【正文】 做出了不斷的改進，并陸續(xù)引入了一些新的方法和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。在結(jié)構(gòu)強度設(shè)計中，電子計算機也可以把受載情況異常復(fù)雜的塔設(shè)備強度問題，逐項加以考慮，并做出詳細的計算。目前正在考慮作塔設(shè)備的最優(yōu)化設(shè)計。70年代又修訂、合并、補充、充實了一批標(biāo)準(zhǔn)。這是因為鋼材具有足夠的強度和塑性，制造性能較好，設(shè)計制造的經(jīng)驗也較成熟。為此，有些場合為了滿足腐蝕性介質(zhì)或低溫等特殊要求，采用有色金屬材料（如鈦、鋁、銅、銀等）或非金屬耐腐蝕材料，也有為了減少有色金屬的耗用量而采用滲鋁、鍍銀等措施，或采用鋼殼襯砌、襯涂非金屬材料的。此外，這些材料在制造、運輸、安裝等方面都各有特點，在設(shè)計時還應(yīng)參閱其他有關(guān)資料，認真加以考慮。板式塔中的塔盤，以及浮閥、泡罩一類氣液接觸元件，由于結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，加之安裝工藝和使用方面的要求（如浮閥應(yīng)能自由浮動），所以仍是以鋼材為主，其他材料（如陶瓷、鑄鐵等）為輔。如拉西環(huán)最初是用瓷做的，以后又出現(xiàn)用鋼、石墨或硬聚氯乙烯塑料等制造；鮑爾環(huán)也有用鋼、鋁或聚丙烯塑料等制造；至于高效的絲網(wǎng)填料，則除了用各種金屬絲網(wǎng)外，還可將尼龍、塑料等編織成網(wǎng)，進而制得。 板式塔的常用塔型及其選用板式塔是分級接觸型氣液傳質(zhì)設(shè)備，種類繁多。 泡罩塔泡罩塔是歷史悠久的板式塔，長期以來，在蒸餾、吸收等單元操作所使用的塔設(shè)備中，曾占有主要地位，近三十年來由于塔設(shè)備有很大的進展，出現(xiàn)了許多性能良好的新塔型，才使泡罩塔的應(yīng)用范圍和在塔設(shè)備中所占的比重有所減少。① 操作彈性較大，在負荷變動范圍較大時仍能保持較高的效率。③ 液氣比的范圍大。泡罩塔的不足之處在于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價高、安裝維修麻煩以及氣相壓力降較大。在處理非腐蝕性物料時，整個泡罩塔盤都可用碳鋼制造。根據(jù)現(xiàn)今的情況，泡罩塔盤在工業(yè)上仍有一定的實用價值。泡罩塔如果塔盤設(shè)計欠妥或操作不當(dāng)，常會出現(xiàn)以下不正?，F(xiàn)象，從而使塔板效率下降，甚至破壞操作。（2） 脈動 當(dāng)蒸氣流量很小、不能以連續(xù)鼓泡的形式通過液層時，必然是逐漸積累蒸氣，使塔盤下方的氣壓逐漸升高，當(dāng)增加到足夠的數(shù)值后，才能通過齒縫鼓泡逸出；而當(dāng)流過若干氣泡后，氣壓下降，就停止鼓泡；再等到上升至一定壓力后，才能重新鼓泡。（3） 偏流和傾流 當(dāng)液體流量過大和蒸氣流量過小時，塔盤上液面落差大，使氣流分布不均，就稱為偏流；情況嚴重時，液體從升氣管溢流而下，稱為傾流。（4） 過量的霧沫夾帶 蒸氣速度過高時，被夾帶到上一塔盤的液量超過了允許值，稱為過量的霧沫夾帶。造成液泛的原因有：板間距太小，降液管面積太小，或是氣液流量太大，超過了設(shè)計限度。 篩板塔篩板塔也是很早出現(xiàn)的一種板式塔。與泡罩塔相比，篩板塔具有下列優(yōu)點：生產(chǎn)能力大（20％～40％），塔板效率高（10％～15％），壓力降低（30％～50％），而且結(jié)構(gòu)簡單，塔盤造價減少40％左右，安裝、維修都較容易。近年來對篩板塔盤的研究還在發(fā)展，出現(xiàn)了大孔徑篩板（孔徑可達20～25mm）、導(dǎo)向篩板等多種型式。工業(yè)塔常用的篩孔孔徑為3～8mm，按正三角形排列，～5。與泡罩塔操作情況類似，液體從上一層塔盤的降液管流下，橫向流過塔盤，經(jīng)溢流堰進入降液管，流入下一層塔盤。蒸氣自下而上穿過篩孔時，分散成氣泡，穿過板上液層。篩板塔盤的特點如下。（2） 生產(chǎn)能力較大。（4） 塔板效率較高，但比浮閥塔盤稍低。（6） 小孔徑篩板易堵塞，故不宜處理臟的、黏性大的和帶有固體粒子的料液。大型浮閥塔的塔徑可達10m，塔高達83m，塔板數(shù)有數(shù)百塊之多。這一改進使浮閥塔在操作彈性、塔板效率、壓降、生產(chǎn)能力以及設(shè)備造價等方面比泡罩塔優(yōu)越。浮閥塔廣泛用于精餾、吸收以及脫吸等傳質(zhì)過程中。國外浮閥塔徑，大者可達10m，塔高可達80m，板數(shù)有的多達數(shù)百塊。（1） 處理能力大 浮閥在塔盤上可安排得比泡罩更緊湊。（2） 操作彈性大 浮閥可在一定范圍內(nèi)自由升降以適應(yīng)氣量的變化，而氣縫速度幾乎不變，因之能在較寬的流量范圍內(nèi)保持高效率。（3） 塔板效率高 由于氣液接觸狀態(tài)良好，且蒸氣以水平方向吹入液層，故霧沫夾帶較少。（4） 壓力降小 氣流通過浮閥時，只有一次收縮、擴大及轉(zhuǎn)彎，故干板壓力降比泡罩塔低。浮閥的型式很多，國內(nèi)已采用的浮閥，如V1型、V4型、V6型、十字架型和A型，其中常用的是V1型和V4型。浮閥能夠隨著氣速的增減在相當(dāng)寬廣的氣速范圍內(nèi)自由調(diào)節(jié)、升降，以保持穩(wěn)定操作。它是在塔盤板上開有與液流同方向的舌形孔，蒸氣經(jīng)舌孔流出時，其沿水平方向的分速度促進了液體的流動，因而在大液量時也不會產(chǎn)生較大的液面落差。當(dāng)舌孔氣速提高到某一定值時，塔盤上的液體被氣流噴射成滴狀和片狀，從而加大了氣液接觸面積。浮動舌形塔盤也是一種噴射塔盤，其舌片綜合了浮閥及固定舌片的結(jié)構(gòu)特點，因此既有舌形塔盤的大處理量、低壓力降、霧沫夾帶小等優(yōu)點，又有浮閥塔的操作彈性大、效率高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點；缺點是舌片易損壞。屬于穿流式的還有：穿流式波紋篩板塔盤、穿流式雙孔徑篩板塔盤等。這種塔盤沒有降液管，氣液兩相同時相向通過柵縫或篩孔。這種塔盤由于操作范圍窄，一直未能推廣應(yīng)用。穿流式柵板塔的特點如下。因而制造容易，安裝維修方便，節(jié)省材料和投資。（3） 壓力降小 開孔率大，孔縫氣速可比溢流式塔盤為小，其壓力降比泡罩塔小40％～80％，因而可用于真空蒸餾。（5） 操作彈性較小 ～，低于其他板式塔。但穿流式塔的孔縫氣速較小，霧沫夾帶量也小，故塔板間距可縮小，因而在同樣的分離條件下，塔的總高度與泡罩塔大致相同。柵縫一般寬為3～12mm、長為100～150mm，常用縫寬為3～5mm。塔盤開孔率一般為15％～25％，亦有大到40％的。選擇時應(yīng)考慮的因素有：物料性質(zhì)、操作條件、塔設(shè)備的性能，以及塔設(shè)備的制造、安裝、運轉(zhuǎn)和維修等。因為填料能使泡沫破裂，在板式塔中則易引起液泛。如必須用板式塔，宜選用結(jié)構(gòu)簡單、造價便宜的篩板塔盤、穿流式塔盤或舌形塔盤，以便及時更換。如可采用裝填規(guī)整填料的散堆填料等，當(dāng)要求真空度較低時，也可用篩板塔和浮閥塔。板式塔的傳質(zhì)效率較差?？蛇x用泡罩塔、浮閥塔、柵板塔、舌形塔和孔徑較大的篩板塔等。（6） 操作過程中有熱效應(yīng)的系統(tǒng)，用板式塔為宜。 與操作條件有關(guān)的因素（1） 若氣相傳質(zhì)阻力大（即氣相控制系統(tǒng)，如低黏度液體的蒸餾，空氣增濕等），宜采用填料塔，因填料層中氣相呈湍流，液相為膜狀流。（2） 大的液體負荷，可選用填料塔，若用板式塔時，宜選用氣液并流的塔型（如噴射型塔盤）或選用板上液流阻力較小的塔型（如篩板和浮閥）。（3） 低的液體負荷，一般不宜采用填料塔。（4） 液氣比波動的適應(yīng)性，板式塔優(yōu)于填料塔，故當(dāng)液氣比波動較大時宜用板式塔。對于大塔徑，對加壓或常壓操作過程，應(yīng)優(yōu)先選用板式塔；對減壓操作過程，宜采用新型填料。（3） 大塔以板式塔造價較廉。 板式塔的強化板式塔產(chǎn)生、發(fā)展的過程，實際上就體現(xiàn)了塔設(shè)備的強化途徑。（1） 從板式塔的產(chǎn)生到第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束 這階段的板式塔主要用來煉油，典型設(shè)備是泡罩塔。篩板塔雖然具有結(jié)構(gòu)簡單、造價低、處理能力大等優(yōu)點，但因缺乏設(shè)計資料和難于操作管理而較少采用。這一階段由于處理量的擴大和多方面的要求，泡罩塔已不甚適應(yīng)。同時，為了適應(yīng)工業(yè)發(fā)展的要求，對原有的板式塔提出了造價低、處理能力大、能保持高的效率和大的操作彈性等方面的要求，因而相繼出現(xiàn)了S形塔盤、條形泡罩塔盤等泡罩型新塔盤，結(jié)合泡罩、篩板的優(yōu)點而創(chuàng)制的各種浮閥塔盤，以及一些噴射型、穿流型的塔盤。（3） 20世紀(jì)60年代至今 從60年代起，開始出現(xiàn)生產(chǎn)裝置的大型化，所以也要求塔設(shè)備向大型化方向發(fā)展。常用塔型如篩板、浮閥、泡罩塔盤的設(shè)計方法也日趨完善，建立了系列、標(biāo)準(zhǔn)，并采用電子計算技術(shù)，使設(shè)計快速化和最優(yōu)化。板式塔強化的具體途徑是改進流體動力學(xué)因素，以提高設(shè)備的通過能力和改善相間的接觸狀況，同時又充分利用氣液兩相之間的熱力學(xué)因素，以提高設(shè)備的傳質(zhì)速率與分離效率。一定的操作狀態(tài)都要求相應(yīng)的塔盤結(jié)構(gòu)。例如噴射型塔盤的生產(chǎn)能力一般都比泡罩塔盤、浮閥塔盤為大，且壓力降也低。第二章 物性數(shù)據(jù)處理 確定塔內(nèi)特定部位的平均溫度將進料的質(zhì)量流量和進料、塔頂、塔釜的質(zhì)量分率分別轉(zhuǎn)換為摩爾流量和摩爾分率進料摩爾分率： （）料液平均摩爾質(zhì)量 （）進料摩爾流量： （）根據(jù)式（）計算進料摩爾分率：根據(jù)式（）計算料液平均摩爾質(zhì)量： 根據(jù)式（）計算進料摩爾流量：其中，、分別為A、B組分和料液的摩爾質(zhì)量，X為摩爾分率，a質(zhì)量分率，F(xiàn)為進料摩爾流量（kmol/h），為進料質(zhì)量流量（kg/h）。為設(shè)計方便，在本設(shè)計中粗略以精餾段和提餾段的平均溫度確定兩段的物性數(shù)據(jù)，以便進行體積流量的計算。根據(jù)汽液相平衡數(shù)據(jù)畫出汽液相平衡圖，由不同部位的含量在圖中查得塔頂、塔釜、及加料板處的溫度并計算精餾段、提餾段的平均溫度。相對揮發(fā)度 （）說明：根據(jù)精餾段或全塔的平均溫度，由內(nèi)插法得到各組分的飽和蒸汽壓，即可計算對應(yīng)精餾段和全塔的平均相對揮發(fā)度?？筛鶕?jù)塔頂、塔釜、加料板的質(zhì)量分率及各純組分的密度求得三處混合液的密度同時可計算三段的平均溫度 （） 各組分的液相密度與溫度的關(guān)系（）、（）計算塔頂液相密度：（）、（）計算，同理可得：塔釜液相密度：加料板液相密度：料液平均密度： 精餾段平均密度：提餾段平均密度：根據(jù)式（）計算全塔平均密度： 氣體密度的計算混合氣體密度 （）其中，t為各部位的溫度，P為壓力，M為各部位的摩爾質(zhì)量。根據(jù)式（）、（）、（）、（）計算精餾段氣體平均密度： 根據(jù)式（）、（）、（）、（）、（）計算，同理可得：提餾段氣體平均密度：全塔氣體平均密度： 粘度的計算內(nèi)插關(guān)系式： （）混合液體粘度 （）=(d+f)/2 （）=(d+w)/2 （） 各組分的粘度與溫度的關(guān)系（）、（）、（）計算精餾段平均粘度1： mpas（）、（）、（）計算，同理可得：全塔平均粘度： mpas 表面張力的計算內(nèi)插關(guān)系式： （）混合物表面張力： （）各段表面張力： （） （）塔頂與塔釜的表面張力可近似用純物質(zhì)表面張力代替。由于進料摩爾流量為，（）、（）列方程計算，可得：塔頂摩爾流量D：（Kmol/h）塔釜摩爾流量W：（Kmol/h） 回流比計算——冷液進料的回流比由相平衡方程與加料板操作線方程求、 （） （） （） （）其中，q為熱狀態(tài)參數(shù)，為最小回流比，R為回流比且，K=——。根據(jù)式（）計算精餾段摩爾流量L： Kmol/h根據(jù)式（）計算提餾段摩爾流量： Kmol/h根據(jù)式（）計算精餾段體積流量：/s根據(jù)式（）計算提餾段體積流量：/s 計算塔內(nèi)各段氣體摩爾流量和體積流量 （） （） （） （）其中，、分別為精餾段和提餾段的摩