板式塔——精餾裝置的設(shè)計_第1頁
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板式塔——精餾裝置的設(shè)計_第3頁
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文檔簡介

1、當傳熱量較小時,選用立式熱式 當塔釜物料粘度很大,或易受 1所示。1)立式熱虹吸型板式塔一一精餾裝置的設(shè)計精餾裝置設(shè)計的內(nèi)容與步驟大致如下:1、收集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)設(shè)計所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括: 進料流量及組成。 分離要求。 原料的熱力學狀態(tài)。 冷卻介質(zhì)及其溫度、加熱介質(zhì)及溫度。 物性數(shù)據(jù)(如密度、表面張力等)。上述基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中、兩項由設(shè)計任務(wù)給出。、兩項若任務(wù)中未曾給出,則應(yīng)根據(jù)具體 情況確定。物性數(shù)據(jù)可從有關(guān)資料中查取。2、工藝流程的選擇精餾裝置一般包括塔頂冷凝器,塔釜再沸器,原料預(yù)熱器及流體輸送泵等。流程選擇應(yīng)結(jié)合實際進行,考慮經(jīng)濟性、穩(wěn)定性。如進料是否需要預(yù)熱、冷凝器的型式及布置、及再沸器的 型號等。

2、當塔頂需汽相出料時,采用分凝器,除此之外,一般均采用全凝器。對于小塔,通常將冷凝 器放于塔頂,采用重力回流。對于大塔,冷凝器可放至適當位置,用泵進行強制回流。再沸器的型式有立式與臥式、熱虹吸式與強制循環(huán)式之外。 再沸器較為有利。傳熱量較大時,采用臥式熱虹吸式再沸器。熱分解時,宜采用泵強制循環(huán)型再沸器。幾種再沸器型式如圖(a)(b)(3)臥式再沸器圖1幾種再沸器型式3、做全塔的物料衡算對于雙組分的連續(xù)精餾塔,由總物料平衡及分物料平衡有: 根據(jù)進料流量qn,F及組成xF,分離要求,解方程組(1)即可求得餾出液流率 qn,D及殘液 流率qn,W。4、確定操作條件(壓力、溫度)精餾操作最好在常壓下進行

3、,不能在常壓下進行時,可根據(jù)下述因素考慮加壓或減壓操作。(1)對熱敏性物質(zhì),為降低操作溫度,可考慮減壓操作。(2 )若常壓下塔釜殘液的泡點超過或接近200 C時,可考慮減壓操作。因為加熱蒸汽溫度一般低于200Co(3 )最方便最經(jīng)濟的冷卻介質(zhì)為水。若常壓下塔頂蒸汽全凝時的溫度低于冷卻介質(zhì)的溫度 時可考慮加壓操作。還應(yīng)該指出壓力增大時,操作溫度隨之升高,輕、重組分相對揮發(fā)度減少,分離所需的理論板數(shù)增加。在確定操作壓力時,除了上面所述諸因素之外,尚需考慮設(shè)備的結(jié)構(gòu)、材料等。通常按下述步驟確定操作壓力。(1)選擇冷卻介質(zhì),確定冷卻介質(zhì)溫度。最為方便、來源最廣的冷卻介質(zhì)為水。設(shè)計時應(yīng)了解本地區(qū)水的資源

4、情況及水溫。(2 )確定冷卻器及回流罐系統(tǒng)壓力。塔頂蒸汽全部冷凝時的溫度一般比冷卻介質(zhì)溫度高1020 C。冷卻器和回流罐系統(tǒng)壓力即為該溫度下的蒸汽壓(平衡壓力),可由泡點方程式得。c 為 K i XDi = 1 i =1式中一平衡指數(shù)。烴類可由資料查得。 C3)確走塔頂和塔釜壓力。塔頂壓力 巳等于冷凝器壓力F功口上蒸汽從塔頂至冷凝 器的流動阻力冷盤亍即弘=弓令+厶卩頂冷邂器塔釜壓力P蠱等于塔頂壓力加上全塔板阻力AP塔。全塔 阻力尸塔等壬塔板阻力乘實際板數(shù),即尸底二尸頂+應(yīng)塔二P頂+ nzVP板式中:AP伐一塔板陽力,通常為35 (mm汞柱) 在確定了操作壓力之后,塔頂溫度可由式(5)確主, 塔

5、釜溫度由式(6,確定口2-百-乙一1C5)Xd _ yqmin 二yq Xq式中:Xq,yqq適宜回流比通常為最小回流比的5、確定回流比對于平衡線向下彎曲的物系,最小回流比的計算式為:線與平衡線交點坐標。1.22倍,設(shè)計時應(yīng)根據(jù)理論板和回流比的關(guān)系圖確定。6、理論板數(shù)與實際板數(shù)對于雙組份精餾塔, 求解理論板數(shù)可用圖解法或簡捷法。若理論板數(shù)較多,且溶液接近理論溶液時,可作簡捷法計算。簡捷法求理論板數(shù)時,有吉利蘭(Gilliland )。圖解法和簡捷法的具體操作法可參考參閱教材,此處不再討論。實際板數(shù)等于理論板數(shù)除以總板效率,即N甸N 宀=理N 實 e( 12)式中: N實實際板數(shù)TN理一一不包括

6、分凝器、再沸器在內(nèi)的理論板數(shù)。Et總板效率(全塔效率)影響總板效率的因素較多,目前尚無準確的關(guān)聯(lián)式可用于計算,只能根據(jù)經(jīng)驗估計。對于雙組份精餾塔,多在0.50.7左右。7、 確定冷凝器和再沸器的熱負荷Qc 、Qr 對于全凝器,由冷凝器熱平衡可得:Qc =(R+1)qn,D(H1 1%)(13)式中:R回流比qn,D 餾出液流率。 Hr、hD塔頂蒸汽、餾出液焓。對全塔做熱平衡有Qr =qnfhD +qn,whw +Qc -(14)式中: h W 塔釜殘液焓。8、初估冷凝器和再沸器的傳熱面積傳熱面積A可由傳熱方程計算,即A =Q式中:Q熱負荷。K 傳熱系數(shù)。:tm 冷熱流體平均溫度差。對于低沸點烴

7、類,冷凝介質(zhì)為水時,傳熱系數(shù)為390980 (千卡/ m2時-C)o加熱介質(zhì)為水蒸汽時,再沸器的傳熱系數(shù)為390880 (千卡/ m2 時C) o9、塔的有效高度和板間距的初選10、 9.1塔的有效高度板式塔的有效高度是指安裝塔板部分的高度,可按下式計算:Z =(NtET-1)Ht(9-1)式中 Z 塔的有效高度,m;ET 全塔總板效率;NT 塔內(nèi)所需的理論板層數(shù);HT 塔板間距,m。9.2板間距的初選板間距NT的選定很重要。選取時應(yīng)考慮塔高、塔徑、物系性質(zhì)、分離效率、操作 彈性及塔的安裝檢修等因素。對完成一定生產(chǎn)任務(wù),若采用較大的板間距,能允許較高的空塔氣速,對塔板效率、 操作彈性及安裝檢修

8、有利;但板間距增大后,會增加塔身總高度,金屬消耗量,塔基、支座 等的負荷,從而導致全塔造價增加。反之,采用較小的板間距,只能允許較小的空塔氣速, 塔徑就要增大,但塔高可降低;但是板間距過小,容易產(chǎn)生液泛現(xiàn)象,降低板效率。所以在 選取板間距時,要根據(jù)各種不同情況予以考慮。如對易發(fā)泡的物系,板間距應(yīng)取大一些,以 保證塔的分離效果。板間距與塔徑之間的關(guān)系,應(yīng)根據(jù)實際情況,結(jié)合經(jīng)濟權(quán)衡,反復(fù)調(diào)整,已做出最佳選擇設(shè)計時通常根據(jù)塔徑的大小,由表9-1列出的塔板間距的經(jīng)驗數(shù)值選取。表9-1塔板間距與塔徑的關(guān)系塔徑/D#030.50508081.61-6Z42.44.0板間距mm200300250350300

9、450350600400 600化工生產(chǎn)中常用板間距為:200,250,300,350, 400,450, 500,600,700,800mm。在決定板間距時還應(yīng)考慮安裝、檢修的需要。例如在塔體人孔處,應(yīng)留有足夠的工作空間,其 值不應(yīng)小于600mm。10塔徑塔的橫截面應(yīng)滿足汽液接觸部分的面積、 溢流部分的面積和塔板支承、固定等結(jié)構(gòu)處 理所需面積的要求。在塔板設(shè)計中起主導作用,往往是氣液接觸部分的面積,應(yīng)保證有適宜 的氣體速度。計算塔徑的方法有兩類:一類是根據(jù)適宜的空塔氣速,求出塔截面積,即可求出塔 徑。另一類計算方法則是先確定適宜的孔流氣速,算出一個孔(閥孔或篩孔)允許通過的氣量,定出每塊塔板

10、所需孔數(shù),再根據(jù)孔的排列及塔板各區(qū)域的相互比例,最后算出塔的橫截面積和塔徑。(10-1)10.1初步計算塔徑板式塔的塔徑依據(jù)流量公式計算,即式中 D塔徑m;Vs 塔內(nèi)氣體流量 m3/s;u 空塔氣速m/s。由式(10-1)可見,計算塔徑的關(guān)鍵是計算空塔氣速U。設(shè)計中,空塔氣速 U的計算方法是,先求得最大空塔氣速umax,然后根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗,乘以一定的安全系數(shù),即U = (0.6 0.8)Umax(10-2)最大空塔氣速umax可根據(jù)懸浮液滴沉降原理導出,其結(jié)果為Umax 二式中 umax允許空塔氣速,m/s;P V, p L分別為氣相和液相的密度,kg/m3 ;C 氣體負荷系數(shù),m/s,對于浮閥

11、塔和泡罩塔可用圖3確定;(10-3)圖3中的氣體負荷參數(shù) 為6N/m,則其氣體負荷系數(shù)C20僅適用于液體的表面張力為0.02N/m ,若液體的表面張力C可用下式求得:(10-4)所以,初步估算塔徑為:其中,u適宜的空塔速度,m/s。D/V0.785u(10-5)(辛)(告)3 m /h). Kg冷).圖3經(jīng)驗系數(shù)C圖圖中:V L_分別為汽相、液相流率(P八久一分別為汽相、液相密度(C常表面張力為20 (達因/厘米)時的系數(shù)6匕分別為板間距產(chǎn)椒上清液層高度10.2塔徑的圓整目前,塔的直徑已標準化。所求得的塔徑必須圓整到標準值。塔徑在1米以下者,標準化先按100mm增值變化;塔徑在1米以上者,按2

12、00mm增值變化,即1000mm、1200mm、1400mm、 1600mm11塔體總高度板式塔的塔高如圖11-1所示,塔體總高度(不包括裙座)由下式?jīng)Q定:(仆)H =Hd +(Np2SHt+S沃 Ht+Hf +Hb式中HD 塔頂空間,m;HB 塔底空間,m;HT 塔板間距,m;HT 開有人孔的塔板間距,m;HF 進料段高度,m;Np實際塔板數(shù);S人孔數(shù)目(不包括塔頂空間和塔底空間的人孔)。11.1塔頂空間HD塔頂空間指塔內(nèi)最上層塔板與塔頂空間的距離。為利于出塔氣體夾帶的液滴沉降,其高度應(yīng)大于板間距,通常取HD為(1.52.0) HT。若圖塔高示意圖需要安裝除沫器時,要根據(jù)除沫器的安裝要求確定

13、塔頂空間。11.2人孔數(shù)目人孔數(shù)目根據(jù)塔板安裝方便和物料的清洗程度而定。對于處理不需要經(jīng)常清洗的物 料,可隔810塊塔板設(shè)置一個人孔;對于易結(jié)垢、結(jié)焦的物系需經(jīng)常清洗,則每隔46塊塔板開一個人孔。人孔直徑通常為450mm。11.3塔底空間HB塔底空間指塔內(nèi)最下層塔板到塔底間距。 其值視具體情況而定:當進料有15分鐘緩 沖時間的容量時,塔底產(chǎn)品的停留時間可取 35分鐘,否則需有1015分鐘的儲量,以保 證塔底料液不致流空。塔底產(chǎn)品量大時,塔底容量可取小些,停留時間可取35分鐘;對易結(jié)焦的物料,停留時間應(yīng)短些,一般取 11.5分鐘。12、堰及降液管的設(shè)計液體在塔板上的流動型式單溢流、雙溢流和多溢流。當塔徑小于2米時,通常采用單溢流,塔徑在2米4米時采用雙溢流,塔徑大于4米時,一般應(yīng)考慮采用多溢流。幾種溢流型式如圖 4所示。由圖可知,邊上降液管呈弓形,中間降液管為矩形(或 梯形)。對于單溢流,溢流堰長度通常為( 0.60.8) D,對雙溢流(或溢流)兩側(cè)的降管, 堰長取塔徑D的0.50.7倍。中間降液

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