的計(jì)算：管內(nèi)流體（冷卻水）的用量：W=一Q——，kg/h；則流速為Cp（t2,opt-t1）7-8W/Pu= 7-8兀一3600xd2n42式中n為單程管子數(shù)。把以上相關(guān)數(shù)據(jù)代入計(jì)算得a1，=a?及83箕計(jì)算值）7.1.2.2冷凝器傳熱面積的校核由k可求得虬=計(jì)算值=則可由4=朗''（%。,）求得賣(mài)際所需冷凝器傳熱面積ad（需要）。K（計(jì)算）值需大于K（初估）值，即AD（初估）需大于A(yíng)D（需要），所選擇的換熱器才能滿(mǎn)足要求，其裕度需滿(mǎn)足：A剝估）-A（需要%>10-15%。AD A（初估）（1） 如果K（計(jì)算）值小于K（初估）值，即AD（初估）小于A(yíng)D（需要），所選擇的換熱器不滿(mǎn)足要求，應(yīng)重新選擇面積更大的換熱器。（2） 如果K（計(jì)算）值大于K（初估）值，即AD（初估）需大于A(yíng)D（需要），但

裕度太小，也可重新選擇選擇面積較大的換熱器。（3）如果K（計(jì)算）值大于K（初估）值，即AD（初估）需大于A(yíng)D（需要），但裕度太大，比如達(dá)到30%以上，則要重新選擇換熱器，可以選擇采用以下方案：①選擇管程數(shù)較少的換熱器，如原來(lái)為四管程，重選時(shí)可以選擇雙管程，使總管數(shù)不變得情況下單程管子數(shù)增大，管內(nèi)流速u(mài)增減小，最終可使K（計(jì)算）減小，使Ad（需要）增大，裕度減??；②選擇其它參數(shù)相同但換熱管直徑較大的換熱器，如原來(lái)為A型換熱管的改為B型換熱管的換熱器，使管內(nèi)流速u(mài)減小，同樣可使裕度減小，原理同①。7.1.2.3冷凝器管程、殼程流動(dòng)阻力（1）管程阻力損失Ap△pt=（Ap.+Ap）xNxN 7-9其中：Ap.八LP22, P?式中Ap.每程直管壓降，Pa；Apr每程局部阻力，Pa；Ns殼程數(shù)；Np每殼程的管程數(shù)；P冷凝器管內(nèi)流體密度，kg/m3；力冷凝器管內(nèi)流體流動(dòng)摩擦因素。&- .一一、——局部阻力系數(shù)，含回彎及進(jìn)出口阻力系數(shù)，2搭=3參考化原上冊(cè)P206：碳鋼的粗糙度e=0.2mm,（2）殼程阻力損失ApsApsAps=X"。'…beD0（Nb+1）PU027-10其中： 人s=1.72Re-0-19，Re="qP式中 D0 換熱器殼程內(nèi)徑，m；N——折流板數(shù)目；蒸汽冷凝時(shí)折流擋板間距只有480、600mm兩種類(lèi)B型；d——冷凝器殼程當(dāng)量直徑，m；e

冷凝器殼程流速，m/s；u=（■加+1）D；設(shè)有折流擋板時(shí)，u—— P500冗 冗S0=hD0（1-d0it）;無(wú)折流擋板時(shí)，S0=—D02-—d2%；h——冷凝器殼程折流擋板間距，m；d0 管子外徑，m；t 管子中心距，m。參考化原上冊(cè)P207。E5小兀，」-『-2 40/當(dāng)換熱器管子正方形排列時(shí)，de=*2-；E5小兀，」-『-2 40/， 4 … ~，d= 12-一d2e 兀d0k7.2接管選型針對(duì)不同的流體，選擇適宜的流速u(mài)針對(duì)不同的流體，選擇適宜的流速u(mài)，的接管型號(hào)，最后校核接管中的實(shí)際流速需選型的接管主要有：由匕=；d2u求得接管的直徑，依據(jù)它選擇合適本次設(shè)計(jì)所選擇的鋼管材料均為無(wú)縫鋼管。進(jìn)料接管：0.4?0.8m/s，泵送1.5?2.5m/s冷卻水接管：1.0?2.5m/s塔頂蒸汽接管：12?20m/s塔頂產(chǎn)品接管：0.5?1.0m/s塔底產(chǎn)品接管：0.5?1.0m/s塔頂產(chǎn)品回流接管：0.2?0.5m/s，泵送1.0?2.5m/s塔底加熱蒸汽接管：20?40m/s（p表壓＜295kPa），40?60m/s（p表壓＜785kPa），80m/s（p表壓＞2950kPa）注意：計(jì)算中5為體積流量，必須針對(duì)不同流體、不同狀態(tài)（氣體），不同組成（氣體、液體）計(jì)算。舉例：冷卻水接管尺寸計(jì)算冷卻水用量為13662kg/h,密度為998.2kg/m3所以求得\=13.68m3h設(shè)u=1.0m/s,則d=「—S=69.59mm3u

、 ,'4V設(shè)u=2.5m/s,則d='—-^=44.01mm兀u—CL 4v選取/573.5mm的無(wú)縫鋼管，驗(yàn)算u= -=1.94m/s，符合要求。pd27.3冷卻水輸送泵7.3.1塔高計(jì)算7-11式中HETPHFHB塔高，m；塔頂空間高度，m；0.5~1m理論塔板數(shù)；等板高度，m；塔內(nèi)件及人孔、手孔、進(jìn)料位置等空間的總高度；1.8m塔釜空間高度，m；7-11式中HETPHFHB塔高，m；塔頂空間高度，m；0.5~1m理論塔板數(shù)；等板高度，m；塔內(nèi)件及人孔、手孔、進(jìn)料位置等空間的總高度；1.8m塔釜空間高度，m；保證釜液10~15min的儲(chǔ)量；裙座高度，m。1.2~2m其中:A其中:A=0PgAu2n V，板“L2h廣X號(hào)備+備塔釜空間高度要保證釜液有一定的儲(chǔ)量，假設(shè)為10min的儲(chǔ)量，由W*=L^=RD+F(Kmol/h)工W*/60x10x18兀八“有 9584—=4DT2Hb，可得Hb7.3.2冷卻水輸送泵選型輸水泵的選型主要計(jì)算體積流量Q和揚(yáng)程H7-127-13He=AZ+AP弋+E七7-13式中AZ式中AZ塔高，HH+管長(zhǎng)余量4m體積流量，m3/h；揚(yáng)程，m；冷卻水流量，kg/h；冷卻水密度，kg/m3

含2個(gè)彎頭，1個(gè)閥門(mén)冷凝器管程阻力損失（人由粗糙度和雷諾數(shù)計(jì)算，d由接管選型得到，u由Q和d計(jì)算得到。）查泵的型號(hào)如下表:表2泵的選型轉(zhuǎn)速r/min流量/m3揚(yáng)程m效率軸功率電機(jī)功率NPSH7.47.57.47.57.67.77.88表3工藝參數(shù)表參數(shù)數(shù)值單位參數(shù)數(shù)值單位處理量Kmol/h產(chǎn)品汽化潛熱kJ/kmol進(jìn)料濃度摩爾分率塔頂蒸汽溫度°C產(chǎn)品濃度摩爾分率塔頂產(chǎn)品流率Kmol/h回收率等板高度HETPm實(shí)際生產(chǎn)時(shí)間小時(shí)/年空塔氣速m/s表4精餾塔費(fèi)用表項(xiàng)目費(fèi)用/元/年 項(xiàng)目費(fèi)用/元/年精餾塔塔體設(shè)備費(fèi)冷凝器設(shè)備費(fèi)精餾塔塔體年投資折舊費(fèi)冷卻水費(fèi)用用及維修費(fèi)填料年折舊費(fèi)用加熱蒸汽費(fèi)用表5填料精餾塔參數(shù)參數(shù)參數(shù)值單位塔材料塔材料密度