直接蒸汽加熱填料精餾塔設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū).doc

簡(jiǎn)單填料精餾塔設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)：規(guī)定F、xF、xD、xW，設(shè)計(jì)出能完成分離任務(wù)的板式精餾塔 1. 回流比l 最小回流比設(shè)夾緊點(diǎn)在精餾段，其坐標(biāo)為(xe,ye)則 (1)設(shè)夾緊點(diǎn)在提餾段，其坐標(biāo)為(xe,ye) (2)所需基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：氣液相平衡數(shù)據(jù)丙酮-水xi = 0 0.01 0.02 0.05 0.10 0.15 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 0.95 1.0; % 液相丙酮平衡濃度yi = 0 0.253 0.425 0.624 0.755 0.793 0.815 0.830 0.839 0.849 0.859 0.874 0.898 0.935 0.963 1.0; % 汽相丙酮平衡濃度ti= 100 92.7 86.5 75.8 66.5 63.4 62.1 61.0 60.4 60.0 59.7 59.0 58.2 57.5 57.0 56.13 ;%平衡溫度甲醇-水xi = 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.15 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 0.95 1.0; % 液相甲醇平衡濃度yi = 0 0.134 0.234 0.304 0.365 0.418 0.517 0.579 0.665 0.729 0.779 0.825 0.870 0.915 0.958 0.979 1.00; % 汽相甲醇平衡濃度ti= 100 96.4 93.5 91.2 89.3 87.7 84.4 81.7 78.0 75.3 73.1 71.2 69.3 67.6 66.0 65.0 64.5 ;%平衡溫度l 確定操作回流比 2 全塔物料衡算與操作方程 (1)全塔物料衡算 (3) (4)其中 (5) (6)聯(lián)立式(3)、式(4)得： (7)(2) 操作方程精餾段 提餾段 3 計(jì)算精餾段、提餾段理論板數(shù) 理想溶液 圖解法或求出相對(duì)揮發(fā)度用逐板計(jì)算法求取。 非理想溶液 相平衡數(shù)據(jù)為離散數(shù)據(jù),用圖解法或數(shù)值積分法求取4. 全塔組成分布、溫度分布及精餾段、提餾段平均溫度與組成精餾段平均溫度 提餾段平均溫度 其中 塔頂?shù)谝话鍦囟?，加料板溫度，塔釜溫?物性參數(shù)的計(jì)算 塔頂條件下的物性參數(shù)(氣相密度、液相密度、表面張力及粘度） 進(jìn)料板組成與溫度條件的物性參數(shù) 塔釜條件下的物性參數(shù) 精餾段平均物性參數(shù) 提餾段平均物性參數(shù)附：氣相密度用理想氣體狀態(tài)方程計(jì)算 液相密度 、為組分A與B的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，、分別為組分A與B的液相密度，水的密度用插值法求，甲醇或丙酮的密度查有機(jī)液體相對(duì)密度共線(xiàn)圖(陳敏恒，化工原理（上冊(cè)）：北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2006)表面張力（含水溶液) 醇類(lèi) q=碳原子數(shù)；酮類(lèi) q=碳原子數(shù)-1、分別為水與有機(jī)物的表面張力，VW、VO分別為純水與純有機(jī)物的摩爾體積(cm3/mol)。純有機(jī)物的表面張力查有機(jī)液體的表面張力共線(xiàn)圖。粘度5 冷凝器和再沸器熱負(fù)荷冷凝器的熱負(fù)荷再沸器的熱負(fù)荷待求量：進(jìn)料溫度tF、塔頂上升蒸汽溫度tDV(與xD對(duì)應(yīng)的露點(diǎn)溫度)、回流溫度tDL(與xD對(duì)應(yīng)的泡點(diǎn)溫度)、再沸器溫度tw(與xW對(duì)應(yīng)的泡點(diǎn)溫度)。物性數(shù)據(jù)： 各組分在平均溫度下的液相熱容、氣相熱容或汽化熱。 各組分的熱容方程常數(shù)如 由沃森公式計(jì)算汽化熱 6 填料塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)I. 塔徑計(jì)算計(jì)算公式： 塔填料選擇須知：相對(duì)處理能力：拉西環(huán)矩鞍鮑爾環(huán)階梯環(huán)板波紋類(lèi)填料，板波紋填料較絲網(wǎng)類(lèi)有較大的處理量和較小的壓降。250Y250指的是填料的比表面積，Y指的是波紋傾角為45o,X Y指的是波紋傾角為30o填料選擇的三步驟：選材質(zhì)選類(lèi)型選尺寸(徑比應(yīng)保持不低于某一下限值，以防止產(chǎn)生較大的壁效應(yīng)，造成塔的分離效率下降。)選尺寸說(shuō)明：填料尺寸大，成本低，處理量大，但效率低。一般大塔常使用50mm的填料。塔徑/mm填料尺寸/mmD3002025300D9005080計(jì)算方法u 泛點(diǎn)氣速法-散堆填料 a. Eckert關(guān)聯(lián)圖法 由X值和泛點(diǎn)壓降線(xiàn)查取Y值進(jìn)而求得液泛氣速b. Bain-Hougen泛點(diǎn)關(guān)聯(lián)式填料特性：比表面積、空隙率、泛點(diǎn)壓降因子-規(guī)整填料a. Bain-Hougen泛點(diǎn)關(guān)聯(lián)式250Y金屬板波紋填料:A=0.297，CY型絲網(wǎng)填料:A=0.30b. 泛點(diǎn)壓降法Kister and Gill等壓降曲線(xiàn)(匡國(guó)柱.化工單元過(guò)程與設(shè)備課程設(shè)計(jì).北京：化學(xué)工業(yè)出版社.2002,264-265)泛點(diǎn)壓降與填料因子間的關(guān)系： Pa/m; Fp填料因子等壓降曲線(xiàn): u 氣相負(fù)荷因子法用于規(guī)整填料塔的計(jì)算 填料手冊(cè)中給出Csmax與(流動(dòng)參數(shù))的關(guān)系圖。 校核-散裝填料：a. 徑比D/dp 為保證填料潤(rùn)濕均勻，應(yīng)使徑比在10以上，徑比過(guò)小，液本沿填料下流時(shí)常會(huì)出現(xiàn)壁流現(xiàn)象。拉西環(huán)：D/dp20；鮑爾環(huán)：D/dp10；鞍形填料：D/dp15。 b. 泛點(diǎn)率u/uf(0.50.8) 保證塔在操作中不發(fā)生液泛 c噴淋密度最小噴淋密度 保證填料充分潤(rùn)濕。若噴淋密度過(guò)小，可增加吸收劑用量，或采用液體再循環(huán)以加大液體流量，或在許可范圍內(nèi)減小塔徑，或適當(dāng)增加填料層高度予以補(bǔ)償。 d. 每米填料層壓降 為使填料塔性能良好的工況下操作，每米填料層的壓降不能太大，一般正常壓降,真空操作下 -規(guī)整填料注意：計(jì)算出的塔徑D值，應(yīng)按壓力容器公稱(chēng)直徑標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行圓整，以符合設(shè)備的加工要求及設(shè)備定型，便于設(shè)備的設(shè)計(jì)加工。根據(jù)國(guó)內(nèi)壓力容器公稱(chēng)直徑標(biāo)準(zhǔn)(JB-1153-71)，直徑在1m以下，間隔為100mm（必要時(shí)D在700mm以下可50mm為間隔)；直徑在1m以上，間隔為200mm（必要時(shí)D在2m以下可用100mm為間隔）（李功祥，陳蘭英.常用化工單元設(shè)備設(shè)計(jì).廣州：華南理工大學(xué)出版社.) 所需物性數(shù)據(jù)物性數(shù)據(jù)：氣體混合物的密度、液體混合物的密度、液體混合物的粘度、表面張力計(jì)算式： 氣體混合物 液體混合物： wi組分i的質(zhì)量分?jǐn)?shù)互溶液體混合物的粘度：含水溶液的表面張力： 式中：計(jì)算精餾段塔徑時(shí)物性數(shù)據(jù)的處理：a. 以上方程所用物性數(shù)據(jù)近似按塔頂?shù)谝话逄幚? 如 b. 以上方程中所用物性數(shù)據(jù)均取塔頂?shù)谝话迮c加料板物性數(shù)據(jù)的平均值計(jì)算提餾段塔徑時(shí)物性數(shù)據(jù)的處理：a. 以上方程所用物性數(shù)據(jù)近似按加料板處理. b. 以上方程中所用物性數(shù)據(jù)均取加料板與塔釜物性數(shù)據(jù)的平均值II 填料層高度計(jì)算-理論板當(dāng)量高度(HETP)法 (精餾塔采用) 理論板當(dāng)量高度的值與填料塔內(nèi)的物系性質(zhì)、氣液流動(dòng)狀態(tài)、填料的特性等多種因素有關(guān)，一般源于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)或由經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式進(jìn)行估算。在實(shí)際設(shè)計(jì)缺乏可靠數(shù)據(jù)時(shí)，也可取文獻(xiàn)(匡國(guó)柱.化工單元過(guò)程與設(shè)備課程設(shè)計(jì).北京：化學(xué)工業(yè)出版社.2002,264-265)P273頁(yè)所列數(shù)據(jù)作參考。填料尺寸/mm253850等板高度/mm矩鞍環(huán)430550750鮑爾環(huán)420540710階梯環(huán)環(huán)鞍430530650以上關(guān)于HETP的取法是基于一種認(rèn)識(shí)，即填料塔的分離效率與被分離物系的物理性質(zhì)無(wú)關(guān)或影響很小，顯然這與實(shí)際情況相比，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)較大的偏差，故在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)特別給予注意。精餾段 NTSM與1m填料分離能力相當(dāng)?shù)乃鍞?shù)HETP與1層理論板分離能力相當(dāng)?shù)奶盍蠈痈叨染s段總壓降 式中： 每米填料層壓降提餾段的計(jì)算方法與精餾段相同。-填料層的分段目的：使填料層內(nèi)氣液兩相處于良好的分布狀態(tài)。一般情況：每經(jīng)過(guò)10塊理論板的當(dāng)量高度設(shè)置一個(gè)液體收集裝置，并進(jìn)行液體的再分布。散堆填料的分段：填料種類(lèi)填料高度/塔徑最大高度/m填料種類(lèi)填料高度/塔徑最大高度/m拉西環(huán)2.536鮑爾環(huán)5106矩鞍環(huán)586階梯環(huán)8156規(guī)整填料的分段： 填料種類(lèi)孔板波紋250Y絲網(wǎng)波紋500(BX)絲網(wǎng)波紋700(CY)每段填料最大高度/m631.5提醒：為了保證工程上的可靠性，計(jì)算出的填料層高度還應(yīng)加上20%左右的裕度。III. 塔高塔高=填料層高度+附屬部件的高度+塔頂空間IV. 填料塔流體力學(xué)參數(shù)計(jì)算a.填料塔壓力降氣體進(jìn)出口壓力降；填料層的壓力降；其他塔內(nèi)件的壓力降.b.泛點(diǎn)率c.氣體動(dòng)能因子 7 附屬內(nèi)件的選型包括液體初始分布器、填料壓緊裝置、填料支撐裝置、液體再分布器、氣體入塔分布器8 塔附屬高度塔附屬高度包括：塔的上部空間高度、安裝液體分布器和再分布器(包括液體收集器)的所需空間高度、塔釜高度及支座高度。 塔的上部空間高度塔的上部空間高度的作用：在塔填料層以上，有一足夠的空間高度，以使隨氣流攜帶的液滴能從氣相中分離出來(lái)，該高度一般取1.21.5m. 安裝液體分布器和再分布器(包括液體收集器)所需空間高度其高度值依據(jù)分布器的形式而定，一般取11.5m的空間高度。 塔釜高度釜液所占高度的計(jì)算：依據(jù)釜液流量、釜液的停留時(shí)間、塔徑計(jì)算。例：釜液體積流量為L(zhǎng)s m3/s, 塔徑為D m, 停留時(shí)間為t min料液在釜內(nèi)的停留時(shí)間15min，裝填系數(shù)取0.5，塔釜高h(yuǎn)/塔徑D=2:1塔釜液量 塔釜體積 釜液所占高度 m液面上方的氣液分離高度要求：滿(mǎn)足安裝塔底氣相接管所需空間高度和氣液分離所需空間高度。 塔底裙座高度(當(dāng)用裙式支座時(shí)用)：塔底封頭至基礎(chǔ)環(huán)之間的高度(查化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè))8 接管規(guī)格的確定包括進(jìn)料管、回流管、塔頂蒸汽接管、塔釜出料管設(shè)計(jì)依據(jù): 初設(shè)u查管子規(guī)格表（化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)下冊(cè))，選定管子規(guī)格重新計(jì)算u9 冷凝器的傳熱面積的估算冷凝器：根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件確定冷卻水的溫度，選擇冷卻水的出口溫度計(jì)算對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力根據(jù)冷熱流體的流動(dòng)通道和種類(lèi)選擇總傳熱系數(shù)10 原料泵的選型11 繪制精餾塔的裝配圖12 撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)簡(jiǎn)單板式精餾塔設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)條件與任務(wù)：已知F、xF、xD、xw或F、xF、xD和，塔頂設(shè)全凝器，泡點(diǎn)回流，塔底間接(直接)蒸汽加熱。1 全塔物料衡算求產(chǎn)品流量與組成（1）間接蒸汽加熱 (1) (2) 若規(guī)定F、xF、xD、xw則直接聯(lián)立求解方程(1)與(2) 若規(guī)定F、xF、xD和 (3)先由式(3)求出xD，再聯(lián)立求解方程(1)與(2)。(2)直接蒸汽加熱 (1) (2)2 計(jì)算最小回流比設(shè)夾緊點(diǎn)在精餾段，其坐標(biāo)為(xe,ye)則 設(shè)夾緊點(diǎn)在提餾段，其坐標(biāo)為(xe,ye)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：氣液相平衡數(shù)據(jù)3 確定操作回流比 4 計(jì)算精餾段、提餾段理論板數(shù) 理想溶液 圖解法或求出相對(duì)揮發(fā)度用逐板計(jì)算法求取。 非理想溶液 相平衡數(shù)據(jù)為離散數(shù)據(jù),用圖解法或數(shù)值積分法求取精餾段 因 所以 (4)提餾段 因 蒸汽回流比所以 (5)式(4)、(5)中塔板由下往上計(jì)數(shù)。5 冷凝器和再沸器熱負(fù)荷冷凝器的熱負(fù)荷再沸器的熱負(fù)荷待求量：進(jìn)料溫度tF、塔頂上升蒸汽溫度tDV(與xD對(duì)應(yīng)的露點(diǎn)溫度)、回流溫度tDL(與xD對(duì)應(yīng)的泡點(diǎn)溫度)、再沸器溫度tw(與xW對(duì)應(yīng)的泡點(diǎn)溫度)。物性數(shù)據(jù)： 各組分在平均溫度下的液相熱容、氣相熱容或汽化熱。 各組分的熱容方程常數(shù)如 由沃森公式計(jì)算汽化熱 6 計(jì)算實(shí)際塔板數(shù)全塔效率：OConnel公式式中：塔頂與塔底平均溫度下的相對(duì)揮發(fā)度；L塔頂與塔底平均溫度下的液相粘度, mPa.s精餾段 式中：精餾段平均溫度下的相對(duì)揮發(fā)度；L精餾段平均溫度下的液相粘度, mPa.s 注意：要圓整塔板數(shù) 提餾段 式中：提餾段平均溫度下的相對(duì)揮發(fā)度；L提餾段平均溫度下的液相粘度, mPa.s 注意：要圓整塔板數(shù)全塔所需塔板數(shù)：全塔效率： 提醒：全塔效率的工業(yè)測(cè)定值通常在0.30.7之間7 估算塔徑初高板間距，估算塔徑。 式中：C操作物系的負(fù)荷因子; L操作物系的液體表面張力，mN/m；HT板間距；hL板上液層高度。注意：(1) 板上液層高度由設(shè)計(jì)者選定。對(duì)常壓塔一般取為0.050.08m，對(duì)減壓塔一般取為0.0250.03m。(2) 一定要按壓力容器標(biāo)準(zhǔn)圓整塔徑。常用的標(biāo)準(zhǔn)塔徑為400、500、600、700、800、1000、1200、1400、1600、2000、2200mm等。(3)以上計(jì)算的塔徑只是初估值，要根據(jù)流體力學(xué)原則進(jìn)行驗(yàn)算。(3) 因精餾段與提餾段的氣液負(fù)荷及物性數(shù)據(jù)不同，故設(shè)計(jì)中兩段的塔徑應(yīng)分別計(jì)算，若二者相差不大，應(yīng)取較大者作為塔徑，若二者相差較大，應(yīng)采用變塔徑。所需物性數(shù)據(jù)物性數(shù)據(jù)：氣體混合物的密度、液體混合物的密度、液體混合物的表面張力計(jì)算式： 氣體混合物 液體混合物： wi組分i的質(zhì)量分?jǐn)?shù)含水溶液的表面張力： 式中：計(jì)算精餾段塔徑時(shí)物性數(shù)據(jù)的處理：a. 以上方程所用物性數(shù)據(jù)近似按塔頂?shù)谝话逄幚? 如 b. 以上方程中所用物性數(shù)據(jù)均取塔頂?shù)谝话迮c加料板物性數(shù)據(jù)的平均值計(jì)算提餾段塔徑時(shí)物性數(shù)據(jù)的處理：a. 以上方程所用物性數(shù)據(jù)近似按加料板處理. b. 以上方程中所用物性數(shù)據(jù)均取加料板與塔釜物性數(shù)據(jù)的平均值8 板式塔的塔板工藝尺寸計(jì)算I. 溢流裝置的設(shè)計(jì)為維持塔板上有一定高度的流動(dòng)液層，必須設(shè)置溢流裝置。板式塔的溢流裝置包括溢流堰、降液管和受液盤(pán)等幾部分，其結(jié)構(gòu)與尺寸對(duì)塔的性能有重要的影響。 降液管的類(lèi)型與溢流方式降液管的類(lèi)型：圓形降液管一般用于小直徑塔；對(duì)于直徑較大的塔，常用弓形降液管。溢流方式： U形流、單溢流、雙溢流及階梯式雙溢流。根據(jù)塔徑大小和液體流量選取合適的溢流方式。 溢流裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算溢流裝置的設(shè)計(jì)包括堰長(zhǎng)lW、堰高h(yuǎn)W、弓形降液管的寬度Wd、截面積Af，降液管底隙高度h0，進(jìn)口堰的高度與降液管間的水平距離hl等。a. 溢流堰(出口堰)：堰長(zhǎng)和堰高溢流堰有平直型與齒形兩種，設(shè)計(jì)中一般采用平直型溢流堰。1)堰長(zhǎng) 弓形降液管的弦長(zhǎng)。其值據(jù)經(jīng)驗(yàn)定。單溢流： 雙溢流：2)堰高 降液管端面高出塔板板面的距離hw堰上液層高度太小液體在堰上分布不均勻，影響傳質(zhì)效果，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使hOW6mm，低于此值應(yīng)采用齒形堰。堰上液層高度太大增大塔板壓降及液沫夾帶量，hOW6070mm時(shí)改用雙溢流堰。 式中：hL板上清液層高度, m；hOW堰上液層高度,m對(duì)平直堰： 式中：E液流收縮系數(shù)，根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)可取1。hw的確定：在工業(yè)塔中，hw一般為0.040.05m；減壓塔為0.0150.025m；加壓塔為0.040.08m，一般不宜超過(guò)0.1m。b. 降液管(以弓形降液管為例進(jìn)行討論)1)降液管的寬度Wd及截面積Af 校核：原因：為使液體中夾帶的氣泡得以分離，液體在降液管內(nèi)應(yīng)有足夠的停留時(shí)間，實(shí)踐證明，液本在降液管內(nèi)的停留時(shí)間不應(yīng)小于35s，對(duì)于高壓下操作的塔及易起泡物系，停留時(shí)間應(yīng)更長(zhǎng)一些。方法：式中：Lmax液體流量上限，m3/s；HT板間距，m；Af降液管截面積，m2。注意：液相負(fù)荷上限與氣相液量無(wú)；若校核不能滿(mǎn)足要求，應(yīng)調(diào)整降液管尺寸或板間距，直至滿(mǎn)足要求為止。2) 降液管底隙高度h0 降液管底隙高度是指降液管下端與塔板間的距離。必須滿(mǎn)足，才能保證降液管底端有良好的液封，一般不應(yīng)低于6mm，即hO也可按下式計(jì)算：式中：液體通過(guò)底隙時(shí)的流速，m/s。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般取=0.070.25m/s。降液管底隙高度一般不宜小于2025mm，否則易于堵塞，或因安裝偏差而使液流不暢，造成液泛。c. 受液盤(pán)受液盤(pán)有平受液盤(pán)和凹受形液盤(pán)兩種形式。平受液盤(pán)：一般需在塔板上設(shè)進(jìn)口堰，但進(jìn)口堰既占用板面，又易使沉淀物淤積此處造成阻塞。凹形受液盤(pán)：既可在低液量時(shí)形成良好的液封，又有改變液體流向的緩沖作用，并便于液體從側(cè)線(xiàn)的抽出。對(duì)于600mm以上的塔，多采用凹形受液盤(pán)。凹形受液盤(pán)的深度一般在50mm以上，有側(cè)線(xiàn)采出時(shí)宜取深些。凹形受液盤(pán)不適于易聚合及有懸浮固體的情況，因易造成死角而堵塞。II. 塔板設(shè)計(jì)(以篩板為例) 塔板布置塔板板面根據(jù)所起作用不同分為四個(gè)區(qū)域：開(kāi)孔區(qū)、鼓泡區(qū)、安定區(qū)、邊緣區(qū)(無(wú)效區(qū))。 開(kāi)孔區(qū) 上圖虛線(xiàn)以?xún)?nèi)的區(qū)域?yàn)椴贾煤Y孔的有效傳質(zhì)區(qū)，亦稱(chēng)鼓泡區(qū)。開(kāi)孔區(qū)面積以Aa表示。對(duì)單溢流型塔板，開(kāi)孔區(qū)面積按下式計(jì)算： 式中：，m；，m；為以角度表示的反正弦函數(shù)。 溢流區(qū) 溢流區(qū)為降液管及受液盤(pán)所占的區(qū)域，其中降液管所占面積以Af表示，受液盤(pán)所占面積以Af表示。 安定區(qū) 開(kāi)孔區(qū)與溢流區(qū)之間的不開(kāi)孔區(qū)域稱(chēng)為安定區(qū)，也稱(chēng)為破沫區(qū)。溢流堰前安定區(qū)(出口安定區(qū))：寬度為Ws，其作用是在液體進(jìn)入降液管之前有一段不鼓泡的安定地帶，以免液體大量夾帶氣泡進(jìn)入降液管。進(jìn)口堰后的安定區(qū)(入口安定區(qū))：其寬度為Ws，其作用是在液體入口處，由于板上液面落差，液層較厚，有一段不開(kāi)孔的安全地帶，可減少漏液量。進(jìn)口堰后的安定區(qū)(入口安定區(qū))寬度 溢流堰前安定區(qū)(出口安定區(qū))寬度 對(duì)小直徑的塔(D1m)，因塔板面積小，安定區(qū)要相應(yīng)減小。 無(wú)效區(qū) 在靠近塔壁的一圈邊緣區(qū)域供支持塔板的邊梁之用，稱(chēng)為無(wú)效區(qū)，也稱(chēng)邊緣區(qū)。無(wú)效區(qū)寬度為Wc，其值視塔板的支承需要而定。小塔 3050mm 大塔 5070mm為防止液體經(jīng)無(wú)效區(qū)流過(guò)而產(chǎn)生短路現(xiàn)象，可在塔板上沿塔壁設(shè)置檔板。提醒：為便于設(shè)計(jì)和加工，塔板的結(jié)構(gòu)參數(shù)已逐漸系列化。設(shè)計(jì)時(shí)可參考塔板結(jié)構(gòu)參數(shù)的系列化標(biāo)準(zhǔn)。 篩孔的計(jì)算及其排列 篩孔直徑 篩孔直徑的選取與塔的操作性能要求、物系性質(zhì)、塔板厚度、加工要求等有關(guān)，是影響氣相分散和氣液接觸的重要工藝尺寸。表面張力為正系統(tǒng)的物系 do=38mm(常用45mm) 小孔徑表面張力為負(fù)系統(tǒng)的物系 do=1025mm(常用45mm) 大孔徑 篩板厚度 碳鋼塔板： 厚度=34mm且do不銹鋼塔板：厚度=22.5mm且do(1.52) 孔中心距 相鄰兩篩孔中心的距離稱(chēng)為孔中心距，以t表示。一般t=(2.55)do。t/do過(guò)小易使氣流相互干擾，過(guò)大則鼓泡不均勻，都會(huì)影響傳質(zhì)效率。推薦 t=(34)do。 篩孔的排列與篩孔數(shù) 篩孔按正三角形排列。按正三角形排列時(shí)，篩孔數(shù)目的計(jì)算式為：式中：Aa鼓泡區(qū)面積，m2；t篩孔的中心距，m。 開(kāi)孔率當(dāng)按正三角形排列時(shí) 提醒：按上述方法求篩孔直徑do、篩孔數(shù)目n后，還需通過(guò)流體力學(xué)性能驗(yàn)算，檢驗(yàn)是否合理，若不合理需進(jìn)行調(diào)整。9 篩板的流體力學(xué)性能驗(yàn)算塔板流體體力學(xué)驗(yàn)算的目的在于檢驗(yàn)初步設(shè)計(jì)的塔板計(jì)算是否合理，塔板能束正常操作。驗(yàn)算內(nèi)容有：塔板壓力降、液面落差、液沫夾帶、漏液及液泛等。(1)塔板壓降氣體通過(guò)篩板時(shí)，需克服篩板本身的干板阻力、板上充氣液層的阻力及液體表面張力造成的阻力，這些阻力即形成了篩板的壓降。式中：與氣體通過(guò)篩板的干板壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?m液柱；與氣體通過(guò)板上液層的壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?m液柱；與克服液體表面張力的壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?m液柱；(I) 干板阻力按經(jīng)驗(yàn)公式估算:式中：uo氣體通過(guò)篩孔的速度,m/s；Co流量系數(shù),Co=f(do/)。(II)氣體通過(guò)液層的阻力充氣系數(shù)，反映板上液層的充氣程度。=f(F0)，通?？扇?.50.6(III) 液體表面張力的阻力檢驗(yàn)：應(yīng)小于設(shè)計(jì)允許值(2) 液面落差流體橫向流過(guò)塔板時(shí)，克服板上的摩擦阻力和板上部件(如泡罩、浮閥等)的局部阻力，需要一定的液位差，在板上形成由液體進(jìn)入板面到離開(kāi)板面的液面落差。篩板上由于沒(méi)有突起的氣液接觸構(gòu)件，故液面落差較小。在正常的液體流量范圍內(nèi)，對(duì)于D1600mm的篩板，液面落差可忽略不計(jì)。對(duì)于液體流量很大及D2000mm的篩板，需要考慮液面落差的影響。(III) 液沫夾帶液沫夾帶造成液相在塔板間的返混，嚴(yán)重的液沫夾帶會(huì)使塔板效率急劇下降，為保證塔板效率的基本穩(wěn)定，通常將液沫夾帶量限制在一定范圍內(nèi)，設(shè)計(jì)中規(guī)定液沫夾帶量eV=0.1kg液/kg氣。確定方法：亨特關(guān)聯(lián)圖或亨特關(guān)聯(lián)式式中：按氣體實(shí)際通過(guò)面積計(jì)算的氣速()；HT板間距；hf泡沫層高度.(IV) 漏液當(dāng)氣體通過(guò)篩孔的流速較小，氣體的動(dòng)能不足以阻止液體向下流動(dòng)時(shí)，便會(huì)發(fā)生漏液現(xiàn)象。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)漏液量小于塔內(nèi)液流量的10%時(shí)對(duì)塔板效率影響不大。故漏液量等于塔內(nèi)液流量的10%時(shí)的氣速稱(chēng)為漏液點(diǎn)氣速，它是塔板操作氣速的下限，以u(píng)o,min表示。uo,min的計(jì)算方法： hL30mm或d03mm時(shí) 動(dòng)能因子法式中：F0,min漏液點(diǎn)動(dòng)能因子，F(xiàn)0,min的適宜范圍為810。穩(wěn)定系數(shù)KK的適宜范圍為1.52。(V)液泛液泛分為降液管液泛和液沫夾帶液泛兩種情況。設(shè)計(jì)中已對(duì)液沫夾帶液泛進(jìn)行了驗(yàn)算，故在篩板塔的流體力學(xué)驗(yàn)算中通常只對(duì)降液管液泛進(jìn)行驗(yàn)算。為使液體能由上層塔板穩(wěn)定地流入下層塔板，降液管內(nèi)須維持一定的液層高度Hd。降液管內(nèi)液層高度用來(lái)克服相鄰兩層板間的壓降、板上清液層的阻力和液體流過(guò)降液管的阻力。式中 Hd降液管中清液層高度,m液柱; hp與塔板壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?m液柱；hd與液體流過(guò)降液管的壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?，m液柱。hL板上清液層高度,m。hd的計(jì)算方法為： 塔板上設(shè)置進(jìn)口堰 塔板上不設(shè)置進(jìn)口堰檢驗(yàn)：為防止液泛，應(yīng)保證降液管中泡沫層液體總高度不能超過(guò)上層塔塔板的出口堰，即 安全系數(shù)。對(duì)易發(fā)泡物系，=0.30.5；不易發(fā)泡物系，=0.60.710 塔板的負(fù)荷性能圖負(fù)荷性能圖：對(duì)于一定的物系和塔結(jié)構(gòu)，將其適宜的氣液負(fù)荷范圍在直角坐標(biāo)中，以液相負(fù)荷L為橫坐標(biāo)，氣相負(fù)荷V為縱坐標(biāo)進(jìn)行繪制，所得圖形稱(chēng)為塔板的負(fù)荷性能圖。下面討論適宜氣液負(fù)荷范圍的確定。I.氣相負(fù)荷下限線(xiàn)漏液線(xiàn)確定依據(jù)：漏液線(xiàn)由不同流量下的漏液點(diǎn)組成，其位置漏液點(diǎn)氣速確定。確定方法：在操作范圍內(nèi)任取幾個(gè)液相流量下，計(jì)算相應(yīng)的漏液點(diǎn)氣速，氣相負(fù)荷； 由公式計(jì)算(以篩板塔為例)式中：hw堰高；how堰上液高；lw溢流堰長(zhǎng)度；hL以清液高表示的液層阻力；h液體表面張力的阻力。整理后得到 (a)。在操作范圍內(nèi)任取幾個(gè)液相流量下，依式(a)計(jì)算出Vs。意義：當(dāng)操作的氣相負(fù)荷低于此線(xiàn)時(shí)，將發(fā)生嚴(yán)重的漏液現(xiàn)象。此時(shí)的漏液量大于液體流量的10%。塔板的適宜操作區(qū)應(yīng)在該線(xiàn)以上。II.氣相負(fù)荷上限線(xiàn)過(guò)量液沫夾帶線(xiàn)確定依據(jù)：該線(xiàn)通常以eV=0.1kg液/kg氣為依據(jù)確定的。確定方法：亨特關(guān)聯(lián)圖或亨特關(guān)聯(lián)式式中：按氣體實(shí)際通過(guò)面積計(jì)算的氣速()；HT板間距；hf泡沫層高度.整理后得到 (b)在操作范圍內(nèi)任取幾個(gè)液相流量下，依式(b)計(jì)算出Vs。意義：若氣液負(fù)荷點(diǎn)位于此線(xiàn)上方，表明液沫夾帶現(xiàn)象嚴(yán)重，已不宜采用。III. 液相負(fù)荷下限線(xiàn)確定依據(jù)：對(duì)于平直堰，其位置可根據(jù)how=6mm確定。液相負(fù)荷下限與氣相液量無(wú)關(guān)。意義：若操作的液相負(fù)荷低于此下限時(shí)，表明液體流量過(guò)低，板上液體流動(dòng)不能均勻分布，氣液接觸不良，易產(chǎn)生干吹、偏流等現(xiàn)象，導(dǎo)致塔板效率急劇下降。塔板的適宜操作區(qū)應(yīng)在該線(xiàn)以右。IV. 液相負(fù)荷上限線(xiàn)確定依據(jù)：液體在降液管內(nèi)的停留時(shí)間為35s 式中：Lmax液體流量上限，m2/s；HT板間距，m；Af降液管截面積，m2。液相負(fù)荷上限與氣相液量無(wú)關(guān)。意義：液量超過(guò)此上限，液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間過(guò)短，進(jìn)入降液管內(nèi)的氣泡來(lái)不及與液相分離而被帶入下層塔板，造成氣相返混，使塔板效率下降，以致出現(xiàn)溢流液泛。塔板的適宜操作區(qū)應(yīng)在該線(xiàn)以左。V. 溢流液泛線(xiàn)確定依據(jù)：溢流液泛條件式中Hd降液管內(nèi)清液層高度；HT板間距；hw堰高。依上式得到 (c)意義：若操作的氣液負(fù)荷超過(guò)此線(xiàn)時(shí)，塔內(nèi)將發(fā)生液泛現(xiàn)象，使塔不能正常操作。塔板的適宜操作區(qū)在該線(xiàn)以下。VI. 負(fù)荷性能圖提醒：要分別求出精餾段和提餾段的塔板負(fù)荷性能圖11 板式塔的結(jié)構(gòu)I. 塔體結(jié)構(gòu) 塔頂空間塔頂空間指塔內(nèi)最上層塔板與塔頂?shù)拈g距。作用：使出塔氣體夾帶的液滴因沉降作用而與氣流分離。高度：為利用出塔氣體夾帶的液滴沉降，其高度應(yīng)大于板間距為（1.52.0)HT。若要安裝除沫器時(shí)，需要根據(jù)除沫器的安裝要求確定塔頂間距。 塔底空間塔底空間指塔內(nèi)最下層塔板到塔底距離。其值由如下因素決定：a. 塔底儲(chǔ)液空間依據(jù)儲(chǔ)存液量停留38min(易結(jié)焦物料可縮短停留時(shí)間）而定；b. 再沸器的安裝方式及安裝高度；c. 塔底液面至最下層塔板之間要留有12m的間距。 人孔對(duì)于D1000mm的板式塔，為安裝、檢修的需要，一般每隔68層塔板設(shè)一人孔。人孔直徑一般為450mm600mm，其伸出塔體的筒體長(zhǎng)為200250mm，人孔中心距操作平臺(tái)約8001200mm。設(shè)人孔處的板間距應(yīng)等于或大于600mm。 塔高計(jì)算式為：式中：H塔高,m；n實(shí)際塔板數(shù)；nF進(jìn)料板數(shù)；HF進(jìn)料板處板間距,m；np人孔數(shù)；Hp設(shè)人孔處板間距,m；HB塔底空間高度,m；HD塔頂空間高度,m；H1封頭高度,m；H2裙座高度。II. 塔板結(jié)構(gòu)塔板按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，大致可分為整形塊式和分塊式兩類(lèi)塔板.