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文檔簡介
一、概 二、塔的設計規(guī) 三、塔的設計原 四、塔設備的選 五、反應精餾塔T0104的設 精餾段和反應段設 物性參 填料的選 工藝尺寸概 填料層水力學校 填料層附件設 反應精餾塔精餾段及反應段的設計結(jié) 提餾段計 初算塔 塔徑的初步核 塔板布置設 堰及降液管設 流體力學計算與校 反應精餾塔提餾段的設計結(jié) 提餾段的水力學校 六、塔高的計 七、塔的強度校 八、接管設 塔器是氣—液—液間進行傳熱、傳質(zhì)分離的主要設備,在本系統(tǒng)共有塔10個,其中一個是用于亞硝酸甲酯的再生的反應精餾,一個用于甲醇吸收,一個用于MN提餾,其余7個用于精《鋼爐和壓力容器用鋼板 GB713—《鋼制化工容器設計基礎規(guī)定 HG/T20580—《鋼制化工容器材料選用規(guī)定 HG/T20581—《鋼制化工容器強度計算規(guī)定 HG/T20582—《鋼制化工容器結(jié)構(gòu)設計規(guī)定 HG/T20583—《鋼制化工容器制造技術(shù)規(guī)定 HG/T20584—《化工設備設計基礎規(guī)定 HG/T20643—《壓力容器無損檢測 JB4730—《鋼制壓力容器焊接工藝評定 JB4708—《鋼制壓力容器焊接規(guī)程 JB/T4709—《鋼制壓力容器產(chǎn)品焊接試板的力學性能檢驗 JB4744—《壓力容器用鋼鍛件 JB4726—觸,以獲得較高的傳質(zhì)效率;同時還應保證塔設備的經(jīng)濟性。為此,塔設備應滿足以下基本要求:氣液兩相充分接觸,相際傳熱面積大生產(chǎn)能力大,即氣液相處理能操作穩(wěn)定,操作彈性大流體流動阻力小,流體通過塔設備的壓降結(jié)構(gòu)簡單、耗用材料少,制造與安裝容易耐腐蝕和不易堵塞綜合考慮物料性質(zhì)、操作條件、塔設備的性能,以及塔的制蝕性較小;②無懸浮物;③常壓操作;④塔徑較大。便,但對于T0104反應精餾塔,壓降不大,分離要求高,對產(chǎn)物的用板式。而對于甲醇吸收塔和MN提餾塔,則使用高效規(guī)整填效節(jié)能具體選擇結(jié)果如下表塔設備初選塔 選擇類 填料 板式 填料 填料加板式 板式 板式 板式 板式 板式 板式通過計算確定了塔徑、塔板數(shù)、塔高等參數(shù),并對塔的其它參數(shù)進行了選擇。塔設備的設計結(jié)果見塔設備一覽表。此處以T0104反應精餾塔的設計為例。T0104亞硝酸甲酯的再生反應,無需催化劑,常壓下,在就可以進行反應,是一個快速的氣相控制反應熱反應,從熱力學角度分析,降低溫度,增加壓力有利于反應進行反應過程中生成的水可能會合
或MN反應生成硝酸,亞少兩者接觸時間。因此亞硝酸甲酯再生反應選擇反應精餾塔為r0.384exp(19560)P1P0它的動力學方
NO因此,在進行T0104設計時我們把T0104分為3段,包括精餾酯,進入到CO偶聯(lián)工段為了更好的使氣液兩相接觸,精餾段和精餾段和反應段設物性參在設計中使用AspenPlus進行模擬,計算得到精餾段和反應段共為2~15塊理論板,現(xiàn)將精餾和反應段各個理論板上的計算結(jié)果精餾和反應段各理論板上的流量及物性數(shù)
流 流 流 72.5192775.23455152045.5550052.7203.9318 745.57025.8162750.301978 75.2345575.50183151422.8 204.7511 739.54565.7993960.297307 75.5018375.54093151286.8 204.7351 738.93945.7970250.296923 75.5409375.56782151194.8 204.6151 738.92335.7958540.296895 75.5678276.82653311052.4573008.6420.8951 5.8212330.296912 76.8265376.51398305379.8 413.6502 738.25615.7971250.293706 76.5139875.91122294624.6556580.9398.5288 739.28065.7592720.295265 75.91122 .6543332.9379.8502 740.75685.7122090.297924 75.13472 .9527854.3358.0558 742.61585.6560830.301407 74.1671872.96436248222.2510178.6333.2167 744.92715.5906090.305869 72.9643671.44976228486.1490442.6 0.311589 71.4497669.44546207185.9469142.5275.8328 751.12885.4376330.31894 69.4454660.91653188392.8450349.5 754.44945.4649730.328286 112.3613113.5219215373.6111228.2310.8095 692.94415.1732960.230299計算依據(jù):AspenPlus模擬的T0104工藝liquidvaporMassflowfromMassflowvaporto6MolecularMolecularwtDensityliquidfromliquidfromvaportoliquidDensitySurfaceFoamingtoliquid-要滿足生產(chǎn)工藝的要求,又要使設備投資和操作費用最低。塔效果尤為明顯。通過比較最終選①泛點氣速與空塔氣采用Bain-Hougen關(guān)聯(lián)式,可以計算填料的泛點氣液相質(zhì)量流量wL311052.4kg氣相質(zhì)量流量wv573008.606kg液相體積流量
420.895m3/h0.1169m3/氣相體積流量
98434.2375m3/h27.342m3/vL氣相密度5.8212kg/m3液相密度739.0259kgm3液相黏度0.297cpvL空隙率填料因子比表面積a125m2/重力加對金屬孔板波紋填料,常數(shù)A=0.291,K=1.75,得泛點氣速uF1.90m/況,對于易起的物系,泛點率應取低限值,而無的物系,可以取較高的泛點率;二是填料塔的操作壓力,對于加壓操作的考慮到石油組分可近似看做無物系,且為加壓操作,取泛點率
故空塔氣速u1.33ms②氣相動能因子氣相負荷F LL
③塔徑塔橫截④填料裝填計等板高HETP0.8m;理論板數(shù)NT13,則填料層高度ZHETPNT填料堆積設計高度Z'1.2Z12.48m填料裝填體積VZ'S填料裝填質(zhì)量MZ'S填料層h13HETP130.810.4m又因為該同類型的填料的分段推薦高度為6m,故分三段,第一段為4m第二段和第三段每一段為4.5m。⑤噴淋液體噴淋密度是指單位塔截面積上,單位時間內(nèi)噴淋的液體體積,單位是3(2·h料表面流動的液膜上進行的。要形成液膜,填料表面必須被液體充分潤濕,而填料表面的潤濕狀況取決于塔內(nèi)的液體噴淋密度以及填料材質(zhì)的表面潤濕性U 21.4m3/(m2查詢《工業(yè)塔新型規(guī)整填料應用手冊(主編,在060m3/(2h)潤濕,和一定的操作余量。采用表面處理方法,改善其表面的潤濕性能。⑥塔板對于125X金屬孔板波紋填料,查詢規(guī)整填料的性能參數(shù),米填料層的壓
p1.3104MpaZ工作狀態(tài)下,填料層總壓降p22.51.3104⑦持液所積存的液體體積,以(m3液體/m3填料,%)表示,持液量可分為持液量使用Leva關(guān)聯(lián)式進行總持液
H
0
00.1169 0.015m3液體/0.1169 D 利用Cuptower,對設計進行水力學校規(guī)整填料工藝參數(shù)詳127384952/1/20211:0561234567891%2345678/91/6m2/7m38%4%9/5°FPa00.3-1/23填料層附件設分布器一般分為兩類:①液體自流式;②液體受壓進料式。通過對(重力推動)排管式(壓力推動)排管式、環(huán)管式(圓形升氣管)孔盤式(矩形升氣管)孔盤式、堰盤式、堰槽式7種通用型典型的液體分布器性能對比,最終選定采用噴淋密度圍2.5~125m3m2h)、適用于大塔徑、高處理能力的堰槽式液體布器,堰槽式液體分布器還有諸如堵塞可能性小、對氣流阻力小、分布受腐蝕的能力小、分布質(zhì)量較好的優(yōu)點,堰槽式液體分布器的缺點在于其受不水平度的影響很大,需要在安裝時嚴格保證水平,并且做好固定設施。按一般要求,設計保證水平度最大偏差不大于5m負荷較大,且要保證一定的余量。在塔間進料位置,因進料負荷量更大,適當加高堰槽高度和材料強度。體分布器等直接向廠家。液體收集與再分布裝計算得到的填料裝填高度13m,因此將填料層分為3段;其中精餾段填料高度4m;反應段填料高度9m,分為2段每段4.5m。3段填料層需要2套液體收集與再分布裝置液體再分布器由集液器與常規(guī)液體分布器組合而得,無論是簡效果,而且氣流通量大,阻力小,很適用于大塔徑。液體收集裝置選用遮板式液體收集器,液體收集器需要從人孔組裝成整體。對于我們大直徑、大液量的填料塔,采流式結(jié)由橫槽導液管流入再分布器。填料支撐填料支撐的基本要求充滿液體的重量及可能加到裝置上沖擊壓力的總和。②支撐裝置的自由流動凈截面面積應是塔截面積的65%,或更振動的和熱的沖擊負荷,影響塔的操作。規(guī)整填料常用的填料支撐的尺寸和負荷如下表的支撐,其空隙率比較大,采用金屬材料,其空隙率在95%~97%范格柵板材質(zhì)為不銹鋼,高度h=65mm,格柵板支撐在塔體的支撐圈上,支撐環(huán)寬度B=76mm。填料床層固定裝對于規(guī)整填料的固定,需要結(jié)合床層結(jié)構(gòu)特點來設計,本設計幾乎不影響氣液流動和分布。在通過兩相的密切接觸和分離以促進相見組分的傳遞,達到液止排出的氣體夾帶吸收或有用組成成分的小液滴。對于應用排出塔頂,依舊會在冷凝器中冷卻,再次回流到精餾塔中。由于塔填料是一個低壓降的傳質(zhì)設備,依靠氣相的自分布在填料塔內(nèi)很難達到均勻分布。尤其對于大型的填料塔,一旦氣相在塔內(nèi)分布不均勻,勢必影響到大型填料塔的分離或傳熱效果。對于大型大型精餾塔常用的再沸器為熱虹吸式再沸器,再沸氣體從塔底排列的導氣板,向動,再從塔的中部上升,達到均勻分布的目氣相流量液相流量液體表面張力液體表面張力液體粘度填料外徑比表面積a空隙率0.985m3個數(shù)53500個干填料因子a130.8m-濕填料因子130.8m-塔徑泛點氣速泛點氣速單位壓降Z填料層總壓降總持液量
1.3104支承 圓筒液體分布 槽式分布提餾段計我們選用了篩板。在設計中使用AspenPlus進行模擬,計算得到提餾段為塊塔板,現(xiàn)將精餾段各個理論板上的計算結(jié)果列于下
量
流
度
113.5219113.8752 310.6373 689.98015.1125350.229818 113.8752114.0712 310.1639 689.03585.0842620.229825 114.0712114.3781 309.2841 688.88815.0562250.229767 114.3781115.4148 306.2087 4.9784160.229492①氣相平均流量和平均密V21536.98m3/h5.982m3/vv②液相平均流量和平均密L309.073m3/h0.08585m3/L689.407kg/L③液相平均表面張力和粘19.7789dyne/初算塔令HT0.8m,假設hL0.08m, HThLL
又LVV
Smith泛點關(guān)聯(lián)得C20
Smith0 19.77890則氣相負荷因CC2020
689.407所以允許有689.407LL
1.392m/選取表觀空塔氣速u0.8umax0.81.3921.1139m所以初算塔徑D又因為精餾段和反應段的塔徑為5m,考慮實際D
4取lw0.7D0.753.5m,A0.09A HV 所以WGAHV
0.33496m/則霧沫夾帶
停留時HTL
0.81.7662516.46根據(jù)以上兩步核算的結(jié)果,可認為塔徑D5m是合適(1)塔板結(jié)構(gòu)現(xiàn)將不同降液管的對比列于下表:表7.9不同降液管的對件
綜合以上條件,選取弓形降液管
的布置方式有以下幾種形式:U型流、單流型、雙流型、階梯流型。下表列出了溢流類型、塔徑、液體負荷之間的關(guān)系液體流量(m3U745119011110111101111011110由于反應精餾塔精餾段液體流量為309.073m3h,而初步計算塔徑為5m,所以選擇階梯式雙溢流型。堰及降液管設堰的設堰長w7D75m則L則w 2w
查《化工原理》第二版第164頁流體收縮系數(shù)圖得E1.01
Lw則堰上清液層高度how1000Elw
由于0.006m<how0.06m,所以采用平堰堰高hwhLhow0.080.0568 ,圓整后得hw0.03m所以板上清液層高度h'h 0.03 因為所以hL的假設合液面梯查弓形寬度與面積得弓形降液管管寬Wd0.15D則平均溢流寬度blwD3.55 液體流道長度Z1D2Wd520.75塔板上鼓泡層高度hf)則液面梯度)
)2 (1000bh 液面梯度較小,可以忽略降液管的面積A
降液管管寬Wd0.15D假設h0比hw則降液管底部距下一板的間hohw0.01篩孔按正三角形排列,取篩孔直徑d05mm,則孔中心距t
得開孔率A0/Aa取外堰前的安定區(qū)Ws
邊緣區(qū)的
Wc xDWW50.080.75 rD
2.50.06x1.67 查開孔區(qū)面積
所以開孔面積
a
所以篩孔數(shù)n1.155Aa氣體通過閥孔的氣速
流體力學計算與校取板厚0.004md0查干篩孔的流量系數(shù)得C0
所以
0.0512(u0)2
0.0512(
)2
0.0426m液 c塔板壓c
19.164查有效液層阻得液層有效阻力hl
所以氣體通過塔板的總壓降hphlhc0.0460.04260.0886m液h 0.002325m液柱
(0.0056+0.13hL(0.0056+0.13hL-h
4則K1.771.5,無漏液hf2.5hL2.50.08則霧沫夾帶He 57 H 所以符合要求液泛校L2 L2hd0.1534l w0HdhLhdhp0.08因為液的相對密度為所以Hdh0.1830.030.275m 所以不可能產(chǎn)生降液管內(nèi)液提餾段H4HETP40.8反應精餾塔提餾段的設計結(jié)氣相流量液相流量液體表面張力液體粘度塔徑塔板間距空塔氣速堰長堰高板上清液層高度hL降液管底與板距離h0孔徑d孔間距開孔區(qū)邊緣與塔壁距離開孔區(qū)邊緣與堰距離孔數(shù)開孔率開孔面積穩(wěn)定系數(shù)0.0886m液降液管內(nèi)清液層高度0.183m液霧沫夾帶05.2.7提餾段的水力學校#—12開孔率#—篩孔?;拘?728394#—#51#—6普通篩工藝設計條液氣17283945/6//塔板結(jié)構(gòu)參1m6#2m738/249/平5%溢流區(qū)尺1%2%3m4m5m6m7m8m9mmmmm普通篩孔參1m52m63748工藝計算結(jié)正常操120%操80%操12345678相對kg液/100kg---9m^3/(h/mmmm液m液m液kg液/kg%msm液/s負荷123-4-55%漏液時動能因610%漏液時動能因-X液相體積流量 B Y單流程塔 雙流程塔雙流程塔(1)人孔的選在每段填料的上、下方各設一個人孔,塔底設一個人孔,選擇N600的標準圓形人孔。人孔中心高度一般比操作平臺高0.8-1m,不宜超過1.5m。取填料層上方人孔中心距槽式分布器上緣0.85m封頭直邊下緣1m;填料下方人孔中心距離塔板0.8m,距填料下緣0.8m;塔底人孔中心距最后一塊塔板下緣1。(2)塔頂空查閱資料知,塔頂空間Ha=1.2-1.5m,取塔頂空間(不含封頭高度塔底空式塔的板間距確定,一般不小于相應的板間距。取該距離為0.8m。塔底貯液面高度:取塔底停留t=3min,液體體積流量為2.50183m3/min,則塔底貯液面高度為h=VS*t/(πD2/4)=2.50183×塔底空間封頭的選選擇標準橢圓封頭,封頭高塔H133.21.21.8860.91.921.25227.236m用SW6對計算結(jié)果進行校板式+1名義厚度腐蝕裕量22圓筒長度123456789圓筒度(立(臥120234567891234541234512345000000000233置IA7度5風載及載1-1(頭操作質(zhì)量m0m01m02m03m04m05ma最小質(zhì)量m0m010.2m02m03m04ma風彎 II 2 nMca(I)MII(2/T)2Ym(hh)(h knMca(II)MII(2/T)2 m(hh)(h T kkMIIMII組合風彎矩 max(MII,(MII)2(MII)2 nMIIF(hh注:計及高振型時,B.24 kMeme00000 max(MIIM,MII0.25MIIM 需橫風向計算時 max(MIIM,MII0.25MIIM (D4D4Zb (D2D2基礎環(huán)板面積Ab 4基礎環(huán)板計算力矩max(MC b2,MC l2 x y 00 b 0.
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