板式精餾塔的設計

板式塔的設計2023/2/61板式精餾塔的設計原則總的原則是盡可能多地采用先進的技術，使生產達到技術先進、經濟合理的要求，符合優(yōu)質、高產、安全、低能耗的原則，具體考慮以下幾點。⑴

滿足工藝和操作的要求

所設計出來的流程和設備能保證得到質量穩(wěn)定的產品。由于工業(yè)上原料的濃度、溫度經常有變化，因此設計的流程與設備需要一定的操作彈性，可方便地進行流量和傳熱量的調節(jié)。設置必需的儀表并安裝在適宜部位，以便能通過這些儀表來觀測和控制生產過程。2023/2/62西北師范大學化學化工學院⑵

滿足經濟上的要求

要節(jié)省熱能和電能的消耗，減少設備與基建的費用，如合理利用塔頂和塔底的廢熱，既可節(jié)省蒸汽和冷卻介質的消耗，也能節(jié)省電的消耗?；亓鞅葘Σ僮髻M用和設備費用均有很大的影響，因此必須選擇合適的回流比。冷卻水的節(jié)省也對操作費用和設備費用有影響，減少冷卻水用量，操作費用下降，但所需傳熱設備面積增加，設備費用增加。因此，設計時應全面考慮，力求總費用盡可能低一些。⑶

保證生產安全

生產中應防止物料的泄露，生產和使用易燃物料車間的電器均應為防爆產品。塔體大都安裝在室外，為能抵抗大自然的破壞，塔設備應具有一定剛度和強度。2023/2/63西北師范大學化學化工學院(4)穩(wěn)定性:若操作不穩(wěn)定,就不能保證產品質量的均勻.控制再沸器中加熱蒸氣壓力的恒定是保證操作穩(wěn)定的條件之一,但原料液或回流液的流量和溫度發(fā)生變化時,穩(wěn)定情況也會受到一定的影響。為了使進料保持穩(wěn)定,一般入塔的原料液由高位槽供給,以免受泵的流量波動的影響.為了保持回流液的穩(wěn)定,冷凝器常采用冷卻水,而不用塔頂蒸氣預熱原料液.因為塔頂蒸氣量如有波動,將影響回流液量及進料溫度.從而影響整個塔的操作穩(wěn)定性。有時也把冷凝器分割為兩部分,一部分預熱原料液,另一部分用冷卻水使蒸氣冷凝.這樣可以用控制冷卻水量來控制冷凝器的操作,同時保證進料溫度一定.

塔釜液體雖然溫度很高,但用它來預熱原料液,對液-液傳熱過程其傳熱系數很小,則所需傳熱面積必然很大.2023/2/64西北師范大學化學化工學院精餾方案的選定1.操作壓力(常壓,加壓,減壓)-----設計壓力一般指塔頂壓力

沸點低,常壓下為氣態(tài)的物料-----加壓操作,加壓可提高操作的平均溫度,有利于塔頂蒸氣冷凝熱的利用或可使用較便宜的冷卻劑,減少冷凝,冷卻的費用.在相同的塔徑下,適當提高操作壓力,還可提高塔的處理能力.但P提高,再沸器的T提高,相對揮發(fā)度下降.

熱敏性和高沸點的物料-----減壓操作.P降低,相對揮發(fā)度提高,有利于分離.操作的平均溫度降低,加熱劑溫度降低.但可導致D增加,塔頂蒸氣冷凝溫度降低,必須使用真空設備.相應的操作費用和設備費用增加.

由于塔板壓降,從塔頂到塔底壓力逐漸增加,溫度也相應的增加(物料組成和壓力同時作用的結果).因而沿塔物性和氣液負荷也隨之變化.

常壓和減壓塔---如塔板壓降不是很大,工藝計算時假定全塔各處壓力相等--誤差不大.

減壓塔---壓力分布與塔板的結構形式,氣液負荷,氣液物性等多種因素有關,很難計算,一般先假設再較核.多次試差.

.2023/2/65西北師范大學化學化工學院2.進料狀態(tài)原則講,要使回流在全塔發(fā)揮作用,全部冷量應該加在塔頂,全部熱量加在塔底.但實際設計時應該考慮設備費和操作費問題及操作平穩(wěn)等多種因素.

進料---預熱到泡點或接近泡點(進料溫度不受季節(jié)氣溫變化和前一道工序波動限制,塔的操作比較容易控制.而且精餾段和提餾段的上升蒸氣量相近).

有時為了減小再沸器的熱負荷(如再沸器所需加熱劑溫度較高,或物料容易在再沸器內結焦等)可在料液預熱時加入更多的熱量,甚至采用飽和蒸氣進料.

注意:實際設計還應該考慮整個車間的流程安排.2023/2/66西北師范大學化學化工學院3.多股進料原料來源不同,濃度差別很大,從分離角度,應該從不同的位置加入.但所處理的物料量不多時(或其中的一種物料不多時),從設備加工和操作方便考慮,也往往多股混合以后作一股物料加入.2023/2/67西北師范大學化學化工學院4.加熱方式大塔---塔外，形式----夾套式.蛇管式,列管式(立式再沸器,臥式再沸器)立式熱虹吸再沸器的主要特點:傳熱系數較高,結構緊湊,占地面積小,液體在管內停留時間短,不容易結垢,且容易清洗;但殼程不能清洗,因此用于較臟的加熱介質;其本身造價較低,但要求較高的塔體裙座.

臥式熱虹吸再沸器的主要特點:可用低裙座,但占地面積大,出塔產品緩沖容積較大,故流動穩(wěn)定,在加熱段停留時間短,不容易結垢,可以使用較臟的加熱介質.

立式和臥式強制循環(huán)再沸器的共同特點:適應于高粘度液體和熱敏性物料,因為強制循環(huán)流速高,停留時間短,有利于工藝流體循環(huán)流量的控制和調節(jié).2023/2/68西北師范大學化學化工學院5.冷卻方式

1)冷卻劑----通常是水,水溫隨氣候而定.入口一般為15℃--20℃,出口<50℃，目的防止溶解于水中的無機鹽析出.

冷卻劑還可以是冷凍鹽水.液氨等，一般用于較低溫度。

2)冷凝設備的結構形式小塔---蛇管換熱器大塔---列管式換熱器2023/2/69西北師范大學化學化工學院篩板式精餾塔設計方法一.工藝計算二.設備計算四.輔助設備計算三.塔體結構五.帶控制點工藝流程圖2023/2/62023/2/62023/2/62023/2/62023/2/62023/2/62023/2/62023/2/6塔板間距塔徑估算溢流裝置塔板布置塔板流體力學驗算塔板的負荷性能圖二、塔板設計2023/2/618西北師范大學化學化工學院

1塔板間距塔板間距過小，液沫夾帶嚴重，塔板效率降低。塔板間距過大，設備增高，金屬耗量增大，塔的造價增加。塔板間距直接影響塔的生產能力、分離效率、操作彈性及塔的高度。塔板間距與塔徑同時考慮。板間距大，塔徑可小些。對于板數較多的塔，取較小的板間距，可適當降低塔高。2023/2/619西北師范大學化學化工學院2023/2/62023/2/6

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溢流堰2023/2/622西北師范大學化學化工學院2023/2/62023/2/62023/2/62023/2/626西北師范大學化學化工學院5進口堰及受液盤進口堰（對圓形降液管多用）作用：1）保證液封，2）使液體在塔板上分布均勻，3）但因其占用較多塔截面，還易使沉淀物淤積造成阻塞，故多數不設。若設，hw’應這樣考慮當hw

＞h0（有液封）時，hw’＝hw當hw

＜h0（無液封）時，hw’＞h0為保證液體由降液管流出時不致受到很大的阻力，進口堰與降液管間的水平距離h1不應小于h0，即h1≥h0對于直徑

800以上的大塔多采用受液盤。2023/2/627西北師范大學化學化工學院受液盤對于直徑800以上的大塔多采用受液盤。作用：1、液封良好，且有改變液體流向的緩沖作用2、有側線抽出取深些，（一般大于50mm）2023/2/628西北師范大學化學化工學院6塔板布置塔板分成四個區(qū)域：鼓泡區(qū)：塔板上氣液接觸的有效區(qū)域。溢流區(qū)：降液管及受液盤所占的區(qū)域。破沫區(qū)（安定區(qū)）：前兩區(qū)之間的面積,不裝浮閥，主要作用為在液體進入降液管之前有一段不鼓泡的安定地帶，以免液體大量夾帶泡沫進入降液管

無效區(qū)（邊緣區(qū)）：支持塔板的邊梁，其寬度根據塔板支承的需要而定。2023/2/629西北師范大學化學化工學院2023/2/62023/2/62023/2/62023/2/62023/2/62023/2/62023/2/62023/2/62023/2/62023/2/62023/2/62023/2/62023/2/6負荷性能圖2023/2/643西北師范大學化學化工學院2023/2/62023/2/62023/2/62023/2/62023/2/62023/2/649西北師范大學化學化工學院2023/2/62023/2/62023/2/6五、帶控制點的工藝流程

2023/2/653西北師范大學化學化工學院板式塔的機械設計2023/2/654西北師范大學化學化工學院塔體工藝裝配圖2023/2/655西北師范大學化學化工學院2023/2/656西北師范大學化學化工學院2023/2/657西北師范大學化學化工學院2023/2/658西北師范大學化學化工學院2023/2/659西北師范大學化學化工學院2023/2/660西北師范大學化學化工學院2023/2/661西北師范大學化學化工學院2023/2/662西北師范大學化學化工學院設備接管表（注明接管法蘭的標準號）2023/2/663西北師范大學化學化工學院2023/2/664西北師范大學化學化工學院2023/2/665西北師范大學化學化工學院2023/2/666西北師范大學化學化工學院浮閥塔裝配圖