聚酯厂干燥塔设计计算书

聚酯厂干燥塔设计计算,,,,,,,,,

序号,计算项目,符号表示,参数来源,符号表示=计算公式,国际单位,计算结果,参数说明,规范依据,其他说明

一、基础工艺参数,,,,,,,,,

1,年产量,Q_year,设计值,Q_year=200000,t/a,200000.00,聚酯年产量,工艺设计,20万吨/年

2,年工作时间,t_year,设计值,t_year=8000,h/a,8000.00,年工作时间,工艺设计,连续运行

3,小时产量,Q_hour,计算值,Q_hour=Q_year/t_year,t/h,25.00,聚酯小时产量,物料衡算,Q_hour=Q_year/t_year

4,初始含水率,X1,设计值,X1=0.004,kg/kg,0.0040,聚酯切片初始含水率,工艺条件,0.4%

5,最终含水率,X2,设计值,X2=15e-6,kg/kg,0.0000,聚酯切片最终含水率,工艺要求,≤15ppm

6,干燥温度,T_dry,设计值,T_dry=170,℃,170.00,干燥塔操作温度,工艺设计,170℃±5℃

7,露点温度,T_dew,设计值,T_dew=-45,℃,-45.0000,干燥介质露点温度,工艺设计,≤-45℃

8,环境温度,T_env,设计值,T_env=25,℃,25.00,环境温度,设计条件,常温环境

9,操作压力,P_oper,设计值,P_oper=101325,Pa,101325.00,大气压力,标准条件,标准大气压

二、物料衡算,,,,,,,,,

1,绝干物料流量,Gc,计算值,Gc=Q_hour/(1+X1),t/h,24.90,绝干聚酯流量,物料衡算,Gc=Q_hour/(1+X1)

2,脱水量,W,计算值,W=Gc×(X1-X2),t/h,0.10,每小时脱水量,物料衡算,W=Gc×(X1-X2)

3,进口空气湿度,H1,设计值,H1=0.0005,kg/kg,0.0005,干燥介质进口湿度,工艺设计,对应露点-45℃

4,出口空气湿度,H2,设计值,H2=0.015,kg/kg,0.02,干燥介质出口湿度,工艺设计,饱和湿度80%

5,干空气流量,L,计算值,L=W/(H2-H1),t/h,6.84,干空气循环流量,物料衡算,L=W/(H2-H1)

6,水分蒸发速率,N,计算值,N=W×1000/3600,kg/s,0.03,水分蒸发速率,速率计算,N=W/3.6

三、热量衡算,,,,,,,,,

1,空气比热容,cp_air,查表值,cp_air=1.005,kJ/kg·℃,1.01,干空气比热容,热力学数据,170℃

2,水蒸气比热容,cp_vap,查表值,cp_vap=1.884,kJ/kg·℃,1.88,水蒸气比热容,热力学数据,170℃

3,水的汽化潜热,r,查表值,r=2400,kJ/kg,2400.00,水的汽化潜热,热力学数据,170℃

4,进口空气温度,T1,设计值,T1=180,℃,180.00,干燥介质进口温度,工艺设计,加热后温度

5,出口空气温度,T2,设计值,T2=160,℃,160.00,干燥介质出口温度,工艺设计,降温后温度

6,进口焓值,I1,计算值,I1=cp_air×T1+H1×(r+cp_vap×T1),kJ/kg,182.27,进口空气焓值,热力学计算,I1=cp_air×T1+H1×(r+cp_vap×T1)

7,出口焓值,I2,计算值,I2=cp_air×T2+H2×(r+cp_vap×T2),kJ/kg,201.32,出口空气焓值,热力学计算,I2=cp_air×T2+H2×(r+cp_vap×T2)

8,热量需求,Q,计算值,Q=L×1000×(I2-I1),kJ/h,130379.14,干燥所需热量,热量衡算,Q=L×(I2-I1)

9,热量需求功率,P,计算值,P=Q/3600,kW,36.22,干燥所需功率,单位转换,P=Q/3600

10,热损失,Q_loss,计算值,Q_loss=0.05×P,kW,1.81,系统热损失,经验估算,5%热损失

11,总热量需求,P_total,计算值,P_total=P+Q_loss,kW,38.03,总加热功率,能量衡算,P_total=P+Q_loss

四、干燥动力学计算,,,,,,,,,

1,临界含水量,Xc,查表值,Xc=0.002,kg/kg,0.00,恒速降速转折点含水量,实验数据,聚酯典型值

2,平衡含水量,X*,查表值,X*=5e-6,kg/kg,0.00,平衡状态含水量,实验数据,170℃下

3,恒速干燥速率,Uc,查表值,Uc=0.02,kg/m²·s,0.02,恒速阶段干燥速率,实验数据,170℃下

4,颗粒直径,dp,设计值,dp=0.003,m,0.00,聚酯颗粒直径,工艺条件,2-5mm范围

5,聚酯密度,ρ_p,查表值,ρ_p=1380,kg/m³,1380.00,聚酯切片密度,物性数据,20℃

6,比表面积,a,计算值,a=6/(ρ_p×dp),m²/kg,1.45,单位质量表面积,几何计算,a=6/(ρ_p×dp)

7,总干燥面积,A,计算值,A=Gc×1000×a,m²,36087.53,总干燥表面积,面积计算,A=Gc×1000×a

8,恒速阶段时间,τ1,计算值,τ1=Gc×1000×(X1-Xc)/(Uc×A)/3600,h,0.00,恒速干燥时间,动力学计算,τ1=Gc×(X1-Xc)/(Uc×A)

9,降速阶段时间,τ2,计算值,τ2=(Gc×1000×Xc/(Uc×A))×ln((Xc-X*)/(X2-X*))/3600,h,0.00,降速干燥时间,动力学计算,τ2=(Gc×Xc/(Uc×A))×ln((Xc-X*)/(X2-X*))

10,总干燥时间,τ_total,计算值,τ_total=τ1+τ2,h,0.00,总干燥时间,时间计算,τ_total=τ1+τ2

11,干燥时间判断,J_τ,判断值,"J_τ=IF(τ_total≤4.5,""满足"",""不满足"")",,满足,干燥时间是否满足要求,工艺要求,≤4.5小时

五、塔体工艺设计计算,,,,,,,,,

1,空气密度,ρ_air,计算值,ρ_air=0.8,kg/m³,0.80,170℃空气密度,理想气体定律,ρ=PM/(RT)

2,空塔气速,u,设计值,u=0.45,m/s,0.45,空塔气速,工艺设计,0.3-0.6m/s

3,空气体积流量,Q_air,计算值,Q_air=L×1000/(ρ_air×3600),m³/s,2.38,空气体积流量,流量计算,Q_air=L/(ρ_air×3.6)

4,塔截面积,A_tower,计算值,A_tower=Q_air/u,m²,5.28,塔截面积,面积计算,A_tower=Q_air/u

5,塔径,D_tower,计算值,D_tower=√(4×A_tower/π),m,2.59,塔内径,几何计算,D_tower=√(4×A_tower/π)

6,停留时间,τ_res,计算值,τ_res=τ_total×3600,s,0.43,物料停留时间,时间计算,τ_res=τ_total×3600

7,理论塔高,H_theory,计算值,H_theory=u×τ_res,m,0.20,理论塔高,高度计算,H_theory=u×τ_res

8,填料层高度,H_packed,设计值,H_packed=18,m,18.00,填料层高度,工艺设计,考虑分段

9,分段数,N_section,计算值,"N_section=CEILING(H_packed/6,1)",,3.00,填料分段数,设计规范,每段≤6m

10,塔高判断,J_H,判断值,"J_H=IF(H_packed≤25,""满足"",""不满足"")",,满足,塔高是否满足要求,空间限制,≤25m

六、塔体结构设计计算,,,,,,,,,

1,设计压力,P_design,设计值,P_design=0.1,MPa,0.10,塔体设计压力,GB150-2011,常压容器

2,设计温度,T_design,设计值,T_design=200,℃,200.00,塔体设计温度,GB150-2011,高于操作温度

3,许用应力,[σ],查表值,[σ]=137,MPa,137.00,S30408许用应力,GB150-2011,200℃

4,焊接系数,φ,设计值,φ=0.85,,0.85,焊接接头系数,GB150-2011,双面焊

5,腐蚀裕量,C2,设计值,C2=2,mm,2.00,腐蚀裕量,设计规范,不锈钢

6,计算壁厚,δ_calc,计算值,δ_calc=(P×D×1000)/(2×[σ]×φ-P×1000),mm,1.95,塔体计算壁厚,GB150-2011,δ=(P×D)/(2×[σ]×φ-P)

7,实际壁厚,δ_actual,选用值,δ_actual=12,mm,12.00,塔体实际壁厚,材料规格,标准壁厚

8,壁厚判断,J_δ,判断值,"J_δ=IF(δ_actual≥δ_calc,""满足"",""不满足"")",,满足,壁厚是否满足,GB150-2011,≥计算值

9,壳体密度,ρ_shell,查表值,ρ_shell=7930,kg/m³,7930.00,S30408密度,物性数据,不锈钢密度

10,壳体体积,V_shell,计算值,V_shell=π×D×δ_actual/1000×H_packed,m³,1.76,壳体体积,体积计算,V_shell=π×D×δ×H

11,壳体重量,W_shell,计算值,W_shell=V_shell×ρ_shell,kg,13952.84,壳体重量,重量计算,W_shell=V_shell×ρ_shell

12,填料重量,W_packing,估算值,W_packing=200×A_tower,kg,1056.07,填料重量,经验估算,200kg/m²

13,总重量,W_total,计算值,W_total=W_shell+W_packing,kg,15008.91,塔体总重量,重量计算,W_total=W_shell+W_packing

七、流体力学计算,,,,,,,,,

1,填料尺寸,d_p,设计值,d_p=50,mm,50.00,填料公称尺寸,填料选型,鲍尔环

2,空隙率,ε,查表值,ε=0.95,,0.95,填料空隙率,填料特性,规整填料

3,单位长度压降,ΔP/L,估算值,ΔP/L=150,Pa/m,150.00,每米填料压降,经验数据,典型值

4,总压降,ΔP_total,计算值,ΔP_total=ΔP/L×H_packed,Pa,2700.00,填料层总压降,压降计算,ΔP_total=ΔP/L×H_packed

5,压降判断,J_ΔP,判断值,"J_ΔP=IF(ΔP_total≤3000,""满足"",""不满足"")",,满足,压降是否满足,设计要求,≤3000Pa

6,液体喷淋密度,L,设计值,L=0.01,m³/m²·h,0.01,液体喷淋密度,工艺设计,清洗用

7,液体密度,ρ_L,查表值,ρ_L=950,kg/m³,950.00,液体密度,物性数据,170℃

8,液泛气速,u_f,计算值,u_f=√(ε³/(1-ε)×ρ_air/ρ_L×g/(d_p/1000)),m/s,1.68,液泛气速,流体力学,u_f=√(ε³/(1-ε)×ρ_air/ρ_L×g/d_p)

9,气速比,u/u_f,计算值,u/u_f=u/u_f,,0.27,操作气速/液泛气速,操作弹性,u/u_f

10,气速比判断,J_u,判断值,"J_u=IF(u/u_f≤0.8,""满足"",""不满足"")",,满足,气速比是否满足,设计规范,≤0.8

八、综合判断,,,,,,,,,

1,干燥时间要求,J_τ,判断值,,,满足,干燥时间是否满足,工艺要求,≤4.5小时

2,塔高要求,J_H,判断值,,,满足,塔高是否满足,空间限制,≤25m

3,壁厚要求,J_δ,判断值,,,满足,壁厚是否满足,GB150-2011,≥计算值

4,压降要求,J_ΔP,判断值,,,满足,压降是否满足,设计要求,≤3000Pa

5,气速比要求,J_u,判断值,,,满足,气速比是否满足,设计规范,≤0.8

6,综合设计判断,J_overall,判断值,"J_overall=IF(所有要求均满足,""满足"",""不满足"")",,满足,干燥塔设计是否满足所有要求,设计规范,所有指标需同时满足

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