精餾塔畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

./第一章概論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,最常用的分類是按塔的件結(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件外,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?！?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?！?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)保證能長(zhǎng)期連續(xù)操作?！?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?！?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?！?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)備的發(fā)展及現(xiàn)狀泡罩塔是1813年Cellier提出的,它在化工生產(chǎn)中一直占有重要的地位。從1832年開始用于釀造工業(yè),是出現(xiàn)較早并獲得廣泛應(yīng)用的一種塔型。工業(yè)規(guī)模的填料塔始于1881年的蒸餾操作中,1904年才用于煉油工業(yè),當(dāng)時(shí)的填料是碎磚瓦、小石塊和管子縮節(jié)等。20世紀(jì)初,隨著煉油工業(yè)的發(fā)展和石油化學(xué)工業(yè)的興起,塔設(shè)備開始被廣泛采用,并逐漸積累了有關(guān)設(shè)計(jì)、制造、安裝、操作等方面的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)。當(dāng)時(shí),煉油工業(yè)中多用泡罩塔,無機(jī)酸堿工業(yè)則以填料塔為主,則篩板塔因當(dāng)時(shí)尚無精確的設(shè)計(jì)方法和操作經(jīng)驗(yàn),故未能廣泛使用。20世紀(jì)中期,為了適應(yīng)各種化工產(chǎn)品的生產(chǎn)和發(fā)展,不僅需要新建大量的塔,還得對(duì)原有得塔設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造,故而陸續(xù)出現(xiàn)了一批能適應(yīng)各方面要求的新塔型。這一時(shí)期發(fā)展的塔盤如下。1.泡罩型〔1條形泡罩塔盤?！?單流式泡罩塔盤〔unifluxtray,亦稱S形塔盤。2.篩板型〔1有溢流的柵板塔盤?！?波紋篩板塔盤〔rippletray。3.浮閥型〔1條形浮閥塔盤〔nutterfloatvalvetray?！?重盤式浮閥塔盤〔ballastvalvetray?！?A型和T型的圓盤形浮閥塔盤〔flexitray。4.噴射型〔1文丘里階梯式塔盤〔benturikaskadetray?！?條孔網(wǎng)狀塔盤〔kitteltray?！?舌形塔盤〔jettray?！?導(dǎo)向浮閥塔盤。這批新型塔盤的出現(xiàn),不僅為創(chuàng)建綜合性能更好的塔型打開了思路,而且為接著發(fā)生的設(shè)備大型化后選擇塔型指出了方向。在此期間,許多學(xué)者總結(jié)了塔設(shè)備長(zhǎng)期操作的經(jīng)驗(yàn),并對(duì)篩板塔作了系統(tǒng)研究,認(rèn)為設(shè)計(jì)合理篩板塔,不僅保留了制造方便、用材省、處理能力大等優(yōu)點(diǎn),而且操作負(fù)荷在較大圍變動(dòng)時(shí),仍能保持理想的效率。近年來,隨著對(duì)篩板塔研究工作的不斷深入和設(shè)計(jì)方法的日趨完善,篩板塔已成為生產(chǎn)上最為廣泛采用的塔型之一。這一時(shí)期填料塔也進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段。在瓷環(huán)填料,亦稱拉西環(huán)填料〔Raschigring被廣泛采用后,弧鞍形填料〔Berlsaddle相繼問世,特別是出現(xiàn)了斯特曼〔Stedman填料后,更大促進(jìn)了規(guī)整填料的發(fā)展,其中有：帕納帕克〔Panapak填料、古德洛〔Goodloe填料、斯普雷帕克〔Spraypak填料等。同時(shí),麥克馬洪〔Mcmahon填料、鮑爾環(huán)填料〔Pallring、狄克松環(huán)填料〔Dixonring、坎農(nóng)〔Cannon填料和矩鞍形填料〔Intaloxsaddle等顆粒型填料也紛紛出現(xiàn)。除了各種填料大量涌現(xiàn)外,還發(fā)展了多管塔、乳化塔等被稱為高效填料塔德新塔型。從20世紀(jì)60年代起,由于化工機(jī)械制造業(yè)成功地解決了高壓離心式壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)密封和高溫高壓廢熱鍋爐的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)等技術(shù)關(guān)鍵,使化肥和石油化工的生產(chǎn),在能量綜合利用方面提高到一個(gè)新水平,繼而帶動(dòng)了整個(gè)化學(xué)、煉油工業(yè)向大型化方向迅速發(fā)展。據(jù)有關(guān)資料報(bào)道,煉油裝置的年處理能力也達(dá)1000萬噸,年產(chǎn)60～90萬噸的乙烯工廠、60萬噸的甲醇工廠、45萬噸的氯乙烯工廠、34萬噸的低密度聚乙烯工廠、31.5萬噸的苯乙烯工廠以及22.5萬噸的異丙苯工廠,也將相繼興建。在大型裝置中,塔設(shè)備的單臺(tái)規(guī)模也隨之增大。直徑在10m以上的板式塔時(shí)有出現(xiàn)〔如某煉油廠的減壓蒸餾塔塔徑為12.2m,并在醞釀設(shè)計(jì)18m直徑的塔,塔板數(shù)多達(dá)上百塊,塔的高度達(dá)80余米,設(shè)備重量有幾百噸〔操作時(shí)的最大塔重可達(dá)1500噸；填料塔的最大直徑也有15m,塔高達(dá)100m。近年來,由于出現(xiàn)了世界性的能源危機(jī),暴露出設(shè)備大型化帶來的不容忽視的問題：大型設(shè)備必須保證在全負(fù)荷下長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn),否則經(jīng)濟(jì)損失將是非常巨大的。在此期間,為了滿足設(shè)備大型化以及化工工藝方面提出的高壓、減壓、高操作彈性等特殊要求,又出現(xiàn)了很多新型塔盤,但按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn),仍屬泡罩、篩板、浮閥、舌型等幾種典型塔型的改進(jìn)或相互結(jié)合。舉例如下。1.屬泡罩型的〔1旋轉(zhuǎn)泡罩塔盤?！?帶有導(dǎo)流葉片的泡罩塔盤?！?扁平泡罩塔盤?！?蜂窩形泡罩塔盤。2.屬篩板型的〔1導(dǎo)向篩板塔盤〔lindesievetray,即林德篩板塔盤?！?多降液管篩板塔盤〔multipledowncomersievetray,即MD篩板塔盤。〔3篩網(wǎng)塔盤〔hyfluxtray?！?VST塔盤〔verticalsievetray。此外,篩板本身也可斜置,還發(fā)展了斜孔、針孔和大孔徑、雙孔徑等多種篩孔。3.屬浮閥型的〔1旋轉(zhuǎn)浮閥型塔盤?！?錐心浮閥塔盤〔Hy-contactvalvetray?！?管式浮閥塔盤?！?長(zhǎng)條形浮閥塔盤。〔5鏈網(wǎng)式浮閥塔盤〔gridvalvetray?！?帶螺旋葉片的浮閥塔盤〔spiralvalvetray?！?方形浮閥塔盤〔speichim?！?錯(cuò)流式長(zhǎng)方形浮閥塔盤。4.屬噴射型的〔1浮動(dòng)舌形塔盤?！?活動(dòng)舌形塔盤?！?帶垂直擋板的舌形塔盤?！?片狀噴射塔盤?！?浮動(dòng)噴射塔盤?！?帶傾斜擋沫板的斜孔塔盤.〔7網(wǎng)孔塔盤〔performtray?！?旋流塔盤?！?thormann噴射塔盤?！?0導(dǎo)向浮閥塔盤。5.屬?gòu)?fù)合類型的〔1泡罩與篩板的復(fù)合?！?篩板與浮閥的復(fù)合?！?篩板與舌形的復(fù)合。此外,無溢流裝置的穿流式塔盤,也有較多的發(fā)展,其型式有：〔1穿流式柵板塔盤。〔2穿流式篩板塔盤?！?穿流式雙孔徑篩板塔盤?！?穿流式可調(diào)開孔率篩板塔盤?！?穿流式條形或圓形浮閥塔盤?！?穿流式旋葉塔盤。這一時(shí)期,新型填料也有了較多的發(fā)展。屬于顆粒型填料的有：海佐涅爾〔Hydronyl填料、階梯環(huán)〔Cascademiniring填料、多角螺旋填料、金屬鞍環(huán)填料〔Intaloxmetalpakcing、比阿雷茨基環(huán)〔Bialeckiring、萊瓦填料〔Levapak以及它們的改進(jìn)型式。屬于規(guī)整填料的有：采爾填料〔Sulzerpacking、重疊式絲網(wǎng)波紋板填料、重疊式金屬波形板填料、格利希柵格填料〔Glitschgrid、格子填料、拉伸金屬板網(wǎng)填料、塑料蜂窩填料、Z形格子填料、Perform噴射式填料和脈沖填料〔Impulsepacking等。同時(shí),還創(chuàng)建了使小球浮動(dòng)萊強(qiáng)化傳質(zhì)的湍球塔。為了加強(qiáng)工業(yè)技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)能力,長(zhǎng)時(shí)期以來,各國(guó)都相繼建立了技術(shù)專利的管理機(jī)構(gòu)。在這眾多的專利中,新型塔盤及高效填料的開發(fā)工作,也占有一定的數(shù)量。從這里可以看出各國(guó)塔設(shè)備發(fā)展趨向,作為我們工作的參考。但是,進(jìn)入20世紀(jì)70年代后,有關(guān)塔設(shè)備傳質(zhì)理論和塔盤結(jié)構(gòu)方面的論文,已不如以前那么多了。這反映了基礎(chǔ)理論研究工作的進(jìn)度放慢了,同時(shí)也表明了人們通過實(shí)踐接受前輩們的觀點(diǎn)：當(dāng)負(fù)荷達(dá)到最高負(fù)荷的85％時(shí),所有不同結(jié)構(gòu)的塔盤,其效率大致是相同的。研究結(jié)果表明,塔盤的效率并不取決于塔盤的結(jié)構(gòu),而主要取決于物系的性質(zhì),如相對(duì)揮發(fā)度、黏度、混合物的組分等。國(guó)外塔設(shè)備的發(fā)展已轉(zhuǎn)向"要求在提高處理能力和簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)"的前提下,保持一定的操作彈性和適當(dāng)?shù)膲毫?并盡量提高塔盤的效率。至于新型填料的研究,則希望找到有利于氣液分布均勻、高效和制造方便的填料。隨著塔設(shè)備技術(shù)的發(fā)展,各工業(yè)國(guó)家還陸續(xù)制訂了多種氣液接觸元件〔如泡罩、浮閥、填料等及有關(guān)塔盤制造、安裝、驗(yàn)收的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)和技術(shù)條件等,以保證塔設(shè)備運(yùn)行的質(zhì)量和縮短其制造、安裝周期,進(jìn)而減少設(shè)備的投資費(fèi)用。當(dāng)然,盲目地套用標(biāo)準(zhǔn)或是忽視標(biāo)準(zhǔn)等的修訂工作,也會(huì)對(duì)技術(shù)的發(fā)展起阻礙作用。我國(guó)塔設(shè)備技術(shù)的發(fā)展,經(jīng)歷了一個(gè)漫長(zhǎng)的過程。新中國(guó)成立以后,隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,陸續(xù)建立了一批現(xiàn)代化的石油化工裝置。隨著這些裝置引進(jìn)的新型塔設(shè)備,不僅在操作、使用這些設(shè)備方面提供了大量的第一手資料,還帶動(dòng)了塔設(shè)備的科研、設(shè)計(jì)工作,加速了這方面的技術(shù)開發(fā)。目前,我國(guó)常用的板式塔型仍為泡罩塔、浮閥塔、篩板塔和舌形塔等,填料種類除拉西環(huán)、鮑爾環(huán)外,階梯環(huán)以及波紋填料、金屬絲網(wǎng)填料等規(guī)整填料也常采用。近年來,參考國(guó)外塔設(shè)備技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向,加強(qiáng)了對(duì)篩板塔的科研工作,提出了斜孔塔和浮動(dòng)噴射塔等新塔型。對(duì)多降液管塔盤、導(dǎo)向篩板、網(wǎng)孔塔盤等,也都作了較多的研究,并推廣應(yīng)用于生產(chǎn)。其他如大孔徑篩板、雙孔徑篩板、穿流式可調(diào)開孔率篩板、浮閥－篩板復(fù)合塔盤,以及噴杯塔盤、角鋼塔盤、旋流塔盤、噴旋塔盤、旋葉塔盤等多種塔型和金屬鞍環(huán)填料的流體力學(xué)性能、傳質(zhì)性能和幾何結(jié)構(gòu)等方面的試驗(yàn)工作,也在進(jìn)行,有些已取得了一定的成果或用于生產(chǎn)。從塔設(shè)備的化工設(shè)計(jì)到結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì),國(guó)也做出了不斷的改進(jìn),并陸續(xù)引入了一些新的方法和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)。特別是由于電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,化工設(shè)計(jì)中計(jì)算工作量極大的逐板計(jì)算法,已能快速而方便地得到滿意結(jié)果。在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)中,電子計(jì)算機(jī)也可以把受載情況異常復(fù)雜的塔設(shè)備強(qiáng)度問題,逐項(xiàng)加以考慮,并做出詳細(xì)的計(jì)算?，F(xiàn)有全國(guó)化工設(shè)備設(shè)計(jì)技術(shù)中心站組織編制的壓力容器強(qiáng)度計(jì)算軟件SW6中可對(duì)設(shè)備強(qiáng)度和剛度進(jìn)行計(jì)算。目前正在考慮作塔設(shè)備的最優(yōu)化設(shè)計(jì)。20世紀(jì)60年代以來,我國(guó)著手編制了塔設(shè)備零部件標(biāo)準(zhǔn),1965年起正式頒發(fā)了一批有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)條件。70年代又修訂、合并、補(bǔ)充、充實(shí)了一批標(biāo)準(zhǔn)。1.5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。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。1.6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(guó)外實(shí)際使用的情況,主要塔型是浮閥塔、篩板塔及泡罩塔。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)。①操作彈性較大,在負(fù)荷變動(dòng)圍較大時(shí)仍能保持較高的效率。②無泄漏。③液氣比的圍大。④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?，F(xiàn)象,從而使塔板效率下降,甚至破壞操作?！?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?！?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。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?！?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?！?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。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〔20％～40％,塔板效率高〔10％～15％,壓力降低〔30％～50％,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)20～25mm、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3～8mm,按正三角形排列,孔間距與孔徑的比為2.5～5。近年來有用大孔徑〔10～25mm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?！?結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制造維修方便?！?生產(chǎn)能力較大?！?塔板壓力降較低。〔4塔板效率較高,但比浮閥塔盤稍低?！?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。浮閥塔20世紀(jì)50年代起,浮閥塔已大量用于工業(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(guó)外浮閥塔徑,大者可達(dá)10m浮閥塔之所以廣泛應(yīng)用,是由于它具有下列特點(diǎn)?！?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20％～40％?！?操作彈性大浮閥可在一定圍自由升降以適應(yīng)氣量的變化,而氣縫速度幾乎不變,因之能在較寬的流量圍保持高效率。它的操作彈性為3～5,比篩板和舌形塔盤大得多?！?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?！?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400～666.6Pa。浮閥的型式很多,國(guó)已采用的浮閥,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)寬廣的氣速圍自由調(diào)節(jié)、升降,以保持穩(wěn)定操作。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33％～50％,處理能力大,塔盤結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,鋼材可省12％～45％,且安裝維修方便；其缺點(diǎn)是：操作彈性小〔僅2～4,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。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?！?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?！?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15％～30％,所以蒸氣流量較大?！?壓力降小開孔率大,孔縫氣速可比溢流式塔盤為小,其壓力降比泡罩塔小40％～80％,因而可用于真空蒸餾?！?污垢不易沉積、孔道不易堵塞可用塑料、瓷、石墨等非金屬耐腐蝕材料制造?！?操作彈性較小能保持較好效率的負(fù)荷上下限之比約為1.5～2.0,低于其他板式塔?！?塔板效率較低比一般板式塔約低30％～60％。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3～12mm、長(zhǎng)為100～150mm,常用縫寬為3～5mm。篩孔孔徑一般為3～10mm,近來有用到25mm的,常用孔徑為5～8mm。塔盤開孔率一般為15％～25％,亦有大到40％的。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1.7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。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?！?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、穿流式塔盤或舌形塔盤,以便及時(shí)更換?！?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?！?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?！?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?？蛇x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?！?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。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?用氣體在液層中鼓泡?！?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?！?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?！?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。其他因素〔1對(duì)于多數(shù)情況,塔徑小于800mm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?！?一般填料塔比板式塔重?！?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。1.8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?！?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?！?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)簡(jiǎn)單、造價(jià)便宜、處理能力較大的優(yōu)點(diǎn)?！?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。第二章物性數(shù)據(jù)處理2.1確定塔特定部位的平均溫度將進(jìn)料的質(zhì)量流量和進(jìn)料、塔頂、塔釜的質(zhì)量分率分別轉(zhuǎn)換為摩爾流量和摩爾分率進(jìn)料摩爾分率：〔2.1料液平均摩爾質(zhì)量〔2.2進(jìn)料摩爾流量：〔2.3根據(jù)式〔2.1計(jì)算進(jìn)料摩爾分率：根據(jù)式〔2.2計(jì)算料液平均摩爾質(zhì)量：根據(jù)式〔2.3計(jì)算進(jìn)料摩爾流量：其中,、、分別為A、B組分和料液的摩爾質(zhì)量,X為摩爾分率,a質(zhì)量分率,F為進(jìn)料摩爾流量〔kmol/h,為進(jìn)料質(zhì)量流量〔kg/h。根據(jù)式〔2.1計(jì)算,同理可得：塔頂產(chǎn)品摩爾分率：0.983塔釜產(chǎn)品摩爾分率：0.036為求出塔不同位置的物性數(shù)據(jù),需確定所處的溫度,由于塔由上向下溫度不斷上升,因此物性數(shù)據(jù)也不斷變化,在設(shè)計(jì)中可利用不同塔段的平均溫度以求得近似的物性數(shù)據(jù)。為設(shè)計(jì)方便,在本設(shè)計(jì)中粗略以精餾段和提餾段的平均溫度確定兩段的物性數(shù)據(jù),以便進(jìn)行體積流量的計(jì)算。

在這一部分的計(jì)算中,我們要計(jì)算出指定體系的塔頂溫度〔td、塔釜溫度〔tww及加料板處溫度〔tf,并計(jì)算精餾段溫度〔t1、提餾段溫度〔t2、全塔溫度〔t和料液的平均溫度。根據(jù)汽液相平衡數(shù)據(jù)畫出汽液相平衡圖,由不同部位的含量在圖中查得塔頂、塔釜、及加料板處的溫度并計(jì)算精餾段、提餾段的平均溫度。T=<>/2T1=<>/2T=<>/2=<>/2〔2.4圖2.1汽液相平衡圖繪制汽液相平衡圖如圖2.1可得以下溫度：塔頂溫度：37.209加料板溫度：48.527塔釜溫度：66.617精餾段溫度：42.868提餾段溫度：57.57全塔溫度：50.22料液平均溫度：41.762.2飽和蒸汽壓的計(jì)算插關(guān)系式：〔2.5其中,上下表示上、下限,P為飽和蒸汽壓,t為溫度。相對(duì)揮發(fā)度〔2.6說明：根據(jù)精餾段或全塔的平均溫度,由插法得到各組分的飽和蒸汽壓,即可計(jì)算對(duì)應(yīng)精餾段和全塔的平均相對(duì)揮發(fā)度。表2.1各組分得飽和蒸汽壓與溫度得關(guān)系查表2.1并根據(jù)式〔2.5計(jì)算精餾段A物質(zhì)的蒸汽壓：查表2.1并根據(jù)式〔2.5計(jì)算精餾段B物質(zhì)的蒸汽壓：查表2.1并根據(jù)式〔2.5計(jì)算全塔A物質(zhì)的蒸汽壓：查表2.1并根據(jù)式〔2.5計(jì)算全塔B物質(zhì)的蒸汽壓：根據(jù)式〔2.6計(jì)算精餾段相對(duì)揮發(fā)度j：根據(jù)式〔2.6計(jì)算全塔相對(duì)揮發(fā)度：2.3液相密度計(jì)算插關(guān)系式：〔2.7液相混合物密度：〔2.8其中,、分別為A,B組分的質(zhì)量分率,、分別為A,B純組分的密度?？筛鶕?jù)塔頂、塔釜、加料板的質(zhì)量分率及各純組分的密度求得三處混合液的密度同時(shí)可計(jì)算三段的平均溫度〔2.9表2.2各組分的液相密度與溫度的關(guān)系查表2.2并根據(jù)式〔2.7、〔2.8計(jì)算塔頂液相密度：0.0016418797查表2.2并根據(jù)式〔2.7、〔2.8計(jì)算,同理可得：塔釜液相密度：612.322加料板液相密度：614.874料液平均密度：621.66精餾段平均密度：611.97提餾段平均密度：613.6根據(jù)式〔2.9計(jì)算全塔平均密度：2.4氣體密度的計(jì)算混合氣體密度〔2.10其中,t為各部位的溫度,P為壓力,101.3kPa,M為各部位的摩爾質(zhì)量。加料板蒸汽平均摩爾質(zhì)量〔2.11〔2.12精餾段的平均摩爾質(zhì)量：〔2.13提餾段的平均摩爾質(zhì)量：〔2.14全塔的平均摩爾質(zhì)量：〔2.15塔頂或塔釜的平均摩爾質(zhì)量可用純組分的代替。根據(jù)式〔2.11、〔2.12、〔2.13、〔2.10計(jì)算精餾段氣體平均密度：根據(jù)式〔2.10、〔2.11、〔2.12、〔2.14、〔2.15計(jì)算,同理可得：提餾段氣體平均密度：2.978全塔氣體平均密度：2.9142.5粘度的計(jì)算插關(guān)系式：〔2.16混合液體粘度〔2.17=<d+f>/2〔2.18=<d+w>/2〔2.19表2.3各組分的粘度與溫度的關(guān)系查表2.3并根據(jù)式〔2.16、〔2.17、〔2.18計(jì)算精餾段平均粘度1：mpas查表2.3并根據(jù)式〔2.16、〔2.17、〔2.19計(jì)算,同理可得：全塔平均粘度：0.205mpas2.6表面力的計(jì)算插關(guān)系式：〔2.20混合物表面力：〔2.21各段表面力：〔2.22〔2.23塔頂與塔釜的表面力可近似用純物質(zhì)表面力代替。表2.4各組分的表面力與溫度的關(guān)系根據(jù)式〔2.20、〔2.21可得精餾段平均表面力：根據(jù)式〔2.20、〔2.21計(jì)算,同理可得：根據(jù)式〔2.22計(jì)算得：dyn/cm根據(jù)式〔2.20、〔2.21、〔2.23計(jì)算,同理可得：提餾段平均表面力：13.65dyn/cm2.7汽化熱和熱容的計(jì)算插關(guān)系式：〔2.24插關(guān)系式：〔2.25混合物的汽化熱：〔2.26混合物的熱容：〔2.27表2.5各組分的汽化熱與溫度的關(guān)系表2.6各組分的熱容與溫度的關(guān)系查表2.5并根據(jù)式〔2.24、〔2.26計(jì)算加料板平均汽化熱：查表2.6并根據(jù)式〔2.25、〔2.27計(jì)算,同理可得：料液平均熱容：190.171J/mol﹒K2.8物性數(shù)據(jù)總匯TJ/molK塔頂37.2090.214.15加料板48.5270.2113.95塔釜66.6170.2113.3527635.002精餾段42.8683.04611.972.850.2114.0527805.24提餾段57.57613.62.98160603.454521.04全塔50.222.952.910.213.65料液41.76190.171第三章塔板計(jì)算3.1物料衡算F=D+W〔3.1〔3.2其中,F、D、W分別為進(jìn)料、塔頂、塔釜的摩爾流量,〔kmol/h,、、分別為進(jìn)料、塔頂、塔釜產(chǎn)品摩爾含量。由于進(jìn)料摩爾流量為,進(jìn)料摩爾分率為0.494,塔頂產(chǎn)品摩爾分率為0.983,塔釜產(chǎn)品摩爾分率為0.036根據(jù)式〔3.1、〔3.2列方程計(jì)算,可得：塔頂摩爾流量D：70.33〔Kmol/h塔釜摩爾流量W：75.09〔Kmol/h3.2回流比計(jì)算——冷液進(jìn)料的回流比由相平衡方程與加料板操作線方程求、〔3.3〔3.4〔3.5〔3.6其中,q為熱狀態(tài)參數(shù),為最小回流比,R為回流比且,K=1.1——2.0。根據(jù)式〔3.5計(jì)算熱狀態(tài)參數(shù)q：由相平衡方程與加料板操作線方程式〔3.3、〔3.4計(jì)算,可得：解方程得：：0.505,：0.751根據(jù)式〔3.6計(jì)算最小回流比：因此,得回流比：3.3計(jì)算塔各段液體的摩爾流量及體積流量〔3.7〔3.8〔3.9〔3.10其中,、分別為精餾段、提餾段回流液摩爾流量〔kmol/h,R為回流比,D為塔頂產(chǎn)品流量〔kmol/h,q為熱狀態(tài)參數(shù),F為進(jìn)料量〔kmol/h,、、分別為A、B組分及料液的平均摩爾質(zhì)量,、分別為精餾段、提餾段的體積流量〔,、分別為精餾段、提餾段的平均密度〔kg/。根據(jù)式〔3.7計(jì)算精餾段摩爾流量L：Kmol/h根據(jù)式〔3.8計(jì)算提餾段摩爾流量：Kmol/h根據(jù)式〔3.9計(jì)算精餾段體積流量：/s根據(jù)式〔3.10計(jì)算提餾段體積流量：/s3.4計(jì)算塔各段氣體摩爾流量和體積流量〔3.11〔3.12〔3.13〔3.14其中,、、、分別為精餾段和提餾段的摩爾流量〔kmol/h、體積流量〔,為回流比,、分別為塔頂產(chǎn)品量、進(jìn)料量〔kmol/h,、分別為精餾段、提餾段的平均溫度。根據(jù)式〔3.11計(jì)算精餾段氣體摩爾流量：Kmol/h根據(jù)式〔3.12計(jì)算提餾段氣體摩爾流量：Kmol/h根據(jù)式〔3.13計(jì)算精餾段氣體體積流量：根據(jù)式〔3.14計(jì)算提餾段氣體體積流量：3.5用逐板法計(jì)算理論塔板數(shù)計(jì)算公式：精餾段操作線方程：〔3.15相平衡方程：〔3.16提餾段操作線方程：〔3.17由方程〔3.15、〔3.17解出加料板的摩爾分律、,然后逐板計(jì)算：1.在用逐板法計(jì)算理論塔板數(shù)時(shí),如為泡點(diǎn)進(jìn)料,判斷加料板位置的判據(jù)為,,如為冷液進(jìn)料,必需求加料扳回流液的含量,以此值判斷加料板位置,此值根據(jù)精餾段和提餾段操作線方程聯(lián)立求得。2.逐板法和圖解法各做一遍,取其中理論板數(shù)多的結(jié)果。3.使用圖解法時(shí),階梯的水平線和垂線一定要交于相平衡線和操作線上,否則結(jié)果誤差較大。計(jì)算結(jié)果：：0.50333理論塔板數(shù)NT：11.精餾段理論塔板數(shù)NT〔精：6.并繪制如下所示圖3.1圖3.1圖解法求塔板數(shù)3.6計(jì)算實(shí)際塔板數(shù)塔效率：〔3.18精餾段實(shí)際板數(shù)：〔3.19全塔實(shí)際板數(shù)：〔3.20其中,為相對(duì)揮發(fā)度,為回流液平均粘度<mpa.s>,N〔精、N分別為精餾段、全塔的實(shí)際板數(shù)。根據(jù)式〔3.18計(jì)算精餾段效率：同理根據(jù)式〔3.18計(jì)算全塔效率得：0.554根據(jù)式〔3.19計(jì)算精餾段實(shí)際塔板數(shù)：根據(jù)式〔3.20計(jì)算全塔實(shí)際塔板數(shù)：第四章結(jié)構(gòu)計(jì)算4.1確定物系負(fù)荷系數(shù)C1．查史密斯關(guān)聯(lián)圖的方法是分別由精餾段和提餾段的參數(shù)得史密斯關(guān)聯(lián)圖的橫坐標(biāo)A<精>和A〔提,以及曲線值B,獲得C20值。

2．板間距是由塔徑來選用的,在未知塔徑的情況下,可根據(jù)進(jìn)料的情況設(shè)塔徑的圍,查得板間距。由設(shè)定的板間距計(jì)算出塔徑后,再核實(shí)板間距是否合適,如不合適,重新設(shè)定板間距后計(jì)算塔徑。塔徑計(jì)算需要確定空塔氣速u,空塔氣速由極限空塔氣速〔最大空塔氣速乘以安全系數(shù)得到,計(jì)算空塔氣速需要知道操作物系的負(fù)荷系數(shù)C,C值由表面力為20dyn/cm的物系負(fù)荷系數(shù)計(jì)算而得,由史密斯關(guān)聯(lián)圖查得。查史密斯關(guān)聯(lián)圖得方法：分別由精餾段和提餾段的參數(shù)得史密斯關(guān)聯(lián)圖的橫坐標(biāo)值A(chǔ)〔精、A〔提,以及曲線值B,在圖中查得值?！?.1〔4.2〔4.3其中＝板間距〔m由塔徑選用,＝塔板上液層高度且取值圍0.05－0.08m表4.1塔徑與板間距的關(guān)系板間距選擇為：300、350、450、500、600、800mm圖4.1史密斯關(guān)聯(lián)圖取塔板上液層高度為0.06m,塔徑為1.6m,板間距為0.45m并根據(jù)式〔4.3計(jì)算史密斯圖曲線值B：m根據(jù)式〔4.1計(jì)算史密斯圖橫坐標(biāo)值A(chǔ)〔精：根據(jù)式〔4.2計(jì)算史密斯圖橫坐標(biāo)值A(chǔ)〔提：4.2空塔氣速及塔徑極限空塔氣速〔4.4〔4.5空塔氣速〔4.6塔徑〔4.7其中,為極限空塔氣速〔m/s,u為空塔氣速〔m/s,為體積流量〔,應(yīng)將精餾段和提餾段的體積流量分別代入塔徑計(jì)算公式,可得兩段的塔徑,D為塔徑,兩段塔徑求出后應(yīng)分別圓整成標(biāo)準(zhǔn)塔徑,塔徑可為0.6、0.7、0.8、1.0、1.2、1.4、1.6、1.8、2.0、2.2、2.4、……、4.2m根據(jù)式〔4.5計(jì)算精餾段負(fù)荷系數(shù)C〔精：根據(jù)式〔4.4計(jì)算精餾段極限空塔氣速：m/s根據(jù)式〔4.6計(jì)算精餾段空塔氣速〔m/s：m/s根據(jù)式〔4.7計(jì)算精餾段塔徑：m圓整為1.6m同理,可根據(jù)式〔4.4、〔4.5、〔4.6、〔4.7分別計(jì)算出：提餾段負(fù)荷系數(shù)C〔提：0.065提餾段極限空塔氣速：0.929m/s提餾段空塔氣速：0.696m/s提餾段塔徑：1.561m圓整為1.6m4.3溢流裝置計(jì)算1．在溢流裝置計(jì)算時(shí),所用的塔徑是圓整后的塔徑,在實(shí)際生產(chǎn)中,使用的精餾塔一般精餾段和提餾段的塔徑相同,因此在兩段塔徑圓整后,取較大一段的塔徑設(shè)計(jì)溢流裝置。2．由于精餾段與提餾段流體的體積流量相差很多,因此在設(shè)計(jì)溢流裝置時(shí),選用的參數(shù)應(yīng)考慮流量的影響〔最好精餾段和提餾段的的結(jié)構(gòu)不一樣,以滿足流體力學(xué)要求。

3．為求降液管的寬〔Wd和降液管的面積〔Af,需查圖獲得,此圖的橫坐標(biāo)值為L(zhǎng)W/D,用K表示。在圖中橫坐標(biāo)為K處向上做垂線,與圖中的兩條曲線各得一交點(diǎn),由這兩點(diǎn)分別作水平線與縱軸分別交于兩點(diǎn)I和J,I=Wd/D,J=Af/AT,AT為塔截面積。AT=πD2/4〔4.8堰長(zhǎng)：〔4.9堰上液層高：〔4.10堰高：〔4.11降液管底隙高：〔4.12〔4.13其中,E為堰長(zhǎng)系數(shù)且常取0.6～0.8,K為求弓形降液管的寬和面積圖的橫坐標(biāo)值,由K值可在圖中查得和值?？v坐標(biāo)值：〔4.14〔4.15塔截面積：〔4.16其中,I、J為由橫坐標(biāo)K值在圖中查得的縱坐標(biāo)值,為塔截面積〔,為降液管面積〔,為降液管寬〔。圖4.2和值與LW/D的關(guān)系精餾段：根據(jù)式〔4.9計(jì)算堰長(zhǎng)〔m：m根據(jù)式〔4.10計(jì)算堰上液層高度〔m：m根據(jù)式<4.11>計(jì)算堰高：m根據(jù)式〔4.12計(jì)算降液底隙高：m根據(jù)式〔4.13計(jì)算精餾段橫坐標(biāo)值K：根據(jù)式<4.16>計(jì)算塔截面積〔：由圖4.2查得I為0.15,J為0.09并根據(jù)式〔4.15計(jì)算降液管面積〔和降液管寬：m同理根據(jù)式〔4.9、〔4.11、〔4.12、〔4.13、〔4.14、〔4.15、〔4.16計(jì)算提餾段：堰長(zhǎng)〔m：1.12m堰上液層高度〔m：0.028m堰高〔m：0.032m降液底隙高〔m：0.0264m提餾段橫坐標(biāo)值K：0.7塔截面積〔：2.011降液管面積〔：0.181降液管寬〔m:0.24m4.4閥孔數(shù)計(jì)算液體在降液管的停留時(shí)間〔應(yīng)大于5秒：〔4.17閥孔氣速〔m/s：〔4.18計(jì)算閥孔數(shù)：〔4.19其中,為閥孔氣體的動(dòng)能因子,對(duì)重閥,適宜選擇圍為9－12,為降液管截面積,為板間距,為閥孔直徑且取0.039m。根據(jù)式〔4.17計(jì)算精餾段液體停留時(shí)間：s根據(jù)式〔4.18、<4.19>計(jì)算精餾段理論閥孔數(shù)：m/s同理根據(jù)式〔4.17、〔4.18、〔4.19計(jì)算：提餾段液體停留時(shí)間：8.665s提餾段理論閥孔數(shù)：192.5634.5塔板布孔塔板閥孔的排布是根據(jù)下面原則進(jìn)行的：矩形板寬為377mm,長(zhǎng)為M,通道板為400mm,長(zhǎng)為M,弓形板寬為E,長(zhǎng)為M〔4.20〔4.21其中,為矩形板數(shù),為塔盤分塊總數(shù)。圖4.3矩形板的尺寸圖第一列孔的位置26+x'>Ws塔板布孔——精餾段1.采用三角形叉排,孔心距取75毫米；2.相鄰排間距可取65、80、100毫米中的一種進(jìn)行作圖；3.直徑大于800毫米的塔,應(yīng)將塔盤分塊,保持有一塊通道板,兩塊弓形板,其余為矩形板,分塊情況如下：表4.2塔盤分塊數(shù)與塔徑的關(guān)系4.根據(jù)要求作圖得實(shí)際閥孔數(shù),其值應(yīng)接近算的閥孔數(shù)；5.排孔時(shí)塔盤的邊緣區(qū)寬的適宜圍為50～75mm；6.排孔時(shí)塔盤的破沫區(qū)寬取值為：D小于1.5m取60～75mmD大于1.5m取80～110mmD小于1.0m可適當(dāng)減小7.開孔率＝閥孔總面積/塔截面積精餾段閥孔數(shù)：如下圖所示圖4.4精餾段閥孔數(shù)塔板布孔——提餾段圖4.5提餾段閥孔數(shù)第五章流體力學(xué)5.1塔板流體力學(xué)驗(yàn)算〔一氣體通過塔板的壓力降〔1——精餾段壓力降〔5.1塔板壓力降應(yīng)為10——526Pa壓力降用液柱高表示為〔5.2其中,為干板壓力降〔m,為氣體通過液層的壓力降〔m,為由表面力產(chǎn)生的阻力損失?！部珊雎援?dāng)閥全開前〔5.3當(dāng)閥全開后〔5.4當(dāng)閥剛剛?cè)_時(shí)式〔5.3、〔5.4兩式相等,求得的孔速為臨界閥孔氣速〔〔5.5其中,為閥孔氣速〔m/s,為精餾段液體密度〔Kg/,為精餾段氣體密度〔Kg/。當(dāng)時(shí),可采用式〔5.3計(jì)算干板阻力當(dāng)時(shí),可采用式〔5.4計(jì)算干板阻力充氣液層阻力〔5.6其中,為充氣因數(shù)且取0.4——0.5。壓力降：〔Pa〔5.7閥空氣速〔5.8其中,No為實(shí)排的閥孔數(shù)。根據(jù)式〔5.8計(jì)算：m/s精餾段塔板平均壓力降〔m液柱：0.074m精餾段塔板平均壓力降：445.14Pa氣體通過塔板的壓力降〔2——提餾段壓力降〔5.9塔板壓力降應(yīng)為10——526Pa壓力降用液柱高表示為〔5.10其中,為干板壓力降〔m,為氣體通過液層的壓力降〔m,為由表面力產(chǎn)生的阻力損失?！部珊雎援?dāng)閥全開前〔5.11當(dāng)閥全開后〔5.12當(dāng)閥剛剛?cè)_時(shí)式〔5.11、〔5.12兩式相等,求得的孔速為臨界閥孔氣速〔〔5.13其中,為閥孔氣速〔m/s,為精餾段液體密度〔Kg/,為精餾段氣體密度〔Kg/。當(dāng)時(shí),可采用式〔5.11計(jì)算干板阻力當(dāng)時(shí),可采用式〔5.12計(jì)算干板阻力充氣液層阻力〔5.14其中,為充氣因數(shù)且取0.4——0.5。壓力降：〔Pa〔5.15閥空氣速〔5.16其中,No為實(shí)排的閥孔數(shù)。提餾段塔板平均壓力降〔m液柱：0.071m提餾段塔板平均壓力降：424.917Pa5.2流體力學(xué)驗(yàn)算〔二淹塔〔液泛驗(yàn)算〔1——精餾段判斷是否成立,如不成立,則要發(fā)生液泛當(dāng)量清液層高〔5.17〔5.18其中,為上升氣體的壓力降〔米液柱,為板上液層高〔m,為液體通過降液管的壓力降〔米液柱,為板間距〔m,為堰高〔m,為充氣系數(shù)且對(duì)一般物系取0.5,易發(fā)泡物系取0.3—0.4,不易發(fā)泡物系取0.6—0.7。根據(jù)式〔5.18計(jì)算降液管的壓力降〔m：m根據(jù)式〔5.17計(jì)算當(dāng)量清液層高〔m：m:0.3224不能產(chǎn)生液泛淹塔〔液泛驗(yàn)算〔1——提餾段判斷是否成立,如不成立,則要發(fā)生液泛當(dāng)量清液層高〔5.19〔5.20其中,為上升氣體的壓力降〔米液柱,為板上液層高〔m,為液體通過降液管的壓力降〔米液柱,為板間距〔m,為堰高〔m,為充氣系數(shù)且對(duì)一般物系取0.5,易發(fā)泡物系取0.3—0.4,不易發(fā)泡物系取0.6—0.7。根據(jù)式〔5.20計(jì)算降液管的壓力降〔m：m根據(jù)式〔5.21計(jì)算當(dāng)量清液層高〔m：m:0.3133不能產(chǎn)生液泛5.3流體力學(xué)驗(yàn)算〔三物沫夾帶〔1——精餾段當(dāng)氣體上升時(shí)霧沫夾帶量時(shí),泛點(diǎn)率應(yīng)小于80％?！?.21〔5.22〔5.23其中,為泛點(diǎn)率且應(yīng)小于80％,為降液管寬度〔m,為板上液體流徑長(zhǎng)〔m,為塔截面積〔,為板上液流面積〔,為弓形降液管截面積〔,D為塔徑〔m,為泛點(diǎn)負(fù)荷系數(shù)且查圖得,K為物性系數(shù)且查表〔正常系統(tǒng)取1。圖5.1泛點(diǎn)負(fù)荷系數(shù)與密度的關(guān)系根據(jù)式〔5.22計(jì)算液體流徑長(zhǎng)〔m：m根據(jù)式〔5.23計(jì)算液流面積〔：根據(jù)式〔5.21計(jì)算泛點(diǎn)率：物沫夾帶〔2——提餾段當(dāng)氣體上升時(shí)霧沫夾帶量時(shí),泛點(diǎn)率應(yīng)小于80％?！?.24〔5.25〔5.26其中,為泛點(diǎn)率且應(yīng)小于80％,為降液管寬度〔m,為板上液體流徑長(zhǎng)〔m,為塔截面積〔,為板上液流面積〔,為弓形降液管截面積〔,D為塔徑〔m,為泛點(diǎn)負(fù)荷系數(shù)且查圖得,K為物性系數(shù)且查表〔正常系統(tǒng)取1。根據(jù)式〔5.25計(jì)算液體流徑長(zhǎng)〔m：m根據(jù)式〔5.26計(jì)算液流面積〔：根據(jù)式〔5.24計(jì)算泛點(diǎn)率：50.887％第六章負(fù)荷性能圖6.1確定霧沫夾帶上限線方程霧沫夾帶上限線：此線表示霧沫夾帶量時(shí)的關(guān)系。塔板的適宜操作區(qū)應(yīng)在此線以下,否則因過多的霧沫夾帶而使板效率嚴(yán)重降低。方程獲取的方法是讓泛點(diǎn)率為最大值即等于80％?！?.1〔6.2根據(jù)式〔6.2可得精餾段霧沫夾帶上限線方程為：同理根據(jù)式〔6.2可得提餾段霧沫夾帶上限線方程為：6.2確定液泛線方程液泛線表示降液管泡沫層高度達(dá)到最大允許值時(shí)的的關(guān)系式。塔板操作區(qū)應(yīng)在此線以下,否則將可能發(fā)生液泛現(xiàn)象,破壞塔的正常操作。液泛線由下式確定：〔6.3把上式中的物理量代入并整理后可得方程：〔6.4其中,,,,,、分別為精餾段氣體、液體密度〔Kg/m,、分別為氣體、液體的體積流量〔,N為閥孔數(shù),為堰高〔m,為堰長(zhǎng)〔m,為系數(shù),為降液管底隙高〔m,為板間距〔m,為充氣系數(shù),E為液流收縮系數(shù)〔常取1。根據(jù)式〔6.4可得精餾段液泛線方程為：同理根據(jù)式〔6.4可得提餾段液泛線方程為：6.3液相負(fù)荷上限線液相負(fù)荷上限線又稱降液管超負(fù)荷線,此線反映對(duì)于液體在降液管停留時(shí)間的起碼要求,液體在降液管停留時(shí)間過短,則氣泡不能及時(shí)放出而進(jìn)入下層塔板,造成氣相返混,降低塔板效率,塔板適宜操作區(qū)應(yīng)在此線左方。液體在降液管的停留時(shí)間最短不應(yīng)低于5秒鐘,依此列方程得：〔6.5〔6.6根據(jù)式〔6.6可得精餾段液相負(fù)荷上限線方程為：同理根據(jù)式〔6.6可得提餾段液相負(fù)荷上限線方程為：6.4液相負(fù)荷下限線對(duì)于平堰,一般取堰上液層高=0.006m作為液相負(fù)荷下限條件,低于此線,便不能保證板上液流均勻分布,降低氣液接觸效果?！?.7〔6.8根據(jù)式〔6.8可得精餾段液相負(fù)荷下限線方程為：同理根據(jù)式〔6.6可得提餾段液相負(fù)荷下限線方程為：6.5氣相負(fù)荷下限線氣相負(fù)荷下限線又稱泄漏線,此線表示不發(fā)生嚴(yán)重泄漏現(xiàn)象時(shí)的最低氣體負(fù)荷,塔板適宜操作區(qū)應(yīng)在此線上方,氣體負(fù)荷低于此線,泄漏量將高于10%,此時(shí)塔板效率將降低。對(duì)于型重閥,當(dāng)閥孔動(dòng)能因子為5－6時(shí)泄漏量接近10％,可作為氣相負(fù)荷下限。即寫成的關(guān)系：〔6.9其中,為氣體流量〔,為氣體密度〔,為閥孔直徑〔m,N為閥孔總數(shù)。根據(jù)式〔6.9可得精餾段氣相負(fù)荷下限線方程為：同理根據(jù)式〔6.9可得提餾段氣相負(fù)荷下限線方程為：6.6塔板負(fù)荷性能圖1．負(fù)荷性能圖必須在五條曲線的方程都求出后方可畫出,而且精餾段和提餾段必須分別畫。2．如果操作點(diǎn)落在負(fù)荷性能圖的五條曲線之外,則設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)尺寸有問題,塔不能完成生產(chǎn)任務(wù)的要求,需根據(jù)操作點(diǎn)的位置修正塔的結(jié)構(gòu)尺寸。圖6.1精餾段負(fù)荷性能圖操作彈性：4.12圖6.2提餾段負(fù)荷性能圖操作彈性：3.4第七章接管壁厚7.1管徑的計(jì)算管徑的計(jì)算順序是：

根據(jù)流體的相態(tài)〔液體或氣體在流體經(jīng)驗(yàn)流速中選擇一個(gè)流速,計(jì)算管徑,計(jì)算出的管徑應(yīng)根據(jù)國(guó)家機(jī)械工業(yè)部管徑的部頒標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行園整獲得標(biāo)準(zhǔn)管徑。再根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)管的管徑計(jì)算實(shí)際流速,檢查此流速是否在經(jīng)驗(yàn)流速圍,如流速不符合要求,則重新選擇標(biāo)準(zhǔn)管徑。計(jì)算各接管直徑因各接管處的流體可為氣體或液體,而且流量為體積流量、質(zhì)量流量、摩爾流量,因此應(yīng)進(jìn)行轉(zhuǎn)換計(jì)算。管徑計(jì)算時(shí)可先選定流速,計(jì)算出管徑后,應(yīng)進(jìn)行園整,再由園整后的管徑計(jì)算實(shí)際流速,要求此流速在經(jīng)驗(yàn)值圍。液體流速：0.5—3m/s氣體流速：10—30m/s〔7.1其中,d為管徑〔m,M為摩爾質(zhì)量,u為流速〔m/s,為密