【文章內(nèi)容簡介】 本設(shè)計(jì)選用了凹形受液盤，因而不設(shè)進(jìn)口堰。4）降液管底隙高為了使液體順利地流到下層塔板，防止沉積物堆積及堵塞，降液管的底隙必須足夠大。通常根據(jù)實(shí)際需求來定。 塔板結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)浮閥按形狀可分為圓盤形和條形兩種，應(yīng)用較為廣泛的是圓盤形浮閥。浮閥的型式很多，我國目前使用最普遍的是F1型浮閥(相當(dāng)于國外的V1型) 。它具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝制造方便、節(jié)省材料等優(yōu)點(diǎn)。常用材料為1Gr13Ni9Ti合金鋼，在我國已標(biāo)準(zhǔn)化(JB111868)。本設(shè)計(jì)選用標(biāo)準(zhǔn)化的F1型浮閥，閥重33g，浮閥直徑48mm，閥孔直徑39mm。浮閥的排列方式多采用三角形排列，排列又分順排和叉排兩種。叉排時(shí)，塔板上氣液兩相的接觸較為理想，鼓泡均勻，因此我國頒布標(biāo)準(zhǔn)中采用了叉排。本設(shè)計(jì)采用叉排，且為等腰三角形。三角形底邊孔心距S為75mm。單溢流塔板布置如圖33所示。圖33 單溢流塔板布置本設(shè)計(jì)為芳烴分離精餾塔，，本設(shè)計(jì)又是單溢流，因而可根據(jù)單溢流浮閥塔盤標(biāo)準(zhǔn)系列參數(shù)表選取標(biāo)準(zhǔn)系列。，，參數(shù)見下表。表39單溢流浮閥塔盤參數(shù)表降液管尺寸/mm降液管總面積t=65出口堰高度堰長堰寬/%浮閥（個(gè)）開孔（%）mm876190115011820～50以下為單溢流浮閥塔盤手算數(shù)據(jù)。1）浮閥數(shù)和開孔率的確定。浮閥塔板的開孔率通常是指閥孔總面積與塔板總面積之比，開孔率是浮閥塔板設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要參數(shù)。開孔率過大，容易產(chǎn)生漏液；過小則壓降過高，且不利于兩相均勻接觸。正常操作時(shí)，閥孔動(dòng)能因數(shù)范圍是8～17，設(shè)計(jì)時(shí)取閥孔動(dòng)能因數(shù)，閥孔氣速為：為保證此閥孔氣速，應(yīng)排列的浮閥數(shù)為：以塔板總面積為基準(zhǔn)的塔板開孔率為：通常，對常壓塔開孔率為10%～15%，%，滿足設(shè)計(jì)要求。2）三角形排列高度t的確定排列浮閥部分的面積可由下式計(jì)算：將x，y代入的求解公式：三角形排列高度t：根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選取t=65mm。3）橫向上排列的浮閥排數(shù)初步確定了浮閥塔板各部分的結(jié)構(gòu)尺寸以后，需通過水力計(jì)算來驗(yàn)證所選擇的結(jié)構(gòu)參數(shù)是否滿足各項(xiàng)水力指標(biāo)。為驗(yàn)算已確定尺寸的塔板能否正常操作，需要對塔板進(jìn)行水力學(xué)校核。 塔板壓降塔板壓降等于干板壓降、液層壓降和克服表面張力壓降之和。通常克服表面張力壓降很小，一般可忽略。1）干板壓降令全開前的干板壓降公式：塔板全開壓降公式：令以上兩式右端相等，現(xiàn)閥孔氣速為，故采用浮閥全開時(shí)的公式計(jì)算干板壓降。2）通過液層的壓降堰上液面高可由下式計(jì)算：流體收縮系數(shù)k可由《石油化學(xué)工程原理》圖1225液流收縮系數(shù)圖查取，查圖所需參數(shù)有：根據(jù)以上兩參數(shù)，查得k=，所以：堰高。于是塔板壓降為：根據(jù)相關(guān)資料知道常壓塔塔板壓降的正常范圍是4～6mmHg，在常壓塔塔板壓降的正常范圍之內(nèi)，因而設(shè)計(jì)的芳烴分離精餾塔塔板壓降滿足要求。降液管中清夜高度超過一定值之后，就可能因液體所攜帶的霧沫充滿整個(gè)降液管，而發(fā)生“淹塔”（降液管液泛），因而設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)進(jìn)行校核。液體通過降液管下口的液頭損失，可由下式計(jì)算：液柱浮閥塔板的液面落差一般很小，可忽略不計(jì)，則：淹塔條件檢驗(yàn)：有上述檢驗(yàn)可知，淹塔不會(huì)發(fā)生。弓形降液管的面積可根據(jù)值由《石油化學(xué)工程原理》圖1217計(jì)算求得。當(dāng)時(shí)，因此：根據(jù)液體在降液管中的停留時(shí)間計(jì)算公式：液體在降液管中的停留時(shí)間（3～5s），通過以上計(jì)算可知，液體在降液管中的停留時(shí)間滿足要求。 霧沫夾帶量上升氣流的霧沫夾帶量與板間距、液層厚度、氣體流速、液相物性及塔板結(jié)構(gòu)等有關(guān)，一般工業(yè)上正常操作的霧沫夾帶量通?？刂圃?。1）計(jì)算霧沫夾帶量霧沫夾帶量計(jì)算公式：其中：取，A=，n=，代入數(shù)據(jù)解得精餾段（kg霧沫/kg氣體），該值小于一般許可值的10%。2）核算泛點(diǎn)率泛點(diǎn)率計(jì)算公式：其中：代入數(shù)據(jù)解得精餾段。經(jīng)驗(yàn)證，在, 。綜上可知，芳烴分離精餾塔在正常操作時(shí)的霧沫夾帶量滿足。對浮閥塔而言，一般泄露發(fā)生在閥孔動(dòng)能因數(shù)以下，現(xiàn)在塔操作的閥孔動(dòng)能因數(shù)，因此在設(shè)計(jì)條件下不會(huì)發(fā)生過量漏液現(xiàn)象。1）過量霧沫夾帶線 2）淹塔線其中：3）過量泄露線4）降液管超負(fù)荷線5）液相負(fù)荷下限線6）操作線7）塔板負(fù)荷性能圖圖34塔板負(fù)荷性能圖X液相體積流量 Y氣相體積流量 0操作線1液相負(fù)荷下限線 2液相負(fù)荷上限線 3霧沫夾帶線 410%漏液線 5液泛線塔板負(fù)荷性能圖分析：從塔板負(fù)荷性能圖可以看出，塔盤的設(shè)計(jì)是比較合理的，操作點(diǎn)、操作上限點(diǎn)、操作下限點(diǎn)均處于液相上限線、液相下限線、漏液線和液泛線之間比較合適的位置，塔設(shè)備的操作彈性介于3～4間，滿足生產(chǎn)需求。 工藝尺寸匯總根據(jù)已有的工藝參數(shù)，通過CUP—TOWER軟件進(jìn)行其它工藝參數(shù)的求取。將已知參數(shù)和已求參數(shù)列于表中，以便查看。1）塔板結(jié)構(gòu)參數(shù)由于該精餾塔的液相負(fù)荷較小，選用單溢流浮閥塔板，并采用最常用F1型浮閥。根據(jù)CUPTOWER校核結(jié)果，整理見表310。表310塔板結(jié)構(gòu)參數(shù)表序號項(xiàng)目單位數(shù)值1塔徑m 2板間距m 3塔截面積m2 4開孔區(qū)面積m2 5開孔率% 6孔數(shù)——118（續(xù)表310）序號項(xiàng)目單位數(shù)值7開孔密度/m2 8溢流程數(shù)——19堰的形式——平堰2）溢流裝置設(shè)計(jì)結(jié)果溢流堰選用平口堰，受液盤選用凹形受液盤（不設(shè)進(jìn)口堰），降液管選用斜式降液管，利用CUPTOWER軟件進(jìn)行校核，數(shù)據(jù)詳見表311。表311溢流裝置設(shè)計(jì)結(jié)果表序號項(xiàng)目單位兩側(cè)1降液管面積比% 2堰徑比% 3降液管頂部寬度m 4彎折距離m 5降液管底部寬度m 6受液盤深度m 7受液盤寬度m 8堰高m——　9降液管底隙m 10降液管頂部面積m2 11降液管底部面積m2 12頂部堰長m 13底部堰長m 14進(jìn)口堰高度m——15進(jìn)口堰寬度m——3）水力學(xué)校核工藝計(jì)算結(jié)果精餾塔的操作上限為130%，操作下限為70%。利用CUPTOWER軟件得到的流體力學(xué)校核結(jié)果見表312。表312水力學(xué)校核工藝計(jì)算結(jié)果表序號項(xiàng)目單位正常操作130%操作70%操作1空塔氣速m/s2空塔動(dòng)能因子m/s(kg/m3)^3空塔容量因子m/s4孔速m/s5孔動(dòng)能因子m/s(kg/m3)^ 6漏點(diǎn)氣速m/s7漏點(diǎn)動(dòng)能因子m/s(kg/m3)^8相對泄露量kg液/100kg液——————9溢流強(qiáng)度m^3/()10流動(dòng)參數(shù)——11板上液層高度m12堰上液層高度m13液面梯度m——————14板上液層阻力m液柱15干板壓降m液柱16總板壓降m液柱17霧沫夾帶kg液/kg氣————18降液管液泛%19降液管內(nèi)液體高度m20降液管停留時(shí)間s21降液管內(nèi)線速度m/s22降液管底隙速度m/s23降液管底隙阻力m液柱24穩(wěn)定系數(shù)——25降液管最小停留時(shí)間s4）負(fù)荷性能圖操作參數(shù)在核算過程中，本設(shè)計(jì)以氣液負(fù)荷最大的塔板為依據(jù)來校核得到負(fù)荷性能圖。負(fù)荷性能圖操作參數(shù)見表313。 表313負(fù)荷性能圖操作參數(shù) 序號項(xiàng)目單位數(shù)值1操作點(diǎn)橫坐標(biāo)2操作點(diǎn)縱坐標(biāo)3操作上限百分比——%4操作下限百分比——%55%漏液時(shí)漏點(diǎn)動(dòng)能因子610%漏液時(shí)漏點(diǎn)動(dòng)能因子第4章板式精餾塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 塔的總體結(jié)構(gòu)板式塔除內(nèi)部裝有塔板、降液管及各種物料進(jìn)出口之外，還有很多附屬裝置，如除沫器、人（手）孔、基座，有事外部還有扶梯或平臺(tái)。此外，在塔體上有時(shí)還焊有保溫材料的支承圈。為檢修方便，有時(shí)在塔頂裝有可轉(zhuǎn)動(dòng)的吊柱。一般來說，各層塔板的結(jié)構(gòu)是相同的，只有最高一層，最低一層和進(jìn)料層的結(jié)構(gòu)有所不同。最高一層塔板與塔頂?shù)牡木嚯x常大于一般塔板間距，以便有良好的除沫。最低一層塔板到塔底的距離較大，以便有較大的塔底空間儲(chǔ)液，保證液體能有10~15min的停留時(shí)間，使塔底液體不致流空。塔底大多是直接通入由塔外再沸器來的蒸汽，塔底與再沸器間有管路連接，有時(shí)則在塔底釜中設(shè)置列管或蛇管換熱器，將釜中液體加熱汽化。若是直接蒸汽加熱，則在釜的下部裝一鼓泡管，直接接入加熱蒸汽。另外，進(jìn)料版的板間距也比一般間距大。 塔體設(shè)計(jì) 筒體設(shè)計(jì)1）塔體選材設(shè)計(jì)的芳烴分離精餾塔選用16MnR鋼(GB150—1998)。它是目前我國用途最廣、用量最大的壓力容器專用鋼板。2）塔體壁厚從《化工機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)》中可查得設(shè)計(jì)選用的16MnR鋼在設(shè)計(jì)溫度140℃下的許用應(yīng)力為，取焊接系數(shù)，即：則塔體壁厚：，腐蝕裕量2mm，并圓整，實(shí)際可取封頭名義厚度為。3）塔高精餾塔的塔板數(shù)（不包括換熱器），則設(shè)計(jì)高度：A、塔頂空間高度塔頂空間高度（）的作用是安裝塔板和開人孔的需要，也使氣體中的液滴自由沉降，減少塔頂出口氣體中液滴夾帶，必要時(shí)還可節(jié)省破沫裝置。塔頂空間高度一般取 ～，塔徑大時(shí)可適當(dāng)增大。本設(shè)計(jì)中取塔頂部空間高度=。B、塔底空間高度塔底空間高度（）具有中間貯槽的作用，防止操作波動(dòng)時(shí)塔釜液體被抽空。一般儲(chǔ)有的液體要在塔釜中有10～15分鐘的停留時(shí)間，以保持塔底產(chǎn)品抽出穩(wěn)定。另外來自再沸器的氣體混合物也需要一個(gè)分離空間，~3m。本設(shè)計(jì)