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正文內(nèi)容

苯-甲苯精餾塔設(shè)計課程設(shè)計(編輯修改稿)

2024-09-30 16:50 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 用假設(shè)的塔板間距符 合計算得到的塔徑所對應(yīng)的塔板間距的取值范圍,即假設(shè)成立。 塔截面積: 222 mDAT ???? ?? 堰及降液管的設(shè)計 : 溢流裝置設(shè)計 : ( 1)降液管類型與溢流方式 ① 降液管的類型 降液管是塔板間液體流動的通道也是溢流液中夾帶的氣體得以分離的場所。降液管有圓形與弓形兩類。弓形降液管的堰于壁之間的全部界面區(qū)域均為降液空間,塔板面積利用率最高。 因此,本設(shè)計使用弓形降液管。 ② 溢流方式 液體在塔板上的流動形式分為單溢流,雙溢流和多溢流。當(dāng)塔徑小于 2m時,通常采用單溢流,塔徑在 2~4m 時采用雙溢流,塔徑大于 4m 時,一般應(yīng)考慮采用多溢流。 單溢流方式中液體自受液盤橫向流過塔徑至溢流堰。液體流徑較長,踏板效率較高,塔板結(jié)構(gòu)簡單,加工方便。在直徑小于 的塔中被廣泛使用。 因此,本設(shè)計也是用單溢流的方式。 ( 2) 精餾段溢流裝置的設(shè)計計算 21 21 各量間的相對 關(guān)系示意圖 ① 堰長 Wl 對于單溢流,溢流長度通常為( ~) D,對于雙溢流(或多溢流)兩側(cè)的降液管,堰長取塔徑 D的 ~ 倍。中間降液管的堰長通常為 左右,塔板上的總堰長為該板上各堰的長度之和。 取 mDlW ???? ② 溢流 堰高度 Wh 堰高與板上清液層高度及堰上液層高度的關(guān)系為 OWLW hhh ?? 選用平直堰,堰上液層高度 OWh 用弗蘭西斯公式計算,即 32100 ????????? WhOW lLEh 3 6 0 00 0 4 6 0 0 ?????WsWh l Ll L 22 22 圖 281 液流收縮系數(shù)計算圖 查圖 281 得: ?E ? ? mlLEhWhOW 0 1 8 0 0 0 0 3232 ????????????? 對于平直堰板上液層高度 Lh 一般在 50~ 100mm,由以上假定這里取mmhL 55? ,故 mhW ??? 。 在工業(yè)塔中堰高 Wh 一般為 ~ ,即假設(shè)的板上液層高度符合要求 . ③ 弓形降液管寬度 dW 和截面積 fA 由于 ?DlW ,查圖 282得: ?? DWAA dTf,故 mA f ??? mW d ??? 降液管的截面積應(yīng)保證液體在降液管內(nèi)有足夠的停留時間,使溢流液體中夾帶的氣泡能來的及分離,為此液體在降液管內(nèi)的停留時間不應(yīng)小于 3~5s,對于高壓下操作的塔極易起泡沫的系統(tǒng),停留時間應(yīng)更長些。 因此,在求得降液管截面積 Af后,應(yīng)按下式驗算降液管內(nèi)液體的停留時 間 依式hTfL HA3600?? 驗算液體在降液管中停留時間,即 sL HAh Tf ?? ????? > 5s 23 23 故降液管設(shè)計合理。 圖 282弓形降液管的參數(shù) ④ 降液管底隙高度 0h 降液管底隙 高度 h0 即為降液管底緣與塔板的距離。確定降液管底隙高度 h0的原則是:保證液體流經(jīng)此處時的局部阻力不太大,以防止沉淀物在此堆積而堵塞降液管,同時又要有良好的液封,防止氣體通過降液管造成短路。 降液管底隙高度一般不宜小于 20~25mm,否則易于堵塞,或因安裝偏差而使液流不暢,造成液泛。由公式 39。00 3600 ulLh Wh? 1 計算。 式中 ?0u 為液體通過降液管底隙時的流速,根據(jù)經(jīng)驗,一般取 ?0u =~。 為簡便起見,有時用下式確定 h0,即 h0= 2 此式表明,使降液管底隙高度比堰流液高度低 6mm,以保證降液管底部的液封; 以下計算用 1 式計算, 2 式驗算; 設(shè)計中取 smu / ?? ,則 mulLh Wh 0 2 6 0 0 3 6 0 00 0 4 6 0 0 39。00 ??? ??? 24 24 mhh W ???? > 故降液管底隙高度設(shè)計合理。 ⑤ 受液盤 凹形受液盤可在深度 mmhW 5039。 ? 低液量時形成良好的液封,又有改變流體流向的緩沖作用,并便于液體從側(cè)線抽出。對于塔徑 600mm 以上的塔,多采用凹形受液盤。 本設(shè)計中的塔徑為 ,且流體中無懸浮固體,故可采用凹形受液盤,深度 mmhW 5039。 ? 。 ( 3) 提餾段溢流裝置的設(shè)計計算 ① 堰長 ?Wl 取 mDlW ????? ② 溢流堰高度 ?Wh 堰高與板上清液層高度及堰上液層高度的關(guān)系為 39。39。 OWLW hhh ?? 選用平直堰,堰上液層高度 39。OWh 用弗蘭西斯公式計算,即 3239。39。39。39。 ????????? WhOW lLEh 3 6 0 00 0 8 8 6 0 0 39。39。 39。 ??????WsWh l Ll L 查圖 281 得: 39。 ?E ? ? mlLEhWhOW 323239。39。39。39。 ????????????? 對于平直堰板上液層 高度 Lh 一般在 50~ 100mm,這里取 , mmhL 80? ,故 mhW 0 4 3 39。 ??? ③ 弓形降液管寬度 39。dW 和截面積 39。fA 由 39。 ?DlW,查圖 282 得: 15 39。39。39。 ??DWAA dTf ,故 25 25 mWmA df 39。239。 ?????? 依式子hTfL HA3600?? 驗算液體在降液管中停留時間,即 sL HAhTf 0000 88 0036 00 39。 39。39。 ?? ????? > 5s 故降液管設(shè)計合理。 ○ 4 降液管底隙高 度 39。0h 降液管底隙高度應(yīng)低于出口堰高度,才能保證降液管底端有良好的液封,由公式 39。039。39。0 3600 ulLh Wh? 取 139。0 ??? smu ,則 mulLh Wh 39。039。39。0 ??? ??? mhhW 0 0 4 39。039。 ???? > 故降液管底隙高度設(shè)計合理。 ○ 5 受液盤 同精餾段采用凹形受液盤,深度 mmhW 5039。39。 ? 。 板式精餾塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計 由于篩板塔的結(jié)構(gòu)簡單易于加工、氣體壓降小、塔板效率高,且本設(shè)計中處理的物料粘性不大且清潔性較好,從生產(chǎn)需要和經(jīng)濟合理的角度出發(fā)故使用篩板塔。 塔板布置 ① 塔板的分塊 塔板有整塊式與分塊式兩種, 直徑在 800mm 以內(nèi)的小塔采用整塊式塔板,直徑在 900mm 以上的大塔,通常都采用分塊式塔板,以便通過人孔裝拆塔板。 因 D=1600mm,故塔板采用整分塊式。 ② 安定區(qū) 開孔區(qū)與溢流區(qū)之間的不開孔區(qū)稱安定區(qū),也稱破沫區(qū)。此區(qū)域內(nèi)不裝浮閥,在液體進入降液管之前,設(shè)置這段不鼓泡的安全地帶,以免液體大量夾帶泡沫進入降液管。其寬度為 Ws??砂聪率龇秶x取,即: 當(dāng) D 時, Ws=60~75mm。 26 26 當(dāng) D 時, Ws=80~110mm。 直徑小于 1m 的塔, Ws 可適當(dāng)減小。這里取 ?sW 。 ③ 無效區(qū) 在靠近塔壁的一圈邊緣區(qū)域供支撐塔板的邊梁之用,也稱邊緣區(qū)。小塔一般為 30~ 50mm,大塔可達(dá) 50~75mm。這里取 mWc ? 。 ④ 開孔區(qū)面積計算 開孔區(qū)是布置篩孔 的有效傳質(zhì)區(qū),也稱鼓泡區(qū),其面積 aA 按式 ???????? ??? rxrxrxA a a r s in1 8 0π2 222 計算,其中 ? ? mWWDx sd )(2 ??????? mWDr c ????? 故 2222 r s i n180 mA a ????????? ????? ? 篩孔計算及其排列 ○ 1 篩孔直徑 篩孔直徑的大小對塔板壓降及塔板效率無顯著影響;但隨著孔徑的增大,操作彈性減?。ㄔ陂_孔率,空塔氣速及液流強度一定的情況下,若孔徑增大,則漏液量和液沫夾帶量都隨之增大,因此,孔徑增大,操作下限上升,操作上限下降,導(dǎo)致操作彈性減少)。此外,孔徑大,不易堵塞,且孔徑大,制造費用低。 工業(yè)生產(chǎn)中一般用 3~10mm 的孔徑。推薦用 4~5mm 的孔徑。 本設(shè)計中物系的表面張力為正,可采用 0d 為 4~ 5mm 的小孔徑塔板。這里取篩孔直徑 mmd 40? 。 ○ 2 篩板厚度 通常使用的碳鋼塔板的板厚 ? 為 3~ 4mm。而篩孔加工一般使用沖壓法,在這里考慮加工的可能性應(yīng)使 ? 小于孔徑 0d 。這里取 mm3?? 。 ○ 3 孔中心距 相鄰兩篩孔中間的距離稱為孔中心距,設(shè)計推薦值為 4~2/ 0 ?dt 。這里取 27 27 2/ 0?dt ,即 mmt 8? 。 ○ 4 篩孔的排列與篩孔數(shù) 篩孔按正三角形排列,篩孔的數(shù)目 n可按下式計算 個1 0 2 8 70 0 5 5 22 ???? t An a ○ 5 開孔率 開孔率φ為 %6 7 849 0 %1 0 02200 ?????????????????? tdAA a? 流體力學(xué)的計算: 精餾段篩板的流體力學(xué)驗算 ( 1)閥孔氣速 氣體通過閥孔的氣速為 精餾段 smAVu s / 2 6 7 ???? 提餾段: smAVu s / 39。39。0 ???? ( 2)塔板壓降 ① 平 板阻力 ch 計算 在篩板的開孔率 %15?? 時,干板阻力 ch 可由式 ?????????????????LVc cuh ??20005 計算。且 mmd 100 ? 時,流量系數(shù)可由下圖直接查出。由 ???d ,得 ?c 。故 mh c 00 31 2 ??????????????? 28 28 圖 2101 干篩孔的流量系數(shù) ② 氣體通過液層的阻力 1h 計算 氣體通過液層的阻力 1h 常由下式估算 )(h 1 OWWL hhββh ??? 其中β為充氣系數(shù),可由下圖查得。 圖 2102 充氣系數(shù)關(guān)聯(lián)圖 其中 0F 為氣相動能因子,定義式為 VauF ??0 其中 smAA Vu fT sa / ????? 29 29 則 ??F 查圖 2102得 ?? 。故 mhhh OWWL 0 3 1 )0 1 3 ()(h 1 ??????? ?? ③ 液體表面張力的阻力計算 液體表面張力的阻力 ?h 由式 04gdhLL??? ? 計算。其中 mNmmNL W mL F mL D mL /0 1 ??????? ???? 則 m0 0 2 0 0 7 0 1 ?????? ④ 塔板壓降 氣體通過每層塔板的液柱高度 Ph 由式 ?hhhh cP ??? 1 計算,即 m0 6 0 0 2 5 2 0 P ???? 氣體通過每層塔板的壓降為 . 0 6 0 20gh PP LPP ?????? ? ≯ 7kPa(設(shè)計允許值) ( 3)液面落差 對于本設(shè)計中的篩板塔,由于 D 遠(yuǎn)小于 1600mm,故液面落差很小,且塔徑和液流量均不大,可忽略液面落差的影響。 ( 4) 液沫夾帶 液沫夾帶量由式???????? ????fTaLV hHue ?計算。由于 . 1 3 7 5 m00 5 ???? Lf hh 故 氣液 kg/. 13 kge V ??????? ??? ? < 氣液 kgkg. /10 故在本設(shè)計中液沫夾帶量 Ve 在允許范圍內(nèi)。 ( 5)漏液 對篩板塔,漏液點氣速 min,0u 可由式 30 30 ? ? VLL hhCu ?????? 0 5 0m i n,0 計算,即 ? ? smu / i n,0 ???????? 實際孔速 smu / ? > min,0u ,則穩(wěn)定系數(shù)為 in,0 0 ??? u
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