化工原理乙醇水精餾塔課程設(shè)計(jì)報(bào)告書

1、第一章板式精儲(chǔ)塔的設(shè)計(jì)概述1板式精儲(chǔ)塔的設(shè)計(jì)原則與步驟1理論塔板數(shù)的確定3塔板效率和實(shí)際塔板數(shù)7板式精儲(chǔ)塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)8板式精儲(chǔ)塔高度及其輔助設(shè)備27板式精儲(chǔ)塔的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)31第二章板式精儲(chǔ)塔設(shè)計(jì)舉例苯一甲苯板式精儲(chǔ)塔設(shè)計(jì)33乙醇一水板式精儲(chǔ)塔設(shè)計(jì)47甲醇一水板式精板塔設(shè)計(jì)66第三章塔設(shè)備的機(jī)械計(jì)算塔體及裙座的強(qiáng)度計(jì)算86塔盤板及其支撐梁的強(qiáng)度、撓度計(jì)算104塔盤技術(shù)條件105塔盤支撐件的尺寸公差109附錄111第一章板式精儲(chǔ)塔的設(shè)計(jì)概述蒸儲(chǔ)是利用液體混合物中各組分揮發(fā)度的不同并借助于多次部分汽化和部分冷凝達(dá)到輕重組分分離的方法。蒸儲(chǔ)操作在化工、石油化工、輕工等工業(yè)生產(chǎn)中中占有重要的地位。為此,

2、掌握氣液相平衡關(guān)系，熟悉各種塔型的操作特性，對(duì)選擇、設(shè)計(jì)和分析分離過程中的各種參數(shù)是非常重要的。蒸儲(chǔ)過程按操作方式可分為間歇蒸儲(chǔ)和連續(xù)蒸偏。間歇蒸儲(chǔ)是一種不穩(wěn)態(tài)操作，主要應(yīng)用于批量生產(chǎn)或某些有特殊要求的場(chǎng)合；連續(xù)蒸儲(chǔ)為穩(wěn)態(tài)的連續(xù)過程，是化工生產(chǎn)常用的方法。蒸儲(chǔ)過程按蒸儲(chǔ)方式可分為簡(jiǎn)單蒸儲(chǔ)、平衡蒸儲(chǔ)、精儲(chǔ)和特殊精儲(chǔ)等。簡(jiǎn)單蒸儲(chǔ)是一種單級(jí)蒸儲(chǔ)操作，常以間歇方式進(jìn)行。平衡蒸儲(chǔ)又稱閃蒸，也是一種單級(jí)蒸儲(chǔ)操作，常以連續(xù)方式進(jìn)行。簡(jiǎn)單蒸儲(chǔ)和平衡蒸儲(chǔ)一般用于較易分離的體系或分離要求不高的體系。對(duì)于較難分離的體系可采用精儲(chǔ)，用普通精儲(chǔ)不能分離體系則可采用特殊精儲(chǔ)。特殊精儲(chǔ)是在物系中加入第三組分，改變被分離組分

3、的活度系數(shù)，增大組分間的相對(duì)揮發(fā)度，達(dá)到有效分離的目的。特殊精e留有萃取精僭、恒沸精僭和鹽溶精e留等。精僭過程按操作壓強(qiáng)可分為常壓精e留、加壓精e留和減壓精e留。一般說(shuō)來(lái)，當(dāng)總壓強(qiáng)增大時(shí)，平衡時(shí)氣相濃度與液相濃度接近，對(duì)分離不利，但對(duì)在常壓下為氣態(tài)的混合物，可采用加壓精儲(chǔ)；沸點(diǎn)高又是熱敏性的混合液，可采用減壓精儲(chǔ)。雖然工業(yè)生產(chǎn)中以多組分精儲(chǔ)為常見，但為簡(jiǎn)化起見，本章主要介紹兩組分連續(xù)精儲(chǔ)過程的設(shè)計(jì)計(jì)算。板式精儲(chǔ)塔的設(shè)計(jì)原則與步驟設(shè)計(jì)原則總的原則是盡可能多地采用先進(jìn)的技術(shù)，使生產(chǎn)達(dá)到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的要求，符合優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、安全、低能耗的原則，具體考慮以下幾點(diǎn)。滿足工藝和操作的要求所設(shè)計(jì)出來(lái)的流

4、程和設(shè)備能保證得到質(zhì)量穩(wěn)定的產(chǎn)品。由于工業(yè)上原料的濃度、溫度經(jīng)常有變化，因此設(shè)計(jì)的流程與設(shè)備需要一定的操作彈性，可方便地進(jìn)行流量和傳熱量的調(diào)節(jié)。設(shè)置必需的儀表并安裝在適宜部位，以便能通過這些儀表來(lái)觀測(cè)和控制生產(chǎn)過程。滿足經(jīng)濟(jì)上的要求要節(jié)省熱能和電能的消耗，減少設(shè)備與基建的費(fèi)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(zhì)的消耗，也能節(jié)省電的消耗?；亓鞅葘?duì)操作費(fèi)用和設(shè)備費(fèi)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(duì)操作費(fèi)用和設(shè)備費(fèi)用有影響，減少冷卻水用量，操作費(fèi)用下降，但所需傳熱設(shè)備面積增加，設(shè)備費(fèi)用增加。因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)全面考慮，力求總費(fèi)用盡可能低一些。保證生產(chǎn)安全生產(chǎn)中應(yīng)

5、防止物料的泄露，生產(chǎn)和使用易燃物料車間的電器均應(yīng)為防爆產(chǎn)品。塔體大都安裝在室外，為能抵抗大自然的破壞，塔設(shè)備應(yīng)具有一定剛度和強(qiáng)度。設(shè)計(jì)步驟板式精儲(chǔ)塔的設(shè)計(jì)大體按以下步驟進(jìn)行：確定設(shè)計(jì)方案；平衡級(jí)計(jì)算和理論塔板的確定；塔板的選擇；實(shí)際板數(shù)的確定；塔體流體力學(xué)計(jì)算；管路及附屬設(shè)備的計(jì)算與選型；撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書和繪圖。設(shè)計(jì)方案的容設(shè)計(jì)方案包括精儲(chǔ)流程、設(shè)備的結(jié)構(gòu)類型和操作參數(shù)等的確定。例如組分的分離順序（多組分體系）、塔設(shè)備的形式、操作壓力、進(jìn)料熱狀態(tài)、塔頂蒸氣的冷凝方式、余熱利用的方案、安全、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和測(cè)量控制儀表的設(shè)置等。限于篇幅，僅對(duì)其中一些容作些闡述，其他容可見參考文獻(xiàn)。操作壓力塔操作壓力的選

6、擇不僅牽涉到分離問題，而且與塔頂和塔底溫度的選取有關(guān)。根據(jù)所處理的物料性質(zhì)，兼顧技術(shù)上的可行性和經(jīng)濟(jì)上的合理性來(lái)綜合考慮，一般有下列原則：壓力增加可提高塔的處理能力，但會(huì)增加塔身的壁厚，導(dǎo)致設(shè)備費(fèi)用增加；壓力增加，組分間的相對(duì)揮發(fā)度降低，回流比或塔高增加，導(dǎo)致操作費(fèi)用或設(shè)備費(fèi)用增加。因此如果在常壓下操作時(shí)，塔頂蒸氣可以用普通冷卻水進(jìn)行冷卻，一般不采用加壓操作。操作壓力大于1.6MPa才能使普通冷卻水冷卻塔頂蒸氣時(shí)，應(yīng)對(duì)低壓、冷凍劑冷卻和高壓、冷卻水冷卻的方案進(jìn)行比較后，確定適宜的操作方式。考慮利用較高溫度的蒸氣冷凝熱，或可利用較低品位的冷源使蒸氣冷凝，且壓力提高后不致引起操作上的其他問題和設(shè)備

7、費(fèi)用的增加，可以使用加壓操作。真空操作不僅需要增加真空設(shè)備的投資和操作費(fèi)用，而且由于真空下氣體體積增大，需要的塔徑增加，因此塔設(shè)備費(fèi)用增加。進(jìn)料狀態(tài)進(jìn)料狀態(tài)有5種，可用進(jìn)料狀態(tài)參數(shù)q值來(lái)表示。進(jìn)料為過冷液體：q>1;飽和液體（泡點(diǎn)）：q=1;氣、液混合物：0vqv1;飽和蒸氣（露點(diǎn)）：q=0;過熱蒸氣：qv0。q值增加，冷凝器負(fù)荷降低而再沸器負(fù)荷增加，由此而導(dǎo)致的操作費(fèi)用的變化與塔頂出料量D和進(jìn)料量F的比值D/F有關(guān)；對(duì)于低溫精儲(chǔ)，不論D/F值如何，采用較高的q值為經(jīng)濟(jì)；對(duì)于高溫精偏，當(dāng)DF值大時(shí)宜采用較小的q值，當(dāng)DF值小時(shí)宜采用q值較大的氣液混合物。如果實(shí)際操作條件與上述要求不符，是

8、否應(yīng)對(duì)進(jìn)料進(jìn)行加熱或冷卻可依據(jù)下列原則定性判斷：進(jìn)料預(yù)熱的熱源溫度低于再沸器的熱源溫度，可節(jié)省高溫?zé)嵩磿r(shí)，對(duì)進(jìn)料預(yù)熱有利，但會(huì)增加提儲(chǔ)段的塔板數(shù)；當(dāng)塔頂冷凝器采用冷凍劑進(jìn)行冷卻，又有比較低的冷量可利用時(shí)，對(duì)進(jìn)料預(yù)冷有利。泡點(diǎn)進(jìn)料時(shí)的操作比較容易控制，且不受季節(jié)氣溫的影響；此外，泡點(diǎn)進(jìn)料時(shí)精儲(chǔ)段和提儲(chǔ)段的塔徑相同，設(shè)計(jì)和制造時(shí)比較方便。加熱方式塔釜一般采用間接蒸汽加熱，但對(duì)塔底產(chǎn)物基本是水，且在低濃度時(shí)的相對(duì)揮發(fā)度較大的體系，也可采用直接蒸汽加熱。直接蒸汽加熱的優(yōu)點(diǎn)是：可利用壓力較低的蒸汽加熱，塔釜只須安裝鼓泡管，一般可節(jié)省設(shè)備費(fèi)用和操作費(fèi)用。回流比影響精儲(chǔ)操作費(fèi)用的主要因素是塔蒸氣量V。對(duì)于一

9、定的生產(chǎn)能力，即儲(chǔ)出量D一定時(shí)，V的大小取決于回流比。實(shí)際回流比總是介于最小回流比和全回流兩種極限之間。由于回流比的大小不僅影響到所需理論板數(shù)，還影響到加熱蒸汽和冷卻水的消耗量，以及塔板、塔徑、蒸儲(chǔ)釜和冷凝器的結(jié)構(gòu)尺寸的選擇，因此，適宜回流比的選擇是一個(gè)很重要的問題。適宜回流比應(yīng)通過經(jīng)濟(jì)核算決定，即操作費(fèi)用和設(shè)備折舊費(fèi)之和為最低時(shí)的回流比為適宜回流比。但作為課程設(shè)計(jì)，要進(jìn)行這種核算是困難的，通常根據(jù)下面3種方法之一來(lái)確定回流比。圖1-1理論塔板數(shù)和回流比的關(guān)系根據(jù)本設(shè)計(jì)的具體情況，參考生產(chǎn)上較可靠的回流比的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選定；先求出最小回流比Rnin,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取操作回流比為最小回流比的1.1S2倍，

10、即R=(1.1S2)Rnin；在一定的圍，選5種以上不同的回流比，計(jì)算出對(duì)應(yīng)的理論塔板數(shù)，作出回流比與理論塔板數(shù)的曲線，如圖1-1所示。當(dāng)R=Rin時(shí)，塔板數(shù)為8；R>Rm后，塔板數(shù)從無(wú)限多減至有限數(shù)；R繼續(xù)增大，塔板數(shù)雖然可以減少，但減少速率變得緩慢。因此可在斜線部分區(qū)域選擇一適宜回流比。上述考慮的是一般原則，實(shí)際回流比還應(yīng)視具體情況選定。產(chǎn)品純度或回收率產(chǎn)品純度通常是根據(jù)客戶的要求決定的。若客戶對(duì)精儲(chǔ)塔頂和塔底產(chǎn)品的純度都有要求，則產(chǎn)品的回收率也已確定；若用戶僅指定其中一種產(chǎn)品的純度，設(shè)計(jì)人員則可根據(jù)經(jīng)濟(jì)分析決定產(chǎn)品的回收率。提高產(chǎn)品的純度意味著提高產(chǎn)品的回收率，可獲得一定的經(jīng)濟(jì)效益

11、。但是產(chǎn)品純度的提高或者是通過增加塔板數(shù)或者是增加回流比來(lái)達(dá)到的，這意味著設(shè)備費(fèi)用或操作費(fèi)用的增加，因此只能通過經(jīng)濟(jì)分析來(lái)決定產(chǎn)品的純度或回收率。熱能的利用精儲(chǔ)過程的熱效率很低，進(jìn)入再沸器的能量的95咐上被塔頂冷凝器中冷卻介質(zhì)帶走，僅約5%勺能量被有效地利用。采用熱泵技術(shù)可使塔頂蒸氣溫度提高，提高了溫度的蒸氣再用于加熱釜液，使釜液蒸發(fā)的同時(shí)，塔頂蒸氣冷凝。該方法不僅可節(jié)省大量的加熱蒸汽，而且還節(jié)省了大量的冷卻介質(zhì)。當(dāng)然，塔頂蒸氣可用作低溫系統(tǒng)的熱源，或通入廢熱鍋爐產(chǎn)生低壓蒸汽，供別處使用。在考慮充分利用熱能的同時(shí)，還應(yīng)考慮到所需增加設(shè)備的投資和由此給精e留操作帶來(lái)的影響。理論塔板數(shù)的確定理論塔

12、板數(shù)是通過平衡級(jí)逐板計(jì)算得到的。所需的數(shù)據(jù)或方程有：氣液平衡關(guān)系；精儲(chǔ)段操作線方程；提e留段操作線方程；q線方程。氣液平衡關(guān)系氣液平衡關(guān)系是分析蒸儲(chǔ)原理和進(jìn)行蒸儲(chǔ)過程計(jì)算的基礎(chǔ)。平衡數(shù)據(jù)的來(lái)源主要由實(shí)驗(yàn)測(cè)定，已發(fā)表的氣液平衡數(shù)據(jù)可見各種刊物和專著。當(dāng)氣液平衡數(shù)據(jù)不全時(shí)，可通過熱力學(xué)方法推算得到。實(shí)驗(yàn)測(cè)得的氣液平衡數(shù)據(jù)通常采用列表或坐標(biāo)表示。氣液平衡關(guān)系也常用平衡常數(shù)和相對(duì)揮發(fā)度表示。平衡常數(shù)K定義為(1-1)相對(duì)揮發(fā)度aij定義為(1-2)式中Xi、xj分別為液相中i、j組分的摩爾分?jǐn)?shù);y、yj分別為氣相中i、j組分的摩爾分?jǐn)?shù)；K、Ki、j組分的平衡常數(shù)；也j組分i對(duì)組分j的相對(duì)揮發(fā)度。對(duì)雙組

13、分物系，代入式(1-2)可得(1-3)對(duì)于氣相是理想氣體、液相為理想溶液的情況，當(dāng)處于平衡狀態(tài)時(shí)，液相符合拉烏爾關(guān)系式(1-4)式中pi、p0i分別為i組分的氣相分壓和飽和蒸氣壓，Pa。理想氣體服從道爾頓分壓定律(1-5)式中p系統(tǒng)的壓力，Pa。聯(lián)立式(1-4)和式(1-5)可得到(1-6)當(dāng)用相對(duì)揮發(fā)度aij表示時(shí)，可得(1-7)由式(1-6)可見，理想體系的平衡常數(shù)是溫度和壓力的函數(shù)。對(duì)同一物系，pi0/pj0的值隨溫度的變化不很顯著，因此在同一塔，可取一平均aij值進(jìn)行計(jì)算。若溶液為非理想溶液，氣相仍可視為理想氣體時(shí)，則(1-8)式中Y，、”分別i、j為組分的活度系數(shù)。計(jì)算活度系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)

14、公式很多，在此不一一列出，可從文獻(xiàn)中得到。相對(duì)揮發(fā)度aij值的大小可以用來(lái)判斷某混合液是否能用蒸儲(chǔ)方法加以分離及分離的難易程度。若aij>1,表示組分i較組分j容易揮發(fā)，且aij值越大，揮發(fā)度差異愈大，分離愈容易進(jìn)行。若aij=1,則yi=Xi,該體系不能用普通精e留方法分離。操作線操作線是塔物料衡算和熱量衡算的表達(dá)式，當(dāng)組分間的摩爾汽化潛熱相等時(shí)，操作線即是物料衡算方程，此時(shí)，氣液相的摩爾流量不變。但當(dāng)組分間的摩爾汽化潛熱相差較大時(shí)，仍然認(rèn)為氣液相摩爾流量為恒定，則會(huì)給計(jì)算結(jié)果帶來(lái)較大的誤差，此時(shí)應(yīng)結(jié)合考慮熱量衡算方程，得到更符合實(shí)際情況的操作線方程。精儲(chǔ)段操作線當(dāng)塔頂為全凝器，且高沸

15、點(diǎn)組分氣化潛熱值HH和低沸點(diǎn)組分氣化潛熱值H不隨濃度變化時(shí)，精儲(chǔ)段操作線方程為(1-9)式中y、x分別為精儲(chǔ)段任一截面處的氣液相易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù);XD一塔頂易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)；H一潛熱比值，；由H分別為高沸點(diǎn)和低沸點(diǎn)組分的摩爾氣化潛熱，kJ/kgR回流比，R=L/D;L塔頂液相回流量，kmol/s;D塔頂廣品量，kmol/s。當(dāng)忡=H時(shí)，H為無(wú)窮大，此時(shí)氣液相的流量均不變，為恒摩爾流。則式(1-9)可變?yōu)?1-10)提儲(chǔ)段操作線在精儲(chǔ)段操作線和提儲(chǔ)段操作線的交點(diǎn)d(xd,yd),即進(jìn)料點(diǎn)與提儲(chǔ)段的任一截面間進(jìn)行質(zhì)量和熱量衡算，且H為常數(shù)時(shí)，可得提儲(chǔ)段操作線方程為(1-11)式中y、x分別

16、為提儲(chǔ)段任一截面處的氣液相易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)；yd、xd分別為進(jìn)料點(diǎn)處的氣液相易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)；m提儲(chǔ)段液氣比，m=L'/V'、一一分別為提儲(chǔ)段的液相和氣相摩爾流量，kmol/s。當(dāng)時(shí)，使(1-11)簡(jiǎn)化為(1-12)當(dāng)提儲(chǔ)段操作線與對(duì)角線在W處相交時(shí)，即有，所以式(1-12)又可轉(zhuǎn)化為(1-13)q線方程精儲(chǔ)段操作線和提儲(chǔ)段操作線的交點(diǎn)的軌跡是一條直線，描述該直線的方程稱為q線方程或進(jìn)料方程。(1-14)圍繞進(jìn)料點(diǎn)作熱量衡算，可以得到反映進(jìn)料熱狀態(tài)參數(shù)q的表達(dá)式(1-15)式中一一進(jìn)料熱狀態(tài)參數(shù)；、交點(diǎn)處易揮發(fā)組分氣相、液相摩爾分?jǐn)?shù)；進(jìn)料中易揮發(fā)組分摩爾分?jǐn)?shù)；混合物的定

17、壓比熱容，kJ/(kg-K);傳熱溫差，K;混合物在泡點(diǎn)狀況下的溫度，K;進(jìn)料溫度，K;混合物的氣化潛熱，kJ/kg。理論塔板數(shù)的確定圖解法直角梯級(jí)圖解法(M-T法)M-T法是二元精儲(chǔ)的經(jīng)典方法。該法是在兩相組成x-y直角坐標(biāo)上，作出x/y的平衡曲線，并作出操作線與表示進(jìn)料狀態(tài)的q線，再在操作線與平衡線之間劃出連續(xù)的梯級(jí)，可求得所需的理論板數(shù)和適宜的進(jìn)料板的位置。為了得到較準(zhǔn)確的結(jié)果，應(yīng)采用適當(dāng)?shù)谋壤鲌D。M-T法對(duì)分離過程的難易給出了直觀的表示，尤其是能很好表示最小回流比的情況。M-T法看似簡(jiǎn)單，是因?yàn)槟苤苯犹峁┢胶馇€。如果氣液平衡數(shù)據(jù)要從氣液平衡模型計(jì)算得到，這種方法就失去了其簡(jiǎn)捷性。利

18、用只具有單一平衡曲線的M-T法無(wú)法研究壓力對(duì)分離過程的影響，也無(wú)法算出各板的溫度分布，對(duì)于多工況，利用M-T法就顯得繁雜。粉-濃圖解法在精儲(chǔ)過程中，不同物質(zhì)的氣化潛熱并非完全相等，此外，對(duì)非理想溶液還有相當(dāng)量的混合熱。以熱平衡為基礎(chǔ)，考慮上述因素引起塔各層間的氣液流量的變化，Ponchon-Savarit（龐充和薩瓦雷特）于1921年提出了粉-濃圖解法。恰-濃圖以比粉為縱坐標(biāo)，以組成為橫坐標(biāo)，表示一定壓力下不同溫度時(shí)各相的平衡組成及其相應(yīng)的比粉。按照一定的程序，在粉-濃圖上進(jìn)行作圖可得到所需的理論板數(shù)。粉-濃圖雖然比M-T法具有更多的優(yōu)點(diǎn)，但許多體系缺少粉-濃數(shù)據(jù)，而且仍然無(wú)法研究壓力改變對(duì)精

19、儲(chǔ)的影響。對(duì)于多工況，同樣存在M-T法的缺點(diǎn)。解析法對(duì)于分離相對(duì)揮發(fā)度較小、難以分離的物系，用圖解法不易得到準(zhǔn)確的結(jié)果，需要采用解析法。解析法分為簡(jiǎn)捷法和精確法兩種。簡(jiǎn)捷法是通過求取最小回流比（全回流時(shí)）及最少理論板數(shù)，選定適宜的回流比后，利用Gilliand（吉利蘭）圖或經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式求得操作條件下的理論板數(shù)。簡(jiǎn)捷法為一種快速估算法，適用于作方案比較，其步驟在化工原理教科書上有詳細(xì)介紹，此處不再贅述。精確法是將平衡線和操作線方程聯(lián)立，設(shè)法求解出其所需的理論板數(shù)。常用的有Smoker（斯莫克）法和寧磬法等。Smoker法利用移軸原理，將問題轉(zhuǎn)化為求全回流時(shí)的最少理論板數(shù)；寧磬法則是利用差分方程通過

20、計(jì)算公式求解。精確法可以較準(zhǔn)確地用數(shù)字計(jì)算理論板數(shù)，且不必逐板計(jì)算而可直接算出任何一層塔板上的液相組成。精確法是建立在氣液相為恒摩爾流動(dòng)的假設(shè)上，且認(rèn)為塔的相對(duì)揮發(fā)度為常數(shù)，因此，精確法的應(yīng)用受到限制。數(shù)值法對(duì)于二元精儲(chǔ)體系采用的數(shù)值法為逐板計(jì)算法，其原理與M-T法基本相同，所不同的是，數(shù)值法是利用數(shù)值方法聯(lián)立求解平衡方程和操作線方程。當(dāng)理論板數(shù)較多時(shí)，手算較為煩瑣，隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用的普及，用計(jì)算機(jī)求解是一件非常簡(jiǎn)單的事情，由于二元精儲(chǔ)體系的逐板計(jì)算過程不存在迭代，求解程序只需十幾個(gè)程序語(yǔ)句即可。通常從塔頂開始計(jì)算。若塔頂采用分凝器，則有：y0=XD=已知值。而y與南成平衡，可用平衡方程由y0求

21、得象，xo與yi符合精儲(chǔ)段操作線關(guān)系，故用精儲(chǔ)段操作線方程可由X0得到y(tǒng)i,yi與xi成平衡，又利用平衡方程可由yi求得xi,再利用精儲(chǔ)段操作線方程由xi求得V2。如此重復(fù)計(jì)算，直到xn<xq時(shí)，說(shuō)明第n層理論板為進(jìn)料板。因此精儲(chǔ)段的理論板數(shù)為（n-i）塊。此后，改用提儲(chǔ)段操作線方程，繼續(xù)采用上述相同的方法直至計(jì)算到x點(diǎn)x嗎求得提儲(chǔ)段的理論板數(shù)。一般認(rèn)為再沸器氣液兩相達(dá)到平藺，所以再沸器相當(dāng)一塊理論板，故提儲(chǔ)段理論板數(shù)為（m-i）塊。這里需要指出的是，當(dāng)平衡關(guān)系不是用方程來(lái)表示，而是實(shí)驗(yàn)測(cè)得的一系列離散的數(shù)據(jù)時(shí)，采用插值法"可方便地得到對(duì)應(yīng)的平衡值。塔板效率和實(shí)際塔板數(shù)塔板效率

22、在實(shí)際塔板上，氣液兩相并未達(dá)到平衡，這種氣液兩相間傳質(zhì)的不完善程度用塔板效率來(lái)表示，在設(shè)計(jì)計(jì)算中多采用總板效率求出實(shí)際塔板數(shù)。總板效率定得是否合理，對(duì)設(shè)計(jì)的塔在建成后能否滿足生產(chǎn)的要求有重要的意義。而總板效率與物系物性、塔板結(jié)構(gòu)和操作條件密切相關(guān)。由于影響的因素多而復(fù)雜，很難找到各種因素之間的定量關(guān)系。一般可采用下面的方法來(lái)確定總板效率。 從條件相同的生產(chǎn)裝置或中試裝置中取得經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，這種數(shù)據(jù)最為可靠。 采用Oconnell（奧克勒爾）法將總板效率對(duì)進(jìn)料液體粘度與關(guān)鍵組分相對(duì)揮發(fā)度的乘積進(jìn)行關(guān)聯(lián)，得到圖i-2所示的曲線。該曲線也可用下式表達(dá)，即（i-i6）式中Et總板效率；a塔頂與塔底平均溫度

23、下的相對(duì)揮發(fā)度；圖1-2精僻塔全塔效率關(guān)聯(lián)曲線進(jìn)料液在塔頂和塔底平均溫度下的粘度，mPas。混合物的粘度值有的可從手冊(cè)中查出，如手冊(cè)中缺乏時(shí)，可按下式估算(1-17)式中xi進(jìn)料中組分i的摩爾分?jǐn)?shù)；、一一塔頂和塔底平均溫度下液態(tài)組分i的粘度，mPas。應(yīng)當(dāng)指出，圖1-2和式(1-16)是對(duì)泡罩塔或篩板塔的幾十個(gè)工業(yè)塔進(jìn)行試驗(yàn)而得到的結(jié)果，對(duì)浮閥塔也可參照使用。其適用于=0.17.5，板上液流長(zhǎng)度v1m的塔。實(shí)際塔板數(shù)設(shè)塔釜為一塊理論板，則塔實(shí)際塔板數(shù)為(1-18)式中N-一塔實(shí)際塔板數(shù)；NT理論塔板數(shù)；日總板效率。板式精儲(chǔ)塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)精儲(chǔ)過程是借助于塔設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)氣液相間的質(zhì)量傳遞的。精儲(chǔ)操作既

24、可采用板式塔，也可采用填料塔。填料塔的設(shè)計(jì)已經(jīng)在第三章中作了詳細(xì)介紹，本章只介紹板式塔的設(shè)計(jì)。塔設(shè)備除了應(yīng)滿足特定的化工工藝條件（如溫度、壓力及耐腐蝕等）夕卜，為了適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)的需要還應(yīng)達(dá)到下列要求： 生產(chǎn)能力大，即單位塔截面積的處理量大； 操作穩(wěn)定，彈性大，即氣液負(fù)荷有較大波動(dòng)時(shí)，仍能在較高的傳質(zhì)效率下進(jìn)行穩(wěn)定的操作，并能保持長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)；分離效率高，即氣液有充分的接觸面積和接觸時(shí)間，達(dá)到規(guī)定分離要求的塔高要低；流體流動(dòng)的阻力小，即流體流經(jīng)塔設(shè)備的壓力降小，以達(dá)到節(jié)能和降低操作費(fèi)用的目的；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，材料耗用量小，制造和安裝容易。實(shí)際上，任何塔設(shè)備要滿足上述所有要求是困難的，因此，只能從生產(chǎn)需

25、要及經(jīng)濟(jì)合理的要求出發(fā)，抓住主要矛盾進(jìn)行設(shè)計(jì)。塔板的布置及主要參數(shù)在板式塔中，塔裝有一定數(shù)量的塔板，氣體自塔底向上以鼓泡噴射的形式穿過塔板上的液層，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。塔板是氣液接觸的元件，也是氣液分離的場(chǎng)所。塔板上通常劃分為鼓泡區(qū)，溢流區(qū)，安定區(qū)和邊緣區(qū)等4個(gè)區(qū)域，如圖1-3所示。圖1-3塔板板面布置及主要參數(shù)1-鼓泡區(qū)；2-溢流區(qū)；3-安定區(qū)；4-邊緣區(qū)A-降液管截面積；A-鼓泡區(qū)面積；D-塔徑；HT-板間距；h0-降液管與下層板的距離；hi-降液管與堰的水平距離；hv（hw）-夕卜（）堰高；l時(shí)堰長(zhǎng)；W（W）-出口（入口）安定區(qū)；W-邊緣區(qū)；W弓形

26、寬度；r-鼓泡區(qū)的半徑常用板式塔類型及結(jié)構(gòu)板式塔種類多，根據(jù)塔板上氣液接觸元件的不同，可分為篩板塔、舌形塔、穿流多孔塔板、浮動(dòng)噴射塔等多種。隨著石油、化學(xué)工業(yè)的迅速發(fā)展，又開發(fā)使用了一些新型塔板，如斜孔塔板、S型板、導(dǎo)向篩板、網(wǎng)孔篩板、大孔篩板、浮閥-篩板復(fù)合塔板、旋流塔板、旋葉塔板、角鋼塔板等。目前精儲(chǔ)過程常用的板式塔為浮閥塔、篩板塔和泡罩塔，前兩者使用尤為廣泛，因此，本節(jié)只討論浮閥塔和篩板塔的設(shè)計(jì)。篩板塔的特性篩板塔是最早使用的板式塔之一，它的主要優(yōu)點(diǎn)有： 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工，造價(jià)為泡罩塔的60%左右，為浮閥塔的80%左右；在相同條件下，生產(chǎn)能力比泡罩塔大20粉40%塔板效率較高，比泡罩塔

27、高15%£右，但稍低于浮閥塔；氣體壓力降較小，每板壓力降比泡罩塔約低30%£右。篩板塔的缺點(diǎn)是： 小孔篩板易堵塞，不適宜處理臟的、粘性大的和帶固體粒子的料液；操作彈性較?。s23）。浮閥塔的特性浮閥塔兼有泡罩塔和篩板塔的優(yōu)點(diǎn)，目前已成為國(guó)應(yīng)用最廣泛的塔型。大型浮閥塔的塔徑可達(dá)10m塔高達(dá)83m,塔板數(shù)多達(dá)數(shù)百塊。其主要優(yōu)點(diǎn)為： 在相同的條件下，生產(chǎn)能力與篩板塔接近；塔板效率比泡罩塔高15%右；操作彈性大，一般為59;氣體壓力降小，在常壓塔中每塊板的壓力降一般為400666Pa；液面落差小；不易積垢堵塞，操作周期長(zhǎng)；結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，安裝容易，制造費(fèi)用僅為泡罩塔的60粉80W但為

28、篩板塔的120%H130%)。圖1-4Fi型浮閥浮閥的形式有多種，國(guó)最常用的是F1型浮閥，已確定為部頒標(biāo)準(zhǔn)(JB1118-68)其結(jié)構(gòu)如圖1-4所示，圖中符號(hào)代表的尺寸見表1-1。表1-1F1型浮閥基本參數(shù)型式代號(hào)閥片厚度a/mm/mm閥重/g適用丁塔板厚度S/mmH/mmL/mm1F1Q-4A1.524.912.516.52F1Z-4A233.143F1Q-4B1.524.64F1Z-4B232.65F1Q-3A1.524.7311.515.56F1Z-3A232.87F1Q-3B1.524.38F1Z-3B232.49F1Q-3C1.524.810F1Z-3C23311F1Q-3D1.52

29、512F1Z-3D233.213F1Q-2C1.524.614F1Z-2C232.7210.514.515F1Q-2D1.524.716F1Z-2D232.9F1型浮閥分輕閥（代表符號(hào)Q和重閥（代表符號(hào)Z）兩種。一般重閥應(yīng)用較多，輕閥泄漏量較大，只有在要求塔板壓降小的時(shí)候（如減壓蒸儲(chǔ)）才采用雖然浮閥塔具有很多優(yōu)點(diǎn)，但在處理粘稠度較大的物料方面不及泡罩塔；在結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)能力、塔板效率、壓力降等方面不及篩板塔。整塊式和分塊式塔板從裝配特點(diǎn)來(lái)分，塔板有整塊式和分塊式兩種。當(dāng)塔徑小于900mm寸采用整塊式塔板；當(dāng)塔徑大于800mm寸，由于人能在塔進(jìn)行裝拆，可采用分塊式塔板；塔徑為800900mm寸，可根

30、據(jù)制造和安裝的具體情況任意選用上述兩種結(jié)構(gòu)。圖1-5定距管式塔板結(jié)構(gòu)整塊式塔板整塊式塔板分為定距管式和重疊式兩類。定距管式塔板結(jié)構(gòu)如圖1-5所示，一個(gè)塔節(jié)中安裝若干塔板，用拉桿和定距管將塔板緊固在塔節(jié)的支座上。定距管起著支承塔板和保持塔板間距的作用。塔板與塔壁間的縫隙，以軟填料密封后，用壓塊及壓圈壓緊。塔節(jié)的長(zhǎng)度取決于塔徑和板間距。當(dāng)塔徑為300500mm寸，只能伸入手臂安裝，塔節(jié)長(zhǎng)度以8001000m訥宜；塔徑為500800mm寸，人勉強(qiáng)可以進(jìn)入塔安裝，塔節(jié)不宜超過20002500mm塔徑大于800mm寸，由于受拉桿長(zhǎng)度的限制，為避免發(fā)生安裝困難，塔節(jié)長(zhǎng)度不宜超過25003000mm重疊式塔

31、板是在每一塔節(jié)下面焊一組支乘，底層塔板安置在支承上，然后依次裝入上一層塔板，板間距由焊在塔板下的支柱保證，并用調(diào)節(jié)螺絲調(diào)節(jié)水平。塔板與塔壁間隙的密封形式與定距管式塔板相同。整塊式塔板的結(jié)構(gòu)有兩種，一種是角焊結(jié)構(gòu)，一種是翻邊結(jié)構(gòu)。角焊結(jié)構(gòu)如圖1-6中的（a）、（b）所示，此結(jié)構(gòu)是將塔板圈角焊在塔板上。這種結(jié)構(gòu)的塔板制造方便，但要采取措施，以減少因焊接變形而引起的不平。翻邊結(jié)構(gòu)如圖1-6中的(c)、(d)所示，此結(jié)構(gòu)是塔板圈直接由塔板翻邊而成，當(dāng)直邊較短或制造條件許可時(shí)，可整體沖壓圖1-6(c);否則可另作一個(gè)塔板圈與塔板對(duì)接圖1-6(d)。塔板圈的高度一般可取70mm但不得低于溢流堰的高度。塔板

32、圈外緣與塔體壁的間隙一般為1012mm填料支承圈用力810mm勺圓鋼彎成，其焊接位置隨填料圈數(shù)而定，一般為3040mm分塊式塔板在直徑較大的板式塔中，為了便于安裝和檢修，可將塔板分成數(shù)塊，通過人孔送入塔，裝在焊于塔體壁的塔板支承件上。分塊式塔板的塔身為焊制整體圓筒，不分塔節(jié)。在分塊式塔板中，根據(jù)塔徑的不同，又有單流塔板和雙流塔板之分，本章主要介紹單流塔板。圖1-7為單流分塊式塔板裝置圖。為了便于了解塔板結(jié)構(gòu)，在主視圖上，上層畫有塔板，下層未畫塔板，只畫出塔板固定件。俯視圖上作了局部拆卸剖視，把后右四分之一的塔板拆掉了，以便顯露出塔板下面的塔板固定件。塔板分成數(shù)塊，靠近塔壁的兩塊是弓形板，其余是

33、矩形板。塔板塊數(shù)的劃分與塔徑大小有關(guān)，一般按表1-2選取。不論塔板分為多少塊，為了在塔進(jìn)行清洗和檢修時(shí)便于人能進(jìn)入各層塔板，應(yīng)在塔板接近中央處設(shè)置一塊通道板。表1-2塔板塊數(shù)的劃分塔徑/mm8001200140016001800200022002400塔板塊數(shù)3466塔板安放在焊接的塔壁上的支承圈上。支承圈大多用扁鋼煨制或?qū)摪迩谐蓤A弧焊成，有時(shí)也可用角鋼煨制而成。塔板與支承圈的連接一般用卡子，卡子由上下卡(包括卡板和螺栓)、橢圓墊片及螺母等零件組成，其典型結(jié)構(gòu)如圖1-8所示，這種結(jié)構(gòu)都是上可拆的。上述塔板連接的緊固構(gòu)件加工量大，裝拆麻煩，且螺栓需用耐腐蝕材料。而楔形緊固件的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝拆方便

34、，不用特殊材料，故成本低。其結(jié)構(gòu)如圖1-9所示，圖中龍門板不用焊接的結(jié)構(gòu)，有時(shí)也可將龍門板直接焊接在塔板上。圖1-11上可拆結(jié)構(gòu)圖1-10上下均可拆結(jié)構(gòu)分塊式塔板間的連接，根據(jù)人孔位置及檢修的要求，分為上可拆連接和上下均可拆連接兩種。常用的緊固件是螺栓和橢圓墊板。上下均可拆連接結(jié)構(gòu)如圖1-10所示，從上或下松開螺母并將橢圓墊板轉(zhuǎn)到虛線位置后，塔板就可自由取開。上可拆連接結(jié)構(gòu)如圖1-11所示。塔板結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定板間距塔板間距不僅影響塔高，而且影響塔的生產(chǎn)能力、操作彈性和板效率。板間距取大些，能允許較大的空塔氣速，對(duì)一定的生產(chǎn)任務(wù)，塔徑可小些，但塔高要增加；反之，塔徑大些，塔高則可小些。氣液負(fù)荷和

35、塔徑一定，增加板間距可減少霧沫夾帶并提高操作彈性，但塔高的增加，會(huì)增加金屬消耗量，增加塔基、支座等的負(fù)荷，從而增加全塔的造價(jià)。板間距與塔徑之間的關(guān)系，應(yīng)通過流體力學(xué)驗(yàn)算，權(quán)衡經(jīng)濟(jì)效益，反復(fù)調(diào)整，作出最佳選擇。表1-3所列的推薦值供初選板間距時(shí)參考。表1-3板間距與塔徑的關(guān)系塔徑D/mm300500500800800160016002400板間距H7mm200300250350300450350600在決定板間距時(shí)，還應(yīng)考慮安裝、檢修的需要。在塔體開人孔處，必須保證有足夠的工作空間，該處的板間距不能小于600mm塔徑塔徑的計(jì)算方法有兩類：一類是根據(jù)適宜的空塔氣速，求出塔徑；另一類是先確定適宜的孔

36、速，定出每塊塔板上所需孔數(shù)，進(jìn)行孔的排列后得到塔徑?，F(xiàn)僅介紹前一類方法。后一類方法可參考文獻(xiàn)。依據(jù)流量公式可計(jì)算塔徑，即:(1-19)式中：di塔徑，mV氣相流量，m/s；u一適宜空塔氣速，m/s。計(jì)算塔徑的關(guān)鍵在于確定適宜的空塔氣速。一般適宜的空塔氣速為最大允許氣速的0.60.8倍，即U=(0.60.8)Umax(1-20)(1-21)式中：Umax最大允許氣速，m/s；C20圖1-12初選塔徑用圖C1負(fù)荷系數(shù)，m/s;Pv、pL一氣、液相密度，kg/m3。影響負(fù)荷系數(shù)值的因素較多，也很復(fù)雜，對(duì)于篩板塔和浮閥塔可用圖1-12來(lái)確定。圖1-12是按液體表面力b=20mN/m的物系繪制的，若所處

37、理物系的表面力為其它值，則需按式(1-22)校正查出的負(fù)荷系數(shù)，即：(1-22)式中G由圖1-12查出的物系表面力為20m*m的負(fù)荷系數(shù)，n”s；操作物系的液體表面力，m*m;C操作物系的負(fù)荷系數(shù),為了便于在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行運(yùn)算，圖1-12可用下述回歸式表示(1-23)式中H一板間無(wú)液空間，七HhL,mH板間距，m;hL清液層的高度，m;v氣相流量，m/s；l液相流量,m/s；氣、液相密度，kg/m3。應(yīng)當(dāng)指出，如此算出的塔徑只是初估值，除需根據(jù)塔徑標(biāo)準(zhǔn)予以圓整外，還要根據(jù)流體力學(xué)原則進(jìn)行核算。為簡(jiǎn)便起見，可先驗(yàn)算霧沫夾帶量a,有必要時(shí)在此先對(duì)塔徑進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)液量較大時(shí)，宜先用式（1-24）檢查液

38、體在降液管中的停留時(shí)間t,如不符合要求且難以加大板間距H時(shí)，也可在此先作塔徑的調(diào)整。當(dāng)精儲(chǔ)塔的精儲(chǔ)段和提儲(chǔ)段上升氣量差別較大時(shí)，兩段的塔徑應(yīng)分別計(jì)算。精儲(chǔ)段按塔頂?shù)谝粔K板上的物料的有關(guān)物理參數(shù)計(jì)算，提儲(chǔ)段按塔釜中物料的有關(guān)物理參數(shù)計(jì)算。板上流體流程有降液管的板式塔，降液管的布置，規(guī)定了板上液體的流動(dòng)途徑。一般有如圖1-13所示幾種液流形式。（a）單溢流；（b）U形流動(dòng)；（c）雙流型（雙溢流） 單流型。是最簡(jiǎn)單和最常用的，但當(dāng)塔徑和流量過大時(shí)，易造成氣液分布不均勻，影響效率。 折流型（U形）。只在小塔和氣液比很小時(shí)才采用。 雙流型。當(dāng)塔的直徑較大，或液相的負(fù)荷較大時(shí)，易采用雙流型。 其他流型。當(dāng)

39、塔徑及液量均特別大，雙流型也不適合，可以采用四流型或階梯流型。初選塔板液流型時(shí)，根據(jù)塔徑和液相負(fù)荷的大小，參考表1-4預(yù)選塔板流動(dòng)形式。表1-4板上液流形式與液流負(fù)荷的關(guān)系塔徑/mm液體(mVh)U形流型單流型雙流型階梯流型6005以下5259007以下75010007以下45以下12009以下97014009以下70以下150010以下1180200011以下111101101602400111101101803000110以下1102002003001.5.3.1 溢流裝置塔板上溢流裝置包括降液管、溢流堰和受液盤等部件。降液管降液管是塔板間液體流動(dòng)的通道，也是溢流液中夾帶的氣體得以分離的場(chǎng)

40、所。從形狀上來(lái)看，降液管可分為弓形降液管和圓形降液管。弓形降液管，堰與壁之間的全部截面區(qū)域均作為降液空間，適用于直徑較大的塔中，塔板面積利用率最高，但塔徑小時(shí)制作焊接不便。圓形降液管對(duì)于小塔制作較易，但降液管流通截面較小，沒有足夠空間分離溢流中的氣泡，氣相夾帶嚴(yán)重，不適用于流量大及易起泡的物料。降液管的設(shè)計(jì)，一般應(yīng)遵守下列原則。 降液管中的液體線速度，宜小于0.1m/s; 降液管的容積與液相流量之比，有時(shí)亦稱為液體在降液管中的停留時(shí)間，一般應(yīng)大于5s,個(gè)別情況下，可小至3s,停留時(shí)間計(jì)算式為(1-24)式中T亭留時(shí)間，S；Af降液管截面積，m2;HT板間距，m；L液相流量，m3/s。停留時(shí)間是

41、板式塔設(shè)計(jì)中的重要指標(biāo)之一，停留時(shí)間太短，容易造成板間的液體夾帶，氣相返混，降低效率，還增加淹塔的機(jī)會(huì)。 降液管底部與下一塊塔板間的間隙hO應(yīng)盡可能比外堰高h(yuǎn)w小6mm以上，液相通過此間隙時(shí)的流速一般不大于降液管的線速度，如果必須超出時(shí)，最大間隙流速亦應(yīng)小于0.4m/s。此外，h0一般不宜小于25mm以避免銹屑和其它雜質(zhì)堵塞，或因安裝偏差而使液流不暢，造成液泛。溢流堰外堰外堰又成為出口堰，其作用是維持板上有一定液層，并使液流均勻。除個(gè)別情況(如塔徑很小的塔)夕卜，均應(yīng)設(shè)置溢流堰。對(duì)單流型塔板，一般堰長(zhǎng)lw與塔徑D的比lw/D為0.60.8;對(duì)于雙流型，lw/D為0.50.7。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于篩板

42、塔和浮閥塔，最大的堰上液流量不宜超過100130m3/h,也可按此原則確定堰長(zhǎng)。外堰的高度與塔板形式和板上的液層高度有關(guān)。對(duì)于篩板和浮閥塔板，外堰高h(yuǎn)w可按下列要求來(lái)確定。I一般應(yīng)使塔板上的清液層高度hL=50100mm而清液層高度hL為外堰高h(yuǎn)w與堰上液流高度how之和，因此有50ho瞄h略100how(1-25)式中ho堰上液流高度，mmhw夕卜堰高，mmn對(duì)于真空度較高的操作，或?qū)τ谝髩毫岛苄〉那闆r，可將清液層高度hL降至25mm以下，此時(shí)外堰高h(yuǎn)w可降至615mmm當(dāng)液量很大時(shí)，只要堰上液流高度how大于能起液封作用的液層高度，甚至可以不設(shè)堰圖1-14可拆式平型1入口堰；2一支撐筋

43、；3一受液盤；4一降液板；5塔盤板；6塔堰板上緣各點(diǎn)的水平偏差一般不宜超過3mm當(dāng)液量過小時(shí)，可采用齒形堰。圖1-15凹型受液盤1一塔壁；2一降液板；3一塔盤板;4一受液盤；5一筋板受液盤及堰受液盤有平形(如圖1-14所示)和凹形(如圖1-15所示)兩種形式。平行受液盤根據(jù)降液管底部的結(jié)構(gòu)和有無(wú)入口堰又有不同形式，如圖1-14(a)直形降液管，圖1-14(b)和圖1-14(c)為降液管的底部為收縮形，而1-14(b)無(wú)入口堰，圖1-14(c)則有入口堰。對(duì)于容易聚合的液體或含固體懸浮物的液體，為了避免形成死角，宜采用平形受液盤。對(duì)于4800以上的大塔，一般常采用凹形受液盤。這種受液盤有如下的優(yōu)

44、點(diǎn)：便于液體的側(cè)線抽出；在液相流量較低時(shí)仍可形成良好的液封；對(duì)改變液體流向具有緩沖作用。凹形受液盤的深度一般在50m也上，但不能超過板間距的1/3。若采用平形受液盤，為了使降液管中流出的液體能在板上均勻分布，并減少入口處液體的水平?jīng)_擊，以及保證降液管的液封，可設(shè)置堰(又稱入口堰)。堰的高度h'w可按下述原則考慮：當(dāng)hw>h0時(shí)，h'w=68mm必要時(shí)可取h'w=h0。個(gè)別情況下，如果hwKh0,應(yīng)使h'w>h0,以保證液封作用。應(yīng)使h1>h0,以保證液流暢通。安定去與邊緣區(qū)的安排安定區(qū)在塔板上的鼓泡區(qū)(其面積以Ap表示)與堰之間，需有一個(gè)不開孔

45、區(qū)，稱為安定區(qū)。其作用是避免大量的含泡沫液相進(jìn)入降液管，一般情況下，安定區(qū)可取為：外堰前的安定區(qū)：W。70100mm堰后的安定區(qū)：Ws=50100mm在小塔中的安定區(qū)根據(jù)情況可適當(dāng)縮小。邊緣區(qū)板面靠近塔壁部分，需留出一圈邊緣區(qū)Wc供支持塔板的邊梁使用。對(duì)于塔徑在2.5m以下的塔,Wc可取為50mm塔徑大于2.5m的塔，Wc取為60mm更大些。為了防止液體經(jīng)無(wú)效區(qū)流過而產(chǎn)生“短路”現(xiàn)象，可在邊緣區(qū)設(shè)置擋板。篩板塔篩孔直徑及排列篩孔孔徑工業(yè)塔中篩板常用的孔徑d0為38mm推薦孔徑為45mm過小的孔徑只在特殊要求時(shí)才使用。采用小孔徑時(shí)，應(yīng)注意小孔徑容易堵塞，或由于加工誤差而影響開孔率，或有時(shí)宜形成過

46、甚的泡沫等問題。近十年來(lái)有逐漸采用大孔徑(d0為1025mm的篩板的趨勢(shì)，因?yàn)榇罂讖剿寮庸ず?jiǎn)單，不易堵塞，只要設(shè)計(jì)合理，同樣可以得到滿意的塔板效率。但一般來(lái)說(shuō)，大孔徑塔板操作彈性會(huì)小一些。篩孔排列篩孔一般按三角形排列，孔中心距t一般為(2.55)d0。實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，t/d0應(yīng)盡可能在34的圍，t/d0過小，易使氣流互相干擾，過大則鼓泡不勻，都會(huì)影響傳質(zhì)的效率。開孔面積A0與鼓泡區(qū)面積Ap的比為開孔率。篩孔按正三角形排列時(shí)，開孔率與t/d0有如下的關(guān)系(1-26)式中A0一開孔面積，m2A鼓泡區(qū)面積，m2;t孔中心距，md0篩孔直徑,m>對(duì)于單流型塔板，鼓泡區(qū)面積Ap用下式計(jì)算(1-27)

47、式中A鼓泡區(qū)面積；m2;Wd弓形寬度，m;WS安定區(qū)；m；WC邊緣區(qū),m>是以弧度表示的反三角函數(shù)。篩孔數(shù)的計(jì)算(1-28)式中n篩孔數(shù)；每平方米鼓泡區(qū)的篩孔數(shù)；A鼓泡區(qū)面積，m2;t孑L中心距,mm1.5.3.2 浮閥塔的閥孔數(shù)及排列閥孔直徑閥孔直徑由所選浮閥的型號(hào)決定，如常用的F1型浮閥的閥孔直徑為39mm閥孔數(shù)閥孔數(shù)n取決于操作時(shí)的閥孔氣速u0,而u0由閥孔動(dòng)能因子F0決定(1-29)式中u0孔速，m/s;氣相密度，kg/m3;F一閥孔的動(dòng)能因子，一般取F0=811,對(duì)于不同的工藝條件，也可適當(dāng)調(diào)整。閥孔數(shù)n由下式算出(1-30)式中n閥孔數(shù)；V一氣相流量，m3/s;d0閥孔孔徑，

48、m;u0閥孔氣速，m/s。應(yīng)注意的是，當(dāng)塔中各板或各段氣相流量不同時(shí)，設(shè)計(jì)時(shí)往往改變各板或各段的閥數(shù)。閥孔的排列閥孔的排列方式有正三角形排列和等腰三角形排列。正三角形排列又有順排和叉排兩種方式(見圖1-16)。采用叉排時(shí)，相鄰兩閥吹出的氣流攪動(dòng)液層的作用比順排明顯，而且相鄰兩閥容易被吹開，液面梯度較小，鼓泡均勻，所以采用叉排更好。在整塊式塔板中，閥孔一般按正三角形排列，其孔心距t有75mm100mm125mm150mm等幾種。在分塊式塔板中，閥孔也可按等腰三角形排列(見圖1-17)，三角形的底邊t'固定為75mm三角形的高h(yuǎn)有65mm70mm80mm90mm100mm110mmJL種，

49、必要時(shí)還可以調(diào)整。塔板上閥孔的開孔率一般為4防15%最好為6防9%按等腰三角形排列時(shí)(1-31)圖1-17閥孔的等腰三角形排列按正三角形排列時(shí)(1-32)式中h等腰三角形的高，m;A一開孔鼓泡區(qū)面積，m2;t'等腰三角形的底邊長(zhǎng)，m一般取為0.075m；A閥孔總面積，m2;t正三角形的孔心距，m=1.5.4塔板的流體力學(xué)計(jì)算塔板的流體力學(xué)計(jì)算，目的在于驗(yàn)算預(yù)選的塔板參數(shù)是否能維持塔的正常操作，以便決定對(duì)有關(guān)塔板參數(shù)進(jìn)行必要的調(diào)整，最后還要作出塔板負(fù)荷性能圖。1.5.4.1 堰上的液流高度how平堰平堰上的液流高度可用下式計(jì)算(1-33)式中ho堰上液流高度，m;L液流量，m3/h;lw

50、堰長(zhǎng)，m;E液流收縮系數(shù)，由圖1-18求得。一般情況下可取E=1,對(duì)計(jì)算結(jié)果影響不大。E圖1-18液流收縮系數(shù)E設(shè)計(jì)時(shí)how不宜超過60mm過大時(shí)應(yīng)該用雙流塔板。流量小時(shí)，how應(yīng)不小于6mm以免造成板上液相分布不均勻。若how小于6mm可采用齒形堰。若原來(lái)堰長(zhǎng)較大，也可以通過減少堰長(zhǎng)來(lái)調(diào)整。齒形堰齒形堰的齒深hn一般宜在15mn下。液流高度(由齒底算起)計(jì)算方法如下。如圖1-19(a)所示，當(dāng)溢流層不超過齒頂時(shí)(1-34)如圖1-19(b)所示，當(dāng)溢流層超過齒頂時(shí)(1-35)式中ho堰上液流高度，m;L液流量，m3/h;hn齒深，m;lw堰長(zhǎng),m圖1-19齒形堰h(yuǎn)ow示意圖由式(1-35)求

51、how時(shí)，需用試差法。圓形溢流管對(duì)于沒有設(shè)溢流堰的圓形溢流管，當(dāng)howv0.2d時(shí)，how可按下式計(jì)算(1-36)當(dāng)0.2dvhowv1.5d時(shí)(此條件下易液泛，應(yīng)盡量避免采用)，how可按下式計(jì)算(1-37)式中ho堰上液流高度，m;L液流量，m3/h;d溢流管的直徑，mm考慮到液封的要求，按式(1-36)和式(1-37)算得的how還應(yīng)滿足d>6how氣相通過塔板的壓降ht氣相通過一塊塔板的壓降ht包括干板壓降hd、板上液層的有效阻力hl和鼓泡時(shí)克服液體表面力的阻力hb,由于hb般很小，可以忽略，故(1-38)干板壓降hd對(duì)于篩板式中hd干板壓降，m液柱；u0篩孔氣速，m/s;C0-

52、一流量系數(shù)，其求取的方法很多，這里推薦用對(duì)于F1型重閥的浮閥塔板：閥全開前閥全開后板上液層的有效阻力h1對(duì)于篩板式中h1板上液層的有效阻力，m液柱；hw外堰高，m;ho堰上液流高度，m;圖1-20干篩板的流量系數(shù)(1-39)1-20來(lái)求取。(1-40)(1-41)(1-42)3充氣系數(shù)，由圖1-21查取，對(duì)于浮閥塔板；取6=0.5。圖中橫坐標(biāo)F0為氣相動(dòng)能因子：(1-43)式中F0一氣相動(dòng)能因子，kg1/2/(ms);V氣相流量，m3/s；AP-一鼓泡區(qū)面積，m2pv氣相密度，kg/m3。降液管液面高度Hd降液管液面高度Hd代表液體通過一層塔板時(shí)所需的液位高度，可用下式計(jì)算Hd=hw+how+

53、ht+hd(1-44)式中Hd降液管液面高度，m；hw外堰高度，mho堰上液流高度，m;出口堰之間的液面梯度，m;ht氣體通過一塊塔板的壓降，m液柱；hd液體通過降液管的壓降，m液柱。對(duì)于篩板和浮閥塔板，一般液面梯度都很小，可以忽略。hd可按下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算(1-45)式中hd液體經(jīng)過降液管的壓降，m液柱；L液相流量，m3/s；H0-一降液管底部離塔板的距離，m；lw堰長(zhǎng)，m=為了防止由降液管引起的液泛現(xiàn)象，應(yīng)滿足下式HcK力(HT+hw)(1-46)式中HT板間距，m；4泡沫層的相對(duì)密度，對(duì)于容易起泡的物系，4=0.30.4;對(duì)于不易起泡的物系，4=0.60.7;對(duì)于一般物系，©=

54、0.5。漏液點(diǎn)氣速u0M當(dāng)氣相負(fù)荷減小或塔板上開孔率增大，通過篩板或閥孔的氣速不足以克服液層阻力時(shí)，部分液體會(huì)從篩孔或閥孔中直接落下，該現(xiàn)象稱為漏液。漏液導(dǎo)致板效率下降，嚴(yán)重時(shí)將使塔板上不能積液而無(wú)法操作。漏液點(diǎn)氣速指的是漏液現(xiàn)象明顯影響板效率時(shí)的氣速。對(duì)于篩板塔，漏液點(diǎn)氣速u0M可用下式計(jì)算(1-47)當(dāng)hLv30mm或d0v3mm時(shí)，u0M采取下式計(jì)算(1-48)式中u0M漏液點(diǎn)氣速，m/s；C-一流量系數(shù)，由圖1-20查?。籬L板上清液層高度，m；hb克服表面力的阻力，hb=4b/d0pLg,m液柱；pv、pL氣、液相密度，kg/m3;b液相的表面力，N/m；d0篩孔直徑，m為保證所設(shè)計(jì)

55、的篩板具有足夠的操作彈性，通常要求設(shè)計(jì)孔速u0與u0M之比k(稱為篩板的穩(wěn)定系數(shù))不小于1.52.0對(duì)于浮閥塔板，泄漏是隨閥重的增加、孔速的增大、開度的減小及板上液層高度的降低而減小，其中以閥重的影響較大。對(duì)于F1型重閥，可取閥孔動(dòng)能因子F0=56作為負(fù)荷下限，此時(shí)漏液點(diǎn)由下式計(jì)算(1-49)式中u0M漏液點(diǎn)氣速，m/s；F0閥孔動(dòng)能因子。霧沫夾帶量eV霧沫夾帶是指下層塔板產(chǎn)生的霧滴被上升的氣流帶到上層塔板的現(xiàn)象。霧沫夾帶將導(dǎo)致塔板效率下降。綜合考慮生產(chǎn)能力和板效率，應(yīng)該控制霧沫夾帶量eVv0.1kg液/kg氣。篩板塔的霧沫夾帶量篩板塔的霧沫夾帶量可用哈特(Hunt)的關(guān)聯(lián)式計(jì)算：(1-50)

56、式中eV霧沫夾帶量，kg液/kg氣；b液體的表面力；N/m;HT板間距；m；uG=V/ATAf,m/s；hL板上清液層高度，m；uG-一液層上部的氣體速度，對(duì)于單流型塔板:V氣體流量，m3/s；A-一塔截面積，m2Af降液管截面積，m2式(1-50)只適用于uG/(HT-2.5hL)V12的情況。浮閥塔板的霧沫夾帶量目前多采用驗(yàn)算泛點(diǎn)率的概念，作為間接判斷霧沫夾帶量的方法。泛點(diǎn)率的意義是指設(shè)計(jì)負(fù)荷與泛點(diǎn)負(fù)荷之比，是一種統(tǒng)計(jì)的關(guān)聯(lián)值，是廣義的指塔液面的泛濫而導(dǎo)致的效率劇降之點(diǎn)。泛點(diǎn)率由下列兩式求出，采用計(jì)算結(jié)果中較大的數(shù)值。(1-51)(1-52)式中F泛點(diǎn)率，V、L氣、液相流量，m3/s；PV、pL氣、液相密度，kg/m3;Z液相流程長(zhǎng)度，對(duì)于單流型塔板，Z=D=2Wdm；D一一塔徑，m；Wd-一弓形寬度，mAP=AT-2Af,m2A-一板上液流鼓泡區(qū)面積，A-一塔截面積，m2