【正文】 ’m—— 提餾段內(nèi)第 m 層板下降液體中易揮發(fā)組分摩爾分率； У ’m+1—— 提餾段內(nèi)第 m+1 層板上升蒸汽中易揮發(fā)組分摩爾分率。 (3) 進料線方程（ q 線方程） 11 ???? qxxq qy F （ 313） 直接蒸汽加熱 （ 1）全塔總物料衡算 總物料 *0F V D W? ? ? （ 314） 14 易揮發(fā)組分 **00F D WF x V y D x W x? ? ? （ 315）式中 V0 —— 直接加熱蒸汽的流量， kmol/h； У 0 —— 加熱蒸汽中易揮發(fā)組分的摩爾分率，一般 У 0=0； W* —— 直接蒸汽加熱時釜液流量， kmol/h； χ *W—— 直接蒸汽加熱時釜液中易揮發(fā)組分的摩爾 分率。 由（ 314）和（ 315）式得： W* = W + V0 （ 316） *0WWWxxWV? ? （ 317） (2) 操作線方程 （?。┚s段（同常規(guī)塔） 111n n DDnLDy x xVVxR xRR? ?????? （ 318） 式中 R —— 回流比； χ n———— 精餾段內(nèi)第 n 層板下降液體中易揮發(fā)組分的摩爾分率； У n+1———— 精餾段內(nèi)第 n+1 層板上升蒸汽中易揮發(fā)組分的摩爾分率。 （ⅱ）提餾段 操作線方程： **39。39。1 00m m WWWy x xVV? ?? （ 319） 與間接加熱時一樣，所不同的是間接加熱時提餾段操作線終點是（ χ W,χ W） ，而直接蒸汽加 熱時，當 У ′m+1=0 時， χ ′m=χ *W，因此提餾段操作線與 X 軸相交于點（ χ *W ， 0）。 第四節(jié) 板式塔主要尺寸的設(shè)計計算 板式塔主要尺寸的設(shè)計計算，包括塔高、塔徑的設(shè)計計算，板上液流形式的選擇、溢流裝置的設(shè)計，塔板布置、氣體通道的設(shè)計等工藝計算。 板式塔為逐級接觸式的氣液傳質(zhì)設(shè)備，沿塔方向，每層板的組成、溫度、壓力都不同。設(shè)計時，先選取某一塔板（例如進料或塔頂、塔底）條件下的參數(shù)作為設(shè)計依據(jù)，以此確定塔的尺寸，然后再作適當調(diào)整；或分段計算，以適應(yīng)兩段的氣液相體積流量的變化，但應(yīng)盡量保持塔徑相同， 以便于加工制造。 所設(shè)計的板式塔應(yīng)為氣液接觸提供盡可能大的接觸面積，應(yīng)盡可能地減小霧沫夾帶和氣泡夾帶，有較高的塔板效率和較大的操作彈性。但是由于塔中兩相流動情況和傳質(zhì)過程 15 的復(fù)雜性，許多參數(shù)和塔板尺寸需根據(jù)經(jīng)驗來選取，而參數(shù)與尺寸之間又彼此互相影響和制約，因此設(shè)計過程中不可避免要進行試差，計算結(jié)果也需要工程標準化?；谝陨显颍谠O(shè)計過程中需要不斷地調(diào)整、修正、和核算，直到設(shè)計出較為滿意的板式塔。 塔的有效高度和板間距的初選 塔的有效高度 板式塔的有效高度是指安裝塔板部分的高度，可按下式計算： ( 1)TTTNZHE?? （ 41） 式中 Z—— 塔的有效高度， m； ET—— 全塔總板效率； NT —— 塔內(nèi)所需的理論板層數(shù)； HT—— 塔板間距， m。 板間距的初選 板間距 NT 的選定很重要。選取時應(yīng)考慮塔高、塔徑、物系性質(zhì)、分離效率、操作彈性及塔的安裝檢修等因素。 對完成一定生產(chǎn)任務(wù)，若采用較大的板間距，能允許較高的空塔氣速，對塔板效率、操作彈性及安裝檢修有利；但板 間距增大后，會增加塔身總高度，金屬消耗量，塔基、支座等的負荷，從而導(dǎo)致全塔造價增加。反之，采用較小的板間距，只能允許較小的空塔氣速，塔徑就要增大，但塔高可降低；但是板間距過小，容易產(chǎn)生液泛現(xiàn)象，降低板效率。所以在選取板間距時，要根據(jù)各種不同情況予以考慮。如對易發(fā)泡的物系，板間距應(yīng)取大一些，以保證塔的分離效果。板間距與塔徑之間的關(guān)系，應(yīng)根據(jù)實際情況，結(jié)合經(jīng)濟權(quán)衡，反復(fù)調(diào)整，已做出最佳選擇。設(shè)計時通常根據(jù)塔徑的大小，由表 41 列出的塔板間距的經(jīng)驗數(shù)值選取。 表 41 塔板間距與塔徑的關(guān)系 塔 徑 /D， m ～ ～ ～ ～ ～ 板間距 /HT， mm 200～ 300 250～ 350 300～ 450 350～ 600 400～ 600 化工生產(chǎn)中常用板間距為： 200， 250， 300， 350， 400， 450， 500， 600， 700， 800mm。在決定板間距時還應(yīng)考慮安裝、檢修的需要。例如在塔體人孔處，應(yīng)留有足夠的工作空間，其值不應(yīng)小于 600mm。 塔徑 塔的橫截面應(yīng)滿足汽液接觸部分的面積、溢流部分的面積和塔板支承、固定等結(jié)構(gòu)處理所需面積的要求。在塔板設(shè)計 中起主導(dǎo)作用，往往是氣液接觸部分的面積，應(yīng)保證有適宜的氣體速度。 計算塔徑的方法有兩類：一類是根據(jù)適宜的空塔氣速，求出塔截面積，即可求出塔徑。另一類計算方法則是先確定適宜的孔流氣速，算出一個孔（閥孔或篩孔）允許通過的氣量， 16 定出每塊塔板所需孔數(shù)，再根據(jù)孔的排列及塔板各區(qū)域的相互比例，最后算出塔的橫截面積和塔徑。 初步計算塔徑 板式塔的塔徑依據(jù)流量公式計算，即 4 sVDu?? （ 42） 式中 D —— 塔徑 m； Vs —— 塔內(nèi)氣體流量 m3/s； u —— 空塔氣速 m/s。 由式（ 42）可見，計算塔徑的關(guān)鍵是計算空塔氣速 u。 設(shè)計中，空塔氣速 u 的計算方法是，先求得最大空塔氣速 umax，然后根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗，乘以一定的安全系數(shù)，即 m ax( ~ )uu? (43) 最大空塔氣速 umax 可根據(jù)懸浮液滴沉降原理導(dǎo)出，其結(jié)果為 m ax LVVuC????? （ 44） 式中 umax—— 允許空塔氣速， m/s； ρ V，ρ L—— 分別為氣相和液相的密度， kg/m3 ； C—— 氣體負荷系數(shù)， m/s，對于浮閥塔和泡罩塔可用圖 41 確定； 圖 41 中的氣體負荷參數(shù) C20 僅適用于液體的表面張力為 ，若液體的表面張力為 6N/m，則其氣體負荷系數(shù) C 可用下式求得： 20 )( ?CC ? （ 45） 所以，初步估算塔徑為： uVD ? （ 46） 其中， u—— 適宜的空塔速度， m/s。 由于精餾段、提餾段的汽液流量不同，故兩段中的氣體速度和塔徑也可能不同。在初算塔徑中，精餾段的塔徑可按塔頂?shù)谝粔K板上物料的有關(guān)物理參數(shù)計算，提餾段的塔徑可按釜中物料的有關(guān)物理參數(shù)計算。也可分別按精餾段、提餾段的平均物理參數(shù)計算。 塔徑的圓整 目前，塔的直徑已標準化。所求得的塔徑必須圓整到標準值 。塔徑在 1 米以下者，標準化先按 100mm 增值變化；塔徑在 1 米以上者，按 200mm 增值變化，即 1000mm、 1200mm、1400mm、 1600mm…… 17 圖 41 史密斯關(guān)聯(lián)圖 圖中 HT—— 塔板間距， m； hL—— 板上液層高度， m； V ,L—— 分別為塔內(nèi)氣、液兩相體積流量，m3/s； ρ V，ρ L —— 分別為塔內(nèi)氣、液相的密度， kg/m3 。 塔徑的核算 塔徑標準化以后，應(yīng)重新驗算霧沫夾帶量，必要時 在此先進行塔徑的調(diào)整，然后再決定塔板結(jié)構(gòu)的參數(shù)，并進行其它各項計算。 當液量很大時，亦宜先按式 47 核查一下液體在降液管中的停留時間 θ 。如不符合要求，且難以加大板間距來調(diào)整時，也可在此先作塔徑的調(diào)整。 第五節(jié) 板式塔的結(jié)構(gòu) 塔的總體結(jié)構(gòu) 塔的外殼多用鋼板焊接，如外殼采用鑄鐵鑄造，則往往以每層塔板為一節(jié)，然后用法蘭連接。 板式塔除內(nèi)部裝有塔板、降液管及各種物料的進出口之外，還有很多附屬裝置，如除沫器、人（手）孔、基座，有時外部還有扶梯或平臺。此外，在塔體上有時還焊有保溫材料的支承圈。為了檢修方便， 有時在塔頂裝有可轉(zhuǎn)動的吊柱。如圖 51 為一板式塔的總體結(jié)構(gòu)簡圖。一般說來，各層塔板的結(jié)構(gòu)是相同的，只有最高一層，最低一層和進料層的結(jié) 18 構(gòu)有所不同。最高一層塔板與塔頂?shù)木嚯x常大于一般塔板間距，以便能良好的除沫。最低一層塔板到塔底的距離較大，以便有較大的塔底空間貯液，保證液體能有 10～ 15min 的停留時間，使塔底液體不致流空。塔底大多是直接通入由塔外再沸器來的蒸氣，塔底與再沸器間有管路連接，有時則再塔底釜中設(shè)置列管或蛇管換熱器，將釜中液體加熱汽化。若是直接蒸汽加熱，則在釜的下部裝一鼓泡管，直接接入加熱蒸汽。另外， 進料板的板間距也比一般間距大。 塔體總高度 板式塔的塔高如圖 52 所示，塔體總高度（不包括裙座）由下式?jīng)Q定： 39。( 2 )D p T T F BH H N S H S H H H? ? ? ? ? ? ? ? ? (51)式中 HD—— 塔頂空間， m； HB—— 塔底空間， m； HT—— 塔板間距， m； HT’—— 開有人孔的塔板間距， m； HF—— 進料段高度， m； Np—— 實際塔板數(shù)； S—— 人孔數(shù)目（不包括塔頂空間和塔底空間的人孔）。 塔頂空間 HD 塔頂空間（見圖 52）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，其高度應(yīng)大于板間距，通常取 HD 為（ ～ ） HT。若圖 52 塔高示意圖需要安裝除沫器時，要根據(jù)除沫器的安裝要求確定塔頂空間。 人孔數(shù)目 人孔數(shù)目根據(jù)塔板安裝方便和物料的清洗程度而定。對于處理不需要經(jīng)常清洗的物料，可隔 8～ 10 塊塔板設(shè)置一個人孔；對于易結(jié)垢、結(jié)焦的物系需經(jīng)常清洗，則每隔 4～ 6塊塔板開一個人孔。人孔直徑通常為 450mm。 19 圖 51 板式塔總體結(jié)構(gòu)簡圖 20 塔底空間 HB 塔底空間指塔內(nèi)最下層塔板到塔底間距。其值視具體情況而定：當進料有 15 分鐘緩沖時間的容量時，塔底產(chǎn)品的停留時間可取 3～ 5 分鐘，否則需有 10～ 15 分鐘的儲量，以保證塔底料液不致流空。塔底產(chǎn)品量大時，塔底容量可取小些，停留時間可取 3～ 5 分鐘；對易結(jié)焦的物