化工原理课程设计-5优质PPT.ppt

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塔附件由各种工艺接管、裙座、除沫器、视镜、温度计和压力计接口、液面计、人孔和手孔、吊柱、,爬梯、防护圈、扶梯平台、安全护栏等构件组成。

填料塔塔体的外壳一般也采用金属制造,根据所处理系统的腐蚀性可在内壁衬以塑料和陶瓷材料制作的内筒。

塔壁的厚度由操作压力决定,塔高由填料高度和内件所占的空间高度决定,塔体,一般采用圆筒形;

塔内件主要是填料,除此之外,还有填料支承、填料限位与压紧装置、液体及气体分布装置、液体收集与液体再分布装置等。

填料是填料塔的核心,填料的效率主要由填料的流体力学性能和传质性能所决定。

后者的作用为固定填料层和均布液体和气体。

塔内件的合理设计是充分发挥填料性能的重要保证;

与,板式塔一样,填料塔附件亦由各种工艺接管、裙座、除沫器、视镜、温度计和压力计接口、液面计、人孔和手孔、吊柱、爬梯、防护圈、扶梯平台、安全护栏等构件组成。

（3）板式塔和填料塔的性能比较工业上评价塔设备的性能指标主要有:

生产能,力;

分离效率;

塔压降;

操作弹性;

结构、制造、安装及检修;

造价等。

板式塔与填料塔的性能比较见表5-1。

（4）塔设备的选型下列情况应优先选用填料塔。

有的新型填料具有很高的传质效率,在分离程度要求高的情况下,采用新型填料可降低塔的高度。

新型填料的压降较低,对节能有利;

加之新型填料具有较小的持液量,料液停留时间短,很适于热敏性物料的蒸馏分离。

对腐蚀性物料,填料塔可选用非金属材料的填料。

易于发泡的物料也宜选填料塔,因为在填料塔内气相主要不是以气泡形式通过液相,并且填料对泡沫有限制和破碎作用,可减少发泡的危险。

在下列情况下,应优先考虑板式塔。

板式塔内液体滞料量较大,操作负荷范围较宽,操作易于稳定,对进料浓度的变化也不甚敏感。

液相负荷较小的情况。

这时填料塔会由于填料表面湿润不充分难以保证分离效率。

对易聚合、易结晶、易结垢或含有固体悬浮物的物料,板式塔堵塞的危险小,并且板式塔的清,洗和检修也比填料塔方便。

需要设置内部换热元件如蛇管,或侧线进料和侧线采出需要多个侧线进料口或多个侧线出料口时,板式塔的结构易于实现。

表5-1板式塔和填料塔的性能比较,表5-1板式塔和填料塔的性能比较,表5-1板式塔和填料塔的性能比较,表5-1板式塔和填料塔的性能比较,表5-1板式塔和填料塔的性能比较,表5-1板式塔和填料塔的性能比较,生产实践表明,高压操作蒸馏塔仍多采用板式塔,因为在高压时,塔内液气比过大,以及由于气相返混剧烈等原因,应用填料塔时分离效果往往不佳,一些学者对这种情况进行了大量的研究与分析。

5.2板式塔的工艺设计,

（1）板式塔的分类板式塔种类繁多,按塔板结构分:

有泡罩塔、筛板塔、浮阀塔、网孔板塔、舌形板塔等。

按气液两相的流动方式分:

有错流式塔和逆流式塔（或称有降液管塔和无降液管塔）,有降液管塔应用极广,它们具有较高的传质效率和较宽的操作,范围;

无降液管的逆流式塔也常称为穿流式塔,气液两相均由塔板上的孔道通过,塔板结构简单,整个塔板面积利用较充分。

目前常用的有穿流式筛板塔、穿流式栅板塔、穿流式波纹板塔等。

按液体流动型式分:

有单溢流型、双溢流型、U形流型及其他流型塔（如四溢流型塔、阶梯形塔和环流型塔）等。

（2）板式塔的设计步骤一般来说,板式塔的设计步骤大致如下:

确定设计方案;

选择塔板类型;

计算塔径和塔高;

设计塔内件;

进行流体力学验算;

绘制塔板的气液负荷性能图;

优化设计成果。

根据负荷性能图,对设计进行分析,若设计不够理想,可对某些参数进行调整,重,复上述设计过程,直到满意为止。

完成塔附件和辅助设备的设计与选型。

5.2.1设计方案的确定以精馏为例,设计方案确定是指确定整个精馏装置的工艺流程、主要设备的结构型式和相关的操作方式及操作条件,可用表5-2说明。

表5-2用板式精馏塔进行精馏时设计方案的确定原则,表5-2用板式精馏塔进行精馏时设计方案的确定原则,表5-2用板式精馏塔进行精馏时设计方案的确定原则,表5-2用板式精馏塔进行精馏时设计方案的确定原则,表5-2用板式精馏塔进行精馏时设计方案的确定原则,5.2.2塔板型式的选择

（1）塔板型式及特点塔板型式很多,常见的有泡罩塔板、筛孔塔板、浮阀塔板、网孔塔板、垂直筛板、无降液管塔板（常见的有穿流式栅板、穿流式筛板、波楞穿流板）、导向筛板（亦称林德筛板）、多降液管塔板和斜喷型塔板（常见的有舌形塔板、斜孔塔板、浮动舌形塔板、浮动喷射塔板）等,上述各种板型均有,各自的特点及一定的应用场合,具体情况见表5-3。

表5-3一些塔板的结构特点及应用场合,表5-3一些塔板的结构特点及应用场合,表5-3一些塔板的结构特点及应用场合,表5-3一些塔板的结构特点及应用场合,表5-3一些塔板的结构特点及应用场合,表5-3一些塔板的结构特点及应用场合,表5-3一些塔板的结构特点及应用场合,表5-3一些塔板的结构特点及应用场合,表5-3一些塔板的结构特点及应用场合,表5-3一些塔板的结构特点及应用场合,表5-3一些塔板的结构特点及应用场合,表5-3一些塔板的结构特点及应用场合,

（2）塔板型式的选择在选择塔板型式时,应根据塔板自身的特点及实际应用效果进行选取,尤其应充分考虑其设计应用的成熟程度。

塔型的选择可参考表5-4。

表5-4板式塔的选取,表5-4板式塔的选取,表5-4板式塔的选取,表5-4板式塔的选取,表5-4板式塔的选取,表5-4板式塔的选取,表5-4板式塔的选取,表5-4板式塔的选取,表5-4板式塔的选取,表5-4板式塔的选取,表5-4板式塔的选取,表5-4板式塔的选取,表5-4板式塔的选取,表5-4板式塔的选取,表5-4板式塔的选取,表5-4板式塔的选取,表5-4板式塔的选取,表5-4板式塔的选取,注:

A不合适;

B尚可;

C合适;

D较满意;

E很好;

F最好。

值得注意的是在板式塔中,筛板塔和浮阀塔具有良好的使用性能,且对其研究比较充分,设计已相当成熟,因而得到广泛使用,其主要特点见表5-5。

表5-5筛板塔和浮阀塔的主要特点,表5-5筛板塔和浮阀塔的主要特点,表5-5筛板塔和浮阀塔的主要特点,5.2.3塔内件工艺结构尺寸的设计计算板式塔的塔内件主要是塔盘,而塔盘又由塔盘板、溢流堰、降液管、受液盘、汽液接触元件、塔盘紧固件和支承件等构成。

5.2.3.1塔板板式塔的板型很多（前已述及）,不同型式的塔板其结构设计方法不尽相同,因筛孔塔板和浮阀塔板应用最为普遍,且筛板塔和浮阀塔,的设计方法存在很多相似之处,故在此一并讨论这两种板型的结构设计。

（1）塔板主要工艺结构尺寸的确定,图5-2板面布置及主要尺寸r=D/2-Wc;

x=D/2-（Wd+Ws）;

x=D/2-（Wd+Ws）,以单流型塔板为例（见图5-2）,其主要工艺尺寸有:

HT板间距;

D塔径;

Lw堰长;

hw（hw）出口（入口）堰高;

Ws（Ws）出口（入口）安定区宽度;

Wd（Wd）降液管（受液盘）的宽度;

Wc边缘区宽度;

ho降液管底端与下层塔板之间的距离。

.塔板上的开孔区、降液区、安定区和边缘区开孔区为塔板上的有效传质区域（图5-2中虚线以内的区域）,其面积以Aa表示。

降液区包括降液管面积Af和接收上一层塔板液体的受液盘面积Af,对于垂直弓形降液管,Af=Af。

安定区在传质区与堰之间需设一无孔区,称为安定区。

靠近入口堰的不开孔区为入口安定区,其宽度以Ws表示,可使降液管底部流出的清液能均匀地分布在整个塔板上,避免入口处因液压头引起的液体泄漏。

靠近溢流堰的不开孔区为出口安定区,其宽度以Ws表示,以避免大量泡沫进入降液管。

安定区宽度是指堰与它最近一排孔的中心线之间的距离,一般情况下,Ws=70100mm,Ws=,50100mm。

对于筛板塔,Ws常取50100mm,小塔取较小的值。

对于浮阀塔,因阀孔直径较大,Ws相对来说比较大一些,一般对分块式塔板取80110mm,对整块式塔板取6070mm。

边缘区塔板靠近塔壁部分需留出一圈边缘区域Wc,供支持塔板边梁用,此区也称无效区。

筛板塔一般取5060mm;

浮阀塔,分块式塔板一般取7090mm,整块式为55mm。

为防止液体流经无效区而产生“短路”现象,可在塔板上沿壁设置挡板,挡板高度可取清液层高度的两倍。

.筛板塔的筛孔数及其排列筛孔塔板的重要结构参数是筛板厚度、筛孔直径do、开孔率、孔心距t、筛孔总面积Ao、开孔区面积Aa、筛孔个数n。

筛板厚度一般碳钢塔板取34mm,合金钢板取22.5mm。

筛孔直径do对碳钢塔板,do应不小于板厚度;

对合金钢板,do应不小于（1.52）。

工业塔中筛板塔常用的筛孔直径do为38mm,推荐孔径为45mm。

若孔太小,则加工困难,容易堵塞,而且由于加工,的公差而影响开孔率的大小,故只有在特殊要求时才用小孔。

近年来逐渐有采用do为1025mm的大孔径筛板塔,因为大孔径筛板有加工制造方便、不易堵塞等优点,只要设计合理也可得到满意的效果。

但一般来说,大孔径筛板的操作弹性会小些。

开孔率开孔率与筛孔直径do、孔心距t及筛孔的排列等有关。

在塔板上筛孔一般按等边三角形排列,此时开孔率只与筛孔直径do和孔中心距t有关,参见图5-2。

=（5-1）式中,为开孔率;

Ao为筛孔总面积,m2;

Aa为开孔区面积（鼓泡区面积或有效工作区面积,见图5-2并参考图5-18）,m2;

t为孔中心距,mm;

do为筛孔直径,mm。

因此t/do的选定就直接决定了开孔率。

若t/do选得过小,气流相互干扰,使传质效率降低,且由于开孔率过大使干板压降小而漏液点高,塔板操作弹性下降;

若t/do选得过大,则鼓泡不均匀,也要使传质,效率下降,且开孔率过小会使塔板阻力增大,雾沫夹带量大,易造成液泛,限制了塔的生产能力。

因此,t/do的选择须全面考虑,在一般情况下可取t/do=2.55,而实际设计时较多的是取34。

当塔内上下段气相负荷变化较大时,应根据需要分段改变开孔率,使全塔有较好的操作稳定性。

此时为加工上的方便也可不改变孔中心距,用堵孔的方法来改变开孔率,也即在与液流相垂直的方向堵塞适当排数的孔,以减小开孔率。

筛孔数n的计算可用下式估算:

n=Aa（5-2）Aa=x+r2sin-1+x+r2sin-1（5-3）对单溢流型垂直弓形降液管,式（5-3）中的x=x,此时Aa=2（5-4）式中,n为筛孔数,个;

t为孔中心距,m;

Aa为开孔区面积,m2;

x=-,m;

x=-;

r=-Wc,m;

sin-1（x/r）为以弧度表示的反正弦函数;

Wd为堰宽,m;

Ws为安定区宽度,m。

实际筛孔数应根据整块塔板和分块塔板绘图排列后确定。

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