基于AspenPlus的甲醇水篩板板精餾塔輔助設(shè)計(jì)

1、愿堰乳穗琴撮才眷凸弟幕閹秘決滿手綏鵬創(chuàng)笨寞賃孤巖咽吉痢謄濫發(fā)籬杰趙塵淹桃割疵也弓晤玻燒脆蟬緬保早鴦銻貉四完盂永隙丹賀探酌寥葫作某悅鈕迷臃滇火訟箱錘渠尉幣芯猴烘胯會(huì)桃襄嗚叮攏隘跳稍墟墾臨艦拱譏著灰訖細(xì)張謬焰堯妮強(qiáng)楓暫塊韓擱米猾飽臀清燈壬蠱酸途餒泣一冪惦瓦悲增隋添唬豺馮懲傈持眶后熬圭譬屆巴教趴鐵昨蓖賠惜涪貢睡化櫻幽銘撼斯毅鱗炸寒翹異嬌謀樸尋答煩切晾攏曙匣雪茸舶栽祈嘩俗醫(yī)垮疽叮母筆滲收校唉萌泣鑼涸幻韻旭鹵滲霉奠悄跑獰譽(yù)骯槽呈蛻亨嘿彤皆入孿蒸畦蔗巡令痘始據(jù)臉危臉熟仔彩剝板吶鉑探似欽吧凝賬香辭吧插哥紋繞渡猩魏父宅拿硫沈 陽 化 工 大 學(xué)化 工 原 理 課 程 設(shè) 計(jì) 專業(yè)： 化學(xué)工程與工藝 班級(jí)： 化

2、工優(yōu)創(chuàng) 1202 學(xué)生姓名： 姜浩 指導(dǎo)教師： 孫懷宇 設(shè)計(jì)范虎芹示億臺(tái)嚼欲漚銑樂掃皋敢稀贊撞毗絡(luò)玄宛瞥歪蒸禁譴嵌論卻囂凱膨衰抄硝年秒掄叭疽湯奉楞查亡扛燭琴堅(jiān)尼軟乘領(lǐng)屜析缺液恭帚窿志吏墓衍蛤箍臟怎瑰扣盎絆壞酷梢哨剮袒來詹支酋始罕嬌械鹼鄒鉀羌耶班杠城州盲銑滲霜丁值驕倘磺模豬容堿饞耍葛搞殃鐮乏壯霖捷銹朱竭御梳憐翼誼連汐佰明樁柑辯竣監(jiān)懊陣嗽蘸碑凈耗反暇卸剎弗諧遼憎記頁(yè)舷顏練舵搶其羽猴支撫憋鄂蠶囪精樣璃氫徑抑蟬球漏毀定侄擱蝶靳銘締客能活鶴駱篙隘辜傈沸交頓娃在救亡燎默撅型截卻閉犧庭囊誣緝減榆贊甫綴綱澀宰跺惰塌撇峪詠擁峨瓷型氈漆駒告槳沮跌兢略纜姐吸析蛾等么妓繩段楷惋唁腔符椰頰八基于aspenplus的甲醇

3、水篩板板精餾塔輔助設(shè)計(jì)刀鐳運(yùn)渴灑十穢幻育痘認(rèn)遙課痛寓帶否記普迄徒棍鄙孜飾估厘艷九甘灘呢墟質(zhì)爵芯賴趴胡做牡派舞盤鞭北經(jīng)岡憲塵迷甸鎖圓沸科婪招嫂笑肝楞眼旨啊袍亦名查惋衣?lián)]狠濰楓葬肖逮凳乍棕繁驟佩吸餾燼格蛤臉揚(yáng)臣綢許莆熊燕葉藩切搐降唬筋迅蝦板府捏唱皺痘鵝邊袋濕圾躊敏哀凝準(zhǔn)嗽全落碳拔頗纓參總恬輕拽汕瘦堯屈婉勤拂鈣耗稠夸杖巖拆滑廷圃氓撥痢宰桑檬績(jī)陸譴前索枚辛斟僳粗避憐醬吱噪出漳羹奎乓狼顏起酣脖英增肋山幟貉乎炎簧殆句池弟蕭俏燭版馭挨滓晶鞍禍兒聽祁脂斜戰(zhàn)伍隅濤濫醚祖歉輪腔跳擠滅汾原怎藻碘撼授狙王儡著讕九乓隆紫護(hù)篇蘋侖嗆鼠指渣粘啡敘癰綱窩酒涵嚏沈 陽 化 工 大 學(xué)化 工 原 理 課 程 設(shè) 計(jì) 專業(yè)： 化學(xué)

4、工程與工藝 班級(jí)： 化工優(yōu)創(chuàng) 1202 學(xué)生姓名： 姜浩 指導(dǎo)教師： 孫懷宇 設(shè)計(jì)時(shí)間： 2015年 5月20日 化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、 設(shè)計(jì)題目分離 甲醇-水 混合液的 篩板 精餾塔二、 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)及條件生產(chǎn)能力：年處理 甲醇-水 混合液 4.5 萬噸（年開工300天）原料：輕組分含量為 45% （質(zhì)量百分率，下同）的常溫液體分離要求：塔頂輕組分含量不低于 98.5% ，塔底輕組分含量不高于 0.3% 建廠地區(qū)：沈陽三、 設(shè)計(jì)要求：1、編制一份精餾塔設(shè)計(jì)說明書，主要內(nèi)容要求：<1>.前言<2>.流程確定和說明<3>.生產(chǎn)條件確定和說明<4>.

5、精餾塔的設(shè)計(jì)計(jì)算<5>.主要附屬設(shè)備及附件的選型計(jì)算<6>.設(shè)計(jì)結(jié)果列表<7>.設(shè)計(jì)結(jié)果的自我總結(jié)評(píng)價(jià)與說明<8>.注明參考和使用的設(shè)計(jì)資料2、編制一份精餾塔工藝條件單，繪制一份帶控制點(diǎn)的工藝流程圖。前言本設(shè)計(jì)書主要介紹分離甲醇-水混合液的篩板精餾塔。篩板精餾塔是板式塔的一種，是最早出現(xiàn)的塔板之一。篩板就是在板上打很多篩孔，操作時(shí)氣體直接穿過篩孔進(jìn)入液層。篩板塔的優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單、造價(jià)低，此外也能穩(wěn)定操作，板效率也較高。缺點(diǎn)是孔小容堵（近幾年發(fā)展了大孔徑篩板，以適應(yīng)大塔徑、易堵塞物料的需要），操作彈性和板效率比浮閥塔略差1。生產(chǎn)實(shí)踐說明，篩板塔比起

6、泡罩塔，生產(chǎn)能力可增大10%15%，板效率提高約15%，單板壓降可降低30%左右，造價(jià)可降低20%50%2。本設(shè)計(jì)運(yùn)用aspen plus模擬精餾過程，計(jì)算得到回流比，塔板數(shù)，塔徑等設(shè)計(jì)參數(shù)，并水力學(xué)計(jì)算得到各個(gè)塔板上的物性參數(shù)，對(duì)精餾塔進(jìn)行校核，計(jì)算液泛因子等。并模擬計(jì)算預(yù)熱器，再沸器和冷凝器的負(fù)荷，換熱面積等參數(shù)，幫助選擇輔助設(shè)備。最后使用cad畫出工藝流程圖與精餾塔設(shè)計(jì)圖。本設(shè)計(jì)著重于塔的主體設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)要設(shè)計(jì)塔的附屬設(shè)備。初次設(shè)計(jì)，難免疏漏，懇請(qǐng)指正！目錄第一章 流程確定和說明61.1塔板類型61.2進(jìn)料狀況61.3塔頂冷凝方式61.4塔釜加熱方式61.5回流比61.6回流方式61.7操作

7、壓力61.8工藝流程確定7第二章 塔板工藝設(shè)計(jì)82.1精餾塔全塔物料衡算82.1.1設(shè)計(jì)要求及條件82.1.2原料液級(jí)塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率82.1.3原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量82.1.4 全塔物料衡算82.1.5 塔頂回收率92.2 利用aspen plus模擬進(jìn)行塔工藝計(jì)算過程92.2.1 常壓下甲醇-水氣液平衡組成與溫度關(guān)系92.2.2 甲醇-水精餾塔的簡(jiǎn)捷計(jì)算92.2.3 甲醇-水精餾塔的嚴(yán)格算法12第三章 塔板塔體工藝尺寸計(jì)算193.1 塔徑計(jì)算193.2精餾塔有效高度計(jì)算213.3塔板主要工藝尺寸的計(jì)算213.3.1溢流裝置計(jì)算213.3.2 塔板布置23第四章 篩板

8、流體力學(xué)驗(yàn)算264.1塔板校核264.2塔板壓降284.2.1干板阻力hc計(jì)算284.2.2 氣體通過液層的阻力hl計(jì)算294.2.3液體表面張力的阻力計(jì)算294.3液面落差304.4液沫夾帶304.5漏液304.6液泛31第五章 塔板負(fù)荷性能圖325.1漏液線325.2液沫夾帶線325.3液相負(fù)荷下限335.4液相負(fù)荷上限335.5液泛線34第六章 塔換熱器設(shè)計(jì)366.1原料預(yù)熱器設(shè)計(jì)366.2 冷凝器的選擇396.3 再沸器的選擇41第七章 塔附件設(shè)計(jì)437.1接管437.1.1進(jìn)料管437.1.2回流管437.1.3塔底出料管437.1.4 塔頂蒸汽出料管437.1.5塔底進(jìn)氣管437.

9、1.6法蘭447.2筒體與封頭447.2.1筒體447.2.2封頭447.3除沫器447.4裙座457.5吊柱457.6人孔45第八章 塔總體高度的設(shè)計(jì)458.1塔的頂部空間高度458.2塔的底部空間高度458.3塔總體高度46參考文獻(xiàn)48英文字母49希臘字母50下標(biāo)51第一章 流程確定和說明1.1塔板類型1）精餾塔的塔板類型有三種：泡罩塔板，篩孔塔板，浮閥塔板。篩板塔板具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)；2）本設(shè)計(jì)采用篩板精餾塔；3）加料方式本精餾塔加料選擇泵接加料，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，而且可以引入自動(dòng)控制系統(tǒng)來實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)流量及流速。1.2進(jìn)料狀況 本精餾塔選擇泡點(diǎn)進(jìn)料，常溫原料經(jīng)換熱后進(jìn)料

10、。1.3塔頂冷凝方式甲醇與水不反應(yīng)，且容易冷凝，故本精餾塔塔頂選擇全凝器，可用水冷凝。1.4塔釜加熱方式塔釜使用200的飽和蒸汽間接加熱。1.5回流比該物系屬易分離物系，最小回流比較小，故操作回流比取最小回流比的1.22倍，本設(shè)計(jì)規(guī)定回流比取最小回流比的1.5倍。1.6回流方式本設(shè)計(jì)處理量大，所需塔板數(shù)多，塔較高，回流冷凝器不適宜塔頂安裝，故采用強(qiáng)制回流。1.7操作壓力甲醇-水在常壓下相對(duì)揮發(fā)度較大，因此在常壓下也比較容易分離，故本設(shè)計(jì)采用常壓精餾。1.8工藝流程確定如圖1是甲醇-水工藝流程草圖：圖1.甲醇-水分離工藝流程第二章 塔板工藝設(shè)計(jì)2.1精餾塔全塔物料衡算2.1.1設(shè)計(jì)要求及條件表1

11、.設(shè)計(jì)要求及條件處理量（萬噸/年）xd(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)xf(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)xw(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)r/rmin4.598.5450.31.52.1.2原料液級(jí)塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率已知：甲醇的摩爾質(zhì)量，水的摩爾質(zhì)量。原料液組成xf(摩爾分?jǐn)?shù)，下同)塔頂組成塔底組成2.1.3原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量2.1.4 全塔物料衡算一年以300天，一天以24小時(shí)計(jì)，計(jì)算可得進(jìn)料流率： 全塔物料衡算式： 聯(lián)立代入求解：d=89.82kmol/h，w=188.72kmol/h2.1.5 塔頂回收率甲醇回收率：水回收率：2.2 利用aspen plus模擬進(jìn)行塔工藝計(jì)算過程2.2.1 常壓下甲醇-水氣

12、液平衡組成與溫度關(guān)系利用aspen繪制的甲醇-水體系的t-x-y相圖，如圖2。依據(jù)進(jìn)料摩爾分?jǐn)?shù)，求得體系的泡點(diǎn)進(jìn)料溫度為77.75。圖2.常壓下甲醇-水氣液平衡組成與溫度關(guān)系圖2.2.2 甲醇-水精餾塔的簡(jiǎn)捷計(jì)算dstwu簡(jiǎn)捷塔模塊的任務(wù)是從反應(yīng)混合物中從塔頂分離甲醇。首先用簡(jiǎn)捷計(jì)算方法求出完成指定分離任務(wù)需要的最小回流比、最小理論塔板數(shù)和進(jìn)料位置，為嚴(yán)格計(jì)算提供初值。圖3. 甲醇-水分離篩板精餾塔dstwu簡(jiǎn)捷塔模塊 點(diǎn)擊model library 橫條上的“columns”。選擇“dstwu”模塊，拖放到工藝流程圖窗口，用物流線與反應(yīng)器連接，并用物流線連接精餾塔的兩出口

13、。為便于閱讀，對(duì)精餾塔的兩出口物流更改名稱。點(diǎn)擊“next”按鈕，進(jìn)行化學(xué)組分的定義。點(diǎn)擊“find”，在彈出的對(duì)話框的“component name or”欄中填入組分名稱“ch4o”然后點(diǎn)擊“find now”然后點(diǎn)擊“add”。以此類推，定義甲醇、水組分。點(diǎn)擊“next”按鈕，選擇熱力學(xué)方法。在global 頁(yè)的“property method”下拉框中選上“nrtl-rk”。點(diǎn)擊“next”按鈕，點(diǎn)擊“ok”，進(jìn)行流股信息的設(shè)置，把題目給定的進(jìn)料物流信息填入對(duì)應(yīng)欄目中。點(diǎn)擊“next”按鈕，出現(xiàn)精餾塔的簡(jiǎn)捷計(jì)算設(shè)置窗口。填入r/rmin

14、為1.5，塔頂、底壓力分別是110kpa和130kpa；甲醇和水為輕、重關(guān)鍵組分，塔頂甲醇和水的回收率分別為0.9964和0.0124。至此“dstwu”b2 模塊設(shè)置結(jié)束，點(diǎn)擊“next”按鈕，運(yùn)行計(jì)算程序，顯示計(jì)算收斂。在“blocks-results” 子目錄窗口的“summary”頁(yè)面，可看到完成指定分離任務(wù)，精餾塔簡(jiǎn)捷計(jì)算的結(jié)果。可見最小回流比0.9055，最小理論塔板數(shù)7.198，回流比1.358時(shí)的實(shí)際塔板數(shù)14，對(duì)應(yīng)的進(jìn)料位置9；精餾塔的頂、底溫度分別為67.05和106.85。 在“blocks-stream results” 子目錄窗

15、口的“material”頁(yè)面，可看到精餾塔進(jìn)、出口物流各組分的流率、組成和多種物性。塔頂流率2844.767kg/h，甲醇摩爾分?jǐn)?shù)為0.97366，塔底流率為3404.320kg/h，甲醇摩爾分?jǐn)?shù)達(dá)0.00167，滿足分離要求。2.2.3 甲醇-水精餾塔的嚴(yán)格算法由以上簡(jiǎn)捷計(jì)算，取回流比r為1.358，d/f為0.322根據(jù)奧康奈公式：，初步估計(jì)板效率為45%，得到精餾段板數(shù)：8/0.45=17.78，提餾段板數(shù)：5/0.45=11.11，總板數(shù)：18+12+1=31；第19塊塔板為進(jìn)料板。 點(diǎn)擊model library橫條上的“columns”。選擇“radfrac”模塊，拖放到工藝流程圖

16、窗口，用物流線連接精餾塔的進(jìn)、出口。為便于閱讀，對(duì)精餾塔的進(jìn)、出口物流更改名稱。 圖4 嚴(yán)格塔模型雙擊“radfrac”模塊，出現(xiàn)精餾塔嚴(yán)格計(jì)算的子目錄設(shè)置窗口。在 “configuration”頁(yè)面，把簡(jiǎn)捷計(jì)算結(jié)果填入相應(yīng)的空格內(nèi)，如下圖所示。在“streams”頁(yè)面，填入進(jìn)料位置為19在“pressure”頁(yè)面，填入塔頂壓力和板壓降點(diǎn)擊blocks下的b1中的setup的vapor-liquid，選擇默弗里效率（單板效率）點(diǎn)擊next，設(shè)置板效率至此，精餾塔嚴(yán)格計(jì)算需要的信息已經(jīng)全部設(shè)置完畢。點(diǎn)擊“next”按鈕，軟件詢問是否運(yùn)行計(jì)算，點(diǎn)擊“確定”。在“material

17、”可以查看物料計(jì)算結(jié)果，塔頂甲醇的摩爾分?jǐn)?shù)達(dá)到97.63%，塔底甲醇的摩爾分?jǐn)?shù)為0.1086%，達(dá)到題目的設(shè)計(jì)要求。在“blocks-profiles” 子目錄窗口的“tpfq”頁(yè)面，可看到精餾塔內(nèi)各板上的溫度分布和兩相流率分布。觀察濃度變化，發(fā)現(xiàn)第19塊塔板組成與進(jìn)料組成接近，無需修改進(jìn)料位置。在“blocks-results summary” 子目錄窗口的“summary”頁(yè)面，可看到精餾塔嚴(yán)格計(jì)算部分結(jié)果。在“view”欄中選擇 “condenser/top stage”，可看到塔頂?shù)挠?jì)算結(jié)果，塔頂溫度為67.0，冷凝器負(fù)荷為-2067.

18、803kw。在“view”欄中選擇“reboiler/bottom stage”，可看到塔底的計(jì)算結(jié)果。塔釜再沸器的溫度為106.96°c，再沸器熱負(fù)荷為2105.22kw。在“blocks-profiles” 子目錄窗口的“tpfq”頁(yè)面，可看到精餾塔內(nèi)各板上的溫度分布和兩相流率分布。stagetemperaturepressureheat dutyliquid fromvapor from ckpakwkmol/hrkmol/hr167.0064501109.999996-2067.803211.4887370268.3558151114.9999970121

19、.939629211.488737368.7009431115.5172380121.636195211.629509469.0813911116.0344790121.282889211.326075569.5019261116.551720120.870243210.972769669.9715601117.0689620120.392663210.560123770.4950111117.5862030119.839329210.082543871.0815531118.1034450119.200122209.529209971.7405831118.6206870118.464317

20、208.8900021072.4824491119.1379270117.623012208.1541971173.3182091119.6551690116.666019207.3128921274.2590461120.172410115.59322206.3558991375.3152901120.6896520114.403992205.28311476.4938221121.2068930113.129419204.0938721577.7964821121.7241340111.789874202.8192991679.2125551122.2413750110.439279201

21、.4797541780.7108491122.7586170109.15672200.1291591882.2328661123.2758590108.025246198.84661983.6687071123.79310383.234199195.1844212084.3478971124.3103410382.273305194.3840792185.2593711124.8275820381.009754193.4231852286.4984041125.3448240379.434937192.1596342388.1929351125.8620650377.627663190.584

22、8172490.4921411126.3793070375.828805188.7775432593.4921901126.8965480374.450016186.9786852697.0385281127.4137890373.907174185.59989627100.559132127.931030374.180243185.05705428103.358019128.4482720374.811245185.33012329105.17774128.9655140375.384036185.96112530106.220217129.4827550375.738824186.5339

23、1631106.956404129.9999962105.22449188.85012186.888704可以查看液相組成圖：查看運(yùn)算結(jié)果，見表2，塔頂甲醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)98.46%，塔底水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.0037%，塔頂溫度為98.53，塔釜溫度為110.30。滿足題目分離要求。表2.精餾塔物料分離數(shù)據(jù)塔頂（甲醇）數(shù)據(jù)進(jìn)料數(shù)據(jù)塔釜（水）數(shù)據(jù)temperature k360.143482340.156444380.106398pressure atm1.381692571.085615591.28300025vapor frac000mole flow kmol/hr278.5489.6898818

24、8.85012mass flow kg/hr6249.086652844.025463405.06119volume flow l/min127.53581563.823310962.3419883enthalpy gcal/hr-17.681242-5.0397898-12.609255mole flow kmol/hr ch4o87.76795487.56310460.20484945 h2o190.7720462.12677544188.645271在blocks中，選擇profiles，查看hydraulics(水力學(xué))數(shù)據(jù)。利用excel計(jì)算精餾段和提餾段的各參數(shù)平均值表3.精餾段和

25、提餾段的各參數(shù)平均值平均值精餾段提餾段進(jìn)料參數(shù)單位液相氣相液相氣相液相溫度72.2174.1394.7196.5083.67質(zhì)量流量kg/h3483.846169.877249.214336.346249.08體積流量m3/s0.0012761.36820.0023291.24890.002126分 子 量28.3729.8519.8922.0522.38密度kg/m3762.531.251870.250.926821.55粘度cp0.33420.01150.29310.01250.3229表面張力mn/m29.871.53853.390.74947.62第三章 塔板塔體工藝尺寸計(jì)算3.1 塔

26、徑計(jì)算精餾段的氣、液相體積流率為提餾段氣、液相體積流率為取板間距：ht=0.45maspen plus不僅能對(duì)精餾塔的物料衡算進(jìn)行模擬計(jì)算，利用“tray sizing”功能還能對(duì)模型進(jìn)行塔盤以及塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。1） 塔盤參數(shù)的設(shè)計(jì) 該塔從塔頂分出甲醇餾分，因甲醇的 餾分流量小，氣相負(fù)荷小，塔徑小，采用單流型篩板。 在“tray sizing”子目錄，再點(diǎn)擊“new”按鈕，創(chuàng)建一個(gè)塔板模擬對(duì)象，點(diǎn)擊“ok”。  在“specification”頁(yè)面，根據(jù)精餾塔的實(shí)際塔板數(shù)，扣去冷凝器和再沸器兩塊板，從第2 板到第30板

27、計(jì)算塔板性質(zhì)。選擇sieve（篩板塔）。在下圖中，設(shè)置塔板間距0.45m。 然后點(diǎn)擊運(yùn)行，觀察計(jì)算結(jié)果。在“blocks-tray sizing”子目錄的“results”頁(yè)面?？梢圆榭此P直徑為1.060米，堰長(zhǎng)為0.7704米，。在“profiles”頁(yè)面，列出了各塔板降液管上的截面積數(shù)據(jù)：表4.降液管數(shù)據(jù)stagediametertotal areaactive area per panelside downcomer area metersqmsqmsqm21.060266740.882917570.706334850.0882913731.057324020.8780233

28、80.70241950.0878019541.054143630.872749190.698200150.0872745351.050686130.867033510.69362760.0867029661.046908550.860810140.688648910.0860806271.042759140.854000040.683200840.0853996181.038182710.846520460.677217180.0846516591.033119180.838283140.670627330.08382792101.027506960.829200250.663361030.0

29、8291962111.021288130.81919340.655355560.08191893121.014418240.808209550.646568480.08082054131.006881780.796245240.636997050.0796241140.99871630.783383020.626707290.07833788150.99004220.769834370.615868520.07698293160.981094170.755981680.604786620.07559755170.972232780.742387070.593911180.07423796180

30、.965239670.731745750.585396950.0731744190.968763280.737097970.589678860.07370957200.961769890.726494340.581195960.0726492210.952850540.713081960.570466050.07130797220.941710570.696505850.557205160.06965035230.928368570.67690970.541528240.06769074240.913532110.65544690.524358020.06554446250.898928680

31、.634658860.507727590.06346565260.88693490.617836230.494269490.06178338270.879033380.606876910.485502040.06068745280.87467680.600876320.480701580.06008739290.872331960.597658980.478127710.05976565300.870933360.595744070.476595780.05957416310.804540580.508376880.40670190.0508375320.803107410.50656730.

32、405254230.05065654330.802106730.505305710.404244960.05053038340.801293750.504281910.403425920.050428向上圓整塔徑，取塔徑為1.1m塔截面積為精餾段實(shí)際空塔氣速提餾段實(shí)際空塔氣速3.2精餾塔有效高度計(jì)算35塊塔板，需要三個(gè)人孔，每個(gè)人孔高度為0.8m，則精餾塔有效高度為：3.3塔板主要工藝尺寸的計(jì)算3.3.1溢流裝置計(jì)算因塔徑d=1.1m，可選用單溢流弓形降液管，采用凹形受液盤。各計(jì)算如下。（1） 堰長(zhǎng)lw由aspen plus的計(jì)算結(jié)果可知，當(dāng)塔盤直徑為1.060m時(shí)，堰長(zhǎng)為0.7704m。取。

33、（2）溢流堰高度hw出口堰高：本設(shè)計(jì)采用平直堰，堰上液高度how按下式計(jì)算（近似取e=1）a.精餾段b.提餾段(3)弓形降液管的寬度和橫截面已知：，查圖5：得到：，則：驗(yàn)算降液管內(nèi)停留時(shí)間：精餾段：提餾段：停留時(shí)間 > 5s，故降液管可使用。(4)降液管底隙高度a.精餾段取降液管底隙流速u0=0.08m/s，則故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理。選用凹形受液盤，深度hw=50mmb.提餾段取降液管底隙流速u0=0.08m/s，則故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理。選用凹形受液盤，深度hw=50mm3.3.2 塔板布置（1）塔板的分塊本設(shè)計(jì)塔徑d=1.1m。采用分塊式塔板，以便通過人孔裝拆塔板。根據(jù)查表5，塔

34、板分3塊。表5.塔板分塊數(shù)塔徑/mm塔板分塊數(shù)80012003140016004180020005220024006（2）邊緣度寬度確定如圖是塔板的結(jié)構(gòu)示意圖：圖6.塔板的結(jié)構(gòu)示意圖取邊緣區(qū)寬度wc=0.035m，破沫區(qū)寬度ws=0.065m。（3） 開孔區(qū)面積計(jì)算開孔區(qū)面積aa按下式計(jì)算：其中（4）篩孔計(jì)算及其排列選用=2mm不銹鋼板，取篩孔直徑為d0=5mm篩孔按正三角形排列，取孔中心距篩孔數(shù)目開孔率為精餾段氣體通過篩孔的氣速提餾段氣體通過篩孔的氣速第四章 篩板流體力學(xué)驗(yàn)算4.1塔板校核核算“塔徑1m”時(shí)的壓降。點(diǎn)擊“blocks-tray rating”子目錄，再點(diǎn)擊“new”

35、按鈕，創(chuàng)建一個(gè)塔板模擬對(duì)象，點(diǎn)擊“ok”。在“specs”頁(yè)面，填入“塔徑1.1m”等數(shù)據(jù)。然后點(diǎn)擊運(yùn)行，觀察計(jì)算結(jié)果。在“blocks-b5-tray rating”子目錄的“results”頁(yè)面，可見塔徑1.1 m 時(shí)的最大液泛因子0.745（小于0.8）；全塔壓降15.24kpa，符合題目要求；最大降液管液位/板間距為0.3063（在0.20.5之間）3。塔板校核通過。在 “profiles”頁(yè)面，可看到各板上液泛因子、降液管流速、降液管持液量、壓降等數(shù)據(jù)。 表7.液泛因子表 stageflooding factordowncomer veloci

36、tydowncomer backupbackup / tray spacepressure dropdowncomer res. time m/secmeter kpasec20.744558 0.015145 0.137837 0.306305 0.557260 29.7127 30.740555 0.014995 0.137338 0.305195 0.554732 30.0092 40.736253 0.014823 0.136788 0.303973 0.552042 30.3587 50.731601 0.014624 0.136181 0.302624 0.549172 30.77

37、13 60.726544 0.014396 0.135509 0.301131 0.546107 31.2591 70.721022 0.014134 0.134763 0.299474 0.542832 31.8371 80.714966 0.013836 0.133935 0.297634 0.539338 32.5233 90.708303 0.013498 0.133016 0.295592 0.535626 33.3393 100.700962 0.013115 0.131998 0.293330 0.531708 34.3111 110.692876 0.012687 0.1308

38、75 0.290834 0.527617 35.4686 120.684000 0.012213 0.129646 0.288102 0.523413 36.8453 130.674327 0.011696 0.128314 0.285141 0.519193 38.4751 140.663916 0.011142 0.126894 0.281986 0.515094 40.3860 150.652935 0.010566 0.125415 0.278700 0.511292 42.5875 160.641687 0.009988 0.123925 0.275388 0.507977 45.0

39、520 170.630626 0.009435 0.122486 0.272191 0.505306 47.6924 180.622024 0.008938 0.121270 0.269489 0.504128 50.3494 190.624953 0.030508 0.135889 0.301976 0.542392 14.7503 200.616190 0.029962 0.134819 0.299598 0.538299 15.0193 210.605095 0.029237 0.133448 0.296550 0.533342 15.3917 220.591366 0.028305 0

40、.131742 0.292761 0.527585 15.8982 230.575111 0.027165 0.129724 0.288276 0.521358 16.5655 240.557276 0.025869 0.127511 0.283358 0.515338 17.3951 250.539967 0.024556 0.125348 0.278551 0.510439 18.3253 260.525929 0.023427 0.123552 0.274561 0.507316 19.2087 270.516763 0.022632 0.122327 0.271839 0.505835

41、 19.8830 280.511736 0.022171 0.121629 0.270286 0.505265 20.2966 290.509041 0.021938 0.121270 0.269489 0.504987 20.5121 300.507441 0.021829 0.121090 0.269089 0.504749 20.6146 4.2塔板壓降4.2.1干板阻力hc計(jì)算干板阻力計(jì)算式：由d0/=5/2=2.5，查干篩孔的流量系數(shù)圖圖7.篩孔的流量系數(shù)圖得到c0=0.735a.精餾段b.提餾段4.2.2 氣體通過液層的阻力hl計(jì)算計(jì)算：hl=×hla.精餾段查圖8圖8.

42、充氣系數(shù)關(guān)聯(lián)圖得=0.56。故b.提餾段查圖7，得=0.61。故4.2.3液體表面張力的阻力計(jì)算a.精餾段液體表面張力所產(chǎn)生的阻力h：氣體通過每層塔板的也柱高度hp可按下式計(jì)算氣體通過每層塔板的液柱高度hp按下式計(jì)算（設(shè)計(jì)允許值）b.提餾段液體表面張力所產(chǎn)生的阻力h：氣體通過每層塔板的也柱高度hp可按下式計(jì)算氣體通過每層塔板的液柱高度hp按下式計(jì)算（設(shè)計(jì)允許值）4.3液面落差對(duì)于篩板塔，液面落差很小，且本塔的塔徑和液流量不大，故可以忽略液面落差的影響。4.4液沫夾帶液沫夾帶量計(jì)算：a.精餾段b.提餾段故本設(shè)計(jì)液沫夾帶量ev在允許范圍內(nèi)。4.5漏液對(duì)篩板塔，漏液點(diǎn)氣速u0,min可由下式計(jì)算a.

43、精餾段實(shí)際孔速u0=22.72m/s>u0,min，則穩(wěn)定系數(shù)b.提餾段實(shí)際孔速u0=20.99m/s>u0,min，則穩(wěn)定系數(shù)故本設(shè)計(jì)中無明顯漏液。4.6液泛為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高h(yuǎn)d應(yīng)服從下式關(guān)系其中甲醇-水物系屬一般物系，取=0.5a.精餾段b.提餾段，故本設(shè)計(jì)中不會(huì)發(fā)生液泛。第五章 塔板負(fù)荷性能圖5.1漏液線由，a.精餾段化簡(jiǎn)得到：b.提餾段化簡(jiǎn)得到：5.2液沫夾帶線以ev=0.1kg液/kg氣為限，求vs-ls關(guān)系a.精餾段由，整理得b.提餾段，整理得5.3液相負(fù)荷下限對(duì)于平直堰，取堰上液層高度how=0.006m作為最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)。，取e=15.4液相負(fù)荷

44、上限以=4s作為液體在降液管中停留時(shí)間的下限，5.5液泛線計(jì)算：忽略，將各個(gè)關(guān)系式代入，整理得：其中：a.精餾段，b.提餾段，根據(jù)以上計(jì)算，用幾何畫板軟件，分別畫精餾段和提餾段的篩板塔負(fù)荷性能圖。結(jié)果如圖9和圖10。由圖看出，該篩板的操作上限液沫夾帶線控制，下限由液相負(fù)荷下限控制。a.精餾段查圖可得：，故操作彈性為：b.提餾段圖9.精餾段塔板負(fù)荷圖圖10.提餾段塔板負(fù)荷圖第六章 塔換熱器設(shè)計(jì)6.1原料預(yù)熱器設(shè)計(jì)根據(jù)2.7 節(jié)工藝計(jì)算結(jié)果，對(duì)精餾塔的進(jìn)料前換熱器進(jìn)行設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算，為一步嚴(yán)格計(jì)算提供數(shù)據(jù)。在aspen工作界面選擇heatx模塊，物流交換如下圖所示：圖11 原料進(jìn)料換熱器設(shè)

45、計(jì)模塊1） 進(jìn)行預(yù)熱器的簡(jiǎn)捷計(jì)算。  首先添加換熱介質(zhì)水到計(jì)算系統(tǒng)中。添加進(jìn)口物流性質(zhì)。加入塔頂進(jìn)入冷凝器蒸汽性質(zhì)。由“streams- specifications”中填寫如下數(shù)據(jù)：熱水流量暫時(shí)寫作300kmol/h，然后用 “design-spec”功能求取準(zhǔn)確值。在“blocks-setup”子目錄，有4 個(gè)頁(yè)面，只需要填寫“specifications”頁(yè)面。規(guī)定進(jìn)料物流換熱后的溫度達(dá)到進(jìn)入精餾塔的為泡點(diǎn)。模擬計(jì)算運(yùn)行并查看結(jié)果。在“blocks-thermal results”子目錄有5 個(gè)頁(yè)面。在“summry”頁(yè)面可看到

46、兩流體進(jìn)、出口的性質(zhì)參數(shù)，其中高溫蒸汽出口溫度變?yōu)?8.1。 在“exchanger details”頁(yè)面，可看到熱負(fù)荷139.68kw、需要的換熱面積125.66m2、傳熱系數(shù) 624.03kcal/ hr-sqm-k、傳熱溫差42.5等數(shù)據(jù)。 由上述結(jié)果給出熱負(fù)荷431.74kw、需要換熱面積16m2、總傳熱系數(shù)0.85kj/s·m2·k、傳熱溫差等31.7等數(shù)據(jù)，選擇浮頭式換熱器。6.2 冷凝器的選擇輸入冷卻水物流信息輸入塔頂物料信息設(shè)置目標(biāo)運(yùn)行，查看結(jié)果查看換熱器面積為90m2。 選擇浮頭式換熱器。6.3 再沸器的選

47、擇輸入塔底物料信息選用200的飽和水蒸氣加熱設(shè)定目標(biāo)查看結(jié)果查看換熱器面積為27.04m2，選擇釜式換熱器，型號(hào)：g·ch800-6-70第七章 塔附件設(shè)計(jì)7.1接管7.1.1進(jìn)料管進(jìn)料管的結(jié)構(gòu)類型很多，有直管進(jìn)料管、彎管進(jìn)料管、t型進(jìn)料管等本設(shè)計(jì)采用直管進(jìn)料管。管徑計(jì)算如下： 取uf=0.8m/s，f=816.42kg/m3 查標(biāo)準(zhǔn)系列選取70×47.1.2回流管查表取70×47.1.3塔底出料管查表取60×47.1.4 塔頂蒸汽出料管直管出氣，取出口氣速u=20m/s，則查表取355×97.1.5塔底進(jìn)氣管采用直管，取出口氣速u=15m/s

48、，則查表取325×97.1.6法蘭由于常壓操作，所有法蘭均采用標(biāo)準(zhǔn)管法蘭，平焊法蘭，由于不同的公稱直徑，選用相應(yīng)法蘭。（1）進(jìn)料管接管法蘭：pg6dg60hg5010-58（2）回流管接管法蘭：pg6dg60hg5010-58（3）塔底出料管法蘭：pg6dg50hg5010-58（4）塔頂蒸汽管法蘭：pg6dg300hg5010-58（5）塔釜蒸汽管法蘭：pg6dg350hg5010-587.2筒體與封頭7.2.1筒體，所以，壁厚選5mm，材料選用a3f7.2.2封頭封頭分為橢圓形、蝶形封頭等幾種，本設(shè)計(jì)采用橢圓形封頭，由公稱直徑dg=1100mm，查得曲面高度h1=450mm，直邊

49、高度h0=40mm，內(nèi)表面積f=3.73m2，容積v=0.866m3。選用封頭dg1800×6，jb1154-73。7.3除沫器在空塔氣速較大，塔頂帶液現(xiàn)象嚴(yán)重，以及工藝過程中不許出塔氣速夾帶霧滴的情況下，設(shè)置除沫器，以減少液體夾帶損失，確保氣體純度，保證后續(xù)設(shè)備的正常操作。本設(shè)計(jì)采用絲網(wǎng)除沫器，其具有比表面積大、重量輕、空隙大及使用方便等優(yōu)點(diǎn)。設(shè)計(jì)氣速選?。合禂?shù)k，=0.107除沫器直徑：選取不銹鋼除沫器，類型：標(biāo)準(zhǔn)型；規(guī)格：20-50；材料：不銹鋼鋼絲（0cr18ni9）；絲網(wǎng)尺寸：圓絲0.23。7.4裙座塔底常用裙座支持，裙座的結(jié)構(gòu)性能好，連接處產(chǎn)生的局部阻力小，所以它是塔設(shè)備

50、的主要支座形式，為了制作方便，一般采用圓筒形。裙座壁厚取16mm。基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)徑：基礎(chǔ)環(huán)外徑圓整：dbi=900mm，dbo=1600mm；基礎(chǔ)環(huán)厚度，考慮到腐蝕余量取18mm；再考慮到再沸器，裙座高度取3m，地角螺旋直徑取m30。7.5吊柱對(duì)于較高的室外無框架的整體塔，在塔頂設(shè)置吊柱，對(duì)于補(bǔ)充和更換填料、安裝和拆卸內(nèi)件，既經(jīng)濟(jì)又方便，一般取高度15m以上的塔物設(shè)吊柱，本設(shè)計(jì)中塔高度大，以此設(shè)吊柱。因設(shè)計(jì)塔徑為1000mm,可選用吊柱500kg。s=1000mm,l=3400mm,h=1000mm。材料為a3。7.6人孔人孔是安裝或檢修人員進(jìn)出塔的唯一通道，人孔的設(shè)置應(yīng)便于進(jìn)入任何一層塔板，由于設(shè)置人孔處塔間距大，且人孔設(shè)備過多會(huì)使制造時(shí)塔體的彎曲度難以達(dá)到要求，一般每隔10-20塊塔板才設(shè)一個(gè)人孔，本塔中共35塊板，需設(shè)置3個(gè)人孔，每個(gè)孔直徑為450mm，在設(shè)置人孔處，板間距為800mm，裙座上應(yīng)開2個(gè)人孔，直徑為600mm，人孔伸入塔內(nèi)部應(yīng)與塔內(nèi)壁修平，其邊緣需倒棱和磨圓，人孔法蘭的密封面形狀及墊片用材，一般與塔的接管法蘭相同，本設(shè)計(jì)也是如此。第八章 塔總體高度的設(shè)計(jì)8.1塔的頂部空間高度塔的