新编第6章Hysys在化工设备设计中的应用课件.ppt

第第6章章 Hysys在化工设备设计在化工设备设计中的应用中的应用-精馏塔水力学计算 一、塔设备的一般要求一、塔设备的一般要求 工艺性能好；工艺性能好；生产能力大；生产能力大；操作稳定性好；操作稳定性好；能量消耗少能量消耗少 结构合理；结构合理；选材要合理；选材要合理；安全可靠安全可靠第一节第一节 塔设备的应用及类型塔设备的应用及类型塔设备的分类塔设备的分类 按操作压力分按操作压力分：常压塔、减压塔、加压塔：常压塔、减压塔、加压塔 按生产单元分按生产单元分：吸收塔、精馏塔、萃取塔、：吸收塔、精馏塔、萃取塔、干燥塔、干燥塔、洗涤塔洗涤塔 按塔的内件结构分按塔的内件结构分：板式塔、填料塔：板式塔、填料塔 板式塔板式塔 内部有一定数量的塔盘，气体自塔底向上以鼓泡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，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进行传质气液两相的组份浓度呈阶梯式变化填料塔填料塔 内部填有一定高度的填料，液体自塔的上部沿填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，料表面向下流动，气体作为连续相自塔底向上流动，与液体进行逆流传质。

气液两相的组份浓度沿塔高连与液体进行逆流传质气液两相的组份浓度沿塔高连续变化板式塔结构板式塔结构 填料塔结构填料塔结构二二 板式塔板式塔板式塔塔盘的形式及特点板式塔塔盘的形式及特点 板式塔塔盘的形式板式塔塔盘的形式 泡罩形、浮阀形、筛板形、舌形、浮动喷射形泡罩形、浮阀形、筛板形、舌形、浮动喷射形 泡罩塔盘（泡罩塔盘（Bubble Cap）泡罩塔盘泡罩塔盘1升气管；2泡罩；3塔盘板 浮阀塔盘（浮阀塔盘（Valve）浮阀塔盘气液接触状况浮阀塔盘气液接触状况 筛板塔盘筛板塔盘 Dual Flow Tray筛板塔盘示意图筛板塔盘示意图 舌形和浮舌塔盘舌形和浮舌塔盘 塔板的比较塔板的比较 塔板性能比较 塔板类型 相对生产能力 相 对板效率 操作范围 压强 降 结构成本 泡罩板 1.0 1.0 10100 高 复杂 1.0 筛板 1.21.4 1.1 35100 低 简单 0.40.5 浮阀板 1.21.3 1.11.2 10100 中 一般 0.70.8 舌型塔板 1.31.5 01.1 50100 低 最简单 0.50.6 斜孔板 1.51.8 1.1 30100 低 简单 0.5 各种塔板的优点及适用范围 优 点 缺 点 适用范围 塔板类型 泡罩板 较成熟，操 作范围宽 结构复杂，阻力大，生产能力低 某些要求弹性好 的特殊塔 浮阀板 效率高，操 作范围宽 采用不锈钢，浮阀易脱落 分离要求高,负荷变化大;原油常压分馏塔 筛板 效率较高，成本低 安装要求水平,易堵,操作范围窄 分离要求高,塔板较多;化工中丙烯塔 舌型板 结 构 简 单,生产能力大 操作范围窄，效率较低 分离要求较低的闪蒸塔 斜孔板 生 产 能 力大,效率高 操作范围比浮阀塔和泡罩塔窄 分离要求高，生产能力大 塔板上的异常操作现象塔板上的异常操作现象1）漏液）漏液漏液两相在塔板上的接触时间板效率控制：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：原因：气速太小、板面上液面落差引起的气流分布不均匀2）液沫夹带）液沫夹带影响因素影响因素空塔气速：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：现象：液滴随气体进入上层塔板后果：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：控制：液沫夹带量eV0.1kg(液)/kg(气)3）液泛）液泛液泛夹带液泛降液管液泛原因：原因：气液两相流速过大影响因素：影响因素：流量、塔板结构板间距大液泛速度高塔板效率塔板效率1、塔板效率的表示法、塔板效率的表示法 1）总板效率）总板效率ET(全塔效率）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）单板效率EM(默弗里效率默弗里效率)直接反映该层塔板的传质效果 3）点效率）点效率EO 试比较点效率与单板效率、全塔效率试比较点效率与单板效率、全塔效率2、塔板效率的估算、塔板效率的估算 1）影响塔板效率的因素）影响塔板效率的因素 a）物系性质：）物系性质：粘度、密度、表面张力及相对挥发度等b）塔板结构：塔板结构：塔径、板间距、堰高及开孔率等。

c）操作条件操作条件：温度、压强、气体上升速度及气液流量比2）板效率的估算）板效率的估算 注意公式适用条件Overall Tray EfficienciesCOLUMN TYPETYPICAL ACTUALTRAYSTYPICAL EFFICIENCY,%(THEOTICAL TRAYS)ABSORBER/STRIPPERSIDE STRIPPER(STEAM)SIDE STRIPPER(REB)REBOILED ABSORBERDEETHANIZERDEPROPANIZERDEBUTANIZERNAPHTHA SPLITTERC2 SPLITTERC3 SPLITTERC4 SPLITTERAMINE CONTACTORAMINE ABSORBERCRUDE COLUMN15 254 66 825 4030 3535 4038 4530 35110 130200 25070 8020 2420 2435 4520 30(2)(3 4)45 5565 7070 8085 9070 7595 10095 10085 90(4 5)(9 12)ABOUT 50 55三、填料塔三、填料塔填料及支承结构填料及支承结构 填料的种类填料的种类 散装填料散装填料 规整填料规整填料 格栅填料格栅填料 散堆填料散堆填料 规整填料规整填料 第二节第二节 HysysHysys板式塔设计板式塔设计-水力学计算水力学计算 降降液液管管受受液液区区溢流堰溢流堰溢流堰溢流堰安定区安定区开孔区开孔区俯视图Down ComerWeirHoleCalming Zone板式塔设计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塔设计1塔高的计算N实实际塔板数；板间距塔设计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 表示塔设计塔设计 式中:C 汽相负荷因子，m/sL,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、1.6Hysys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 UtilityHysys水力学设计与核算选择塔，可增加多个塔段(Tray Section)分别设计WeirDC Clearance塔段名称（Section Name）（可以改变）开始（Start）起始塔板号结束（End）塔段结束板号塔内件Sieve(筛板)/浮阀(Valve)/泡罩(Bubble Cap)升气管（Chimney）/集液槽（Sump）填料段(Packed):Robbins 或Sherwood-Leva-Eckert预测压降和持液量模式（Mode）设计模式 根据塔中气体和液体输送通道设计尺寸核算模式 根据指定塔径和固定塔板配置进行核算激活（Active）计算的值在实际塔计算中就会使用到状态（Status）显示计算状态控制条件（Design Limit）最小直径（Minimum diameter）压降（Pressure drop）泛点率（Flooding）溢流量（Weir loading）降液管液柱高度（Downcomer backup）控制板号（Limiting Stage）显示是哪一层塔板受限制 塔板有效面积 降液管面积Specs Page页面物性计算来源物性计算来源Tray Sizing可用的参数配置参数塔板填料设计关联（Design Correlation）气泡因子（Foaming Factor）泛点率（Flooding）压降（Pressure Drop）降液管液柱高度（Downcomer Backup）溢流量（Weir Loading）设计参数（Design Parameters）Tray Sizing可用的参数配置塔板配置参数（Tray Configuration Parameters）参数浮阀筛板泡罩流程数（Number of Flow Paths）塔板间距（Tray Spacing）塔板厚度（Tray Thickness）堰高（Weir Height）降液管类型(Downcomer Type)降液管间隙(Downcomer Clearance)设计指南(Design Manual)孔面积(Hole Area)孔直径(Hole Diameter)孔间距(Hole Spacing)孔中心距(Hole Pitch)阀密度(Valve Density)阀厚度(Valve Thickness)管口类型(Orifice Type)泡罩槽高度(Bubble Cap Slot Height)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 （Valve 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系统起泡因子（Foaming Factor）环境油（Ambient Oil(T 0F)）0.85低温油（Low Temp Oil(T 0F)）0.95DGA/DEA/MEA 接触器（DGA/DEA/MEA Contactor）0.75乙二醇接触器（Glycol Contactor）0.65亚磺基接触器（Sulfinol Contactor）1.0原 油 或真空分馏(Crude/Vacuum Fractionation)1.00碳氢化合物（Hydrocarbon）1.00低分子量甲醇（Low MW 。