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文檔簡介
氣液傳質設備板式塔的工藝設計徒窩疤根逃孔哄嶄亢施差拜桿僵灘薦奄業(yè)乒油講虹藻銳胎菲王虧猾莢喘稈氣液傳質設備_板式塔設計氣液傳質設備_板式塔設計板式塔設計步驟
確定設計方案;選擇塔板類型;確定塔徑、塔高等工藝尺寸;塔板設計,包括溢流裝置設計、塔板布置、升氣道(泡罩、篩孔或浮閥等)的設計排列;流體力學驗算;繪制塔板負荷性能圖;依據負荷性能圖,對設計分析、調整,直至滿意。竿瓦毅尸砍昔坪屯鹽苦鎊兒跟仗綻境晝攀謗住喀霸笛荊筐謄臥募緘脈洗乏氣液傳質設備_板式塔設計氣液傳質設備_板式塔設計1設計方案的確定(6步法)1.1裝置流程的確定蒸餾裝置精餾塔原料預熱器蒸餾釜(再沸器)冷凝器釜液冷卻器和產品冷卻器原料入塔泵輸送(易受泵操作波動影響)高位槽送液(穩(wěn)定)泡點冷凝器分凝器產品冷卻器流程確定要全面、合理的兼顧設備、操作費用、操作控制及安全等諸因素。閻造突邁媚基在嗅酋倡儒燎茍檔漏副御陶欽華眷的褐俱珠剪揣蓮笛菩陡療氣液傳質設備_板式塔設計氣液傳質設備_板式塔設計1.2操作壓力的選擇依據操作壓力常壓操作減壓操作加壓操作,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,選擇依據:一般,對熱敏性物質或混合物泡點過高的體系易采用減壓蒸餾;常壓下呈氣態(tài)的物系采用加壓蒸餾。1.3,,,,,進料熱狀況的選擇進料熱狀況:冷液進料(q>1)、泡點進料(q=1)、氣液混合進料(q<1)、飽和蒸汽進料(q=0)及過熱正氣進料(q<0)五種。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,工藝多采用泡點進料,常以釜殘液預熱原料液;如工藝要求減少塔釜的加熱量,避免釜溫過高,料液產生聚合或結焦,則應采用氣態(tài)進料。冬昌愿長三晚千哆胰光衛(wèi)岔秘哩族齋跨腑吶袖思涵杰紐爵舒板娠卜媒孝別氣液傳質設備_板式塔設計氣液傳質設備_板式塔設計1.4加熱方式的選擇再沸器直接蒸氣加熱類型:間接蒸氣加熱無需再沸器ab優(yōu)點:利用壓力較低的蒸汽節(jié)省費用,且省去再沸器;缺點:對釜內溶液有一定的稀釋作用;如進料條件及產品純度、輕組分收率一定,則需在提留段增加塔板數以達到生產要求。臂溜癬低紉巴讒抿裁酞闖崔磁不韻贓呵熾糕咐筒賜貪委污故基宛年吞燭片氣液傳質設備_板式塔設計氣液傳質設備_板式塔設計1.5回流比的選擇
適宜回流比應通過經濟核算決定,即操作費用和設備折舊費之和為最低時的回流比為適宜回流比。但作為課程設計,要進行這種核算是困難的,通常根據下面3種方法之一來確定回流比。1、根據本設計的具體情況,參考生產上較可靠的回流比的經驗數據選定;,,,,,2、先求出最小回流比Rmin,根據經驗取操作回流比為最小回流比的1.1∽2倍,即R=(1.1∽2)Rmin;,,,,,3、在一定的范圍內,選5種以上不同的回流比,計算出對應的理論塔板數,作出回流比與理論塔板數的曲線。當R=,,,,,Rmin時,塔板數為∞;R>Rmin后,塔板數從無限多減至有限數;R繼續(xù)增大,塔板數雖然可以減少,但減少速率變得緩慢。因此可在斜線部分區(qū)域選擇一適宜回流比。上述考慮的是一般原則,實際回流比還應視具體情況選定。,,,,,陜皋驗拭賭絕恥爭腎幕固揪朔啡驟框取蚜齋件煮禍請昔殃靴炯野遵重欠科氣液傳質設備_板式塔設計氣液傳質設備_板式塔設計2塔板的類型及其選用塔板分為錯流式塔板和逆流式塔板兩大類,工業(yè)上常以錯流式塔板為主。錯流式塔板比較表優(yōu)點缺點泡罩塔板操作彈性大、液氣比范圍大,不易堵塞,適于處理各種物料,操作穩(wěn)定可靠。結構復雜,造價高;板上液層厚,塔板壓降大,生產能力及板效率較低。篩孔塔板結構簡單、造價低;板上液面落差低,氣體壓降小,生產能力較大;氣體分布均勻,傳質效率高。篩孔易堵塞,不宜處理易結焦、黏度大的物料。若操作不當,易產生漏夜。浮閥塔板結構簡單、制造方便、造價低;塔板開孔率大,生產能力大;因閥片可隨氣量變化自由升降,操作彈性大;氣流水平吹入液層,氣液接觸時間較長,板效率高。處理易結焦、黏度大的物料時,閥片易與塔板粘結;操作中有時會發(fā)生閥片脫落或卡死現象。滋姬縣把茄濟端汪陸遣岳目掂兢靛冷敏冤免錘暇嗎中籽訂春蝕邏座摘果框氣液傳質設備_板式塔設計氣液傳質設備_板式塔設計3板式塔的塔體工藝尺寸設計3.1.1,,,,,基本計算公式3.1.2,,,,,理論塔板數的計算方法逐板計算法圖解計算法吉利蘭圖捷算法遲踴泡籬咐磊輿拒遂謠券埠欄聰犧邦肇文蠕耙寺怖序暇山郎忱葫炮一嚙按氣液傳質設備_板式塔設計氣液傳質設備_板式塔設計3.1.3塔板間距的確定塔板間距的選取與塔高、塔徑、物系性質、分離效率、操作彈性以及塔的安裝、檢修等因素有關。表10-1,,,,,塔板間距與塔徑的關系塔徑D,m0.3-0.50.5-0.80.8-1.61.6-2.02.0-2.4>2.4板間距HT,mm200-300300-350350-450450-600500-800≥800塔板間距的數值應按系列標準選取,常用的塔板間距有300、350、400、450、500、600、800等幾種系列標準。但注意,板間距除考慮上述因素外,還應考慮安裝、檢修的需要,如在塔體的人孔處,應采用較大的板間距,一般不低于600mm。截始札胞狹靖充略螞姨親唾檢選義伴津暗肺哭惶社癥翌毒袖燦社咬轉盯處氣液傳質設備_板式塔設計氣液傳質設備_板式塔設計3.2塔徑的計算(可參課本P157頁)計算公式:關鍵在于計算空塔氣速u,,,,,空塔氣速的上限由嚴重的霧沫夾帶或液泛決定,下限由漏夜決定,適宜的空塔氣速介于兩者之間。一般依據最大允許氣速確定。最大允許氣速由嚴重霧沫夾帶時懸浮液滴的沉降速度確定:液滴在上升氣流中懸浮,則其受力平衡,此時,空塔氣速與液滴沉降速度相等,為最大允許氣速。截擁譚峻萊帆正山政言占添垢經募墓咀瑯摧傣豬撿狙畜拎動墩單藥咨擁矛氣液傳質設備_板式塔設計氣液傳質設備_板式塔設計3.2塔徑的計算(可參課本P157頁)史密斯關聯(lián)圖中:注:上述計算的塔徑為初估值,后面還需進行流體力學核算。另:若精餾塔精餾段和提餾段上升氣量差別較大,則兩段塔徑應分別計算。索溫聘方御謙最落廖填戳疇撩膜獸辯疾妒嗡疾尿憾祝猖珊捌倪奧宣猿坍傻氣液傳質設備_板式塔設計氣液傳質設備_板式塔設計4板式塔的塔板工藝尺寸計算4.1溢流裝置的設計溢流裝置包括溢流堰、降液管和受液盤等幾部分。4.1.1,,,,,降液管的類型與溢流方式(參圖10-12所示)類,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,型圓形降液管——用于小直徑塔,<,,,,,600mm弓形降液管——用于大直徑塔,>800mm溢流方式U型流——又稱回轉流。弓形降液管一半為受液盤,另一半為降液管。特點:液體流徑長,板效率高,板面利用率高。單溢流——又稱直徑流。特點:流體流徑較長,板效率較高,加工方便,在小于2.2m的塔中應有廣泛。雙溢流——又稱半徑流。特點:液體流動的路程短,液面落差小,但結構復雜,板面利用率低,適用于大于2m的塔。階梯式雙溢流——特點:可在不縮短液體流徑的情況下減小液面落差。但結構復雜,致使應用于塔徑很大、液流量很大的場合。表10-2(P130頁)給出溢流類型與液體負荷的關系,方便確定溢流類型燥響撻鑄堆脊豺腥家顆紹罐縫入奴侶弗籍構慧跡羹芥機敵映凸嗆拳灑臘婁氣液傳質設備_板式塔設計氣液傳質設備_板式塔設計4.2溢流裝置的設計計算溢流裝置的設計參圖10-39所示。1、溢流堰形狀平直堰齒形堰一般采用平直形溢流堰板(1)堰長闡保七伐洪弛藍際倪剩負塞樓奴陜腑漂漳坦牢今拯爾夷斜挎納央晶判揣栗氣液傳質設備_板式塔設計氣液傳質設備_板式塔設計(2)堰高——降液管端面高出塔板板面的距離堰高與板上清液層高度及堰上液層高度的關系為:設計時,一般保持塔板上清液層高度在50∽100mm,于是,堰高hw則由板上清液層高度和堰上液層高度而定。設計時,應是堰上液層高度大于6mm,否則采用齒形堰;但堰上液層高度不宜太大,否則導致液沫夾帶量增加,板壓降增大。設計時,一般不宜大于60~70mm,超過此值應采用雙溢流形。對平直堰:由上式看出,how僅與Lh和lw有關,故也可從圖3-11(見天大版P163)查知。棄憊圾禿罕嗣杰閑釩惶滯犬集避條靖樓藍召臭連昧臀落護賤囂炸緊窄元潑氣液傳質設備_板式塔設計氣液傳質設備_板式塔設計對齒形堰:可參閱P133頁求得how后,可按下式范圍確定hw:惺約鋼親城梆墜李司竭破醚蠢嬰豎卓片嘔潛娩絡用淵償矛霖熙先制遏試袁氣液傳質設備_板式塔設計氣液傳質設備_板式塔設計2、降液管——弓形降液管2.1,,,,,弓形降液管的寬度和截面積,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,弓形降液管的寬度以Wd表示,截面積以Af表示,設計中可根據堰長與塔徑之比lw/D由圖3-12(見天大版P163),,,,,求算。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,為使液體中夾帶的氣泡得以分離,液體在降液管內應有足夠的停留時間,表示式為:若不能滿足上式要求,則應調整降液管尺寸或板間距,直至滿意。吝惑銅掛熊割墨扦桂樸吶沁將急鬃讒宴嶄械劑遇犀他玉挾身酌趣糙跑效懦氣液傳質設備_板式塔設計氣液傳質設備_板式塔設計2.2,,,,,降液管底隙高度降液管底隙高度是指降液管下端與塔板間的距離,以h0表示。降液管底隙高度一般不宜小于20~25mm,否則易于堵塞,或因安裝偏差而是液流不暢,造成液泛。蘋族獨梗諾授韌琢桿抉址帳吊凡樞彭控徘脂送咱婚威臨剎纜訴估秸珊釘掘氣液傳質設備_板式塔設計氣液傳質設備_板式塔設計2.3,,,,,受液盤(參圖10-43、44所示)類型平受液盤凹受液盤,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,平受液盤一半需在塔板上設置進口堰,保證液封;并使液體在板上分布均勻。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,進口堰高度考慮原則:當出口堰高hw大于降液管底隙高度h0時,取h'w=hw,如hw<h0,則應取h'w>h0,以保證液體由降液管流出時不致受到很大阻力,進口堰與降液管間的水平距離h1不應小于h0。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,采用凹形受液盤不需設置進口堰。其優(yōu)點為:凹形受液盤既可在低液量時形成良好的液封,又可改變液體流向的緩沖作用,便于液體從側線的抽出。一般來說,直徑大于600mm的塔,大多采用凹形受液盤。其深度一般在50mm。孫耿罩開熙至職坍侖葡喊翠敬踩萌簡喝初穩(wěn)失暇慶腆坎椅兄抿妊絳輸獰嚷氣液傳質設備_板式塔設計氣液傳質設備_板式塔設計4.2塔板設計——以篩板塔為例1、塔板布置——見圖10-39,,,,,,,,,,(1)開孔區(qū)(2)溢流區(qū)溢流區(qū)為降液管及受液盤所占的區(qū)域,其中降液管所占面積為Af,受液盤所占面積為A’f;一般,兩者相等??蓮膱D3-12求取。譬秤稠兢暈所薔巴洋啤氰科姓飯晰祁譚觀橡長搓省掇掌牟盂磊霧提桃色畸氣液傳質設備_板式塔設計氣液傳質設備_板式塔設計(3)安定去——開孔區(qū)域溢流區(qū)之間的不開孔區(qū)域,也稱破沫區(qū)。溢流堰前的安定區(qū)寬度,,,,,,,,,,,,,,,Ws=70~100mm;進口堰后的安定區(qū)寬度,,,,,,,,,,,,,,,W’s=50~100mm;對于小直徑的塔(直徑<1m),因塔板面積小,安定區(qū)要相應減小。(4)邊緣區(qū)——在靠近塔壁的一圈邊緣區(qū)域供支持塔板的邊梁之用的區(qū)域。Wc=30~50mm,小塔(直徑小于1米)=50~70mm,大塔(直徑大于1米)2、篩孔的計算及其排列(1)篩孔直徑表面張力為正系統(tǒng)的物系,d0取3~8mm;表面張力為負系統(tǒng)的物系,d0取10~25mm。澤估襯它弦宇茨拱乳沃鏟廓們垣底饋免臣蕾棘嚙陽跳塘略擇戒育廬亦輪汛氣液傳質設備_板式塔設計氣液傳質設備_板式塔設計(2)篩板厚度碳鋼塔板,板厚δ為3~4mm,孔徑d0應不小于板厚δ,,,,,;不銹鋼塔板,板厚δ為2~2.5mm,孔徑d0應不小于(1.5~2)δ。(3),,,,,孔中心距t,,,,,t=(2.5~5)d0,且t/d0=3~4(4),,,,,篩孔的排列與篩孔數(n)當采用正三角形排列時:(5)開孔率Φ定義:大角圾廷螺帛騁菊討首試贖溪押誣聲曹勿燃慚恤楞舒御渭囑怨胖岡炔賜侯氣液傳質設備_板式塔設計氣液傳質設備_板式塔設計5篩板的流體力學驗算5.1塔板壓降氣體通過篩板時,需克服篩板本身的干板阻力、板上充氣液層的阻力及液體表面張力造成的阻力,這些阻力形成篩板的壓降。撰程我智沫詳碟處隔奶舒膘創(chuàng)去蓑覽勺淘嗜販秸筷苗籃琳執(zhí)蛛陡澈駒怎娃氣液傳質設備_板式塔設計氣液傳質設備_板式塔設計1、干板阻力淌噸怪儈毯椽痙悸狹全映撅撈屢草忌墟菠邱彬侗尼圣羽筑握慧窩部佃儲抬氣液傳質設備_板式塔設計氣液傳質設備_板式塔設計2、氣體通過液層的阻力通過下式估算:軸悔坊硒肩皺酸睹欺哩予蕩籽趾袒委率妄位蔬疙河剩信墮肺禽凡膿紹夾福氣液傳質設備_板式塔設計氣液傳質設備_板式塔設計3、液體表面張力的阻力由上述各式計算的阻力加和得到板壓降,應與設計允許值比較,計算值應低于允許值。5.2,,,,,液面落差對塔徑小于1600mm的篩板,液面落差可以不予考慮;但對塔徑大于2000mm的篩板,應考慮液面落差,此時,可查閱相關手冊予以計算。阻還直羌珠咬內披討殆郴祈河菱剩戒嵌乞駝嚨餓彭汐鎖胚早亢這固著王滲氣液傳質設備_板式塔設計氣液傳質設備_板式塔設計5.3液沫夾帶液沫夾帶量的計算方法查圖法(亨利液沫夾帶圖),見圖5-12經驗公式計算法,如下式:喇潞側赴淡媳舞悲倚二簇嬌獲苫疲購回寇扇玉羚雀瞄仗溜貧洼蓄挾撞兵謙氣液傳質設備_板式塔設計氣液傳質設備_板式塔設計5.4漏液氣速減小,氣體的動能不足以阻止液體向下流動時,會發(fā)生落葉現象。規(guī)定漏夜量等于塔內液體流量的10%對應的氣速為漏夜點氣速。它是塔板操作氣速的下限,計算方法為:有影科納刪琶拽蜒園義壟跑握形玲醒斷君誼長棘僑乘焰繼惑綢審止款扦佐氣液傳質設備_板式塔設計氣液傳質設備_板式塔設計5.5液泛液泛液沫夾帶液泛——通過液沫夾帶量核算降液管液泛*,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,為使液體從上層塔板穩(wěn)定流入下一層塔板,降液管內必須保持一定的液層高度Hd。該液層高度用來克服相鄰兩層塔板間的壓降、板上清液層阻力和液體流過降液管的阻力,故:膜趕田森稠覽闊趴臺餌勵兩鹽擺抗祿顛馭孤蔽詢蝦輛埋艇聰遙拋弱啥校晚氣液傳質設備_板式塔設計氣液傳質設備_板式塔設計經哥吠猜側蹈彈矣悲涌爾廓道鋁天孰傈越熾矢足斂踴了鮑憤燈逝太銳板矢氣液傳質設備_板式塔設計氣液傳質設備_板式塔設計6塔板的負荷性能圖6.1漏液線繪制塔板負荷性能圖,以檢驗設計的合理性。以篩板塔為例講授。傲詢拐輛密狡哦格印假取散家驅躊購巢對良肝鼠兌補椅娛癥捆盛隧唁炙光氣液傳質設備_板式塔設計氣液傳質設備_板式塔設計6.2液沫夾帶線6.3,,,,,液相負荷下限線咖劑策磊享鑿熏芝濕塵訓絢暖演料牡賞怠盅煉韭綱跌分譯彬訣冶負絮虛督氣液傳質設備_板式塔設計氣液傳質設備_板式塔設計6.4液相負荷上限線6.5,,,,,液泛線匯趁柞朝蜀治胺淤墜陷吝義鰓廂擻蕾扶忌翼砌挑沸幟俘看栽孜臆蚜違肚顱氣液傳質設備_板式塔設計氣液傳質設備_板式塔設計最后,根據以上各方程繪出塔板的負荷性能圖,在該圖上繪得操作線,分析操作控制特征(即什么控制),并計算其操作彈性范圍。7板式塔的結構與附屬設備7.1,,,,,塔體空間1、塔頂空間高度HDHD=(1.5~2.0)HT設置目的:為利于出塔氣體夾帶的液滴沉降。若需安裝除沫器,要根據除沫器的安裝要求確定塔頂空間高度。2、塔底空間高度HB——指塔內最下層塔板到塔底間距。決定因素:A塔底儲液空間依儲存液量停留3~8min而定;B,,,,,再沸器的安裝方式及安裝高度;C,,,,,塔底液面至最下層塔板之間留有1~2m的間距。諒嘩脹桶腆趙鋁畏塢枷銳揉編切慘圖力糙敞賓媽勛憑斷茄耗貸呢哇憊臃潮氣液傳質設備_板式塔設計氣液傳質設備_板式塔設計3、人孔對于塔徑大于1米的板式塔,為安裝、檢修之需,一般每隔6~8層塔板設一人孔。人孔直徑一般為450mm~600mm,其中伸出塔體的筒長為200~250m
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