化工原理課程設(shè)計(jì)苯甲苯混合液的連續(xù)板式精餾塔

1、化工原理課程設(shè)計(jì)二說明書設(shè)計(jì)題目： 苯-甲苯混合液的連續(xù)板式精餾塔 班 級(jí)： 2012級(jí)化工（3）班 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 1220103128 設(shè)計(jì)時(shí)間： 2014-11-30至2014-12-06 指導(dǎo)教師： 目 錄一、 前言二、 生產(chǎn)任務(wù)書三、 設(shè)計(jì)方案的確定及流程說明（一） 裝置流程的確定（二） 操作壓強(qiáng)的選擇（三） 進(jìn)料熱狀況的選擇（四） 加熱方式（五） 回流比的選擇四、 塔的工藝計(jì)算（一） 裝置流程的確定（二） 塔的物料衡算（三） 塔板數(shù)的確定（四） 全塔效率（五） 實(shí)際塔板數(shù)（六） 塔的工藝條件及物性參數(shù)數(shù)據(jù)計(jì)算（七） 塔的氣液負(fù)荷計(jì)算五、 塔和塔板主要工藝尺寸的設(shè)計(jì)（一） 塔徑（

2、二） 溢流裝置（三） 塔板布置（四） 篩孔數(shù)與開孔率（五） 塔的有效高度六、 塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算（一） 氣體通過篩板壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨龋ǘ?霧沫夾帶量的驗(yàn)算（三） 漏液的驗(yàn)算（四） 液泛的驗(yàn)算七、 塔板的負(fù)荷性能圖（一） 霧沫夾帶線（二） 液泛線（三） 液相負(fù)荷上限線（四） 漏液線（五） 液相負(fù)荷下限線八、 設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表九、 分析與討論（一） 設(shè)計(jì)評(píng)述（二） 有關(guān)問題的分析討論（三） 心得體會(huì)十、 參考文獻(xiàn)十一、 附帶參考文獻(xiàn)前 言課程設(shè)計(jì)是化工原理課程的一個(gè)總結(jié)性教學(xué)環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用本門課程及有關(guān)選修課程的基本知識(shí)去解決某一設(shè)計(jì)任務(wù)的一次訓(xùn)練。在整個(gè)教學(xué)計(jì)劃中，它也起著培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)

3、立工作能力的重要作用。 課程設(shè)計(jì)不同于平時(shí)的作業(yè)，在設(shè)計(jì)中需要學(xué)生自己做出決策，即自己確定方案，選擇流程，查取資料，進(jìn)行過程和設(shè)備計(jì)算，并要對(duì)自己的選擇做出論證和核算，經(jīng)過反復(fù)的分析比較，擇優(yōu)選定最理想的方案和合理的設(shè)計(jì)。所以，課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立工作能力的有益實(shí)踐。 通過課程設(shè)計(jì)，學(xué)生應(yīng)該注重以下幾個(gè)能力的訓(xùn)練和培養(yǎng)： 1、查閱資料，選用公式和搜集數(shù)據(jù)（包括從已發(fā)表的文獻(xiàn)中和從生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中搜集）的能力； 2、樹立既考慮技術(shù)上的先進(jìn)性與可行性，又考慮經(jīng)濟(jì)上的合理性，并注意到操作時(shí)的勞動(dòng)條件和環(huán)境保護(hù)的正確設(shè)計(jì)思想，在這種設(shè)計(jì)思想的指導(dǎo)下去分析和解決實(shí)際問題的能力； 3、迅速準(zhǔn)確的進(jìn)行工程計(jì)算的

4、能力； 4、用簡(jiǎn)潔的文字，清晰的圖表來表達(dá)自己設(shè)計(jì)思想的能力?；み^程設(shè)備設(shè)計(jì)（二）任務(wù)書（一） 設(shè)計(jì)題目：試設(shè)計(jì)一座苯甲苯連續(xù)精餾塔，要求年產(chǎn)純度為 98 %的甲苯 25572.888 噸，塔頂餾出液中苯含量不低于 99 %，原料液中含苯 41 %（以上均為質(zhì)量%）。（二） 操作條件（1）塔頂壓強(qiáng)：4kpa（表壓）（2）進(jìn)料熱狀況： 飽和液體進(jìn)料 （3）回流比： 自選 （4）單板壓降不大于0.7kpa（三） 設(shè)備型式：f1型浮閥塔或篩板塔（四） 設(shè)備工作日：每年330天，每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行（五） 廠址大氣壓：101.3kpa（六） 設(shè)計(jì)內(nèi)容1、設(shè)計(jì)方案的確定及流程說明2、塔的工藝計(jì)算3、塔

5、和塔板主要工藝尺寸的設(shè)計(jì) （1）塔高、塔徑及塔板結(jié)構(gòu)尺寸的確定 （2）塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算 （3）塔板的負(fù)荷性能圖4、設(shè)計(jì)結(jié)果概要或設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表5、對(duì)本設(shè)計(jì)的評(píng)述和有關(guān)問題的分析討論一、 概述1.1 塔設(shè)備在化工生產(chǎn)中的作用和地位塔設(shè)備是化工、石油化工和煉油等生產(chǎn)中最重要的的設(shè)備之一。它可使氣（或汽）液或液液兩相之間進(jìn)行緊密接觸，達(dá)到相際傳質(zhì)及傳熱的目的?？稍谒O(shè)備中完成的常見的單元操作有：精餾、吸收、解吸和萃取等。此外，工業(yè)氣體的冷卻與回收、氣體的濕法凈制和干燥，以及兼有氣液兩相傳質(zhì)和傳熱的增濕、減濕等。 在化工廠、石油化工廠、煉油廠等中，塔設(shè)備的性能對(duì)于整個(gè)裝置的產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量、生產(chǎn)能力和

6、消耗定額，以及三廢處理和環(huán)境保護(hù)等各個(gè)方面，都有重大的影響。據(jù)有關(guān)資料報(bào)道，塔設(shè)備的投資費(fèi)用占整個(gè)工藝設(shè)備投資費(fèi)用的較大比例；它所耗用的鋼材重量在各類工藝設(shè)備中也屬較多。因此，塔設(shè)備的設(shè)計(jì)和研究，受到化工、煉油等行業(yè)的極大重視。1.2 塔設(shè)備的分類及一般構(gòu)造 塔設(shè)備經(jīng)過長(zhǎng)期發(fā)展，形成了型式繁多的結(jié)構(gòu)，以滿足各方面的特殊需要。為了便于研究和比較，人們從不同的角度對(duì)塔設(shè)備進(jìn)行分類。例如：按操作壓力分為加壓塔、常壓塔和減壓塔；按單元操作分為精餾塔、吸收塔、解吸塔、萃取塔、反應(yīng)塔和干燥塔；按形成相際接觸界面的方式分為具有固定相界面的塔和流動(dòng)過程中形成相界面的塔；也有按塔釜型式分類的。但是長(zhǎng)期以來，最常

7、用的分類是按塔的內(nèi)件結(jié)構(gòu)分為板式塔和填料塔兩大類，還有幾種裝有機(jī)械運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的塔。 在板式塔中，塔內(nèi)裝有一定數(shù)量的塔盤，氣體以鼓泡或噴射的形式穿過塔盤上的液層使兩相密切接觸，進(jìn)行傳質(zhì)。兩相的組分濃度沿塔高呈階梯式變化。 在填料塔中，塔內(nèi)裝填一定段數(shù)和一定高度的填料層，液體沿填料表面呈膜狀向下流動(dòng)，作為連續(xù)相的氣體自下而上流動(dòng)，與液體逆流傳質(zhì)。兩相的組分濃度沿塔高呈連續(xù)變化。人們又按板式塔的塔盤結(jié)構(gòu)和填料塔所用的填料，細(xì)分為多種塔型。裝有機(jī)械運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的塔，也就是有補(bǔ)充能量的塔，常被用來進(jìn)行萃取操作，液有用于吸收、除塵等操作的，其中以脈動(dòng)塔和轉(zhuǎn)盤塔用得較多。 塔設(shè)備的構(gòu)件，除了種類繁多的各種內(nèi)件外，

8、其余構(gòu)件則是大致相同的。 1.塔體 塔體是塔設(shè)備的外殼。常見的塔體是由等直徑、等壁厚的圓筒和作為頭蓋和低蓋的橢圓形封頭所組成。隨著化工裝置的大型化，漸有采用不等直徑、不等壁厚的塔體。塔體除滿足工藝條件（如溫度、壓力、塔徑和塔高等）下的強(qiáng)度、剛度外，還應(yīng)考慮風(fēng)力、地震、偏心載荷所引起的強(qiáng)度、剛度問題，以及吊裝、運(yùn)輸、檢驗(yàn)、開停工等的影響。對(duì)于板式塔來說，塔體的不垂直度和彎曲度，將直接影響塔盤的水平度（這指標(biāo)對(duì)板式塔效率的影響是非常明顯的），為此，在塔體的設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)、運(yùn)輸和吊裝等各個(gè)環(huán)節(jié)中，都應(yīng)嚴(yán)格保證達(dá)到有關(guān)要求，不使其超差。 2.塔體支座 塔體支座是塔體安放到基礎(chǔ)上的連接部分。它必須保證

9、塔體坐落在確定的位置上進(jìn)行正常的操作。為此，它應(yīng)當(dāng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，能承受各種操作情況下的全塔重量，以及風(fēng)力、地震等引起的載荷。最常用的塔體支座是裙式支座（簡(jiǎn)稱為“裙座”）。 3.除沫器 除沫器用于捕集夾帶在氣流中的液滴。使用高效的除沫器，對(duì)于回收貴重物料、提高分離效率、改善塔后設(shè)備的操作狀況，以及減少對(duì)環(huán)境的污染等，都是非常必要的。 4.接管 塔設(shè)備的接管是用以連接工藝管路，把塔設(shè)備與相關(guān)設(shè)備連成系統(tǒng)。按接管的用途，分為進(jìn)液管、出液管、進(jìn)氣管、出氣管、回流管、側(cè)線抽出管和儀表接管等。 5.人孔和手孔 人孔和手孔一般都是為了安裝、檢修檢查和裝填填料的需要而設(shè)置的。在板式塔和填料塔中，各有不

10、同的設(shè)置要求。 6.吊耳 塔設(shè)備的運(yùn)輸和安裝，特別是在設(shè)備大型化后，往往是工廠基建工地上一項(xiàng)舉足輕重的任務(wù)。為起吊方便，可在塔設(shè)備上焊以吊耳。 7.吊柱 在塔頂設(shè)置吊柱是為了在安裝和檢修時(shí)，方便塔內(nèi)件的運(yùn)送。1.3 對(duì)塔設(shè)備的要求作為主要用于傳質(zhì)過程的塔設(shè)備，首先必須使氣（汽）液兩相能充分接觸，以獲得較高的傳質(zhì)效率。此外，為了滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要，塔設(shè)備還得考慮下列各項(xiàng)要求。（1） 生產(chǎn)能力大。在較大的氣（汽）液流速下，仍不致發(fā)生大量的霧沫夾帶、攔液或液泛等破壞正常操作的現(xiàn)象。（2） 操作穩(wěn)定、彈性大。當(dāng)塔設(shè)備的氣（汽）液復(fù)合量有較大的波動(dòng)時(shí)，仍能在較高的傳質(zhì)效率下進(jìn)行穩(wěn)定的操作。并且塔設(shè)備應(yīng)保

11、證能長(zhǎng)期連續(xù)操作。（3） 流體流動(dòng)的阻力小，即流體通過塔設(shè)備的壓力降小。這將大大節(jié)省生產(chǎn)中的動(dòng)力消耗，以降低經(jīng)常操作費(fèi)用。對(duì)于減壓蒸餾操作，較大的壓力降還將使系統(tǒng)無法維持必要的真空度。（4） 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、材料耗用量小、制造和安裝容易。這可以減少基建過程中的投資費(fèi)用。（5） 耐腐蝕和不易堵塞，方便操作、調(diào)節(jié)和檢修。事實(shí)上，對(duì)于現(xiàn)有的任何一種塔型，都不可能完全滿足上述的所有要求，僅是在某些方面具有獨(dú)到之處。人們對(duì)于高效率、生產(chǎn)能力大、穩(wěn)定操作和低壓力降的追求，推動(dòng)著塔設(shè)備新結(jié)構(gòu)型式的不斷出現(xiàn)和發(fā)展。1.4 塔設(shè)備的用材塔設(shè)備與其他化工設(shè)備一樣，置于室外、無框架的自支承式塔體，絕大多數(shù)是采用鋼材制造的

12、。這是因?yàn)殇摬木哂凶銐虻膹?qiáng)度和塑性，制造性能較好，設(shè)計(jì)制造的經(jīng)驗(yàn)也較成熟。特別是在大型的塔設(shè)備中，鋼材更具有無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛地采用。為此，有些場(chǎng)合為了滿足腐蝕性介質(zhì)或低溫等特殊要求，采用有色金屬材料（如鈦、鋁、銅、銀等）或非金屬耐腐蝕材料，也有為了減少有色金屬的耗用量而采用滲鋁、鍍銀等措施，或采用鋼殼襯砌、襯涂非金屬材料的。用這類材料制成的塔設(shè)備，塔徑一般都不大，當(dāng)尺寸稍大時(shí)，就得在塔外用鋼架結(jié)構(gòu)加強(qiáng)。此外，這些材料在制造、運(yùn)輸、安裝等方面都各有特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)參閱其他有關(guān)資料，認(rèn)真加以考慮?？晒┲谱魉O(shè)備內(nèi)件的材料，比之塔體用材，選擇余地更大了。板式塔中的塔盤，以及浮閥、泡罩一類

13、氣液接觸元件，由于結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，加之安裝工藝和使用方面的要求（如浮閥應(yīng)能自由浮動(dòng)），所以仍是以鋼材為主，其他材料（如陶瓷、鑄鐵等）為輔。填料的用材，往往只考慮制造成型方面的性能，所以可用多種材料制成同一型式和外形尺寸的填料，以滿足不同場(chǎng)合需要。如拉西環(huán)最初是用瓷做的，以后又出現(xiàn)用鋼、石墨或硬聚氯乙烯塑料等制造；鮑爾環(huán)也有用鋼、鋁或聚丙烯塑料等制造；至于高效的絲網(wǎng)填料，則除了用各種金屬絲網(wǎng)外，還可將尼龍、塑料等編織成網(wǎng)，進(jìn)而制得?？傊?，選材所考慮得因素較多。1.5 板式塔的常用塔型及其選用板式塔是分級(jí)接觸型氣液傳質(zhì)設(shè)備，種類繁多。根據(jù)目前國內(nèi)外實(shí)際使用的情況，主要塔型是浮閥塔、篩板塔及泡罩塔。1

14、.5.1 泡罩塔泡罩塔是歷史悠久的板式塔，長(zhǎng)期以來，在蒸餾、吸收等單元操作所使用的塔設(shè)備中，曾占有主要地位，近三十年來由于塔設(shè)備有很大的進(jìn)展，出現(xiàn)了許多性能良好的新塔型，才使泡罩塔的應(yīng)用范圍和在塔設(shè)備中所占的比重有所減少。但泡罩塔并不因此失去其應(yīng)用價(jià)值，因?yàn)樗哂腥缦聝?yōu)點(diǎn)。 操作彈性較大，在負(fù)荷變動(dòng)范圍較大時(shí)仍能保持較高的效率。 無泄漏。 液氣比的范圍大。 不易堵塞，能適應(yīng)多種介質(zhì)。泡罩塔的不足之處在于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高、安裝維修麻煩以及氣相壓力降較大。然而，泡罩塔經(jīng)過長(zhǎng)期的實(shí)踐，積累的經(jīng)驗(yàn)比其他任何塔型都豐富，常用的泡罩已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。在處理非腐蝕性物料時(shí)，整個(gè)泡罩塔盤都可用碳鋼制造。泡罩塔盤的蒸

15、氣壓力降雖然高一些，但在常壓或加壓下操作時(shí)，并不是主要問題。根據(jù)現(xiàn)今的情況，泡罩塔盤在工業(yè)上仍有一定的實(shí)用價(jià)值。泡罩塔盤的主要結(jié)構(gòu)包括泡罩、升氣管、溢流管及降液管。泡罩塔如果塔盤設(shè)計(jì)欠妥或操作不當(dāng)，常會(huì)出現(xiàn)以下不正常現(xiàn)象，從而使塔板效率下降，甚至破壞操作。（1） 錐流 當(dāng)液體流量很小或液封高度不夠時(shí)，從齒縫出來的蒸氣，能推開液體，掠過液面直接上升，以致氣液接觸不良。（2） 脈動(dòng) 當(dāng)蒸氣流量很小、不能以連續(xù)鼓泡的形式通過液層時(shí)，必然是逐漸積累蒸氣，使塔盤下方的氣壓逐漸升高，當(dāng)增加到足夠的數(shù)值后，才能通過齒縫鼓泡逸出；而當(dāng)流過若干氣泡后，氣壓下降，就停止鼓泡；再等到上升至一定壓力后，才能重新鼓泡。

16、即蒸氣的流動(dòng)過程表現(xiàn)為蒸氣脈動(dòng)鼓泡。（3） 偏流和傾流 當(dāng)液體流量過大和蒸氣流量過小時(shí)，塔盤上液面落差大，使氣流分布不均，就稱為偏流；情況嚴(yán)重時(shí)，液體從升氣管溢流而下，稱為傾流。這現(xiàn)象多出現(xiàn)于大塔中。（4） 過量的霧沫夾帶 蒸氣速度過高時(shí)，被夾帶到上一塔盤的液量超過了允許值，稱為過量的霧沫夾帶。（5） 液泛 部分液體未能通過降液管流下，被攔截在塔板上，泡沫層高度充滿板間距，以致無法操作，這稱為液泛（或淹塔）。造成液泛的原因有：板間距太小，降液管面積太小，或是氣液流量太大，超過了設(shè)計(jì)限度。泡罩是泡罩塔板最主要的部件，品種很多，目前應(yīng)用最多的型式是具有矩形或梯形齒縫，底部有緣圈、結(jié)構(gòu)可拆的圓泡罩。

17、1.5.2 篩板塔篩板塔也是很早出現(xiàn)的一種板式塔。20世紀(jì)50年代起對(duì)篩板塔進(jìn)行了大量工業(yè)規(guī)模的研究，逐步掌握了篩板塔的性能，并形成了較完善的設(shè)計(jì)方法。與泡罩塔相比，篩板塔具有下列優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)能力大（2040），塔板效率高（1015），壓力降低（3050），而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，塔盤造價(jià)減少40左右，安裝、維修都較容易。從而一反長(zhǎng)期的冷落狀況，獲得了廣泛應(yīng)用。近年來對(duì)篩板塔盤的研究還在發(fā)展，出現(xiàn)了大孔徑篩板（孔徑可達(dá)2025mm）、導(dǎo)向篩板等多種型式。篩板塔盤上分為篩孔區(qū)、無孔區(qū)、溢流堰及降液管等幾部分。工業(yè)塔常用的篩孔孔徑為38mm，按正三角形排列，孔間距與孔徑的比為2.55。近年來有用大孔徑（102

18、5mm）篩板的，它具有制造容易、不易堵塞等優(yōu)點(diǎn)，只是漏液點(diǎn)稍高，操作彈性較小。與泡罩塔操作情況類似，液體從上一層塔盤的降液管流下，橫向流過塔盤，經(jīng)溢流堰進(jìn)入降液管，流入下一層塔盤。依靠溢流堰來保持塔盤上的液層高度。蒸氣自下而上穿過篩孔時(shí)，分散成氣泡，穿過板上液層。在此過程中進(jìn)行相際的傳熱和傳質(zhì)。篩板塔盤的特點(diǎn)如下。（1） 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造維修方便。（2） 生產(chǎn)能力較大。（3） 塔板壓力降較低。（4） 塔板效率較高，但比浮閥塔盤稍低。（5） 合理設(shè)計(jì)的篩板塔可具有適當(dāng)?shù)牟僮鲝椥?。?） 小孔徑篩板易堵塞，故不宜處理臟的、黏性大的和帶有固體粒子的料液。1.5.3 浮閥塔20世紀(jì)50年代起，浮閥塔已大

19、量用于工業(yè)生產(chǎn)，以完成加壓、常壓、減壓下的精餾、吸收、脫吸等傳質(zhì)過程。大型浮閥塔的塔徑可達(dá)10m，塔高達(dá)83m，塔板數(shù)有數(shù)百塊之多。浮閥塔是在泡罩塔的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它主要的改進(jìn)是取消了升氣管和泡罩，在塔板開孔上設(shè)有浮動(dòng)的浮閥，浮閥可根據(jù)氣體流量上下浮動(dòng)，自行調(diào)節(jié)，使氣縫速度穩(wěn)定在某一數(shù)值。這一改進(jìn)使浮閥塔在操作彈性、塔板效率、壓降、生產(chǎn)能力以及設(shè)備造價(jià)等方面比泡罩塔優(yōu)越。但在處理粘稠度大的物料方面，又不及泡罩塔可靠。浮閥塔廣泛用于精餾、吸收以及脫吸等傳質(zhì)過程中。塔徑從200mm到6400mm，使用效果均較好。國外浮閥塔徑，大者可達(dá)10m，塔高可達(dá)80m，板數(shù)有的多達(dá)數(shù)百塊。浮閥塔之所以廣泛

20、應(yīng)用，是由于它具有下列特點(diǎn)。（1） 處理能力大 浮閥在塔盤上可安排得比泡罩更緊湊。因此浮閥塔盤的生產(chǎn)能力可比圓形泡罩塔盤提高2040。（2） 操作彈性大 浮閥可在一定范圍內(nèi)自由升降以適應(yīng)氣量的變化，而氣縫速度幾乎不變，因之能在較寬的流量范圍內(nèi)保持高效率。它的操作彈性為35，比篩板和舌形塔盤大得多。（3） 塔板效率高 由于氣液接觸狀態(tài)良好，且蒸氣以水平方向吹入液層，故霧沫夾帶較少。因此塔板效率較高，一般情況下比泡罩塔高15左右。（4） 壓力降小 氣流通過浮閥時(shí)，只有一次收縮、擴(kuò)大及轉(zhuǎn)彎，故干板壓力降比泡罩塔低。在常壓塔中每層塔盤的壓力降一般為400666.6pa。浮閥的型式很多，國內(nèi)已采用的浮閥

21、，如v-1型、v-4型、v-6型、十字架型和a型，其中常用的是v-1型和v-4型。浮閥塔盤操作時(shí)的氣液流程和泡罩塔相似；蒸氣自閥孔上升，頂開閥片，穿過環(huán)形縫隙，以水平方向吹入液層，形成泡沫。浮閥能夠隨著氣速的增減在相當(dāng)寬廣的氣速范圍內(nèi)自由調(diào)節(jié)、升降，以保持穩(wěn)定操作。1.5.4 舌形塔及浮動(dòng)舌形塔舌形塔是噴射型塔，20世紀(jì)60年代開始應(yīng)用。它是在塔盤板上開有與液流同方向的舌形孔，蒸氣經(jīng)舌孔流出時(shí)，其沿水平方向的分速度促進(jìn)了液體的流動(dòng)，因而在大液量時(shí)也不會(huì)產(chǎn)生較大的液面落差。由于氣液兩相呈并流流動(dòng)，這就大大地減少了霧沫夾帶。當(dāng)舌孔氣速提高到某一定值時(shí)，塔盤上的液體被氣流噴射成滴狀和片狀，從而加大了

22、氣液接觸面積。與泡罩塔相比，其優(yōu)點(diǎn)是：液面落差小，塔盤上液層薄、持液量小，壓力降小（約為泡罩塔盤的3350），處理能力大，塔盤結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，鋼材可省1245，且安裝維修方便；其缺點(diǎn)是：操作彈性?。▋H24），塔板效率低，因而使用受到一定限制。浮動(dòng)舌形塔盤也是一種噴射塔盤，其舌片綜合了浮閥及固定舌片的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，因此既有舌形塔盤的大處理量、低壓力降、霧沫夾帶小等優(yōu)點(diǎn)，又有浮閥塔的操作彈性大、效率高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是舌片易損壞。1.5.5 穿流式柵板塔穿流式柵板塔屬于無溢流裝置的板式塔，在工業(yè)上也得到廣泛應(yīng)用。屬于穿流式的還有：穿流式波紋篩板塔盤、穿流式雙孔徑篩板塔盤等。穿流式塔盤根據(jù)板上開有柵縫或

23、篩孔，分別稱為穿流式柵板塔或穿流式篩板塔。這種塔盤沒有降液管，氣液兩相同時(shí)相向通過柵縫或篩孔。操作時(shí)蒸氣通過孔縫上升，進(jìn)入液層，形成泡沫；與蒸氣接觸后的液體，也不斷地通過孔縫流下。這種塔盤由于操作范圍窄，一直未能推廣應(yīng)用。至20世紀(jì)50年代初，穿流式柵板塔的工業(yè)應(yīng)用獲得成功，因而近年來應(yīng)用日廣。穿流式柵板塔的特點(diǎn)如下。（1） 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 塔盤上無溢流裝置，結(jié)構(gòu)比一般篩板塔盤還簡(jiǎn)單。因而制造容易，安裝維修方便，節(jié)省材料和投資。 （2） 生產(chǎn)能力大 由于沒有溢流裝置，就節(jié)省了降液管所占的塔截面積（一般約占塔盤總面積的1530），所以蒸氣流量較大。（3） 壓力降小 開孔率大，孔縫氣速可比溢流式塔盤為小

24、，其壓力降比泡罩塔小4080，因而可用于真空蒸餾。（4） 污垢不易沉積、孔道不易堵塞 可用塑料、陶瓷、石墨等非金屬耐腐蝕材料制造。（5） 操作彈性較小 能保持較好效率的負(fù)荷上下限之比約為1.52.0，低于其他板式塔。（6） 塔板效率較低 比一般板式塔約低3060。但穿流式塔的孔縫氣速較小，霧沫夾帶量也小，故塔板間距可縮小，因而在同樣的分離條件下，塔的總高度與泡罩塔大致相同。穿流式塔盤上的氣液通道可制成長(zhǎng)條形柵縫或圓形篩孔，柵縫或篩孔大小可按物料的污垢程度、所要求的效率等情況而定，孔縫大，則耐污垢性好、加工容易，但效率較低。柵縫一般寬為312mm、長(zhǎng)為100150mm，常用縫寬為35mm。篩孔孔

25、徑一般為310mm，近來有用到25mm的，常用孔徑為58mm。塔盤開孔率一般為1525，亦有大到40的。1.5.6 其他類型塔盤1.導(dǎo)向篩板塔盤2.多降液管篩板塔盤3.網(wǎng)孔塔盤4.kittel塔盤5.旋流塔盤6.角鋼塔盤1.6 塔型選擇一般原則塔型的合理選擇是做好塔設(shè)備設(shè)計(jì)的首要環(huán)節(jié)。選擇時(shí)應(yīng)考慮的因素有：物料性質(zhì)、操作條件、塔設(shè)備的性能，以及塔設(shè)備的制造、安裝、運(yùn)轉(zhuǎn)和維修等。1.6.1 與物性有關(guān)的因素（1） 易起泡的物系，如處理量不大時(shí)，以選用填料塔為宜。因?yàn)樘盍夏苁古菽屏?，在板式塔中則易引起液泛。（2） 具有腐蝕性的介質(zhì)，可選用填料塔。如必須用板式塔，宜選用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)便宜的篩板塔盤

26、、穿流式塔盤或舌形塔盤，以便及時(shí)更換。（3） 具有熱敏性的物料須減壓操作，以防過熱引起分解或聚合，故應(yīng)選用壓力降較小的塔型。如可采用裝填規(guī)整填料的散堆填料等，當(dāng)要求真空度較低時(shí)，也可用篩板塔和浮閥塔。（4） 黏性較大的物系，可以選用大尺寸填料。板式塔的傳質(zhì)效率較差。（5） 含有懸浮物的物料，應(yīng)選擇液流通道較大的塔型，以板式塔為宜。可選用泡罩塔、浮閥塔、柵板塔、舌形塔和孔徑較大的篩板塔等。不宜使用填料。（6） 操作過程中有熱效應(yīng)的系統(tǒng)，用板式塔為宜。因塔盤上積有液層，可在其中安放換熱管，進(jìn)行有效的加熱或冷卻。1.6.2 與操作條件有關(guān)的因素（1） 若氣相傳質(zhì)阻力大（即氣相控制系統(tǒng)，如低黏度液體的

27、蒸餾，空氣增濕等），宜采用填料塔，因填料層中氣相呈湍流，液相為膜狀流。反之，受液相控制的系統(tǒng)（如水洗二氧化碳），宜采用板式塔，因?yàn)榘迨剿幸合喑释牧鳎脷怏w在液層中鼓泡。（2） 大的液體負(fù)荷，可選用填料塔，若用板式塔時(shí)，宜選用氣液并流的塔型（如噴射型塔盤）或選用板上液流阻力較小的塔型（如篩板和浮閥）。此外，導(dǎo)向篩板塔盤和多降液管篩板塔盤都能承受較大的液體負(fù)荷。（3） 低的液體負(fù)荷，一般不宜采用填料塔。因?yàn)樘盍纤笠欢康膰娏苊芏?，但網(wǎng)體填料能用于低液體負(fù)荷的場(chǎng)合。（4） 液氣比波動(dòng)的適應(yīng)性，板式塔優(yōu)于填料塔，故當(dāng)液氣比波動(dòng)較大時(shí)宜用板式塔。1.6.3 其他因素（1） 對(duì)于多數(shù)情況，塔徑小于8

28、00mm時(shí)，不宜采用板式塔，宜用填料塔。對(duì)于大塔徑，對(duì)加壓或常壓操作過程，應(yīng)優(yōu)先選用板式塔；對(duì)減壓操作過程，宜采用新型填料。（2） 一般填料塔比板式塔重。（3） 大塔以板式塔造價(jià)較廉。因填料價(jià)格約與塔體的容積成正比，板式塔按單位面積計(jì)算的價(jià)格，隨塔徑增大而減小。1.7 板式塔的強(qiáng)化板式塔產(chǎn)生、發(fā)展的過程，實(shí)際上就體現(xiàn)了塔設(shè)備的強(qiáng)化途徑?？蓪迨剿陌l(fā)展劃分為三個(gè)時(shí)期，由于當(dāng)時(shí)的主觀要求和客觀條件所決定，各個(gè)時(shí)期的發(fā)展有所側(cè)重。（1） 從板式塔的產(chǎn)生到第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束 這階段的板式塔主要用來煉油，典型設(shè)備是泡罩塔。由于當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)于操作的水平不高，人們希望板式塔有較大的操作彈性，且操作方便，而這正

29、是泡罩塔的特點(diǎn)。篩板塔雖然具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、處理能力大等優(yōu)點(diǎn)，但因缺乏設(shè)計(jì)資料和難于操作管理而較少采用。（2） 從第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束至20世紀(jì)50年代末 在煉油工業(yè)繼續(xù)發(fā)展的同時(shí)，以三大合成為中心的化學(xué)工業(yè)開始有了較大的發(fā)展。這一階段由于處理量的擴(kuò)大和多方面的要求，泡罩塔已不甚適應(yīng)。篩板塔則逐漸為人們所接受，技術(shù)上有較大的進(jìn)展。同時(shí)，為了適應(yīng)工業(yè)發(fā)展的要求，對(duì)原有的板式塔提出了造價(jià)低、處理能力大、能保持高的效率和大的操作彈性等方面的要求，因而相繼出現(xiàn)了s形塔盤、條形泡罩塔盤等泡罩型新塔盤，結(jié)合泡罩、篩板的優(yōu)點(diǎn)而創(chuàng)制的各種浮閥塔盤，以及一些噴射型、穿流型的塔盤。這些塔型與泡罩塔相比，都有結(jié)構(gòu)

30、簡(jiǎn)單、造價(jià)便宜、處理能力較大的優(yōu)點(diǎn)。（3） 20世紀(jì)60年代至今 從60年代起，開始出現(xiàn)生產(chǎn)裝置的大型化，所以也要求塔設(shè)備向大型化方向發(fā)展。與此同時(shí)，塔設(shè)備的廣泛應(yīng)用，又提出了高壓、真空、大的液體負(fù)荷、高彈性比等許多特殊要求，迫使板式塔以強(qiáng)化設(shè)備的生產(chǎn)能力為中心，向高效率、大通量方向發(fā)展，因而各種新型塔板不斷出現(xiàn)。常用塔型如篩板、浮閥、泡罩塔盤的設(shè)計(jì)方法也日趨完善，建立了系列、標(biāo)準(zhǔn)，并采用電子計(jì)算技術(shù)，使設(shè)計(jì)快速化和最優(yōu)化。還應(yīng)指出，節(jié)約能源也日益成為板式塔發(fā)展中必須考慮的問題。板式塔強(qiáng)化的具體途徑是改進(jìn)流體動(dòng)力學(xué)因素，以提高設(shè)備的通過能力和改善相間的接觸狀況，同時(shí)又充分利用氣液兩相之間的熱力

31、學(xué)因素，以提高設(shè)備的傳質(zhì)速率與分離效率。從塔盤的流體力學(xué)來看，隨著氣速的增大，氣液兩相接觸時(shí)的操作狀態(tài)是：鼓泡-泡沫-噴射，依次過渡。一定的操作狀態(tài)都要求相應(yīng)的塔盤結(jié)構(gòu)。同時(shí)，結(jié)構(gòu)的改變又為解決生產(chǎn)能力與分離效率之間的矛盾創(chuàng)造了有利條件。例如噴射型塔盤的生產(chǎn)能力一般都比泡罩塔盤、浮閥塔盤為大，且壓力降也低。事實(shí)上每種塔盤結(jié)構(gòu)都可以歷經(jīng)從鼓泡到噴射的過渡，問題在于什么是最好的操作狀態(tài)，由設(shè)計(jì)操作參數(shù)所決定的。二、 設(shè)計(jì)方案的確定（一）裝置流程的確定精餾裝置包括精餾塔、原料預(yù)熱器、再沸器、冷凝器、釜液冷卻器和產(chǎn)品冷卻器等設(shè)備。熱量自塔釜輸入，物料在塔內(nèi)經(jīng)多次部分氣化與部分冷凝進(jìn)行精餾分離，由冷凝器

32、和冷卻器中的冷卻介質(zhì)將余熱帶走。在此過程中，熱能利用率很低，為此，在確定裝置流程時(shí)應(yīng)該考慮余熱的利用，注意節(jié)能。此外，為了保持塔的操作穩(wěn)定性，流程中除了用泵直接送入塔原料外，還可用高位槽送料以免受泵操作波動(dòng)的影響。塔頂冷凝器裝置根據(jù)生產(chǎn)情況以決定采用分凝器分凝器或者全凝器。一般來說，塔頂分凝器對(duì)上升氣雖有一定增濃作用，但是在石油化工中獲取液相產(chǎn)品時(shí)往往采用全凝器，以便于準(zhǔn)確地控制回流比，若后繼裝置使用氣態(tài)物料，則宜用分凝器。（二）操作壓強(qiáng)的選擇蒸餾操作通常可在常壓、加壓和減壓下進(jìn)行。確定操作壓力時(shí)，必須根據(jù)所處理物料的性質(zhì)，兼顧技術(shù)上的可行性和經(jīng)濟(jì)上的合理性進(jìn)行考慮。例如，采用減壓操作有利于分

33、離相對(duì)揮發(fā)度較大組分及熱敏性的物料，但壓力降低將導(dǎo)致塔徑增加，同時(shí)還需要使用抽真空的設(shè)備。對(duì)于沸點(diǎn)低、在常壓下為氣態(tài)的物料，則應(yīng)在加壓下進(jìn)行蒸餾。當(dāng)物性無特殊要求時(shí)，一般是在稍高于大氣壓下操作。但在塔徑相同的情況下，適當(dāng)?shù)靥岣卟僮鲏毫梢蕴岣咚奶幚砟芰ΑＳ袝r(shí)應(yīng)用加壓蒸餾的原因，則在于提高平衡溫度后，便于利用蒸汽冷凝時(shí)的熱量，或可用較低品位的冷卻劑使蒸汽冷凝，從而減少蒸餾的能量消耗。（三）進(jìn)料熱狀況的選擇進(jìn)料熱狀況以熱狀態(tài)參數(shù)q表達(dá)，定義式如下：有5種進(jìn)料狀態(tài)：（1）q1.0冷液進(jìn)料（2）q=1.0飽和液體進(jìn)料（3）q=0飽和蒸汽進(jìn)料（4）0q1.0氣液混合物進(jìn)料（4）q1.5無明顯漏液k=1

34、.6507587311.5無明顯漏液（四）液氣驗(yàn)算為防止降液管液泛的發(fā)生，應(yīng)使降液管中清液層高度取=0.56、 塔板負(fù)荷性能圖（一）霧沫夾帶線（1）精餾段：式中：取e=1取霧沫夾帶線極限值ev=0.1kg液/kg氣提餾段：式中：取e=1取霧沫夾帶線極限值ev=0.1kg液/kg氣（2） 液泛線（2）由知：精餾段：代入ht，hw,代入上式聯(lián)立方程提餾段：代入ht，hw,代入上式聯(lián)立方程（三）液相負(fù)荷上限線（3）取液體在降液管中停留的時(shí)間為=4s由此可以看出，液相負(fù)荷上限線(3)在vsls圖上為與氣速流量vs無關(guān)的垂直線。（四）漏液線（氣相負(fù)荷下限線）(4)精餾段：由hl=hw+how知：此即為氣

35、相負(fù)荷下限線關(guān)系式。提餾段由知：此即為氣相負(fù)荷下限線關(guān)系式。(五)液相負(fù)荷下限線(5) 對(duì)于平直堰，取堰上層高度how=0.006m作為最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)由此可以看出，液相負(fù)荷下限線(5)在vsls圖上為與氣速流量vs無關(guān)的垂直線。將上述10條線繪于vsls圖上即為精餾段與提餾段的負(fù)荷性能圖。5條線包圍區(qū)域?yàn)榫s段、提餾段塔板操作區(qū)，p與p為操作點(diǎn)，op，op為操作線。op線，op線與線（1），線（1）的交點(diǎn)相應(yīng)的氣相負(fù)荷為vs，max，vs，max，op線與氣相負(fù)荷下限線（4），線（4）的交點(diǎn)相應(yīng)氣相負(fù)荷為vs，min，vs，min?？芍驹O(shè)計(jì)塔板的上限由霧沫夾帶控制，下限由漏液控制。由圖可知

36、：精餾段的操作彈性：提餾段的操作彈性： 篩板塔的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果總表項(xiàng)目符號(hào)單位計(jì)算數(shù)據(jù)精餾段提餾段各段平均壓強(qiáng)pmkpa108.825117.225各段平均溫度tm88.405103.035平均流量氣相vsm3/s0.61660.5956液相l(xiāng)sm3/s0.00170.0033實(shí)際塔板數(shù)n塊1014板間距htm0.40.4塔的有效高度zm3.65.2塔徑dm1.00140.9404空塔氣速um/s0.40080.3871塔板液流型式單溢流單溢流溢流裝置溢流管型式弓形降液管弓形降液管堰長(zhǎng)lwm0.9240.924堰高h(yuǎn)wm0.04960.0436溢流堰寬度wdm0.17360.1736管底與受

37、液盤距離hom0.02280.0449板上清液層高度hlm0.060.06孔徑d0mm55孔間距tmm2020孔數(shù)n個(gè)32353235開孔面積aam21.121.12篩孔氣速u0m/s9.711188869.38011塔板壓強(qiáng)pkpa0.584750.57735液體在降液管中停留時(shí)間s26.36313.384降液管內(nèi)清液層高度hdm0.13510.1357霧沫夾帶evkg液/kg氣0.00160.0015液相負(fù)荷上限ls,maxm3/s0.01110.0111液相負(fù)荷下限ls,minm3/s0.0007880.000788氣相最大負(fù)荷vs,maxm3/s1.231.09氣相最小負(fù)荷vs,min

38、m3/s0.380.35操作彈性3.233.11附表： 設(shè)計(jì)基本數(shù)據(jù) 表 1、苯和甲苯的物理性質(zhì)分子量沸點(diǎn)，c臨界溫度tc，c臨界壓強(qiáng)pc，kpa苯78.1180.1288.56833.4甲苯92.13110.6318.574107.7 表 2、飽和蒸汽壓p0用antoine方程計(jì)算 logp0=a-b/(t+c)式中t-物性溫度，c p0-飽和蒸汽壓，kpa a,b,c-antoine常數(shù)組分abc苯6.0231206.35220.24甲苯6.0781343.94219.58 表3、組分密度溫度，c8090100110120，kg/m3苯815803.9792.5780.3768.9甲苯81

39、0800.2790.3780.3770.0 表4、組分的表面張力溫度，c8090100110120， m苯21.2720.0618.8517.6616.49甲苯21.6920.5919.9418.4117.31 表5、液體粘度溫度，c8090100110120，mpas苯0.3800.1790.2550.2330.215甲苯0.3110.2860.2640.2540.228 表6、液體汽化潛熱溫度，c8090100110120（kj/kg)苯394.1386.9379.3371.5363.2甲苯379.9373.8367.6361.2354.6 表7、純組分苯和甲苯的飽和蒸汽壓t/c80.18

40、59095100105110.6p苯kpa101.33116.9135.5155.7179.2204.2240.0p甲苯kpa40.0465463.374.386.0101.33 表8、不同溫度下的相對(duì)揮發(fā)度t/c80.1859095100105110.62.542.512.462.412.37x1.0000.780.5810.4120.2580.1300y1.0000.8970.7730.6330.4610.2690附圖： 干篩孔的流量系數(shù)圖 充氣系數(shù)關(guān)聯(lián) 0.2ht=0.60.450.30.150.40.30.21.00.70.10.040.030.020.070.010.040.030.020.070.010.10.090.060.05 史密斯關(guān)聯(lián)圖 液流收縮系數(shù)計(jì)算圖 弓型降液管的寬度與面積 設(shè)計(jì)過程的評(píng)述和討論回流比的選擇 回流是保證精餾塔連續(xù)穩(wěn)定操作的必要條件之一,且回流比是影響精