【正文】 /s 由上表數(shù)據(jù)即可作出霧沫夾帶線 2. 液相負(fù)荷下限線液相負(fù)荷低于此線，就不能保證塔板上液流的均勻分布，將導(dǎo)致塔板效率下降。對(duì)于平直堰,取上液層高度 ?由下式得 ???????取 E=1,則 ????????據(jù)此可作出與氣體流量無(wú)關(guān)的垂直負(fù)荷下限線 3。 液相負(fù)荷上限線該線又稱降液管超負(fù)荷線。液體流量超過(guò)此線，表明液體流量過(guò)大，液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間過(guò)短，進(jìn)入降液管的氣泡來(lái)不及與液相分離而被帶入下層塔板，造成氣相返混，降低塔板效率。以 作為液體在降液管中停留時(shí)間的下限 ,由式 59 得5s??fTSAHL故 ???據(jù)此可作出與氣體流量無(wú)關(guān)的垂直負(fù)荷上限線 4。 液泛線若操作的氣液負(fù)荷超過(guò)此線時(shí)，塔內(nèi)將發(fā)生液泛現(xiàn)象，使塔不能正常操作。液泛可分為降液管液泛和液沫夾帶液泛兩種情況，在浮閥塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算中通常50000 噸乙醇～水篩板精餾塔及附屬設(shè)備設(shè)計(jì)34對(duì)降液管液泛進(jìn)行驗(yàn)算。為使液體能由上層塔板順利地流入下層塔板，降液管內(nèi)須維持一定的液層高度 Hd。 令 ??dTwHh???由 。 。 。pLdpclh???lLh??wo?聯(lián)立得 (1)()Twowcd???忽略 ,將 how 與 Ls,hc 與 Vs 的關(guān)系代入上式并整理得?239。239。39。39。3sssaVbd?式中: ????39。 2 .??????????????????39。.64..46b??????39。 ????2339。 ??????????故 ssVL?? ss液泛線表示出降液管內(nèi)泡沫層高度達(dá)到最大允許值的 VS 與 LS 關(guān)系，由式可見(jiàn)，VS 與 LS 關(guān)系為一條曲線。在操作范圍內(nèi),任取幾個(gè) Ls 值,計(jì)算結(jié)果列于表 20表 20 液泛線數(shù)據(jù)表Ls (m3/s) Vs( m3/s) 根據(jù)以上各線方程，可作出篩板塔的負(fù)荷性能圖，如圖 15 示50000 噸乙醇～水篩板精餾塔及附屬設(shè)備設(shè)計(jì)35篩 板 負(fù) 荷 性 能 圖0 Ls (m3/s)Vs (m3/s) 莫 夾 帶 線 泛 線 相 負(fù) 荷 上 線 液 線 相 負(fù) 荷 下 線線 性 ( 作 線 )操 作 點(diǎn) （ ， ） 圖 15 負(fù)荷性能圖 操作時(shí)的氣相流量與液相流量在負(fù)荷性能圖上的坐標(biāo)點(diǎn)稱為操作點(diǎn)。在負(fù)荷性能圖上，作出操作點(diǎn) A，連接 OA 即作出操作線。由圖可看出該篩板塔的操作上限為液泛控制，下限為漏液控制。由已知得= =,minsV3/s,maxV3/s通常把氣相負(fù)荷上、下限之比值稱為塔板的操作彈性系數(shù)，簡(jiǎn)稱操作彈性。故操作彈性為,?50000 噸乙醇～水篩板精餾塔及附屬設(shè)備設(shè)計(jì)36第三章 板式塔的結(jié)構(gòu)與附屬設(shè)備塔設(shè)備的總體結(jié)構(gòu)如圖 12 所示，包括塔體、塔體支座、除沫器、接管、手孔、圖 16 板式塔總體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖人孔、塔內(nèi)件等。塔體是塔設(shè)備的外殼。常見(jiàn)塔體由等直徑，等壁厚的圓筒及橢圓形封頭的頂蓋和底蓋構(gòu)成。隨著化工裝置的大型化，為了節(jié)約原材料，有用不同直徑、不同壁厚的塔體。塔體的厚度除應(yīng)滿足工藝條件下的強(qiáng)度外，還應(yīng)校核風(fēng)力、地震、偏心載荷所引起的強(qiáng)度和剛度，同時(shí)要考慮水壓實(shí)驗(yàn)、吊裝、運(yùn)輸、開(kāi)停工的情況。 塔體支座是塔體安放到基礎(chǔ)上的連接部分，一般采用裙座，其高度由工藝條件50000 噸乙醇～水篩板精餾塔及附屬設(shè)備設(shè)計(jì)37的附屬設(shè)備（如再沸器、泵）及管道布置決定。它承受各種情況下的全塔重量，以及風(fēng)力、地震等載荷，為此，它應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度。 除沫器用于捕集在氣流中的液滴。使用高效的除沫器，對(duì)于提高分離效率，改善塔后設(shè)備的操作狀況，回收昂貴的物料以及減少對(duì)環(huán)境的污染都是非常重要的。常用的有絲網(wǎng)除沫器和折板除沫器。 接管是用以連接工藝管路，使之與相關(guān)設(shè)備連成系統(tǒng)。有進(jìn)液管、出液管、回流管、進(jìn)氣管、出氣管、側(cè)線抽出管、取樣管、液面計(jì)接管及儀表接管等。 手孔、人孔和視孔是為了安裝、檢查的需要而設(shè)置的。吊柱設(shè)置在塔頂，用于安裝和檢修時(shí)運(yùn)送塔內(nèi)件。 塔體結(jié)構(gòu) 塔頂空間塔的頂部空間（見(jiàn)圖 17）指塔內(nèi)最上層塔板與塔頂空間的距離。為利于出塔氣體夾帶的液滴沉降，其高度 HD是指塔頂?shù)谝粚铀P到塔頂封頭的直線距離，通常取HD為（～） HT。取除沫器到第一塊板的距離為 。m60故取塔頂空間為： ????? 塔底空間塔底空間（見(jiàn)圖 17）是指塔內(nèi)最下層塔板到塔底間距。塔底儲(chǔ)液空間是依儲(chǔ)存液量停留 10～15min 而定的，塔底液面至最下層塔板之間保留 1～2m。以保證塔底料液不致流空。塔的底部空間高度 HB 是指塔底最末一層塔盤到塔底下封頭切線的距離：取 。???? 人孔數(shù)目人 人孔是安裝或檢修人員進(jìn)出塔的唯一通道，人孔的設(shè)置應(yīng)便于進(jìn)入任何一層塔板，由于設(shè)置人孔處塔間距離大，且人空設(shè)備過(guò)多會(huì)使制造時(shí)塔體的彎曲度難以達(dá)到要求， 對(duì)于 D≥1000mm 的板式塔， 每隔 6～8 塊塔板設(shè)置一個(gè)人孔；且裙座處取 2 個(gè)50000 噸乙醇～水篩板精餾塔及附屬設(shè)備設(shè)計(jì)38人孔。本塔中共 22 塊板，需設(shè)置 2 個(gè)人孔， 圖 17 板式塔的塔高示意圖每個(gè)孔直徑為 ，厚 ，高 52mm。在設(shè)置人孔處，板間距為 600mm，m450t10?裙座上應(yīng)開(kāi) 個(gè)人孔，直徑為 ，人孔伸入塔內(nèi)部應(yīng)與塔內(nèi)壁修平，其邊緣245需倒棱和磨圓，人孔法蘭的密封面形及墊片用材，一般與塔的接管法蘭相同，本設(shè)計(jì)也是如此。 塔高板式塔的塔高如圖 17 所示，塔體總高度由下式?jīng)Q定： 39。 12(2)DpTTFBHNSHH??????式中 HD——塔頂空間， m； HB——塔底空間，m；HT——塔板間距， m；HT’——開(kāi)有人孔的塔板間距， m； HF——進(jìn)料段板間距，m； Np——實(shí)際塔板數(shù)；S ——人孔數(shù)目（不包括塔頂空間和塔底空間的人孔）H1——封頭高度；mH2——裙座高度；m ?????????? 塔板結(jié)構(gòu)塔板按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分為整塊式與分塊式兩種。直徑在 800mm 以內(nèi)的小塔采用整塊式塔板；直徑在 800mm 以上的大徑通常都采用分塊式塔板。因?yàn)?D=1000mm800mm,故采用分塊式塔板,根據(jù)查表 21，得出塔板分為 3 塊。表 21 塔板分塊數(shù)與塔徑大小的關(guān)系塔徑 mm 800~1200 1400~1600 1800~2022 2200~2400塔板分塊數(shù) 3 4 5 6 接管進(jìn)料管的結(jié)構(gòu)類型很多，有直管進(jìn)料管、T 型進(jìn)料管。本設(shè)計(jì)采用直管進(jìn)料管。管徑計(jì)算如下： FsuVD?4?式中 D —— 塔徑 m；50000 噸乙醇～水篩板精餾塔及附屬設(shè)備設(shè)計(jì)39Vs ——管內(nèi)的流量 m3/s；u ——管內(nèi)氣速 m/s。接管的合適尺寸與在操作條件下管內(nèi)的適宜流速的選擇密切相關(guān)。⑴塔頂蒸氣的適宜流速為：常壓操作時(shí)取 1220m/s，絕對(duì)壓力為 600014000Pa 時(shí)取 3050m/s，絕對(duì)壓力小于 6000Pa 時(shí)取 5070m/s。⑵管內(nèi)的適宜流速為： 重力回流取 ，強(qiáng)制回流取 。⑶進(jìn)料管內(nèi)適宜流速為：由高位槽入塔時(shí)取 ，由泵輸送時(shí)取 。⑷塔釜出料管內(nèi)適宜流速一般取 。并由公式計(jì)算得到的尺寸均應(yīng)圓整到相應(yīng)規(guī)格的管徑。且所用各管均采用直管。由以上計(jì)算結(jié)果，由管段流速選擇原則，按照管子規(guī)格選型 GB816387 及公式計(jì)算得：表 22 接管設(shè)計(jì)匯總表管段Vs（m 3/s）U（m/s）D（mm）標(biāo)準(zhǔn)選型D’（實(shí)際 mm）u’(實(shí)際 m/s）進(jìn)料管 Φ45 ?38 回流管 Φ38 4 30 塔釜出料管 Φ57 52 塔頂蒸氣管 20 Φ325 310 塔釜蒸氣進(jìn)氣管 23 Φ273 ?260 法蘭由于常壓操作，所有法蘭均采用標(biāo)準(zhǔn)管法蘭，平焊法蘭，由不同的公稱直徑，選用相應(yīng)法蘭。法蘭選擇標(biāo)準(zhǔn)為 JB/T8194 如下表：表 23 法蘭設(shè)計(jì)匯總表管段 法蘭型號(hào)進(jìn)料管 640518gPDHG?回流管 32塔釜出料管 g塔頂蒸氣管塔釜蒸氣進(jìn)氣管 650158gP?50000 噸乙醇～水篩板精餾塔及附屬設(shè)備設(shè)計(jì)40 除沫器當(dāng)空塔氣速較大，塔頂帶液現(xiàn)象嚴(yán)重，以及工藝過(guò)程中不許出塔氣速夾帶霧滴的情況下，設(shè)置除沫器，以減少液體夾帶損失，確保氣體純度，保證后續(xù)設(shè)備的正常操作。常用除沫器有折流板式除沫器、絲網(wǎng)除沫器以及程流除沫器。本設(shè)計(jì)采用絲網(wǎng)除沫器，其具有比表面積大、重量輕、空隙大及使用方便等優(yōu)點(diǎn)。設(shè)計(jì)氣速選?。?，系數(shù)VLKu???39。 107.39。?除沫器直徑： ????綜合考慮，圓整為 選取不銹鋼除沫器：類型：標(biāo)準(zhǔn)型材料：不銹鋼絲網(wǎng) ??918NiGr絲網(wǎng)尺寸：圓絲 ? 吊柱對(duì)于較高的室外無(wú)框架的整體塔，在塔頂設(shè)置吊柱，對(duì)于補(bǔ)充和更換填料、安裝和拆卸內(nèi)件，既經(jīng)濟(jì)又方便的一項(xiàng)設(shè)施，一般取 以上的塔物設(shè)吊柱，本設(shè)計(jì)m15中塔高度大，因此設(shè)吊柱。因設(shè)計(jì)塔徑 ，可選用吊柱 。0D?kg50， ， ，材料為 。ms10?L340?H13A（包括熱量衡算）的選擇按冷凝器與塔的位置，可分為：整體式、自流式和強(qiáng)制循環(huán)式。 整體式如圖 61(a)和( b)所示。將冷凝器與精餾塔作成一體。這種布局的優(yōu)點(diǎn)是上升蒸汽壓降較小，蒸汽分布均勻，缺點(diǎn)是塔頂結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不便維修，當(dāng)需用閥門、流量計(jì)來(lái)調(diào)節(jié)時(shí)，需較大位差，須增大塔頂板與冷凝器間距離，導(dǎo)致塔體過(guò)高。該型式常用于減壓精餾或傳熱面較小場(chǎng)合。 自流式如圖 61（ c）所示。將冷凝器裝在塔頂附近的臺(tái)架上，靠改變臺(tái)架的高度來(lái)獲得回流和采出所需的位差。 強(qiáng)制循環(huán)式50000 噸乙醇～水篩板精餾塔及附屬設(shè)備設(shè)計(jì)41如圖 61（ D） 、 （e）所示。當(dāng)冷凝器換熱面過(guò)大時(shí)，裝在塔頂附近對(duì)造價(jià)和維修都是不利的，故將冷凝器裝在離塔頂較遠(yuǎn)的低處，用泵向塔提供回流液。需指出的是，在一般情況下，冷凝器采用臥式，因?yàn)榕P式的冷凝液膜較薄，故對(duì)流傳熱系數(shù)較大，且臥式便于安裝和維修。 圖 18 冷凝器的型式本設(shè)計(jì)中每選擇的是強(qiáng)制循環(huán)式冷凝器.冷凝器中兩流體是有機(jī)物冷凝水體系，且有機(jī)物黏度 μ mPa s,因此管殼式?換熱器選用的總體傳熱系數(shù) K 選用的范圍為 。2501/()wmK??本設(shè)計(jì)取 ，冷凝器中210/()Kwm??出料液溫度：℃（飽和氣）→℃（飽和液）冷卻水溫度：20℃→35℃逆流操作： ℃， ℃???對(duì)數(shù)平均溫度差 ℃ ??而 Q12()mqH?式中 Q傳熱速率 w 。 熱流體的質(zhì)量流量 kg/s。1熱流體的進(jìn)出口比焓 kJ/kg。2,50000 噸乙醇～水篩板精餾塔及附屬設(shè)備設(shè)計(jì)421mq()(1.)?????25382/HkJg??Q129..() 286m w傳熱面積： mAKt?式中 Q傳熱速率 w 。 K總傳熱系數(shù) w/( K)。2?兩流體的平均溫差 ℃。mt故 ??????設(shè)備型號(hào)： 01GI? 再沸器（包括熱量衡算）的選擇精餾塔底的再沸器可分為：釜式再沸器、熱虹吸式再沸器及強(qiáng)制循環(huán)再沸器。（1）釜式式再沸器如圖 62（a）和（b）所示。 （a）是臥式再沸器，殼方為釜液沸騰，管內(nèi)可以加熱蒸汽。塔底液體進(jìn)入底液池中，再進(jìn)入再沸器的管際空間被加熱而部分汽化。蒸汽引到塔底最下一塊塔板的下面，部分液體則通過(guò)再沸器內(nèi)的垂直擋板，作為塔底產(chǎn)物被引出。液體的采出口與垂直塔板之間的空間至少停留 8～10 分鐘，以分離液體中的氣泡。為減少霧沫夾帶，再沸器上方應(yīng)有一分離空間，對(duì)于小設(shè)備，管束上方至少有 300mm 高的分離空間，對(duì)于大設(shè)備，取再沸器殼徑為管束直徑的 ～倍。 （b）是夾套式再沸器，液面上方必須留有蒸發(fā)空間，一般液面維持在容積的 70%左右。夾套式再沸器，常用于傳熱面較小或間歇精餾中。（2）熱虹吸式再沸器如圖 62（c） 、 （D） 、 （e ）所示。它是依靠釜內(nèi)部分汽化所產(chǎn)生的汽、液混合物其密度小于塔底液體密度，由密度差產(chǎn)生靜壓差使液體自動(dòng)從塔底流入再沸器，因此該種再沸器又稱自然循環(huán)再沸器。這種型式再沸器汽化率不大于 40%，否則傳熱不良。（3）強(qiáng)制循環(huán)再沸器如圖 62 中（f ）所示。對(duì)于高粘度液體和熱敏性氣體，宜用泵強(qiáng)制循環(huán)式再沸器，因流速大、停留時(shí)間短，便于控制和調(diào)節(jié)液體循環(huán)量。原料預(yù)熱器和產(chǎn)品冷卻器的型式不象塔頂冷凝器和塔底再沸器的制約條件那樣多，可按傳熱原理計(jì)算。50000 噸乙醇～水篩板精餾塔及附屬設(shè)備設(shè)計(jì)43圖 19 再沸器的型式本設(shè)計(jì)中選的是臥式再沸器。再沸器中兩流體是液體沸騰氣體體系,因此總體傳熱系數(shù) K 選用的范圍為w/( K)。10~62m?本設(shè)計(jì)取 w/( K)，選用 120℃飽和水蒸氣加熱，0K?2?再沸器中 料液溫度