【導讀】年產(chǎn)15萬噸甲醇三塔精餾工藝設計

　　

【正文】 塔頂平均粘度的計算 由 Dt = K，查液體粘度共線圖 [4]可得 μ A=?s μ B=?s ㏒ 10 μ m = ㏒ 10（ ） + ㏒ 10（ ） μ LDm=?s 進料板液相平均粘度的計算 由 Ft = K，查手冊可得 21 μ A=?s μ B=?s ㏒ 10μ LFm= ㏒ 10()+ ㏒ 10() μ LFm=?s 由 wt = K，查液體粘度共線圖可得 μ A=?s μ B=?s ㏒ 10 μ m = ㏒ 10（ ） + ㏒ 10（ ） μ LWm=?s 精餾段液相平均黏度為 μ Lm=(+)/2=?s 提餾段液相平均黏度為 μ Lm =(+)/2=?s 精餾塔的塔體工藝尺寸 塔徑的計算 精餾段的汽、液相體積流率為 Vs=VmVmVM?3600 = ?? =3/s Ls=LmLmLM?3600 = ?? = 103m3/s 提餾段的汽、液相體積流率為 Vs＇ = 39。3600 39。39。 VmVmMV ?= ?? =Ls＇ = 39。3600 39。39。 LmLmML ?= ?? = 103m3/s 最大空塔氣速 umax由下式計算： umax=C ρ Lρ V ρV 其中 C=C20(? L20 ) 式中 C— 操作物系的負荷因子， m/s。 22 ? L— 操作物系的液體表面張力， mN/m。 C20 由史密斯關聯(lián)圖 [4]查取， C20 的橫坐標為 LhVh ( ρ L ρV )1/2 精餾段 2/1)(VLhhVL ?? = 3? ?? ( )1/2= 提餾段 2/1)39。39。(39。39。 VLhhVL ??= 360 360 3? ?? ( )1/2= 精餾段塔徑的計算 取板間距 HT=，板上液層高度 hL= HThL= 查史密斯關聯(lián)圖得 C20= 則 C=C20(? L20 )=（ ） = umax= ?=取安全系數(shù)為 。則空塔氣速為 U== D= 4Vsπ u = ??= 按標準塔徑圓整后 D= 提餾段塔徑的計算 取板間距 HT=，板上液層高度 hL= HThL= 查史密斯關聯(lián)圖得 C20= 則 C=C20(? L20 )=（ ） = umax=87 87 7 ?=取安全系數(shù)為 。則空塔氣速為 23 U== D= 4Vsπ u = ??= 將精餾段、提餾段的塔徑取相同值，則整個塔的直徑按實際標準塔徑圓整后為： D= 則塔截面積為 AT=π 4 D2=π 4 = 實際空塔氣速為 u=TA Vs = = 精餾塔有效高度的計算 板式塔塔高可按下式計算，即： H=(n1) HT+(HPHT)nP+HB+HD+H1+H2 式中： H— 塔高， m； n— 實際塔板數(shù)； HT — 塔板間距， m。 HP— 設人孔處塔板間距， m。 nP— 人孔數(shù)； HB— 塔底空間高度， m。 HD— 塔頂空間高度， m。 H1— 封頭高度， m； H2— 裙座高度， m。 （ 1）封頭 封頭常見的形式有半球形、橢圓形、圓錐形、和平板型，其中標準橢圓封頭無論是幾何形狀還是受力狀態(tài)都比較好，制造難度又不大。所以采用標準橢圓封頭。大多數(shù)橢圓形封頭的壁厚與筒體壁厚相等。選擇橢圓形封頭的壁厚為 5mm。查內(nèi)徑為公稱直徑的橢圓形封頭的尺寸、內(nèi)表面積和容積表可查得封頭的曲面高度為 350mm，直邊高度為 25mm。封頭的高度等于封頭曲面高度加上直邊高度以及壁厚。 所以： H1=350+25+5=380mm （ 2）塔底空間 一般塔底空間要貯存一定高度的液體，以便起到液封的作用，防止氣體從底部方向流出。本設計選擇停留時間為 10min。塔底液面至最下層要留有 1~2m 的距離。其距離應大 24 于板間距，設該距離為 。 由ρ Lm =W s= 39。3600WMLmW? = ?? = 103（ m3/s） HZ=TS A 6010W ?? = 1 .5 4 6010102 .0 6 3 ??? =(m) 故 HB=+= （ 3）塔頂空間 塔頂空間是塔頂?shù)谝粔K塔板到塔頂切線距離。一般取塔頂空間高度 HD=~，以利于氣體中所含液滴的自由沉降和塔頂附件的安裝。本設計采用 HD= （ 4）人孔處板間距 因為 D1000mm,故需設人孔。一般每隔 6~8 塊塔板設一人孔，所以本設計開 6 個人孔，即 nP=6。采用人孔的直徑為 450mm，人孔伸出塔體長 200mm。設人孔處的板間距為 HP =700mm。 （ 5）裙座 裙式支座是由座圈、基礎環(huán)和地腳螺栓座組成。座圈上開有人孔、引出管孔、排氣孔和排污孔。裙座高度是指從塔底封頭切線到基礎環(huán)之間的高度。圓筒形裙式支座制作方便，經(jīng)濟合理，在塔設備支撐中廣泛采用。裙座的座圈高度一般又工藝決定，有再沸器是為3~5m。所以本設計采用 H2=3m。 整個精餾塔的有效高度為 H=(501) +() 6++++3= 塔板主要工藝尺寸的計算 溢流堰 裝置計算 因塔徑 D=，可選用單溢流弓形降液管，采用凹形受液盤 ,深度 hwˊ =50mm。由于塔徑小于等于 1400mm，故受液盤只需要開一個直徑為 10mm 的淚孔。 堰長 取 LW== = 溢流堰高度 hW 由 hW=hLhOW 25 選用平直堰，堰上液層高度由下式計算 hOW= E(WhLL )2/3 取上清液層高度 hL=60mm 近似取 E=1,則 精餾段 hOW= 1 ( 3 ?? )2/3= 故 hW== 提餾段 hOW＇ = 1 ( 360 3 ?? )2/3= 故 hW＇ == 取精餾段與提餾段出口堰 hW =hW＇ =。 則精餾段上清液層高度修正為 hL=+= 則提餾段上清液層高度修正為 hL=+= 修正的 hL對計算 umax影響不大，故塔徑的計算不用修正。 弓形降液管寬度 Wd 和截面積 Af 由 DLW = 查弓形降液管參數(shù)曲線得 AfAT = WdD = 則 Af== = Wd= D= = 依下式驗算液體在降液管中停留時間 精餾段 θ = 3600AfHTLh = 3 6 0 0101 .7 8 4 6 6 0 03 ?? ??= s＞ 5s 提餾段 θ＇ =3600AfHTLh = 3 6 0 0103 .9 0 4 6 6 0 03 ?? ??= s＞ 5s 故降液管設計合理。 降液管的底隙高度 oh 液體通過降液管底隙的流速一般為 ～ ，取液體 通過降液管底隙的流速m/ ??u ，則有： 26 精餾段 3owso ?????? ?uL Lh 提餾段 39。39。3owso ?????? ?uL Lh 取精餾段降液管底隙高度 oh = 取提餾段降液管底隙高度 39。oh = Wh － oh ≧ ~ 且流速 ou? 在 ～ ，降液管底隙高度設計合理。 塔板布置 (1)塔板分塊，因 D＝ 1400mm，查表將塔板分作 4 塊安裝。 (2)邊緣區(qū)寬度確定 取 Ws= Ws′ = WC= 開孔區(qū)面積計算 Aa=2(x r2x2 +π r2180 sin1xr ) 其中 x=D2 (Wd+Ws)= (+)= r=D2 WC= = 故 Aa=2 ( 22 ? + 2? sin1 )= 浮閥個數(shù) n 及排列 精餾段浮閥個數(shù) n 及排列 取 F1 型浮閥，其閥孔直徑 d０ =39mm，初取閥孔動能因子 0F =10，故閥孔的孔速 V00 ?Fu ? = =(m/s) 浮閥個數(shù) 202 2020s ????? udVn ?個 擬定塔板采用等腰三角形排列。取孔心距 t＝ 75mm 27 作等腰三角形叉排時， 0 6 5 0 20 7 9 9 7 ???? nAh a m。 此處取 h＝ 65mm。根據(jù)初步估算提供的孔心距 t＝ 75mm 和叉排高度 h＝ 70mm 在塔板上布置浮閥，實得浮閥個數(shù)為 189 個。 根據(jù)在塔板上布置得到的浮閥個數(shù)重新計算塔板的各參數(shù)。 實際閥孔氣速 03 978 22os0 ????? dnVu ?(m/s) 動能因子 ???F （在經(jīng)驗值范圍之內(nèi)） 開孔率為： φ = 0uu = =% 提餾段浮閥個數(shù) n 及排列 取 F1 型浮閥，其閥孔直徑 d０ =39mm，初取閥孔動能因子 0F =10，故閥孔的孔速 V0039。 ?Fu ? = =(m/s) 浮閥個數(shù) 170 2020s ????? udVn ?個 擬定塔板采用等腰三角形排列。取孔心距 t＝ 75mm 作等腰三角形叉排時， 0 7 7 00 7 9 9 7 ???? nAh a m。 此處取 h＝ 75mm。根據(jù)初步估算提供的孔心距 t＝ 75mm 和叉排高度 h＝ 75mm 在塔板上布置浮閥，實得浮閥個數(shù)為 177 個。 根據(jù)在塔板上布 置得到的浮閥個數(shù)重新計算塔板的各參數(shù)。 實際閥孔氣速 778 39。 22os0 ????? dnVu ? m/s 動能因子 7 ???F （在經(jīng)驗值范圍之內(nèi)） 28 開孔率為： φ＇ = 39。39。0uu= =% 浮閥塔板流體力學的驗算 精餾段流體力學的驗算 （ 1）塔板壓降 氣體通過浮閥塔板的壓力降 (單板壓降 )可以由下式計算 ?hhhh cp ??? 1 式中 ch — 氣體通過干板的壓降 1h — 板上充氣液層阻力 ?h — 液體表面張力所造成的阻力 （ 2）氣體通過干板的壓降 ch 臨界孔速 s/ 7373 Voc????????????????? ?u 0u 因 oc0 uu ? ，故應在浮閥全開狀態(tài)下計算干板壓降。 220 ?????? guhLVC ?? m 板上充氣液層阻力 取充氣系數(shù) 0? = 1h = 0? hL= = （ 3）液體表面張力所造成的阻力，此阻力很小，忽略不計。 因此，氣體流經(jīng)一層浮閥塔板的壓強降所 相當?shù)囊褐叨葹椋? ph =+= 單板壓降 △ PP= ph L? g = =(Pa) 符合設計要求。 29 （ 4）霧沫夾帶量校核 泛點率 KCAZLVF ???????????? ??FasVLVs ??? 式中 Z — 板上液體流經(jīng)長度， m。 aA — 板上液流面積， m2 ； FC — 泛點負荷系數(shù)， 。 K— 特性系數(shù)。 板上液流長度 Z 9 6 1 d ?????? WDZ m 根據(jù) ?? kg/m3及 HT＝ ，查得 FC =。取 K＝ 。 %3FasVLVs???????????????????????????????KCAZLVF??? 泛點率小于 80%，故不會產(chǎn)生過量的霧沫夾帶。 （ 5）漏液校核 當閥孔的動能因子 Fo 小于 5 時將會發(fā)生嚴重漏液，故漏液點的孔速可按 Fo＝