设备选型精馏塔设计说明书Word文档下载推荐.docx
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1)在分离程度要求高的情况下,因某些新型填料具有很高的传质效率,故可采用新型填料以降低塔的高度;
2)对于热敏性物料的蒸馏分离,因新型填料的持液量较小,压降小,故可优先选择真空操作下的填料塔;
3)具有腐蚀性的物料,可选用填料塔,因为填料塔克采用非金属材料,如陶瓷、塑料等;
4)容易发泡的物料,宜选用填料塔。
(2)下列情况优先选用板式塔:
1)塔内液体滞液量较大,操作负荷变化范围较宽,对进料浓度变化要求不敏感,操作易于稳定;
2)液相负荷较小;
3)含固体颗粒,容易结垢,有结晶的物料,因为板式塔可选用液流通道较大的塔板,堵塞的危险性较小;
4)在操作过程中伴随放热或需要加热的物料,需要在塔内设置内部换热组件,如加热盘管,需要多个进料口或多个侧线出料口。
这是因为一方面板式塔的结构上容易实现,另外,塔板上有较多的滞液以便与加热或冷却管进行有效地传热;
5)在较高压力下操作的蒸馏塔仍多采用板式塔。
板式塔和填料塔的优势比较如下:
表3-1板式塔和填料塔的优势比较
塔型
优势
填料塔
1)小直径塔费用低,便于安装;
2)液压降低,有利于真空精馏;
3)用于难分离的场合以降低塔高;
4)用于腐蚀严重的场合,在这种情况下可采用耐腐蚀材质填料;
5)适合于发泡物系;
6)改造老塔,增加通量,减少消耗,提高产品质量;
7)用于间歇精缩,因为填料塔的持液量低。
板式塔
1)对于大直径塔设备费用低;
2)不易堵塞,且易清理;
3)适合大液量操作。
因为板式塔气流为错流,流量增大对气体负荷影响不大;
4)适合中间内部换热、侧线出料多的场合。
3.5塔设备选型
3.5.1塔设备选型
比较了板式塔和填料塔的特点,并结合体系的特点,另外考虑设备的制造、投资和维修,选用板式精馏塔。
3.5.2塔板选型
(1)板式塔塔板种类
根据塔板上气、液两相的相对流动状态,板式塔分为穿流式与溢流式。
目前板式塔大多采用溢流式塔板。
穿流式塔板操作不稳定,很少使用。
(2)各种塔板性能比较
工业上需分离的物料及其操作条件多种多样,为了适应各种不同的操作要求,迄今已开发和使用的塔板类型繁多。
这些塔板各有各的特点和适用体系,我们将几种主要塔板的性能比较列表如下:
表3-2几种主要塔板的性能比较
项目
泡罩塔板
浮阀塔板
筛板塔板
相对费用
2.0
1.2
1.0
压力降
最高
中等
最低
板效率
高
蒸汽负荷
操作弹性
5
4
2
(3)塔板的选择
生产能力大,分离要求高。
综合考虑塔板的效率、分离效果和设备的成本、制造、维修等,我们选用了较为成熟,目前广泛使用的F1型浮阀塔板。
3.6精馏塔T2塔具体设计
3.6.1AspenPlus模拟气液负荷和物性数据的计算
根据AspenPlus模拟的结果可得到以下数据:
表3-3由AspenPlus模拟气液负荷和物性数据
塔板编号
液相体
积流率m3/h
气相体积流率m3/h
液相密度
kg/m3
气相密度
液相粘度
cP
液体表面张力mN/m
1
175.714526
58831.8767
1423.42129
4.25136529
0.40990295
23.3321515
144.829404
59410.7977
1413.60379
4.28801775
0.39434193
22.1435561
3
145.12545
59454.4048
1412.91751
4.29023635
0.39330502
22.0661948
145.143199
59456.9729
1412.8763
4.29037224
0.39324298
22.0615626
145.143905
59456.9584
1412.87435
4.2903853
0.39324008
22.0613192
6
145.143453
59456.7667
1412.87497
4.29038991
0.39324109
22.0613539
7
145.142923
59456.6291
1412.87529
4.29038804
0.39324214
22.0613983
8
145.139728
59456.6133
1412.86879
4.29029736
0.3932432
22.0614711
9
145.076491
59457.6234
1412.72396
4.28836842
0.39325343
22.0625027
10
183.229165
59941.4837
1409.69055
4.29756428
0.39346091
22.0838545
11
183.014319
59961.7369
1408.91637
4.28869876
0.39322406
22.0673503
12
177.154938
59877.0572
1394.28175
4.1135932
0.39416237
22.1668992
13
146.497139
54907.1044
1202.33846
3.19530786
0.40063035
23.4304274
14
132.495008
52250.9006
904.183111
2.27949574
0.34423923
23.1707742
15
143.141732
56021.2479
824.7639
2.09499243
0.30526712
21.4999116
16
145.588872
56843.0262
814.465544
2.07383535
0.29978808
21.1988095
17
145.871707
56937.5416
813.354319
2.07159173
0.29919509
21.1651332
18
145.901717
56947.5645
813.237253
2.07135581
0.2991326
21.161572
19
145.904873
56948.6186
813.224952
2.07133103
0.29912604
21.1611977
20
0.85344664
813.22366
0.29912535
21.1611583
每块板上的负荷如下图所示:
图3-1每块板上的负荷量
由上图可知,在第5块板上,汽液两相的负荷最大,分别为:
Ls=145.143905m3/h=0.0403m3/s,ρL=1412.87435kg/m3
Vs=59456.9584m3/h=16.516m3/s,ρv=4.2903853kg/m3
液相表面张力为σ=22.0613192mN/m
3.6.2塔板数和操作参数
本项目使用AspenPlus对精馏塔的模拟结果如下表:
表3-4AspenPlus对精馏塔的模拟结果
操作压力(MPa)
回流比
加料状态
所需理论板数
加料位置
0.1
液体
第10块理论板
3.6.3初估塔径
3.6.3.1塔板初步设计
采用史密斯关联图估算,初选塔板间距HT=0.6m,板上清液层高度
hL=0.1m则
HT-hL=0.6-0.1=0.5m
又
C可由史密斯关联图查出。
查得C20=0.12m/s,
20(
)0.2=0.12(
)0.2=0.122
最大允许气速uF=C
=0.12
=2.217(m/s)
取泛液分率等于0.85,得出它的有效面积为
An=
=8.763m2
取Ad/A=0.12,则塔的总面积为
A=
=9.958m2
塔径为
D=
=
=3.56(m)
按标准塔径圆整为D=3.6m
得出塔截面积为A=
D2=
×
3.62=10.174(m2)
降液管总截面面积Ad=0.12A=0.12×
10.174=1.221m2
塔净截面积An=0.88A=0.88×
10.174=8.953m2
塔板工作面积Aa=0.76A=0.76×
10.174=7.732m2
孔总面积Ao=0.1A=0.1×
10.174=1.017m2
孔径do=0.005mm
板厚tp=0.0025mm
偃高hw=0.05mm
3.6.3.2水力学性能计算
(1)修正气速数值及液泛分率数值
u=
=1.623m/s
液泛分率=
=0.732
(2)计算液沫夹带分率根据FLV=0.443及液泛分率为0.732,查图得
ψ=0.06
(3)塔板压降
△Ht=ho-he
①干板压降已知do/tp=0.005/0.0025=2,查图得Co=0.77
uO=
=16.234m/s
所以
m清液柱
②气体通过泡沫层的压降
he=hw+how
已规定堰高hw=0.05m
采用双流型,Ad/A=0.12,这里的Ad应该为两个降液管的截面积,之前按Ad为一个截面积,故应改为Ad/A=0.06计,查图得
/D=0.63,wd/D=0.109
/D=0.97
于是得出:
=0.63D=2.268m
=0.97D=3.492m
wd=0.11D=0.396m
按两侧均设有降液管来计算how,液体流率VL'
应取总量的0.5,故得
VL'
=0.5×
0.04×
3600=72.54m3/h
=9.364
查图得Fw=1.045
故堰液头how=0.0028Fw(
)2/3=0.0028×
1.045×
(
)2/3=0.029
ua=
=2.136m/s
uaρG0.5=2.136×
4.290.5=4.425
查图得充气系数
he=β(hw+how)=0.57×
(0.05+0.029)=0.045m清夜柱
③总压降
△Ht=ho+he=0.069+0.045=0.114m清夜柱
(4)液面落差前已确定堰高的值,又已算出堰液头的值,故可得
hw+how=0.05+0.029=0.079m
由式可得漏液点的干板压降
hO'
=0.0056+0.13×
0.05-0.0025=0.0096m
根据式可知压降和气速的平方成正比,即
=(
)2
故得筛孔处操作气速和漏点气速之比为
)0.5=2.166>1.5
(6)降液管通过能力核算
①降液管内液面高先利用公式计算流过降液管的压头损失。
取降液管下沿与塔板面距离为40mm,则液体从降液面出时所经过的缝隙流通截面积等于此距离乘以lw1
Ada=0.04×
2.268=0.091m2
液体通过降液管的压头损失
m
降液管内的液面高
Hd=△Ht+hw+how+△+hd=0.222m
以泡沫液计,液面高应为(取泡沫液的相对密度φ=0.5)
Hd‘=
=0.443m
=2.7
②液体在降液管内的停留时间
停留时间=
=6.711s>3s
3.6.3.3计算结果
(1)主要规格
版型
双流型
溢流堰(在两侧)长
2.268
塔径
3.6m
溢流堰(在中央)长
3.492
板距
600
孔总面积
1.017m2
降液管面积
1.22m2
孔径
5mm
降液管下沿与塔板面距离
40mm
板厚
2.5
溢流堰高
50mm
(2)水动力学性能
液泛分率
0.732
操作气速/漏液点气速
2.166>1.5
液沫夹带分率
0.06
降液管内泡沫液面高/板距
0.55
△/ho
_
降液管内液体停留时间
6.711>3s
堰液头
29mm(>6mm)
3.6.3.4负荷性能图
(1)漏液线漏液点的干板压降为
ho‘=0.0056+0.13×
(hw+how)-hσ
已规定hw=0.05
又已算出hσ=0.0025
堰液头how与VL有关
how=0.0028Fw(
)2/3=0.381VL2/3
故有ho‘=0.0056+0.13×
(0.05+0.381VL2/3)-0.0025
=0.0096+0.0495VL2/3
根据干板压降的式
=2.52×
10-4VG2
令ho‘=ho,漏液点VG与VL的关系为
0.0096+0.0495VL2/3=2.52×
化简得VG=
(2)液体流率下限线规定how=6mm或0.06m时,液体流率到下限,已求得
how=0.381VL2/3
将达到下限的值带入
0.006=0.381VL2/3
解出VL=0.00198m3/s
(3)液体流率上限值以液体在降液管内的停留时间为3s规定液体的流率上限。
因
代入得3=
解得液体流率上限流率VL=0.09028m3·
s-1
(4)液泛线当降液管内的泡沫页面高等于板距与偃高之和,便达到液泛,即
=HT+hw
亦即△Ht+hw+how+△+hd=(HT+hw)φ
已确定的各量有HT=0.6m,hw=0.05m,页面落差△=0,泡沫相对密度φ=0.5,以及how=0.381VL2/3,
又因塔板压降△Ht=ho+he
已确定ho=2.52×
he=β(hw+how)=0.57×
(0.05+0.381VL2/3)
将已确定的量代入,得
2.52×
10-4VG2+0.57×
(0.05+0.381VL2/3)+0.5+0.381VL2/3+17.1VL2=(0.6+0.05)×
0.5
化简后得VG=62.99×
(0.2456-0.598VL2/3-17.1VL2)1/2
(5)雾沫夹带上限线令可容许得雾沫夹带最大量为0.2kg·
kg-1,并将已知得量和关系式代入
0.2=
化简后得VG=28.94-46.73VL2/3
根据计算的数据,可分别作出塔板负荷性能图上的五条线,见图3-3.若径流操作中,保持恒定的回流比,则
=409.83
为恒定值,在操作性能图上作出操作线,这样可计算出操作弹性
=3.002
图3-3操作弹性图
由塔板负荷性能图可以看出:
①任何规定的气、液负荷下的操作点(设计点)。
处在适宜操作区内的适中位置;
②塔板的汽相负荷上限由液泛夹带控制,操作下限由漏液控制;
③按照本次设计给的液化比,操作弹性为3.002.
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