化工原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(篩板塔)

1、中山火炬職業(yè)技術(shù)學(xué)院課程設(shè)計(jì)（大型作業(yè)）任務(wù)書（2008/2009學(xué)年第二學(xué)期）課程名稱 化工原理課程設(shè)計(jì) 課程代碼 院（系） 生物醫(yī)藥系 專 業(yè) 精細(xì)化學(xué)品生產(chǎn)技術(shù) 班 級(jí) 精化071 學(xué) 生 陳楚芬 時(shí) 間 6月15日6月25日 老師簽名： 教研室主任（系主任）簽名： 火炬職業(yè)技術(shù)學(xué)院 化 工 原 理 課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書專業(yè): 精細(xì)化工 班級(jí):071 姓 名: 陳楚芬 設(shè)計(jì)日期: 2009 年 6 月 17 日至 2009 年 6 月 26 日設(shè)計(jì)題目: 苯甲苯混合液篩板(浮閥)精餾塔設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)條件: 苯 甲苯體系1.進(jìn)料 F=6kmol/h q=0 Xf=0.452.壓力： p頂

2、=4KPa 單板壓降0.7KPa3.采用電加熱，塔頂冷凝水采用12深井水4.要求：Xd=0.88 Xw=0.015.選定 R/Rmin=1.6 指導(dǎo)教師:_李曉璐_ 2009年6月26日前 言在化學(xué)工業(yè)和石油工業(yè)中廣泛應(yīng)用的諸如吸收、解吸、精餾、萃取等單元操作中，氣液傳質(zhì)設(shè)備必不可少。塔設(shè)備就是使氣液成兩相通過精密接觸達(dá)到相際傳質(zhì)和傳熱目的的氣液傳質(zhì)設(shè)備之一。 塔設(shè)備一般分為級(jí)間接觸式和連續(xù)接觸式兩大類。前者的代表是板式塔，后者的代表則為填料塔，在各種塔型中，當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的是篩板塔與浮閥塔。篩板塔在十九世紀(jì)初已應(yīng)用與工業(yè)裝置上，但由于對(duì)篩板的流體力學(xué)研究很少，被認(rèn)為操作不易掌握，沒有被廣泛采

3、用。五十年代來，由于工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐，對(duì)篩板塔作了較充分的研究并且經(jīng)過了大量的工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐，形成了較完善的設(shè)計(jì)方法。篩板塔和泡罩塔相比較具有下列特點(diǎn)：生產(chǎn)能力大于10.5%，板效率提高產(chǎn)量15%左右；而壓降可降低30%左右；另外篩板塔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，消耗金屬少，塔板的造價(jià)可減少40%左右；安裝容易，也便于清理檢修。本次設(shè)計(jì)就是針對(duì)苯甲苯體系，而進(jìn)行的常壓二元篩板精餾塔的設(shè)計(jì)及其輔助設(shè)備的選型。 由于此次設(shè)計(jì)時(shí)間緊張，本人水平有限，難免有遺漏謬誤之處，懇切希望各位老師指出，以便訂正。目 錄第一部分 篩板塔設(shè)計(jì)一、 化工原理課程設(shè)計(jì)的目的與要求1二、 化工原理課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容1三、 安排與要求2四、 設(shè)計(jì)步驟

4、21、 收集基礎(chǔ)數(shù)據(jù).22、 工藝流程的選擇33、 做全塔的物料平衡34、 確定操作條件35、 確定回流比.56、 理論板數(shù)與實(shí)際板數(shù).77、 確定冷凝器與再沸器的熱負(fù)荷.88、 初估冷凝器與再沸器的傳熱面積.89、 塔徑計(jì)算及板間距確定.810、堰及降液管的設(shè)計(jì).1311、塔板布置及篩板塔的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)1512、篩板塔的水力學(xué)計(jì)算1713、塔盤結(jié)構(gòu).2214、塔高28參考文獻(xiàn).29設(shè)計(jì)任務(wù)書.一、化工原理課程設(shè)計(jì)的目的與要求通過理論課的學(xué)習(xí)和生產(chǎn)實(shí)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)掌握了不少理論知識(shí)和生產(chǎn)實(shí)際知識(shí)，對(duì)于一個(gè)未來的工程技術(shù)人員來說，如何運(yùn)用所學(xué)知識(shí)去分析和解決實(shí)際問題是至關(guān)重要的，本課程設(shè)計(jì)的目的也

5、是如此?；ぴ碚n程設(shè)計(jì)是化工專業(yè)的學(xué)生在校期間第一次進(jìn)行的設(shè)計(jì)，要求每個(gè)同學(xué)獨(dú)立完成一個(gè)實(shí)際裝置（本次設(shè)計(jì)為精餾裝置）的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)中應(yīng)對(duì)精餾原理、操作、流程及設(shè)備的結(jié)構(gòu)、制造、安裝、檢修進(jìn)行全面考慮，最終以簡(jiǎn)潔的文字、表格及圖紙正確地把設(shè)計(jì)表達(dá)出來。本次設(shè)計(jì)是在教師指導(dǎo)下，由學(xué)生獨(dú)立進(jìn)行的設(shè)計(jì)。因此，對(duì)學(xué)生的獨(dú)立工作能力和實(shí)際工作能力是一次很好的鍛煉機(jī)會(huì)，是培養(yǎng)化工技術(shù)人員的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。通過設(shè)計(jì)，學(xué)生應(yīng)培養(yǎng)和掌握：1、正確的設(shè)計(jì)思想和認(rèn)真負(fù)責(zé)的設(shè)計(jì)態(tài)度。設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合實(shí)際進(jìn)行，力求經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、可靠和先進(jìn)。設(shè)計(jì)應(yīng)對(duì)生產(chǎn)負(fù)責(zé)。設(shè)計(jì)中的每一數(shù)據(jù)，每一筆一劃都要準(zhǔn)確可靠，負(fù)責(zé)到底。2、獨(dú)立的工作能力及

6、靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析問題和解決問題的能力。設(shè)計(jì)由學(xué)生獨(dú)立完成，教師只起指導(dǎo)作用，學(xué)生在設(shè)計(jì)中碰到的問題和教師進(jìn)行討論。教師只做提示和啟發(fā)，由學(xué)生自己去解決問題，指導(dǎo)教師原則上不負(fù)責(zé)檢查計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，學(xué)生應(yīng)自己負(fù)責(zé)計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，可靠性。學(xué)生在設(shè)計(jì)中可以相互討論，但不能照抄，為了更好地了解和檢查學(xué)生獨(dú)立分析問題和解決問題的能力，設(shè)計(jì)的最后階段安排有答辯。若答辯不通過，設(shè)計(jì)不能通過。3、精餾裝置設(shè)計(jì)的一般辦法和步驟。4、正確運(yùn)用各種參考資料，合理選用各種經(jīng)驗(yàn)公式和數(shù)據(jù)。由于所用資料不同，各種經(jīng)驗(yàn)公式和數(shù)據(jù)可能會(huì)有一些差別。設(shè)計(jì)者應(yīng)盡可能了解這些公式、數(shù)據(jù)的來歷、實(shí)用范圍，并能正確地運(yùn)用。設(shè)計(jì)

7、前，學(xué)生應(yīng)該詳細(xì)閱讀設(shè)計(jì)指導(dǎo)書、任務(wù)書，明確設(shè)計(jì)目的、任務(wù)及內(nèi)容。設(shè)計(jì)中安排好自己的工作，提高工作效率。二、化工原理課程設(shè)計(jì)（精餾裝置）的內(nèi)容1、選擇流程，畫流程圖。2、做物料衡算，列出物料衡算表。3、確定操作條件（壓力、溫度）。4、選擇合適回流比，計(jì)算理論板數(shù)。5、做熱量衡算，列出熱量衡算表。6、選擇換熱器，計(jì)算冷卻介質(zhì)及加熱介質(zhì)用量。7、完成塔板設(shè)計(jì)。8、編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。設(shè)計(jì)結(jié)束時(shí)，學(xué)生應(yīng)交的作業(yè)有：工藝流程圖一張，塔板結(jié)構(gòu)圖一張，設(shè)計(jì)說明書一份。計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算結(jié)果（包括簡(jiǎn)單計(jì)算和嚴(yán)格計(jì)算兩種計(jì)算結(jié)果）。三、安排與要求設(shè)計(jì)進(jìn)行兩周，大致可分為以下幾個(gè)階段：1、準(zhǔn)備（一天）教師介紹有關(guān)課

8、程設(shè)計(jì)的情況，下達(dá)設(shè)計(jì)任務(wù)書。學(xué)生應(yīng)詳細(xì)閱讀設(shè)計(jì)任務(wù)書，明確設(shè)計(jì)目的、設(shè)計(jì)任務(wù)、設(shè)計(jì)內(nèi)容及設(shè)計(jì)步驟。安排好今后兩周的工作。2、設(shè)計(jì)計(jì)算階段（四五天）按設(shè)計(jì)任務(wù)及內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，有時(shí)甚至需要對(duì)幾個(gè)不同的方案進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，并對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行分析比較，從中選擇較好的方案。計(jì)算結(jié)束后編寫出設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。設(shè)計(jì)計(jì)算說明書應(yīng)包含：目錄、設(shè)計(jì)任務(wù)書、流程圖、設(shè)計(jì)計(jì)算、計(jì)算結(jié)果及所引用的資料目錄等。設(shè)計(jì)計(jì)算說明書除了有數(shù)字計(jì)算之外還應(yīng)有分析，只有數(shù)字計(jì)算，而無論述分析，這樣的設(shè)計(jì)是不完整的，也是不能通過的。計(jì)算部分應(yīng)列出計(jì)算式，代入數(shù)值，得出結(jié)果。計(jì)算結(jié)果應(yīng)有單位。說明書一律用A4紙寫，文字部分要簡(jiǎn)練，書寫要

9、清楚。說明書要標(biāo)上頁碼，加上封面，裝訂成冊(cè)。3、計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算（二三天）。4、答辯（一天）答辯安排在最后一天進(jìn)行。答辯前學(xué)生應(yīng)將設(shè)計(jì)計(jì)算說明書裝訂成冊(cè)，連同計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算一起交給教師。答辯時(shí)學(xué)生先簡(jiǎn)要匯報(bào)一下自己的設(shè)計(jì)工作，然后回答教師提出的問題。四、設(shè)計(jì)步驟精餾裝置設(shè)計(jì)的內(nèi)容與步驟大致如下：1、收集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括：進(jìn)料流量及組成。分離要求。原料的熱力學(xué)狀態(tài)。冷卻介質(zhì)及其溫度、加熱介質(zhì)及溫度。物性數(shù)據(jù)（如密度、表面張力等）。上述基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中、兩項(xiàng)由設(shè)計(jì)任務(wù)給出。、兩項(xiàng)若任務(wù)中未曾給出，則應(yīng)根據(jù)具體情況確定。物性數(shù)據(jù)可從有關(guān)資料中查取。2、工藝流程的選擇精餾裝置一般包括塔頂冷凝器，

10、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(shí)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(hào)等。當(dāng)塔頂需汽相出料時(shí)，采用分凝器，除此之外，一般均采用全凝器。對(duì)于小塔，通常將冷凝器放于塔頂，采用重力回流。對(duì)于大塔，冷凝器可放至適當(dāng)位置，用泵進(jìn)行強(qiáng)制回流。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(shí)，選用立式熱式再沸器較為有利。傳熱量較大時(shí)，采用臥式熱虹吸式再沸器。當(dāng)塔釜物料粘度很大，或易受熱分解時(shí)，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。精餾裝置中，塔頂蒸汽的潛熱和塔釜?dú)堃旱娘@熱可以被用于預(yù)熱進(jìn)料。塔頂蒸汽潛熱大，而溫

11、度較低，塔釜?dú)堃簻囟雀?，而顯熱的熱量少。在考慮這些熱量的利用時(shí)要注意經(jīng)濟(jì)上的合理性及操作上的穩(wěn)定性。3、做全塔的物料平衡對(duì)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F及組成，分離要求，解方程組（1）即可求得餾出液流率D及殘液流率W。4、確定操作條件（壓力、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(shí)，可根據(jù)下述因素考慮加壓或減壓操作。（1）、對(duì)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(diǎn)超過或接近200時(shí)，可考慮減壓操作。因?yàn)榧訜嵴羝麥囟纫话愕陀?00。（1）立式熱虹吸型 （2）泵強(qiáng)制循環(huán)型產(chǎn)品加熱介質(zhì)加熱介質(zhì) （a） (b) （3

12、）臥式再沸器圖1 幾種再沸器型式（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(shí)的溫度低于冷卻介質(zhì)的溫度時(shí)可考慮加壓操作。還應(yīng)該指出壓力增大時(shí)，操作溫度隨之升高，輕、重組分相對(duì)揮發(fā)度減少，分離所需的理論板數(shù)增加。在確定操作壓力時(shí)，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(jì)時(shí)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(shí)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(diǎn)方程式得。 （2

13、） 式中平衡指數(shù)。烴類可由資料（1）（2）查得。（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(dòng)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(shí)際板數(shù)，即 （4）式中：塔板阻力，通常為35（mm汞柱）在確定了操作壓力之后，塔頂溫度可由式（5）確定，塔釜溫度由式（6）確定。 （5） （6）5、確定回流比對(duì)于平衡線向下彎曲的物系，最小回流比的計(jì)算式為： （7）式中：線與平衡線交點(diǎn)座標(biāo)。當(dāng)進(jìn)料為飽和液體時(shí)，最小回流比也可用式（8）計(jì)算，進(jìn)料為飽和蒸汽時(shí)，按式（9）計(jì)算。 （8） （9）汽液混合進(jìn)料時(shí)，最小回流比的計(jì)算式為： （10）式

14、中：泡點(diǎn)進(jìn)料時(shí)的，按式（8）計(jì)算。露點(diǎn)進(jìn)料時(shí)的，按式（9）計(jì)算。由上式可知，最小回流比和進(jìn)料液化分率q有關(guān)。當(dāng)泡點(diǎn)進(jìn)料時(shí)，q=1。露點(diǎn)進(jìn)料時(shí)，q=0。若進(jìn)料壓力高于塔的操作壓力，且原料溫度較高時(shí)，進(jìn)入塔內(nèi)后可因壓力降低而產(chǎn)生絕熱汽化。絕熱汽化溫度T及液化分率可由絕熱汽化方程組（11）計(jì)算。 （11）式中：H、h汽相、液相焓。原料液焓。方程（11）可由試差法解得，方法如下：a、 根據(jù)進(jìn)料溫度及組成，求得；b、 假設(shè)汽化溫度，查得；c、 由方程（11）的第一式求得q及汽、液相組成；d、 由假設(shè)溫度及求得的汽、液相組成計(jì)算汽、液相焓H及h；e、 將H、h、代入方程（11）的第二式，若等式成立，則計(jì)算

15、正確；若等號(hào)不成立，則重設(shè)溫度，重復(fù)（b）至（e）過程。適宜回流比通常為最小回流比的1.22倍，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)理論板和回流比的關(guān)系圖（圖2）確定。N 圖2 理論板和回流比關(guān)系圖圖2是在假設(shè)若干個(gè)不同的回流比下，分別用簡(jiǎn)捷法求出相應(yīng)的理論板數(shù)，然后，由計(jì)算結(jié)果作圖而得到的。顯然適宜回流比應(yīng)在圖中曲線斜率變化最大處。6、理論板數(shù)與實(shí)際板數(shù)對(duì)于雙組份精餾塔，求解理論板數(shù)可用圖解法或簡(jiǎn)捷法。若理論板數(shù)較多，且溶液接近理論溶液時(shí)，可作簡(jiǎn)捷法計(jì)算。簡(jiǎn)捷法求理論板數(shù)時(shí)，有吉利蘭（Gilliland）法和埃爾巴馬道克斯（ErbarMaddox）法。據(jù)稱埃爾巴法比吉利蘭法精度要高，但埃爾巴法只能用于泡點(diǎn)進(jìn)料，且指

16、明回流比為最適宜回流比，而一般回流比大多高于這個(gè)數(shù)值。圖解法和簡(jiǎn)捷法的具體操作法可參考參閱教材，此處不再討論。實(shí)際板數(shù)等于理論板數(shù)除以總板效率，即 （12）式中：實(shí)際板數(shù)不包括分凝器、再沸器在內(nèi)的理論板數(shù)?？偘逍剩ㄈ剩┯绊懣偘逍实囊蛩剌^多，目前尚無準(zhǔn)確的關(guān)聯(lián)式可用于計(jì)算，只能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)估計(jì)。對(duì)于雙組份精餾塔，多在0.50.7左右6。7、確定冷凝器和再沸器的熱負(fù)荷、對(duì)于全凝器，由冷凝器熱平衡可得： （13）式中： R回流比 D餾出液流率。 塔頂蒸汽、餾出液焓。對(duì)全塔做熱平衡有 （14）式中：塔釜?dú)堃红省?（其它符號(hào)同前）8、初估冷凝器和再沸器的傳熱面積傳熱面積A可由傳熱方程計(jì)算，即 （1

17、5）式中：Q熱負(fù)荷。K傳熱系數(shù)。冷熱流體平均溫度差。對(duì)于低沸點(diǎn)烴類，冷凝介質(zhì)為水時(shí)，傳熱系數(shù)為390980（千卡/時(shí)）。加熱介質(zhì)為水蒸汽時(shí)，再沸器的傳熱系數(shù)為390880（千卡/時(shí)）。9、塔徑的計(jì)算及板間距的確定在精餾塔的設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)對(duì)精餾段和提餾段分別進(jìn)行設(shè)計(jì)。通常精餾段根據(jù)塔頂?shù)谝粔K板的條件進(jìn)行設(shè)計(jì)，提餾段根據(jù)塔底條件進(jìn)行設(shè)計(jì)。精餾段汽、液相負(fù)荷分別按式（16）、（17）計(jì)算。(16) (17) 式中：D餾出液流率（Kmol/h）。R回流比。提餾段的汽相流率可由再沸器熱負(fù)荷計(jì)算，即 （18）式中：殘液的摩爾潛熱。提餾段的液相流率有 （19）式中：W殘液流率。以上求得的流率為摩爾流率，在塔徑

18、的計(jì)算中應(yīng)換算成體積流率。在板式塔的設(shè)計(jì)中，最大汽速（泛點(diǎn)汽速）可采用下式計(jì)算7 。 （20）式中：分別為液相、汽相密度。 C經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。由圖3查取。在查取經(jīng)驗(yàn)系數(shù)時(shí)，先確定板間距和清液層的高度。當(dāng)塔徑大于1米時(shí)，板間距通?？扇?.4米、0.45 米、0.6 米 。在具體確定時(shí)考慮以下因素：（1）、大塔應(yīng)取較大的板間距。（2）、液量較大時(shí)，應(yīng)取較大的板間距。（3）、物料易起泡時(shí)，應(yīng)取較大板間距。（4）、塔板數(shù)多時(shí)，板間距應(yīng)取較小值。清液層高度通常為4090毫米。對(duì)于加壓塔和常壓塔，可取大值。對(duì)減壓塔，為減小塔板阻力，一般取小值。板間距大時(shí)，取大值；小時(shí)，取小值。圖3 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)C圖圖中：V、L分別

19、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(shí)的系數(shù)C。 、分別為板間距、板上清液層高度（m）。當(dāng)表面張力為其它值時(shí)的系數(shù)C按下式校正： （21）在求得泛點(diǎn)后，設(shè)計(jì)氣速可取泛點(diǎn)氣速的（0.60.8）倍，即 （22）對(duì)于設(shè)計(jì)氣速，大塔、加壓塔可取大值；小塔、減壓塔取小值。在求得了設(shè)計(jì)氣速之后，塔徑即可按下式估算。 （23）式中：汽相流率（）。 設(shè)計(jì)速度（）。 塔徑計(jì)算值（）塔徑按計(jì)算值進(jìn)行圓整，1米以上的塔，按0.2米的間隔圓整。塔的截面積及空塔氣速U分別按式（24）和（25）計(jì)算。 （24）式中：D園整后的直徑（米）。 （25）上述計(jì)算塔徑的方法（史密斯泛點(diǎn)

20、關(guān)聯(lián)法）對(duì)于石油類液量較大的塔常偏于保守。此時(shí)可按有效截面法計(jì)算。有效截面法計(jì)算塔徑的步驟如下8 ：（1）、有效截面上的最大允許速度 m/s （26）式中：L、V分別為液體、氣體流率()。 分別為液體、氣體密度（） 板間距（m）。 g 重力加速度。（2）、有效截面上的設(shè)計(jì)氣速按下式計(jì)算。 m/s （27）式中：K安全系數(shù)，K=0.60.8，對(duì)于大塔、加壓塔或板間距較大時(shí)，取大值。對(duì)于小塔或減壓時(shí)，取小值。 系統(tǒng)因素，由物系泡程度決定。表1 系統(tǒng)因素表系統(tǒng)名稱系統(tǒng)因素正常下起泡物系下1輕度起泡物系（如氟利昂）0.9中度起泡（如油吸收塔、胺及乙二醇再生塔）0.84重度起泡（如胺和乙二醇吸收塔）0.

21、73嚴(yán)重起泡（如甲乙酮裝置）0.60形成穩(wěn)定泡沫系統(tǒng)（如堿再生塔）0.30（3）、有效截面積在求得有效截面上的氣速之后，即可按下式計(jì)算有效面積 （28）式中：氣體流率()。（4）、降液管面積液體在降液管流速按以下兩式計(jì)算，取小值。 （29）和 （30）式中符號(hào)同前。在求得了液體在降液管的流速之后，降液管面積即可由式（31）求得。 （31）式中：液體流率()。（5）、塔徑D 塔截面積為有效面積和降液管面積之和，由此即可求得塔徑的計(jì)算值。即 （32）由計(jì)算值園整，即可求得塔徑D。10、堰及降液管的設(shè)計(jì)液體在塔板上的流動(dòng)型式單溢流、雙溢流和多溢流。當(dāng)塔徑小于2米時(shí)，通常采用單溢流，塔徑在2米4米時(shí)采

22、用雙溢流，塔徑大于4米時(shí)，一般應(yīng)考慮采用多溢流9。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(duì)于單溢流，溢流堰長度通常為（0.60.8）D，對(duì)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。 a. 單溢流 b. 四溢流 c. 雙溢流圖4 幾種常見的溢流型式堰上液流強(qiáng)度在2040m3/h.m左右時(shí)，操作情況最好。一般來說，最大堰上液流量不宜超過100130m3/h.m。實(shí)際生產(chǎn)中，也有少數(shù)塔，其堰上液流量超過200m3/h.m。對(duì)于弓形降液管，堰長一經(jīng)確定之后，降液管寬和面積

23、可按圖5計(jì)算。雙溢流或多溢流的中間降液管。寬度一般可取200300mm。降液管面積可按矩形計(jì)算。在降液管的設(shè)計(jì)中，應(yīng)注意液體在降液管的停留時(shí)間不得少于35s。液體在降液管的停留時(shí)間按下式計(jì)算。 （33）式中各符號(hào)同前。出口堰是為保證塔板上有一定的液層。出口堰的高度為板上清液層高度減去堰上液層高度,即 （34）堰上液層高度由下計(jì)算： （35）式中：L-液體流率（）。 E-液流收縮系數(shù)，通?？扇1。 降液管底端與塔板之間的距離若過大，則不易形成液封;若過小，液體在降液管出口阻力過大，易液泛。通?？砂聪率酱_定。 （36）式中：液體流率（） 液體在降液管出口流速，通?？扇?.10.3（m/s）左右。

24、一般不宜小于2025（mm）,以免因堵塞而造成液泛。圖中：IW-堰長; D-塔徑; Wd-弓形寬; Af-弓形面積; AT-塔截面積。圖5 弓形的寬度與面積11、塔板布置及篩板塔的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)11-1篩板布置 塔板上在靠近塔壁的部分，應(yīng)留出一圈邊緣區(qū)，供塔板安裝之用，通常邊緣區(qū)寬度WC為5070mm。塔板上液體的入口和出口需設(shè)安定區(qū)。以避免大量含有氣泡的液體進(jìn)入降液管而造成液泛。一般，安定區(qū)的寬度WS可取50100 mm。邊緣區(qū)和安定區(qū)中的塔板不能開孔。11-2 篩孔直徑 篩孔直徑的大小對(duì)塔板壓降及塔板效率無顯著影響;但隨著孔徑的增大，操作彈性減?。ㄔ陂_孔率、空塔氣速及液流強(qiáng)度一定的情況下，若

25、孔徑增大，則漏液量和霧沫夾帶量都隨之增大，因此，孔徑增大，操作下限上升，操作上限降低，導(dǎo)致操作彈性減少）。此外，孔徑大，不易堵塞;且孔徑大，制造費(fèi)用低。一般碳鋼的篩板厚度為34 mm，合金鋼塔板的厚度為22.5 mm。篩孔孔徑與塔板厚度的關(guān)系，主要應(yīng)考慮加工的可能性。當(dāng)用沖孔加工時(shí)，對(duì)于碳鋼塔板，孔徑不應(yīng)小于板厚;對(duì)于不銹鋼塔板，孔板不應(yīng)小于（1.52）倍的板厚。篩孔直徑應(yīng)根據(jù)上述因數(shù)進(jìn)行選擇。工業(yè)生產(chǎn)中一般用310 mm的孔徑。推薦用45 mm的孔徑。11-3 開孔率、孔中心距和板厚開孔率和孔中心距對(duì)篩板的影響遠(yuǎn)比篩孔孔徑的影響大。通常采用2.55倍直徑的中心距。該值過小，易使氣流互相干擾，

26、過大則易鼓泡不均，兩者都將影響塔板的效率。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按所需的開孔面積來確定中心距，盡可能在34倍的孔徑范圍內(nèi)。篩孔面積和開孔區(qū)面積之比稱為開孔率，在同樣的空塔氣速下，開孔率大，霧沫夾帶小，但易漏液，操作彈性小;開孔率小，霧沫夾帶大，且塔板阻力大，易液泛。因此，開孔率對(duì)塔板的設(shè)計(jì)十分重要。通常，開孔率在515之間。在確定開孔率時(shí)，往往需同時(shí)聯(lián)系孔徑和孔心距，進(jìn)行多次試算。篩板一般按正三角形排列。此時(shí)，若選定孔徑和孔心距，則篩孔面積A0和開孔區(qū)面積Aa之比可按下式計(jì)算。 （37）式中：篩孔面積，；開孔區(qū)面積，；t 孔中心距，mm；篩孔孔徑，mm。開孔區(qū)面積，對(duì)于單溢流型塔板可用下式計(jì)算： （38）式

27、中：；為以弧度為單位的反三角函數(shù);降液管寬，；安定區(qū)寬，；邊緣區(qū)寬，。（、的設(shè)計(jì)見后）；對(duì)于雙流型塔板，開孔區(qū)面積按下式計(jì)算： （39）式中：篩孔數(shù)按下式計(jì)算： （40）式中：n篩孔數(shù); 開孔區(qū)面積，m2; t孔中心距，mm。12、篩板塔的水力學(xué)計(jì)算12-1塔板阻力氣相通過塔板的阻力為干板阻力與液層阻力之和。即 （41）式中：hP氣體通過每一層塔板的阻力，m液柱； hC干板阻力，m液柱;h1塔板上的液層阻力，m液柱。篩孔塔板的干板可用下式計(jì)算。 （42）式中：篩孔氣速，m/s。流量系數(shù)，可由圖6查得;分別為氣相和液相的密度，Kg/m3。 2 4 6 8 10 圖6 干板孔的流量系數(shù) 圖7液層的

28、有效阻力液層阻力與通過篩孔的氣體動(dòng)能因子有關(guān)，可由圖7查取。12-2漏液點(diǎn)當(dāng)孔速低于漏液點(diǎn)氣速時(shí)，大量液體從篩孔泄漏，這將嚴(yán)重影響塔板效率。因此，漏液點(diǎn)氣速為下限氣速。篩孔的漏液點(diǎn)氣速按下式計(jì)算： （43）式中：漏夜點(diǎn)篩孔氣速，m/s；表面張力壓頭，m液柱;液體表面張力，。當(dāng)板上清液層高HL小于30mm,或篩孔孔徑小于3 mm時(shí)，用下式計(jì)算： （44）12-3霧沫夾帶霧沫夾帶量的計(jì)算有兩類，一類直接用板上參數(shù)表，如下式： （45）式中：霧沫夾帶量，；液層上部氣速，； 該法只能用于常壓塔，若用加壓塔，計(jì)算值偏小。另一種方法用泛點(diǎn)百分率來關(guān)聯(lián)。如Fair法，方法如下：用下式求得泛點(diǎn)氣速： （46）

29、由圖8查得，當(dāng)0.1時(shí)，應(yīng)乘以以下校正系數(shù)0.101.000.080.900.060.80當(dāng)液體表面張力不等于20dyn/cm時(shí)，應(yīng)乘以當(dāng)操作氣體u和泛點(diǎn)之比作為液泛分率，由圖9查得霧沫夾帶分率，再由下式求得霧沫夾帶量： （47）式中：L、V-分別為液相和氣相流量，Kg/h。12-4 液泛的校核降液管內(nèi)液面的高度按下式計(jì)算。 （48）式中：降液管液面的高，m; 液體在降液管出口阻力，按式（49）計(jì)算； m液柱 （49）為了避免液泛，降液管中液面高不得超過（0.40.6）倍的（），即 （0.40.6）（） （50） 霧沫夾帶分?jǐn)?shù) 圖8 系數(shù) 圖9霧沫夾帶分?jǐn)?shù)12-5液體在降液管的停留時(shí)間為使降液

30、管中液體的氣泡能夠脫除，液體在降液管的停留時(shí)間不得少于35秒，即 35 （51）12-6負(fù)荷性能圖對(duì)于一個(gè)結(jié)構(gòu)已定的塔板，將有一個(gè)適宜操作區(qū)。它綜合地反映了塔板的操作性能，把不同的氣、液流率下塔板上出現(xiàn)的各種流體力學(xué)的界限綜合地表達(dá)出來。上述反映氣、液負(fù)荷和塔板性能的關(guān)系圖稱為負(fù)荷性能圖。負(fù)荷性能圖的作法如下：（1）、按式（43）作漏液線；（2）、按式（44）或（45）取泛點(diǎn)率為（6582）時(shí)作霧液夾帶線;（3）、按式（48），取Hd=（0.40.6）（HT+Hw）時(shí)作液泛線;（4）、按式（51）作最大液量線;(5) 、 按式（52）作量小液量線。 （52）式中：L液體流率，m3/h;堰長，m

31、;E液流收縮系數(shù)，通?？扇?。一個(gè)設(shè)計(jì)合理的塔，負(fù)塔性能圖如圖10所示。圖中陰影部分為適宜操作區(qū)。以氣、液相流率作圖所得的操作點(diǎn)B應(yīng)在適宜操作區(qū)中。圖中操作上限為A。設(shè)計(jì)說明書的書寫方式可參閱參考文獻(xiàn)。圖10負(fù)荷性能圖13、塔盤結(jié)構(gòu)直徑大于0.8m的塔，通常采用分塊式塔板，以便于從入孔進(jìn)入塔內(nèi)。塔盤結(jié)構(gòu)可參閱資料。9（1）、塔板型式理想的塔板應(yīng)在滿足工藝操作的條件下，要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、有足夠的剛性、便于加工、安裝和檢修。根據(jù)上述要求，推薦自身梁式塔板和槽式塔板（見圖11）。槽式塔板的模具制造較自身梁式簡(jiǎn)便，但自身梁式塔板更便于上、下均可拆連接。一般設(shè)計(jì)可用自身梁式塔板，在制造設(shè)備條件所限下宜用槽式

32、塔板。自身梁式塔板的結(jié)構(gòu)尺寸見圖11。其厚度S對(duì)于碳鋼可取24mm，不銹鋼為23 mm。壓彎半徑R=（11.5）S，R1=S。塔板寬度應(yīng)能從450 mm入孔進(jìn)出。塔板梁高h(yuǎn)表2。表2 自身梁式塔板梁高（mm）塔板長度小于100010001400140018001800以上A型梁高h(yuǎn)16080B型梁高h(yuǎn)28090（a）、A型 （b）、B型圖11自身梁式塔板（2）、塔板固定件受液盤有平形受液盤和凹形受液盤。凹形受液盤在低液量時(shí)仍能造成液封，且有改變液體流向的綬沖作用和便于液體的側(cè)線采出。塔徑大于800毫米時(shí)常采用凹形受液盤。若物料易聚合或含有懸浮固體時(shí)，凹形受液盤易造成死角而堵塞，應(yīng)采用平形受液盤

33、。用平形受液盤時(shí)，為使上一層流入的液體在板上均勻分布，常設(shè)進(jìn)口堰。用凹形受液盤時(shí)一般不設(shè)進(jìn)口堰。受液盤一般為50 mm。塔板固定件由以下部件組成：固定的受液盤和降液管、支持圈、支持板、支持角鋼。塔板固定件的名稱、結(jié)構(gòu)、焊接方式見文獻(xiàn)9。各部件尺寸見表3和表4。表中括號(hào)內(nèi)數(shù)值系指不銹鋼塔板。（3）、為便于安裝、檢修或檢查塔板腐蝕、堵塞等，須設(shè)置內(nèi)部通道板。內(nèi)部通道板最好位于塔盤中央同一垂直位置上，并能上、下均勻可拆。其最小尺寸為300400 mm，最重不應(yīng)超過30kg，其長度一般不得大于1m。（4）、塔板緊固件塔板與支持圈的連接采用卡子，卡子由下卡（包括卡板下螺柱）、橢圓墊板及M10螺母等零件組

34、成?？ㄗ舆B接見圖12。這些零件已標(biāo)準(zhǔn)化（JB-68），其材料、型號(hào)見表5。表3 單流塔板固定件尺寸（mm）*塔徑支撐園截面尺寸支撐板截面尺寸降液板厚受 液板厚受 液 盤支持角鋼尺 寸支撐面寬受液盤深度8淚孔數(shù)無測(cè)線有測(cè)線800408508445650100156564100040105010120014001600501050106（4）6（4）1502180020002200601250122400表4 雙溢流塔板固定件尺寸（mm）塔徑角 鋼（中間梁）尺 寸支撐園截面尺寸支撐板截面尺寸降液板厚受液板厚10淚孔數(shù)降液板支撐板數(shù)梁端間隙兩側(cè)中間兩側(cè)中間兩側(cè)中間200022002400905666

35、0105010666121226002800905688（6）82225300010056832003400360038001105681255681405681405610701250128（6）333040004500500016056121605612180561210（8）3344表5 卡子型號(hào)及材料型式材 料卡板尺寸下的卡子型號(hào)卡板螺柱墊板螺母468101214A3F2Cr13A3FA3FA4A6A8A10A12A141Cr18Ni91Cr18Ni91Cr18Ni9Cr17A4A6A8A10A12A14Cr18Ni12Mo2TiCr18Ni12Mo2TiCr18Ni12Mo2TiA4A6A8A10A12A14圖12 卡子連接圖注： 1.支撐圈 2.螺柱 3.卡板 4.M10螺圈 5.橢圓墊板 6.塔板塔板與支持板連接（或與支持角鋼連接）上可拆連接采用卡子連接，塔板上的卡子孔通常為長圓形，如圖13。目前塔板與支持板間的上可拆連接也常采用圖14所示