塔设备设计教案资料Word格式文档下载.docx
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本厂有5个塔，我们对其进行了详细设计，并以精馏塔T201为例阐述详细的计算和选型过程。
4.3.3工艺参数设计
4.3.3.1生产能力
根据Aspen模拟得到塔T201进料量为66.032kmol／h（泡点进料）,塔顶采出量为6.603kmol／h，塔底物料流量为59.429kmol／h。
4.3.3.2操作参数
精馏塔T101操作参数如表4.3.2。
表4.3.2精馏塔T101操作参数
操作压力
回流比
进料状态
理论板数
进料位置
0.1MPa
0.07705
泡点进料
30
1
4.3.3.3物料衡算和能量衡算
（1）物料衡算
选取整个塔作为衡算系统，则其共有3股物料：
进料、塔顶出料、塔底出料，故有66.032=6.603+59.429（单位：
kmol/h）。
（2）能量衡算
同样选取整个塔作为衡算系统，则能量可分为两部分：
加热负荷和冷却负荷。
由Aspen模拟结果可知，加热负荷为5071.37kW，冷凝负荷为-4958.21kW。
4.3.4基本结构设计
4.3.4.1塔设备选型原则
气液传质分离用的最多的为塔式设备。
它分为板式塔和填料塔两大类。
板式塔和填料塔均可用作蒸馏、吸收等气液传质过程，但两者各有优缺点，根据具体情况进行选择。
（1）下列情况优先选择填料塔
1）在分离程度要求高的情况下，因某些新型填料具有很高的传质效率，故可采用新型填料以降低塔的高度；
2）对于热敏性物料的蒸馏分离，因新型填料的持液量较小，压降小，故可优先选择真空操作下的填料塔；
3）具有腐蚀性的物料，可选用填料塔，因为填料塔可采用非金属材料，如陶瓷、塑料等；
4）容易发泡的物料，宜选用填料塔。
（2）填料塔优点
1）小直径塔费用低，便于安装；
2）液压降低，有利于真空精馏；
3）用于难分离的场合以降低塔高；
4）用于腐蚀严重的场合，在这种情况下可采用耐腐蚀材质填料；
5）适合于发泡物系；
6）改造老塔，增加通量，减少消耗，提高产品质量；
7）用于间歇精缩，因为填料塔的持液量低。
（3）下列情况优先选择板式塔
1）塔内液体滞液量较大，操作负荷变化范围较宽，对进料浓度变化要求不敏感，操作易于稳定；
2）液相负荷较小；
3）含固体颗粒，容易结垢，有结晶的物料，因为板式塔可选用液流通道较大的塔板，堵塞的危险性较小；
4）在操作过程中伴随放热或需要加热的物料，需要在塔内设置内部换热组件，如加热盘管，需要多个进料口或多个侧线出料口。
这是因为一方面板式塔的结构上容易实现，另外，塔板上有较多的滞液以便与加热或冷却管进行有效地传热；
5）在较高压力下操作的蒸馏塔仍多采用板式塔。
（4）板式塔的优点
1）对于大直径塔设备费用低；
2）不易堵塞，且易清理；
3）适合大液量操作。
因为板式塔气流为错流，流量增大对气体负荷影响不大；
4）适合中间内部换热、侧线出料多的场合。
（5）体系特点
本厂工艺液相负荷相对气体负荷较大；
物料洁净且无腐蚀。
比较分析板式塔和填料塔各自的特点，结合该塔体系的特点，从分离效率、成本和操作维修等方面考虑，主要分离段精馏塔选用板式塔。
选用板式塔可以控制成本，有较高的操作弹性，同时维修方便。
4.3.4.2塔板选型原则
（1）板式塔塔板种类
根据塔板上气液两相的相对流动状态，板式塔分为穿流式与溢流式。
目前板式塔大多采用溢流式塔板。
穿流式塔板操作不稳定，很少使用。
（2）各种塔板性能比较
工业上需分离的物料及其操作条件多种多样，为了适应各种不同的操作要求，迄今已开发和使用的塔板类型繁多。
这些塔板有各自的特点和适用体系，几种主要塔板的性能比较见表4.3.3。
表4.3.3塔板性能比较
类型
优点
缺点
应用条件
泡罩塔板
操作弹性较大，液气比范围大，不易堵塞，适于处理各种物料，操作稳定可靠
结构复杂，造价高，塔板压降大，生产能力及板效率较低
在设计中除特殊需要（如分离粘度大、易结焦等物系）外一般不宜选用
浮阀塔板
结构简单，制造方便，造价低，塔板开孔率高，生产能力大，操作弹性大，气液接触时间长，塔板效率高
处理易结焦，粘度大的物料时，阀片易与塔板粘结，在操作过程中有时会发生阀片脱落或卡死等现象，使塔板效率和操作弹性较大
分离要求高
筛孔塔板
结构简单，造价低，板上液面落差小，气体压降低。
生产能力较大，气体分散均匀，传质效率高
筛孔易堵塞，不易处理易结焦、粘度大的物料
工业应用中以小孔径筛板为主，大孔径筛板多用于某些特殊场合（如分离粘度大、易结焦等物系）
舌形塔板
操作气速大，可增大处理能力，塔盘上无液面落差，持
液量少，故压力降低，塔盘开孔率较大，气液处理量液胶泡沫型塔盘有所提高
液体在塔盘上的停留时间段内，塔板效率低于筛板，舌片尺寸及张角影响塔板效率及操作稳定性
分离要求较低的闪蒸
浮喷板
压力降小
浮板易脱落
分离要求较低的减压
穿流筛板
结构简单
操作范围窄
用于小直径的精馏塔
表4.3.4是几种主要塔板的应用范围。
表4.3.4塔板应用范围
塔板类型
相对生产能力
相对板效率
操作范围
压降
结构
成本
泡罩板
1.0
10-100
高
复杂
筛板
1.2-1.4
1.1
35-100
低
简单
0.4-0.5
1.2-1.5
0.8
50-100
最简单
0.5
浮阀板
1.2-1.3
1.2
中
一般
0.7-0.9
（3）塔板的选择
本厂的分离过程，生产能力要求高，操作较为稳定，负荷变化不大，对操作范围的要求不高。
综合考虑塔板的效率、分离效果和设备的成本、制造、维修等，我们选择目前使用较为广泛的生产能力较大、操作弹性较大及塔板效率高的浮阀塔。
浮阀的类型很多，目前国内使用的浮阀有六种，最常用的时V-1型（即F1型），V-4型，其中V-1型浮阀最为普遍，因为V-1型浮阀已有系列化标准，各种设计数据完善，便于设计和对比，因此综合考虑，本厂的5个精馏塔选择浮阀塔（V-1型塔板）。
V-1型浮阀的示意图见图4.3.1。
图4.3.1V-1型浮阀
（4）降液管的类型与溢流方式
1）降液管的类型
降液管时塔板间流体流动的通道，也是使溢流液中所夹带气体得意分离的场所。
降液管有圆形与弓形两类。
通常圆形降液管一般只用于小直径塔，对于直径较大的塔，常用弓形降液管；
2）流型选择
溢流方式与降液管的布置有关，常用的有以下几种形式：
U型流、单溢流、双溢流及阶梯式双溢流等（见图4.3.2）。
（a）U型流：
液体流径最长，可以提高版效率，其板面利用率最高，但液面落差大，仅用于小塔及液体流量小的场合；
（b）单溢流：
液体流径较长，塔板效率较高，塔板结构简单，加工方便，广泛应用于直径2.2m以下的塔中；
（c）双溢流：
此种溢流方式的优点是液体流径短，从而降低液面落差，但塔板结构复杂，板面利用率低，一般用于直径大于2m的塔中及气液比大的场合；
（d）阶梯式双溢流：
此种溢流方式可在不缩短液体流径的情况下减小液面落差小，但塔板结构最复杂，只适用于塔径很大、液流量很大的特殊场合。
图4.3.2塔板流型
（a）单溢流流型（b）U型流（c）双溢流流型
（d）阶梯式（同一板高）（e）阶梯式（不同一塔高）
分离塔T201分离未反应的丙烯和环氧丙烷的过程，生产量较大，生产能力要求高，并要求具有一定的操作弹性。
综合考虑塔板效率、分离效果和设备的成本、制造以及后期的维修等，我们选用浮阀塔。
4.3.5T101详细设计
4.3.5.1基本数据
根据Aspen软件的模拟结果，回流比为3.0288，共有30块塔板，其中精馏段有12块，提馏段有18块。
各理论板上的流量见表4.3.5。
表4.5.6为分离塔在操作条件下的物料特性。
表4.3.5体积流量表
Stage
Massflowliquidfrom
Massflowvaporfrom
kg/hr
1119.48189
2
841.6128
3
4
5
6
7
841.612799
8
841.612784
9
841.612306
1119.48188
10
841.597728
1119.4814
11
841.15322
1119.46682
12
828.81882
1119.02231
13
3786.66916
1064.49072
14
3786.66907
1064.53823
15
3786.66908
1064.53814
16
3786.66909
1064.53815
17
3786.6691
1064.53817
18
1064.53818
19
20
3786.66905
21
3786.669
22
3786.66893
1064.53816
23
3786.66883
24
3786.6688
1064.53813
25
26
27
28
29
3786.67
3786.67226
3786.61026
3781.41996
2722.13086
1064.53843
1064.53939
1064.54152
1064.47942
1059.28911
表4.3.6T201操作条件下的物料特性
气相平均体积流量V
（m3/h）
液相平均体积流量L
气相平均密度
（kg/m3）
液相平均密度
液相表面张力
（mn/m）
精馏段
215.851
0.454
1.175
611.975
提馏段
211.692
4.041
1.875
673.647
4.3.5.2塔径的计算
塔板允许的有效空塔气相速度
（4-18）
式中：
—塔径，m；
—塔
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