乙二醇溶剂汽提塔设计综述.docx
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乙二醇溶剂汽提塔设计综述
乙二醇溶剂汽提塔设计
.1原始材料
.1.1汽提塔进出物料情况
序号
进料(kg/h)
出料(kg/h)
1
混合溶剂(
131℃)
3604.28
混合溶剂(
140℃)
3591.54
2
其中:
R-COONH
4
124.42
其中:
R-COOH
116.78
NH3
5.1
NH3
0
乙二醇
3472
乙二醇
3472
柴油
2.76
柴油
2.76
3
变换气
(100℃)
20
变换气
(130℃)
32.74
N2
20
N2
20
NH3
12.74
合计
3624.28
3624.28
表4.1汽提塔进出物料表
1.2汽提塔热负荷
Q109367kJ/h
.1.3操作压力
P=0.15Mpa(表压)
2汽提塔设计计算
.2.1试选传热系数初始值针对本设计中汽提塔的进出物料情况和温度、压力等参数,根据经验确定汽提塔传热系数的初始值K初620kJ/m2Ch。
2.2汽提塔尺寸的确定
管外以0.9MPa(表)饱和蒸汽加热,蒸汽温度为180℃蒸汽和混合溶剂的平均温差△t1为:
蒸汽:
180℃180℃
溶剂:
131℃140℃
t1
180140180131
180140ln
180131
42.4C
蒸汽和管内汽提温差t2为:
蒸汽:
180℃180℃
气体:
130℃100℃
180100180130
t266.7C2180100
ln
180130
总的平均温差△tm应以蒸汽和混合溶剂的平均温差为主,也要考虑蒸汽和管内气体间的平均温差,由下式计算:
tm0.9t10.1t20.942.40.166.746.5C
再估算传热面积:
传热面积估算后,进而对汽提塔降膜换热管尺寸的计算。
降膜换热管管径不宜太小,以免管数太多,导致布膜复杂且不匀,根据生产能力,选用材质为Cr17Mn14Mo2N的Φ19×。
2由于液膜的传热阻力集中在靠近管壁边界层中形成这种边界层“成膜”需要一段膜的流过长度,称为热力人口端长度。
在热力入口端长度内(一般为0.4~0.8米),膜较厚,流速低,给热系数小,因此,管长以3米以上为宜。
只要液膜分布器结构能确保布膜均匀,降膜管的长径比H/d可达200,故选管长H为3米的一段结构,保证传质传热在良好情况下进行,并尽量减少混合溶剂在塔内的停留时间。
理论管数nF初3.7926.827根
dH0.0153
选用正三角形排列,管心距为25mm,查得管层数为7,总管数为37,去拉杆、排污管7根,实有管数30根。
塔径D的计算:
降膜管的管径、管长及管数估算后,即可得到塔径。
管子采用焊接,取t25mm(管心距)。
Db1t3d0710.02530.0190.207m
其中b为中心管数。
圆整得塔径为250mm,取管板径为245mm
.3传质过程计算主要计算列管内气速是否达到液泛速度,液体润湿率是否低于最小润湿率。
.3.1列管内气速
在气体流人点:
气体流量为20kg/h,温度为100℃,操作压力1.5atm(表)
在气体流出点:
气体流量为32.74kg/h,温度为130℃,操作压力1.5atm(表)
2V219.351.69米/秒
22
d2n36000.0152303600
44
平均值:
m12/20.381.69/21.04米/秒
.3.2流体周边流量
W4RedneL
液体物性参数采用在液膜温度下之值在液体流入点:
WL13604.28kg/h
混合溶剂的粘度取乙二醇之值
L15.94kg/mh
在液体流出点:
WL23591.54kg/h
L25.29kg/mh
1921
平均值
WLmWL1WL2/23604.283591.54/23597.91kg/h
WLm3597.912545kg/mh
dn0.01530
LmL1L2/25.945.29/25.62kg/mh
3.3液膜厚度在液体流入点,Re117172100,采用下式计算13L3gLLGSin液体物性参数采用液体流人点液膜温度下之值,(前面已出现过的,不再列出—下同)。
L11032kg/m3G21.692kg/m3
Sin1(垂直管)g1.27108米/小时2
133
13L11gL1L1G2Sin
在有气体逆流扫过时,液膜厚度增大,'/1.1,取'/1.1
'1.111.17.01047.7104m液体平均膜厚,由于ReLm18132100,采用下式计算:
3Lmm
gLmLmGmSin
液体物性参数采用液体流入点和流出点物性参数之算术平均值。
Lm1030kg/m3
Gm1.99kg/m3
4
6.810m
35.622545
Gm
8
1.27108103010301.991
同样,在有气体逆流扫过时,取/1.1
m1.1m1.16.8107.510m
3.4液泛速度计算
由于气体流出点,即液体流人点的气速为最大值,液泛速度计算应以此点为
依据。
液体开始溢出时的关联式为:
液体各特性参数采用流人点液膜温度下之数值,气体各物性参数采用流出点之值。
混合溶剂的表面张力,取乙二醇液之值。
L138.3达因/厘米38.31.021043.9103kg/m气体粘度用平方根规律求得
G20.0641kg/mh代入上式,得:
G
0.043
L因液体流人管子处的热力人口端长度内膜较厚,计算液体重量流速时的膜厚采用正常成膜厚度的两倍。
'27.710420.00153m
WL1
Ldn
3604.28
0.0150.001530.0015330
2
1855478.8kg/m2h
2
G0.043L0.0431855478.879792.1kg/m2h
79792.1
液泛
13.1m/sG236001.6923600
21.01m/s液泛,管内气速在允许范围之内
3.5液体最小润湿率计算由于液体流出点,即气体流人点的液体润湿率为最小植,核算液体润湿率应以此点为依据,最小润湿率由下式求得:
3qminL1.21061.69LL
Lg106
各物性参数采用液体流出点之值:
L237.8达因/厘米37.81.021043.86103kg/m
L20.5达因/厘米0.51.021045105
/m
1.21061.693.86103510510281.27108
35.29106
液体在流出点的实际润湿率为:
q2qmin,液体润湿率在正常范围之内。
3.6液膜停留时间和液膜平均速度在液体周边流量变化时,液膜在管内停留时间为:
111
33gLL31323H(小时)
g12
L、L采用液体流人点和流出点的算术平均值,周边流量1、2分别采
用液体流入点和流出点之值。
111
35.615103032549.532540.53
383
1.271082549.52540.5
8.3104h3.0s
液膜平均速度:
H3
Um43619.3m/h1.0m/s
m8.3104
.4复核传热系数
管外为0.9MPa(表)之饱和燕汽,蒸汽冷凝用量W水蒸汽:
水0.53kg/mh
Re4水蒸汽438.40290
e水0.53
管外蒸汽冷凝时的给热系数
由于Re2100,采用下式计算1
1
11.5Re3
水2
同样,物性参数在液膜温度下求取。
1.25(垂直管上冷凝)
2.423kJ/mhC水882.3kg/m3
管内液体沿垂直壁面成膜下流时的给热系数
ReLm18132100,给热系数关联式如下:
2
CpLm3
pLm3.16
液体各物性参数采用流人点和流出点液膜物性参数之算术平均值。
Cp2.97kJ/kgC
0.879kJ/mhC
3.16
7.510434254532.9725445
2
1894kJ/m2hC
35.627.5104
2
2.975.623
0.879
管外蒸汽热阻R1,取0.0001m2hC/kJ液膜产生的气泡热阻R2,取0.0001m2hC/kJ不锈钢的导热系数1,取60kJ/mhC总传热系数:
K计
2
619.4kJ/m2hC
前面计算过tm46.5C
Q
K计tm
109367
619.446.5
2
3.80m2
增加10%的设计裕量后为4.18m2实际传热面积复核:
30根192不锈钢管长3米。
由于12,传热面积以内壁计
2F实dnH0.0153034.24m2
5精度计算
K初K计
620619.4
K初
620
0.1%
由精度计算结果可知,满足了设计要求,故汽提塔塔径为250mm
.6塔体及裙座设计计算
6.1塔壁厚的确定
根据选材分析,本汽提塔选用Q235-A钢材来制作塔体和封头壁厚根据下式计算:
iC1C2
2P
式中:
D—汽提塔的内径,为250mm;
—焊缝系数(双面对接焊,100%无损探伤),取1.0;
C1—钢板负偏差,取C10.8mm;
C2—腐蚀裕量,取C23.0mm;
—许用应力,取105MPa。
于是:
12500.83.05.0mm
21051.01
6.2封头的选择由于Di250mm,选择椭圆型封头DAN25010Q235AJB/TG737,
封头高度为h162.5mm
直边高度h225mm,取壁厚d10mm.6.3塔高的计算
塔的底部空间高度是指塔底封头直边到下塔盘的高度为H2,因为塔底空间具有中间储槽作用,由于RCOOH具有酸性易腐蚀设备,停留时间不宜过长,故这里取1.5分钟,所以:
1.5
V釜液
m釜液
3591.54
600.087m3
1028
塔的顶部空间高度是指上塔盘到塔顶封头直边的高度为H2,为了减少塔顶
出口气体中夹带的液体量,顶部空间一般去1.2~1.5m,故这里取塔顶高度H3=1.5m,裙座高度H1=2.5m。
总塔高为:
H总HH1H2H3h132.51.81.50.06258.8625m
.6.4塔设备的稳定计算
(1)风载荷
风载荷是安装在室外的塔设备的基本载荷之一,塔除了使塔体产生应力而外,还会使塔体产生方向与风向相同的顺风向振动和垂直于风向的横风向振动,振动的结果使塔设备产生挠度,过大的应力会造成塔体的强度和稳定失效,过大的挠度不仅会使塔的分离效果降低,也会使塔的偏心矩增加。
若产生共振,还可能导致塔体的破坏。
因此,不可忽视风载荷的作用。
由当地最大风力12级,查得风速32.6m/s,风压P2254Pa,塔高为6.995m。
风载荷FK1K2PfiHD
式中:
K1—体型系数,表示稳定风压在设备上的分布情况,它与设备的形状有关。
在塔设备计算中,通常取0.7。
K2—塔器各计算段的风振系数,与风压脉动和塔体特征有关,通常当塔高
H20m时,取K21.70。
fi—风压高度变化系数,这里取fi0.71
所以
FK1K2PfiHD0.71.7022540.718.86250.254220N塔底部截面的最大弯矩:
①风弯矩:
H8.86254
MWF42201.87104Nm22
②偏心弯矩:
塔设备在使用中,有时要承受偏心载荷,故应考虑偏心载荷在塔设备上引起的偏心弯矩。
Nmm
Memege在本设计中认为偏心弯矩很小,所以忽略不计
MmaxMW1.87104Nm
.7裙座设计
1、裙座高度:
H12.5m,厚度d10mm,直径:
D250mm。
2、裙座手孔:
DN=200
3、基础环:
基础环压在混凝土基础之上,其结构尺寸的确定应考虑到地脚螺栓的位置及基础混凝土的抗压强度。
混凝土基础上的最大压应力考虑正常操作
与水压试验两种状态,取其较大者
基础环的内、
外径使用下列公式选取:
DoD160~400mm
DiD160~400mm
所以基础环的实际受力面积为:
222222
S环Do2Di24502502157080m20.157m2
44
基础环的厚度计算:
本基础环采用有筋板设计,故:
其中:
b—基础环材料的许用应力,对于Q235-A钢材b147MPa。
圆整得b28mm
4、地脚螺栓的确定塔设备必须用地脚螺栓牢牢地固定在基础上,以防在风、地震等载荷的作用下使其翻到。
塔设备的基础环在轴向载荷和组合弯矩的作用下,在迎风侧的地脚螺栓中可能出现拉应力,背风出现压应力,拉应力通过地脚螺栓传递给基础。
因此,地脚螺栓必须有足够的强度。
基础环截面系数:
450508.9106mm38.9103m3
32450
地脚落地受的最大拉应力:
18.7106
31.97106Pa1.97MPa
8.9103
当B0时,塔设备必须设置地脚螺栓。
地脚螺栓的螺纹小径可按下式计算:
di
4BS环
式中:
di—地脚螺栓螺纹小径,mm;
C2—地脚螺栓腐蚀裕量,取C2=3mm;n—地脚螺栓个数,对小直径塔器可取n6;
bt—地脚螺栓材料的许用应力MPa。
圆整后地脚螺栓的公称直径不得小于M24。
地脚螺栓材料选用Q235-A。
圆整后地脚螺栓的公称直径为M27
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