化工機(jī)械設(shè)備課程設(shè)計(jì)浮閥塔設(shè)計(jì)書(已修改)
2025-06-10 22:27 本頁面
【正文】 化工機(jī)械設(shè)備課程設(shè)計(jì)浮閥塔設(shè)計(jì)書 研究的現(xiàn)狀及意義 塔設(shè)備是化工、石油化工和煉油等生產(chǎn)中最重要的設(shè)備之一。在塔設(shè)備中完成的常見單元操作有：精餾、吸收、解吸和萃取等。此外，工業(yè)氣體的冷卻與回收、氣體的濕法冷制和干燥，以及兼有氣液兩相傳質(zhì)和傳熱的增濕、減濕等。塔器技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了一個(gè)漫長(zhǎng)的過程。泡罩塔是出現(xiàn)較早并獲得廣泛應(yīng)用的一種塔型，工業(yè)規(guī)模的填料塔始于1881年的蒸餾操作中，1904年才用于煉油工業(yè)。20世紀(jì)初，隨著煉油工業(yè)的發(fā)展和石油工業(yè)的興起，塔設(shè)備開始得到廣泛應(yīng)用，并逐漸積累了有關(guān)設(shè)計(jì)、制造、安裝、操作等方面的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)。20世紀(jì)中期，為了適應(yīng)各種化工產(chǎn)品的生產(chǎn)和發(fā)展，不僅需要新建大量的塔，還要對(duì)原有塔設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造，因此陸續(xù)出現(xiàn)了一批能適應(yīng)各方面要求的新塔型。近年來，隨著對(duì)篩板塔研究工作的不斷深入和設(shè)計(jì)方法的日趨完善，篩板塔已成為生產(chǎn)上廣泛應(yīng)用的塔型之一。同時(shí)，填料塔也進(jìn)入了一個(gè)新的階段，一些新型高效塔內(nèi)件和塔填料的問世，加上人們對(duì)傳質(zhì)工程的仿真模擬及放大效應(yīng)的解決，使填料塔在以板式塔為主的應(yīng)用場(chǎng)合中，尤其是大型塔的應(yīng)用中得到了很好的發(fā)展，并取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益。 塔器的性能直接關(guān)系到生產(chǎn)裝置的投資、產(chǎn)能、質(zhì)量、能耗及成本。據(jù)統(tǒng)計(jì)，石油和化學(xué)工業(yè)的能耗占工業(yè)總能耗的絕大部分，而其中約60%的能耗用于精餾過程，而精餾過程是由塔設(shè)備來實(shí)現(xiàn)的。塔設(shè)備的投資巨大，約占化工、石化項(xiàng)目總投資的30%40%，其分離效率對(duì)產(chǎn)品的純度、產(chǎn)品的回收率、工業(yè)過程的總能耗，都起著至關(guān)重要的作用。塔設(shè)備在各種分離過程中對(duì)裝置的平穩(wěn)運(yùn)行、保證產(chǎn)品質(zhì)量等也起著至關(guān)重要的作用，如果在裝置中有一個(gè)塔器設(shè)計(jì)的不理想，就有可能影響整個(gè)裝置的正常運(yùn)行。由此可見塔設(shè)備的設(shè)計(jì)在整個(gè)工藝流程設(shè)計(jì)中的重要性。氣液傳質(zhì)設(shè)備在化工生產(chǎn)過程中有著廣泛的用途，是用來進(jìn)行蒸餾、吸收、洗滌、增減濕以及氣液的直接接觸換熱等過程的單元設(shè)備。氣液傳質(zhì)設(shè)備的類型很多，其中應(yīng)用較為廣泛有填料塔和板式塔兩類。 它的閥蓋呈方形，在孔內(nèi)不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，其周邊有波紋。這種波紋設(shè)計(jì)有利于減少霧沫夾帶，并提供浮閥與塔板的平衡接觸點(diǎn)，便于閥體順利開啟。它在低氣速下的泄漏較少，具有低的操作下限。它的鼓泡面積大，可減少單位塔板面積上的閥數(shù)，降低成本。 圓形浮閥自開發(fā)成功后，因其具有操作彈性大、效率高等諸多優(yōu)點(diǎn)在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用。但隨著塔器技術(shù)不斷進(jìn)步，發(fā)現(xiàn)上述傳統(tǒng)圓形浮閥塔板依然存在著不足，比如：閥閥蓋上方無鼓泡區(qū)，其上方氣液接觸狀況較差，造成塔板傳質(zhì)效率降低；塔板上液面梯度較大，氣體在液體流動(dòng)方向上分布不均勻；從閥孔出來的氣體向四周吹出，導(dǎo)致塔板上液體返混程度較大；在操作中，浮閥和閥孔易被磨損，浮閥易脫落。為此，國內(nèi)外對(duì)浮閥塔板的研究做了大量工作，推出了許多新型的浮閥塔板。 閥蓋由傳統(tǒng)的矩形進(jìn)化為梯形、箭形(前端呈梯形后端為矩形的組合結(jié)構(gòu))或三角形，閥蓋短邊一側(cè)朝向降液管。具有代表性的是梯形浮閥塔板。它特點(diǎn)是氣體從梯形閥體兩側(cè)斜邊噴出，因此氣流方向與液流方向呈銳角，有助于推動(dòng)液體在塔板上的流動(dòng)，達(dá)到降低液面梯度、消除板上液體死區(qū)、減少返混、提高傳質(zhì)效率和降低塔板壓降等目的。 在條形浮閥的閥蓋上開孔，開孔方向朝著降液管，以導(dǎo)向浮閥J F復(fù)合浮閥塔板為表這種浮閥以獨(dú)創(chuàng)的構(gòu)思，在閥蓋上開導(dǎo)向孔或舌孔，使閥蓋上的氣、液兩相并流，氣相推動(dòng)液相流動(dòng)，液面梯度及塔板壓降減小，通量增大。更重要的是這類浮閥解決了傳統(tǒng)浮閥上端存在傳質(zhì)死區(qū)的不足，板效率大大提高。 在浮閥的前閥腿上開孔該導(dǎo)流浮閥在條形浮閥的前閥腿上開一矩形孔，氣流在水平通過閥體兩側(cè)的同時(shí)，增加一個(gè)向前吹出的氣流動(dòng)力，導(dǎo)引液體向前流動(dòng)。它不但可以改善閥與閥之間的鼓泡狀態(tài)，還有利于克服液體滯流與返混現(xiàn)象，減小液面落差，這對(duì)于降低塔板壓降和提高塔板效率都有積極作用。該導(dǎo)流浮閥的塔板壓降較F1浮閥平均降低約200～250 Pa，塔板泄漏約低10％，塔板效率提高約10％。 這種橢圓浮閥綜合了條形浮閥和圓形浮閥的優(yōu)點(diǎn)，在增加了機(jī)械強(qiáng)度的同時(shí)提高了傳質(zhì)效率，如圖23所示。其特點(diǎn)在于：該浮閥的閥蓋由兩個(gè)短軸相等、長(zhǎng)軸不等的半橢圓組合而成，因此其重心向一端偏移，造成浮閥開啟后閥體有一定的前后傾斜度，使得從閥孔中吹出的氣體能推動(dòng)塔板上的液體作定向流動(dòng)；閥蓋邊緣的鋸齒增加了氣液接觸的表面，同時(shí)減少了霧沫夾帶，并使閥體的開啟阻力大大減小。該浮閥繼承了條形浮閥塔板開孔率高，同時(shí)又繼承了圓形浮閥塔板機(jī)械強(qiáng)度較高的特點(diǎn)，保證了塔板的機(jī)械強(qiáng)度。 十字旋閥塔板的特點(diǎn)：“十”字形的結(jié)構(gòu)和合理布置，塔板上任意相鄰四閥噴出的氣流與板上液流呈多角度交錯(cuò)，且氣流通道面積大，氣流速度低而均勻，從而大大減小了霧沫夾帶；從十字閥孔吹出的氣流與塔板上的液流互相接觸，產(chǎn)生漩流，使垂直向上的氣速分速度減小，且浮閥側(cè)部的氣體通道截面積大，明顯減小了氣液兩相的對(duì)沖，改善了塔板的流體力學(xué)性能，使塔處理能力和分離效率顯著提高；該十字旋閥塔板能夠在同等操作條件下使氣液兩相均勻，降低塔板上的液面梯度，提高傳質(zhì)效果。 一個(gè)國家化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展程度在很大意義上衡量著這個(gè)國家的工業(yè)水平和國防實(shí)力。那么作為化工生產(chǎn)中必不可少的塔設(shè)備，板式塔的重要性也日益增強(qiáng)。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，需要更多、更好的板式塔來進(jìn)行生產(chǎn)，這就要求板式塔向著低耗損，低成本，高效率和環(huán)保的方向發(fā)展。而適合于中國國情的塔設(shè)備發(fā)展相對(duì)于歐美的一些發(fā)達(dá)國家還有著不小的差距，所以必須得加快發(fā)展。與世界上一些發(fā)達(dá)國家相比，我國塔器技術(shù)的發(fā)展起步較晚。但近幾年，隨著我國化工和石油化工行業(yè)的迅速發(fā)展，各種新型高效塔器的應(yīng)用日益擴(kuò)大，特別是規(guī)整填料、高性能塔板和以氟塑料制成的耐高溫、耐腐蝕散堆填料正逐步受到重視。利用這些新技術(shù)、新材料，塔設(shè)備分離效率、處理能力、產(chǎn)品質(zhì)量等方面都有了大幅度的提高。我國常用的板式塔型仍為泡罩塔、浮閥塔、篩板塔和舌形塔等，其中，浮閥塔為較先進(jìn)的板式塔接觸元件，應(yīng)用廣泛，并已開發(fā)出了導(dǎo)向浮閥及其衍生的改良的浮閥形式，它們的主要特點(diǎn)是采用長(zhǎng)方形閥體，有效地防止了閥體的轉(zhuǎn)動(dòng)，延長(zhǎng)了浮閥的使用壽命。近年來，參考國外塔設(shè)備設(shè)計(jì)的發(fā)展動(dòng)向，也加強(qiáng)了對(duì)篩板塔的科研工作，提出了斜孔塔和浮動(dòng)噴射塔等新塔型，并對(duì)大孔徑篩板、雙孔徑篩板、穿流式可調(diào)開孔率篩板、浮閥—篩板復(fù)合塔盤，以及噴杯塔盤、角鋼塔盤、旋流塔盤、噴旋塔盤、旋葉塔盤等多種塔型進(jìn)行了試驗(yàn)，部分研究成果已用于生產(chǎn)。
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