【《甲基叔丁基醚MTBE生产主设备-催化精馏塔设计计算过程案例》4300字】

甲基叔丁基醚MTBE生产主设备-催化精馏塔设计计算过程案例目录TOC\o"1-3"\h\u19876甲基叔丁基醚MTBE生产主设备-催化精馏塔设计计算过程案例 1250561.1物性参数计算 3152371.1.1温度压力确定 3193831.1.2平均相对分子质量及流量计算 5253911.1.3平均密度计算 698081.1.4液相平均表面张力计算 7233601.1.5汽液相平均粘度计算 8124561.2气液负荷计算 9179711.3塔体工艺尺寸计算 9115151.3.1塔径设计 921371.3.2溢流装置 11300301.4塔板布置 12262911.4.1塔板分布 1224071.4.2边缘区宽度确定 1275681.4.3鼓泡区面积计算 1224221.4.4筛孔计算及排列 13135901.5塔板流体力学性能校核 13273761.1.1塔板压降 13192351.1.2液沫夹带 16249501.1.3液泛 1613221.1.4漏液 179541.6塔板负荷性能图 17127861.6.1液相负荷上限线 17135041.6.2液相负荷下限线 1788081.6.3液泛线 18235301.6.4过量液沫夹带线 18148171.6.5严重漏液线 1927421.6.6塔板负荷性能图 20310981.7塔体高度计算 21塔设备可使气液或液液两相之间进行紧密接触，达到实际传质及传热的目的，广泛应用于石油化工行业。在塔设备中常完成的单元操作有：吸收、精馏、和萃取等。除此之外，工业气体的冷却与回收、气体的湿法净制和干燥也可以用塔设备来进行操作。在工业生产中，对塔设备的要求包括：生产能力要大，单位塔截面积要通过较大的气、液相流量。塔板结构要有利于气液两相充分接触，要求具有较高的塔板效率或传质速率。流动阻力小，气体通过塔板及其液层的压降低。操作弹性大。结构简单，造价低，方便安装及检修。能够满足物系某些工艺特殊要求，如热敏性、腐蚀性、起泡性等。常见塔类型有板式塔和填料塔，它们各有特点：表5-1板式塔与填料塔的对比项目塔型板式塔填料塔压降压降一般大于填料塔压降较小空塔气速小大塔效率效率稳定，大塔效率高于小塔塔径在1.4m以下效率较高，随着塔径增大效率下降液气比适应范围较大对液体喷淋量有一定要求持液量较大较小材质要求一般用金属材料制作可用非金属耐腐蚀材料安装维修较容易较困难造价直径大时比一般填料塔低一般在塔径小于0.8m时比板式塔便宜，随塔径增大造价迅速增加重量较轻重由于板式塔的工作效率高，处理量大且易于安装检修，所以在本次设计当中选择板式塔，工业上所用板式塔有多种，它们的优缺点如下：泡罩塔泡罩塔是随十九世纪工业蒸馏的建立而发展起来的最早使用的板式塔，属于最早流行的塔，其主要构件是泡罩、升气管及降液管。泡罩的种类很多，国内应用比较多的是圆形泡罩，泡罩的制作材料有碳钢、不锈钢、合金钢、铝、铜等，某些特殊情况也可以用陶瓷材料。泡罩塔板上的升气管出口伸到板面以上，故上升气流即使暂时中断，板上液体也不会流尽。泡罩塔具有下列优缺点：优点：塔板操作弹性大，操作稳定，不易发生漏液，塔板不易堵。

缺点：结构复杂，制造成本高，塔板阻力大、板效率低。（2）浮阀塔：浮阀塔是近60年来兴起的一种塔型，也是现在应用最广泛的塔型之一。它广泛应用于蒸馏、吸收和解吸过程。浮阀塔的主要特点是在塔板开孔处安装浮阀，气流从阀的外围以稳定的速度水平进入塔板上的液层从而进行两相接触。根据气体流量大小浮阀可以上下浮动，自我调节。浮阀有很多种，例如盘式浮阀和条式浮阀，在我国常用的是盘式浮阀。与泡罩塔相比，浮阀塔的主要优点是塔板结构简单、生产能力大、操作弹性大、分离效率高，浮阀安装在托盘开口上方，阀门的开度可随气体流量的变化自动调节，这样可以避免液体泄漏。但是缺点是阀门容易损坏甚至脱落，不适合处理粘度大的系统，而且对材料的耐腐蚀性要求高。筛板塔：筛板塔的出现比浮阀塔晚了20年左右，它与泡罩塔的区别在于筛板塔取消了泡罩和升气，直接在板上开有很多小直径的孔，称之为筛孔，操作时气体通过小孔上升，液体通过降液管降到下一层板。筛板多用不锈钢板或合金钢板制成。筛板塔的结构简单、造价低，相同条件下生产能力高于浮阀塔，塔板效率接近浮阀塔。但是其缺点是稳定操作范围窄，小孔径筛板易堵塞，不适宜处理粘性大的、脏的和带固体粒子的料液，但设计良好的筛板塔仍具有足够的操作弹性，大孔径筛板可以用于易堵塞的物系当中，近年来筛板塔的应用已越来越广泛，在多种塔板类型里面占有不可或缺的地位。结合本次设计的特点，选用筛板塔来计算。1.1物性参数计算1.1.1温度压力确定用aspen算得数据如下:表5-2精馏段各塔板温度压力数值表塔板温度/℃压力/Mpa122.630.400230.760.404332.920.410433.790.413534.390.416634.920.421731.450.425836.020.429936.680.4331037.520.4381138.670.4421240.380.446表5-3提馏段各塔板温度压力数值表塔板温度/℃压力/Mpa1871.760.4701982.540.4752092.870.47921100.920.48322106.380.48823109.770.49224111.800.49625113.050.5精馏段平均温度：提馏段平均温度：精馏段平均压力：提馏段平均压力：1.1.2平均相对分子质量及流量计算表5-4精馏段分子量及流量数据表塔板液相质量流量（kg/h）汽相质量流量(kg/h)液相体积流量(m³/s)汽相体积流量(m³/s)液相分子量汽相分子量123209.823209.80.01127820.68707153.670253.670228409.3823383.40.004068330.68217351.25854.230638433.3223407.40.00407840.67589951.618254.356148427.223401.30.004076780.66922651.76454.405958416.3923390.50.004073640.6625551.87654.443668403.8623377.90.004069520.65593851.992454.482578388.3623362.40.004063070.64937656.132454.52988366.8323340.90.004051750.64280456.321554.591498333.8123307.90.004031140.63611156.605454.6841108279.92232540.003993710.62910157.066154.8321118190.8423164.90.0039280.62146757.842251.0748128008.2722982.30.003801090.611959.134151.4114表5-4提馏段分子量及流量数据表塔板液相质量流量（kg/h）汽相质量流量(kg/h)液相体积流量(m³/s)汽相体积流量(m³/s)液相分子量汽相分子量1816358.911290.40.007150910.26762271.52766.10421917186.412117.90.00744980.269871.556371.4699201842113352.50.007983020.2781679.613376.97362119699.714631.10.008577160.28849482.898981.40992220726.815658.20.009073220.29706481.096484.34042321423.216354.70.009417370.30243586.388486.04372421857.116788.50.009635440.30499887.108886.9854255068.5500.00223882087.5199经计算精馏段平均分子量：液相为56.27，汽相为54.56；提馏段平均分子量：液相为81.96，汽相为79.05。精馏段液相平均质量流量为9572.33kg/h，汽相平均质量流量为23298.56kg/h；液相平均体积流量为0.0047m³/s,汽相平均体积流量为0.652m³/s。提馏段液相平均质量流量为17592.71kg/h，汽相平均质量流量为12524.16kg/h；液相平均体积流量为0.0077m³/s,汽相平均体积流量为0.251m³/s。1.1.3平均密度计算表5-5精馏段汽液相密度表塔板液相密度（kg/m³）汽相密度（kg/m³）1571.659.383562574.1769.521633574.3899.619864574.29.713245573.9069.806586573.6329.900127573.4829.993548573.60810.08649574.26610.178110571.910.267711579.23410.354112581.23210.4331表5-6提馏段汽液相密度表塔板液相密度（kg/m³）汽相密度（kg/m³）18631.46411.718819640.82412.476220640.97913.334121637.98914.087722634.55314.641623631.90611.021324630.11311.290225628.872计算得：精馏段液相平均密度为571.31kg/m³，汽相平均密度为9.94kg/m³；提馏段液相平均密度为631.09kg/m³，汽相平均密度为13.80kg/m³。1.1.4液相平均表面张力计算表5-7精馏段液相表面张力表塔板液相表面张力（mN/m）111.2687211.115311.0398410.9888510.9427610.8992710.8599810.8283910.81141010.8211110.87711211.0074表5-8提馏段液相表面张力表塔板液相表面张力（mN/m）1811.99131911.77152011.29052110.74252210.2825239.95173249.72321259.55714精馏段液相平均表面张力为10.95mN/m,提馏段液相平均表面张力为10.66mN/m。1.1.5汽液相平均粘度计算表5-9精馏段汽液相粘度表塔板液相粘度（cp）汽相粘度(cp)10.1554990.008196820.1565890.0082296230.1560360.0082485140.1554950.0082635550.1550910.0082775260.1547860.0082915970.154580.0083067180.1545220.0083242190.1547290.00834634100.1554150.00837692110.1569420.00842185120.1598190.0084857表5-10提馏段汽液相粘度表塔板液相粘度（cp）汽相粘度(cp)180.1861850.00945677190.1847920.00968085200.1795170.00981566210.1735730.00987976220.1689650.00991141230.1659660.00993149240.1641170.00994704250.162923计算可得，精馏段液相平均粘度为0.1558cp，汽相平均粘度为0.0083cp;提馏段液相平均粘度为0.1733cp，汽相平均粘度为0.0098cp。1.2气液负荷计算精馏段：提馏段：1.3塔体工艺尺寸计算1.3.1塔径设计初选板间距HT为0.6m,取板上清液高度hL为0.06m。图1.1精馏塔塔径设计图图1.2提馏段塔径设计图也可通过下列方法计算，以精馏段为例：精馏段：,，图1.3Fair关联图查Fair关联图得C20=0.12取泛点分率为0.7空塔气速：塔径，按照标准塔径圆整取DT=1.2m。则精馏段塔径取1.2m,提馏段塔径取1.0m。精馏段塔截面积：，提馏段塔截面积：。精馏段实际空塔气速提馏段实际空塔气速1.3.2溢流装置(1)堰长精馏段塔径为1.2m,提馏段塔径为1m，可选用单溢流弓形降液管，受液盘则采用凹型受液盘。精馏段取，提馏段取。(2)堰上液层高度由，根据经验取弓形堰的液流收缩系数E=1，堰上液层高度：精馏段：故出口堰高提馏段：故(3)弓形降液管宽度和截面积由查弓形降液管参数图得：；验算液体在降液管中停留时间,即：精馏段提馏段故降液管设计合理。（4）降液管底隙高度h0精馏段：取,提馏段：取,1.4塔板布置1.4.1塔板分布由精馏段和提馏段的塔径查塔板分块数目表可得，分为三块塔板，其中有两块弓形板，一块通道板。1.4.2边缘区宽度确定图1.4塔板版面图取出口安定区宽度，支撑区宽度。1.4.3鼓泡区面积计算精馏段鼓泡区面积计算：提馏段鼓泡区面积计算：1.4.4筛孔计算及排列取筛孔直径为d0=6mm，筛板厚度为3mm。筛孔排列方式为正三角形排列，筛孔中心距：开孔率精馏段：开孔面积筛孔数目：提馏段：开孔面积筛孔数目：1.5塔板流体力学性能校核1.1.1塔板压降（1）干板阻力hc由查图可得co=0.78图1.5筛孔的孔流系数确定图精馏段：通过筛孔的气速提馏段：通过筛孔的气速（2）液层压力he精馏段：图1.6筛板塔充气系数图查图取板上液层充气系数β=0.58提馏段：查图取板上液层充气系数β=0.62（3）克服表面张力hσ精馏段：气体通过每层塔板的液柱高度：气体通过每层的压力降为：提馏段：气体通过每层塔板的液柱高度：气体通过每层的压力降为：1.1.2液沫夹带液沫夹带量计算公式：塔板上泡沫层高度液层上部的气体速度：精馏段：提馏段：精馏段：提馏段：1.1.3液泛为防止塔内发生液泛，降液管内清液层高度精馏段：取，则液体流经降液管底隙压降：液体流经进口堰的压力降：流体通过降液管的流动阻力提馏段：液体流经降液管底隙压降：液体流经进口堰的压力降：流体通过降液管的流动阻力故设计合理，不会发生液泛。1.1.4漏液筛板塔漏液点气速为：精馏段：实际孔速：，则稳定系数为提馏段：实际孔速：，则稳定系数为所以均满足设计，不会漏液。1.6塔板负荷性能图1.6.1液相负荷上限线以=5s和=3s作精提两段中液体在降液管中停留时间下限精馏段：提馏段：1.6.2液相负荷下限线作最小液体负荷标准取E=1算得精馏段：提馏段：1.6.3液泛线计算公式：得：精馏段：整理得：提馏段：整理得：1.6.4过量液沫夹带线以为限，求Ls与Vs的关系塔板上泡沫层高度液层上部的气体速度：精馏段：，化简可得：提馏段：，化简可得：1.6.5严重漏液线精馏段：化简可得：提馏段：化简可得：1.6.6塔板负荷性能图图1.7精馏段塔板负荷性能图则塔板的操作弹性=。图1.8提馏段塔板负荷性能图，则塔板的操作弹性=。1.7塔体高度计算（1）塔顶空间塔顶空间高度指第一块塔板到塔顶封头切线的距离，塔顶空间高度HD取1.2m。（2）塔底空间塔底空间是指最后一块塔板到底