第四章塔徑泛點(diǎn)氣速空塔氣速填料高度壓降等計(jì)算

1、第四章 填料精餾塔的工藝計(jì)算4.1 低壓塔塔徑、泛點(diǎn)氣速、空塔氣速、填料高度及壓降計(jì)算由第一章PROII模擬出的說明書可以得到數(shù)據(jù)表4.1塔頂蒸汽量G2塔中蒸汽量G14塔中蒸汽量G15塔底蒸汽量G274368Kg/HR4383Kg/HR4445Kg/HR4886Kg/HR塔頂液體量L1塔中液體量L13塔中液體量L14塔底液體量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根據(jù)表4.1求平均值可得下表4.2表4.2低壓塔精餾段提餾段液體量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 塔經(jīng)的計(jì)算式中：L塔內(nèi)液相流率，Kg/h； G塔內(nèi)氣相流率，Kg/h； G塔內(nèi)氣相密度，Kg/m3； L塔內(nèi)液體密度，Kg/m3。由表4-2數(shù)據(jù)代入公式得：對于精餾段：查現(xiàn)代填料塔應(yīng)用指南第四章圖4-8:得：250Y型Cmax=0.075；設(shè)計(jì)值取Cs=0.8Cmax=0.0.06。計(jì)算塔截面積：=0.4156m2塔內(nèi)徑 取DT=800mm對于提餾段：查第四章圖4-8:得：250Y型Cmax=0.0648；設(shè)計(jì)值取Cs=0.8Cmax=0.05184。計(jì)算塔截面積：=0.4996m2塔內(nèi)徑

4、 取DT=800mm所以塔內(nèi)徑為800mm（取精餾段和提餾段內(nèi)徑的大值）。4.1.2 填料層高度計(jì)算由于填料選用不銹鋼金屬孔波紋填料250Y，每米1.5塊理論板。精餾段塔板數(shù)（nt）精=13，精餾段填料層高度Z精=(13-1)/1.5=8m；提餾段塔板數(shù)（nt）提=27-13=14，提餾段填料層高度Z提=(14-1)/1.5=8.67m=9m；填料層總高度Z=89=17m。4.1.3 液體負(fù)荷及持液量的計(jì)算低壓塔塔徑D=800mm，則式中： l液體負(fù)荷，m3/(m2 s) L液相的質(zhì)量流量，Kg/h； L液體的密度，Kg/m3; D塔的內(nèi)徑，m; AT塔的截面積，m2。由表4-2數(shù)據(jù)代入公式得

5、精餾段的液體負(fù)荷：查現(xiàn)代填料塔技術(shù)指南圖4-17得持液量h=2.4910-2 (m3/m3)提餾段的液體負(fù)荷：查現(xiàn)代填料塔技術(shù)指南圖4-17得持液量h=4.9210-2 (m3/m3)4.1.4 泛點(diǎn)氣速計(jì)算泛點(diǎn)氣速計(jì)算，根據(jù)現(xiàn)代填料塔應(yīng)用指南計(jì)算泛點(diǎn)氣速公式為：式中：uGf泛點(diǎn)空塔氣速，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、氣相的質(zhì)量流量，Kg/h； G、L液體、氣體的密度，Kg/m3。金屬孔波紋填料250Y的常用A值為0.291；a=250；=0.97；由表4-2數(shù)據(jù)代入公式得精餾段：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提餾段：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 空塔氣速計(jì)算 精餾段uG=0.8uGf=0.82.0207=1.61656m/s提餾段uG=0.8uGf=0.81.4977=1.19816m/s4.1.6 壓強(qiáng)降計(jì)算根據(jù)現(xiàn)代填料塔應(yīng)用指南的第四章中計(jì)算濕填料壓降公式4-8可化簡為降此計(jì)算式的計(jì)算值與實(shí)測值相比，平均偏差為5.5%,

7、最大偏差為10%P=94.8（uGG0.5）1.72式中： P每米填料壓降，Pa/m； uG空塔氣速，m/s； G氣體密度，Kg/m3；由表4-2數(shù)據(jù)代入公式得于是精餾段和提餾段的壓降分別為：精餾段 P=94.8(1.616562.5)1.72=550.2045 Pa/m提餾段 P=94.8(1.198163.5)1.72=351.9298 Pa/m 4.2 高壓塔塔經(jīng)、泛點(diǎn)氣速、空塔氣速、填料高度及壓降計(jì)算由第二章模擬出的說明書可以得到數(shù)據(jù)表4.3塔頂蒸汽量G2塔中蒸汽量G19塔中蒸汽量G20塔底蒸汽量G354608Kg/HR4647Kg/HR6018Kg/HR6617Kg/HR塔頂液體量L

8、1塔中液體量L18塔中液體量L19塔底液體量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根據(jù)表4.3求平均數(shù)可得下表表4.4高壓塔精餾段提餾段液體量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 塔經(jīng)的計(jì)算式中：L塔內(nèi)液相流率，Kg/h； G塔內(nèi)氣相流率，Kg/h； G塔內(nèi)氣相密度，Kg/m3； L塔內(nèi)液體密度，Kg/m3。由表4-4數(shù)據(jù)代入公式得對

10、于精餾段：查現(xiàn)代填料塔應(yīng)用指南第四章圖4-8:得：250Y型Cmax=0.0.0653設(shè)計(jì)值取Cs=0.8Cmax=0.0.0522計(jì)算塔截面積=0.2565m2塔內(nèi)徑 取DT=600mm對于提餾段： 查第四章圖4-8:得：250Y型Cmax=0.0586設(shè)計(jì)值取Cs=0.8Cmax=0.0469計(jì)算塔截面積=0.3834m2塔內(nèi)徑 取DT=700mm所以塔內(nèi)徑為700mm（取精餾段和提餾段內(nèi)徑的大值）4.2.2 填料層高度計(jì)算精餾段塔板數(shù)（nt）精=18，精餾段填料層高度Z精=(18-1)/1.5=11.33m=12m提餾段塔板數(shù)（nt）提=35-18=17，提餾段填料層高度Z提=(17-1

11、)/1.5=10.67m=11m(由于填料選用不銹鋼金屬孔波紋填料250Y，每米1.5塊理論板)填料層總高度Z=1211=23m。4.2.3 液體負(fù)荷及持液量的計(jì)算高壓塔塔徑D=700mm，則式中： l液體負(fù)荷，m3/(m2 s) L液相的質(zhì)量流量，Kg/h； L液體的密度，Kg/m3; D塔的內(nèi)徑，m; AT塔的截面積，m2。由表4-4數(shù)據(jù)代入公式得精餾段的液體負(fù)荷：查現(xiàn)代填料塔技術(shù)指南圖4-17得持液量h=3.6810-2 (m3/m3)提餾段的液體負(fù)荷：查現(xiàn)代填料塔技術(shù)指南圖4-17得持液量h=7.1110-2 (m3/m3)4.2.4 泛點(diǎn)氣速計(jì)算泛點(diǎn)氣速計(jì)算，根據(jù)現(xiàn)代填料塔應(yīng)用指南計(jì)

12、算泛點(diǎn)氣速公式為：式中：uGf泛點(diǎn)空塔氣速，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、氣相的質(zhì)量流量，Kg/h； G、L液體、氣體的密度，Kg/m3。金屬孔波紋填料250Y的常用A值為0.291；a=250；=0.97；由表4-4數(shù)據(jù)代入公式得精餾段：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提餾段：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 空塔氣速計(jì)算 精餾段uG=0.8uGf=0.80.7657=0.61256m/s提餾段uG=0.8uGf=0.80.6012=0.48096m/s4.2.6 壓強(qiáng)降計(jì)算根據(jù)現(xiàn)代填料塔應(yīng)用指南的第四章中計(jì)算濕填料壓降公式4-8可化簡為降此計(jì)算式的計(jì)算值與實(shí)測值相比，平均偏差為5.5%,最大偏差為10%P=94.8（uGG0.5）1.72式中： P每米填料壓降，Pa/m； uG空塔氣速，m/s； G氣體密度，Kg/m3；于是精餾段和提餾段的壓降分別為：由表4-4數(shù)據(jù)代入公式得精餾段 P=94.8(0.6125612.5)1.

14、72=365.3896 Pa/m提餾段 P=94.8(0.4809613.5)1.72=255.5303 Pa/m 4.3 高壓塔和低壓塔裙座的計(jì)算4.3.1 高壓塔裙座計(jì)算塔釜液面高度1m ，再沸器換熱器管長3m ，塔底液體首先經(jīng)過預(yù)熱器II即10個串聯(lián)的換熱器來預(yù)熱原料，在經(jīng)過冷卻器II即2個串聯(lián)被誰冷卻后進(jìn)入儲罐。下面的基礎(chǔ)和鞍座的高度0.5m ，裙座下面的基礎(chǔ)高度0.3m 。塔底產(chǎn)品流出的管路流動阻力包括閥門儀表的阻力估計(jì)2m壓頭，塔底產(chǎn)品流出是自然流動，流過每一個換熱器的阻力估計(jì)為0.5m壓頭，壓頭裕量設(shè)為2m。則：再沸器下法蘭距地面的高度為0.5+3+2+2+130.5=14m ；

15、塔體與下封頭的焊縫距地面的高度為14+2.5-1=15.5m ；所以，裙座高度為18.3-0.04-0.3=15.16m 。4.3.2低壓塔裙座計(jì)算 塔釜液面高度1m ，再沸器換熱器管長3m ，塔底液體首先經(jīng)過8+6個串聯(lián)的換熱器來預(yù)熱原料，下面的基礎(chǔ)和鞍座的高度0.5m ，裙座下面的基礎(chǔ)高度0.3m 。塔底產(chǎn)品流出的管路流動阻力包括閥門儀表的阻力估計(jì)2m壓頭，塔底產(chǎn)品流出是自然流動，流過每一個換熱器的阻力估計(jì)為0.5m壓頭，壓頭裕量設(shè)為2m ，則再沸器下法蘭距地面的高度為0.5+3+2+2+（8+6）0.5=14.5m ；則塔體與下封頭的焊縫距地面的高度為14.5+3-1=16.5m ；所以

16、，裙座高度為16.5-0.04-0.3=16.16m 。4.4 塔高的計(jì)算4.4.1 高壓塔塔高計(jì)算由4.2.2 填料層高度的計(jì)算可得 精餾段填料層高度Z精=12m，提餾段填料層高度Z提11m。封頭高度取為h=D=700=175mm，法蘭取40mm，無人孔，法蘭高度忽略，液體分布器取高度為750mm，支撐板取60mm，液位高度取1m，提餾段下支耳里液面0.5m，所以加合畫圖后可得高壓塔塔高。H=（175+40+750+60+12000+60+750+60+11000+60+500+1000+40+175）mm=26670mm4.4.2 低壓塔塔高計(jì)算由4.1.2 填料層高度的計(jì)算可得 精餾段填

17、料層高度Z精=8m，提餾段填料層高度Z提=9m。封頭高度取為h=D=800=200mm，法蘭取40mm，人孔取450mm，共取兩個人孔，支撐板離人孔距離取225mm，液體分布器取高度為750mm，支撐板 60mm，液位高度取1m，提餾段下支耳里液面0.5m，所以加合畫圖后可得高壓塔塔高H=（200+40+900+750+60+8000+60+900+750+60+9000+60+500+1000+40+200）mm =22520mm4.5 低壓塔與高壓塔接管的選型本次設(shè)計(jì)接管的選型是按照夏青等人主編的化工原理書中附錄357頁的管子規(guī)格，輸送流體用的是無縫鋼管規(guī)格，摘自GB8163-87，我們選

18、擇熱軋（擠壓、擴(kuò)）鋼管的外徑和壁厚。將表4.2和4.44數(shù)據(jù)代入下面公式。4.5.1 低壓塔接管（1）進(jìn)料管 進(jìn)料管內(nèi)流速可取11.5m/s，取=1.2m/s df=0.0411m=41.1mm 經(jīng)過圓整后取管型號:公稱外徑為45mm，公稱壁厚為3.5mm的鋼管。把圓整后的=38mm代入校核=1m/s在范圍中。（2）回流管： 常壓采用部分回流，流速可取0.080.5m/s，取=0.5，回流比R=2.5558則：Ls=1.068010-3m3/s=0.0522m=52.2mm 經(jīng)過圓整后取管型號：公稱外徑為65mm，公稱壁厚為3.5mm的鋼管。把圓整后的58mm代入校核得=0.4044m/s在范圍內(nèi)。（3）塔頂蒸汽出口管徑 常壓下常壓塔蒸汽流速可取1220m/s，取=15m/s 經(jīng)過圓整后取管型號: 公稱外徑為219mm，公稱壁厚為6mm的鋼管。圓整取207mm,校核uG=12.5496m/s在范圍內(nèi)。（4）塔底殘液排出管管徑 殘液在管內(nèi)流速流速可取0.51.0m/s，取uw=0.5m/s 經(jīng)過圓整后取管型號：公稱外徑為89mm，公稱壁厚為4mm的鋼管.圓整取81mm,校核=0.5705m/s在范圍內(nèi)。（5）塔底再沸器蒸汽接管管徑蒸汽的F因子為2025，取F=25蒸汽在管內(nèi)流速 經(jīng)過圓整后取管型號：稱外徑為219mm，公稱壁