塔器设计讲稿

山西潞安高纯硅业合成精馏车间员工培训塔器设计原理讲解——AspenPlus软件介绍张涛2012.11.21山西潞安高纯硅业合成精馏车间员工培训主要内容•精馏塔类型简介•设计方案选定•AspenPlus软件介绍山西潞安高纯硅业合成精馏车间员工培训塔类型简介•板式塔有降液管的塔板：泡罩、浮阀、导向筛板、新型垂直筛板、舌型、多降液管塔板等；•填料塔散装填料：鲍尔环、矩鞍环、阶梯环、扁环、拉西环、θ环；规整填料：波纹型和非波纹型。山西潞安高纯硅业合成精馏车间员工培训山西潞安高纯硅业合成精馏车间员工培训设计方案选定•装置流程的确定:装置包括精馏塔、再沸器、冷凝器等，需考虑设备、操作费用、操作控制及安全因素等。•操作压强的选取：常压精馏，加压精馏，减压精馏•进料状态的选取:低于泡点温度的冷液进料，泡点下的饱和液体，露点下的饱和蒸汽，介于泡点与露点间的气液混合物，高于露点的过热蒸汽进料。•加热方式：直接加热和间接加热•回流比的选取:主要从经济角度出发，力求使设备费和操作费用之和最低。一般经验值为R=(1.1-2.0)Rmin山西潞安高纯硅业合成精馏车间员工培训二元连续板式精馏塔的工艺计算11AAxyxFDWFxDxWxFDW1nnDLDyxxLDLD'''1''mmWLWyxxLWLW全塔物料衡算精馏段操作线方程提馏段操作线方程q线方程平衡线方程11Fxqyxqq山西潞安高纯硅业合成精馏车间员工培训理论板数的求算•计算规定分离要求所需的理论板数，需知道原料液组成，选择进料状态，操作回流比等。利用气液相平衡关系和操作线方程求算。常用方法有：逐板计算法直角梯级图解法吉利兰经验关联图法山西潞安高纯硅业合成精馏车间员工培训板效率的估算塔效率为在指定分离要求与回流比下所需理论板数NT与实际塔板数的比值，即：TTNEN全塔理论板数全塔实际板数塔效率与系统物性、塔板结构及操作条件等有关，影响因素多且复杂，只能通过实验测定获取较可靠的全塔效率数据。设计中可取自条件相近的生产或中试实验数据。山西潞安高纯硅业合成精馏车间员工培训塔和塔板主要工艺尺寸的设计•塔高•塔径•溢流装置和液体流型•塔板设计•筛板的流体力学验算•塔板负荷性能图山西潞安高纯硅业合成精馏车间员工培训塔板间距HT•主要有以下因素：雾沫夹带、物料起泡性、操作弹性、安装与检修DT/m0.3-0.50.5-0.80.8-1.61.6-2.42.4-4.0HT/mm200-300250-350300-450350-600400-600塔板间距与塔径的关系山西潞安高纯硅业合成精馏车间员工培训塔径Smith方法要首先选定的参数：板间距、板上液层高度VVLCu)8.0~6.0(2.02020CC关联图Smith,20LTVLhHVsLsfCuVD4山西潞安高纯硅业合成精馏车间员工培训溢流装置与流体液型•板式塔的溢流装置包括溢流堰、降液管和受液盘。溢流装置的布置应考虑液流在塔板上的途径。一般根据塔径和液体流量确定。山西潞安高纯硅业合成精馏车间员工培训溢流装置•堰长lw：单溢流：一般lw=(0.6~0.8)D；双溢流：一般lw=(0.5~0.6)D。•堰高hw：对常压和加压塔：堰高推荐35～75mm，最小20mm；•溢流堰的型式——堰上溢流强度决定平口堰；齿型堰；防溅挡板；栅栏堰山西潞安高纯硅业合成精馏车间员工培训降液管的宽度和截面积降液管的截面积应保证溢流液中夹带的气泡得以分离，液体在降液管中停留的时间一般等于或大于3-5秒。降液管的底隙高度降液管底隙的主要作用:保证降液管液封，使降液管中的液体能均匀流入塔板。降液管底隙的大小直接影响到通过底缝的液体流速、降液管的压降和降液管的持液量，是板式塔设计中的一个重要参数。合理的底隙高度可以保证降液管液封、减小降液管压降。降液管山西潞安高纯硅业合成精馏车间员工培训塔盘布置22212sin180axAxRxRR塔盘的布置一般分为4部分：开孔区：为布置筛孔、浮阀等部件的有效传质区，又称鼓泡区，对垂直弓形降液管的单流型塔板可按下式计算：溢流区：面积为降液管和受液盘所占面积安定区：开孔区与溢流区之间的不开孔区域无效区：支撑塔板山西潞安高纯硅业合成精馏车间员工培训筛板的筛孔与开孔率孔径d0:与塔的操作性能要求、物系性质、塔板厚度等有关表面张力为正的物系易鼓泡，采用d0为3-8mm表面张力为负的物系和易堵物系，采用d0为10-25mm孔心距t：筛孔一般按正三角形排列，孔心距t=(2.5~5)d0t/d0过小易形成气流相互扰动，过大则鼓泡不均匀，影响传质效率td0图10－21筛孔排列示意图2000.907()aAdAt开孔率：筛孔总面积与开孔区面积之比。筛孔按正三角形排列时，按下式计算山西潞安高纯硅业合成精馏车间员工培训筛板的流体力学验算塔板压降：板式塔的塔板压力降计算多采用加和法，即塔板压降由如下三部分组成：（１）干板压降；（２）通过液层的压降；（３）由表面张力引起的压降；由表面张力引起的压降值一般可忽略，故主要由前两项组成，即：ppp干液＋山西潞安高纯硅业合成精馏车间员工培训操作极限主要有三个：漏液点、雾沫挟带和液泛。漏液点是操作下限，而雾沫夹带和液泛是从不同角度提出的操作上限。01.27)(27.9)LFh0漏＝－4.51=0.00848(d00GFu漏漏ρ00uK漏uK值应大于1，宜在1.5~2.0以上，使塔的操作可有较大弹性。漏液点：是指刚使液体不从塔板上泄漏时的气速，此速称为最小气速。山西潞安高纯硅业合成精馏车间员工培训•雾沫夹带是指被气流夹带到上塔板的液体量。•雾沫夹带会使塔板的传质效率下降。•雾沫夹带量用（kg液体/kg蒸气）表示。•为使塔板在较高的效率下操作，一般将雾沫夹带量限制在0.1[kg液体/kg蒸气]以内，此为塔的操作上限之一。山西潞安高纯硅业合成精馏车间员工培训•液泛howhwHTHdh0p2p1图10－24降液管中的液柱高降液管中液相高度dpLcHhhh12pLpphg12pp由引起气速增大，也增大。当气速大到等于或大于板间距时，液体就不再从降液管下流，而是由下塔板上升。phdHTH(0.50.6)dTHH设计要求：山西潞安高纯硅业合成精馏车间员工培训•塔板负荷性能图线b为漏液线。此线表明不同液体流量时的最小气速，即操作下限。线e为降液管液泛线。为气液负荷大到使降液管中液层高度到达塔板间距的一半时的线。线f为雾沫夹带线。为气体负荷操作上限。操作点液量(m3/h)气量/（m3/h）BaAEfeDbcd图10－25筛板塔操作性能示意图作出负荷性能图后，还应根据实际操作的液量、气量在图中确定“操作点”位置。操作点应位于稳定操作区内。山西潞安高纯硅业合成精馏车间员工培训AspenPlus软件介绍进行工艺过程严格的能量和质量平衡计算预测物流的流率、组成和性质预测操作条件和设备尺寸减少装置的设计时间、进行设计方案比较AspenPlus能做什么？帮助改进当前工艺回答“如果…那会怎么样”的问题在给定的限制内优化工艺条件辅助确定一个工艺约束部位山西潞安高纯硅业合成精馏车间员工培训流程模拟——使用计算机程序定量模拟一个化学过程的特性方程。基于序贯模块法的大型通用稳态过程模拟软件。AdvancedSystemforProcessEngineering（ASPEN）1976~1981年由MIT主持、能源部资助、55个高校和公司参与开发。1982年为了将其商品化，成立了AspenTech公司，并称之为AspenPlus。经过20多年不断地改进、扩充和提高,已先后推出了十多个版本,成为举世公认的标准大型流程模拟软件。软件简介山西潞安高纯硅业合成精馏车间员工培训基本概念•流程图（Flowsheet）直观形象地表示所模拟系统的流程•模型库（ModelLibrary）存放可用单元操作模型的库•数据浏览器（DataBrowser）页面和表页查看图。具有已经定义的可用的模拟输入、结果和对象的树状层次视图•流股（Stream）表示模拟中所用的物质流、热量流或功流•单元操作模型（Block）表示实际装置所用的各个设备•物性方法（PropertyMethod）一批方法和模型。用来计算热力学性质和迁移性质，决定模拟精确性的关键山西潞安高纯硅业合成精馏车间员工培训单元操作模型•混合器和分离器•分离器•换热器•塔•反应器•压力变送器•手动操作器•固体DSTWU简捷蒸馏设计Distl简捷蒸馏核算RadFrac严格蒸馏Extract严格液液萃取器MultiFrac复杂塔的严格蒸馏SCFrac石油的简捷蒸馏PetroFrac石油的严格蒸馏Rate-Frac连续蒸馏BatchFrac严格的间歇蒸馏山西潞安高纯硅业合成精馏车间员工培训物性方法的选择山西潞安高纯硅业合成精馏车间员工培训建立模型已知条件求解方程组建立流程图热力学方程单元操作方程数学方程组分数据物性方法物流数据单元操作模型数据其它数据AspenPlus模拟的流程山西潞安高纯硅业合成精馏车间员工培训标题栏菜单栏NEXT按钮工具栏工艺流程窗口模型库AspenPlus的用户界面介绍初始化按钮数据浏览器按钮山西潞安高纯硅业合成精馏车间员工培训实例介绍含苯、甲苯、二甲苯和部分碳九的混合物（F=8155kg/hr、P=2MPa、T=50C），组成如作图所示。用精馏塔（塔顶0.15MPa，塔底0.2MPa）分离，要求99.9%的苯从塔顶排出，99.98%的甲苯从塔底排出，采用全凝器。求：Rmin，NTmin，R=1.2Rmin时的R、NT和NF。山西潞安高纯硅业合成精馏车间员工培训