甲醇水洗塔塔盘的设计

第10期陈亮,等:甲醇水洗塔塔盘的设计95甲醇水洗塔塔盘的设计陈亮,赵萌莹(新疆化工设计研究院有限责任公司,新疆乌鲁木齐830000摘要:甲醇水洗塔对于合成甲醇系统有很重要的作用。本文针对甲醇水洗塔出现的问题,研究了设计甲醇水洗塔的关键因素,提出了以栅栏堰为出口堰,以喷射因子和最小溢流强度为设计判据的优化设计方法。经过实践检验此设计方法可以用于甲醇水洗塔的优化设计,提高甲醇水洗塔的操作性能。关键词:甲醇水洗塔;优化设计;栅栏堰;喷射因子;最小溢流强度中图分类号:TQ053.5文献标识码:A文章编号:1008-021X(2016)10-0095-0Design of Methanol Water Wash TrayChen liang, Zhao MengyingXinJiang Chemical Engineering Design& Research Institute Co., Ltd., Urumqi 830000, China)Abstract: Methanol water wash tray is important in synthetic methanol system. In view of problems, the article analyzes keyfactors of methanol water wash tray design, and proposes a new optimum design method the type of outlet weir is picketfence weir; Spray Factor and Minimum Weir Loading are design criterions. The practical examination shows that the methodan help to direct optimum design of methanol water wash tray and improve operation performance of methanol water washKey words: methanol water wash tray i optimum design; picket-fence weir; spray factor; minimum weir loading合成气制甲醇装置甲醇分离器气相组分中甲醇含量应高度和缝宽等图1给出了栅栏堰的结构形式。笔者认为,占1.1%左右(质量流量),约占循环合成气中甲醇含量的应该根据合适的判断依据,合理设计栅栏堰的结构参数。20%左右。甲醇含量过高,循环合成气在系统中空循环对装栅栏宽度置能力、能耗、催化剂、放空量等方面的都有很大的影响。循环合成气中甲醇含量为零,水蒸汽含量为零,即实现"双零栅栏栅栏工艺,对甲醇企业的生产具有十分重要的经济意义。鉴于此,在合成甲醇装置中增加一台甲醇水洗塔用于吸收循环气中的气相甲醇显得十分必要。一个10万吨/年甲醇装置,采用一台全气量通过的甲醇水洗塔,正常工况进甲醇水洗塔的图1栅栏堰的结构气量为22万Nm/h,进甲醇水洗塔前气相中甲醇含量平均1甲醇水洗塔的优化设计为061%(体积分数,下同),最大甲醇含量为1.3%。要求对于甲醇水洗塔塔盘的优化设计,主要要注意一下两出甲醇水洗塔后,循环气中气相甲醇含量小于0.06%,水洗点①选择合理的设计判断依据;②栅栏堰结构参数的设计塔底吸收液甲醇浓度大于50%(质量浓度),工艺气体进出1.1选择合理的设计判断依据口压降大于0.03MPa。据计算,为了达到生产目的,要求正对于甲醇水洗塔塔盘的设计,本文提出了两个设计判段常补水量可按15th考虑,最大补水量为20/h,因而使得依据:喷射因子、最小溢流强度。进入塔板的液气比很小,此时塔板处于喷射态操作,如果没1.1.1喷射因子有合适的塔板结构,在实际操作中会出现很多的操作问题。板式塔泡沫态转变为喷射态转变点计算公式见公式为此本文引进了栅栏堰用于甲醇水洗塔的设计,该结构能够(1)2),即:解决由于液体负荷过小,气体负荷大引起的操作问题,使甲H(1)醇水洗塔满足生产要求。d n栅栏堰用于甲醇水洗塔喷射态操作时,其栅栏能够将塔对式(1)进行形式变化,定义喷射因子SF公式如下:板上的液体组分挡回到塔板上,从而使板上清液层高度增中国煤化工加。栅栏堰的结构参数主要有栅栏宽度、阻挡比、堰高、栅栏:=HCNMHG收稿日期:2016-05-08作者简介:陈亮(1982—),工程师,从事煤化工、石油化工的工程设计工作。山东化96·SHANDONG CHEMICAL INDUSTRY2016年第45卷其中:塔盘形式为筛板时K=1,塔盘形式为为浮阀时K值反映了栅栏堰的阻挡能力。阻挡比的范围一般在0.1-0=2.5;堰上清液层高度h。计算应用弗兰西斯公式,弗兰西9之间,先在0.1~0.9的范围内给出一个栅栏堰阻挡比的大斯公式经检验其仅适用于泡沫态操作时堰上清液层高度的小,然后根据公式(1)和溢流强度的计算公式,计算此阻挡比计算,根据弗兰西斯公式,文献S研究并推导出了喷射态操下求得的溢流强度最后比较计算的溢流强度与最小溢流强作时堰上清液层高度h的计算公式,见公式(3)。度的大小,必须保证计算的溢流强度大于最小溢流强度。如2(1942y)3)果阻挡比的取值超过0.1~0.9的范围,可以通过改变栅栏堰弦长的方法进而改变堰长,使阻挡比满足要求。板上清液层高度H=堰上清液层高度how+堰高BW。1.2.2栅栏宽度和缝宽根据公式(3)可以看出,在其他参数数据不变的情况下,喷射栅栏宽度主要影响甲醇水洗塔塔板上的液体速度分布,因子SF的值与板上清液层高度H的值成正比。针对甲醇不同栅栏宽度下甲醇水洗塔塔板上液体速度分布可以通过水洗塔的设计,应保证喷射因子SF的值尽量大。由公式(2)计算流体力学软件 FLUENT6.2进行模拟研究,根据算可得喷射因子的最小值为278,因此本文给出了甲醇 FLUENT模拟结果即甲醇水洗塔塔板上的液体速度分布图,sol-认为最小溢流强度为5m/(m,h),oem合适的栅栏宽度的范水洗塔塔盘设计的判断依据1,即喷射因子SF应大于2.78。确定合适的栅栏宽度的范围,达到对甲醇水洗塔的塔盘设计1.1.2最小溢流强度根据文献的要求,本文选用准确度较高的拟单相流模给出了最小溢流强度为3m/(m·h),经过研究发现塔盘溢型进行模拟计算。模拟过程中的液体介质采用清水栅栏宽流强度大于最小溢流强度时,板式塔操作性能和水力学性能度Wp取值为0.1m0.2m和0.3m。不同栅栏宽度下塔板上良好。实践证明文献和6给出的最小溢流强度的取值都液体分布的模拟计算结果见图2,从图2中可以看出,栅栏宽有一定的参考价值,但是作为甲醇水洗塔的塔盘设计,根据度越大滞留区面积也就越大,根据分析笔者认为栅栏宽度笔者的经验以及相关的文献资料2),最小溢流强度本文取值增大,阻挡液体流动的范围也就变大。为了防止滞留区面积为10m3/(m·h),因此本文给出了甲醇水洗塔塔盘设计的判过大栅栏宽度不宜过大,而且为了使液体流动顺畅,栅栏堰断依据2,即最小溢流强度的应取值10m3/(h·m)。缝宽也不应太小。本文给出了栅栏堰栅栏宽度Wp应不大1.2栅栏堰结构参数的设计于0.2m,缝宽Wg不大于0.0lm1.2.1阻挡比阻挡比XWC=栅栏宽度之和/栅栏堰弦长,阻挡比的取栅栏宽度:0.1m栅栏宽度:0.2m栅栏宽度:0.3图2栅栏堰液体速度分布图1.2.3堰高和栅栏高度量流量),工艺气体进出口压降为0.026MPa,这些操作性能堰髙hW直接决定了板上清液层高度。甲醇水洗塔喷均能满足工程设计要求。射态操作时,堰高的取值对于负压操作的塔设备取值范围表Ⅰ栅栏堰塔盘设计计算结果为0.018~0.025m;对于常压塔或者加压塔,栅栏堰的堰高新设计方法取值范围为0.025-0.05m81。根据相关文献栅栏高度一塔径/m般取值范围为0.15-0.2m。降液管宽度/m0.31342设计举例堰长/m0.218某公司年生产规模10万吨的甲醇合成装置,该装置甲溢流强度/(m3/h·m)10.2660.3148醇水洗塔某块塔板操作条件为:气相组分参数为密度15降液管面积/m2干板压降/m液柱0.02733kg/m3粘度0.0144P、质量流量77871.6kg/h;液相组分参开孔率/%数为密度911566kg/m3、粘度0.467cP液相质量流量2041弦长/1.4542kgh、表面张力为5755dym。文献中采用的一般设计方液管低隙法会选择使用齿形堰,根据齿形堰的计算方法,设计结果很阻挡比差,不能满足工程设计要求,此时塔板水力学性能很差。采降液管内液中国煤化工4用栅栏堰作为塔板出口堰,根据本文的设计计算方法,得到总板压降该甲醇水洗塔的结构数据和水力学数据见表1。根据此设计板上液层CNMHGZ结果,该甲醇水洗塔开车运行后效果良好,水洗塔气相中甲喷射因子16.122醇含量平均为0.05%,水洗塔底吸收液甲醇浓度为60%(质(下转第98页)山东化工SHANDONG CHEMICAL INDUSTRY2016年第45卷子材料作为薄膜衣片,大大节约了糖类生物资源;在课程上,间,积极引导学生全方位地参与到教学中去;教师要有目的在讲解到天然高分子材料的生物相容性和生物可降解性时,地去布置课后作业,要求学生自己查阅资料、准备有关天然我们及时让学生了解到目前我们国家与国外在天然高分子高分子材料的PT并在课堂上讲解且相互探讨,使得学生在材料的研究与应用方面的差距,能够极大地增加学生学习的这种反复地自我锻炼过程中积累发现问题解决问题的经验主观能动性。和方法,并最终获得这种自我创新的能力。2改革教学方法,充分激发学生学习热情3采用科学合理的考核方法长期以来,在传统的课程教学中,教师在教学上多是采课程考试成绩应该包括三个方面:一是课程准备、讲解用"灌输式”方法,也就是,老师讲学生听记背、写,完全是及讨论部分占总成绩的20%,以考核学生的自主学习能力,为了应对考试,而不是主动学习知识,教师与学生之间缺乏提问也要以引导性的问题为主;二是实验部分占总成绩的基本的互动交流教师只是对相关的教学内容做了一些纯20%,主要目的是考查学生设计实验的思维能力和动手能粹理性或是机械性的分析,而往往忽视了学生在课程教学中力;三是期末理论考试部分占总成绩的60%,试卷上主要考的感受,从而压抑了学生自主学习的积极性,这不单单是学核的内容是学生对基础理论知识的掌握程度,考试内容不仅要有基础理论的测试还要有学生发现及解决问题能力的考生学业的缺失,更为重要的是极其不利于创新型综合素质人核才的培养;因此,在教学学时少,教学内容比较多的情况下,教师如何在有限的课堂上把课讲好,采用较为科学合理4结束语实践表明,在天然高分子材料的教学中,要达到提高教的教学方式是十分重要的。现在谈一下个人的一些方法学质量的目的,教学改革势在必行;只要教师能够深入研究(1)激发学生的学习兴趣是提高教学效果的基础。"兴教学方法并积极总结教学经验,就一定会显著提高教学效趣是学习之母,是创新的推动力”,凡是有重大发现的科学家对其从事的学科都有着浓厚的兴趣,这使得他们能够满怀激情,几十年如一日地在科研岗位上从事着他人看来十分枯燥参考文献无味的研究工作,并最终取得成功3;因此,培养学生对课程[1]郑学晶,裴莹.在《天然高分子材料》教学中专业知识与的兴趣,也会使得学生由被动的知识接受者,转变为学习的中华传统文化的恰当结合[J].高分子通报,2015(7):主动者,唯有如此才能发现问题,提出问题并解决问题。例99-103.如在课堂教学中我们会在开始时播放一些有关天然高分2刘石林浅谈《天然高分子材料》教学实践[J广东化子材料的纪录片,通过片中声情并茂的讲解,了解了很多天工,2011,38(11):150-151然高分子材料如纤维素淀粉天然橡胶等)的结构性能3]叶君《植物纤维化学》中的天然高分子教学的改革实践[J].高分子通报,2007(3):67-70.及应用等,使得学生对生活中常见的天然高分子材料有了个直观的印象,从而激发了学生的学习兴趣。[4]邓萌,程捷,罗云杰.能力导向教学模式在《天然高2)形成“教”与“学”的互动是提升教学效果的捷径。分子材料》课程中的应用[J].高分子通报,2015(6):80科学教学的最好手段就是让学生积极参与其中,引导学生自己去发现、主动去求索,这样就会使得教学化被动为主动,学习就会自然成为学生学习的一种内在驱动力2;课堂教学中(本文文献格式:朱国全谭洪生,董抒华,等.天然高分子材料教学的一点心得[J].山东化工,2016,45(10):97-98.)教师在讲解教学内容的同时,要给学生留有充分的"自主”空中““+“““““““++““““++“+“““十+“““+“+…(上接第96页)Chemical Engineering, 1989, 96(10): 140-140结语[5]兰州石油机械研究所现代塔器技术[M].2版.北京:本文给出了甲醇水洗塔可行的设计方法,该方法给出了中国石化出版社,2005:120,219合理的栅栏堰结构参数取值范围和合理的设计判断依据,以[6] Lockett M J. Distillation tray fundamentals[M].New此检验设计结果是否满足要求。经过实践检验,该方法能够York: Cambridge University Press, 1986: 60解决甲醇水洗塔液相负荷低,气相负荷高引起的操作问题,[7] Sloley A W. Improve tray operations[J]. Hydrocarbon使塔板能够满足合成甲醇系统的生产要求。Processing,2001,79(1):85-86参考文献[8]时钧,汪家鼎,余国琮,等.化学工程手册[M].2版[1]郭庭良,杨晓刚.G型复合高效甲醇水洗塔可行性分析北京:化学工业出版社,1996:14-17[J].河南化工,2005,22(7):31-32.[9]Summers D R, Sloley A W. How to handle low -liquid[2]吴俊生,邵惠鹤.精馏设计、操作和控制[M].北京:中loadings[J]. Hydrocarbon Processing, 2007, 86(1 ):67国石化出版社,1997:132中国煤化工[3]刘春江.蒸馏塔板上计算流体力学及实验验证的研究CNMHG[D].天津:天津大学,1998(本文文献格式:陈亮,赵萌莹.甲醇水洗塔塔盘的设计[4] Bamicik s d, Davis J F. Design Sieve- Tray Columns[].[山东化工,2016,4510):95-96,98)