【环己酮生产的塔设备设计实例2000字】

-PAGE2-环己酮生产的塔设备设计实例目录TOC\o"1-3"\h\u28785环己酮生产的塔设备设计实例 1110671.1塔设备概述 1110211.2塔型比较 1306471.3板式塔性能比较 2223411.4设计实例 21.1塔设备概述作为化工中传质的主要设备，例如气液间吸收塔、液液间的萃取塔或脱吸塔或用于干燥气体的塔，塔设备在化企等行业中被广泛应用。其在化工生产中有着举足轻重的地位。近代以来，随着社会生产力的进步，人民对物质美好生活的向往，为了满足不同反应与提纯的需求衍生出了一批批形态各异的塔，相信未来塔设备也会陆续更新。但是，在已有的塔设备中，大体上可以根据塔内部结构的差异，将塔分为板式和填料式[14]两大类。1.2塔型比较板式塔：在操作方式上，气液两相在每层塔板上成错流流动，但对于整个塔来说，则气上液下成逆流流动。塔板作为液体与气体相互传质、传热的基础装置。两相组成沿着塔高做阶跃式变化。填料塔：属于直立型圆筒，填料分为规整填料和散装填料且分布在塔底支架之上。气体从塔底通入，液体由分布器（或再分布器）淋洒在填料层表面，分散成液膜。填料的润湿表面成为气、液传质接触的传质、传热的主要场所。两相的组成沿塔高连续变化。表4-1板式塔与填料塔的对比序号板式塔填料塔1塔径较小时安装较困难造价一般比板式塔低2效率较为稳定，且塔径增大有利于分离塔径增大不利于分离3空塔速度高空塔速度（生产能力）低4检修清理操作相对容易检修费用相对大5压降相对大压降小6气液比大液相喷淋量决定传质效率7多数采用金属材料制作，结构较为复杂可用耐腐蚀非金属材料制作，结构简单8持液量大持液量小1.3板式塔性能比较性能如下图所示。图4-1塔板性能比较注：0—不好；1—尚可；2—合适；3—较满意；4—很好；5—最好1.4设计实例下面以醇酮分离塔T-202为例，进行塔设备的设计说明：醇酮分离塔T-202的操作压力为4~6kpa，理论板数20（包括塔顶冷凝器和塔釜再沸器），于第12块塔板上方进料，进出口物料见表4-2：表4-2丙烯回收塔物料表质量流量W/（kg/h）密度/（kg/m3）体积流量V/（m3/h）进料11918.7897.2813.28塔顶产品7749.95909.048.52塔底产品4168.75891.121.68使用RadFrac模型进行塔内件设计，取最大气液负荷板的水力学参数，选择浮阀塔盘类型FLEX-AO，初选择塔板间距0.8m，塔径2.4m进行模拟。得到塔内件尺寸。Aspen提取的水力学参数如下图4-2：图4-2塔板物性参数（1）塔径计算已知：汽相的平均质量流量、平均密度和平均体积流率为：mV=5.836kg/sρv=0.1737kg/m3V=31.11m3/s液相的平均质量流量和平均密度为：mL=5.155kg/sρL=900.2kg/m3L=0.005733m3/s液相表面张力为：σ=0.02838N/m则气液两相流动参数FP=mLmV（ρvρL）0.5初选塔板间距HT=0.8m，板上液层高度hL=0.05m，则HT-hL=0.75m查史密斯关联图，图4-3史密斯关联图得C20=0.15气相负荷因子C=C20/(20/σ)0.2=0.15/(20/28.38)0.2=0.161极限空塔气速umax=CρL−ρvρ为了避免液泛，精馏设有安全系数，实际空速u=为极限空速的0.6～0.8倍，在此取安全系数0.7，空塔气速u=0.7×11.59=8.113m/s，塔径D=（4V/πu）0.5=(33.598/(0.785×8.113))0.5=2.297m，圆整后取2.4m。（2）堰设计本次设计选取单溢流弓形降液管，单流行lw/D=0.5-0.7，取0.6进行设计。堰长lw=0.6×2.4=1.44m，L/lw2.5=20.64/1.442.5=8.29查弓形堰校正系数图（图4-4）得：E=1.03由弗朗西斯公式，堰上液层高度how=0.00284×E×(L/lw)2/3=0.00284×1.03×(20.64/1.44)2/3=0.0173m减压塔塔高应在15mm~25mm;取板上液层高度hL=0.04m,则堰高hw=hL-how=0.04-0.0173=0.0227m，圆整取23mm，符合减压塔规定。图4-4弓形堰校正系数降液管设计降液管底与板距离ho应小于堰高，取降液管底隙高度ho=20mm。降液管的宽度Wd与截面积Af可由下图查取。图4-5弓形降液管的几何关系取lw/D=0.6，由图得：Wd/D=0.1;Af/AT=0.052。(AT=π.D2/4=1.524m2)所以，Wd=0.1×2.4=0.24m,Af=0.052×1.524=0.2354m2。（4）浮阀数目n及开孔率Φ取FLEX-AO浮阀的孔径d0=35mm、按正三角形排列。塔板工作面积Aa指的是板上鼓泡得面积，因湍动可以扩散到边沿，故此面积并不限于板上开孔的区域，多数设计中，可取Aa=AT-2Af故Aa=1.524-2×0.2354=1.053m2通常可取孔间距t=（2.5-5）d0，故令t=2.6d0=2.6×0.035=0.091m。故浮阀数目n=1.155Aa/t2=1.155×1.053/0.0912=566开孔率Φ即：Φ=A0/AT=n(d0/D)2=566×(0.035/2.4)2=0.12在常压塔、减压塔中开孔率为0.1-0.14，设计满足要求。（5）塔高计算实际塔板数N=20块；取塔顶空间高度HD=1m；设有人孔处的塔板间距取H’T=0.8m；一般可以间隔5块塔板开一个人孔，故S=4。进料段高度HF与物料状态和塔盘结构有关，且一般大于塔板间距，最终设定HF=1.0m；塔底空间高度的设定是为了起到塔液缓冲的作用，以保证塔底料液不至排完。对于塔底产量较大的塔，塔底容量可取小些，取3~5min的储量。这里取塔底空间高度HB=1m。综上可知塔总体高度H（不包括裙座）H=HD+(N-2-S)HT+S×H’T+HF+HB=1+(20-2-4)×0.8+4×0.8+1.0+1=17.4m将上述计算数据导入AspenPlus进行水力学校核，如下图4-6：图4-6塔板几何尺寸得到塔板负荷性能图，如下图4-7。各塔板液泛率均在合理范围之类，侧壁降液管停留时间均在4s以上，所有塔板得操作点在正常区间范围之类。图4-7塔板负荷性能图（6）设计结果汇总见下表。表4-3环己酮与环己醇分离塔设计结果名称数值塔型浮阀塔塔径D2.4m塔板间距HT0.8m溢流型式单溢流空塔气速u08.113m/s堰型平直