【正文】 kmol/h+382 kmol/h=VS=VMVM/(3600ρ VM)=( )/(3600 )=LS=LMLM/(3600ρ LM)=( )/(3600 )=VS’ =V’ MVM’ /(3600ρ VM’ )=( )/(3600 )=LS’ =L’ MLM’ /(3600ρ LM’ )=( )/(3600 )=6 萬噸 /年 甲醇 水 溶液 浮閥 精餾塔設(shè)計(jì) 書 19 精餾段塔徑塔板的實(shí)際計(jì)算 精餾段汽、液相體積流率為： LS = m3/s VS= 塔 徑塔板的計(jì)算 欲求塔徑應(yīng)先求出 u，而 u＝安全系數(shù) umax m a x L m V mVmuC??? ?? 精 精精 精 式中： 3L3Vkg / m 。m / s 。工業(yè)中應(yīng)用最廣的降液管是弓形降液管。 ①溢流堰長 lw== ②出口堰高 hw Ls/lW = 3600/= lW /D= 查流體收縮系數(shù)圖得： E=, 選用平直堰，堰上液層高度 hOW由下式計(jì)算 32WOW lLsE100 4=h ???????? 則 how=, 又∵ h1 = ∴ h w = h1 how=== ③降液管的寬度 Wd與降液管的面積 Af ∵ lW / D= ,查得 DWd =,TfAA = ∴ Wd= =, Af= = ④降液管底隙高度 降液管底隙高度是指降液管下端與塔板間的距離，以 hO表示。本次設(shè)計(jì)中取 22mm。 取安定區(qū)寬度 WS=， 邊緣區(qū)寬度取 WC= 弓形降液管寬度 Wd= 采用 F1型重閥，孔徑為 39mm。浮閥塔篩孔直徑取 d=39mm,閥孔按等腰三角形排列。 按 N=151重新核算孔速及閥孔動(dòng)能因數(shù)： 孔速 u0= VS/（π 1/4 d2 N） = m/s F0=uo (ρ V,M) = 閥孔動(dòng)能因數(shù)變化不大，仍在 9～ 12范圍內(nèi)。 故氣體流經(jīng)一層浮閥塔塔板的壓力降的液柱高度為： hp=+= ∴常板壓降 p p LP h g??? = = 640Pa, 符合設(shè)計(jì)要求。 即： Hd≤ψ（ HT+hW）， Hd=hw+how+hd+hp+△ hd=(LS/(lwho))2 甲醇 水屬于一般物系，ψ取 對(duì)于浮閥塔△≈ 0 則 Hd=hw+how+hd+hp+△ =++(( ))2+= ψ（ HT+hW） =(+)= 因 ， 故本設(shè)計(jì)中不會(huì)出現(xiàn)液泛 6 萬噸 /年 甲醇 水 溶液 浮閥 精餾塔設(shè)計(jì) 書 24 為使液體夾帶的氣泡得以分離，液體在降液管內(nèi)應(yīng)有足夠的停留時(shí)間。 ∵ lW / D= ,查得 dWD =,fTAA= ∴ Wd= =, Af= = 停留時(shí)間θ =AfHT/LS= 5s ∴符合要求 泛點(diǎn)率 = s LLVFbV L lKC A??? ??? 100% lL=D2Wd=? = Ab=AT2Af=? = 式中 : lL—— 板上液體流經(jīng)長度， m。計(jì)算出的泛點(diǎn)率在 80%以下，故可知霧沫夾帶量能夠滿足 ev /kg(干氣 )的要求。 塔板負(fù)荷性能圖及操作彈性 因堰上液層厚度 how為最小值時(shí)，對(duì)應(yīng)的液相流量為最小。 以 作為液體在降液管中停留時(shí)間的下限， 因 Af= ， HT= 又因θ =AfHT/LS ,則 LS,大 = / 5= 50F ?因數(shù)對(duì)于浮閥塔，閥孔動(dòng)能 5Vm i n,0u0F ????? s/ 55u Vm in,0 ???? s/ 3220m i n,0m i n,s ??????????? 據(jù)此可作出與液體流量無關(guān)的水平漏液線。 LS39。 6 萬噸 /年 甲醇 水 溶液 浮閥 精餾塔設(shè)計(jì) 書 27 為了防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降 液管高度應(yīng)大于管內(nèi)泡沫層高度。忽略式中 項(xiàng)，將以下五式代入上式， g2 L 20V??? L0l hEh ? owWL hhh ?? 32WSOW ????????? 2t02owsd )u( ?????????? 得到： ???????? ?????????????????????????? ?2Ww02owsL20VWT l L3 6 0 0E1 0 0 L1 5 )h(H ）（ 因物系一定，塔板結(jié)構(gòu)尺寸一定，則 TH 、 wh 、 0h 、 wl 、 v? 、 L? 、 0? 及φ等均為定值，而 0u 與 VS又有如下關(guān)系，即：Nd4Vu2s00?? ???????? ? 32 s2s4222 5032+381 .74L+ 12805 .42 39151 85V 113 4= 252 S 整理得： 3222SSS ?? LS VS 6 萬噸 /年 甲醇 水 溶液 浮閥 精餾塔設(shè)計(jì) 書 28 由以上各線的方程式，可 畫出圖塔的操作性能負(fù)荷圖。過圓點(diǎn)連接 OP作出操作線 . 由塔板負(fù)荷性能圖可以看出： （ 1）在任務(wù)規(guī)定的氣液負(fù)荷下的操作點(diǎn) P（設(shè)計(jì)點(diǎn)），處在適宜操作區(qū)內(nèi)的適中位置。 （ 3）操作彈性 Vmax=, Vmin= 操作彈性 =Vmax/ Vmin =3 ∴此設(shè)計(jì)符合要求。20C = 由公式 C= 20C20???????校正得 C= 39。39。2039。)20( ? ???VVLcu ??=取安全系數(shù) ，則 u’==∴ 39。39。工業(yè)中應(yīng)用最廣的降液管是弓形降液管。 ①堰長 lw’ ∵塔徑 D’ = , ∴堰長 lw’ =’ = ②出口堰高 hw’ =h1’ how’ ∵ L’ / l W’ = 3600/= l W’ / D’ = 查流體收縮系數(shù)圖得： E=, m01 53 ) 36 33 1(02 )39。L(39。 Ho的大小應(yīng)在 20~25mm之間。工程上 ho一般取 2025mm。 hW’ h0’ ==6mm 故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理。 取閥孔動(dòng)能因子 FO=10 ①孔速 uo’ = ,VmF??=10/()=②浮閥數(shù) : n=24sVdu?? =（ 1/4 ） ==153(個(gè) ) ③有效傳質(zhì)區(qū)面積 ： 根據(jù)公式： 2 2 2 12 s in180axA x R x R R? ???? ? ????? 其中： R= 2 cDW? = x= ()2 dD W Ws??= ∴ Aa’ = 6 萬噸 /年 甲醇 水 溶液 浮閥 精餾塔設(shè)計(jì) 書 32 ④塔板的布置因 D800mm 故塔板采用分塊式，查表的 塔塊分為 3塊 采用等腰三角形叉排。 按 N=135重新核算孔速及閥孔動(dòng)能因數(shù)： 孔速 u0’ = VS’ /（π 1/4 d2 N） = F0= uo ’ (ρ V,M’ ) = 閥孔動(dòng)能因數(shù)變化不大，仍在 9～ 12范圍內(nèi)。 即： Hd≤ψ（ HT+hW） Hd=hw+how+hd+hp+△ hd=(LS/(lwho))2 甲醇 水屬于一般物系，ψ取 對(duì)于浮閥塔△≈ 0 則 Hd=hw+how+hd+hp+△ =++(( ))2+= ψ（ HT+hW） =(+)= 因 ， 故本設(shè)計(jì)中不會(huì)出現(xiàn)液泛 θ = Af’ HT/Ls’ = 5s 故降液管設(shè)計(jì)合適 6 萬噸 /年 甲醇 水 溶液 浮閥 精餾塔設(shè)計(jì) 書 34 泛點(diǎn)率 F’ = s LLVFbV L lKC A??? ??? 100% lL=D2Wd=? = Ab=AT2Af=? = 式中 Ll —— 板上液體流經(jīng)長度， m。 K—— 特性系數(shù)，查表取 . 由上代入數(shù)據(jù)得：泛點(diǎn)率 =% ∵對(duì)于大塔，為避免過量霧沫夾帶，應(yīng)控制泛點(diǎn)率不超過 80%。 漏液驗(yàn)算 55,m in,000???? ?提因數(shù)對(duì)于浮閥塔，閥孔動(dòng)能VuFF? s/ 55u ,Vm in,0 ???? 提 s/ 3220m i n,0m i n,s ??????????? m3/sVs’ = m3/s, 可見不會(huì)產(chǎn)生過量漏液。 設(shè) how,小 ’ = 32WOW lLsE100 4=h ???????? , LW= 6 萬噸 /年 甲醇 水 溶液 浮閥 精餾塔設(shè)計(jì) 書 35 推出 LS’ = m3/s 當(dāng)停留時(shí)間取最小時(shí)， LS’為最大，求出上限液體流量 LS’值（常數(shù)），在 — 圖上，液相負(fù)荷上限線為與氣體流量 無關(guān)的豎直線。m i n,0u ???? 提 s/ 3220m i n,0m i n,s ??????????? 據(jù)此可作出與液體流量無關(guān)的水平漏液線。 Ls39。 為了防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管高度應(yīng)大于管內(nèi)泡沫層高度。忽略式中 σh 項(xiàng)，將以下五式代入上式， g2 L 20V??? L0l hEh ? owWL hhh ?? 32WSOW ????????? 2t02owsd )u( ?????????? 得到： ???????? ?????????????????????????? ?2Ww02owsL20VWT l L3 6 0 0E1 0 0 L1 5 )h(H ）（ 因物系一定，塔板結(jié)構(gòu)尺寸一定，則 TH 、 wh 、 0h 、 wl 、 v? 、 L? 、 0? 及φ等均為定值，而 0u 與 sV 又有如下關(guān)系，即：Nd4Vu2s00?? ???????? ? 32 s2s4222 5032+381 .74L+ 12805 .42 39151 85V 113 4= 252 S 6 萬噸 /年 甲醇 水 溶液 浮閥 精餾塔設(shè)計(jì) 書 37 得 32s39。 39。 根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)規(guī)定的氣液負(fù)荷，可知操作點(diǎn) P’ (,)在正常的操作范圍內(nèi)。 （ 2）塔板的氣相負(fù)荷上限完全由霧沫夾帶控制，操作下限由漏液控制。 sL sV 6 萬噸 /年 甲醇 水 溶液 浮閥 精餾塔設(shè)計(jì) 書 38 第五章 浮閥塔板工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果 項(xiàng)目 精餾段 提餾段 塔徑 D， m 板間距 HT， m 塔板型式 實(shí)際塔板數(shù) 空塔氣速 u， m/s 堰長 lW， m 堰高 hW， m 板上液 層高度 hL， m 降液管底隙高度 ho， m 浮閥數(shù) N，個(gè) 閥孔氣速 uo， m/s 閥孔動(dòng)能因數(shù) Fo 臨界閥孔氣速 uoc， m/s 孔心距 t， m 排間距 t’， m 單板壓降△ pp， Pa 液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間θ， s 安定區(qū)寬度 Ws,m 邊緣固定區(qū)寬度 Wc,m 弓形降液管寬度 Wd,m 開孔率 % 泛點(diǎn)率 % 氣相負(fù)荷上限 (Vs)max， m3/s 氣相負(fù)荷下限 (Vs)min， m3/s 操作彈性 單溢流弓形降液管 10 151 78 單溢流弓形降液管 14 135 6 萬噸 /年 甲醇 水 溶液 浮閥 精餾塔設(shè)計(jì) 書 39 第六章 輔助設(shè)備及零件設(shè)計(jì) 附屬設(shè)備設(shè)計(jì) 1. 冷凝器的選擇：（列管式冷凝器） 按冷凝器與塔的位置，可分為：整體式、自流式和強(qiáng)制循環(huán)式。將冷凝器與精餾塔作成一體。該型式常用于減壓精餾或傳熱面較小場合。將冷凝器裝在塔頂附近的臺(tái)架上 ，靠改變臺(tái)架的高度來獲得回流和采出所需的位差。當(dāng)冷凝器換熱面過大時(shí)，裝在塔頂附近對(duì)造價(jià)和維修都是不利的，故將冷凝器裝在離塔頂較遠(yuǎn)的低處，用泵向塔提供回流液。冷凝器置于塔下部適當(dāng)位置，用泵向塔頂送回流冷凝水，在冷凝器和泵之間需設(shè)回流罐，這樣可以減少臺(tái)架，且便于維修、安裝，造價(jià)不高。 再沸器的選擇 再沸器的選擇：列管式蒸發(fā)器 對(duì)直徑較大的塔，一般將再沸 器置于塔外。其液面以上空間為氣液分離空間。 塔附件設(shè)計(jì) 接管 進(jìn)料管的