【正文】 83。 18 四、提餾段塔的工藝條件及物性數(shù)據(jù)計算 21 五、提餾段塔和塔板主要工藝尺寸計算 24 （一）塔徑 24 （二）溢流裝置 24 （三）塔板布置 25 （四）流體力學(xué)驗算 26 第四章 設(shè)計結(jié)果一覽表 31 第五章 設(shè)計總結(jié)及有關(guān)問題的分析討論 32 參考文獻(xiàn) 32 化 工 原 理 課 程 設(shè) 計 1 第一章 概述 高徑比很大的設(shè)備稱為塔器。用于蒸餾 (精餾 )和吸收的塔器分別稱為蒸餾塔和吸收塔。塔設(shè)備是化工、石油化工、生物、制藥等生產(chǎn)過程中廣泛采用的氣液傳質(zhì)設(shè)備。 蒸餾和吸收作為分離過程 ,雖基于不同的物理化學(xué)原理 ,但均屬于氣液兩相間的傳質(zhì)過程 ,有著共同特點 ,可在同樣的設(shè)備中進行操作 。 一、 塔設(shè)備的基本功能和性能評價指標(biāo) 為獲得最大的傳質(zhì)速率 ,塔設(shè)備應(yīng)該滿足兩條基本原則 : (1)使氣液兩相充分接觸 ,適當(dāng)湍動 ,以提供盡可能大的傳質(zhì) 面積和傳質(zhì) 系數(shù) ,接觸后兩相又能及時完善分離 ； (2)在塔內(nèi)使氣液兩相有最大限度的接近逆流 , 以提供最大的傳質(zhì)推動力。 板式塔的各種結(jié)構(gòu)設(shè)計、新型高效填料的開發(fā) ,均是以這兩條原則的體現(xiàn)和展示 。 從工程目的出發(fā) ,塔設(shè)備性能的評價指標(biāo)如下 : (1)通量 單位塔截面的生產(chǎn)能力 ,表征塔設(shè)備的處理能力和允許空塔氣速 ； (2)分離效率 單位壓降塔的分離效果 ,對板式塔以板效率表示 ,對填料塔以等板高度表示 ； (3)適應(yīng)能力 操作彈性 ,表現(xiàn)為對物料的適應(yīng)性及對負(fù)荷的適應(yīng)性 。 塔設(shè)備在兼顧通量大、效率高、適應(yīng)行強的 前提下 ,還應(yīng)該滿足流動阻力低、結(jié)構(gòu)簡單、金屬耗量少、造價低、易于操作控制等要求。 一般來說，通量、效率和壓強是互相影響甚至是 互相矛盾的。對于工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)來說，應(yīng)該在保持高通量前提下，爭取效率不過與降低；對于精密分離來說，應(yīng)優(yōu)先考慮高效率，而通量和壓強則放在第二位。 二、 塔設(shè)備的類型 根據(jù)塔內(nèi)氣液接觸部件的結(jié)構(gòu)型式，可分為板式塔和填料塔兩大類。按塔內(nèi)氣液接觸方式，有 逐級接觸式和微分（連續(xù)）接觸式之分 。 板式塔內(nèi)設(shè)置一定數(shù)量的塔板，氣體以鼓泡狀、蜂窩狀、泡沫狀或噴射形式穿過板上的液層，進行傳質(zhì)與傳熱。在正常操 作下，氣相為分散相，液相為連續(xù)相，化 工 原 理 課 程 設(shè) 計 2 氣相組成呈階梯變化，屬逐級接觸逆流操作過程。 工業(yè)生產(chǎn)中，一般當(dāng)理物料量較大時多采用板式塔，當(dāng)要求塔徑在 以下時多采用填料塔。現(xiàn)在這種局面已有所改變，直徑在 30m以上的填料塔已在工業(yè)生產(chǎn)中運行 。 按照塔內(nèi)氣液流動的方式，可將塔板分為錯流塔與逆流塔板兩類。 篩板塔為錯流塔板類型之一。塔內(nèi)氣液兩相成錯流流動，即液體橫向流過塔板，而氣體垂直穿過液層，但對整體塔來說，兩相基本上成逆流流動。錯流塔板降液管的設(shè)置方式及堰高可以控制板 上液體流徑與液層厚度，以期獲得較高的效率。 在幾 種主要類型錯流塔中，應(yīng)用最早的是 泡罩塔板，目前使用最廣泛的是篩板塔和浮閥塔板。 （一） 泡罩塔板 泡罩塔是應(yīng)用最早的氣液傳質(zhì)設(shè)備之一，長期以來，人們對泡罩塔的性能作了較充分的研究，在工業(yè)生產(chǎn)實踐中積累了豐富的經(jīng)驗。 泡罩塔板結(jié)構(gòu)如圖 一 所示。每層塔板上 開有若干個孔，孔上焊有短管作為上升氣體的通道，稱為升氣管。升氣管上覆以泡罩，泡罩下部周邊開有許多齒縫。齒縫一般有矩形、三角形及梯形三種，常用的是矩形。泡罩在塔板上作等邊三角形排列。化工廠中廣泛使用的圓形泡罩的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)已系列化。 泡罩塔的優(yōu)點是：因升氣管高出液面 ，不易發(fā)生漏夜現(xiàn)象，有較好的操作彈性，即當(dāng)氣液流量有較大的波動時，仍能維持幾乎恒定的板效率；塔板不易堵塞，適于處理各種物料。缺點是：塔板結(jié)構(gòu)復(fù)雜，金屬耗量大，造價高 ；塔板壓降大，兼因物沫夾帶現(xiàn)象嚴(yán)重，限制了氣速的提高，致使生產(chǎn)能力及板效率均較低。目前仍有采用的。 圖一： 泡罩塔 （二） 篩板 篩板結(jié)構(gòu)如圖 二 所示。塔板上開有許多均布的篩孔，孔徑一般為 3~8mm,篩孔在化 工 原 理 課 程 設(shè) 計 3 塔板上作正三角形排列 .塔板上設(shè)置溢流堰 ,使板上能維持一定厚度的 液層。操作時，上升氣流通過篩孔分散成細(xì)小的流股，在板上液層中鼓泡而出，氣夜間密切接觸而進行傳質(zhì) 。在正常的氣速操作下，通過篩孔上升的氣流，應(yīng)能阻止液體經(jīng)篩孔向下泄漏。 垂直篩板 圖 二 ：篩板塔板 篩板塔的優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，氣體壓降小，板上液面落差也較小，生產(chǎn)能 力及板效率均較泡罩塔高。主要缺點是：操作彈性小，篩孔小時容易堵塞。近年來采用大孔徑（直徑 10~25mm）篩板可避免堵塞，而且由于氣速的提高，生產(chǎn)能力增大。過去由于對篩板的性能研究不充分，認(rèn)為操作不易穩(wěn)定而未普遍應(yīng)用，直到 20 世紀(jì) 50 年代初對篩板塔的結(jié)構(gòu)、性能作了較充分的研究， 認(rèn)識到只要設(shè)計合理、操作正確，同樣可獲得較滿意的塔板效率和一定的操作彈性，故近年來篩板塔的應(yīng)用日趨廣泛。 （三） 浮閥塔板 浮閥塔于 20世紀(jì) 50 年代初期在工業(yè)上開始推廣使用，由于它兼有泡罩塔和篩板塔的優(yōu)點，已成為國內(nèi)最廣泛的塔型，特別是在 石油、化學(xué)工業(yè)中使用最普遍，對其性能研究也較充分。 浮閥塔板的結(jié)構(gòu)特點是在塔板上開有若干大孔（標(biāo)準(zhǔn)孔徑為 39mm），每個孔上裝有一個可以上下浮動的閥門 。浮閥的形式很多，目前國內(nèi)采用的浮閥有五種，但最常用的浮閥形式為 F1 型和 V4 型。 F1 型 V4型 A 型 化 工 原 理 課 程 設(shè) 計 4 十字架型 方形浮閥 圖 三 ：浮閥塔板 F1 型浮閥（國外稱為 V1型 ）如圖所示。閥片本身有四條“腿”，插入閥孔后將各腿底腳扳轉(zhuǎn) 90 度角，用以限制操作時閥片在板上升起的最大高度（ ）；閥片周邊有沖出三塊略向下彎的定距片。當(dāng)氣速很低時，靠這三個定距片 使閥片與塔板呈點接觸而坐落在閥孔上，閥片與塔板間始終保持 的開度供氣體均勻的流過，避免了閥片啟閉不勻的脈動現(xiàn)象。閥片與塔板的接觸也可防止停工后閥片與板面黏結(jié)。 操作時，由閥孔上升的氣流，經(jīng)過閥片與塔板間的間隙而與板上橫流的液體接觸。浮閥開度隨氣體負(fù)荷而變。當(dāng)氣量很小時，氣體仍能通過靜止開度的縫隙而鼓泡。 F1 型浮閥的 結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、節(jié)省材料、性能良好，廣泛用于化工及煉油生產(chǎn)中，現(xiàn)已列入部頒標(biāo)準(zhǔn)（ JB111868）內(nèi)。 F1浮閥又分輕閥與重閥兩種：重閥采用 2mm 的薄板沖制，每閥質(zhì)量約為 33g；輕閥采用厚度為 的薄板沖制，每閥質(zhì)量約為 25g。一般情況下都 采 用重閥 ，在處理量大并且要求壓強很低的系統(tǒng)（如減壓塔）中，才用輕閥。 V4 行浮閥如圖所示，其特點是閥孔沖成向下彎曲的文丘里形，以減小氣體通過塔板時的壓強降。閥片除腿部相應(yīng)加強外，其余結(jié)構(gòu)尺寸與 F1 型輕閥無異。 V4型浮閥適用于減壓系統(tǒng)。 T型浮閥如圖所示，拱形 閥片的活動范圍 由固定于塔板上的支架來限制。 T型浮閥的性能與 F1 型浮閥相近，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，適于處理含顆?；蛞拙酆系奈锪?。 為避免閥片生銹，浮閥多采用不銹鋼制造。浮閥塔具有下列優(yōu)點： （ 1）生產(chǎn)能力大。由于浮閥塔板具有較大的開孔率，故其生產(chǎn)能力比泡罩塔的大 20﹪～ 40﹪，而與篩板塔相近。 （ 2） 操作彈性大。由于伐片可以自由升降以適應(yīng)氣量的變化，故維持正常操作所容許的負(fù)荷波動范圍比泡罩塔和篩板塔都寬。 （ 3）塔板效率高。因上升氣體以水平方向吹入液層，故氣、液接觸時間較長而化 工 原 理 課 程 設(shè) 計 5 物沫夾帶量較小，板效率較高。 （ 4）氣體壓 強降及液面落差較小。因為氣液流過浮閥塔板時所遇到的阻力較小，故氣體的壓強降及板上的液面落差都比泡罩塔的小。 （ 5）塔的造價低。因構(gòu)造簡單，易于制造，浮閥塔的造價一般為泡罩塔的 60﹪～ 80﹪，為篩板塔的 120﹪～ 130﹪。 浮閥塔不宜處理易結(jié)焦或黏度大的系統(tǒng)， 但對于黏度稍大及有一般聚合現(xiàn)象的系統(tǒng)，浮閥塔也能正常操作。 （四） 噴射型塔板 上述塔板不同程度的存在物沫夾帶現(xiàn)象。為了克服這一不利因素的影響，設(shè)計了斜向噴射的舌形塔板、斜孔板、垂直篩板、浮舌塔板、浮動噴射塔板等不同的結(jié)構(gòu)形式，有些塔板結(jié)構(gòu)還能減少因水力梯 度 造成的氣體不均勻分布現(xiàn)象。高效、大通量、低壓降的新型垂直篩板塔近幾年得到快速的推廣應(yīng)用。