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,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,化工原理课程设计实例,板式塔的设计,第1页,板式塔设计内容,工艺流程设计,板式塔工艺计算,板式塔机械设计,塔辅助设备设计与选型,第2页,工艺流程设计,板式塔设计从两方面考虑,:,1.,经济方面,:,应该充分考虑整个系统热能利用,方便降低操作费用,.,比如,:,从塔顶出来蒸气和从塔底排出液体带出热量可用于预热原料液或它处,.,2.,全塔操作稳定性,:,若操作不稳定,就不能确保产品质量均匀,.,有时也把冷凝器分割为两部分,一部分预热原料液,另一部分用冷却水使蒸气冷凝,.,这么能够用控制冷却水量来控制冷凝器操作,同时确保进料温度一定,.,为此,控制再沸器中加热蒸气压力恒定是确保操作稳定条件之一,但原料液或回流液流量和温度发生改变时,稳定情况也会受到一定影响,为了使进料保持稳定,普通入塔原料液由高位槽供给,以免受泵流量波动影响,.,为了保持回流液稳定,冷凝器常采取冷却水,而不用塔顶蒸气预热原料液,.,因为塔顶蒸气量如有波动,将影响回流液量及进料温度,.,从而影响整个塔操作稳定性。有时也把冷凝器分割为两部分,一部分预热原料液,另一部分用冷却水使蒸气冷凝,.,这么能够用控制冷却水量来控制冷凝器操作,同时确保进料温度一定,.,塔釜液体即使温度很高,但用它来预热原料液,对液,-,液传热过程其传热系数很小,则所需传热面积必定很大,第3页,精馏方案选定,1,.,操作压力,(,常压,加压,减压,)-,设计压力普通指塔顶压力,沸点低,常压下为气态物料,-,加压操作,加压可提升操作平均温度,有利于塔顶蒸气冷凝热利用或可使用较廉价冷却剂,降低冷凝,冷却费用,.,在相同塔径下,适当提升操作压力,还可提升塔处理能力,.,但,P,提升,再沸器,T,提升,相对挥发度下降,.,热敏性和高沸点物料,-,减压操作,.,P,降低,相对挥发度提升,有利于分离,.,操作平均温度降低,加热剂温度降低,.,但可造成,D,增加,塔顶蒸气冷凝温度降低,必须使用真空设备,.,对应操作费用和设备费用增加,.,因为塔板压降,从塔顶到塔底压力逐步增加,温度也对应增加,(,物料组成和压力同时作用结果,).,因而沿塔物性和气液负荷也随之改变,.,常压和减压塔,-,如塔板压降不是很大,工艺计算时假定全塔各处压力相等,-,误差不大,.,减压塔,-,压力分布与塔板结构形式,气液负荷,气液物性等各种原因相关,极难计算,普通先假设再较核,.,屡次试差,.,第4页,精馏方案选定,2.,进料状态,标准讲,要使回流在全塔发挥作用,全部冷量应该加在塔顶,全部热量加在塔底,.,但实际设计时应该考虑设备费和操作费问题及操作平稳等各种原因,.,进料,-,预热到泡点或靠近泡点,(,进料温度不受季节气温改变和前一道工序波动限制,塔操作比较轻易控制,.,而且精馏段和提馏段上升蒸气量相近,).,有时为了减小再沸器热负荷,(,如再沸器所需加热剂温度较高,或物料轻易在再沸器内结焦等,),可在料液预热时加入更多热量,甚至采取饱和蒸气进料,.,注意,:,实际设计还应该考虑整个车间流程安排,.,第5页,精馏方案选定,3.,多股进料,原料起源不一样,浓度差异很大,从分离角度,应该从不一样位置加入,.,但所处理物料量不多时,(,或其中一个物料不多时,),从设备加工和操作方便考虑,也往往多股混合以后作一股物料加入,.,第6页,精馏方案选定,4.,加热方式,大塔,-,塔外，形式,-,夹套式,.,蛇管式,列管式,(,立式再沸器,卧式再沸器,),立式热虹吸再沸器主要特点,:,传热系数较高,结构紧凑,占地面积小,液体在管内停留时间短,不轻易结垢,且轻易清洗,;,但壳程不能清洗,所以用于较脏加热介质,;,其本身造价较低,但要求较高塔体裙座,.,卧式热虹吸再沸器主要特点,:,可用低裙座,但占地面积大,出塔产品缓冲容积较大,故流动稳定,在加热段停留时间短,不轻易结垢,能够使用较脏加热介质,.,立式和卧式强制循环再沸器共同特点,:,适应于高粘度液体和热敏性物料,因为强制循环流速高,停留时间短,有利于工艺流体循环流量控制和调整,.,第7页,精馏方案选定,5.,冷却方式,1),冷却剂,-,通常是水,水温随气候而定,.,入口普通为,15-20,出口,50,，目标预防溶解于水中无机盐析出,.,冷却剂 还能够是冷冻盐水,.,液氨等，普通用于较低温度。,2),冷凝设备结构形式,小塔,-,蛇管换热器,大塔,-,列管式换热器,第8页,工艺流程设计,第9页,工艺流程设计要求,依据要求操作条件进行工艺流程设计时，所选参数、设备型式必须进行简明论证，对合理利用热能可能性要做简明分析。,绘制精馏装置工艺流程图。,设计开始时通常只能对方案、流程作初步安排，待整个设计计算完成后再对方案流程进行修正并作较全方面论证讨论。,第10页,板式塔工艺计算,精馏塔物料衡算,热量衡算,工艺流程图,1.,物料衡算,确定各股物料流量和组成,2.,热量衡算,确定 冷凝器热负荷、再沸器热负荷、冷却器、预热器,3.,确定最小回流比和适宜回流比,4.,求解理论板层数,5.,估算全塔效率,6.,确定实际塔板数,第11页,塔板工艺设计,塔板间距,塔径估算,溢流装置,塔板布置,浮阀装置,塔板流体力学验算,第12页,塔板间距,塔板间距过小，雾沫夹带严重，塔板效率降低。,塔板间距过大，设备增高，金属耗量增大，塔造价增加,。,塔板间距直接影响塔生产能力、分离效率、操作弹性及塔高度。,塔板间距与塔径同时考虑。板间距大，塔径可小些。对于板数较多塔，取较小板间距，可适当降低塔高。,第13页,塔径估算,塔径大小取决于上升蒸汽流量和空塔气速,适宜空塔气速与流体物理性质、塔板结构、流体力学等情况相关。计算时,u=(0.60.8)u,max,最大空塔气速,u,max,依据液滴在沉降过程中受力情况导出，其中气体负荷系数,C,值由图,17,查出,.,塔径,D,（按标准,GB9019-88,圆整）,对于选定塔板间距是否适当，还要在后面进行流体力学验算，假如不适当需要重新选定，再估算塔径。,第14页,第15页,第16页,第17页,第18页,进口堰及受液盘,进口堰（对圆形降液管多用）作用：,1,）确保液封，,2,）使液体在塔板上分布均匀，,3,）但因其占用较多塔截面，还易使沉淀物淤积造成阻塞，故多数不设。若设，,h,w,应这么考虑,当,h,w,h,0,（有液封）时，,h,w,h,w,当,h,w,h,0,（无液封）时，,h,w,h,0,为确保液体由降液管流出时不致受到很大阻力，进口堰与降液管间水平距离,h,1,不应小于,h,0,，即,h,1,h,0,对于直径,800,以上大塔多采取受液盘。,第19页,受液盘,对于直径,800,以上大塔多采取受液盘。,作用：,1,、液封良好，且有改变液体流向缓冲作用,2,、有侧线抽出取深些，（普通大于,50mm,）,第20页,塔板布置,塔板分成四个区域：,1,鼓泡区：塔板上气液接触有效区域。,2,溢流区：降液管及受液盘所占区域。,3,破沫区（安定区）：前两区之间面积,不装浮阀，主要作用为在液体进入降液管之前有一段不鼓泡安定地带，以免液体大量夹带泡沫进入降液管,4,无效区（边缘区）,：,支持塔板边梁，其宽 度依据塔板支承需要而定。,第21页,浮阀塔中浮阀数目与排列,浮阀塔操作性能以板上全部浮阀处于刚才全开时情况为最好，这时塔板压强降及板上液体泄漏都比较小而操作弹性较大。,浮阀开度与阀孔处气相动压相关，动压大小取决于气体速度与密度。,即动能因数：由动能因数作为衡量气体流动时动压大小指标,F,0,气体经过阀孔时动能因数,u,气体经过阀孔时速度,m/s,气体密度,kg/m,3,第22页,第23页,第24页,排孔要求,1,、排孔图（鼓泡区）：排完之后总孔数与算得,N,相近，并按实排数目重算阀孔气速，核实阀孔动能因数,F,0,。若,F,0,在,912,范围内，即可认为作图得出阀数能够满足要求。不然应调整孔矩、阀数，重新作图，重复计算。,2,、也可依据已算出阀数及溢流装置尺寸等，用作图法求出所需塔径，并与最初估算塔径相比较，经重复调整相关参数，直到作图所得出塔径与最初估算塔径相符为止。,3,、最终核实开孔率是否适当，不然前述过程重算。,开孔率：对于常压塔或减压塔开孔率在,1014%,之间，,对于加压塔开孔率常小于,10%,。,第25页,浮阀塔板流体力学验算,目标：检验上述各项工艺尺寸已经确定塔板，在设计任务要求气液负荷下能否正常操作,内容：对塔板压强降、液泛、雾沫夹带、泄漏、等情况验算,第26页,浮阀塔板流体力学验算,-,气体经过浮阀塔板压强降,标准：,在确保较高效率前提下，应力争减小塔板压降，以降低能耗及改进塔操作性能。,气体经过一层浮阀塔板时压强降,1,）气体克服干板阻力所产生压强降,2,）气流克服板上充气液层静压力所产生压强降,3,）气流克服液体表面张力所产生压强降,第27页,阀塔板流体力学验算,液泛,为预防液泛，应确保降液管中泡沫液体总高度不能超出上层塔板出口堰。,雾沫夹带,现象：板上液体被上升气体带入上一层塔板现象。,后果：过多雾沫夹带将造成塔板效率严重下降。,雾沫夹带到上一层塔板液体量不应超出,0.1kg,。经过泛点率控制。,漏液现象,控制阀孔动能因数在,56,之间。,第28页,浮阀塔负荷性能图,雾沫夹带线：指控制,e,v,=0.1kg,液,/kg,气时,V,s,L,s,之间关系,溢流液泛线：指降液管内泡沫层高度到达最大允许值时,V,s,L,s,之间关系,液相负荷上限线（降液管超负荷线），反应了对于液体在降液管内停留时间起码要求,泄漏线（气相负荷下限线），不发生泄漏最低气体负荷，是条平行于横轴直线，控制动能因数,F,0,液相负荷下限线，平堰，普通取堰上液层高度,h,ow,=0.006m,。作为液相负荷下限条件。低于此限便不能确保板上液流均匀分布，降低气液接触效果,第29页,负荷性能图,第30页,浮阀塔负荷性能图,在负荷性能图上，由上述五条线所包围区域是设计塔板用于处理指定物系时适宜操作区。即在此区域内操作，塔板上流体力学情况是正常。但该区域内各点处板效率并不完全相同。,代表塔板预定气、液负荷设计点,P,应位于适中位置，则可望取得稳定良好操作效果。若,P,点紧靠某一边界限，则负荷稍有波动，便会使效率急剧下降，甚至完全破坏塔操作。,物系一定时，负荷性能图中各条线相对位置随塔板结构尺寸而改变。,操作弹性：气相负荷上、下限之比称为塔板操作弹性系数简称操作弹性。浮阀塔操作弹性普通为,34,。,第31页,第32页,从属设备设计与选型,1.,热量衡算求取塔顶冷凝器、冷却器热负荷和所需冷却水用量；,2.,再沸器热负荷和所需加热蒸气用量；,3.,选定冷凝器和再沸器型式；,4.,取所需换热面积并查阅换热器标淮，选取适当换热器型号；,5.,确定主要接管尺寸，列出接管表；精馏塔主要接管包含蒸气出口管、回流管、加料管、进气管、釜液排出管等，接管结构型式和设计计算所需数据可查相关资料；,选择一换热器进行校核设计。各换热器型式选定得视详细换热系统、介质性质以及热负荷大小等而定。换热器设计中应注意传热温度差最少保持,1020,左右，冷却水出口温度则不应大于,50,对必须配置原料泵、回流泵等进行选型计算。精馏装置使用泵普通包含回流泵、产品泵、加料泵和冷却水泵等，泵选型计算可查阅相关资料,第33页,板式塔结构设计,板式塔结构设计内容包含塔总体结构，塔盘结构和接管结构，可参见相关资料,第34页,板式塔机械设计,第35页,塔体工艺装配图,第36页,第37页,第38页,第39页,第40页,第41页,第42页,第43页,设备接管表（注明接管法兰标准号）,第44页,第45页,第46页,第47页,浮阀塔 装配图,管口方位图,塔节装配图,（局部放大）,技术条件,技术特征,接管表,明细栏,标题栏,标明设备总体尺寸、主要尺寸及装配尺寸,第48页,
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