板式塔和填料塔對(duì)比之歐陽(yáng)法創(chuàng)編

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歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.09填料塔與板式塔的!■!■!■比較時(shí)間：2021.03.09創(chuàng)作：歐陽(yáng)法表82精餾塔的主要類型及特點(diǎn)類型板式塔填料塔結(jié)構(gòu)特點(diǎn)操作特點(diǎn)設(shè)備性能每層板上裝配有不同型式的氣液接觸元件或特殊結(jié)構(gòu)，如篩板、泡罩、浮閥等；塔內(nèi)設(shè)置有多層塔板，進(jìn)行氣液接觸氣液逆流逐級(jí)接觸空塔速度（亦即生產(chǎn)能力）高，效率高且穩(wěn)定；壓降大，液氣比的適應(yīng)范圍大，持液量大，操作彈性小塔內(nèi)設(shè)置有多層整砌或亂堆的填料，如拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、鞍型填料等散裝填料，格柵、波紋板、脈沖等規(guī)整填料；填料為氣液接觸的基本元件微分式接觸，可采用逆流操作，也可采用并流操作大尺寸空塔氣速較大，小尺寸空塔氣速較??；低壓時(shí)分離效率高，高壓時(shí)分離效率低，傳統(tǒng)填料效率較低，新型亂堆及規(guī)整填料效率較高；大尺寸壓力降小，小尺寸壓力降大；要求液相噴淋量較大，持液量小，操作彈性大（續(xù)表）制造與維直徑在600mm以下的塔新型填料制備復(fù)雜，造價(jià)修安裝困難，安裝程序較高，檢修清理困難，可采簡(jiǎn)單，檢修清理容易，用非金屬材料制造，但安金屬材料耗量大裝過(guò)程較為困難適用場(chǎng)合 處理量大，操作彈性 處理強(qiáng)腐蝕性，液氣比大，帶有污垢的物料 大，真空操作要求壓力降小的物料2021.03.09 歐陽(yáng)法創(chuàng)編

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2021.03.09歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.09歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.091.1,1,2板式塔塔型選擇一般原則：選擇時(shí)應(yīng)考慮的因素有：物料性質(zhì)、操作條件、塔設(shè)備性能及塔的制造、安裝、運(yùn)轉(zhuǎn)、維修等。1）下列情況優(yōu)先選用填料塔：a.在分離程度要求高的情況下，因某些新型填料具有很高的傳質(zhì)效率，故可采用新型填料以降低塔的高度；b.對(duì)于熱敏性物料的蒸餾分離，因新型填料的持液量較小，壓降小，故可優(yōu)先選擇真空操作下的填料塔；二具有腐蝕性的物料，可選用填料塔。因?yàn)樘盍纤刹捎梅墙饘俨牧?，如陶瓷、塑料等；d.容易發(fā)泡的物料，宜選用填料塔。2）下列情況優(yōu)先選用板式塔：a.塔內(nèi)液體滯液量較大，操作負(fù)荷變化范圍較寬，對(duì)進(jìn)料濃度變化要求不敏感，操作易于穩(wěn)定；卜液相負(fù)荷較小；c.含固體顆粒，容易結(jié)垢，有結(jié)晶的物料，因?yàn)榘迨剿蛇x用液流通道較大的塔板，堵塞的危險(xiǎn)較??；2021.03.09 歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.092021.03.09

歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.09d.在操作過(guò)程中伴隨有放熱或需要加熱的物料，需要在塔內(nèi)設(shè)置內(nèi)部換熱組件，如加熱盤(pán)管，需要多個(gè)進(jìn)料口或多個(gè)側(cè)線出料口。這是因?yàn)橐环矫姘迨剿慕Y(jié)構(gòu)上容易實(shí)現(xiàn)，此外，塔板上有較多的滯液以便與加熱或冷卻管進(jìn)行有效地傳熱；e.在較高壓力下操作的蒸餾塔仍多采用板式塔。1.1,1,3板式塔塔盤(pán)的類型與選擇1）塔板種類根據(jù)塔板上氣、液兩相的相對(duì)流動(dòng)狀態(tài)，板式塔分為穿流式和溢流式。目前板式塔大多采用溢流式塔板。穿流式塔板操作不穩(wěn)定，彳艮少使用。2）各種塔盤(pán)性能比較工業(yè)上需分離的物料及其操作條件多種多樣，為了適應(yīng)各種不同的操作要求，迄今已開(kāi)發(fā)和使用的塔板類型繁多。這些塔板各有各的特點(diǎn)和使用體系，現(xiàn)將幾種主要塔板的性能比較。表83塔板性能的比較塔盤(pán)類型 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 適用場(chǎng)合1罩板R~~較成熟、操作穩(wěn)定結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高、塔~~特別容易堵塞的物系浮閥板 板阻力大、處理能力小效率高、操作范圍寬浮閥易脫落分離要求高、負(fù)荷變化大2021.03.09 歐陽(yáng)法創(chuàng)編

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2021.03.09篩板舌型板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、塔板效率高結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且阻力小易堵塞、操作彈性較小操作彈性窄、效率低分離要求高、塔板數(shù)較多分離要求較低的閃蒸塔表84主要塔板性能的量化比較塔板類型生產(chǎn)能力塔板效率操作彈性壓降結(jié)構(gòu)成本泡罩板1.01.051復(fù)雜1浮閥板1.21.31.1~1.290.6一般0.70.9篩板1.21.41.130.5簡(jiǎn)單0.40.5舌型板1.31.51.130.8簡(jiǎn)單0.50.61.1.1.4填料塔填料的選擇塔填料是填料塔的核心構(gòu)件，它為氣液兩相間2021.03.09歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.09歐陽(yáng)法創(chuàng)編熱、質(zhì)傳遞提供了有效的相界面，只有性能優(yōu)良的塔填料再輔以理想的塔內(nèi)件，才有望構(gòu)成技術(shù)上先進(jìn)的填料塔。因此，人們對(duì)塔填料的研究十分活躍。對(duì)塔填料的發(fā)展、改進(jìn)與更新，其目的在于改善流體的均勻分布，提高傳遞效率，減少流動(dòng)阻力，增大流體的流動(dòng)通量以滿足降耗、節(jié)能、設(shè)備放大、高純產(chǎn)品制備等各種需要。填料的幾何特性數(shù)據(jù)主要包括比表面積、空隙

率、填料因子等，是評(píng)價(jià)填料性能的基本參數(shù)。1)比表面積單位體積填料的填料表面積稱為比表面積，以a表示，其單位為m2/m3。填料的比表面積愈大，所提供的氣液傳質(zhì)面積愈大。因此，比表面積是評(píng)價(jià)填料性能優(yōu)劣的一個(gè)重要指標(biāo)。2)空隙率單位體積填料中的空隙體積稱為空2021.03.09 歐陽(yáng)法創(chuàng)編

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歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.09隙率，以；表示，其單位為m3/m3,或以％表示。填料的空隙率越大，氣體通過(guò)的能力越大且壓降低。因此，空隙率是評(píng)價(jià)填料性能優(yōu)劣的又一重要指標(biāo)。3）填料因子填料的比表面積與空隙率三次方的比值，即」.,；3,稱為填料因子，以小表示，其單位為1/m。它表示填料的流體力學(xué)性能，小值越小，表明流動(dòng)阻力越小。填料性能的優(yōu)劣通常根據(jù)效率、通量及壓降三要素衡量。在相同的操作條件下，填料的比表面積越大，氣液分布越均勻，表面的潤(rùn)濕性能越好，則傳質(zhì)效率越高；填料的空隙率越大，結(jié)構(gòu)越開(kāi)敞，則通量越大，壓降亦越低。國(guó)內(nèi)學(xué)者采用模糊數(shù)學(xué)方法對(duì)九種常用填料的性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)如表所示：表85九種常用填料的性能對(duì)比填料名稱評(píng)估值評(píng)價(jià)排序絲網(wǎng)波紋填料0.86很好1孔板波紋填料0.61相當(dāng)好2金屬Intalox0.59相當(dāng)好3金屬鞍形環(huán)0.57相當(dāng)好4金屬階梯環(huán)0.53一般好5金屬鮑爾環(huán)0.51一般好6^Intalox0.41較好7瓷鞍形環(huán)0.38略好8瓷拉西環(huán)0.36略好9填料的選擇包括確定填料的種類、規(guī)格及材質(zhì)等。所選填料既要滿足生產(chǎn)工藝的要求，又要使設(shè)備2021.03.09 歐陽(yáng)法創(chuàng)編

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2021.03.09歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.09歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.09投資和操作費(fèi)用最低。1.1.2塔型的結(jié)構(gòu)與選擇塔設(shè)備的總體結(jié)構(gòu)均包括：塔體、內(nèi)件、支座及附件。塔體是典型的高大直立容器，多由筒節(jié)、封頭組成。當(dāng)塔體直徑大于800mm時(shí)，各塔節(jié)焊接成一個(gè)整體；直徑小的塔多分段制造，然后再用法蘭連接起來(lái)。內(nèi)件是物料進(jìn)行工藝過(guò)程的地方，由塔盤(pán)或填料支承等件組成。支座常用裙式支座。附件包括人、手孔，各種接管、平臺(tái)、扶梯、吊柱等。圖81板式塔柱等。圖81板式塔11一吊柱；2—排氣口；3一回流液入口；4一精餾段塔盤(pán)；5—?dú)んw；6—進(jìn)料口；7一人孔；8—提餾段塔盤(pán)；9一進(jìn)氣口；10一裙座；11一排液口；12—裙座人孔圖82填料塔1一吊柱；2—排氣口；3一噴淋裝置；4—?dú)んw；5—液體再分配器；6—填料；7一卸填料人孔；8—支撐裝置；9—進(jìn)氣口；10一排液口；11一裙座；12—裙座人孔綜合塔型的選擇原則，考慮到各塔的操作壓力、操作溫度、處理負(fù)荷、物料性質(zhì)、前后設(shè)備的具體情2021.03.09 歐陽(yáng)法創(chuàng)編

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2021.03.09歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.09歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.09況以及工業(yè)上的經(jīng)驗(yàn)等，最終確定各塔的類型如表所示：表86塔型確定塔設(shè)備編號(hào)塔設(shè)備名稱設(shè)備類型備注C101裂解油預(yù)分塔填料塔填料類型選擇C102隔壁塔填料塔M250Y型規(guī)整填C103抽提塔填料塔料；C104溶劑回收塔填料塔C201BT塔填料塔C202二甲苯塔篩板塔（續(xù)表）C401平流雙段反應(yīng)耦合精餾塔篩板塔C501抽取液塔填料塔C502抽余液塔填料塔1.1.3填料塔的設(shè)計(jì)對(duì)抽提塔T0103進(jìn)行設(shè)計(jì)：抽提塔T0103是萃取精餾塔，操作壓力2bar，塔頂溫度93.9℃，塔底溫度179.0℃，理論塔板數(shù)40塊，兩股進(jìn)料，萃取劑環(huán)丁砜從塔頂進(jìn)入，原料C5?67從第36塊理論版，即第35塊塔板進(jìn)料，T0103的詳細(xì)計(jì)算過(guò)程如下文所述。1.1.3.1水力學(xué)參數(shù)獲得采用AspenPlus對(duì)C103添加PackSizing,選用MELLAPAK250Y型塔板，查詢填料手冊(cè)可知，該類2021.03.09 歐陽(yáng)法創(chuàng)編

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歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.09型塔板的特性總結(jié)如表所示：表87M250Y規(guī)整填料的特性數(shù)據(jù)填料型號(hào)填料規(guī)格填料表面材質(zhì)比表面積波紋傾角Mellapak250Y金屬薄片不銹鋼250m2/m345°水力直徑空隙率峰高金屬板片厚密度每米填料15mm度理論板數(shù)95%12.5mm0.2mm200m3/kg2.5填料因子等板高度持液量參數(shù)載點(diǎn)因子泛點(diǎn)因子3.2808m10.443.973.1572.464到水力學(xué)參數(shù)表后，從中選擇流量最大的塔板,作為設(shè)計(jì)的計(jì)算依據(jù)：表88AspenPlus模擬的T0103工藝要求StageTemperatureliquidfrom/℃Temperaturevaporto/℃Massflowliquidfrom/（kg/hr）Massflowvaporto/（kg/hr）37118.72387119.6598521927.4310904.7VolumeVolumeflowMolecularMolecularwtDensityliquidflowvaporto/wtliquidvaportofrom/liquid（m3/hr）from（kg/m3）from/（m3/hr）603.534357560.388.1967978.09038864.785DensityViscosityViscositySurfaceFoamingindexvaporto/liquidvaporto/cPtensionliquid（kg/m3）from/cPfrom（mN/m）5.4013730.3696770.0099121.706570.107851.1,3.2工藝尺寸概算1）泛點(diǎn)氣速與空塔氣速采用BainHougen關(guān)聯(lián)式，可以計(jì)算填料的泛點(diǎn)氣速2021.03.09 歐陽(yáng)法創(chuàng)編

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歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.09液相質(zhì)量流量T..,々.口”…二孔氣相質(zhì)量流量叫???；10F，L”"r氣相密度「-5」雙川：液相密度匚?%?"'：卬門(mén)江二液相黏度;丁一?。二JP空隙率二=：：,<.,填料因子巾&：：小■1比表面積二=：七門(mén)川2”.13重力加速度9'-；8J】n/:「對(duì)金屬孔板波紋填料，常數(shù)A=0.291,K=1.75,得泛點(diǎn)氣速：泛點(diǎn)率的選擇主要考慮一下兩方面的因素，一是物性的發(fā)泡情況，對(duì)于易起泡沫的物系，泛點(diǎn)率應(yīng)取低限值，而無(wú)泡沫的物系，可以取較高的泛點(diǎn)率；二是填料塔的操作壓力，對(duì)于加壓操作的塔，應(yīng)取較高的泛點(diǎn)率，對(duì)于減壓操作的塔，應(yīng)取較低的泛點(diǎn)率。考慮到石油組分可近似看做無(wú)泡沫物系，且為加壓操作，取泛點(diǎn)率：故空塔氣速.：_uHSi"/、。2）氣相動(dòng)能因子.廠與氣相負(fù)荷因子：2021.03.09 歐陽(yáng)法創(chuàng)編

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2021.03.09歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.09歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.09在工業(yè)設(shè)計(jì)中推薦的1.8?2.1的范圍之內(nèi)。3）塔徑計(jì)算塔橫截面積4）填料裝填計(jì)算等板高度取―理論板數(shù)'、1則填料層高度：填料堆積設(shè)計(jì)高度：填料裝填體積：填料裝填質(zhì)量：5）噴淋密度液體噴淋密度是指單位塔截面積上，單位時(shí)間內(nèi)噴淋的液體體積，單位是m3/（m2-h）。填料塔中汽液兩相的相間傳質(zhì)主要是在填料表面流動(dòng)的液膜上進(jìn)行的。要形成液膜，填料表面必須被液體充分潤(rùn)濕，而填料表面的潤(rùn)濕狀況取決于塔內(nèi)的液體噴淋密度以及填料材質(zhì)的表面潤(rùn)濕性能。查詢《工業(yè)塔新型規(guī)整填料應(yīng)用手冊(cè)》（劉乃鴻主編），在0?60m3/（m2?h）的范圍之內(nèi)，設(shè)計(jì)是合理的?？梢员ＷC填料的充分潤(rùn)濕，和一定的操作余量。2021.03.09 歐陽(yáng)法創(chuàng)編

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2021.03.09歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.09歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.09實(shí)際操作時(shí)，采用的液體噴淋密度應(yīng)大于最小噴淋密度。若噴淋密度過(guò)小，可用增大回流比或采用液體再循環(huán)的方法加大液體流量，以保證填料表面的充分潤(rùn)濕；也可采用減小塔徑予以補(bǔ)償；可采用表面處理方法，改善其表面的潤(rùn)濕性能。6）塔板壓降查詢《現(xiàn)代塔器技術(shù)》，可得干填料壓降：濕填料壓降：工作狀態(tài)下，填料層總壓降：工業(yè)上推薦的250丫孔板波紋填料的壓降范圍在0.25?0.32kPa/m之間，計(jì)算結(jié)果符合這一要求。7）持液量填料層的持液量是指在一定操作條件下，在單位體積填料層內(nèi)所積存的液體體積，以（m3液體/m3填料，%）表示，持液量可分為靜持液量、動(dòng)持液量和總持液量，總持液量是指在一定操作條件下存留于填料層中的液體的總量，即總持液量為動(dòng)靜持液量之和。關(guān)于持液量的計(jì)算既可由實(shí)驗(yàn)測(cè)定，也有相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)公式，通常金屬板波紋（如本設(shè)計(jì)使用的2021.03.09歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.09歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.092021.03.09歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.09歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.09Mellapak250Y,材質(zhì)304不銹鋼）的操作符合低于75%極限負(fù)荷時(shí)，其持液量為3?5%。通常持液量的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式主要關(guān)聯(lián)了雷諾數(shù)Re，弗勞德數(shù)Fr和填料的特性尺寸等。如持液量計(jì)算公式和BilletSchultes關(guān)聯(lián)式。8）接管原料進(jìn)料質(zhì)量流量：］.:.■ ，密度!.I ，為氣液混合進(jìn)料，取流速:.；：；??，,，管徑為：圓整取公稱直徑DN=400mm，同理，可以計(jì)算得到萃取劑進(jìn)料管直徑為200mm、塔頂出料管直徑為300mm、塔底出料管直徑為350mm、塔頂回流管直徑為250mm、塔底回流管的直徑為1000mm（可能過(guò)大）。設(shè)計(jì)水力學(xué)校核利用Cuptower,對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行水力學(xué)校核：2021.03.09 歐陽(yáng)法創(chuàng)編

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2021.03.09歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.092021.03.09歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.09圖83T0103的Cuptower校核輸入界面結(jié)果如下頁(yè)表中所示，塔頂和塔頂?shù)牟僮鳁l件都在填料塔全負(fù)荷的80%左右，氣體動(dòng)能因子在經(jīng)濟(jì)適宜的F范圍內(nèi)，噴淋密度符合范圍之內(nèi)，填料層總壓降為39.01mbar,持液量5%。軟件計(jì)算結(jié)果與手動(dòng)計(jì)算結(jié)果相似，進(jìn)一步驗(yàn)證了計(jì)算過(guò)程與結(jié)果的正確性，設(shè)計(jì)是合理的。2021.03.09 歐陽(yáng)法創(chuàng)編

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2021.03.09歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.09歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.09T0103的流體力學(xué)校核結(jié)果如表所示:（續(xù)表）表89T0103的Cuptower核算詳單（續(xù)表）基本信息1項(xiàng)目名稱2客戶名稱7塔板名3項(xiàng)目號(hào)8計(jì)算人4裝置名稱9校核人5塔的名稱1日期4/25/20211:226塔段號(hào)1AM11說(shuō)明2 工藝設(shè)計(jì)條件頂部底部氣相條件1質(zhì)量流量kg/h313782.1000310904.70002密度kg/m35.28045.40143體積流量m3/h59423.840057560.30004粘度cP0.00850.0099液相條件5質(zhì)量流量kg/h449514.4000521927.40006密度kg/m3792.6422864.78507體積流量m3/h567.1089603.53428粘度cP0.49400.36979表面張力mN/m21.753021.7066工藝計(jì)算結(jié)果1液泛分率%72.870.42氣體動(dòng)能因Pa0.51.931.893液體噴淋密m3/m2.h28.9030.754單位填料層mbar/m1.741.665空塔氣速m/s0.84110.81476泛點(diǎn)氣速m/s1.15541.15657氣體負(fù)荷因m/s0.06890.06468流動(dòng)參數(shù)/0.11690.13279填料層總壓mbar39.01降 塔的結(jié)構(gòu)參數(shù)2021.03.09 歐陽(yáng)法創(chuàng)編

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2021.03.09歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.09歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.091填料類型/M250Y6塔徑m5.002材質(zhì)/不銹鋼7填料層高m22.893比表面積m22508持液量%5.04空隙率/m98.89每米理論m12.505傾斜角°4510經(jīng)濟(jì)范Pa0.50.32.圍 52021.03.09 歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.092021.03.09歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.092021.03.09歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.09（續(xù)表）操作負(fù)荷性能圖頂部底部1操作點(diǎn)橫/0.11690.13272操作點(diǎn)縱m/s0.06890.06463備注設(shè)計(jì)強(qiáng)度校核T103操作壓力2bar,屬于低壓容器（0.1~1,6MPa）,塔頂溫度93.9℃,塔底溫度179.0℃,屬于常溫容器，因其設(shè)備體積龐大，負(fù)荷高，介質(zhì)微毒易燃，因此為第一類壓力容器。由計(jì)算和校核的結(jié)果，可取填料塔公稱直徑DN=5000mm公稱壓力PN=2bar=02Mp日在該溫度和壓力范圍內(nèi)，鋼材選用16MnR（Q345R），據(jù)經(jīng)驗(yàn)，大型化工容器采用16MnR制造，質(zhì)量可比用碳鋼減輕1/3。運(yùn)用SW6進(jìn)行塔體強(qiáng)度校核2021.03.09 歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.092021.03.09歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.09歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.09圖84T0103的SW6校核輸入界面之一計(jì)算報(bào)告簡(jiǎn)略如下，詳細(xì)塔校核報(bào)告見(jiàn)附帶源文件。表810內(nèi)壓圓筒校核報(bào)告表內(nèi)壓圓筒校核計(jì)算單 天津大學(xué)藍(lán)圖.TJU位計(jì)算所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn) GB150.3計(jì)算條件筒體簡(jiǎn)圖計(jì)算壓力Pc0.20MPa設(shè)計(jì)溫度t180.00C內(nèi)徑Di5000.00mm材料Q345R材）（板試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力185.00MPa設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力 t175.20MPa卜卜試驗(yàn)溫度下屈服點(diǎn)s325.00MPaiJ鋼板負(fù)偏差C10.30mm腐蝕裕量C22.00mm焊接接頭系數(shù)0.80厚度及重量計(jì)算（續(xù)表）2021.03.09 歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.09

2021.03.09歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.09歐陽(yáng)法創(chuàng)編天津大學(xué)藍(lán)圖.TJUGB150.3

天津大學(xué)藍(lán)圖.TJUGB150.3

橢圓封頭簡(jiǎn)圖計(jì)算厚度PD.-2[o]t^-Pc-3.57mm有效厚度e=nC1C2=15.70mm名義厚度n=18.00mm重量57468.53Kg壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核壓力試驗(yàn)類型液壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力值PT=1.25P皿=0.5183 （或由用[O]t戶輸入）MPa壓力試驗(yàn)允許通過(guò)的應(yīng)力水平TT0.90s=292.50MPa試驗(yàn)壓力下圓筒的應(yīng)力T=PJD+3）=103.49123飛eeMPa校核條件T T校核結(jié)果合格壓力及應(yīng)力計(jì)算最大允許工作壓力[Pw]=2yoM-0.87745（D+3e）MPa設(shè)計(jì)溫度下計(jì)算應(yīng)力P（D+3）t=c23e=31.95eMPat140.16MPa校核條件tNt結(jié)論合格表811上封頭校核報(bào)告表上封頭校核計(jì)算 計(jì)算單位計(jì)算所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)

計(jì)算條件計(jì)算壓力Pc0.22計(jì)算壓力Pc0.22MPa設(shè)計(jì)溫度t

內(nèi)徑Di―設(shè)計(jì)溫度t

內(nèi)徑Di―曲面深度hi

材料設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力t試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力鋼板負(fù)偏差C1180.00C5000.00 .mm1000.00 mm-Q345R（板材）175.20 MPa185.00MPa0.30mm腐蝕裕量C22.00腐蝕裕量C22.00mm2021.03.09 歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.092021.03.09

歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.09下封頭校核計(jì)算計(jì)算單位天津大學(xué)藍(lán)圖.TJU下封頭校核計(jì)算計(jì)算單位天津大學(xué)藍(lán)圖.TJU計(jì)算所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)GB150.3計(jì)算條件橢圓封頭簡(jiǎn)圖表812下封頭校核報(bào)告表計(jì)算壓力Pc0.30MPa設(shè)計(jì)溫度t180.00C內(nèi)徑Di5000.00mm曲面深度hi1165.00mm材料Q345R （板材）設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力 t175.20MPa試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力185.00MPa（續(xù)表）焊接接頭系數(shù)0.85壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核壓力試驗(yàn)類型液壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力值PT=1.25Pc皿=0.5157(或由用戶輸入)[o]tMPa壓力試驗(yàn)允許通過(guò)的應(yīng)力 tT0.90s=292.50MPa試驗(yàn)壓力下封頭的應(yīng)力T=p.(KD+0.53)=133.00/23.巾 eMPa校核條件T T校核結(jié)果合格厚度及重量計(jì)算形狀系數(shù)K=1Pfd丫]=1.37502+i16 2h1[IJ」計(jì)算厚度h=2[。KJcDi"=&93mm有效厚度eh=nhC1C2=15.70mm最小厚度min=15.00mm名義厚度nh=18.00mm結(jié)論滿足最小厚度要求重量3472.63Kg壓力計(jì)算最大允許工作壓力2[o]t幢[Pw]=KD+0.5寸=0.67938i eMPa結(jié)論合格2021.03.09 歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.092021.03.09

歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.09（續(xù)表）鋼板負(fù)偏差C10.30mm腐蝕裕量C22.00mm焊接接頭系數(shù)0.85壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核壓力試驗(yàn)類型液壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力值PT=1.25Pcg=0.5183（或由用戶輸入）[o]tMPa壓力試驗(yàn)允許通過(guò)的應(yīng)力 tT0.90s=292.50MPa試驗(yàn)壓力下封頭的應(yīng)力T=p.（KD+0.53）=107.04/23.0 eMPa校核條件T T校核結(jié)果合格厚度及重量計(jì)算形狀系數(shù)K=16[2+[D7L100812hJ計(jì)算厚度h--KpD--4.012[c]t。-0.5Pmm有效厚度eh-nhC1C2-15.70mm最小厚度min-15.00mm名義厚度nh-18.00mm結(jié)論滿足最小厚度要求重量3717.66Kg壓力計(jì)算最大允許工作壓力2[c]t03[Pw]-KD+0.533-0.84835i eMPa結(jié)論合格1.1.4填料塔內(nèi)件設(shè)計(jì)填料塔內(nèi)件主要有填料支撐裝置、填料壓緊裝置、液體分布裝置、液體收集再分布裝置等。合理地選用和設(shè)計(jì)塔內(nèi)件，對(duì)保證填料塔的正常操作及優(yōu)良的傳質(zhì)性能十分重要。液體分布裝置不良的流體初始分布難以達(dá)到填料層的自然流分布，會(huì)導(dǎo)致傳遞效率急劇下降，實(shí)踐證明，沒(méi)有良好的液體分布器，填料塔甚至不可能正常操作，新型高效填料的優(yōu)越性難以發(fā)揮。性質(zhì)優(yōu)良的液體分布器除了常規(guī)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)要求外，還必須滿足操作的可行性、分布的均勻性、合適的操作，彈性和足夠的氣流通道。2021.03.09 歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.092021.03.09

歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.09表811 常用液體分布器的特點(diǎn)工作

原理優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)多孔型布液裝置

借助孔口以上液層產(chǎn)

生的靜壓或管路的泵

送壓力，迫使液體從

小孔流出，注入塔內(nèi)。能夠提供足夠均勻的

液體分布和空出足夠

大的氣體通道（自由

截面一般在70%以

上），便于分塊安

裝。分布器的小孔易被沖溢流型布液裝置進(jìn)入布液裝置的液體超過(guò)堰口高

度時(shí)，依靠液體的自重通過(guò)堰口

流出，并沿著溢流管（槽）壁呈

膜狀留下，淋灑至填料層上。操作彈性大，不易堵塞，操作可

靠和便于分塊安裝。分類工作

原理優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)多孔型布液裝置

借助孔口以上液層產(chǎn)

生的靜壓或管路的泵

送壓力，迫使液體從

小孔流出，注入塔內(nèi)。能夠提供足夠均勻的

液體分布和空出足夠

大的氣體通道（自由

截面一般在70%以

上），便于分塊安

裝。分布器的小孔易被沖溢流型布液裝置進(jìn)入布液裝置的液體超過(guò)堰口高

度時(shí)，依靠液體的自重通過(guò)堰口

流出，并沿著溢流管（槽）壁呈

膜狀留下，淋灑至填料層上。操作彈性大，不易堵塞，操作可

靠和便于分塊安裝。分類蝕或堵塞。多孔直管式噴淋器;多管式噴淋器;排管式噴淋器；環(huán)管式噴淋器；.溢流盤(pán)式布液器;.溢流槽式布液器。.篩孔盤(pán)式分布器；.可拆型槽盤(pán)氣液分

布器；.蓮蓬頭噴灑器。通過(guò)對(duì)（重力推動(dòng)）排管式、（壓力推動(dòng)）排管式、環(huán)管式、（圓形升氣管）孔盤(pán)式、（矩形升氣管）孔盤(pán)式、堰盤(pán)式、堰槽式等7種通用型典型的液體分布器性能對(duì)比，最終選定采用噴淋密度范圍/H'k、適用于大塔徑、高處理能力的堰槽式液體分布器，堰槽式液體分布器還有諸如堵塞可能性小、對(duì)氣流阻力小、分布受腐蝕的能力小、分布質(zhì)量較好的優(yōu)點(diǎn)，堰槽式液體分布器的缺點(diǎn)在于其受不水平度的影響很大，需要在安裝時(shí)嚴(yán)格保證水平，并且做好固定設(shè)施。按一般要求，設(shè)計(jì)保證水平度最大偏差不大于5mm。為了保證塔器水平度的穩(wěn)定，設(shè)計(jì)了較高的槽高。因?yàn)椴僮髫?fù)荷較大，且要保證一定的余量，設(shè)計(jì)一級(jí)槽高度為360mm。在塔間進(jìn)料位置，因進(jìn)料負(fù)荷量更大，適當(dāng)加高堰槽高度和材料強(qiáng)度。2021.03.09歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.09歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.092021.03.09歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.09歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.09圖85堰槽式液體分布器設(shè)計(jì)平面圖液體收集與再分布裝置按照也「加「推薦的標(biāo)準(zhǔn)，取以下三條中最低值作為再分布分段高度：填料高度7m；相當(dāng)于20塊理論板或傳遞單元數(shù)的高度；6?8倍塔徑高度。計(jì)算得到的填料裝填高度21.1mm，因此將填料層分為4段；其中精餾段填料高度18.9m，分為三段，每段填料層高度為6.3m；提餾段填料高度2.2m，單獨(dú)作為一段。4段填料層需要3套液體收集與再分布裝置。液體再分布器由集液器與常規(guī)液體分布器組合而得，無(wú)論是簡(jiǎn)單的再分布，還是兼有中間加料或出料的再分布，均能達(dá)到理想的效果，而且氣流通量大，阻力小，很適用于大塔徑。液體收集裝置選用遮板式液體收集器，液體收集器需要從人孔裝入塔中，因此要做成分體式結(jié)構(gòu)，集液盤(pán)三片制成一體，進(jìn)塔后組裝成整體。對(duì)于我們大直徑、大液量的填料塔，采用雙流式結(jié)構(gòu)，集液槽由周邊槽和橫槽組成，周邊槽和橫槽相同，收集的液體由橫槽導(dǎo)液管流入再分布器。填料支撐板格柵式支撐板最適合于規(guī)整填料的支撐，其空隙率比較大，采用金屬材料，其空隙率在95%?97%范圍。格柵式支撐板是由一定數(shù)量柵條平行排列而成，為便于安裝和使用，將柵條分組連接成格柵塊，再安裝于支撐面上，每塊的大小設(shè)計(jì)合理，以便從人孔送入塔內(nèi)。填料床層固定裝置對(duì)于規(guī)整填料的固定，需要結(jié)合床層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來(lái)設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)采用波紋板填料，在填料層頂面垂直于板片方向，設(shè)置一定數(shù)量的壓條來(lái)防止填料盤(pán)向上松動(dòng)，壓條采用扁鋼制作，豎直放置，組成格柵壓圈，并將其用螺栓固定在塔壁上。這種方法簡(jiǎn)單、可靠，又幾乎不影響氣液流動(dòng)和分布。2021.03.09 歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.09

2021.03.09歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.09歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.09除霧裝置在通過(guò)兩相的密切接觸和分離以促進(jìn)相見(jiàn)組分的傳遞，達(dá)到液體輕重組分分離的目的的同時(shí)，在離開(kāi)填料塔的氣相中，會(huì)夾帶一定數(shù)量、大小不等的液滴，但是除霧裝置大多應(yīng)用在吸收塔中，防止排出的氣體夾帶吸收有毒或有用組成成分的小液滴。對(duì)于應(yīng)用于精餾的填料塔，一般不必添加除霧裝置，因?yàn)榧词顾?nèi)液滴隨氣體排出塔頂，依舊會(huì)在冷凝器中冷卻，再次回流到精餾塔中。氣體分布裝置由于塔填料是一個(gè)低壓降的傳質(zhì)設(shè)備，依靠氣相的自分布在填料塔內(nèi)很難達(dá)到均勻分布。尤其對(duì)于大型的填料塔，一旦氣相在塔內(nèi)分布不均勻，勢(shì)必影響到大型填料塔的分離或傳熱效果。對(duì)于大型填料塔，北洋國(guó)家精餾技術(shù)工程發(fā)展有限公司在實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐基礎(chǔ)上改進(jìn)并研制了大量綜合性能優(yōu)良的氣體初始分布器。其中包括新型雙切向環(huán)流進(jìn)氣分布器、新型雙列葉片進(jìn)氣初始分布器以及輻射式進(jìn)氣初始分布器等，在本次設(shè)計(jì)中，采用的是新型雙切向環(huán)流進(jìn)氣分布器。大型精餾塔常用的再沸器為熱虹吸式再沸器，再沸氣體從塔底進(jìn)入精餾塔時(shí)，氣量特別大，因此采用雙切向環(huán)流。氣體經(jīng)過(guò)梯級(jí)排列的導(dǎo)氣板，向下流動(dòng)，再?gòu)乃闹胁可仙_(dá)到均勻分布的目的。塔設(shè)備設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)依據(jù)《F1型浮閥》 JBT1118《鋼制壓力容器》 GB1501998《鋼制塔式容器》 JB471092《碳素鋼、低合金鋼人孔與手孔類型與技術(shù)條件》 HG2151495《鋼制壓力容器用封頭標(biāo)準(zhǔn)》 JB/T2021.03.09 歐陽(yáng)法創(chuàng)編

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2021.03.09歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.09歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.094746《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》 GB18306《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》 GB50009概述石化行業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)中能耗較高的產(chǎn)業(yè)部門(mén)，其能耗占工業(yè)能耗接近1/5，占全國(guó)總能耗的14%左右。在目前占有工業(yè)能耗接近五分之一的石化行業(yè)中，較大的能耗主要來(lái)源于化學(xué)原料及化學(xué)制品制造業(yè)能耗、石油天然氣開(kāi)采業(yè)能耗、石油加工、煉焦及核燃料加工業(yè)能耗、橡膠制品業(yè)能耗。而在化工生產(chǎn)中分離的能耗占主要部分，塔設(shè)備的投資費(fèi)用占整個(gè)工藝設(shè)備費(fèi)用的25.93%。塔設(shè)備所耗用的鋼材料重量在各類工藝設(shè)備中所占的比例也較多，例如在年產(chǎn)250萬(wàn)噸常壓減壓煉油裝置中耗用的鋼材重量占62.4%，在年產(chǎn)60120萬(wàn)噸催化裂化裝置中占48.9%。因此，塔設(shè)備的設(shè)計(jì)和研究，對(duì)石油、化工等工業(yè)的發(fā)展起著重要的作用。塔型的選擇塔主要有板式塔和填料塔兩種，它們都可以用作蒸餾和吸收等氣液傳質(zhì)過(guò)程，但兩者各有優(yōu)缺點(diǎn)，要根據(jù)具體情況選擇。a.填料塔與板式塔的比較：a.板式塔。塔內(nèi)裝有一定數(shù)量的塔盤(pán)，是氣液接觸和傳質(zhì)的基本構(gòu)件；屬逐級(jí)（板）接觸的氣液傳質(zhì)設(shè)備；氣體自塔底向上以鼓泡或噴射的形式穿過(guò)塔板上的液層，使氣液相密切接觸而進(jìn)行傳質(zhì)與傳熱；兩相的組分濃度呈階梯式變化。b.填料塔。塔內(nèi)裝有一定高度的填料，是氣液接觸和傳質(zhì)的基本構(gòu)件；屬微分接觸型氣液傳質(zhì)設(shè)備；液體在填料表面呈膜狀自上而下流動(dòng)；氣體呈連續(xù)相自下而上與液體作逆流流動(dòng)，并進(jìn)行氣液兩相的傳質(zhì)和傳熱；兩相的組分濃度或溫度沿塔高連續(xù)變化。2021.03.09 歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.09

2021.03.09歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.09歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.09b.塔型選擇一般原則：選擇時(shí)應(yīng)考慮的因素有：物料性質(zhì)、操作條件、塔設(shè)備性能及塔的制造、安裝、運(yùn)轉(zhuǎn)、維修等。1）下列情況優(yōu)先選用填料塔：a.在分離程度要求高的情況下，因某些新型填料具有很高的傳質(zhì)效率，故可采用新型填料以降低塔的高度；b.對(duì)于熱敏性物料的蒸餾分離，因新型填料的持液量較小，壓降小，故可優(yōu)先選擇真空操作下的填料塔；c.具有腐蝕性的物料，可選用填料塔。因?yàn)樘盍纤刹捎梅墙饘俨牧希缣沾?、塑料等；d.容易發(fā)泡的物料，宜選用填料塔。2）下列情況優(yōu)先選用板式塔：a.塔內(nèi)液體滯液量較大，操作負(fù)荷變化范圍較寬，對(duì)進(jìn)料濃度變化要求不敏感，操作易于穩(wěn)定；b.液相負(fù)荷較?。籧.含固體顆粒，容易結(jié)垢，有結(jié)晶的物料，因?yàn)榘迨剿蛇x用液流通道較大的塔板，堵塞的危險(xiǎn)較??；d.在操作過(guò)程中伴隨有放熱或需要加熱的物料，需要在塔內(nèi)設(shè)置內(nèi)部換熱組件，如加熱盤(pán)管，需要多個(gè)進(jìn)料口或多個(gè)側(cè)線出料口。這是因?yàn)橐环矫姘迨剿慕Y(jié)構(gòu)上容易實(shí)現(xiàn)，此外，塔板上有較多的滯液以便與加熱或冷卻管進(jìn)行有效地傳熱；e.在較高壓力下操作的蒸餾塔仍多采用板式.表97填料塔與板式塔比較項(xiàng)目填料塔板式塔壓降小尺寸填料，壓降較大，大尺寸及規(guī)整填料，壓降較小。較大空塔氣速小尺寸填料氣速較小，大尺寸及規(guī)整填料氣速較大。較大塔效率傳統(tǒng)填料，效率較低，新型亂堆及規(guī)整填料效率較高。較穩(wěn)定、效率較高液氣比對(duì)液體量有一定要求。適用范圍較大持液量較小較大安裝、檢修較難較容易材質(zhì)金屬及非金屬材料均可一般用金屬材料2021.03.09 歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.09

2021.03.09歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.09歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.09造價(jià)新型填料，投資較大大直徑時(shí)造價(jià)較低綜合考慮，本項(xiàng)目采用板式塔。c.塔盤(pán)的類型與選擇1）板式塔塔板種類：根據(jù)塔板上氣、液兩相的相對(duì)流動(dòng)狀態(tài)，板式塔分為穿流式和溢流式。目前板式塔大多采用溢流式塔板。穿流式塔板操作不穩(wěn)定，很少使用。2）各種塔盤(pán)性能比較：工業(yè)上需分離的物料及其操作條件多種多樣，為了適應(yīng)各種不同的操作要求，迄今已開(kāi)發(fā)和使用的塔板類型繁多。這些塔板各有各的特點(diǎn)和使用體系，現(xiàn)將幾種主要塔板的性能比較。從比較各表可以看出：篩板塔在蒸汽負(fù)荷、操作彈性、效率和價(jià)格等方面都比泡罩塔更適合萃取，結(jié)合本項(xiàng)目實(shí)際情況，初步選擇篩板塔。表98塔板性能的比較、塔盤(pán)類型優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)適用場(chǎng)合泡罩板較成熟、操作穩(wěn)定結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高、塔板阻力大、處理能力小特別容易堵塞的物系浮閥板效率高、操作范圍寬浮閥易脫落分離要求高、負(fù)荷變化大篩板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、塔板效率高易堵塞、操作彈性較小分離要求高、塔板數(shù)較多舌型板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、塔板阻力小操作彈性窄、效率低分離要求較低的閃蒸塔表99主要塔板性能的量化比較塔板類型塔板效率處理能力操作彈性壓降結(jié)構(gòu)成本泡罩1.01.051復(fù)雜1篩板1.21.41.430.5簡(jiǎn)單0.40.5浮閥板1.21.31.590.6一般0.70.9舌型板1.11.21.530.8簡(jiǎn)單0.50.6板式塔的計(jì)算a.設(shè)計(jì)計(jì)算1. 塔徑計(jì)算2021.03.09 歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.09

2021.03.09歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.09歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.09P,一P“U—C—LV~

maxVp

YV其中，Pl是液相密度，kg/m3；pV為氣相密度，kg/m3；umax為極限空塔氣速，m/s；C為負(fù)荷因子，m/s。負(fù)荷因子與氣液負(fù)荷、物性及塔板結(jié)構(gòu)有關(guān)，一般由實(shí)驗(yàn)確

定。Smith等人匯集了各種塔的數(shù)據(jù)，整理成為負(fù)荷因子與諸影響

因素的關(guān)系曲線，如圖81所示。圖中反映液滴沉降空間高

度對(duì)負(fù)荷因子的影響。橫坐標(biāo)幺（幺）1/2為量綱為一的比值，成為

VPv液氣動(dòng)能參數(shù)，它反映液氣兩相的負(fù)荷與密度對(duì)負(fù)荷因子的影響。從圖中可看出，對(duì)一定的分離物系和液氣負(fù)荷越大，C值越大，極限空塔氣速也越大，這是因?yàn)殡S著分離空間增大，液沫夾帶減少，允許的最大氣速就可以增高。設(shè)計(jì)中，板上液層高度由設(shè)計(jì)者選定，對(duì)常壓塔一般為0.050.1m（通常取0.050.08m）。圖95是按液體表面張力為20mN/m的物系繪制的，因此當(dāng)所處理的物系表面張力為其他值，應(yīng)按下式進(jìn)行校正。0.2°L為操作物系的液體表面張力，°L為操作物系的液體表面張力，mN/m圖98史密斯關(guān)聯(lián)圖L井、 80.98904.68xf(L)1/2= ( )1/2=0.12匕p24283.60.69取板間距為0.6m，板上液層高度為0.08m，則'一hL=0.6一0.08=0.52mC20=0.11m/s2021.03.09 歐陽(yáng)法創(chuàng)編

2021.03.092021.03.09歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.09歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.09‘?！狤r20(‘。—Er20(20)0.2 (57.89)=0.11——-I20)0.2=0.136m/s求得極限空塔氣速后，考慮到降液管要占去部分面積，因此實(shí)際的操作空塔氣速應(yīng)該乘上安全系數(shù)。安全系數(shù)的選取與分離物系的發(fā)泡程度密切相關(guān)。對(duì)不易發(fā)泡的物系，可取較高的安全系數(shù)；對(duì)于易發(fā)泡的物系，可取較低的安全系數(shù)。根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，操作空塔氣速為u=(0.6—0.8)umaxP-P 904.68—0.69u=C'—e =0.136, =4.92m/smaxp pV 0 0.69:獷 :-4x24283.6-4t，——s=3 :獷 :-4x24283.6-4t，——s=3 =1.7m、冗u\3.14x2.952x3600D=估算出塔徑后要進(jìn)行圓整，常用標(biāo)準(zhǔn)塔徑為400、500.600.700、800、1000、1200、1400、1600、2000、2200mm等等。最終圓整為D=2m值得注意的是，精餾段提餾段的氣液負(fù)荷是不一樣的，因此要分別進(jìn)行計(jì)算，如果兩者相差不大則以大的塔徑為準(zhǔn)，如果相差比較大要使用變徑塔。塔截面積冗A=—D2=3.14m2空塔氣速坨且二2.15坨且二2.15m/sA3600x3.14.溢流裝置計(jì)算根據(jù)圖82,可選取單溢流弓形降液管，采用凹形受液盤(pán)。各項(xiàng)計(jì)算如下。2021.03.09 歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.092021.03.09

歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.09塔D'nam港體流地5八號(hào)礁單溢流雙/流階林式雙源流1000<4514D0<9<70加。口<1L<0090-1603DOD<11<110J10-2W0ZffO--3DO4000<11<110110-230230—3505000<11<110110?處”1DO6O0D<11<11[]250-圖99溢流類型和液體流量與塔徑的關(guān)系(1)堰長(zhǎng)lw溢流堰設(shè)置在塔的出口處，是維持板上有一定高度的液層并使液體在板上均勻流動(dòng)的裝置。將降液管的上端高出塔板版面即形成溢流堰。降液管端面高出塔板板面的距離成為堰高，以hw表示。弓形溢流管的弦長(zhǎng)成為堰長(zhǎng)，以lw表示。溢流堰板的形狀由平直形與齒形兩種。堰長(zhǎng)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定。單溢流l=(0.6—0.8)Dlw=0.6D=0.6義2=1.2m(2)溢流堰高度hw板上清液層高度為堰高和堰上液層高度之和，即YhJhOW于是堰高可由板上清液層高毒和堰上液層高度來(lái)確定。堰上液層高度對(duì)塔板的操作性能有很大影響。堰上液層高度太小，會(huì)造成液體在堰上分布不均，影響傳質(zhì)效果，該高度應(yīng)大于6mm，若小于此值應(yīng)采用齒形堰。若太大，會(huì)增大塔板壓降以及也沫夾帶量。一般設(shè)計(jì)是該值不能大于6070mm，超過(guò)此值時(shí)可采用雙溢流形式。how可由下式計(jì)算。E由圖83選取。根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，取1時(shí)引起的誤差能滿足工程設(shè)計(jì)要求。how2.841000Ehow2.841000E(Lh))2/3w2.84,80.98、 ( )2/3=0.047m10001.2h=h^-h=0.08-0.047=0.033m2021.03.09 歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.092021.03.09

歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.09圖910液流收縮系數(shù)計(jì)算圖(3)降液管寬度Wd和截面積Aflw/D=0.6查下圖98可得=0.53w—D-w—D-=0.11可得A=0.053A=0.053x3.14=0.166m2W=0.11D=0.11x2=0.22mD液體在降液管中應(yīng)停留足夠長(zhǎng)時(shí)間使得液體中夾帶的氣泡得以分離。由實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可知，液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間不應(yīng)該少于35s，對(duì)于高壓下操作的塔以及易起泡體系停留時(shí)間應(yīng)更長(zhǎng)一些。為此，在確定降液管尺寸，應(yīng)按照下式計(jì)算停留時(shí)間，即3600x0.166x0.680.98=4.53600x0.166x0.680.98=4.5s>3s2021.03.09 歐陽(yáng)法創(chuàng)編

2021.03.092021.03.09歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.09歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.09圖911弓形降液管的參數(shù)(4)降液管底隙高度h0降液管底隙高度是指降液管底邊與塔板間的距離。確定它的原則是，保證液體夾帶的懸浮固體在通過(guò)底隙是不致沉降下來(lái)堵塞通道；同時(shí)又要有良好的液封，防止氣體通過(guò)降液管造成短路。一般按下式計(jì)算：h=—L—= 8098 =0.074m036001u0 3600義1.2*0.25其中，u0是液體通過(guò)底隙時(shí)的流速，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般取u'=(0.07—0.25)m/s降液管底隙高應(yīng)低于出口堰高度才能保證降液管有良好的液封，一般應(yīng)低于6mm。h-h0=0.08-0.074=0.006m降液管底隙高度一般不小于2025mm，否則易于堵塞，造成液泛。在設(shè)計(jì)中，對(duì)直徑較小的塔：h=25-30mm0對(duì)直徑較大的塔：2021.03.09 歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.09

2021.03.09歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.09歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.09h>40mm故降液管底隙設(shè)計(jì)合理，選用凹形受液盤(pán)，深度80mm。.塔板布置a.鼓泡區(qū)。鼓泡區(qū)為圖45中虛線以內(nèi)的區(qū)域，是板面上開(kāi)孔區(qū)域，為塔板上氣液接觸的有效區(qū)域。b.溢流區(qū)。溢流區(qū)為降液管及受液盤(pán)所占的區(qū)域。c.安定區(qū)。鼓泡區(qū)與溢流區(qū)之間的區(qū)域稱為安定區(qū)。此區(qū)域不開(kāi)氣道，其作用有兩方面：第一，液體進(jìn)入降液管之前，有一段不鼓泡的安定地帶，以免液體大量夾帶氣泡進(jìn)入降液管。而是在液體入口處，由于板上液面落差，液層較厚，有一段不開(kāi)孔的安全地帶，可以減少漏液量。安定區(qū)的寬度以W表示，可按下述范圍選??；D<1.5m，W=60-75mmD>1.5m，W=80-110mmd.無(wú)效區(qū)。無(wú)效區(qū)為靠近塔壁的一圈邊緣區(qū)域，這個(gè)區(qū)域提供支持塔板的邊梁之用，其寬度視塔板的支撐需要而定，小塔一般為3050mm，大塔一般為5070mm。為防止液體經(jīng)無(wú)效區(qū)流過(guò)而產(chǎn)生短路現(xiàn)象，可在塔板上沿塔壁設(shè)置擋板。2021.03.09 歐陽(yáng)法創(chuàng)編

2021.03.092021.03.09歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.09歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.09圖912塔板的結(jié)構(gòu)因塔徑大于1.5m,可選取卬「°」m,卬=0.06m.篩孔計(jì)算以及排列篩孔的直徑是硬性氣相分散和氣液接觸重要工藝尺寸。工業(yè)篩板的直徑推薦使用45mm。篩孔直徑太小，加工制造困難，且易堵塞。篩孔的加工一般使用沖壓法，故確定篩孔直徑時(shí)應(yīng)根據(jù)塔板材料及厚度考慮加工的可能性。對(duì)于碳鋼塔板，板厚為34mm，孔徑不應(yīng)小于板厚；對(duì)于不銹鋼塔板，板厚為22.5mm，孔徑不應(yīng)小于（1.52）倍板厚。本例所處理的是無(wú)腐蝕物系，可選用厚度4mm，孔徑6mm的碳鋼板。篩孔按正三角形排列。相鄰倆篩孔中心的距離稱為孔中心距，以t表示，一般等于（2.55）倍孔徑，t過(guò)小使氣流相互干擾，過(guò)大則鼓泡不均勻，都會(huì)影響傳質(zhì)效率。推薦值口4二3一4當(dāng)采用正三角形排列時(shí)，篩孔數(shù)目可用下式計(jì)算1.155A12其中，士為鼓泡區(qū)面積對(duì)單溢流塔板，鼓泡區(qū)面積可用下式計(jì)算4c,匚 7，8r2. .r、A=2(x\：r2-x2+180sin-1—)其中,x=D-(W+W)=1—(0.22+0.1)=0.68m2Ds'r=D-W=1-0.06=0.94m2cA=2(0.68<0.942-0.682+-0.942sin-10.94)=2.16m2a 180 0.68n=3=L155*2.16=11088

12 0.0152開(kāi)孔率為塔板上篩孔總面積和鼓泡區(qū)面積的比值。當(dāng)篩孔按正三角形排列時(shí)，可用下式計(jì)算。2021.03.09 歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.09

2021.03.09歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.09歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.09。=0.907(幺)2=0.907x(竺竺)2=0.1t 0.018b.流體力學(xué)驗(yàn)算塔板流體力學(xué)驗(yàn)算的目的在于檢驗(yàn)初步設(shè)計(jì)的踏板能否在較高的效率下正常擦，驗(yàn)算中若發(fā)現(xiàn)不合要求的地方，應(yīng)對(duì)相關(guān)工藝尺寸進(jìn)行調(diào)整直到符合要求為止。.塔板壓降習(xí)慣上，常把壓力降以塔內(nèi)液柱高度來(lái)表示。氣體通過(guò)一層塔板的壓降為h=h+h+h第一項(xiàng)為氣體通過(guò)每層篩板的壓力降，第二項(xiàng)為氣體克服干板阻力所產(chǎn)生的壓力降，第三項(xiàng)為氣體克服液體表面張力所產(chǎn)生的壓力降。都以m為單位。干板壓降通過(guò)下式估計(jì)，其中％是氣體通過(guò)篩孔的速度，°0是流量系數(shù)，當(dāng)孔徑小于10mm時(shí)，可由圖4查出，當(dāng)孔徑大于10mm時(shí)，可由圖4查出的值乘以1.15得到。h=0.051(4)2(4)[1-(&)2]c cpA通常篩孔的開(kāi)孔率為百分之五到十五，A[1-(-0)2]氏1

Aa所以該式簡(jiǎn)化為h=0.051(u0)2(4)

c cp0L氣體通過(guò)篩孔的速度為Vu= sVu= s——0兀一d2n由于查圖910得=21.52m/s/兀 ,3600x_x0.0062x110884d/5=6/4=1.50c0=0.78所以2021.03.09 歐陽(yáng)法創(chuàng)編

2021.03.092021.03.09歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.09歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.0921.52、21.52、/0.692、h=0.051( )2( )=0.03mc0.78 904.68氣體通過(guò)充氣液層的壓降由下式計(jì)算，即h=0h=P(h+h)其中P為充氣系數(shù)，反映板上液層充氣程度的因素。可以從圖911查取，通常可取0.50.6.圖中F為氣相動(dòng)能因子，詼：三，；二；」，定義式如下；，.、為通過(guò)有效傳質(zhì)區(qū)的氣速，m/s。u=——24竺四——2.27m/s

a八丁-A^ 3600x(3.14-0.166)F0二u風(fēng)=2.2770.692=1.89kg1/2/(smg查圖可得P=0.56 .h=p(h+h)=0.56x(0.033+0.047)=0.0448m2021.03.09 歐陽(yáng)法創(chuàng)編

2021.03.092021.03.09歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.09歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.09液體表面張力所產(chǎn)生的壓降由下式估算：4 40h= -。P1gd0該值很小，可忽略不計(jì)、h=h+h+1=0.03+0.0448=0.0748mAp=hpg=0.0748x904.68x9.81=663.84Pa.液面落差篩板上沒(méi)有凸起的氣液接觸原件，液體流動(dòng)阻力小，故液面落差小，通?？珊雎圆挥?jì)。只有液體流量很大以及液體流程很長(zhǎng)時(shí)，才需要考慮液面落差。.液泛液泛分為降液管液泛和液沫夾帶液泛兩種情況。在篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算中通常對(duì)降液管液泛進(jìn)行計(jì)算。為防止液泛，應(yīng)保證降液管內(nèi)泡沫液體總高度不能超過(guò)上層塔板的出口堰，即：H^<9(Ht+h)中為安全系數(shù)，對(duì)易發(fā)泡體系，9=0.3-0.5。對(duì)于不宜發(fā)泡物系，9=0.6—0.7。這里取0.6.9(\+h)=0.6x(0.6—0.08)=0.312七=h+hL+hd板上不設(shè)進(jìn)口堰，則 '2021.03.09 歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.092021.03.09

歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.09hd=0.153(u0')2=0.153x0.252=0.0096m九=h+hL+h,=0.0748+0.08+0.0096=0.1644mH<9(H+h)=0.312故不會(huì)發(fā)生液泛4.漏液當(dāng)氣體通過(guò)篩孔的流速較小，氣體的動(dòng)能不足以阻止液體向下流動(dòng)時(shí)，便會(huì)發(fā)生漏液現(xiàn)象。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)相對(duì)漏液量小于百分之十時(shí)對(duì)塔板效率影響不大，這時(shí)的氣速稱為漏液點(diǎn)氣速，它是塔板氣速操作的下限，以u(píng)0,min表示。漏液量與氣體通過(guò)篩板的動(dòng)能因子有關(guān)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)觀測(cè)，篩板塔相對(duì)漏液量為百分之十時(shí)，動(dòng)能因子F=8-10。0u0,min鼠=2°_=u0,min鼠=2°_=12.02m/s吠Vu

0K=u^-

u0,min0.692=21.52二工791.5<K<2，故明顯漏液。5.液沫夾帶液沫夾帶造成液相在塔板間的返混，為保證板效率的基本穩(wěn)定，通常將液沫夾帶量限制在一定范圍內(nèi)，設(shè)計(jì)中規(guī)定液沫夾帶量e^<0.1kg液體/kg氣體。5.7x10-6 u、 5.7x10-6 2.27、 ( ?——)3.2= ( )3.2=0.025kg液體/kg氣體。H-h 57.88x10-30.6-0.2L Tf液沫夾帶量在允許范圍之內(nèi)。c.塔板負(fù)荷性能圖.漏液線根據(jù)u0.=12.02m/s故V=-d2nu =-x0.0062x11088x12.02=3.77m3/ss.min400,min4據(jù)此可作出與液體流量無(wú)關(guān)的水平漏液線1..液沫夾帶線2021.03.09 歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.092021.03.09歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.09歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.095.7X10-5.7X10-6(—^a—H-hTfV s )3.2A-A3.14-0.1662.974f=2.5h=2.5(h+h)h=0.033how2.841000Ehow2.841000E(L)2/3w2.84L ()2/3=2.5X10-3L2/310001.2 s5.7X10-6h=5.7X10-6h=0.033+2.5X10-3L2/3(u、 5.7X10-6 V( a——)3.2= ( s )3.2=0.1H-h 57.88X10-32.974x(0.567-2.5x10-3L2/3)Tf s由上式即可做出液沫夾帶線23.液相負(fù)荷下限線對(duì)于平直堰，取堰上液層高度h=0.006作為最小液體負(fù)荷標(biāo)

ow準(zhǔn)。how2.841000how2.841000E(L)2/3=0.006w取E=1,則Ls,min0.006Ls,min0.006X10002.84)3/2x1.2=3.68m3/h據(jù)此可作出與氣體流量無(wú)關(guān)的垂直液相負(fù)荷下限線。.液相負(fù)荷上限線以0=5s作為液體在降液管中停留時(shí)間的下限0二AH二5LsLs,minLs,minAH50.166x0.6 =0.02m3/s據(jù)此可作出與氣體流量無(wú)關(guān)的垂直液相負(fù)荷上限線。.液泛線Ld=phh—h+h2021.03.09歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.09歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.092021.03.09歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.09歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.09聯(lián)立①H+(①-0-1)。=(P+1)h+h+h+h整理得a'V2=b'-c'L2-d'L2/30.051?、 (—)二0.051?、 (—)二(A0c0)2pL0.0510.692(兀4*0.0062*11088*0.78)2(904.68)=0.0002b'=中H+(①一0-1)h=0.6*0.6+(0.6-0.56-1)*0.033=0.3283T wc，=0.153/(lh)2=—0153—=19.4w0 (1.2x0.074)2d'=2.84x10-3E(1+0)(3600)2/3=2.84x10-3x(1+0.56)(3600)2/3=0.92l 1.2帶入原式可得0.0002V2=0.3283-19.4L2-0.92L2/3然后可作出液泛線。。操作線位于五條曲線之間，且有一定的彈性空間，設(shè)計(jì)合理。把設(shè)計(jì)結(jié)果列于下表：表910塔T201設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果塔徑D/m213安定區(qū)寬度Ws/m0.1板間距HT/m0.614邊緣區(qū)寬度Wc/m0.06溢流形式單溢15鼓泡區(qū)面積Aa/m2.16降液管形式弓形16開(kāi)孔率0.1堰長(zhǎng)lw/m1.217空塔氣速u/(m/s)2.15堰高h(yuǎn)w/m0.03318篩孔氣速u0/(m/s)21.52板上液層高度hL/m0.0819穩(wěn)定系數(shù)K1.79堰上液層高度how/m0.04720每層塔板壓降Pa663.84降液管底隙高度h0/m0.07421氣相負(fù)荷上限篩孔直徑d0/m0.00622氣相負(fù)荷下限3.772021.03.09 歐陽(yáng)法創(chuàng)編

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2021.03.09歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.09歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.09篩孔數(shù)目1108823操作彈性孔心距土/m0.018d.塔的強(qiáng)度校核塔高計(jì)算，理論板數(shù)23,取全塔效率60%,則實(shí)際所需的板數(shù)為Nt21N=——=——=35E0.6則塔的筒體高度為N=啊=35X0.6=21m該塔在常壓下操作，溫度100：匚，則筒壁厚為皿 0.15X20005= = =1.55mm2[a]r0-p 2X114X0.85-0.15鋼板負(fù)偏差取0.18,腐蝕余量取1mm，選用0Cr18Ni9,則鋼板厚度0=1.55-F0.18+1=2.75mm考慮到安全性，圓整后取，&壯—Smm水壓試驗(yàn)中二二二3sM二三，二W二二=二：EE[三5='二9門(mén)1二5. ，Pt=1.25p=1.25X0.12=O.lSMPa80=SK-C=5-0.13-1=3.87mm= - =48.5Pa因?yàn)?、二?！倍?，所以水壓試?yàn)滿足強(qiáng)度要求。采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，塔的其他各種附件均采用標(biāo)準(zhǔn)件，見(jiàn)設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表。用sw6進(jìn)行強(qiáng)度校核e.浮閥設(shè)計(jì)對(duì)T201塔用cuptower進(jìn)行浮閥設(shè)計(jì)，得到塔板結(jié)構(gòu)參數(shù)：2021.03.09 歐陽(yáng)法創(chuàng)編

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2021.03.09歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.09歐陽(yáng)法創(chuàng)編2021.03.09KIa丹內(nèi)處.,妄等去弓.*一4)-11空塔歐估息18阪拈峋警部 [通旅區(qū)尺,]藝板工藝弦如堵:.1i1距.您越面積:開(kāi)孔區(qū)面積:開(kāi)孔串口音■舞孔數(shù)rr里瑞孔也制2.bl 降港管頂部寬庾 nn.2 -J.IJl'.W .1n.： 廣，淳管1.?二1士田). 王樹(shù)步.度 ,,.'.' 宣RTF版.，裨，!白 土區(qū)離i①丁1610.6023.141500747工處501253d.1006S3002273550,棺髓..□D6E降游管項(xiàng)郁面積 ..一濯管底部面積 ，—地長(zhǎng)：i.-；「電二.：!.廣」二房;，戶 ：1.■不」:區(qū)工歸 H.□16^口應(yīng)11Z0353A00—編日?qǐng)D管國(guó)口|本.新憚入|松?臉開(kāi)始計(jì)算苗家1圖915塔板結(jié)構(gòu)參數(shù)h1苔板工藝參數(shù)：KI =#—#)r-=ii㈤|「首塔板造構(gòu)穿的 r哂工型st■*■,77打干;.這F.「阡T??.憶'I-：■：.iMui坦上港后高度總械正降k幣) 降港首停雷日寸降迸香液法￡ 降該管底用速、2、 謀定而熟/m藥F.5/m3|,\l.5：；T*二戶陷？腐Jz-rl.-rr支環(huán)本圭帶生在口內(nèi)帽』”;?':':已|'一1心尸.a&sH?W心；,、；.：h11子力慳因子二，芹「6738m/cit/寫(xiě)ma/(。/出kc(L?i/?m/sth;舊收卜工1nzs司:飛□.□374nnd-.I:2%ji/s0.2CO744.922SG.1ESG47.735003766BE3+30.2d6G□153E5.5417□00790.2^76□03730.046□[