第四章塔径泛点气速空塔气速填料高度压降等计算

1、第四章 填料精馏塔的工艺计算4.1 低压塔塔径、泛点气速、空塔气速、填料高度及压降计算由第一章PROII模拟出的说明书可以得到数据表4.1塔顶蒸汽量G2塔中蒸汽量G14塔中蒸汽量G15塔底蒸汽量G274368Kg/HR4383Kg/HR4445Kg/HR4886Kg/HR塔顶液体量L1塔中液体量L13塔中液体量L14塔底液体量L263140Kg/HR3155Kg/HR7784Kg/HR8224Kg/HR汽相密度G2汽相密度G14汽相密度G15汽相密度G272.Kg/m33.03973Kg/m33.06215Kg/m33.34082Kg/m3液相密度L1液想密度L13液相密度L14液相密度L26

2、816.676Kg/m3796.028Kg/m3793.248Kg/m3777.496Kg/m3汽相粘度G2汽相粘度G14汽相粘度G15汽相粘度G278.9907E-06Pas9.1563E-06Pas9.1528E-06Pas9.0660E-06Pas液相粘度L1液想粘度L13液相粘度L14液相粘度L263.1054E-04Pas2.6658E-04Pas2.6165E-04Pas2.2445E-04Pas根据表4.1求平均值可得下表4.2表4.2低压塔精馏段提馏段液体量L Kg/HR3147.58004液相密度 Kg/m3806.352785.372液相粘度 Pas2.8856 E-042

3、.4305 E-04蒸汽量G Kg/HR4375.54665.5汽相密度 Kg/m32. 3.4.1.1 塔经的计算式中：L塔内液相流率，Kg/h； G塔内气相流率，Kg/h； G塔内气相密度，Kg/m3； L塔内液体密度，Kg/m3。由表4-2数据代入公式得：对于精馏段：查现代填料塔应用指南第四章图4-8:得：250Y型Cmax=0.075；设计值取Cs=0.8Cmax=0.0.06。计算塔截面积：=0.4156m2塔内径 取DT=800mm对于提馏段：查第四章图4-8:得：250Y型Cmax=0.0648；设计值取Cs=0.8Cmax=0.05184。计算塔截面积：=0.4996m2塔内径

4、 取DT=800mm所以塔内径为800mm（取精馏段和提馏段内径的大值）。4.1.2 填料层高度计算由于填料选用不锈钢金属孔波纹填料250Y，每米1.5块理论板。精馏段塔板数（nt）精=13，精馏段填料层高度Z精=(13-1)/1.5=8m；提馏段塔板数（nt）提=27-13=14，提馏段填料层高度Z提=(14-1)/1.5=8.67m=9m；填料层总高度Z=89=17m。4.1.3 液体负荷及持液量的计算低压塔塔径D=800mm，则式中： l液体负荷，m3/(m2 s) L液相的质量流量，Kg/h； L液体的密度，Kg/m3; D塔的内径，m; AT塔的截面积，m2。由表4-2数据代入公式得

5、精馏段的液体负荷：查现代填料塔技术指南图4-17得持液量h=2.4910-2 (m3/m3)提馏段的液体负荷：查现代填料塔技术指南图4-17得持液量h=4.9210-2 (m3/m3)4.1.4 泛点气速计算泛点气速计算，根据现代填料塔应用指南计算泛点气速公式为：式中：uGf泛点空塔气速，m/s； g重力加速度，9.81m/s2； a/2干填料因子，m-1； L液相粘度，mPas； L、G液相、气相的质量流量，Kg/h； G、L液体、气体的密度，Kg/m3。金属孔波纹填料250Y的常用A值为0.291；a=250；=0.97；由表4-2数据代入公式得精馏段：G=2.Kg/m3 L=806.35

6、2Kg/m3 G=4375.5Kg/h L=3147.5Kg/h L=2.8856mPas代入方程，得到 uGf=2.0207m/s提馏段：G=3.Kg/m3 L=785.372Kg/m3 G=4665.5Kg/h L=8004Kg/h L=2.4305mPas代入方程，得到 uGf=1.4977m/s4.1.5 空塔气速计算 精馏段uG=0.8uGf=0.82.0207=1.61656m/s提馏段uG=0.8uGf=0.81.4977=1.19816m/s4.1.6 压强降计算根据现代填料塔应用指南的第四章中计算湿填料压降公式4-8可化简为降此计算式的计算值与实测值相比，平均偏差为5.5%,

7、最大偏差为10%P=94.8（uGG0.5）1.72式中： P每米填料压降，Pa/m； uG空塔气速，m/s； G气体密度，Kg/m3；由表4-2数据代入公式得于是精馏段和提馏段的压降分别为：精馏段 P=94.8(1.616562.5)1.72=550.2045 Pa/m提馏段 P=94.8(1.198163.5)1.72=351.9298 Pa/m 4.2 高压塔塔经、泛点气速、空塔气速、填料高度及压降计算由第二章模拟出的说明书可以得到数据表4.3塔顶蒸汽量G2塔中蒸汽量G19塔中蒸汽量G20塔底蒸汽量G354608Kg/HR4647Kg/HR6018Kg/HR6617Kg/HR塔顶液体量L

8、1塔中液体量L18塔中液体量L19塔底液体量L343595Kg/HR3634Kg/HR8771Kg/HR9370Kg/HR汽相密度G2汽相密度G19汽相密度G20汽相密度G3512.48289Kg/m313.10694Kg/m313.18546Kg/m314.20185Kg/m3液相密度L1液想密度L18液相密度L19液相密度L34742.902Kg/m3721.183Kg/m3719.252Kg/m3700.900Kg/m3汽相粘度G2汽相粘度G19汽相粘度G20汽相粘度G351.0520E-05Pas1.0597E-05Pas1.0586E-05Pas1.0420E-05Pas液相粘度L1

9、液想粘度L18液相粘度L19液相粘度L341.8048E-04Pas1.4527E-04Pas1.4544E-04Pas1.2614E-04Pas根据表4.3求平均数可得下表表4.4高压塔精馏段提馏段液体量L Kg/HR3614.59250.5液相密度 Kg/m3732.0425710.076液相粘度 Pas1.62875 E-041.3579 E-04蒸汽量G Kg/HR4627.56317.5汽相密度 Kg/m312.13.4.2.1 塔经的计算式中：L塔内液相流率，Kg/h； G塔内气相流率，Kg/h； G塔内气相密度，Kg/m3； L塔内液体密度，Kg/m3。由表4-4数据代入公式得对

10、于精馏段：查现代填料塔应用指南第四章图4-8:得：250Y型Cmax=0.0.0653设计值取Cs=0.8Cmax=0.0.0522计算塔截面积=0.2565m2塔内径 取DT=600mm对于提馏段： 查第四章图4-8:得：250Y型Cmax=0.0586设计值取Cs=0.8Cmax=0.0469计算塔截面积=0.3834m2塔内径 取DT=700mm所以塔内径为700mm（取精馏段和提馏段内径的大值）4.2.2 填料层高度计算精馏段塔板数（nt）精=18，精馏段填料层高度Z精=(18-1)/1.5=11.33m=12m提馏段塔板数（nt）提=35-18=17，提馏段填料层高度Z提=(17-1

11、)/1.5=10.67m=11m(由于填料选用不锈钢金属孔波纹填料250Y，每米1.5块理论板)填料层总高度Z=1211=23m。4.2.3 液体负荷及持液量的计算高压塔塔径D=700mm，则式中： l液体负荷，m3/(m2 s) L液相的质量流量，Kg/h； L液体的密度，Kg/m3; D塔的内径，m; AT塔的截面积，m2。由表4-4数据代入公式得精馏段的液体负荷：查现代填料塔技术指南图4-17得持液量h=3.6810-2 (m3/m3)提馏段的液体负荷：查现代填料塔技术指南图4-17得持液量h=7.1110-2 (m3/m3)4.2.4 泛点气速计算泛点气速计算，根据现代填料塔应用指南计

12、算泛点气速公式为：式中：uGf泛点空塔气速，m/s； g重力加速度，9.81m/s2； a/2干填料因子，m-1； L液相粘度，mPas； L、G液相、气相的质量流量，Kg/h； G、L液体、气体的密度，Kg/m3。金属孔波纹填料250Y的常用A值为0.291；a=250；=0.97；由表4-4数据代入公式得精馏段：G=12.Kg/m3 L=732.0425Kg/m3 G=4627.5Kg/h L=3614.5Kg/h L=0.mPas代入方程，得到 uGf=0.7657m/s提馏段：G=13.Kg/m3 L=710.076Kg/m3 G=9250.5Kg/h L=6317.5Kg/h L=0

13、.13579mPas代入方程，得到 uGf=0.6012m/s4.2.5 空塔气速计算 精馏段uG=0.8uGf=0.80.7657=0.61256m/s提馏段uG=0.8uGf=0.80.6012=0.48096m/s4.2.6 压强降计算根据现代填料塔应用指南的第四章中计算湿填料压降公式4-8可化简为降此计算式的计算值与实测值相比，平均偏差为5.5%,最大偏差为10%P=94.8（uGG0.5）1.72式中： P每米填料压降，Pa/m； uG空塔气速，m/s； G气体密度，Kg/m3；于是精馏段和提馏段的压降分别为：由表4-4数据代入公式得精馏段 P=94.8(0.6125612.5)1.

14、72=365.3896 Pa/m提馏段 P=94.8(0.4809613.5)1.72=255.5303 Pa/m 4.3 高压塔和低压塔裙座的计算4.3.1 高压塔裙座计算塔釜液面高度1m ，再沸器换热器管长3m ，塔底液体首先经过预热器II即10个串联的换热器来预热原料，在经过冷却器II即2个串联被谁冷却后进入储罐。下面的基础和鞍座的高度0.5m ，裙座下面的基础高度0.3m 。塔底产品流出的管路流动阻力包括阀门仪表的阻力估计2m压头，塔底产品流出是自然流动，流过每一个换热器的阻力估计为0.5m压头，压头裕量设为2m。则：再沸器下法兰距地面的高度为0.5+3+2+2+130.5=14m ；

15、塔体与下封头的焊缝距地面的高度为14+2.5-1=15.5m ；所以，裙座高度为18.3-0.04-0.3=15.16m 。4.3.2低压塔裙座计算 塔釜液面高度1m ，再沸器换热器管长3m ，塔底液体首先经过8+6个串联的换热器来预热原料，下面的基础和鞍座的高度0.5m ，裙座下面的基础高度0.3m 。塔底产品流出的管路流动阻力包括阀门仪表的阻力估计2m压头，塔底产品流出是自然流动，流过每一个换热器的阻力估计为0.5m压头，压头裕量设为2m ，则再沸器下法兰距地面的高度为0.5+3+2+2+（8+6）0.5=14.5m ；则塔体与下封头的焊缝距地面的高度为14.5+3-1=16.5m ；所以

16、，裙座高度为16.5-0.04-0.3=16.16m 。4.4 塔高的计算4.4.1 高压塔塔高计算由4.2.2 填料层高度的计算可得 精馏段填料层高度Z精=12m，提馏段填料层高度Z提11m。封头高度取为h=D=700=175mm，法兰取40mm，无人孔，法兰高度忽略，液体分布器取高度为750mm，支撑板取60mm，液位高度取1m，提馏段下支耳里液面0.5m，所以加合画图后可得高压塔塔高。H=（175+40+750+60+12000+60+750+60+11000+60+500+1000+40+175）mm=26670mm4.4.2 低压塔塔高计算由4.1.2 填料层高度的计算可得 精馏段填

17、料层高度Z精=8m，提馏段填料层高度Z提=9m。封头高度取为h=D=800=200mm，法兰取40mm，人孔取450mm，共取两个人孔，支撑板离人孔距离取225mm，液体分布器取高度为750mm，支撑板 60mm，液位高度取1m，提馏段下支耳里液面0.5m，所以加合画图后可得高压塔塔高H=（200+40+900+750+60+8000+60+900+750+60+9000+60+500+1000+40+200）mm =22520mm4.5 低压塔与高压塔接管的选型本次设计接管的选型是按照夏青等人主编的化工原理书中附录357页的管子规格，输送流体用的是无缝钢管规格，摘自GB8163-87，我们选

18、择热轧（挤压、扩）钢管的外径和壁厚。将表4.2和4.44数据代入下面公式。4.5.1 低压塔接管（1）进料管 进料管内流速可取11.5m/s，取=1.2m/s df=0.0411m=41.1mm 经过圆整后取管型号:公称外径为45mm，公称壁厚为3.5mm的钢管。把圆整后的=38mm代入校核=1m/s在范围中。（2）回流管： 常压采用部分回流，流速可取0.080.5m/s，取=0.5，回流比R=2.5558则：Ls=1.068010-3m3/s=0.0522m=52.2mm 经过圆整后取管型号：公称外径为65mm，公称壁厚为3.5mm的钢管。把圆整后的58mm代入校核得=0.4044m/s在范围内。（3）塔顶蒸汽出口管径 常压下常压塔蒸汽流速可取1220m/s，取=15m/s 经过圆整后取管型号: 公称外径为219mm，公称壁厚为6mm的钢管。圆整取207mm,校核uG=12.5496m/s在范围内。（4）塔底残液排出管管径 残液在管内流速流速可取0.51.0m/s，取uw=0.5m/s 经过圆整后取管型号：公称外径为89mm，公称壁厚为4mm的钢管.圆整取81mm,校核=0.5705m/s在范围内。（5）塔底再沸器蒸汽接管管径蒸汽的F因子为2025，取F=25蒸汽在管内流速 经过圆整后取管型号：称外径为219mm，公称壁