【异丙苯法制备苯酚丙酮的塔设备设计计算4300字】

异丙苯法制备苯酚丙酮的塔设备设计计算目录TOC\o"1-3"\h\u3771异丙苯法制备苯酚丙酮的塔设备设计计算 1312511塔设备选型 1158861.1塔的类型 125691.2填料塔 383272塔设计要求 3264143塔设计计算 4185641.1水力学参数 4188291.2塔径的计算 4185621.3工艺尺寸的计算 6127711.4流体力学验算 10157961.4.1降液管液泛 1046941.4.2停留时间 11318381.4.3雾沫夹带量校核 11219971.4.4严重漏液校核 12214951.5精馏段塔板负荷性能图 1211921.5.1漏液线 12208251.5.2过量雾沫夹带线 12290301.5.3液相负荷下限线 12224181.5.4液相负荷上限线 1320491.5.5液泛线 13276631.5.6负荷性能图 13177341.6提馏段塔板负荷性能图 14146401.6.1漏液线 14285961.6.2过量雾沫夹带线 1488501.6.3液相负荷下限线 1579751.6.4液相负荷上限线 15247191.6.5液泛线 15212041.6.6负荷性能图 161塔设备选型1.1塔的类型工业上使用的塔类型主要是填料塔和板式塔两种，对于填料塔和板式塔的比较和选择如下。（1）板式塔常见的板式塔如下。通常，把塔内有多层塔板的塔称为板式塔。每一层塔板上都能进行热量传递和物质传递，再通过辨别塔板的形状、塔板的结构或者气液两相在塔板上的表现，就能大致确定这个塔的类型。例如筛板塔、波纹型板塔、喷射塔等。=1\*GB3①浮阀塔浮阀塔的具有效率高、产量大的特点。同时，由于结构设计，它的传递物质的效率也优于其他塔，也具有雾沫夹带量少、液面梯度较为平缓、塔设计结构简单的特点。浮阀塔的出现时间较晚，成长潜力很大，目前有很多专家不断对浮阀塔进行改进，因此，新的浮阀塔不断涌出。=2\*GB3②泡罩塔泡罩塔是最早出现在工业生产上的一种塔，由于结构设计，气相与液相能充分接触，有较大的操作弹性，但这也导致了它的分离效率较低，而且，需要使用较多的金属来保证塔体的强度，加工相对复杂，在应用层面处于劣势地位。=3\*GB3③筛板塔筛板塔在板式塔中结构最简单，制造也方便，它具有降液管，孔径取4~8mm。具有处理量大、塔体清洗方便、结构件修理、更换方便。但操作范围相对较小，只适用于粘性较小的物料，以防止堵塞。④波纹穿流板塔波纹穿流塔板是最近几年新研发的一种板式塔，从气液两相流经路径来看，它们从塔板上穿流通过，不具有降液管，具有制造方便、生产能力强的特点。同时，由于雾沫夹带量较小，塔内压强小，塔体内方便清洁，不容易堵塞。目前来看，我国应用最广泛的浮阀塔类型有F1型、V-4型和T型。其中，F1型浮阀塔的结构最简单，应用也最广泛。而F1型浮阀塔又有重阀和轻阀之分，它们主要区别在重量和厚度上。一般来说，浮阀的重量对操作的稳定性有较大影响，随着阀的重量增加，稳定性也会增强，但是相应的气体阻力也会变大。综合来看，重阀的使用场景更广阔，但是在某些压降比较小的场景，就必须使用轻阀，比如真空精馏[15]。表18三种阀主要尺寸阀的类型F1型（重阀）V-4型T型筛孔直径/mm393939阀片直径/mm484850阀片厚度/mm21.52最大开度/mm8.58.58静止开度/mm2.52.51.0-2.0阀片质量/mm32-3435-2630-321.2填料塔填料塔的外形呈圆筒状，能填充一层或者多层填料。气相从塔底进，液相从塔顶进，热量传递和物质传递主要在填充物料的表面进行，因此，填料塔的关键在于选择合适的填料。填料塔的类型比较多，从装填的类型来看，可分为散装填料和规整填料，具体原则有以下几条：（1）需要较大的比表面积，通量高，传质效率也比较高；（2）填料塔的压降比较小；（3）较高的操作性能，且流经的液体再分布性能要好；（4）塔体的机械强度合适，造价低廉；填料的选择要以类型、填料规格、填料材料更方面考虑。填料的主要几种类型有拉西环、鲍尔环以及阶梯环等。包装形式又有波纹、网格以及缠绕等方式。九种常用填料的性能评价见表19:表19九种常用填料性能对比排序填料名称评价评估值1丝网波纹填料效果很好0.862孔板波纹填料效果非常好0.613金属Intalox效果非常好0.594金属鞍形环效果非常好0.575金属阶梯环效果不错0.536金属鲍尔环效果不错0.517瓷Intalox效果还行0.418瓷鞍形环效果差0.389瓷拉西环效果差0.36填料的选择既要满足工艺条件，也要满足生产条件，还要节约成本，使设备等投资费用达到最低。2塔设计要求塔设备的要求有：(1)要确定出具体的分离效率，并核算出与之对应的塔高。(2)能选出兼顾生产能力和单位塔截面积处理量的设计(3)实际生产中，对于实际的气液负荷曲线来说，把分离效率最高的点所处的位置下调15%的，与之对应的最大负荷和最小负荷，它们的比值称为操作弹性。使操作位于此弹性区间内。(4)造型简单，造价低廉，设备的原材料来源丰富，在加工、维修和制造上方便快捷，能应对多种场景。3塔设计计算本次计算选择精馏塔T202演算计算过程，它的操作压力为0.15MPa，塔顶温度155.685℃，塔底温度198.007℃，塔板数20块，详细的计算过程如下所述。1.1水力学参数提取Aspenplus各塔板上的物性参数，选取塔板上气液相负荷最大的第2块塔板进行手工计算和校核，然后再用Aspenplus进行塔的设计和校核，通过比较来检查计算的正确性。表20塔板物性数据物性参数符号液体L气体V温度/℃T155.688155.689质量流率/（kg/h）-11247.20031042.100体积流率/（m3/h）-15.2088017.500密度/（kg/m3）ρ739.5811.872表面张力/（dyne/cm）σ15.995—1.2塔径的计算塔板间距HT的选取与塔高、塔径、物性性质、分离效率、操作弹性以及塔的安装、检修等因素有关。表21塔板间距和塔径的关系塔径Di/m0.3～0.50.5～0.80.8～1.61.6～2.02.0～2.4>2.4板间距HT/mm200～300300～350350～600450～600500～800≥800初选塔板间距HT=600mm板上液层高度hL=60mmHT-hL=540mm气液两相流动参数：Lh图9史密斯关联图查图4-1得C20矫正到表面张力为15.995mN/m时C=C20umax=C取安全系数为0.6，则空塔气速为u=0.6D=4V按标准塔径圆整后为：D=1.800m塔截面积为：AT=实际空塔气速为：u=VS安全系数uumax在0.5~0.8 范围间，合适。1.3工艺尺寸的计算以精馏段计算为例。（1）溢流装置计算塔径D=1.800m，可选用单溢流弓形降液管，采用凹形受液盘。各项计算如下：①降液管尺寸取堰长：l由弓形降液管的几何关系图如下所示：结构参数图查得：图10弓形降液管的几何关系图结构参数查图得：A因此弓形降液管所占面积：A弓形降液管宽度：W验算：液体在降液管的停留时间：τ=Af合适。②溢流堰尺寸因为受液盘为凹形受液盘，所以没有内堰。Lhl图11液流收缩系数由液流收缩系数计算图查得：E=1.02由弗朗西斯公式，堰上液层高度hOW=溢流堰高：hw=hL-③降液管底隙高度h计算公式：h0=一般u0'=（0.06-0.25）m/s，本设计取u0选用凹形受液盘，深度hw（2）阀孔数选用F1型重阀，气体动能因数F0的数值常在8~20之间。阀孔直径d0初取动能因数F0u0=每层塔板上阀孔个数n=V（3）阀孔排列可将塔板分为四个区域，分别为：①溢流区降液管及受液盘所占的区域：W②安定区溢流区与鼓泡区之间的面积安定区宽度一般在60-70mm，本设计取WS③无效边缘区靠近塔壁的一圈边缘区域，主要供支持塔板的边缘之用。无效边缘区宽度一般在50-60mm，取WC④鼓泡区塔板上气液接触的有效面积开孔区面积AaAa=2x=D2r=D2所以A采用等腰三角形错列，底边长L0=75mm，排间距t=Aa取t=170mm阀孔排数：n（式4-18）阀孔气速u0=动能因数F0=u0ρ开孔率φ=A0A0=φ=0.1032.543开孔率在10-15%之间，满足要求。1.4流体力学验算1.4.1降液管液泛降液管内清液层高度：Hd=（1）降液管阻力hr=0.153（2）塔板压降hp=①干板阻力临界孔速:uoc=阀全开前（u0hc=19.9阀全开后（u0hc=5.34所以hc=②板上充气液层阻力取充气系数ε0hl=ε0h所以：hP=hc+hl计算Hd=取降液管中泡沫层相对密度∅=0.5，则φ（HT可见，Hd＜∅（H1.4.2停留时间应保证液体在降液管内的停留时间大于5s，才能使得液体所夹带气体的释出。τ=Af可见，所夹带气体可以释出。1.4.3雾沫夹带量校核泛点率计算公式：F=VS板上液体流经长度： ZL=D-2Wd=1.800-2×0.360=1.080m板上液流面积：Ab=AT-2Af=2.543-2×0.382=1.780m泛点负荷系数CF由泛点负荷系数图查得CF=0.135图12泛点负荷系数并取物性系数K=1.5，将以上数据代入得到F=0.465及F=0.575可见，两式均小于80%，故雾沫夹带量能够满足eV1.4.4严重漏液校核当阀孔的动能因数F0＜5时，会发生严重漏液，前面已计算出F0=u01.5精馏段塔板负荷性能图1.5.1漏液线对于F1重阀，因动能因数F0＜5时，会发生严重漏液，故取FVS1.5.2过量雾沫夹带线根据雾沫夹带校核可知，对于本塔，取泛点率F=0.8，那么0.8=VS化简得：VS=0.624VS1.5.3液相负荷下限线对于平直堰，其堰上液层高度how必须要大于0.006m。取hhow=取E=1.00，代入lw，求得（1.5.4液相负荷上限线液体的最大流量应保证在降液管中停留时间不低于3s，取τ=5s作为液体在降液管中的停留时间的下限，则（LS1.5.5液泛线液泛线计算公式aVS2其中，a=1.91×105 b=∅HTc=0.153ld=(1+ε0)E(0.667)（取∅=0.5，整理得V1.5.6负荷性能图将以上五条线标绘在同一VS−LS直角坐标系中，塔板的操作负荷性能图如图所示。将设计点（LS，图13负荷性能图1.6提馏段塔板负荷性能图1.6.1漏液线对于F1重阀，因动能因数F0＜5时，会发生严重漏液，故取FVS=5.973×1 1.6.2过量雾沫夹带线根据雾沫夹带校核可知，对于本塔，取泛点率F=0.8，那么0.8=VS化简得：VS=0.624VS=0.6241.6.3液相