板式塔的設(shè)計精品課件

1、板式塔的設(shè)計1第1頁，共26頁，2022年，5月20日，4點41分，星期四2、工藝流程的選擇精餾裝置一般包括塔頂冷凝器，塔釜再沸器，原料預(yù)熱器及流體輸送泵等。流程選擇應(yīng)結(jié)合實際進(jìn)行，考慮經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性。如進(jìn)料是否需要預(yù)熱、冷凝器的型式及布置、及再沸器的型號等。當(dāng)塔頂需汽相出料時，采用分凝器，除此之外，一般均采用全凝器。對于小塔，通常將冷凝器放于塔頂，采用重力回流。對于大塔，冷凝器可放至適當(dāng)位置，用泵進(jìn)行強(qiáng)制回流。第2頁，共26頁，2022年，5月20日，4點41分，星期四 再沸器的型式有立式與臥式、熱虹吸式與強(qiáng)制循環(huán)式之外。當(dāng)傳熱量較小時，選用立式熱式再沸器較為有利。傳熱量較大時，采用臥式熱虹

2、吸式再沸器。當(dāng)塔釜物料粘度很大，或易受熱分解時，宜采用泵強(qiáng)制循環(huán)型再沸器。幾種再沸器型式如圖1所示。第3頁，共26頁，2022年，5月20日，4點41分，星期四加熱介質(zhì)產(chǎn)品加熱介質(zhì)（1）立式熱虹吸型 （2）泵強(qiáng)制循環(huán)型 （a） (b) （3）臥式再沸器圖1 幾種再沸器型式第4頁，共26頁，2022年，5月20日，4點41分，星期四3、做全塔的物料衡算 對于雙組分的連續(xù)精餾塔，由總物料平衡及分物料平衡有： （1） 根據(jù)進(jìn)料流量qn,F及組成xF，分離要求，解方程組（1）即可求得餾出液流率qn,D及殘液流率qn,W。第5頁，共26頁，2022年，5月20日，4點41分，星期四4、確定操作條件（壓力

3、、溫度） 精餾操作最好在常壓下進(jìn)行，不能在常壓下進(jìn)行時，可根據(jù)下述因素考慮加壓或減壓操作。（1）對熱敏性物質(zhì)，為降低操作溫度，可考慮減壓操作。（2）若常壓下塔釜?dú)堃旱呐蔹c超過或接近200時，可考慮減壓操作。因為加熱蒸汽溫度一般低于200。（3）最方便最經(jīng)濟(jì)的冷卻介質(zhì)為水。若常壓下塔頂蒸汽全凝時的溫度低于冷卻介質(zhì)的溫度時可考慮加壓操作。 還應(yīng)該指出壓力增大時，操作溫度隨之升高，輕、重組分相對揮發(fā)度減少，分離所需的理論板數(shù)增加。第6頁，共26頁，2022年，5月20日，4點41分，星期四 在確定操作壓力時，除了上面所述諸因素之外，尚需考慮設(shè)備的結(jié)構(gòu)、材料等。通常按下述步驟確定操作壓力。（1）選擇冷

4、卻介質(zhì)，確定冷卻介質(zhì)溫度。最為方便、來源最廣的冷卻介質(zhì)為水。設(shè)計時應(yīng)了解本地區(qū)水的資源情況及水溫。（2）確定冷卻器及回流罐系統(tǒng)壓力 。 塔頂蒸汽全部冷凝時的溫度一般比冷卻介質(zhì)溫度高1020。冷卻器和回流罐系統(tǒng)壓力即為該溫度下的蒸汽壓（平衡壓力），可由泡點方程式得。式中 平衡指數(shù)。烴類 可由資料查得。第7頁，共26頁，2022年，5月20日，4點41分，星期四（3）確定塔頂和塔釜壓力。 塔頂壓力 等于冷凝器壓力 加上蒸汽從塔頂至冷凝器的流動阻力 ，即 （3） 塔釜壓力 等于塔頂壓力加上全塔板阻力 塔。全塔阻力 塔等于塔板阻力乘實際板數(shù)，即 （4） 式中： 塔板阻力，通常為35（mm汞柱） 在確定

5、了操作壓力之后，塔頂溫度可由式（5）確定，塔釜溫度由式（6）確定。 （5） （6）第8頁，共26頁，2022年，5月20日，4點41分，星期四5、確定回流比 對于平衡線向下彎曲的物系，最小回流比的計算式為： 式中： 線與平衡線交點坐標(biāo)。 適宜回流比通常為最小回流比的1.22倍，設(shè)計時應(yīng)根據(jù)理論板和回流比的關(guān)系圖確定。 N第9頁，共26頁，2022年，5月20日，4點41分，星期四6、理論板數(shù)與實際板數(shù) 對于雙組份精餾塔，求解理論板數(shù)可用圖解法或簡捷法。若理論板數(shù)較多，且溶液接近理論溶液時，可作簡捷法計算。 簡捷法求理論板數(shù)時，有吉利蘭（Gilliland）。圖解法和簡捷法的具體操作法可參考參閱

6、教材，此處不再討論。實際板數(shù)等于理論板數(shù)除以總板效率，即 （12）式中： 實際板數(shù) 不包括分凝器、再沸器在內(nèi)的理論板數(shù)。 總板效率（全塔效率） 影響總板效率的因素較多，目前尚無準(zhǔn)確的關(guān)聯(lián)式可用于計算，只能根據(jù)經(jīng)驗估計。對于雙組份精餾塔，多在0.50.7左右。第10頁，共26頁，2022年，5月20日，4點41分，星期四7、確定冷凝器和再沸器的熱負(fù)荷 、對于全凝器，由冷凝器熱平衡可得： （13）式中： R回流比 qn,D餾出液流率。 塔頂蒸汽、餾出液焓。 對全塔做熱平衡有 （14） 式中： 塔釜?dú)堃红?。?1頁，共26頁，2022年，5月20日，4點41分，星期四8、初估冷凝器和再沸器的傳熱面積

7、 傳熱面積A可由傳熱方程計算，即 （15） 式中：Q熱負(fù)荷。 K傳熱系數(shù)。 冷熱流體平均溫度差。 對于低沸點烴類，冷凝介質(zhì)為水時，傳熱系數(shù)為390980（千卡/ 時）。加熱介質(zhì)為水蒸汽時，再沸器的傳熱系數(shù)為390880（千卡/ 時）。第12頁，共26頁，2022年，5月20日，4點41分，星期四9、塔的有效高度和板間距的初選 9.1 塔的有效高度 板式塔的有效高度是指安裝塔板部分的高度，可按下式計算： （9-1） 式中 Z塔的有效高度，m； ET全塔總板效率； NT 塔內(nèi)所需的理論板層數(shù)； HT塔板間距，m。第13頁，共26頁，2022年，5月20日，4點41分，星期四9.2 板間距的初選 板

8、間距NT的選定很重要。選取時應(yīng)考慮塔高、塔徑、物系性質(zhì)、分離效率、操作彈性及塔的安裝檢修等因素。 對完成一定生產(chǎn)任務(wù)，若采用較大的板間距，能允許較高的空塔氣速，對塔板效率、操作彈性及安裝檢修有利；但板間距增大后，會增加塔身總高度，金屬消耗量，塔基、支座等的負(fù)荷，從而導(dǎo)致全塔造價增加。反之，采用較小的板間距，只能允許較小的空塔氣速，塔徑就要增大，但塔高可降低；但是板間距過小，容易產(chǎn)生液泛現(xiàn)象，降低板效率。所以在選取板間距時，要根據(jù)各種不同情況予以考慮。如對易發(fā)泡的物系，板間距應(yīng)取大一些，以保證塔的分離效果。板間距與塔徑之間的關(guān)系，應(yīng)根據(jù)實際情況，結(jié)合經(jīng)濟(jì)權(quán)衡，反復(fù)調(diào)整，已做出最佳選擇。第14頁，

9、共26頁，2022年，5月20日，4點41分，星期四 設(shè)計時通常根據(jù)塔徑的大小，由表9-1列出的塔板間距的經(jīng)驗數(shù)值選取。表9-1 塔板間距與塔徑的關(guān)系塔 徑/D，m0.30.50.50.80.81.61.62.42.44.0板間距/HT，mm200300250350300450350600400600化工生產(chǎn)中常用板間距為：200，250，300，350，400，450，500，600，700，800mm。在決定板間距時還應(yīng)考慮安裝、檢修的需要。例如在塔體人孔處，應(yīng)留有足夠的工作空間，其值不應(yīng)小于600mm。 第15頁，共26頁，2022年，5月20日，4點41分，星期四10 塔徑 塔的橫截面

10、應(yīng)滿足汽液接觸部分的面積、溢流部分的面積和塔板支承、固定等結(jié)構(gòu)處理所需面積的要求。在塔板設(shè)計中起主導(dǎo)作用，往往是氣液接觸部分的面積，應(yīng)保證有適宜的氣體速度。 計算塔徑的方法有兩類：一類是根據(jù)適宜的空塔氣速，求出塔截面積，即可求出塔徑。另一類計算方法則是先確定適宜的孔流氣速，算出一個孔（閥孔或篩孔）允許通過的氣量，定出每塊塔板所需孔數(shù)，再根據(jù)孔的排列及塔板各區(qū)域的相互比例，最后算出塔的橫截面積和塔徑。第16頁，共26頁，2022年，5月20日，4點41分，星期四10.1 初步計算塔徑 板式塔的塔徑依據(jù)流量公式計算，即 （10-1） 式中 D 塔徑m； Vs 塔內(nèi)氣體流量m3/s； u 空塔氣速m

11、/s。 由式（10-1）可見，計算塔徑的關(guān)鍵是計算空塔氣速u。設(shè)計中，空塔氣速u的計算方法是，先求得最大空塔氣速umax，然后根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗，乘以一定的安全系數(shù)，即 (10-2)第17頁，共26頁，2022年，5月20日，4點41分，星期四 最大空塔氣速umax可根據(jù)懸浮液滴沉降原理導(dǎo)出，其結(jié)果為 （10-3） 式中 umax允許空塔氣速，m/s； V，L分別為氣相和液相的密度，kg/m3 ； C氣體負(fù)荷系數(shù)，m/s，對于浮閥塔和泡罩塔可用圖3確定； 圖3中的氣體負(fù)荷參數(shù)C20僅適用于液體的表面張力為0.02N/m，若液體的表面張力為6N/m，則其氣體負(fù)荷系數(shù)C可用下式求得： （10-4）所以，

12、初步估算塔徑為： （10-5）其中，u適宜的空塔速度，m/s。第18頁，共26頁，2022年，5月20日，4點41分，星期四 圖3 經(jīng)驗系數(shù)C圖圖中：V、L分別為汽相、液相流率（ ）。 分別為汽相、液相密度（ ）。 表面張力為20（達(dá)因/厘米）時的系數(shù)C。 、 分別為板間距、板上清液層高度（m）。第19頁，共26頁，2022年，5月20日，4點41分，星期四10.2塔徑的圓整 目前，塔的直徑已標(biāo)準(zhǔn)化。所求得的塔徑必須圓整到標(biāo)準(zhǔn)值。塔徑在1米以下者，標(biāo)準(zhǔn)化先按100mm增值變化；塔徑在1米以上者，按200mm增值變化，即1000mm、1200mm、1400mm、1600mm第20頁，共26頁，2

13、022年，5月20日，4點41分，星期四11 塔體總高度 板式塔的塔高如圖11-1所示，塔體總高度（不包括裙座）由下式?jīng)Q定： ( 11-1) 式中 HD塔頂空間，m； HB塔底空間，m； HT塔板間距，m； HT開有人孔的塔板間距，m； HF進(jìn)料段高度，m； Np實際塔板數(shù)； S人孔數(shù)目（不包括塔頂空間和塔底空間的人孔）。第21頁，共26頁，2022年，5月20日，4點41分，星期四第22頁，共26頁，2022年，5月20日，4點41分，星期四11.1塔頂空間HD 塔頂空間指塔內(nèi)最上層塔板與塔頂空間的距離。為利于出塔氣體夾帶的液滴沉降，其高度應(yīng)大于板間距，通常取HD為（ 1.52.0）HT。若

14、圖塔高示意圖需要安裝除沫器時，要根據(jù)除沫器的安裝要求確定塔頂空間。11.2人孔數(shù)目 人孔數(shù)目根據(jù)塔板安裝方便和物料的清洗程度而定。對于處理不需要經(jīng)常清洗的物料，可隔810塊塔板設(shè)置一個人孔；對于易結(jié)垢、結(jié)焦的物系需經(jīng)常清洗，則每隔46塊塔板開一個人孔。人孔直徑通常為450mm。第23頁，共26頁，2022年，5月20日，4點41分，星期四11.3 塔底空間HB 塔底空間指塔內(nèi)最下層塔板到塔底間距。其值視具體情況而定：當(dāng)進(jìn)料有15分鐘緩沖時間的容量時，塔底產(chǎn)品的停留時間可取35分鐘，否則需有1015分鐘的儲量，以保證塔底料液不致流空。塔底產(chǎn)品量大時，塔底容量可取小些，停留時間可取35分鐘；對易結(jié)焦的物料，停留時間應(yīng)短些，一般取11.5分鐘。第24頁，共26頁，2022年，5月20日，4點41分，星期四12、堰及降液管的設(shè)計 液體在塔板上的流動型式單溢流、雙溢流和多溢流。當(dāng)塔徑小于2米時，通常采用單溢流，塔徑在2米4米時采用雙溢流，塔徑大于4米時，一般應(yīng)考慮采用多溢流。 幾種溢流型式如圖4所示。由圖可知，邊上降液管呈弓形，中間降液管為矩形（或梯形）。 對于單溢流，溢流堰長度通常為（0.60.8）D，對雙溢流（或溢流）兩側(cè)的降管，堰長取塔徑D的0.50.7倍。中間降液管 的堰長通常為0.9D左右，塔板上的總堰長為該板上各堰的長度之和。第25頁