第6章_Hysys在化工设备设计中的应用.ppt
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1、第6章 Hysys在化工设备设计中的应用,-精馏塔水力学计算,一、塔设备的一般要求 工艺性能好; 生产能力大; 操作稳定性好; 能量消耗少 结构合理; 选材要合理; 安全可靠。,第一节 塔设备的应用及类型,塔设备的分类 按操作压力分:常压塔、减压塔、加压塔 按生产单元分:吸收塔、精馏塔、萃取塔、干燥塔、 洗涤塔 按塔的内件结构分:板式塔、填料塔 板式塔 内部有一定数量的塔盘,气体自塔底向上以鼓泡喷射的形式穿过塔盘上的液层,使气液两相充分接触,进行传质。气液两相的组份浓度呈阶梯式变化。 填料塔 内部填有一定高度的填料,液体自塔的上部沿填料表面向下流动,气体作为连续相自塔底向上流动,与液体进行逆流
2、传质。气液两相的组份浓度沿塔高连续变化。,板式塔结构,填料塔结构,二 板式塔,板式塔塔盘的形式及特点 板式塔塔盘的形式 泡罩形、浮阀形、筛板形、舌形、浮动喷射形 泡罩塔盘(Bubble Cap),泡罩塔盘 1升气管;2泡罩;3塔盘板, 浮阀塔盘(Valve),浮阀塔盘气液接触状况,筛板塔盘,Dual Flow Tray,筛板塔盘示意图,舌形和浮舌塔盘,塔板的比较,塔板性能比较,成本,泡罩板,1.0,1.0,10100,高,复杂,筛板,1.21.4,1.1,35100,低,简单,浮阀板,1.21.3,1.11.2,10100,中,一般,舌型塔板,1.31.5,01.1,50100,低,最简单,斜
3、孔板,1.51.8,1.1,30100,低,简单,各种塔板的优点及适用范围,适用范围,泡罩板,较成熟,操 作范围宽,结构复杂,阻力大,生产能力低,浮阀板,效率高,操 作范围宽,采用不锈钢,浮阀易脱落,筛板,效率较高, 成本低,安装要求水平,易堵,操作范围窄,舌型板,结构简单,生产能力大,操作范围窄,效率较低,斜孔板,生产能力大,效率高,操作范围比浮阀塔和泡罩塔窄,塔板上的异常操作现象,1)漏液,漏液,两相在塔板上的接触时间,板效率,控制:漏液量不大于液体流量的10%。,漏液气速:,漏液量达到10%的气体速度。,板式塔操作的气速下限,原因:,气速太小、板面上液面落差引起的气流分布不均匀,2)液沫
4、夹带,影响因素 空塔气速:空塔气速减小,液沫夹带量减小 塔板间距:板间距增大,液沫夹带量减小,现象:,液滴随气体进入上层塔板。,后果:,过量液沫夹带,造成液相在板间的返混,板效率下降,控制:,液沫夹带量eV0.1kg(液)/kg(气)。,3)液泛,夹带液泛,降液管液泛,原因:,气液两相流速过大,影响因素:,流量、塔板结构,板间距大,液泛速度高,塔板效率,1、塔板效率的表示法,1)总板效率ET( 全塔效率),达到指定分离效果所需理论板层数与实际板层数的比值。,简单地反映了整个塔内的平均传质效果。,2)单板效率EM(默弗里效率 ),直接反映该层塔板的传质效果,3)点效率EO,试比较点效率与单板效率
5、、全塔效率,2、塔板效率的估算,1)影响塔板效率的因素,a)物系性质:粘度、密度、表面张力及相对挥发度等。 b)塔板结构:塔径、板间距、堰高及开孔率等。 c)操作条件:温度、压强、气体上升速度及气液流量比。,2)板效率的估算,注意公式适用条件,Overall Tray Efficiencies,三、填料塔,填料及支承结构 填料的种类 散装填料 规整填料 格栅填料,散堆填料,规整填料,第二节 Hysys板式塔设计 -水力学计算,降液管,受液区,溢流堰,溢流堰,俯视图,Down Comer,Weir,Hole,Calming Zone,板式塔设计,设计内容: 塔高 塔径 溢流装置的结构与尺寸 确定
6、塔板板面布置 塔板的校核 绘制负荷性能图 (沈复教授提出,国内广泛使用),填料塔设计,设计内容: 塔高 塔径 填料类型 填料段总高度 填料段分段高度 气体分布器/液体分布器 水力学核算 泛点率 液体喷淋密度,塔设计,1塔高的计算 N实实际塔板数; 板间距,塔设计,板间距的确定 板间距的数值大都是经验值。在决定板间距时还应考虑安装检修的需要,例如在塔体的人孔手孔处应留有足够的工作空间。在设计时可参考下表选取。 表 不同塔径的板间距参考值 塔顶空间高度是指塔顶第一块塔板到顶部封头切线的距离。为了减少出口气体中夹带的液体量,这段高度常大于一般塔板间距,通常取 1.21.3米。 当再沸器在塔外时,塔底
7、空间高度是指最末一块塔板到塔底封头切线的距离。液体自离开最末一块塔板至流出塔外,需要有1015分钟的停留时间,据此由釜液流量和塔径即可求出此高度。,塔设计,2塔径的计算 根据圆管内流量公式,塔径可表示为 式中 塔径,m; 塔内汽相流量,m3/s; 空塔汽速,m/s。 显然,计算塔径的关键在于确定适宜的空塔汽速,所谓空塔汽速是指汽相通过塔整个截面时的速度。设计时,一般依据产生严重液沫夹带时的汽速来确定,该汽速称为极限空塔汽速,用 表示。,塔设计,式中: C 汽相负荷因子,m/s。 L,V 液、汽相密度,m3。 塔径圆整: 0.3,0.4,0.5,0.6、0.7、0.8、1.0、1.2、1.4、1
8、.6,Hysys水力学设计与核算,Tray Sizing 塔板尺寸工具可以对收敛塔进行部分或全部的设计和确定尺寸计算。可以指定塔内填料或塔板信息,入板直径、填料尺寸、设计溢流和压降参数。结果包括塔径、压降、溢流、塔板直径等。,Hysys水力学设计与核算,ToolUtilitiesTray SizingAdd Utility,Hysys水力学设计与核算,选择塔,可增加多个塔段(Tray Section)分别设计,Weir,DC Clearance,Specs Page页面,物性计算来源,Tray Sizing可用的参数配置,设计参数(Design Parameters),Tray Sizing可
9、用的参数配置,塔板配置参数(Tray Configuration Parameters),液流通道数(Number of Flow Paths) 通常使用多路塔板可以得到较小的塔直径。流程越多,在塔板上安装的浮阀和筛孔的数量就越少。这样会导致压降增加,降液管承受量增加,塔板效率降低,液流通道,塔段直径(Section Diameter) 根据指定的流程数量显示塔段的直径。 塔板属性(Tray for Properties) 仅在核算(Rating)模式下可用。可以指定计算塔属性使用到的塔板 塔板间距(Tray Spacing) 塔板间距是指两个塔板之间垂直距离:,浮阀和塔板的材料厚度 (Val
10、ve and Tray Material Thickness) 材料厚度通常用标准度量(gauge)来描述 标准度量(gauge)和英寸(inches)换算,起泡因子(Foaming Factor) 气泡因子是度量系统的气泡趋势。气泡因子越小会导致的塔板效率越低和要求的塔直径越大,常见系统起泡因子,常见系统起泡因子,最大压降(Maximum Pressure Drop) 每个塔板允许的最大压降可以按液体高度输入。如果不指定,使用默认的液体最大高度是4 英寸。对于填料(Packed)塔板,参数是每高度填料的压降。默认参数是每英尺填料为0.5 英寸的水柱 最大液泛率(Maximum Floodin
11、g) 塔的尺寸是按照整齐和液体通道来给定的。塔的溢流在任何塔板不能超过这个参数。正常情况下推荐最大值是85%,真空和低压降情况下推荐77%。这些值产生大约10%夹带。直径36 英寸以下要使用65%75%的溢流参数。可以指定更低的值,例如需要增加容量时,如果不指定该值,平孔板的最大溢流值是85%,文丘里孔板的溢流最大值是77%。,填料相关性(Packing Correlation) 默认选择是 Robbins 相关性,它能较好地来预测压降和流体储液面。特别是使用的新填料材料。 只有在负荷20000(流体负荷9200lb/hr.ft2)。当塔操作高于该范围时选择SLE(Sherwood-Leva-
12、Eckert)相关性。 填料相关性(Packing Correlation)、等板高度(HETP)和填料类型(Packing Type)只有在填料塔时才有效。 填料塔信息可以有上面三个参数指定。除了填料类型和填料塔板直径外,所有填料参数都是默认值。 最大液泛率(Maximum Flooding) 塔的尺寸是按照整齐和液体通道来给定的。塔的溢流在任何塔板不能超过这个参数。正常情况下推荐最大值是85%,真空和低压降情况下推荐77%。这些值产生大约10%的夹带。直径36 英寸一下要使用65-%75%的溢流参数。可以指定更低的值,例如需要增加容量时,如果不指定该值,平孔板的最大溢流值是85%,文丘里孔
13、板的溢流最大值是77%。 等板高度(HETP) 高度系数 HETP 与填料塔和板式塔相关。该值参考填充的高度等价于理论塔板。对于设计,最精确的HETP 系数是填料的厂商公布的,填料类型(Packing Type),金属(M)、塑料(P)、陶瓷(C)、金属规整填料(S),筛板塔溢流方法(Sieve Tray Flooding Method) 最小 Csb(Minimum Csb) 初始 Csb(Original Csb) 完全修改后的 Csb(Fairs Modified Csb) 塔板内件页面(Tray Internals Page) 筛板塔板参数(Sieve Tray Parameters)
14、 孔距(Hole Pitch),1.55倍孔直径以内。默认0.5 英寸 孔直径(Hole Diameter),默认值 0.187 英寸 浮阀塔板参数(Valve Tray Parameters,默认) 浮阀材料密度(Valve Material Density),塔板内件页面(Tray Internals Page) 浮阀塔板参数(Valve Tray Parameters,默认) 浮阀材料密度(Valve Material Density) 孔面积(Hole Area),浮阀默认值是15.3%, 浮阀孔板类型(Valve Orifice Type) 垂直(Straight) 文丘里(Vent
15、uri) 液泛计算方法(Design Manual for Flooding Calculations) Glitsch Koch Nutter),塔板内件页面(Tray Internals Page) 泡罩塔板(Bubble Cap Trays) 泡罩槽高度(Bubble Cap Slot Height),默认槽高度是1.0 英寸,塔板公用参数(Common Tray Parameters) 侧堰类型(Side Weir Type) 垂直(straight) 减压(relief) 溢流堰高度(Weir Height) 默认值为2 英寸,塔板公用参数(Common Tray Parameter
16、s) 溢流堰最大允许负荷(Maximum Allowable Weir Loading) 一般值为60-120 USGPM/ft 0.7451.49 m3/(m.h) 增加液流通道或安装溢流围堰可以减少围堰负载 围堰负载可以达到240 USGPM/ft 2.98 m3/(m.h) 默认值是120 USGPM/ft 1.49 m3/(m.h),塔板公用参数(Common Tray Parameters) 降液管类型(Downcomer Type) 垂直(vertical),默认 倾斜(sloped) (倾斜的降液管在底端宽度比较狭窄。塔板有更多有效面积和更多阀,低压降) 降液管底部间隙(Down
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