1、化工原理课程设计化工原理课程设计板式塔（筛板塔）设计板式塔（筛板塔）设计参考文献参考文献1、陈英南等编、陈英南等编常用化工单元设备设计常用化工单元设备设计2、上海医药设计院、上海医药设计院化工工艺设计手册化工工艺设计手册3、化学工程手册编委、化学工程手册编委化学工程手册化学工程手册（第一册第一册 化工基础数据）化工基础数据）4、化学工程手册编委、化学工程手册编委化学工程手册化学工程手册（第十三册第十三册 气液传质设备）气液传质设备）5、魏兆灿、魏兆灿塔设备设计塔设备设计6、陈敏恒等、陈敏恒等化工原理化工原理上、下册上、下册7、毛晓东、李建伟、毛晓东、李建伟典型化工设备机械设典型化工设备机械设计
2、指导计指导8、化工制图化工制图第一部分第一部分1.设计任务设计任务 物系：物系：处理量：处理量：原料含量（原料含量（wt）塔顶含量（塔顶含量（wt）塔底含量塔底含量（wt）2.课程设计的目的课程设计的目的1）熟悉查阅文献资料，收集有关数据，正确选）熟悉查阅文献资料，收集有关数据，正确选 用公式用公式2）在兼顾技术上先进性）在兼顾技术上先进性可行性可行性经济上合理经济上合理 性。性。3）进行过程计算及主要设备的工艺设计计算。）进行过程计算及主要设备的工艺设计计算。4）用简洁的文字）用简洁的文字清晰的图表来表达设计思想清晰的图表来表达设计思想 和计算结果。和计算结果。3.设计要求设计要求1）阅读指
3、导书和查阅资料）阅读指导书和查阅资料2）设计计算，编写说明书）设计计算，编写说明书3）绘图）绘图 NT R或或NT R/Rmin 操作负荷性能图（精馏段、提馏段各一个）操作负荷性能图（精馏段、提馏段各一个）精馏塔总装图精馏塔总装图 3#图纸图纸4）考核日期：）考核日期：7月月4日日:13:30-14:30（周五）（周五）4.设计报告格式设计报告格式（1）目录）目录（2）前言）前言（3）设计任务书）设计任务书（4）设计方案确定）设计方案确定（5）工艺计算）工艺计算（6）设计结果概要或设计一览表）设计结果概要或设计一览表（7）符号说明）符号说明（8）参考文献）参考文献（9）附图（精馏塔总装图）附图
4、（精馏塔总装图）5.板式塔板式塔5.1 概述概述 1）板式塔是逐级接触式的气液传质）板式塔是逐级接触式的气液传质 设备即塔内的浓度呈阶跃式分布。设备即塔内的浓度呈阶跃式分布。2）液体在重力作用下自上而下横向）液体在重力作用下自上而下横向 通过各塔板下降；气体在压差作用通过各塔板下降；气体在压差作用 下自下而上穿过各塔板上升；气液下自下而上穿过各塔板上升；气液 在塔板上接触传质。在塔板上接触传质。3）板式塔应有的二个功能）板式塔应有的二个功能 在板上充分接触，减小传质阻力；在板上充分接触，减小传质阻力；在塔内充分逆流，增大传质推动力。在塔内充分逆流，增大传质推动力。4）塔板形式）塔板形式 常用板
5、型常用板型筛板塔，浮阀塔，泡罩塔，喷射筛板塔，浮阀塔，泡罩塔，喷射 型塔，多降液管塔，无溢流塔，网孔塔等型塔，多降液管塔，无溢流塔，网孔塔等5）塔板构造）塔板构造 气体通道（筛孔，阀孔，泡罩生气孔）气体通道（筛孔，阀孔，泡罩生气孔）溢流堰（保持板上液层）溢流堰（保持板上液层）降液管（液体下降通道）降液管（液体下降通道）泡罩塔板泡罩塔板气体通路是由升气管和气体通路是由升气管和 泡罩构成。泡罩构成。优点：优点：气体负荷很低时也不会发生严重漏液气体负荷很低时也不会发生严重漏液,操作操作 弹性大。弹性大。缺点：缺点：结构复杂，制造成本高，干板压降大、液结构复杂，制造成本高，干板压降大、液 泛气速低、生
6、产能力小。泛气速低、生产能力小。浮阀塔板浮阀塔板设有浮动的盖板设有浮动的盖板(浮阀浮阀)。优点：优点：浮阀可根据气体的流量自行调节开度。浮阀可根据气体的流量自行调节开度。在低气量时，避免了过多的漏液。在高在低气量时，避免了过多的漏液。在高 气量时，避免了过高的压降。气量时，避免了过高的压降。缺点：缺点：结构仍嫌复杂，易于脱落结构仍嫌复杂，易于脱落筛孔塔板筛孔塔板 优点：优点：结构简单，造价低廉。设计优良的筛板结构简单，造价低廉。设计优良的筛板 压降、效率和生产能力等大体与浮阀塔压降、效率和生产能力等大体与浮阀塔 板相当。板相当。缺点：缺点：设计要求高，否则操作弹性小，难以操设计要求高，否则操作
7、弹性小，难以操 作。作。舌形塔板舌形塔板优点：优点：高生产能力，液沫夹带小。板上液层厚高生产能力，液沫夹带小。板上液层厚 度和板压降低。度和板压降低。缺点：缺点：当气速较大时，板上液层太薄，会使效当气速较大时，板上液层太薄，会使效 率显著降低。当气速很低时，易漏液。率显著降低。当气速很低时，易漏液。5.2 板上气液接触状态板上气液接触状态 1）鼓泡接触）鼓泡接触气速低，板上有明显的清液。气速低，板上有明显的清液。2）泡沫接触）泡沫接触气速高，板上基本是泡沫，液气速高，板上基本是泡沫，液 为连续相。为连续相。3）喷射接触）喷射接触气速特高，气速特高，气体为连续相。气体为连续相。临界点为转相点。临
8、界点为转相点。注意：注意：工业中常用的是泡沫接触状态和喷射接工业中常用的是泡沫接触状态和喷射接 触状态，鼓泡接触状态很少使用触状态，鼓泡接触状态很少使用。5.3 板压降（指气体）板压降（指气体）1）干板压降（无液层，气体通过孔的压降）干板压降（无液层，气体通过孔的压降）2）液层压降（液层静压，界面能耗，摩擦阻力）液层压降（液层静压，界面能耗，摩擦阻力）5.4 塔内气液的非理想流动塔内气液的非理想流动 1）空间反相运动）空间反相运动 液沫夹带（气体夹带液滴到上层塔板）液沫夹带（气体夹带液滴到上层塔板）措施：增大塔径，减小气速；措施：增大塔径，减小气速；增大板间距。增大板间距。气泡夹带（液体夹带气
9、泡到下层塔板）气泡夹带（液体夹带气泡到下层塔板）措施：增大液体降液管停留时间；措施：增大液体降液管停留时间；增设出口安定区。增设出口安定区。2）空间上的不均匀流动）空间上的不均匀流动 液体沿塔板的不均匀流动液体沿塔板的不均匀流动 原因：流程长短，塔壁牵制，堰不平。原因：流程长短，塔壁牵制，堰不平。措施：倾斜孔，齿型堰，折流塔板。措施：倾斜孔，齿型堰，折流塔板。气体沿塔板的不均匀流动气体沿塔板的不均匀流动 原因：液面落差。原因：液面落差。措施：增加干板阻力，溢流多流型。措施：增加干板阻力，溢流多流型。气体沿塔板的不均匀流动气体沿塔板的不均匀流动5.5 板式塔不正常现象板式塔不正常现象 1）夹带液
10、泛）夹带液泛液沫夹带量过大液沫夹带量过大 2）溢流液泛）溢流液泛板压降大，降液管压降大板压降大，降液管压降大 3）严重漏液）严重漏液板上气体不均匀流动板上气体不均匀流动第二部分第二部分工艺设计与计算工艺设计与计算1.设计设计方案确定方案确定方案确定是指确定整个精馏设备的流程、方案确定是指确定整个精馏设备的流程、主要设备的结构型式和主要操作条件。主要设备的结构型式和主要操作条件。原则：原则：（1）满足工艺要求；）满足工艺要求；（2）操作平稳、易于调节；）操作平稳、易于调节；（3）经济合理；）经济合理；（4）生产安全。）生产安全。1.流程的选择流程的选择精馏装置：精馏塔、蒸馏釜、冷凝器精馏装置：精
11、馏塔、蒸馏釜、冷凝器中心问题：如何节能中心问题：如何节能条件：保证产品质量、操作稳定，降低费用条件：保证产品质量、操作稳定，降低费用例：用塔顶蒸汽预热料液例：用塔顶蒸汽预热料液例：残液加热料液例：残液加热料液 残液温度虽高，但液残液温度虽高，但液-液传热，液传热，k很小，很小，A增加，附属设备投资费增加，增加，附属设备投资费增加，原则：合理考虑经济和操作，不能顾此失彼。原则：合理考虑经济和操作，不能顾此失彼。（全凝器，泡点回流）（全凝器，泡点回流）1.2 操作压力的确定操作压力的确定 主要根据物料的性质，考虑技术上的可行主要根据物料的性质，考虑技术上的可行性及经济上的合理性及经济上的合理 对沸
12、点低，常压下为气态的物料必须在加对沸点低，常压下为气态的物料必须在加压下进行精馏。压下进行精馏。热敏性、高沸点物料常用减压精馏。热敏性、高沸点物料常用减压精馏。1.3 进料状态进料状态一般将料液预热到泡点或接近泡点后送入一般将料液预热到泡点或接近泡点后送入塔内。这样可使：塔内。这样可使：（1）塔的操作比较容易控制；）塔的操作比较容易控制；（2）精馏段和提馏段的上升蒸汽量相近，）精馏段和提馏段的上升蒸汽量相近，塔径相似，设计制造比较方便。塔径相似，设计制造比较方便。1.4 加热方式加热方式（1）间接蒸汽加热）间接蒸汽加热（2）直接蒸汽加热）直接蒸汽加热 适用场合：待分离物系为某轻组分和水的混合物
13、。适用场合：待分离物系为某轻组分和水的混合物。优点：可省去再沸器；并可利用压力较低的蒸优点：可省去再沸器；并可利用压力较低的蒸 汽进行加热。操作费用和设备费用均可汽进行加热。操作费用和设备费用均可 降低。降低。2.工艺计算工艺计算 2.1物料衡算物料衡算2.2平衡数据平衡数据2.3回流比的选择回流比的选择2.4理论板数和实际板数的计算理论板数和实际板数的计算2.5物性数据及塔内汽液负荷的计算物性数据及塔内汽液负荷的计算2.6塔径和塔高的计算塔径和塔高的计算2.7塔板的设计和计算塔板的设计和计算2.8流体力学校核流体力学校核2.9塔板负荷性能计算塔板负荷性能计算2.10塔接管尺寸的计算塔接管尺寸
14、的计算2.11塔顶冷凝器和塔底再沸器热负荷计算塔顶冷凝器和塔底再沸器热负荷计算2.12塔顶冷凝器的选型和校核塔顶冷凝器的选型和校核2.13塔保温层的计算塔保温层的计算2.1.1生产任务生产任务 处理量，料液组成，塔顶馏出液组成处理量，料液组成，塔顶馏出液组成 塔底残馏液组成塔底残馏液组成2.1物料衡算物料衡算 生产时间：每年以生产时间：每年以365天计，除去大检修时天计，除去大检修时间一个月和检维修时间，实际按间一个月和检维修时间，实际按300天计算，天计算，24小时小时/天（天（7000或或8000小时）小时）2.1.2 2.1.2 物料衡算物料衡算由设计任务所给定的条件，由设计任务所给定的
15、条件，利用利用ASPEN模模拟得到各物料的流量和组成拟得到各物料的流量和组成质量流量质量流量（kg/h）摩尔流量摩尔流量Kmol/h组成组成mol%进料进料塔顶塔顶塔釜塔釜2.1.3结果汇总结果汇总表表2.1*2.2平衡数据平衡数据 利用利用ASPEN获取，同时可以得到塔板浓度分获取，同时可以得到塔板浓度分布及温度分布等数据布及温度分布等数据2.3回流比的选择回流比的选择*选择原则：选择原则：使塔的设备费用和操作费用的总和最低，同时应使塔的设备费用和操作费用的总和最低，同时应考虑到操作时的调节弹性。考虑到操作时的调节弹性。选择方法：选择方法：（1）参考生产现场所提供的回流比数据；参考生产现场所
16、提供的回流比数据；（2）回流比取最小回流比回流比取最小回流比Rmin的的1.22倍；倍；（3）利用利用ASPEN获取最少理论板数获取最少理论板数 Nmin 和和 最小回流比最小回流比Rmin；（4）根据回流比根据回流比R和理论板数和理论板数N的曲线图，在的曲线图，在曲线图上确定合适的回流比曲线图上确定合适的回流比R。回流比回流比 理论塔板数理论塔板数R NminR N 设备费设备费 操作费操作费Rmin N 一般取一般取R=(1.12.0)RminRminNmin NRcostsR2.4理论板数和实际板数的计算理论板数和实际板数的计算2.4.1 ASPEN模拟得到理论板数及加料板位模拟得到理论
17、板数及加料板位 置置 2.4.2塔板效率的估计塔板效率的估计塔板效率与物系性质、塔板结构及操作条件等塔板效率与物系性质、塔板结构及操作条件等众多因素有关，尚无精确的计算方法。众多因素有关，尚无精确的计算方法。常用的估计方法有：常用的估计方法有：（1 1）参考生产现场同类型的塔板、物系性质）参考生产现场同类型的塔板、物系性质 相同（或相近）的塔板效率数据。相同（或相近）的塔板效率数据。（2 2）（3 3）朱汝瑾公式）朱汝瑾公式（4 4）Van Winkle Van Winkle 关联关联（5 5）AIChE AIChE 法法 Oconnell关联图确定全塔效率确定全塔效率奥康奈尔关于精馏塔的效率
18、关联图奥康奈尔关于精馏塔的效率关联图-塔顶和塔底塔顶和塔底平均温度平均温度下的相对挥发度下的相对挥发度L-塔顶和塔底塔顶和塔底平均温度平均温度下的液体粘度下的液体粘度对液体混合物：对液体混合物：L=xiLxi液体液体i组分的摩尔分率组分的摩尔分率i液体液体i组分的粘度组分的粘度2.4.4实际塔板数和实际加料板位置的确定 塔釜为一块理论板塔釜为一块理论板 式中式中 N P 塔内实际板数塔内实际板数 NT 理论板数理论板数 ET 全塔总效率全塔总效率TTE1NNp式中式中 Nm 实际加料板位置实际加料板位置 NR 精馏段理论板数精馏段理论板数 由于在计算中引用了诸多简化假定，由于在计算中引用了诸多
19、简化假定，Nm与与实际情况有一定偏差。所以在设计时可在实际情况有一定偏差。所以在设计时可在Nm的的上下各多设一个加料口，待开车调试时再确定上下各多设一个加料口，待开车调试时再确定最佳实际加料板位置。最佳实际加料板位置。1ENNmTR2.5物性数据和塔内汽液负荷的计算物性数据和塔内汽液负荷的计算2.5.1物性数据（物性数据（ASPEN模拟得到）模拟得到）1）平均温度）平均温度 精馏段、提馏段和全塔精馏段、提馏段和全塔2）平均分子量）平均分子量 塔顶、进料、塔底、精馏段、提馏段塔顶、进料、塔底、精馏段、提馏段3）操作压强）操作压强 塔顶、塔底、精馏段、提馏段塔顶、塔底、精馏段、提馏段（取每层板压降
20、）（取每层板压降）4）平均密度）平均密度 气相：精馏段、提馏段气相：精馏段、提馏段 液相：精馏段、提馏段液相：精馏段、提馏段 塔顶、进料、塔釜塔顶、进料、塔釜5）液体表面张力）液体表面张力 进料、塔顶、塔釜、精馏段、提馏段进料、塔顶、塔釜、精馏段、提馏段 混合原则混合原则常见化工单元设备的设计常见化工单元设备的设计p256）液体粘度）液体粘度 进料、塔顶、塔釜、精馏段、提馏段、进料、塔顶、塔釜、精馏段、提馏段、全塔全塔列表列表2.5.2塔内汽液负荷的计算（模拟得到）塔内汽液负荷的计算（模拟得到）精馏段：气、液流量精馏段：气、液流量提馏段：气、液流量提馏段：气、液流量qFRDLFqDRVRDLD
21、RV1112.6塔径和塔高的计算由于精馏段和提留段的汽液两相流量不同由于精馏段和提留段的汽液两相流量不同,所以应所以应分分别别进行计算进行计算2.6.1 塔径的计算塔径的计算塔径直接关系到设备的生产能力和制造成本塔径直接关系到设备的生产能力和制造成本,是最主是最主要的工艺尺寸之一要的工艺尺寸之一A:根据适宜的空塔气速根据适宜的空塔气速,求出塔截面积求出塔截面积,求出塔径求出塔径B:先确定适宜的空流气速先确定适宜的空流气速,算出一个空允许通过算出一个空允许通过的气量的气量,确定每块塔板上所需的孔数确定每块塔板上所需的孔数,再根据再根据孔的排列及塔板各区域的相互比例孔的排列及塔板各区域的相互比例,
22、最后算出最后算出塔的横截面积和塔径塔的横截面积和塔径.1）板间距的选择）板间距的选择*板间距对塔板的液沫夹带和液泛气速有重要的影响板间距对塔板的液沫夹带和液泛气速有重要的影响对相同的汽液负荷对相同的汽液负荷,板间距板间距HT越大越大,允许气速越大允许气速越大,所需塔所需塔径径D越小越小,存在一个经济上最佳的板间距存在一个经济上最佳的板间距HT塔径D/mm80012001400240026006600板间距TH/mm300、350、400、450、500400、450、500、550、600、650、700450、500、550、600、650、700、750、800表表：不同塔径的板间距参考表
23、不同塔径的板间距参考表2）塔径的初步确定（精、提分别计算）塔径的初步确定（精、提分别计算）nusfTVA-Aun根据气体通过面积计算的气体速度，根据气体通过面积计算的气体速度，m/suf 液泛速度，液泛速度，m/sCf气体负荷因子气体负荷因子Cf20 表面张力为表面张力为20mN/m时气体负荷时气体负荷 因子因子FLV 两相流动参数两相流动参数 与气、液两相的体积流量与气、液两相的体积流量 气、液两相密度有关气、液两相密度有关AT 塔横截面积，塔横截面积，m2Af 降液管面积，降液管面积，m2查查P129筛板塔的泛点关联图筛板塔的泛点关联图fnuu)85.08.0(FLV,HTCf20uf计算
24、计算 Cf塔径标准化塔径标准化 筛板塔的泛点关联图筛板塔的泛点关联图2.6.2塔高的计算塔高的计算1）塔顶空间）塔顶空间HD最高层塔盘和塔顶的距离最高层塔盘和塔顶的距离目的：有利于气体中液滴的自由沉降，目的：有利于气体中液滴的自由沉降，减少塔顶出口气体中携带的液减少塔顶出口气体中携带的液 体量。有时还装除沫器。体量。有时还装除沫器。取值：远高于塔盘间距，有时甚至高出取值：远高于塔盘间距，有时甚至高出 一倍。一倍。一般取一般取1.2-1.5mHD2)塔底空间塔底空间HB最下层塔板到塔底之间的距离。最下层塔板到塔底之间的距离。目的：防止精馏操作的波动对后续设备目的：防止精馏操作的波动对后续设备 操
25、作的影响，起贮槽作用，以保操作的影响，起贮槽作用，以保 证液体有足够的储存量证液体有足够的储存量取值方法：取值方法：塔底储液空间依储存液量停留塔底储液空间依储存液量停留35min或或 更长时间（易结焦物料可缩短停留时间）更长时间（易结焦物料可缩短停留时间）塔底液面至最下塔板之间要有塔底液面至最下塔板之间要有12m的间的间 距，大塔可更大距，大塔可更大HB3）人孔）人孔当塔需要经常清洗时：当塔需要经常清洗时：每隔每隔3-4块塔板处设一个人孔块塔板处设一个人孔不需要经常清洗时：不需要经常清洗时：每隔每隔6-8块塔板处设一个人孔块塔板处设一个人孔有人孔处有人孔处,塔板间距塔板间距Hp应大于等于应大于
26、等于600mm人孔直径一般为人孔直径一般为450-500mm，特殊的也有长方形特殊的也有长方形 人孔伸出塔器筒体长度为人孔伸出塔器筒体长度为200-250mmHp（4）塔高BDPPFFTPFHHHnHnHnnnH1n一实际塔板数；一实际塔板数；nF进料板数；进料板数；np人孔数人孔数;HT板间距，板间距，m；HF进料板处板间距，进料板处板间距，m；Hp一设人孔处的板间距，一设人孔处的板间距，m；HD一塔顶空间一塔顶空间(不包括头盖部分不包括头盖部分)，m；HB一塔底空间一塔底空间(不包括底盖部分不包括底盖部分)，m H塔高塔高(不包括封头、裙坐不包括封头、裙坐)，m；2.7塔板的设计和计算塔板
27、的设计和计算在设计时，一般分段处理在设计时，一般分段处理整块式和分块式塔板整块式和分块式塔板 对于小直径对于小直径(直径小于直径小于800mm),通常采用整块式通常采用整块式 直径大于直径大于900mm时，常用分块时，常用分块 塔板的分块数与塔径大小有关，按表选取塔板的分块数与塔径大小有关，按表选取塔板的主要尺寸：塔板的主要尺寸：HT 板间距板间距 D 塔径塔径 Lw 堰长堰长 hw 堰高堰高 Ws(Ws)出口出口(入口入口)安定区安定区 Wc 边缘区边缘区 d 筛孔直径筛孔直径 t 筛孔中心距筛孔中心距 塔板面积可以分为五个区域降液管区塔板面积可以分为五个区域降液管区*：（1）有效传质区（即
28、鼓泡区）有效传质区（即鼓泡区）筛孔排列的区域，为塔板上气液筛孔排列的区域，为塔板上气液 接触的有效区域接触的有效区域（2）降液区：降液管及受液盘所占的）降液区：降液管及受液盘所占的 区域区域（3）塔板入口安定区）塔板入口安定区Ws（4）塔板出口安定区）塔板出口安定区Ws（5）边缘区）边缘区:靠近塔壁的部位，供塔靠近塔壁的部位，供塔 板安装之用板安装之用Wc2.7.1堰的参数堰的参数1）液流程数）液流程数 单溢流单溢流：液体流经长，塔板效率高，但若塔径和：液体流经长，塔板效率高，但若塔径和液流量都较大时，单溢流塔板会产生过大的液面液流量都较大时，单溢流塔板会产生过大的液面落差，使汽液分布不均，甚
29、至会造成局部泄漏，落差，使汽液分布不均，甚至会造成局部泄漏，使塔板效率降低。使塔板效率降低。双溢流：液体在塔板上的流程减少一半，所以，双溢流：液体在塔板上的流程减少一半，所以，液体负荷能力大，液面落差小，但双溢流塔板结液体负荷能力大，液面落差小，但双溢流塔板结构复杂，造价要比单溢流高构复杂，造价要比单溢流高10-15%选择原则：选择原则：从塔的传质和流体性能分析，较长的流径使汽液从塔的传质和流体性能分析，较长的流径使汽液接触充分，而流径越长，液面落差也越大，造成接触充分，而流径越长，液面落差也越大，造成气体分布不均匀气体分布不均匀 国内一般采用单溢流和双溢流两种，通常，塔径国内一般采用单溢流和
30、双溢流两种，通常，塔径2.2m以下多采用以下多采用单溢流单溢流，塔径，塔径2.0m以上多采用双以上多采用双溢流，塔径溢流，塔径2.0-2.2m时，两种流型均可采用时，两种流型均可采用 选择液流型式的参考表塔径/m液体流量（m/h)U形流型单流型双流型阶梯流型1.07451.49702.01190 90 1603.011110110 200200 3004.011110110 230230 3505.011110110 250250 4006.011110110 250250 4502)降液管型式降液管型式圆型和弓型降液管两种：圆型和弓型降液管两种：弓形降液管：流通截面大，液体在降液管中的停留弓
31、形降液管：流通截面大，液体在降液管中的停留 时间长，减少夹带气泡时间长，减少夹带气泡圆形降液管：汽液分离空间小，气沐夹带严重，常圆形降液管：汽液分离空间小，气沐夹带严重，常 用于小型用于小型 或实验装置或实验装置3)堰长堰长lw：*降液管的弦长，降液管的弦长，根据液体负荷及溢流形式而决定，根据液体负荷及溢流形式而决定，对于弓形降液管对于弓形降液管 单溢流堰：单溢流堰：lw取取(0.6-0.8)D，若若lw25mm,否则一堵塞或流道不畅，否则一堵塞或流道不畅，造成液泛造成液泛大塔径：大塔径：ho40mm,最大时可达最大时可达150mm6）受液盘及入口堰位置）受液盘及入口堰位置 为了保证液体由降液
32、管流出时，不只受到很大阻为了保证液体由降液管流出时，不只受到很大阻力，则入口堰与降液管的水平距离力，则入口堰与降液管的水平距离h1ho 若采用凹型受液盘，收液盘深度一般在若采用凹型受液盘，收液盘深度一般在50mm以以上，但不能超过板间距的上，但不能超过板间距的1/3，对于对于800mm以上的塔，目前采用受液盘，这种以上的塔，目前采用受液盘，这种结构便于液体侧线抽出，在液体流量低时仍能造结构便于液体侧线抽出，在液体流量低时仍能造成良好的液封，且有改变液体流向的缓冲作用成良好的液封，且有改变液体流向的缓冲作用 降液管宽度降液管宽度2.7.2 安定区和边缘区安定区和边缘区1）出口安定区）出口安定区W
33、s 目的：使液体进入降液管之前，有一定的时间脱除目的：使液体进入降液管之前，有一定的时间脱除其中所含的气体其中所含的气体一般：一般：Ws=50-100mm2）入口安定区出口安定区）入口安定区出口安定区Ws *以防止气体进入降液管或因降液管流出的液流的冲以防止气体进入降液管或因降液管流出的液流的冲击而漏液击而漏液3）边缘区）边缘区Wc一般：一般：Wc=50-60mm2.7.3 筛孔直径及其排列筛孔直径及其排列 筛孔的孔径是影响气相分散和汽液接触的重要工筛孔的孔径是影响气相分散和汽液接触的重要工艺尺寸，工业塔常用的孔径艺尺寸，工业塔常用的孔径 do为为3-8mm，推荐值为，推荐值为4-5mm 为了
34、使筛孔中喷出的气流互不干扰，筛孔中心距为了使筛孔中喷出的气流互不干扰，筛孔中心距t一般为一般为(2.5-5)do,推荐值推荐值t/do=3-4 筛孔排列均为正三角形，目的使汽液接触良好，筛孔排列均为正三角形，目的使汽液接触良好，最大限制利用塔盘面积最大限制利用塔盘面积开孔率开孔率塔板上筛孔总面积塔板上筛孔总面积气液接触区面积气液接触区面积设计时若采用分块式塔板，各块板的拼装处也需留有安设计时若采用分块式塔板，各块板的拼装处也需留有安装区，在设计汽液接触面积及筛孔数时，与上装区，在设计汽液接触面积及筛孔数时，与上述方式有一定的差异述方式有一定的差异开孔率的选择开孔率的选择*开孔率太大：干板压降小
35、而漏液点高，操作弹性下降开孔率太大：干板压降小而漏液点高，操作弹性下降开孔率太小：板压降大容易液泛开孔率太小：板压降大容易液泛2.8流体力学校核流体力学校核流体力学的计算和校核，目的是了解已经选流体力学的计算和校核，目的是了解已经选定的工艺尺寸是否恰当，塔板能否正常操作定的工艺尺寸是否恰当，塔板能否正常操作及是否需要作相应的调整及是否需要作相应的调整hhhhdLf2)(21ooLVdCugh)(owwLhhhpnpnp液2.8.1塔板压降塔板压降校核塔板压降是否超过规定数值，即使设计时对塔板压降校核塔板压降是否超过规定数值，即使设计时对塔板压降没有提出要求，也应计算塔板压降没有提出要求，也应计
36、算塔板压降气体通过塔板的压降气体通过塔板的压降hfdh-干板压降干板压降Lh-液层压降液层压降h-克服液体表面张力的阻力干板压降克服液体表面张力的阻力干板压降uo-孔速孔速Co孔流系数孔流系数全塔压降：全塔压降：真空条件下，有限制；真空条件下，有限制；常压下，一般无限制（本次：全塔压降在常压下，一般无限制（本次：全塔压降在30KPa以内）以内）充气系数充气系数)(wTdhHHoffowwdhhhhH2)(153.0owsofhLLh2.8.2 降液管内清液层高度降液管内清液层高度Hd为了防止降液管液泛，将液管内泡沫液面不能超过上层为了防止降液管液泛，将液管内泡沫液面不能超过上层塔板出口堰高度，
37、塔板出口堰高度，为防止液泛，一般要求：为防止液泛，一般要求：hof液相在降液管内的阻力损失液相在降液管内的阻力损失 m 液柱液柱板上液面落差，板上液面落差，很小，很小，可以忽略可以忽略安全系数与流体充气程度有关，安全系数与流体充气程度有关，一般物系：一般物系：=0.5不易发泡物系：不易发泡物系：=0.6-0.7易发泡物系：易发泡物系：=0.3-0.42.8.3液体在降液管内停留时间的校核液体在降液管内停留时间的校核为了使气体能从液体中充分分离出来，液体在降液为了使气体能从液体中充分分离出来，液体在降液管中应有足够的停留时间管中应有足够的停留时间sTfLHA要求要求3-5s，对于易起泡物系，对于
38、易起泡物系，7s2.3)5.2(0057.0LTnVhHuefTsnAAVu2.8.4雾沫夹带量雾沫夹带量eV雾沫夹带量对塔板分离效率影响很大，过量的物沫夹带雾沫夹带量对塔板分离效率影响很大，过量的物沫夹带将导致塔板效率下降，综合考虑生产能力和塔板效率的将导致塔板效率下降，综合考虑生产能力和塔板效率的关系，应控制关系，应控制eV0.1kg液液/kg气气两种方法：两种方法：液泛百分率关联液泛百分率关联直接计算直接计算un-气速气速AT-塔横截面积塔横截面积0.25.1owouuk2.8.5漏液点的校核漏液点的校核当漏液现象开始明显影响板效率的气速为漏液点气速，当漏液现象开始明显影响板效率的气速为
39、漏液点气速，漏液现象的存在，会导致板效率下降，严重的漏液将漏液现象的存在，会导致板效率下降，严重的漏液将使板上不能积液而无法操作使板上不能积液而无法操作,为使所设计的筛板操作稳为使所设计的筛板操作稳定，具有足够的操作弹性，要求设计孔速定，具有足够的操作弹性，要求设计孔速uo与漏液点与漏液点孔速孔速uow之比之比 塔板结构参数确定后，该塔板在不同的汽液负荷塔板结构参数确定后，该塔板在不同的汽液负荷内有一稳定的操作范围，月初稳定区，它的效率内有一稳定的操作范围，月初稳定区，它的效率显著下降，甚至不能正常操作显著下降，甚至不能正常操作 从负荷性能图上可以看出，所设计的塔板是否有从负荷性能图上可以看出
40、，所设计的塔板是否有足够的操作弹性，结构参数是否合理，是否需要足够的操作弹性，结构参数是否合理，是否需要调整及如何调整调整及如何调整2.9塔板负荷性能计算（塔板负荷性能计算（分段计算分段计算）1）漏液线）漏液线a筛板塔气相负荷过小，液体泄漏严重筛板塔气相负荷过小，液体泄漏严重因此，孔速必须大于漏液点孔速因此，孔速必须大于漏液点孔速由漏液点气速由漏液点气速uow计算出最小的气流量计算出最小的气流量(Vs)min (Vs)min=AouowaVL02）雾沫夹带线雾沫夹带线b表示雾沫夹带量表示雾沫夹带量eV=0.1kg液液/kg气时的气时的V-L关系关系3）液相上限线）液相上限线c区停留时间为区停留
41、时间为5s53600.TfhHAL 计算最大液流量计算最大液流量bcaVL0EhlLowwh3321084.2)()(wTdhHH4）液相下限线）液相下限线d对于平直对于平直堰堰，取堰上液层高度，取堰上液层高度，how=0.006m是是的液流量为最小值的液流量为最小值令令Ls5）液泛线）液泛线e降液管内清液层高度降液管内清液层高度确定确定becdaVL0 对塔板负荷性能图进行分析对塔板负荷性能图进行分析p设计点设计点 操作弹性操作弹性设计点只能反映一般塔的平均值或一块板的实际情况设计点只能反映一般塔的平均值或一块板的实际情况液相下限线液相下限线1液相上限线液相上限线2漏液线漏液线3过量液沫夹带
42、线过量液沫夹带线4液泛线液泛线5操作线操作线计算操作弹性计算操作弹性板间距和降液管面积对负荷性能图的影响（板间距和降液管面积对负荷性能图的影响（P121）2.10 塔接管尺寸的计算塔接管尺寸的计算2.10.1塔顶蒸汽出口管径塔顶蒸汽出口管径 式中 Vs 汽相流量，m/s;uv 蒸汽速度，m/s。各种操作压强下蒸汽管中许可速度各种操作压强下蒸汽管中许可速度操作压强（绝压）操作压强（绝压）蒸汽流速，蒸汽流速，m/s常压常压13.36.7kPa6.7kPa以下以下122030454560vspuVd4圆整圆整2.10.2 回流液管径回流液管径式中式中 Lh 回流液量，回流液量，kg/h;L 液相密度
43、，液相密度，kg/m;u uR R 液相在回流管内速度，液相在回流管内速度，m/s。重力回流取重力回流取0.20.20.50.5m/s;强制回强制回 流取流取1.51.52.52.5m/s。圆整圆整LRhRuLd360042.10.32.10.3进料管进料管df式中式中 F 进料量，进料量，kg/h;u uf f 进料管内流速，一般取进料管内流速，一般取0.40.4 0.8 0.8m/s;由泵输送时取由泵输送时取1.51.5 2.5 2.5m/s。Ludff3600F42.10.4塔釜出料管径塔釜出料管径dw塔釜液出塔的速度一般可取塔釜液出塔的速度一般可取0.51.0m/s2.10.5 蒸汽回
44、流管蒸汽回流管dv接管尺寸一览表接管尺寸一览表公称直径公称直径d(mm)外径外径（mm）壁厚壁厚（mm）材料型号材料型号dpdRdfdwdv2.11塔顶冷凝器和塔底再沸器热负荷计算塔顶冷凝器和塔底再沸器热负荷计算;1）计算塔顶全凝器和塔底再沸器的热负荷；）计算塔顶全凝器和塔底再沸器的热负荷；2）原料预热器的热负荷计算（如果有）原料预热器的热负荷计算（如果有）2.12塔顶冷凝器的选型和校核塔顶冷凝器的选型和校核;1）根据冷却水的进出口温度，估算全凝器）根据冷却水的进出口温度，估算全凝器 的的K值，计算大致的传热面积，值，计算大致的传热面积，塔顶冷凝器冷却水进、出口温度选择塔顶冷凝器冷却水进、出口
45、温度选择进口温度以夏天温度计进口温度以夏天温度计出口温度的选择原则：出口温度的选择原则：一般，设计时可采取冷却水两端温度差为一般，设计时可采取冷却水两端温度差为510，缺水地区选用较大的温度差，水源丰富，缺水地区选用较大的温度差，水源丰富地区选用较小的温度差地区选用较小的温度差取传热系数取传热系数计算传热面积计算传热面积参考换热器参考换热器系列选择标准换热器系列选择标准换热器A/A计计=1.15-1.252）确定再沸器的蒸汽压力（温度），估算再）确定再沸器的蒸汽压力（温度），估算再沸器的沸器的K，计算再沸器的所需传热面积，计算再沸器的所需传热面积3）计算冷却水和蒸汽的用量）计算冷却水和蒸汽的用
46、量对于再沸器：根据计算面积选择相应的型号对于再沸器：根据计算面积选择相应的型号2.13塔保温层的计算塔保温层的计算1）保温的目的：减少热损失）保温的目的：减少热损失2）热损失量取再沸器热量的）热损失量取再沸器热量的13）根据保温程度，选择材料并确定材料导热系数）根据保温程度，选择材料并确定材料导热系数4）确定保温层的厚度）确定保温层的厚度 热阻：热阻：、金属壁本身、保温层导热热阻、金属壁本身、保温层导热热阻外界温度环境，以最低温度计算外界温度环境，以最低温度计算(上海地区可以上海地区可以 0计算计算)汽1mtKSQ损bKT11T联合对流辐射传热系数（热损失：自然对流、辐射热）联合对流辐射传热系
47、数（热损失：自然对流、辐射热）环tttmm下封上封精提SSSSSuT2.42.6smu/575.08.7 uTsmu/5封头选型封头选型1精馏段（上封精馏段（上封头）头）提馏段（下封提馏段（下封头）头）公称直径公称直径曲面高度曲面高度直边高度直边高度内表面积内表面积容积容积1茅晓东、李建伟茅晓东、李建伟 典型化工设备机械设计指导典型化工设备机械设计指导 华东理工大学出版社华东理工大学出版社 1995 报告格式要求：1）允许打印（每小组提交一份报告）允许打印（每小组提交一份报告）2）图纸）图纸 直角坐标纸直角坐标纸 标准图纸标准图纸 (3#图纸，图纸，1张张;)3）计算要完整，）计算要完整，公式
48、公式-数据数据-结果结果4）对于重复设计的内容，最好用图表表示，并能）对于重复设计的内容，最好用图表表示，并能举一例说明其计算步骤，如果精馏段和提馏段分举一例说明其计算步骤，如果精馏段和提馏段分别计算，最好并列计算，便于比较别计算，最好并列计算，便于比较5）公式，物性数据的来源，在较大范围内取值，）公式，物性数据的来源，在较大范围内取值，应说明原因应说明原因4）一些重要公式及数据的来源要说明其出处）一些重要公式及数据的来源要说明其出处5）各物理量所用的符号前后要一致，并尽可能采）各物理量所用的符号前后要一致，并尽可能采用用SI制，经验公式例外，应正确使用经验公式制，经验公式例外，应正确使用经验公式 注意：使用范围，物理量单位注意：使用范围，物理量单位制图要求制图要求筛板塔总装图筛板塔总装图
