填料塔附屬設(shè)備設(shè)計

5優(yōu)化設(shè)計計算5.1數(shù)據(jù)預(yù)處理5.2塔徑的計算5.3填料層高度的計算5.4精餾塔塔體年投資折舊費及維修費用J15.5冷凝器年運轉(zhuǎn)費用J25.6再沸器年運轉(zhuǎn)費用或加熱蒸汽費用J35.7填料年折舊費用5.8汽液負荷5.9年總費用與回流比的關(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P151圖11-27Ekert泛點和壓降通用關(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冷凝器傳熱推動力Atm12opL17-2' T-1In—dTD-12,opt式中Atm冷凝器傳熱推動力，。C；T D冷凝器汽相（第一塊塔板汽相）露點溫度，。C；t1冷凝器中冷卻水進口溫度，。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）從換熱器系列型號中選擇固定管板式列管換熱器，其尺寸為:公稱直徑 公稱壓力管程數(shù)管子根數(shù)換熱面積管長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的計算7-5對水平管外冷凝的對流給熱系數(shù)可用下式計算7-5日213=1.51-4M"[P2川jL日J-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，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計算得管外側(cè)壁溫Tw，直至Tw的計算值與初估值接近，迭代計算成功。（可以采用Excel軟件進行迭代計算）（2）管內(nèi)a1的計算當(dāng)Re>10000、Pr=0.6-160、l/d〉50時，管內(nèi)對流給熱系數(shù)可用下式計算=0.023d=0.023d'心7-7該式適用于低粘度流體（R<2pH2），本次設(shè)計對像為甲醇一水溶液，為低粘度流體，故該式可用。當(dāng)雷諾數(shù)小于10000時，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：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算，tm=（t2p+t1）/2；流速的計算：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)代入計算得a1，=a?及83箕計算值）7.1.2.2冷凝器傳熱面積的校核由k可求得虬=計算值=則可由4=朗''（%。,）求得賣際所需冷凝器傳熱面積ad（需要）。K（計算）值需大于K（初估）值，即AD（初估）需大于AD（需要），所選擇的換熱器才能滿足要求，其裕度需滿足：A剝估）-A（需要%>10-15%。AD A（初估）（1） 如果K（計算）值小于K（初估）值，即AD（初估）小于AD（需要），所選擇的換熱器不滿足要求，應(yīng)重新選擇面積更大的換熱器。（2） 如果K（計算）值大于K（初估）值，即AD（初估）需大于AD（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（計算）值大于K（初估）值，即AD（初估）需大于AD（需要），但裕度太大，比如達到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，如原來為四管程，重選時可以選擇雙管程，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增減小，最終可使K（計算）減小，使Ad（需要）增大，裕度減?。虎谶x擇其它參數(shù)相同但換熱管直徑較大的換熱器，如原來為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)流體流動摩擦因素。&- .一一、——局部阻力系數(shù)，含回彎及進出口阻力系數(shù)，2搭=3參考化原上冊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；蒸汽冷凝時折流擋板間距只有480、600mm兩種類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，u—— P500冗 冗S0=hD0（1-d0it）;無折流擋板時，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P207。E5小兀，」-『-2 40/當(dāng)換熱器管子正方形排列時，de=*2-；E5小兀，」-『-2 40/， 4 … ~，d= 12-一d2e 兀d0k7.2接管選型針對不同的流體，選擇適宜的流速u針對不同的流體，選擇適宜的流速u，的接管型號，最后校核接管中的實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)計所選擇的鋼管材料均為無縫鋼管。進料接管：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：計算中5為體積流量，必須針對不同流體、不同狀態(tài)（氣體），不同組成（氣體、液體）計算。舉例：冷卻水接管尺寸計算冷卻水用量為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的無縫鋼管，驗算u= -=1.94m/s，符合要求。pd27.3冷卻水輸送泵7.3.1塔高計算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的儲量；裙座高度，m。1.2~2m其中:A其中:A=0PgAu2n V，板“L2h廣X號備+備塔釜空間高度要保證釜液有一定的儲量，假設(shè)為10min的儲量，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算體積流量Q和揚程H7-127-13He=AZ+AP弋+E七7-13式中AZ式中AZ塔高，HH+管長余量4m體積流量，m3/h；揚程，m；冷卻水流量，kg/h；冷卻水密度，kg/m3

含2個彎頭，1個閥門冷凝器管程阻力損失（人由粗糙度和雷諾數(shù)計算，d由接管選型得到，u由Q和d計算得到。）查泵的型號如下表:表2泵的選型轉(zhuǎn)速r/min流量/m3揚程m效率軸功率電機功率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實際生產(chǎn)時間小時/年空塔氣速m/s表4精餾塔費用表項目費用/元/年 項目費用/元/年精餾塔塔體設(shè)備費冷凝器設(shè)備費精餾塔塔體年投資折舊費冷卻水費用用及維修費填料年折舊費用加熱蒸汽費用表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