蒸馏塔回流罐的设计

1、蒸僻塔回流罐的设计B.Sigales本文提出了蒸部塔冋流罐的最适宜设计方法，而不孫用过去 通常采用的试羞计算。通當，燕饬塔回流嫌的尺寸，是由下而三个因索决定的：（1 代相中液滴的分謀）（2）要冇足够的液相停留时间,（3）冇时要考虑少鈕的第二建质液HK-般为水）的沉降。mtW Newton定律,限制燕汽述度可便气相中的液滴达到分离。所以帰小燕汽流通面积 （即无液柿段）决定于蒸汽流歌。在一定璨度上，回流城的直径尼由蒸汽濾駅控制的（待别是 立式回流縑）。录大允许蒸汽速度可用下式汲示，w kJ.曰二也乌 kJ pf-（ i）PvPv式中V蒸汽速度,K一速度常数）P.设计条件下的務汽密度兀一设计条件下的

2、液体密度（通能沟P.的20-40倍）。对卧式回流繊，K值为013呎/秒，对 带金属网除沫器的.立式阿流窜，K仗为 026呎/秒。已知v他后，我们便可确宜燕汽通过 的最小H由面积,孩而积包括YF最高液位 Sr.之I:的最小间陳需（见图1 ）,等于冋 法綁立径的20%。如果有可能，间除值要 大于10时。液体停留时间的确定冋流箍巾液休倍要-卜处小保旳时 间，以便丁兀产控制，稳定操作过程中的 波动和保恃安全撫作.皐 右时对污 垢栓液体,需保博个风k停W时M限麽o停岀时血阿定文为:停I上诜入后,排空耀内物料所需的时问。冇些惜况下，冋流罐体积是受 液体溢殳控制的。© 1994-2013 Chin

3、a Acadcmic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, © 1994-2013 China Acadcmic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, © 1994-2013 China Acadcmic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 停留时间的确定，需要考虑仪表的符性，阴为容器的尺寸彩响系统的时间常数，通常采 用文献123中的图，但是

4、由于回流罐和其它工艺过*之问的相互关系曳根摇每种情况， 进行正碗的分析。对严格的以白控仪表均基础的方法，可签看资料4。停苗时间决定于：（1）贮满半罐的贮液时间和（2L琳和L讥之间的捋液时间。此法酥汁入L讥以下 的液体，故设计偏于保守。通帘，半娥的持液时间系指正常液位Lp而言，庚以停留时间人约为高低液位之间持液 所需时间的左右。然而从后面的设计实例中可看出，这个槪念是字®披错的。以高低液位之间作为持液时间的基础时，臂采用下列的腆凹数值：液流III Lih.列I心的持液时间（分钟）塔冋浹5产品去储罐2产品和其它工艺介质去换热器5产品去加热器10注意仅应用较大的体积，而不是两个体积的加成（

5、如冋流液加产品）。Watkins®所提供的呦定停昭时间浊（半縦法），考世了仪农的类吃和人工操作的因素。 叩便这样，在确定最后数爪时，仍需不少推测。然而，对各种不阀情况进行正确的分析时， Watkins法仍属好的方法。沟分离第二逐质液相，需要确定-个册大液体流速（根据Stoke定徨）。通常，对少量重质 液体而言,其停留时间（总持液时间）为控制波动范围的时间g （山Lul降至所需时间） 加上沉降时间ta（UL戍下液体的停留时间）。对踐氮化合物中的水而言,合理的沉降时间为 5分钟（对总的碳氢化命物田°对其它产品，所需分离沉降时间按分钟计可由下式估出:td=3fi/Asp gr（

6、2 ）式中H主液相（连续液相）的粘度，匝泊：Aspgr两液相的比巫基。总持液时间t,等于停留时间（对单一液相的）加上沉降时间：t=t. +14（ 3 ）知果没有第二液相沉降时，L“距罐底一定距离图1中（D-h即可，命于罐克径的 10%,如有可能该瓯离要大于5吋。弧福为10%直径的圆缺形面积，等于縑总裁面积的5 %。箍的尺寸（L和D）是根据经济合理的原则确定的，虽然牟间或笛线布远也影响尺寸的疑 丿;7确定。IJD值的决定是复杂的，受标准钢板的厚度和丿W期按技术、热也现等方而的条件 所彤响.対具冇封头俺正因数的罐,其较好的近似佔il，是应有凤小的縦佑取此按此法, 对HYi 2 ： 1椭別封头的罐，

7、其典型方程式为门：C（P/（2SE-P）JD4+O.O83D5 - 0.0905V=0（ 4 ）3弋中D蹶的直径，呎；V嫌的容积,加仑， 丿 同时采用液面记录控制仪和液面报警畑58© 1994-2013 China Acadcmic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, P设计压力,磅/吋2（表压”S売体材料的允许压力，磅/吋，；E焊缝系数，10通常，蒸協塔回淡罐因考虑液体负荷是重要冈索，故多采用卧式安装，因此后面介绍的 设计方法，仅适用于卧式堆。典型回流讖的接管尺寸，管路和仪丧示激图见图2。主更接管 （图

8、2中a、b、c ）应放在蝶形封头的切线到売体最小距离处。资料7 3提供了有关旋涡破除 器方面的技术资料，资料8专门冷论了有关離的平、立面布置问题，为便于排空，罐安装时 应稍倾斜一般为05%）。 J总一A3 处丄n)Aub*(0()w Z 2334 4© 1994-2013 China Acadcmic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, © 1994-2013 China Acadcmic Journal Electronic Publishing House. All rights reser

9、ved, 图2帯排水詆、接管和仪表的回流罐示意图卅右少呈第二液相沉降时，为便于虫相液体的分离，要设置排水耀，一般按重相流速为 05呎/分来确定讎径，为便于连接界面控制盘，帰小长度要保持3呎。对48呎直径的回 流罐，其最小排水罐径为16时，对血桎大丁8呎的回流粧最少为24吋。排水峨同样也应放在 连接封头和壳体切线最近处。机撫上而的拆准虽可确宣冋流獄尺寸，但通帘采用的为试差法"，。），木文所提出的方法 可泄免试羞。堆荐的计算方法杵先，炖用方鞄丸1）确定然府用方程式（3）算出t、td和仁设XL为液体在Lrt处所 占罐截面积的，“为在L“.以:处，S通進眾小自由面积，占継截而积的,则Xr.

10、+ xr=100（ 5 ）© 1994-2013 China Acadcmic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, © 1994-2013 China Acadcmic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, © 1994-2013 China Acadcmic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 忽略封头体积,热汽速庄老驚益丽 e

11、（忌儁臨）呎/秒 持液时间二髒S(xt/100)L(nD74)冷轴ML/(60pE)“即式中Nlv蒸汽流虽，磅/时；Pv设计条件下淇汽的密度，矽/呎U 坨液体浹臥磅川hPl设计条件下的液体密甌 矽/呎U© 1994-2013 China Acadcmic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 力松氏（6人（7）结合，并经碗排*Xv/xL=（LM、pL）/（60vtMr.py将竝1）代入上式中，xv/xL=（LMva）/（60KtMb）e式中Q=（Pl/Pv）%无因次数群。童排和考虑到方程式（5 ）tL=(F

12、fe)(60tKML )呎aMr ) k© 1994-2013 China Acadcmic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 如果无需沉降第二液相时，t=ts则可用下式表示I© 1994-2013 China Acadcmic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, © 1994-2013 China Acadcmic Journal Electronic Publishing House. All rig

13、hts reserved, 60tKM(J、aC_ /(8a)© 1994-2013 China Acadcmic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 由式（7）解出L,并和式（8 ）相结合冷x.K、 1 i* 一.Mta9rtD2pED =（l/3rt，4）（Mfa/xvKpn）?i = 0.188 （M.a/KprJd/v7 ）呎（9 ）在方程式（8）,（9）小给定一系列X、.值，则可得出相应的L及D値，应满足显人允许蒸汽速 度和液体持留时间（提作波动范围的时间加上沉隆时间的要求。川这些数值（三个点已

14、足够） 标绘丁LI）图上，所得曲线将图分成二个区：（1）,1D值满足不了盂要；（2）制过需要屯所 以回流犧的最小尺寸，应在这条曲线上。再用方程式（4）来再虑罐的最适宜尺寸。将方程式 （4）用下氏代入：42|I椭帧封头的体积V=7.48（nD2/4）CL + （D/3）/jll 仑PI)20.053(2SE-P) + 1.2271)呎(10 )© 1994-2013 China Acadcmic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, © 1994-2013 China Acadcmic Journa

15、l Electronic Publishing House. All rights reserved, 原式有诈文已改正。一 60 © 1994-2013 China Acadcmic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, © 1994-2013 China Acadcmic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, a怡7誇amiI/就般、(/ ?/ i i i i i ! ii mH i Q ，245 ©

16、76;畑呢作方程式（10）的LD图（三个点已足 够）（则1“和D两曲线的交点，给出理论上放 适石的L、D值。连接原虑和曲线的交点, 该线与另一由工业封头外径处所画垂宜线 相交。新点向Y轴划水平线，（!卩为最后的 J.値（图3）。注总D值为内径。考虑厚度 后而得出较大的外径，其内径应和理论最 佳D值近似。如用其它方法不用式（4 ）】求最适宜 尺寸时，同样，用L作为D的函数，并作 图。例如，凭经验令L/D=3时，通过原 点画一斜率为3的直线。但无论用何法, 必须按照钢板和封头的标准，决定妆麻的 尺寸。设计举例,确定下列条件下的回流罐尺寸，操作压力=250觀/吋珂表压”回流量=87400磅/时；去

17、加热器产品=28300磅/时;操作条件下液体密度=39.90磅/呎彳；蒸汽负荷=14100磅/时；操 作条件下蒸汽的密度=115磅/呎彳；液体水逍=3500磅/时；许用应J） S=13750磅/时；焊 缝系数E=0.85j腐蚀裕量C=0.125吋。为确定停留时间，控制因蔚为回流液殳，所以ts=5分钟。沉降时间对总磧氮化合物而 言为 5 分钟,（87400 + 28300=115700磅/时）,所以 J （对Ml而言）=5 （115700/87400）=6.6 分钟，t=5 +6.6=11.6分钟如采用无除沫器回流罐时，K=013, a=（399/l15）吩=689。将上面各数值代入方 程式（8

18、）, （9）中：')(曲二)=95.22_ ( 60x 11.6 x 0.13 x 87400_5.89 X14100D=0.188 J1-1100x 5.89 /10.13x39.9 V 厶.)=(23.79)： 呎如X,=16%,L=1814呎* D=5t95呎X=20%L=23.81 呎0=5.32 呎xv=25%L=31.74 呎D=4.76 呎作圉如图3所示的LI）曲线，按方程式（10）,可£出最低费用的LD关系值。© 1994-2013 China Acadcmic Journal Electronic Publishing House. All rig

19、hts reserved, © 1994-2013 China Acadcmic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 2501)20.053(2x0.85 x 13750)-250-1.2270=0.204D2 -1.227D© 1994-2013 China Acadcmic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, © 1994-2013 China Acadcmic Journal Electronic P

20、ublishing House. All rights reserved, © 1994-2013 China Acadcmic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 如D=4呎n= 5呎n=b呎L=8.17呎L=H.2J呎LUM.?。呎用这些数値绘出曲线J如图3示，得理论内径为6呎3吋。将原点和交点相连,连线交 T实际外径6呎6吋处，而切线间距离L为16呎6吋。川标准方程式确定壳体厚度(D。为外径八+ 0.125( PD. 、+c=250x 78k 2SE + 0.8P)2 x 0.85x 13750 +

21、 0.8x250=0.827 + 0.125=0.952 吋选择t为1吋,则売体实际内径=78 - 2 =76吋=6.33呎用方程式(9 )确定液位(见图1 >Xv=(2379/633)" = 14%4丄面下的液体体积,(根振总碳紙化合物址为5分钟)=(5 xil5700)/(60x39.9) 241.6呎3切制而稅百分比AsA"監緻5(】Z65%Un，到罐顶部的距离，用资料2中的图2可求出：bH =(20/100)(76)=15吋二此值占D值的20%,并大于10吋。L"到嫌顶部的距离为(L"以上面积占100 -46.5=53.5%),hb= (5

22、1/100)(76) = 39吋 而L讥以下为(7639)=37吋上而會略去封头内体积不计，现在可计算出，考虑対头内液休体积后，而附加的安仝駅 (益考资料9)。在皿处封头内液址为：0.00030# 2 (普一)_护1.5x76-15 =60呎三在L"处封头内液量为：(0.000304 x37-)(1.5x76" 37)=32 呎'附加沉降时间：60 x32x 399/115700=066分钟附加停圖时间*(60 - 32)60 x 39.9/87400=077分钟瑕后，确定排水鐵的玄径，水速为05呎/分，濡要裁面积:C35000/60 x 62.4)/0.5=1.9

23、呎？选川20时玄養钢爾3呎长即兀因20吋粋竝面积为2.02呎仁参考资料1Happcl, J.9 "Chemical Process Economics pp.250251, Wiley, New York ( 1958 ) C 2 ? Scheiman, .D, Use Xomographs to Size Horizontal apor-Liqnid Sepcrators,Hydrocarbon Foecss,and Petrol.Refincr, 43. o. 5. p. 155> May 1961,下转32页】 ft© 1994-2013 China Acadc

24、mic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 米-时时,速捉蒿025%9焉于此值时，送速提高100%。从决6中的代衷性j值， 亦町綁出同样结果。3木试验小高径比不同的短拉西环与现用的拉西坏相比，在压降与空塔气速的关系以 及泛点等方面均无显著的改善。4本试验述考察了填料因子©值的变化规律。对于同-种填料，©值随不同的喷淋密 度及降而右所变化。但在一定范出内，数值变化不大，简化计算时可取一个一定的代表数 值。参 考 文 献C1)工州石油机械研究所鑼编，塔器，(1973).C 2石化部第六设计院化学工程组编，气液传质I殳备设计,(1973).3JeSeEckcrt, C.E.P., 66,3, 39 (1970)【上