PDF《吴如春浮阀塔的计算机优化设计_吴如春》

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1 Jan.2005 制出负荷性能图和确定操作弹性的实际值之后才能 判断所得的设计尺寸是否合理 ,为了保证上、下操作 弹性 ,必须反复调整塔板的结构尺寸,反复验算.由 于手工计算时运算的次数有限 ,很难得到最优尺寸 . 本软件采用1 种新的塔板结构设计方法― ― ―负荷性 能图法 [ 2] , 其基本思想是根据一定的生产任务以及 所要求的上、 下操作弹性确定气、液相的流量, 然后 由负荷性能图确定塔板的主要结构尺寸, 在设计过 程中可以随时对结构尺寸参数进行调整, 在最大程 度上使得塔板负荷性能图能保证上 、 下操作弹性符 合工艺要求.

1 优化设计方法 1.

1 塔径确定 通过编程让计算机按生产中气、液相体积流量 qVG 、qVL 估算出气相的上、下限 qVGmax 、qVGmin 和液相 的上、下限 qVLmax 、qVLmin ,此时即可按照 qVG =qVGmax 预画负荷性能图中的雾沫夹带线.以qVG =qVGmin预 画漏液线, 以qVL =qVLmax 预画液相负荷上限线 , 以qVL =qVLmin预画液相负荷下限线, 见图

1 .然后确定 塔径 ,根据对浮阀塔的操作分析,塔径受到以下

4 个 因素的限制. 图1负荷性能图 ( 1) 泛点率及雾沫夹带线 根据最大气相体积 流量, 由允许的泛点率( 大塔泛点率 ψ≤80 % ) 及雾 沫夹带线同时确定塔径 D 和板间距HT ,对于正常系 统取 K =1 ,HT =0 .

45 m , hL =

0 .

07 m ,则CF ≈C20 =

0 .

08 , AT = πD

2 /4 ,将这些数据代入下式 [

2 ] : qVG = 0. 78CF AT ψ K ρ V/( ρ V -ρ L) ( 1) 按式( 1) 计算出的塔径 D 能保证精馏塔在最大 气相流量操作时的雾沫夹带量符合要求, 这为塔径 的第

1 个取值范围. ( 2) 开孔率 常压塔和减压塔的开孔率 α ai 要求 在10 %~

13 %, 将αai =10 %和αai =13 %分别代入 下式计算[

2 ] : qVGmin = πD2

4 α ai

5 ρ V ( 2) 由漏液线 、 最小气相体积流量和合理的开孔率 使塔径 D 能够保证即使气相体积流量达最小也不 漏液,由此可得出塔径的第

2 个取值范围. ( 3) 堰上液层高度 设计时应使堰上液层高度 how ≥0 .

006 , 选取安全系数为

0 .

6 ,堰长 lw =0. 6D , 取E=1 ,代入下式[ 2] : how = 2. 84E

1 000

3 600qVLmin lw 2/3 ( 3) 由式( 3) 可得出塔径的第

3 个取值范围. ( 4) 液体在降液管中的停留时间 降液管的截 面积应保证液体在降液管内有足够的停留时间, 使 溢流液体中夹带的气泡能够得到分离, 取τ=5s为液体在降液管中最小的停留时间 , Af =( πD2 /4) * 0.

721 , HT 取0.45 m, 则有 [

2 ] : qVLmax =Af HT/ τ ( 4) 由式( 4) 可得出塔径的第

4 个取值范围. 综合以上

4 点 ,就可以计算出符合雾沫夹带量 不超标、不漏液以及液体在降液管中停留的时间超 过5s等要求的塔径的交集 .在这个塔径范围中 ,可 以通过编程从最小塔径开始 ,采用迭加算法以一定 步长用计算机从中寻找出能使全塔操作弹性最好的 塔径. 1.

2 塔径水力学校核 取发泡系数 Υ=0 .

5 , ε o =0 .

4 ~

0 .

5 , 代入以下 液泛线公式 [

1 ] : Υ ( HT +hw) =5.

34 ρ V uo

2 2 ρ Lg + 0.

153 qVL lw ho

2 + (

1 +ε o) hw +

2 . 84E

1 000

3 600qVL lw 2/3 即可在负荷性能图中画出液泛线 ,见图1 . 为避免液泛 ,可以将原先计算机估算出的液相 体积流量最大值 qVLmax 代入液泛线方程 , 计算出相 应的 qVG , 编程检算 qVG ,如果这时的 qVG大于或等于 原先计算机估算得出的 qVGmax ,则说明气、液相体积 流量都已经达到最大值 , 即气相体积流量为 qVGmax 和液相体积流量为 qVLmax 时也不会发生液泛现象, 所有的设计合理 .否则 , 说明板间距 HT 取值不合 适 ,则由程序自动调整板间距 HT ,直至 qVG 刚好大于 或等于 qVGmax 时停止调整 , 这样即使气相体积流量 qVG达到最大值 qVGmax , 也可保证所设计的塔不会发 生液泛现象 .这样可得到操作弹性符合工艺要求和 满足水力学性能校核的最优塔径 D . ・