第6章 Hysys在化工设备设计中的应用
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
D
s
max
塔设计
u max
L V C V
式中: C ——汽相负荷因子，m/s。 ρ L,ρ V ——液、汽相密度，㎏／m3。
u (0.6 ~ 0.8)umax
塔径圆整： 0.3,0.4,0.5,0.6 、 0.7 、 0.8 、 1.0 、 1.2 、 1.4 、 1.6……
Hysys水力学设计与核算
三、填料塔
填料及支承结构
◆ 填料的种类
散装填料 规整填料 格栅填料
散堆填料
规整填料
第二节 Hysys板式塔设计 ----水力学计算
俯视图 安定区 Calming Zone 受 液 区
开孔区 Hole
溢流堰
降 液 管
Down Comer
溢流堰 Weir
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）
成本
1.0
1.2～1.4
1.1
35～100 低
中
0.4～0.5
0.7～0.8
1.2～1.3 1.1～1.2 10～100 01.1 1.1
舌型塔板 1.3～1.5 斜孔板 1.5～1.8
50～100 低
30～100 低
0.5~0.6
0.5
各种塔板的优点及适用范围 塔板类型 优 适用范围 点 缺 点
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
1．塔高的计算
Z ( N实 1) H T
N实――实际塔板数； ＨＴ――板间距
塔设计
ＨＴ――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
15 – 25 4–6 6–8 25 – 40 30 – 35 35 – 40 38 – 45 30 – 35 110 – 130 200 – 250 70 – 80 20 – 24 20 – 24 35 – 45
20 – 30 ( 2) (3 – 4) 45 – 55 65 – 70 70 – 80 85 – 90 70 – 75 95 – 100 95 – 100 85 – 90 ( 4 – 5) ( 9 – 12 ) ABOUT 50 – 55
泡罩塔盘 1—升气管；2—泡罩；3—塔盘板
● 浮阀塔盘（Valve）
浮阀塔盘气液接触状况
●筛板塔盘
Dual Flow Tray
筛板塔盘示意图
●舌形和浮舌塔盘
塔板的比较 塔板性能比较 相 对 生 相 对 操作范围 压强 结构 塔板类型 降 产能力 板效率 泡罩板 筛板 浮阀板 1.0 1.0 10～100 高 复杂 简单 一般 最简单 简单
2）液沫夹带 现象： 液滴随气体进入上层塔板。
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： 液沫夹带量e ＜0.1kg(液)/kg(气)。 V 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
3）液泛 液泛
夹带液泛 降液管液泛
原因： 气液两相流速过大
E ML
xn1 xn * xn1 xn
3）点效率EO
E OV
y y n 1 y * y n 1
试比较点效率与单板效率、全塔效率
2、塔板效率的估算
1）影响塔板效率的因素
a）物系性质：粘度、密度、表面张力及相对挥发度等。
• b）塔板结构：塔径、板间距、堰高及开孔率等。 c）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 ——注意公式适用条件
• 常见系统起泡因子
系统 环境油（Ambient Oil (T > 0°F)） 低温油（Low Temp Oil (T < 0°F)） DGA/DEA/MEA 接触器（DGA/DEA/MEA Contactor） 起泡因子 （Foaming Factor） 0.85 0.95 0.75
乙二醇接触器（Glycol Contactor）
Overall Tray Efficiencies
COLUMN TYPE TYPICAL ACTUAL TRAYS TYPICAL EFFICIENCY, % (THEOTICAL TRAYS)
ABSORBER/STRIPPER SIDE STRIPPER(STEAM) SIDE STRIPPER(REB) REBOILED ABSORBER DEETHANIZER DEPROPANIZER DEBUTANIZER NAPHTHA SPLITTER C2 SPLITTER C3 SPLITTER C4 SPLITTER AMINE CONTACTOR AMINE ABSORBER CRUDE COLUMN
塔设计
2．塔径的计算 根据圆管内流量公式，塔径可表示为
D Vs u
4
式中
——塔径，m； V ——塔内汽相流量，m3/s； u ——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 u 表示。
模式（Mode） 激活（Active） 状态（Status）
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
• 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Βιβλιοθήκη Baidu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
• Tool→Utilities→Tray Sizing→Add Utility
影响因素： 流量、塔板结构
板间距大 液泛速度高
塔板效率
1、塔板效率的表示法
1）总板效率ET( 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。
NT ET Np
简单地反映了整个塔内的平均传质效果。 2）单板效率EM(默弗里效率 )
直接反映该层塔板的传质效果
E MV
y n y n 1 * y n y n 1
◆ 填料塔
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， 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
填料塔结构
二 板式塔
板式塔塔盘的形式及特点 ◆ 板式塔塔盘的形式
泡罩形、浮阀形、筛板形、舌形、浮动喷射形
● 泡罩塔盘（Bubble Cap）
Specs Page页面
物性计算来源
Tray Sizing可用的参数配置
设计参数（Design Parameters）
参数 设计关联（Design Correlation） 气泡因子（Foaming Factor） √ 塔板 填料 √ √
泛点率（Flooding）
压降（Pressure Drop） 降液管液柱高度（Downcomer Backup） 溢流量（Weir Loading）
√
√
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
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 1.2～1.3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10～15分 钟的停留时间，据此由釜液流量和塔径即可求出此高度。
泡罩板
浮阀板
较成熟，操 结构复杂，阻力 作范围宽 大，生产能力低
某些要求弹性好 的特殊塔
效率高，操 采 用 不 锈 钢 ， 分离要求高,负荷变化 作范围宽 浮阀易脱落 大;原油常压分馏塔
筛板
效率较高， 安装要求水平,易 分离要求高,塔板较 成本低 堵,操作范围窄 多;化工中丙烯塔
舌型板 结 构 简 单 , 操 作 范 围 窄 ， 分离要求较低的闪 生产能力大 效率较低 蒸塔
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) √ √ √
亚磺基接触器（Sulfinol Contactor） 碳氢化合物（Hydrocarbon） 低分子量甲醇（Low MW Alcohols） 富油塔顶（Rich Oil DeC1 or DeC2 (top)） 富油塔底（Rich Oil DeC1 or DeC2 (Btm)）
Hysys水力学设计与核算
• 选择塔，可增加多个塔段(Tray Section)分 别设计
Weir height
DC Clearance
塔段名称（Section Name）
开始（Start） 结束（End） 塔内件
（可以改变）
起始塔板号 塔段结束板号 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-LevaEckert预测压降和持液量 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 计算的值在实际塔计算中就会使用到 显示计算状态
第6章 Hysys在化工设备设计 中的应用
----精馏塔水力学计算
第一节 塔设备的应用及类型 一、塔设备的一般要求
● 工艺性能好； ● 生产能力大； ● 操作稳定性好； ● 能量消耗少 ● 结构合理； ● 选材要合理； ● 安全可靠。
塔设备的分类
按操作压力分：常压塔、减压塔、加压塔 按生产单元分：吸收塔、精馏塔、萃取塔、干燥塔、 洗涤塔 按塔的内件结构分：板式塔、填料塔 ◆ 板式塔 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， 进行传质。气液两相的组份浓度呈阶梯式变化。
斜孔板 生 产 能 力 操作范围比浮阀 分离要求高 ， 生产 大,效率高 塔和泡罩塔窄 能力大
塔板上的异常操作现象
1）漏液 漏液 两相在塔板上的接触时间↓ 板效率↓
原因： 气速太小、板面上液面落差引起的气流分布不均匀
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
√
√ √ √
√
√ √ √
Tray Sizing可用的参数配置
塔板配置参数（Tray Configuration Parameters）
参数 流程数（Number of Flow Paths） 塔板间距（Tray Spacing） 塔板厚度（Tray Thickness） 堰高（Weir Height） 浮阀 √ √ √ √ 筛板 √ √ √ √ 泡罩 √ √ √ √
s
max
塔设计
u max
L V C V
式中: C ——汽相负荷因子，m/s。 ρ L,ρ V ——液、汽相密度，㎏／m3。
u (0.6 ~ 0.8)umax
塔径圆整： 0.3,0.4,0.5,0.6 、 0.7 、 0.8 、 1.0 、 1.2 、 1.4 、 1.6……
Hysys水力学设计与核算
三、填料塔
填料及支承结构
◆ 填料的种类
散装填料 规整填料 格栅填料
散堆填料
规整填料
第二节 Hysys板式塔设计 ----水力学计算
俯视图 安定区 Calming Zone 受 液 区
开孔区 Hole
溢流堰
降 液 管
Down Comer
溢流堰 Weir
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）
成本
1.0
1.2～1.4
1.1
35～100 低
中
0.4～0.5
0.7～0.8
1.2～1.3 1.1～1.2 10～100 01.1 1.1
舌型塔板 1.3～1.5 斜孔板 1.5～1.8
50～100 低
30～100 低
0.5~0.6
0.5
各种塔板的优点及适用范围 塔板类型 优 适用范围 点 缺 点
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
1．塔高的计算
Z ( N实 1) H T
N实――实际塔板数； ＨＴ――板间距
塔设计
ＨＴ――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
15 – 25 4–6 6–8 25 – 40 30 – 35 35 – 40 38 – 45 30 – 35 110 – 130 200 – 250 70 – 80 20 – 24 20 – 24 35 – 45
20 – 30 ( 2) (3 – 4) 45 – 55 65 – 70 70 – 80 85 – 90 70 – 75 95 – 100 95 – 100 85 – 90 ( 4 – 5) ( 9 – 12 ) ABOUT 50 – 55
泡罩塔盘 1—升气管；2—泡罩；3—塔盘板
● 浮阀塔盘（Valve）
浮阀塔盘气液接触状况
●筛板塔盘
Dual Flow Tray
筛板塔盘示意图
●舌形和浮舌塔盘
塔板的比较 塔板性能比较 相 对 生 相 对 操作范围 压强 结构 塔板类型 降 产能力 板效率 泡罩板 筛板 浮阀板 1.0 1.0 10～100 高 复杂 简单 一般 最简单 简单
2）液沫夹带 现象： 液滴随气体进入上层塔板。
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： 液沫夹带量e ＜0.1kg(液)/kg(气)。 V 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
3）液泛 液泛
夹带液泛 降液管液泛
原因： 气液两相流速过大
E ML
xn1 xn * xn1 xn
3）点效率EO
E OV
y y n 1 y * y n 1
试比较点效率与单板效率、全塔效率
2、塔板效率的估算
1）影响塔板效率的因素
a）物系性质：粘度、密度、表面张力及相对挥发度等。
• b）塔板结构：塔径、板间距、堰高及开孔率等。 c）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 ——注意公式适用条件
• 常见系统起泡因子
系统 环境油（Ambient Oil (T > 0°F)） 低温油（Low Temp Oil (T < 0°F)） DGA/DEA/MEA 接触器（DGA/DEA/MEA Contactor） 起泡因子 （Foaming Factor） 0.85 0.95 0.75
乙二醇接触器（Glycol Contactor）
Overall Tray Efficiencies
COLUMN TYPE TYPICAL ACTUAL TRAYS TYPICAL EFFICIENCY, % (THEOTICAL TRAYS)
ABSORBER/STRIPPER SIDE STRIPPER(STEAM) SIDE STRIPPER(REB) REBOILED ABSORBER DEETHANIZER DEPROPANIZER DEBUTANIZER NAPHTHA SPLITTER C2 SPLITTER C3 SPLITTER C4 SPLITTER AMINE CONTACTOR AMINE ABSORBER CRUDE COLUMN
塔设计
2．塔径的计算 根据圆管内流量公式，塔径可表示为
D Vs u
4
式中
——塔径，m； V ——塔内汽相流量，m3/s； u ——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 u 表示。
模式（Mode） 激活（Active） 状态（Status）
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
• 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Βιβλιοθήκη Baidu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
• Tool→Utilities→Tray Sizing→Add Utility
影响因素： 流量、塔板结构
板间距大 液泛速度高
塔板效率
1、塔板效率的表示法
1）总板效率ET( 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。
NT ET Np
简单地反映了整个塔内的平均传质效果。 2）单板效率EM(默弗里效率 )
直接反映该层塔板的传质效果
E MV
y n y n 1 * y n y n 1
◆ 填料塔
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， 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
填料塔结构
二 板式塔
板式塔塔盘的形式及特点 ◆ 板式塔塔盘的形式
泡罩形、浮阀形、筛板形、舌形、浮动喷射形
● 泡罩塔盘（Bubble Cap）
Specs Page页面
物性计算来源
Tray Sizing可用的参数配置
设计参数（Design Parameters）
参数 设计关联（Design Correlation） 气泡因子（Foaming Factor） √ 塔板 填料 √ √
泛点率（Flooding）
压降（Pressure Drop） 降液管液柱高度（Downcomer Backup） 溢流量（Weir Loading）
√
√
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
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 1.2～1.3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10～15分 钟的停留时间，据此由釜液流量和塔径即可求出此高度。
泡罩板
浮阀板
较成熟，操 结构复杂，阻力 作范围宽 大，生产能力低
某些要求弹性好 的特殊塔
效率高，操 采 用 不 锈 钢 ， 分离要求高,负荷变化 作范围宽 浮阀易脱落 大;原油常压分馏塔
筛板
效率较高， 安装要求水平,易 分离要求高,塔板较 成本低 堵,操作范围窄 多;化工中丙烯塔
舌型板 结 构 简 单 , 操 作 范 围 窄 ， 分离要求较低的闪 生产能力大 效率较低 蒸塔
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) √ √ √
亚磺基接触器（Sulfinol Contactor） 碳氢化合物（Hydrocarbon） 低分子量甲醇（Low MW Alcohols） 富油塔顶（Rich Oil DeC1 or DeC2 (top)） 富油塔底（Rich Oil DeC1 or DeC2 (Btm)）
Hysys水力学设计与核算
• 选择塔，可增加多个塔段(Tray Section)分 别设计
Weir height
DC Clearance
塔段名称（Section Name）
开始（Start） 结束（End） 塔内件
（可以改变）
起始塔板号 塔段结束板号 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-LevaEckert预测压降和持液量 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 计算的值在实际塔计算中就会使用到 显示计算状态
第6章 Hysys在化工设备设计 中的应用
----精馏塔水力学计算
第一节 塔设备的应用及类型 一、塔设备的一般要求
● 工艺性能好； ● 生产能力大； ● 操作稳定性好； ● 能量消耗少 ● 结构合理； ● 选材要合理； ● 安全可靠。
塔设备的分类
按操作压力分：常压塔、减压塔、加压塔 按生产单元分：吸收塔、精馏塔、萃取塔、干燥塔、 洗涤塔 按塔的内件结构分：板式塔、填料塔 ◆ 板式塔 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， 进行传质。气液两相的组份浓度呈阶梯式变化。
斜孔板 生 产 能 力 操作范围比浮阀 分离要求高 ， 生产 大,效率高 塔和泡罩塔窄 能力大
塔板上的异常操作现象
1）漏液 漏液 两相在塔板上的接触时间↓ 板效率↓
原因： 气速太小、板面上液面落差引起的气流分布不均匀
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
√
√ √ √
√
√ √ √
Tray Sizing可用的参数配置
塔板配置参数（Tray Configuration Parameters）
参数 流程数（Number of Flow Paths） 塔板间距（Tray Spacing） 塔板厚度（Tray Thickness） 堰高（Weir Height） 浮阀 √ √ √ √ 筛板 √ √ √ √ 泡罩 √ √ √ √