塔计算

塔计算三：塔型选择与依据最常见的塔设备为板式塔和填料塔两大类。作为主要用于传质过程的塔设备，首先必须使气（汽）液两相能充分接触，以获得高的传质效率。此外，为满足工业生产的需要，塔设备还必须满足以下要求：生产能力大；操作稳定，弹性大；流体流动阻力小;结构简单、材料耗用量少，制造和安装容易；耐腐蚀和不易阻塞，操作方便，调节和检修容易。板式塔与填料塔都是气－液传质过程的常用设备。板式塔是与填料塔具有不同特点的气－液传质设备。与填料塔相比较，具有效率较稳定，检修清理较易，液气比适应范围较大的优点。但它也有结构比较复杂，压降较大并且耐腐性较差的特点。表6.4板式塔与填料塔比较项目塔型板式塔填料塔压力降压力降一般比填料塔大压力降小，较适于要求压力降小的场合空塔气速（生产能力）空塔气速小空塔气速大塔效率效率稳定，大塔效率比小塔有所提高塔径在Φ1400mm以下效率较高，塔径增大，效率常下降液气比适应范围较大对液体喷林量有一定要求持液量较大较小材质要求一般用金属材料制作可用非金属耐腐蚀材料安装维修较容易较困难造价直径大时一般比填料塔造价低直径小于Φ800mm，一般比板式塔便宜，直径增大，造价显著增加重量较轻重因为板式塔处理量大、效率高、清洗检修方便且造价低，故工业上多采用板式塔。因而本设计中选用板式塔。板式塔大致可分为两类，一类是有降液管的塔板，如泡罩、浮阀、筛板、导向筛板、新型垂直筛板、舌形、S型、多降液管塔板等。另一类是无降液管的塔板，如穿流式筛板（栅板）、穿流式波纹板等，工业应用较多的是有降液管的浮阀、筛板和泡罩塔板等。工业上常见的几种的板式塔及其优缺点：Ⅰ、浮阀塔：浮阀塔广泛应用于精馏、吸收和解吸等过程。其主要特点是在塔板的开孔上装有可浮动的浮阀，气流从浮阀周边以稳定的速度水平地进入塔板上的液层进行两相接触。浮阀可根据气体流量的大小而上下浮动，自行调节。浮阀有盘式、条式等多种，国内多用盘式浮阀。盘式浮阀的主要优点是生产能力大，操作弹性较大，分离效率较高，塔板结构较泡罩塔简单。在塔板开孔上方，安装可浮动的阀片，浮阀可随气体流量的变化自动调节开度，可避免漏液，操作弹性大，造价低，且安装检修方便，但对材料的抗腐蚀性能要求高。Ⅱ、筛孔塔：结构简单、造价低廉、筛板塔压降小、液面落差也较小、生产能力及塔板效率都较泡罩塔高，故应用广泛。筛板是在塔板上钻有均布的筛孔，上升气流经筛孔分散、鼓泡通过板上液层，形成气液密切接触到泡沫层（和喷射的液滴群）。筛板塔的优点是结构简单，制造维修方便，造价低，相同条件下生产能力高于浮阀塔，塔板效率接近浮阀塔。其缺点是稳定操作范围窄，小孔径筛板易堵塞，不适宜处理粘性大的、脏的和带固体粒子的料液。但设计良好的筛板塔仍具有足够的操作弹性，对易引起堵塞的物系可采用大孔径筛板，故近年我国对筛板的应用日益增多。Ⅲ、泡罩塔：泡罩塔是最早使用的板式塔，其主要构件是泡罩、升气管及降液管。泡罩的种类很多，国内应用较多的是圆形泡罩。泡罩塔的主要优点是操作弹性较大，液气比范围大，适用于多种介质，操作稳定可靠；但其结构复杂、造价高、安全维修不便，气相压降较大。现虽已为其它新型塔板取代，但鉴于其某些优点，仍有沿用。其气体通道是升气管和泡罩，由于升气管高出塔板，即使在气体负荷很低时也不会发生严重漏液，操作弹性大，升气管为气液两相提供了大量的传质界面。但泡罩塔板结构复杂，成本高，安装检修不便，生产能力小。经过比较及结合本设计要求，选择筛板塔。第二部分产品精馏塔工艺计算MTBE精馏塔（1）塔径、塔板间距计算通过PRO/II简捷塔模拟得：MINIMUMREFLUXRATIO0.28739FEEDCONDITIONQ1.21134FENSKEMINIMUMTRAYS12.22857总理论板数是30块，进料板是第19块。精馏塔效率TE=65%，实际板数30460.65N==，实际进料位置19290.65fN==由严格精馏塔进行模拟计算可得塔径D=1219mm，圆整到1400mm。根据《化学工程师手册》表15.32筛板塔的塔板间距的选则，见下表：[2]根据塔径确定塔板间距取400mm，总塔板高为0.44618.4Hm=?=液泛速度fu=C式中fu—液泛速度（m/s）；C—气体符合因子（m/s）；Lρ—液体密度（kg/3m）；Vρ—气体密度（kg/3m）；其中0.220()20CCδ=?，由PRO/II物性查询知：我们对该精馏塔采用全塔统一塔径的原则，由软件计算精馏塔报告中得到相关数据：表6.6各塔板有关数据气体体积流量液体体积流液相密度气相密度气体质量流液相质量流3m/s3m/s（kg/3m）kg/3m量t/h量t/h0.2030.00255537.09113.449869.9224.9280.2010.00255536.51213.549289.8894.9320.20.00256535.94713.653619.8934.940.1990.00256535.41513.756099.9014.9460.1970.00257536.97413.855869.9074.950.1960.00257534.90813.953699.9114.9520.1950.00257534.41514.050369.9134.9540.1930.00258533.9314.146389.9154.9550.1920.00258533.45214.242039.9164.9550.1910.00258532.98214.337459.9164.9560.190.00258532.52814.43279.9174.9560.1880.00259532.11514.527829.9174.9560.1870.00259531.80314.622799.9174.9540.1860.00259531.75614.717629.9154.9490.1840.00258532.39714.812269.914.9360.1830.00255534.78614.906769.8974.9040.180.00248541.29115.002029.8654.8330.1740.00612555.42715.105289.79412.2340.1750.00609555.75715.18799.69512.1860.1770.00607555.87415.282959.64712.1570.1720.00606555.94715.385739.61712.1370.1710.00605556.3215.490479.59812.1180.1690.00602597.215.597379.57912.0950.1660.00596563.2315.726249.55512.0810.1620.0059576.8815.96959.54212.2630.1640.00619594.26416.65819.72313.2430.1790.00701599.76918.122510.70415.1450.1950.0078598.30819.5673812.60616.798平均值0.1846070.004032549.902815.003939.945758.086179计算：两相流动参数0.009.90.1310.18SLVSLFV=?=?=由图6.5，查得图6.5筛板塔的泛点关联图算得液泛气速fu=0.28.350.062()20??塔板总面积221.41.538644TDAππ==?=,20.0881.53860.1354fAm=?=，21.4032nTfAAAm=-=，0.1850.1318/1.4032SnnVumsA===堰长0.750.751.41.05WlDm==?=，实际泛点百分数0.131842.4%0.311nfuu==（2）塔板详细设计选择平顶溢流堰，采用分块式塔板。堰高的确定：对一般的液流量堰高可以取25~50mm，加压操作精馏塔堰高可以取40~80mm，此处精馏塔为加压操作，故堰高为mhw05.0=。底隙h的选定。为了使溢流的液体能够顺利流入下层塔板，并防止沉淀物的062.020=fC堆积和堵塞，降液管与下层塔板间必须保持一定的高度，但为保证降液管的底缘有一定液封，底隙应稍小于堰高。同时对于小塔径，底隙又不得小于25mm。此处采用垂直弓形降液管和普通平底受液盘，取mh04.00=。安定区Ws的选定。对于筛板塔，安定区常取50~100mm。取mWWss07.0='=。塔板边缘区Wc的选定。筛板塔一般取50~60mm，取mWc05.0=。由前面计算知：0.750.751.41.05WlDm==?=从图6.6，查得0.1450.203dWDm==图6.6弓形降液管的宽度与面积图可以算得：X=D/2-(dW+SW)=0.427，r=D/2-0W=0.7-0.05=0.652122(sin)1.024axArmr-==塔板上孔径d0的选择。工业塔中筛板塔常用的筛孔直径为3~8mm。若孔太小，则加工困难，容易堵塞，而且由于加工的公差而影响开孔率的大小。此处采用：d0=6mm。塔板厚度δ的选择。一般碳钢塔板的δ取3~4mm，合金钢板的δ取2~2.5mm。此取板厚δ=3mm。筛孔的排列选择。在塔板上筛孔一般按等边三角形排列。孔中心距t的选择。t/d0的选定直接决定了开孔率。若t/d0选得过小，气流相互干扰，使传质效率降低，且由于开孔率过大使干板压降小而漏液点高，塔板操作弹性下降；若t/d0选得过大，则会鼓泡不均匀，也要使传质效率下降，且开孔率过大会使板阻力增大，雾沫夹带量大，易造成液泛，限制了塔的生产能力。因次t/d0的选择需要全面考虑，在一般情况下，可取t/d0为2.5~5。此处选择t/d0=4。由此算得开孔率：0567.04907.020===aAA?200.05671.0240.0581aAAm?==?=塔板的孔数：（3）板压降的校核板厚5.063,30===dmmδδ由图6.7，查出71.00=C图6.7干板孔流系数可求出干板压降（以液柱表示），2.52.50.004360012.75,0.75,1.05hwwLllD?===由图6.8，查得E=1.018.个孔205642==oodANπ()0458.0)1354.025386.1/(0581.02/0=?-=-fTAAAmCUghLVd028.00581.071.0185.09.549.156.191212200=????????=???????=ρρ图6.8液流收缩系数E所以可求得堰上液高：2332332.841014.42.84101.0181.050.0163howwLhElm--??=??????=??????=按面积（fTAA2-）计算的气体速度：相应的气体动能因子：.从图6.9，查得液层充气系数68.0=β图6.9充气系数β和动能因子Fa间的关系求出液层阻力：板压降所以,满足要求。smAAVufTsa/146.01354.025386.1185.02=?-=-=565.015.146.05.05.0=?==VaauFρ()()mhhhwwl0517.00163.005.068.00=+?=+=βmhhhLdf0797.00517.0028.0=+=+=MPaMPam6.0023.07.3460797.0=?==τ（6）漏液点的校核设漏液点孔速，相应的气体动能因子（以fTAA2-为基准塔板上当量清液高度0.502.50.04580.69920.00610.7250.0061.230.0428owvTfScwwuAFAALhhFlρ==??=-=+-+=图6.11筛板漏夜点关联图由图6.11查得漏液点的干板压降.0.011dhm=水柱=0.019m液柱由此求出漏液点孔速为2.0/owuCms===此计算值与假定值相当接近，故计算结果正确。故塔板的稳定系数满足条件。（7）负荷性能图○1液相下限线令02.1;006.0==Emhow则3/23)(1084.2whowlLEh-?=2.52.50.0043