塔板结构及辅助设备设计

二元物系连续精馏装置设计筛板塔内件水力学计算辅助设备计算板式塔的设计原则1、根据气液流量安排合适大小的两相通道2、实现气液两相的传质3、实现气液两相的分离必须避免：1、传质时间不够长，板上各处传质不均匀2、气相自上而下夹带，液相自下而上夹带返混3、两相通道尺寸不能满足通量要求4、在极限条件操作板式塔塔内件的选型和水力学校核1、板式塔的基本结构2、板式塔的板面布置3、板式塔的水力学性能4、负荷性能图和上、下弹性塔板结构工艺计算以第一块塔板的物性数据为基础进行手算，借助板式塔设计软件校核精馏段第一块板和最后一块板及提馏段第一块板和最后一块板。注：要求精馏段两块板及提馏段两块板结构分别相同BottomsQ7Q1FeedDistillate4.1单溢流塔板介绍塔径D堰高hw堰上液层高度how板间距HT底缝ho降液管内液面高度Hd4.1单溢流塔板介绍堰长lw堰宽wd安定区宽度ws安装区宽度wc筛板:孔径d0、孔间距t4.2塔板设计及优化每位同学手算一块塔板！已知条件:汽液流量汽液密度液相表面张力4.2.1板面布置1）塔径D—初选后校核初选：参见13-136校核:雾沫夹带ev0.1kg/kg气注:采用Hunt公式(指导书式8-25)hf=2.5hL停留时间大于5s(式7-1)4.2.1板面布置2)板间距HT:小于500mm3)流动型式:单溢流4)堰的确定：溢流堰是用于维持板上液层的元件，堰长则液相通量大，堰短则气相通量大，堰高则气液充分接触，堰矮则压降小。堰长lw:一般取0.6-0.8D，可采用非标(图7-6）。堰高hw:对筛板塔使板上清液层高度hL在50-100mm间，对真空塔可取低些。hL=hw+how，how6mm，选平直堰（how见式7－2）how6mm，选齿形堰4.2.1板面布置5)底隙h0：一般应低于外堰高6mm。h0＜hW－6mm，防止气体进入降液管;一般不宜小于20-25mm，以防堵塞。6）筛孔布置：孔径d0:3-8mm孔间距：t/d0取2.5-5，实际取3-4板厚：碳钢3-4mm，不锈钢2-3mm筛孔面积A0，开孔区面积Aa孔数n，开孔按正三角形排列4.2.1板面布置注：筛孔布置时应使孔动能因子在10-20间7）安定区、安装区安装区宽度Wc=50-100mm定区宽度Ws=70-100mm4.2.2塔板的水力学性能1)板压降hP气体穿过液层要消耗动力，就存在压降压降太大时，液体无法从上向下流动hP=hC+hl‘+hs=hC+hl(m液柱)(式8-6)1)板压降hPa、干板压降hC：气体通过筛孔的压降（式8-8)b、板上液层阻力hl’：气体通过液层及泡沫层的压降c、表面张力压头hσ：气体通过筛孔的液层所克服的表面张力压头hl’和hσ合并考虑称为有效液层阻力hl:有效液层阻力hl与液层静压头及泡沫层的状态有关hl=f(FO,hL)（图8－6）hL=hW+hOWhOW＝0.00284E(L/lW)2/3(平堰)（式7－2）通过how=6mm可确定液流量下限线2)稳定系数筛板塔的操作有一个下限气速（WOM），当气速低于此点时，液体开始从筛孔中泄漏，这点称为漏液点。稳定系数：筛孔气速与漏液点气速之比。0OMWKW通过漏液点气速可确定漏液线式8－12要求K大于1.5WOM由式8－15计算3)降液管液泛情况降液管内的液面高达出口堰顶时管内液体漫回本层塔板极限点：根据压力达到平衡时的情况来确定Hd=hL+hd+hP+DhW+hOW+hd+hP+D(式7-8)当Hd/f＞=HT+hW时发生液泛f：降液管内起泡系数通过降液管内液面高度可确定液泛线hd为液相流出降液管的局部阻力hp为通过每层板的气相总压降塔内液面落差对筛板塔设计，液面落差常可忽略４）降液管停留时间—般液体，停留时间应不少于3秒；对易起泡的液体，停留时间应不少于5秒t=HT*Af/LS=5s通过停留时间可确定液流量上限线5）雾沫夹带原因：气体对液体的曳力大于液滴的净重现象：大量液滴被夹带至上方塔板结果：塔板效率急剧降低液沫夹带分率eV＝液沫夹带的量(kg/h)干气体流量(kg/h)正常操作eV约0.05，一般不宜超过0.1。可用Hunt公式计算通过雾沫夹带可确定气流量上限线６）负荷性能图2、最小液量线:液体流量过低，板面上的液流不易维持均匀。(how=6mm)。3、最大液量线：液体流量过大则降液管内液体停留时间过短(t=5s)4、液泛线：降液管内的泡沫层高必须小于板间距与溢流堰高之和(Hd/Φ=HT+hw)5、雾沫夹带线：气体流量过大可使液沫夹带过量，塔板效率即严重下降。(ev=0.1)1、漏液线:气体流量过低使出现漏液(式8－13）弹性的计算及调整上弹性K上1.5下弹性K下1.5５、塔板校核表1筛板塔设计原始数据（1）气相流量m3/s（2）液相流量m3/s（3）气相密度Kg/m3（4）液相密度Kg/m3（5）液相表面张力dyn3/cm塔板校核需要输入的数据表2筛板塔设计初步结果（1）塔径mm（2）塔板间距mm（3）溢流堰长mm（4）溢流堰高mm（5）降液管底距板高mm（6）孔径mm（7）孔间距mm（8）齿形堰齿深mm（9）安装区宽度mm（10）安定区宽度mm（11）筛孔数mm（12）筛板厚度mm（13）稳定系数mm（14）上弹性系数mm（15）下弹性系数mm塔板校核需要输入的数据表3筛板塔预选参数（1）清液层高度mm（2）最少停留时间秒塔板校核要求精馏段第一块板和最后一块板的结构完全相同；提馏段第一块板和最后一块板的结构完全相同；精馏段和提馏段塔板结构可以不同6、辅助设备计算精馏塔进料泵冷凝器回流泵再沸器产品泵进料预热器产品冷却器C101E102E103A,BE104P102P101E101P1016、辅助设备计算6.1塔高的设计6.2换热器的设计及选型6.3泵的设计及选型6.4接管尺寸的设计6.5绘制流程图6.1塔高的设计裙座高度的设计直接蒸汽加热2-3m间接蒸汽加热3-5m塔顶第一块板距塔顶0.5-1.0m塔底最后一块板距塔底1.0-1.5m进料位置的板间距要适当放大0.9m实际塔设备中每10块板要有一个人孔，此位置的板间距取0.7-0.9m6.2换热器的计算要求进料预热器冷凝器再沸器产品冷却器估算、选型估算、选型估算、选型估算、选型6.3管道的计算进料管塔顶升气管回流管塔釜气相回流管釜液排出管已知流量估算流速求出d进行圆整选标准尺寸序号物流位置相态质量流量体积流量管口计算实际流速备注kg/hm3/hmmm/s　　　　　　　　管口表6.4泵的选型离心泵的选用原则：◎根据被输送液体的性质和操作条件，初步确定泵的系列◆根据输送介质决定选用清水泵、油泵、耐腐蚀泵、屏蔽泵等；◆根据流量大小选用单吸泵、双吸泵等；◆根据扬程大小选单级泵、多级泵、或两泵串、并联等。6.5贮槽的设计原料贮罐5天量计高位槽1天三班计（8hr)中间槽（回流槽）20分钟计产品贮罐8hr画出原则流程图（带控制点）1．物料流程物料流程包括：(1)设备示意图示意图大致依设备外形尺寸比例画出，标明设备的主要管口，适当考虑设备合理的相对位置；(2)设备流程号；(3)物料及动力(水、汽、真空、压缩机、冷冻盐水等)管线及流向箭头；(4)管线上的主要阀门、设备及管道的必要附件，如冷凝水排除器、管道过滤器、阻火器等；(5)必要的计量、控制仪表加流量计、液位计、压强表、真空表及其它测量仪表等；(6)简要的文字注释，如冷却水、加热蒸汽来源、热水及半成品去向等。画出原则流程图（带控制点）2．图例图例是将物料流程图中画出的有关管线、阀门、设备附件、计量一控制仪表等图形用文字予以说明。3．图签图签是写出图名、设计单位、设计人员、制图人员、审核人员(签名)、图纸比例尺、图号等项内容的一份表格，其位置在流程图有下角。带控制点的工艺流程图一般是由工艺专业人员和自控专业人员合作绘制出来的。作为化工原理课程设计只要求能标绘出测量点位置即可。