第6章 Hysys在化工设备设计中的应用

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)）
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。
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。
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
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
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
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）
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
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
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) √ √ √
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
◆ 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）
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
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
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 ห้องสมุดไป่ตู้ n 1 * y n y n 1
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
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
• 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。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
√
√
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：
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）