中原混合原油常壓蒸餾塔板水力學(xué)計(jì)算過(guò)程案例目錄TOC\o"1-3"\h\u265中原混合原油常壓蒸餾塔板水力學(xué)計(jì)算過(guò)程案例 1287211.1基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 1279981.2塔板的結(jié)構(gòu)計(jì)算 2237691.2.1初選塔板間距 2175581.2.2塔徑的初步計(jì)算 2269521.2.3浮閥的計(jì)算 3113021.2.4溢流堰及降流管的確定 4170561.2.5塔高的計(jì)算 5194921.3塔板的水力學(xué)計(jì)算 6189961.3.1氣體總壓降ΔPt 6153301.3.2漏液的驗(yàn)算 6123311.3.3淹塔的驗(yàn)算 642251.3.4霧沫夾帶 7113531.3.5降液管負(fù)荷 712711.4塔板負(fù)荷性能圖 837431.4.1霧沫夾帶上限線 8121181.4.2液泛線 9275391.4.3液相負(fù)荷上限線 1154741.4.4液相負(fù)荷下限線 1139171.4.5漏液線 12170761.4.6操作彈性 12285361.4.7常壓塔結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果匯總 13217461.4.8常壓塔水力學(xué)計(jì)算結(jié)果匯總 141.1基礎(chǔ)數(shù)據(jù)由氣液相負(fù)荷性能圖5-11可知，全塔第22層氣相負(fù)荷最大。因此，用該層塔板上的氣液相物性等數(shù)據(jù)進(jìn)行常壓塔塔板水力學(xué)計(jì)算。第22層板上的氣液相物性數(shù)據(jù)如下：操作溫度t=290℃操作壓力P=0.1705MPa液相流率VL=228.3m3/h=0.0634m3/s氣相流率VV=45543.4m3/h=12.651m3/s液相密度ρL=0.6340g/cm3=634kg/m3氣相密度ρV=m/VV=(20839.2+51138.3+55799.7+144721.1+0.5×80.7×18+308.2×18)/45543.4=6.12kg/m31.2塔板的結(jié)構(gòu)計(jì)算查文獻(xiàn)[14]P133~P1561.2.1初選塔板間距綜合考慮霧沫夾帶、物料起泡性、操作彈性及安裝、檢修等因素，初步選定塔板間距Ht為0.6m。1.2.2塔徑的初步計(jì)算(1)最大允許氣體速度Wmax(2)適宜的氣體操作速度Wa由于板間距Ht=0.6m，故取K=0.82，由于系統(tǒng)輕微起泡，故取KS=0.95。Wa=K·KS·W=0.82×0.95×1.23=0.958m/s(3)氣相空間截面積Fa Fa=VV/Wa=12.651/0.958=13.21m2(4)降液管內(nèi)液體流速Vd(取以下兩式較小值)①Vd=0.17K·KS=0.17×0.95×1.23=0.199m/s②Ht=0.6m<0.75m，故取Vd=0.121m/s(5)降液管面積(取以下兩式較大值)(6)塔截面積Ft及塔徑DC(7)采用的塔徑D及采用的空塔氣速W根據(jù)計(jì)算得到的塔徑，按國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)浮閥塔板系列進(jìn)行圓整，得出采用的塔徑D為5.6m。采用的塔截面積：F=π/4·D2=π/4×5.62=24.63m2采用的空塔氣速：W=VV/F=12.651/24.63=0.514m/s采用的降液管截面積：降液管截面積Fd占塔截面積F的百分?jǐn)?shù)：Fd/F×100%=2.44/24.63×100%=9.91%1.2.3浮閥的計(jì)算(1)浮閥的選取 參考同類數(shù)據(jù)，選取F1型33g重型閥(d0=39mm即0.039m)，采用三角形叉排。(2)浮閥數(shù)及開(kāi)孔率①閥孔的臨界速度(Wh)C②塔板的開(kāi)孔率ΦΦ=W/(Wh)C×100%=0.514/3.88×100%=13.25%該值在10%~15%的經(jīng)驗(yàn)范圍內(nèi)，故符合要求。③確定浮閥數(shù)N閥孔總面積Fh：Fh=F·Φ=24.63×13.25%=3.26m2浮閥數(shù)N：N=Fh/(0.785d02)=3.26/(0.785×0.0392)=2731個(gè)1.2.4溢流堰及降流管的確定(1)確定液體在塔板上的流動(dòng)型式綜合塔徑及液相負(fù)荷，應(yīng)選取雙溢流塔板(取奇數(shù)板為中間降液，偶數(shù)板為兩側(cè)降液)。塔徑較大，故采用平直溢流堰，降液管采用弓形降液管。(2)確定溢流堰①中間降液：Fd/F=9.91%由圖5-8查得：lW1/D=0.71，Wd1/D=0.16溢流堰長(zhǎng)：lW1=0.71D=0.71×5.6=3.976m降液管寬：Wd1=0.16D=0.16×5.6=0.896m②兩側(cè)降液：Fd/2F=1/2×9.91%=4.955%由圖5-8查得：lW2/D=0.58，Wd2/D=0.13溢流堰長(zhǎng)：lW2=0.58D=0.58×5.6=3.248m降液管寬：Wd2=0.13D=0.13×5.6=0.728m(3)溢流堰高度及塔板上清液層高度的決定該傳質(zhì)系統(tǒng)為氣膜控制，為保證較高的塔板傳質(zhì)效率，同時(shí)考慮到塔板壓力降及泄漏情況，取堰高h(yuǎn)W=0.050m堰上液層高度hOW=0.00284E(VL/lW)2/3其中E可由圖5-4查得：①中間降液：810VL/lW12.5=810×0.0634/3.9762.5=1.63，lW1/D=0.71查得E=1.02堰上液層高度：hOW1=0.00284×1.02×(228.3/3.976)2/3=0.043m塔板上清液層高度：Hl1=hW+hOW1=0.050+0.043=0.093m②兩側(cè)降液：810VL/lW22.5=810×0.0634/3.2482.5=2.70，lW2/D=0.58查得E=1.03堰上液層高度：hOW2=0.00284×1.02×[(228.3/2)/3.248]2/3=0.031m塔板上清液層高度：Hl2=hW+hOW2=0.050+0.031=0.081m(4)液體在降液管的停留時(shí)間及流速停留時(shí)間：=(Fd·Ht)/VL=(2.44×0.6)/0.0634=23.1s>5s降液管流速：Vd=VL/Fd=0.0634/2.44=0.026m/s(5)進(jìn)口受液盤(pán)采用深度為50mm的凹槽受液盤(pán)。(6)降液管底隙高度hb及底隙流速Wb取降液管底隙流速Wb=0.35m/s，則降液管底隙高度hb為：hb=VL/(lW·Wb)①中間降液：hb1=0.0634/(3.976×0.35)=0.046m②兩側(cè)降液：hb2=(0.0634/2)/(3.976×0.35)=0.028m降液管底隙流速Wb<0.4m/s，且降液管底隙高度的值在經(jīng)驗(yàn)范圍0.025m~堰高0.050m內(nèi)，故認(rèn)為符合要求。1.2.5塔高的計(jì)算(1)塔頂空間塔頂空間高度Hd取1.5m，可減少塔頂出口氣體中攜帶的液體量，使氣體中液滴能夠自由沉降。(2)塔底空間為使塔底有較大的儲(chǔ)液空間，取液體在塔底停留時(shí)間為9min即540s。塔底空間高度Hb=VL·t/A=(0.0634×540)/(0.785×5.62)=1.39m向上圓整，取Hb=1.6m(3)汽化段高度H1根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值，取H1=1.5m。(4)人孔數(shù)nP及開(kāi)人孔處板間距HP根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，每6塊板開(kāi)設(shè)一個(gè)人孔，共35層塔板，因此在塔板間開(kāi)設(shè)5個(gè)人孔。分別位于6、14、19、26、32。人孔直徑取0.5m，開(kāi)人孔處板間距HP取0.8m。除第一塊板、汽化段塔板即進(jìn)料板、5個(gè)開(kāi)人孔的塔板，還有35-1-1-5=28個(gè)板間距采用Ht=0.6m。(5)封頭高度H2選取H2=1.5m。故常壓塔高H=Hd+Hb+H1+H2+nP·HP+(n-1-1-nP)Ht=1.5+1.6+1.5+1.5+5×0.8+(35-1-1-5)×0.6=26.9m1.3塔板的水力學(xué)計(jì)算1.3.1氣體總壓降ΔPt(1)氣體通過(guò)干板壓降ΔPdΔPd=[5.37(Wh)C2·ρV]/(2g·ρL)=(5.37×3.882×6.12)/(2×9.81×634)=0.040m液柱(2)氣體通過(guò)塔板上液層的壓降ΔPlΔPl=0.4hW+2.35×10-3(VL/lW)2/3①中間降液：ΔPl1=0.4×0.050+2.35×10-3×(228.3/3.976)2/3=0.055m②兩側(cè)降液：ΔPl2=0.4×0.050+2.35×10-3×[(228.3/2)/3.248]2/3=0.045m忽略液層表面張力造成的壓降，則氣體通過(guò)塔板的壓降為：ΔPt=ΔPd+ΔPlΔPt1=ΔPd+ΔPl1=0.040+0.055=0.095mΔPt2=ΔPd+ΔPl2=0.040+0.045=0.085m1.3.2漏液的驗(yàn)算由上可知閥孔動(dòng)能因數(shù)F0為9.60m/s·(kg/m3)1/2，大于閥孔動(dòng)能因數(shù)的下限5，故F0在限定范圍內(nèi)，不會(huì)發(fā)生漏液現(xiàn)象。1.3.3淹塔的驗(yàn)算ΔPL=ΔPt+hl+ΔPdkΔPdk=0.153Wb2=0.153×0.352=0.019m液柱①中間降液：ΔPL1=ΔPt1+hl1+ΔPdk=0.095+0.093+0.019=0.207m液柱②兩側(cè)降液：ΔPL2=ΔPt2+hl2+ΔPdk=0.085+0.093+0.019=0.185m液柱因?yàn)閮蓚€(gè)ΔPL均小于0.5(Ht+hW)=0.5×(0.6+0.05)=0.325m液柱，故不會(huì)發(fā)生淹塔。1.3.4霧沫夾帶取Φ，=0.8，由于Ht=0.6m>350mm即0.35m，則 A=0.159，n=0.95其中ε=(F-2Fd)/F=(24.63-2×2.44)/24.63=0.802m=5.63×10-5(σL/ρV)0.295[(ρL-ρV)/μV]0.425(1)液體表面張力σL查文獻(xiàn)[13]P570圖14-3-1，由前面得：操作溫度T=t+273.15=290+273.15=563.15K臨界溫度TC=tC+273.15=573.9+273.15=847.05K(TC-T)/TC=(847.05-563.15)/847.05=0.335查得σK=155達(dá)因/厘米，K=11.63σ=155/11.63=13.33達(dá)因/厘米(2)氣體粘度μV查文獻(xiàn)[13]P448圖11-2-5氣體相對(duì)分子量MV=(ρV·VV)/n=(6.12×45543.4)/1658.5=168溫度t=290℃，查得：μV=0.0085厘泊=1.020×10-4×0.0085=8.67×10-7kg·s/m2m=5.63×10-5×(13.33/6.12)0.295×[(634-6.12)/8.67×10-7]0.425=0.413將ε=0.802，m=0.413代入e的計(jì)算公式中：霧沫夾帶量：e1<10%，e2<10%，故霧沫夾帶量在限定范圍內(nèi)。1.3.5降液管負(fù)荷降液管內(nèi)的允許最大流速Vd(取以下兩式中計(jì)算結(jié)果的較小值)Vd=0.17KS=0.17×0.95=0.162m/s取Vd=0.147m/s為降液管內(nèi)最大流速?，F(xiàn)設(shè)計(jì)的降液管流速為0.026m/s，因此降液管沒(méi)有超負(fù)荷。1.4塔板負(fù)荷性能圖1.4.1霧沫夾帶上限線取e=10%為霧沫夾帶的上限，由前面可得：式中：A=0.159，n=0.95，Ht=600mm，Φ，=0.8，ε=0.802，m=0.413代入數(shù)據(jù)得：整理得：2.74/W3.7=0.052hl-1.72由hl=hW+hOWhOW=0.00284E(VL/lW)2/3將hl，hW，hOW的單位轉(zhuǎn)換為mm得：hOW=2.84E(VL/lW)2/3①中間降液：將hW=50mm，E1=1.02，lW1=3.976m代入得： hl1=50+2.84×1.02×(VL/3.976)2/3=50+1.154VL2/3(mm)故：2.74/W13.7=0.0600VL2/3+0.88②兩側(cè)降液：將hW=50mm，E2=1.03，lW2=3.248m代入得： Hl2=50+2.84×1.03×[(VL/2)/3.248]2/3=50+0.840VL2/3(mm)故：2.74/W23.7=0.0437VL2/3+0.88取不同的液相流率VL，得到不同的空塔氣速W1和W2。①VL=0m3/hW1=1.359m/s，W2=1.359m/s②VL=100m3/hW1=1.065m/s，W2=1.117m/s③VL=200m3/hW1=0.982m/s，W2=1.039m/s④VL=300m3/hW1=0.931m/s，W2=0.991m/s⑤VL=400m3/hW1=0.895m/s，W2=0.955m/s⑥VL=500m3/hW1=0.866m/s，W2=0.927m/s⑦VL=650m3/hW1=0.833m/s，W2=0.893m/s將上面7式所得數(shù)據(jù)匯總于表6-1：表6-1霧沫夾帶線的空塔氣速VLm3/h空塔氣速，m/sW1W201.3591.3591001.0651.1172000.9821.0393000.9310.9914000.8950.9555000.8660.9276500.8330.893在相同的液相流率VL下，中間降液板的空塔氣速W1小于兩側(cè)降液板的空塔氣速W2，故以中間降液板的數(shù)據(jù)作出塔板操作區(qū)的霧沫夾帶上限線。1.4.2液泛線設(shè)降液管內(nèi)液面高度控制在0.5(Ht+hW) ，由于表面張力較小，忽略ΔPσ0.5(Ht+hW)=0.5×(0.60+0.05)=0.325mΔPL=ΔPt+hl+ΔPdk=[5.37(Wh)c2ρV]/(2g·ρL)+0.4hW+2.35×10-3(VL/lW)2/3+hW+hOW+0.153Wb2=0.325m其中：Wh=VV/Fh，F(xiàn)h=3.26m2由hb=VL/(lW·Wb)，得Wb=VL/(hb·lW)對(duì)于中間降液：hb1=0.046m，lW1=3.976m對(duì)于兩側(cè)降液：hb2=0.028m，lW2=3.248m將已知數(shù)據(jù)代入得(VL單位須轉(zhuǎn)化為m3/s)：①中間降液：0.212=2.486×10-4VV2+9.363×10-4VL2/3+4.574VL2VV2=852.8-3.767VL2/3-18399.0VL2由W=VV/F，F(xiàn)=24.63m2W1=[(852.8-3.767VL2/3-18399.0VL2)1/2]/24.63(m/s)②兩側(cè)降液：0.224=2.486×10-4VV2+10.715×10-4(VL/2)2/3+18.499×(VL/2)2VV2=901.0-2.715VL2/3-18603.2VL2由W=VV/F，F(xiàn)=24.63m2W2=[(901.0-2.715VL2/3-18603.2VL2)1/2]/24.63(m/s)取不同的液相流率VL，得到不同的空塔氣速W①VL=0m3/h=0m3/sW1=1.186m/s，W2=1.219m/s②VL=100m3/h=100/3600m3/sW1=1.176m/s，W2=1.209m/s③VL=200m3/h=200/3600m3/sW1=1.145m/s，W2=1.179m/s④VL=300m3/h=300/3600m3/sW1=1.093m/s，W2=1.128m/s⑤VL=400m3/h=400/3600m3/sW1=1.015m/s，W2=1.051m/s⑥VL=500m3/h=500/3600m3/sW1=0.905m/s，W2=0.945m/s⑦VL=650m3/h=650/3600m3/sW1=0.644m/s，W2=0.696m/s將以上7式所得數(shù)據(jù)列于表6-2：表6-2液泛線的空塔氣速VLm3/h空塔氣速，m/sW1W201.1861.2191001.1761.2092001.1451.1793001.0931.1284001.0151.0515000.9050.9456500.6440.696在相同的液相流率VL下，中間降液板的空塔氣速W1小于兩側(cè)降液板的空塔氣速W2，故以中間降液板的數(shù)據(jù)作出塔板操作區(qū)的液泛線。1.4.3液相負(fù)荷上限線由前面的計(jì)算得知，降液管的最大允許流速Vd=0.147m/s在降液管的允許最大流速Vd下的液相流率VL：①中間降液：VL1=Vd·Fd=0.147×2.44=0.3587m3/s=1291.3m3/h②兩側(cè)降液：VL2=Vd·Fd/2=0.147×2.44/2=0.1793m3/s=645.6m3/h由于VL1>VL2，故取兩側(cè)降液的最大流速VL=645.6m3/h作為液相負(fù)荷上限線。1.4.4液相負(fù)荷下限線取堰上高度hOW=0.006m作為液相負(fù)荷的下限條件。由hOW=0.00284E(VL/lW)2/3得VL=[0.006lW2/3/(0.00284E)]2/3①中間降液：VL1=[(0.006×3.9762/3)/(0.00284×1.02)]2/3=11.85m3/h②兩側(cè)降液：VL2=[(0.006×3.2482/3)/(0.00284×1.03)]2/3/2=4.77m3/h由于VL1>VL2，故取中間降液VL=11.85m3/h作為液相負(fù)荷下限