第10期陳亮,等:甲醇水洗塔塔盤的設(shè)計(jì)95甲醇水洗塔塔盤的設(shè)計(jì)陳亮,趙萌瑩(新疆化工設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司,新疆烏魯木齊830000摘要:甲醇水洗塔對于合成甲醇系統(tǒng)有很重要的作用。本文針對甲醇水洗塔出現(xiàn)的問題,研究了設(shè)計(jì)甲醇水洗塔的關(guān)鍵因素,提出了以柵欄堰為出口堰,以噴射因子和最小溢流強(qiáng)度為設(shè)計(jì)判據(jù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)此設(shè)計(jì)方法可以用于甲醇水洗塔的優(yōu)化設(shè)計(jì),提高甲醇水洗塔的操作性能。關(guān)鍵詞:甲醇水洗塔;優(yōu)化設(shè)計(jì);柵欄堰;噴射因子;最小溢流強(qiáng)度中圖分類號:TQ053.5文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號: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合成氣制甲醇裝置甲醇分離器氣相組分中甲醇含量應(yīng)高度和縫寬等圖1給出了柵欄堰的結(jié)構(gòu)形式。筆者認(rèn)為,占1.1%左右(質(zhì)量流量),約占循環(huán)合成氣中甲醇含量的應(yīng)該根據(jù)合適的判斷依據(jù),合理設(shè)計(jì)柵欄堰的結(jié)構(gòu)參數(shù)。20%左右。甲醇含量過高,循環(huán)合成氣在系統(tǒng)中空循環(huán)對裝柵欄寬度置能力、能耗、催化劑、放空量等方面的都有很大的影響。循環(huán)合成氣中甲醇含量為零,水蒸汽含量為零,即實(shí)現(xiàn)"雙零柵欄柵欄工藝,對甲醇企業(yè)的生產(chǎn)具有十分重要的經(jīng)濟(jì)意義。鑒于此,在合成甲醇裝置中增加一臺甲醇水洗塔用于吸收循環(huán)氣中的氣相甲醇顯得十分必要。一個10萬噸/年甲醇裝置,采用一臺全氣量通過的甲醇水洗塔,正常工況進(jìn)甲醇水洗塔的圖1柵欄堰的結(jié)構(gòu)氣量為22萬Nm/h,進(jìn)甲醇水洗塔前氣相中甲醇含量平均1甲醇水洗塔的優(yōu)化設(shè)計(jì)為061%(體積分?jǐn)?shù),下同),最大甲醇含量為1.3%。要求對于甲醇水洗塔塔盤的優(yōu)化設(shè)計(jì),主要要注意一下兩出甲醇水洗塔后,循環(huán)氣中氣相甲醇含量小于0.06%,水洗點(diǎn)①選擇合理的設(shè)計(jì)判斷依據(jù);②柵欄堰結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)塔底吸收液甲醇濃度大于50%(質(zhì)量濃度),工藝氣體進(jìn)出1.1選擇合理的設(shè)計(jì)判斷依據(jù)口壓降大于0.03MPa。據(jù)計(jì)算,為了達(dá)到生產(chǎn)目的,要求正對于甲醇水洗塔塔盤的設(shè)計(jì),本文提出了兩個設(shè)計(jì)判段常補(bǔ)水量可按15th考慮,最大補(bǔ)水量為20/h,因而使得依據(jù):噴射因子、最小溢流強(qiáng)度。進(jìn)入塔板的液氣比很小,此時塔板處于噴射態(tài)操作,如果沒1.1.1噴射因子有合適的塔板結(jié)構(gòu),在實(shí)際操作中會出現(xiàn)很多的操作問題。板式塔泡沫態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閲娚鋺B(tài)轉(zhuǎn)變點(diǎn)計(jì)算公式見公式為此本文引進(jìn)了柵欄堰用于甲醇水洗塔的設(shè)計(jì),該結(jié)構(gòu)能夠(1)2),即:解決由于液體負(fù)荷過小,氣體負(fù)荷大引起的操作問題,使甲H(1)醇水洗塔滿足生產(chǎn)要求。d n柵欄堰用于甲醇水洗塔噴射態(tài)操作時,其柵欄能夠?qū)⑺κ?1)進(jìn)行形式變化,定義噴射因子SF公式如下:板上的液體組分擋回到塔板上,從而使板上清液層高度增中國煤化工加。柵欄堰的結(jié)構(gòu)參數(shù)主要有柵欄寬度、阻擋比、堰高、柵欄:=HCNMHG收稿日期:2016-05-08作者簡介:陳亮(1982—),工程師,從事煤化工、石油化工的工程設(shè)計(jì)工作。山東化96·SHANDONG CHEMICAL INDUSTRY2016年第45卷其中:塔盤形式為篩板時K=1,塔盤形式為為浮閥時K值反映了柵欄堰的阻擋能力。阻擋比的范圍一般在0.1-0=2.5;堰上清液層高度h。計(jì)算應(yīng)用弗蘭西斯公式,弗蘭西9之間,先在0.1~0.9的范圍內(nèi)給出一個柵欄堰阻擋比的大斯公式經(jīng)檢驗(yàn)其僅適用于泡沫態(tài)操作時堰上清液層高度的小,然后根據(jù)公式(1)和溢流強(qiáng)度的計(jì)算公式,計(jì)算此阻擋比計(jì)算,根據(jù)弗蘭西斯公式,文獻(xiàn)S研究并推導(dǎo)出了噴射態(tài)操下求得的溢流強(qiáng)度最后比較計(jì)算的溢流強(qiáng)度與最小溢流強(qiáng)作時堰上清液層高度h的計(jì)算公式,見公式(3)。度的大小,必須保證計(jì)算的溢流強(qiáng)度大于最小溢流強(qiáng)度。如2(1942y)3)果阻擋比的取值超過0.1~0.9的范圍,可以通過改變柵欄堰弦長的方法進(jìn)而改變堰長,使阻擋比滿足要求。板上清液層高度H=堰上清液層高度how+堰高BW。1.2.2柵欄寬度和縫寬根據(jù)公式(3)可以看出,在其他參數(shù)數(shù)據(jù)不變的情況下,噴射柵欄寬度主要影響甲醇水洗塔塔板上的液體速度分布,因子SF的值與板上清液層高度H的值成正比。針對甲醇不同柵欄寬度下甲醇水洗塔塔板上液體速度分布可以通過水洗塔的設(shè)計(jì),應(yīng)保證噴射因子SF的值盡量大。由公式(2)計(jì)算流體力學(xué)軟件 FLUENT6.2進(jìn)行模擬研究,根據(jù)算可得噴射因子的最小值為278,因此本文給出了甲醇 FLUENT模擬結(jié)果即甲醇水洗塔塔板上的液體速度分布圖,sol-認(rèn)為最小溢流強(qiáng)度為5m/(m,h),oem合適的柵欄寬度的范水洗塔塔盤設(shè)計(jì)的判斷依據(jù)1,即噴射因子SF應(yīng)大于2.78。確定合適的柵欄寬度的范圍,達(dá)到對甲醇水洗塔的塔盤設(shè)計(jì)1.1.2最小溢流強(qiáng)度根據(jù)文獻(xiàn)的要求,本文選用準(zhǔn)確度較高的擬單相流模給出了最小溢流強(qiáng)度為3m/(m·h),經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)塔盤溢型進(jìn)行模擬計(jì)算。模擬過程中的液體介質(zhì)采用清水柵欄寬流強(qiáng)度大于最小溢流強(qiáng)度時,板式塔操作性能和水力學(xué)性能度Wp取值為0.1m0.2m和0.3m。不同柵欄寬度下塔板上良好。實(shí)踐證明文獻(xiàn)和6給出的最小溢流強(qiáng)度的取值都液體分布的模擬計(jì)算結(jié)果見圖2,從圖2中可以看出,柵欄寬有一定的參考價值,但是作為甲醇水洗塔的塔盤設(shè)計(jì),根據(jù)度越大滯留區(qū)面積也就越大,根據(jù)分析筆者認(rèn)為柵欄寬度筆者的經(jīng)驗(yàn)以及相關(guān)的文獻(xiàn)資料2),最小溢流強(qiáng)度本文取值增大,阻擋液體流動的范圍也就變大。為了防止滯留區(qū)面積為10m3/(m·h),因此本文給出了甲醇水洗塔塔盤設(shè)計(jì)的判過大柵欄寬度不宜過大,而且為了使液體流動順暢,柵欄堰斷依據(jù)2,即最小溢流強(qiáng)度的應(yīng)取值10m3/(h·m)?？p寬也不應(yīng)太小。本文給出了柵欄堰柵欄寬度Wp應(yīng)不大1.2柵欄堰結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)于0.2m,縫寬Wg不大于0.0lm1.2.1阻擋比阻擋比XWC=柵欄寬度之和/柵欄堰弦長,阻擋比的取柵欄寬度:0.1m柵欄寬度:0.2m柵欄寬度:0.3圖2柵欄堰液體速度分布圖1.2.3堰高和柵欄高度量流量),工藝氣體進(jìn)出口壓降為0.026MPa,這些操作性能堰髙hW直接決定了板上清液層高度。甲醇水洗塔噴均能滿足工程設(shè)計(jì)要求。射態(tài)操作時,堰高的取值對于負(fù)壓操作的塔設(shè)備取值范圍表Ⅰ柵欄堰塔盤設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果為0.018~0.025m;對于常壓塔或者加壓塔,柵欄堰的堰高新設(shè)計(jì)方法取值范圍為0.025-0.05m81。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)柵欄高度一塔徑/m般取值范圍為0.15-0.2m。降液管寬度/m0.31342設(shè)計(jì)舉例堰長/m0.218某公司年生產(chǎn)規(guī)模10萬噸的甲醇合成裝置,該裝置甲溢流強(qiáng)度/(m3/h·m)10.2660.3148醇水洗塔某塊塔板操作條件為:氣相組分參數(shù)為密度15降液管面積/m2干板壓降/m液柱0.02733kg/m3粘度0.0144P、質(zhì)量流量77871.6kg/h;液相組分參開孔率/%數(shù)為密度911566kg/m3、粘度0.467cP液相質(zhì)量流量2041弦長/1.4542kgh、表面張力為5755dym。文獻(xiàn)中采用的一般設(shè)計(jì)方液管低隙法會選擇使用齒形堰,根據(jù)齒形堰的計(jì)算方法,設(shè)計(jì)結(jié)果很阻擋比差,不能滿足工程設(shè)計(jì)要求,此時塔板水力學(xué)性能很差。采降液管內(nèi)液中國煤化工4用柵欄堰作為塔板出口堰,根據(jù)本文的設(shè)計(jì)計(jì)算方法,得到總板壓降該甲醇水洗塔的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和水力學(xué)數(shù)據(jù)見表1。根據(jù)此設(shè)計(jì)板上液層CNMHGZ結(jié)果,該甲醇水洗塔開車運(yùn)行后效果良好,水洗塔氣相中甲噴射因子16.122醇含量平均為0.05%,水洗塔底吸收液甲醇濃度為60%(質(zhì)(下轉(zhuǎn)第98頁)山東化工SHANDONG CHEMICAL INDUSTRY2016年第45卷子材料作為薄膜衣片,大大節(jié)約了糖類生物資源;在課程上,間,積極引導(dǎo)學(xué)生全方位地參與到教學(xué)中去;教師要有目的在講解到天然高分子材料的生物相容性和生物可降解性時,地去布置課后作業(yè),要求學(xué)生自己查閱資料、準(zhǔn)備有關(guān)天然我們及時讓學(xué)生了解到目前我們國家與國外在天然高分子高分子材料的PT并在課堂上講解且相互探討,使得學(xué)生在材料的研究與應(yīng)用方面的差距,能夠極大地增加學(xué)生學(xué)習(xí)的這種反復(fù)地自我鍛煉過程中積累發(fā)現(xiàn)問題解決問題的經(jīng)驗(yàn)主觀能動性。和方法,并最終獲得這種自我創(chuàng)新的能力。2改革教學(xué)方法,充分激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情3采用科學(xué)合理的考核方法長期以來,在傳統(tǒng)的課程教學(xué)中,教師在教學(xué)上多是采課程考試成績應(yīng)該包括三個方面:一是課程準(zhǔn)備、講解用"灌輸式”方法,也就是,老師講學(xué)生聽記背、寫,完全是及討論部分占總成績的20%,以考核學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力,為了應(yīng)對考試,而不是主動學(xué)習(xí)知識,教師與學(xué)生之間缺乏提問也要以引導(dǎo)性的問題為主;二是實(shí)驗(yàn)部分占總成績的基本的互動交流教師只是對相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容做了一些純20%,主要目的是考查學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的思維能力和動手能粹理性或是機(jī)械性的分析,而往往忽視了學(xué)生在課程教學(xué)中力;三是期末理論考試部分占總成績的60%,試卷上主要考的感受,從而壓抑了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性,這不單單是學(xué)核的內(nèi)容是學(xué)生對基礎(chǔ)理論知識的掌握程度,考試內(nèi)容不僅要有基礎(chǔ)理論的測試還要有學(xué)生發(fā)現(xiàn)及解決問題能力的考生學(xué)業(yè)的缺失,更為重要的是極其不利于創(chuàng)新型綜合素質(zhì)人核才的培養(yǎng);因此,在教學(xué)學(xué)時少,教學(xué)內(nèi)容比較多的情況下,教師如何在有限的課堂上把課講好,采用較為科學(xué)合理4結(jié)束語實(shí)踐表明,在天然高分子材料的教學(xué)中,要達(dá)到提高教的教學(xué)方式是十分重要的?，F(xiàn)在談一下個人的一些方法學(xué)質(zhì)量的目的,教學(xué)改革勢在必行;只要教師能夠深入研究(1)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣是提高教學(xué)效果的基礎(chǔ)。"興教學(xué)方法并積極總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗(yàn),就一定會顯著提高教學(xué)效趣是學(xué)習(xí)之母,是創(chuàng)新的推動力”,凡是有重大發(fā)現(xiàn)的科學(xué)家對其從事的學(xué)科都有著濃厚的興趣,這使得他們能夠滿懷激情,幾十年如一日地在科研崗位上從事著他人看來十分枯燥參考文獻(xiàn)無味的研究工作,并最終取得成功3;因此,培養(yǎng)學(xué)生對課程[1]鄭學(xué)晶,裴瑩.在《天然高分子材料》教學(xué)中專業(yè)知識與的興趣,也會使得學(xué)生由被動的知識接受者,轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)習(xí)的中華傳統(tǒng)文化的恰當(dāng)結(jié)合[J].高分子通報,2015(7):主動者,唯有如此才能發(fā)現(xiàn)問題,提出問題并解決問題。例99-103.如在課堂教學(xué)中我們會在開始時播放一些有關(guān)天然高分2劉石林淺談《天然高分子材料》教學(xué)實(shí)踐[J廣東化子材料的紀(jì)錄片,通過片中聲情并茂的講解,了解了很多天工,2011,38(11):150-151然高分子材料如纖維素淀粉天然橡膠等)的結(jié)構(gòu)性能3]葉君《植物纖維化學(xué)》中的天然高分子教學(xué)的改革實(shí)踐[J].高分子通報,2007(3):67-70.及應(yīng)用等,使得學(xué)生對生活中常見的天然高分子材料有了個直觀的印象,從而激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。[4]鄧萌,程捷,羅云杰.能力導(dǎo)向教學(xué)模式在《天然高2)形成“教”與“學(xué)”的互動是提升教學(xué)效果的捷徑。分子材料》課程中的應(yīng)用[J].高分子通報,2015(6):80科學(xué)教學(xué)的最好手段就是讓學(xué)生積極參與其中,引導(dǎo)學(xué)生自己去發(fā)現(xiàn)、主動去求索,這樣就會使得教學(xué)化被動為主動,學(xué)習(xí)就會自然成為學(xué)生學(xué)習(xí)的一種內(nèi)在驅(qū)動力2;課堂教學(xué)中(本文文獻(xiàn)格式:朱國全譚洪生,董抒華,等.天然高分子材料教學(xué)的一點(diǎn)心得[J].山東化工,2016,45(10):97-98.)教師在講解教學(xué)內(nèi)容的同時,要給學(xué)生留有充分的"自主”空中““+“““““““++““““++“+“““十+“““+“+…(上接第96頁)Chemical Engineering, 1989, 96(10): 140-140結(jié)語[5]蘭州石油機(jī)械研究所現(xiàn)代塔器技術(shù)[M].2版.北京:本文給出了甲醇水洗塔可行的設(shè)計(jì)方法,該方法給出了中國石化出版社,2005:120,219合理的柵欄堰結(jié)構(gòu)參數(shù)取值范圍和合理的設(shè)計(jì)判斷依據(jù),以[6] Lockett M J. Distillation tray fundamentals[M].New此檢驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果是否滿足要求。經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn),該方法能夠York: Cambridge University Press, 1986: 60解決甲醇水洗塔液相負(fù)荷低,氣相負(fù)荷高引起的操作問題,[7] Sloley A W. Improve tray operations[J]. Hydrocarbon使塔板能夠滿足合成甲醇系統(tǒng)的生產(chǎn)要求。Processing,2001,79(1):85-86參考文獻(xiàn)[8]時鈞,汪家鼎,余國琮,等.化學(xué)工程手冊[M].2版[1]郭庭良,楊曉剛.G型復(fù)合高效甲醇水洗塔可行性分析北京:化學(xué)工業(yè)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]吳俊生,邵惠鶴.精餾設(shè)計(jì)、操作和控制[M].北京:中l(wèi)oadings[J]. Hydrocarbon Processing, 2007, 86(1 ):67國石化出版社,1997:132中國煤化工[3]劉春江.蒸餾塔板上計(jì)算流體力學(xué)及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的研究CNMHG[D].天津:天津大學(xué),1998(本文文獻(xiàn)格式:陳亮,趙萌瑩.甲醇水洗塔塔盤的設(shè)計(jì)[4] Bamicik s d, Davis J F. Design Sieve- Tray Columns[].[山東化工,2016,4510):95-96,98)