1、化工原理課程設計二說明書設計題目： 苯-甲苯混合液的連續板式精餾塔 班 級： 2012級化工（3）班 姓 名： 學 號： 1220103128 設計時間： 2014-11-30至2014-12-06 指導教師： 目 錄一、 前言二、 生產任務書三、 設計方案的確定及流程說明（一） 裝置流程的確定（二） 操作壓強的選擇（三） 進料熱狀況的選擇（四） 加熱方式（五） 回流比的選擇四、 塔的工藝計算（一） 裝置流程的確定（二） 塔的物料衡算（三） 塔板數的確定（四） 全塔效率（五） 實際塔板數（六） 塔的工藝條件及物性參數數據計算（七） 塔的氣液負荷計算五、 塔和塔板主要工藝尺寸的設計（一） 塔徑（

2、二） 溢流裝置（三） 塔板布置（四） 篩孔數與開孔率（五） 塔的有效高度六、 塔板的流體力學驗算（一） 氣體通過篩板壓降相當的液柱高度（二） 霧沫夾帶量的驗算（三） 漏液的驗算（四） 液泛的驗算七、 塔板的負荷性能圖（一） 霧沫夾帶線（二） 液泛線（三） 液相負荷上限線（四） 漏液線（五） 液相負荷下限線八、 設計結果一覽表九、 分析與討論（一） 設計評述（二） 有關問題的分析討論（三） 心得體會十、 參考文獻十一、 附帶參考文獻前 言課程設計是化工原理課程的一個總結性教學環節，是培養學生綜合運用本門課程及有關選修課程的基本知識去解決某一設計任務的一次訓練。在整個教學計劃中，它也起著培養學生獨

3、立工作能力的重要作用。 課程設計不同于平時的作業，在設計中需要學生自己做出決策，即自己確定方案，選擇流程，查取資料，進行過程和設備計算，并要對自己的選擇做出論證和核算，經過反復的分析比較，擇優選定最理想的方案和合理的設計。所以，課程設計是培養學生獨立工作能力的有益實踐。 通過課程設計，學生應該注重以下幾個能力的訓練和培養： 1、查閱資料，選用公式和搜集數據（包括從已發表的文獻中和從生產現場中搜集）的能力； 2、樹立既考慮技術上的先進性與可行性，又考慮經濟上的合理性，并注意到操作時的勞動條件和環境保護的正確設計思想，在這種設計思想的指導下去分析和解決實際問題的能力； 3、迅速準確的進行工程計算的

4、能力； 4、用簡潔的文字，清晰的圖表來表達自己設計思想的能力。化工過程設備設計（二）任務書（一） 設計題目：試設計一座苯甲苯連續精餾塔，要求年產純度為 98 %的甲苯 25572.888 噸，塔頂餾出液中苯含量不低于 99 %，原料液中含苯 41 %（以上均為質量%）。（二） 操作條件（1）塔頂壓強：4kpa（表壓）（2）進料熱狀況： 飽和液體進料 （3）回流比： 自選 （4）單板壓降不大于0.7kpa（三） 設備型式：f1型浮閥塔或篩板塔（四） 設備工作日：每年330天，每天24小時連續運行（五） 廠址大氣壓：101.3kpa（六） 設計內容1、設計方案的確定及流程說明2、塔的工藝計算3、塔

5、和塔板主要工藝尺寸的設計 （1）塔高、塔徑及塔板結構尺寸的確定 （2）塔板的流體力學驗算 （3）塔板的負荷性能圖4、設計結果概要或設計結果一覽表5、對本設計的評述和有關問題的分析討論一、 概述1.1 塔設備在化工生產中的作用和地位塔設備是化工、石油化工和煉油等生產中最重要的的設備之一。它可使氣（或汽）液或液液兩相之間進行緊密接觸，達到相際傳質及傳熱的目的。可在塔設備中完成的常見的單元操作有：精餾、吸收、解吸和萃取等。此外，工業氣體的冷卻與回收、氣體的濕法凈制和干燥，以及兼有氣液兩相傳質和傳熱的增濕、減濕等。 在化工廠、石油化工廠、煉油廠等中，塔設備的性能對于整個裝置的產品產量、質量、生產能力和

6、消耗定額，以及三廢處理和環境保護等各個方面，都有重大的影響。據有關資料報道，塔設備的投資費用占整個工藝設備投資費用的較大比例；它所耗用的鋼材重量在各類工藝設備中也屬較多。因此，塔設備的設計和研究，受到化工、煉油等行業的極大重視。1.2 塔設備的分類及一般構造 塔設備經過長期發展，形成了型式繁多的結構，以滿足各方面的特殊需要。為了便于研究和比較，人們從不同的角度對塔設備進行分類。例如：按操作壓力分為加壓塔、常壓塔和減壓塔；按單元操作分為精餾塔、吸收塔、解吸塔、萃取塔、反應塔和干燥塔；按形成相際接觸界面的方式分為具有固定相界面的塔和流動過程中形成相界面的塔；也有按塔釜型式分類的。但是長期以來，最常

7、用的分類是按塔的內件結構分為板式塔和填料塔兩大類，還有幾種裝有機械運動構件的塔。 在板式塔中，塔內裝有一定數量的塔盤，氣體以鼓泡或噴射的形式穿過塔盤上的液層使兩相密切接觸，進行傳質。兩相的組分濃度沿塔高呈階梯式變化。 在填料塔中，塔內裝填一定段數和一定高度的填料層，液體沿填料表面呈膜狀向下流動，作為連續相的氣體自下而上流動，與液體逆流傳質。兩相的組分濃度沿塔高呈連續變化。人們又按板式塔的塔盤結構和填料塔所用的填料，細分為多種塔型。裝有機械運動構件的塔，也就是有補充能量的塔，常被用來進行萃取操作，液有用于吸收、除塵等操作的，其中以脈動塔和轉盤塔用得較多。 塔設備的構件，除了種類繁多的各種內件外，

8、其余構件則是大致相同的。 1.塔體 塔體是塔設備的外殼。常見的塔體是由等直徑、等壁厚的圓筒和作為頭蓋和低蓋的橢圓形封頭所組成。隨著化工裝置的大型化，漸有采用不等直徑、不等壁厚的塔體。塔體除滿足工藝條件（如溫度、壓力、塔徑和塔高等）下的強度、剛度外，還應考慮風力、地震、偏心載荷所引起的強度、剛度問題，以及吊裝、運輸、檢驗、開停工等的影響。對于板式塔來說，塔體的不垂直度和彎曲度，將直接影響塔盤的水平度（這指標對板式塔效率的影響是非常明顯的），為此，在塔體的設計、制造、檢驗、運輸和吊裝等各個環節中，都應嚴格保證達到有關要求，不使其超差。 2.塔體支座 塔體支座是塔體安放到基礎上的連接部分。它必須保證

9、塔體坐落在確定的位置上進行正常的操作。為此，它應當具有足夠的強度和剛度，能承受各種操作情況下的全塔重量，以及風力、地震等引起的載荷。最常用的塔體支座是裙式支座（簡稱為“裙座”）。 3.除沫器 除沫器用于捕集夾帶在氣流中的液滴。使用高效的除沫器，對于回收貴重物料、提高分離效率、改善塔后設備的操作狀況，以及減少對環境的污染等，都是非常必要的。 4.接管 塔設備的接管是用以連接工藝管路，把塔設備與相關設備連成系統。按接管的用途，分為進液管、出液管、進氣管、出氣管、回流管、側線抽出管和儀表接管等。 5.人孔和手孔 人孔和手孔一般都是為了安裝、檢修檢查和裝填填料的需要而設置的。在板式塔和填料塔中，各有不

10、同的設置要求。 6.吊耳 塔設備的運輸和安裝，特別是在設備大型化后，往往是工廠基建工地上一項舉足輕重的任務。為起吊方便，可在塔設備上焊以吊耳。 7.吊柱 在塔頂設置吊柱是為了在安裝和檢修時，方便塔內件的運送。1.3 對塔設備的要求作為主要用于傳質過程的塔設備，首先必須使氣（汽）液兩相能充分接觸，以獲得較高的傳質效率。此外，為了滿足工業生產的需要，塔設備還得考慮下列各項要求。（1） 生產能力大。在較大的氣（汽）液流速下，仍不致發生大量的霧沫夾帶、攔液或液泛等破壞正常操作的現象。（2） 操作穩定、彈性大。當塔設備的氣（汽）液復合量有較大的波動時，仍能在較高的傳質效率下進行穩定的操作。并且塔設備應保

11、證能長期連續操作。（3） 流體流動的阻力小，即流體通過塔設備的壓力降小。這將大大節省生產中的動力消耗，以降低經常操作費用。對于減壓蒸餾操作，較大的壓力降還將使系統無法維持必要的真空度。（4） 結構簡單、材料耗用量小、制造和安裝容易。這可以減少基建過程中的投資費用。（5） 耐腐蝕和不易堵塞，方便操作、調節和檢修。事實上，對于現有的任何一種塔型，都不可能完全滿足上述的所有要求，僅是在某些方面具有獨到之處。人們對于高效率、生產能力大、穩定操作和低壓力降的追求，推動著塔設備新結構型式的不斷出現和發展。1.4 塔設備的用材塔設備與其他化工設備一樣，置于室外、無框架的自支承式塔體，絕大多數是采用鋼材制造的

12、。這是因為鋼材具有足夠的強度和塑性，制造性能較好，設計制造的經驗也較成熟。特別是在大型的塔設備中，鋼材更具有無法比擬的優點，因而被廣泛地采用。為此，有些場合為了滿足腐蝕性介質或低溫等特殊要求，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。用這類材料制成的塔設備，塔徑一般都不大，當尺寸稍大時，就得在塔外用鋼架結構加強。此外，這些材料在制造、運輸、安裝等方面都各有特點，在設計時還應參閱其他有關資料，認真加以考慮。可供制作塔設備內件的材料，比之塔體用材，選擇余地更大了。板式塔中的塔盤，以及浮閥、泡罩一類

13、氣液接觸元件，由于結構較為復雜，加之安裝工藝和使用方面的要求（如浮閥應能自由浮動），所以仍是以鋼材為主，其他材料（如陶瓷、鑄鐵等）為輔。填料的用材，往往只考慮制造成型方面的性能，所以可用多種材料制成同一型式和外形尺寸的填料，以滿足不同場合需要。如拉西環最初是用瓷做的，以后又出現用鋼、石墨或硬聚氯乙烯塑料等制造；鮑爾環也有用鋼、鋁或聚丙烯塑料等制造；至于高效的絲網填料，則除了用各種金屬絲網外，還可將尼龍、塑料等編織成網，進而制得。總之，選材所考慮得因素較多。1.5 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設備，種類繁多。根據目前國內外實際使用的情況，主要塔型是浮閥塔、篩板塔及泡罩塔。1

14、.5.1 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備中，曾占有主要地位，近三十年來由于塔設備有很大的進展，出現了許多性能良好的新塔型，才使泡罩塔的應用范圍和在塔設備中所占的比重有所減少。但泡罩塔并不因此失去其應用價值，因為它具有如下優點。 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。 無泄漏。 液氣比的范圍大。 不易堵塞，能適應多種介質。泡罩塔的不足之處在于結構復雜、造價高、安裝維修麻煩以及氣相壓力降較大。然而，泡罩塔經過長期的實踐，積累的經驗比其他任何塔型都豐富，常用的泡罩已經標準化。在處理非腐蝕性物料時，整個泡罩塔盤都可用碳鋼制造。泡罩塔盤的蒸

15、氣壓力降雖然高一些，但在常壓或加壓下操作時，并不是主要問題。根據現今的情況，泡罩塔盤在工業上仍有一定的實用價值。泡罩塔盤的主要結構包括泡罩、升氣管、溢流管及降液管。泡罩塔如果塔盤設計欠妥或操作不當，常會出現以下不正常現象，從而使塔板效率下降，甚至破壞操作。（1） 錐流 當液體流量很小或液封高度不夠時，從齒縫出來的蒸氣，能推開液體，掠過液面直接上升，以致氣液接觸不良。（2） 脈動 當蒸氣流量很小、不能以連續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，當增加到足夠的數值后，才能通過齒縫鼓泡逸出；而當流過若干氣泡后，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。

16、即蒸氣的流動過程表現為蒸氣脈動鼓泡。（3） 偏流和傾流 當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。這現象多出現于大塔中。（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。（5） 液泛 部分液體未能通過降液管流下，被攔截在塔板上，泡沫層高度充滿板間距，以致無法操作，這稱為液泛（或淹塔）。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，超過了設計限度。泡罩是泡罩塔板最主要的部件，品種很多，目前應用最多的型式是具有矩形或梯形齒縫，底部有緣圈、結構可拆的圓泡罩。

17、1.5.2 篩板塔篩板塔也是很早出現的一種板式塔。20世紀50年代起對篩板塔進行了大量工業規模的研究，逐步掌握了篩板塔的性能，并形成了較完善的設計方法。與泡罩塔相比，篩板塔具有下列優點：生產能力大（2040），塔板效率高（1015），壓力降低（3050），而且結構簡單，塔盤造價減少40左右，安裝、維修都較容易。從而一反長期的冷落狀況，獲得了廣泛應用。近年來對篩板塔盤的研究還在發展，出現了大孔徑篩板（孔徑可達2025mm）、導向篩板等多種型式。篩板塔盤上分為篩孔區、無孔區、溢流堰及降液管等幾部分。工業塔常用的篩孔孔徑為38mm，按正三角形排列，孔間距與孔徑的比為2.55。近年來有用大孔徑（102

18、5mm）篩板的，它具有制造容易、不易堵塞等優點，只是漏液點稍高，操作彈性較小。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，經溢流堰進入降液管，流入下一層塔盤。依靠溢流堰來保持塔盤上的液層高度。蒸氣自下而上穿過篩孔時，分散成氣泡，穿過板上液層。在此過程中進行相際的傳熱和傳質。篩板塔盤的特點如下。（1） 結構簡單，制造維修方便。（2） 生產能力較大。（3） 塔板壓力降較低。（4） 塔板效率較高，但比浮閥塔盤稍低。（5） 合理設計的篩板塔可具有適當的操作彈性。（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。1.5.3 浮閥塔20世紀50年代起，浮閥塔已大

19、量用于工業生產，以完成加壓、常壓、減壓下的精餾、吸收、脫吸等傳質過程。大型浮閥塔的塔徑可達10m，塔高達83m，塔板數有數百塊之多。浮閥塔是在泡罩塔的基礎上發展起來的，它主要的改進是取消了升氣管和泡罩，在塔板開孔上設有浮動的浮閥，浮閥可根據氣體流量上下浮動，自行調節，使氣縫速度穩定在某一數值。這一改進使浮閥塔在操作彈性、塔板效率、壓降、生產能力以及設備造價等方面比泡罩塔優越。但在處理粘稠度大的物料方面，又不及泡罩塔可靠。浮閥塔廣泛用于精餾、吸收以及脫吸等傳質過程中。塔徑從200mm到6400mm，使用效果均較好。國外浮閥塔徑，大者可達10m，塔高可達80m，板數有的多達數百塊。浮閥塔之所以廣泛

20、應用，是由于它具有下列特點。（1） 處理能力大 浮閥在塔盤上可安排得比泡罩更緊湊。因此浮閥塔盤的生產能力可比圓形泡罩塔盤提高2040。（2） 操作彈性大 浮閥可在一定范圍內自由升降以適應氣量的變化，而氣縫速度幾乎不變，因之能在較寬的流量范圍內保持高效率。它的操作彈性為35，比篩板和舌形塔盤大得多。（3） 塔板效率高 由于氣液接觸狀態良好，且蒸氣以水平方向吹入液層，故霧沫夾帶較少。因此塔板效率較高，一般情況下比泡罩塔高15左右。（4） 壓力降小 氣流通過浮閥時，只有一次收縮、擴大及轉彎，故干板壓力降比泡罩塔低。在常壓塔中每層塔盤的壓力降一般為400666.6pa。浮閥的型式很多，國內已采用的浮閥

21、，如v-1型、v-4型、v-6型、十字架型和a型，其中常用的是v-1型和v-4型。浮閥塔盤操作時的氣液流程和泡罩塔相似；蒸氣自閥孔上升，頂開閥片，穿過環形縫隙，以水平方向吹入液層，形成泡沫。浮閥能夠隨著氣速的增減在相當寬廣的氣速范圍內自由調節、升降，以保持穩定操作。1.5.4 舌形塔及浮動舌形塔舌形塔是噴射型塔，20世紀60年代開始應用。它是在塔盤板上開有與液流同方向的舌形孔，蒸氣經舌孔流出時，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生較大的液面落差。由于氣液兩相呈并流流動，這就大大地減少了霧沫夾帶。當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

22、氣液接觸面積。與泡罩塔相比，其優點是：液面落差小，塔盤上液層薄、持液量小，壓力降小（約為泡罩塔盤的3350），處理能力大，塔盤結構簡單，鋼材可省1245，且安裝維修方便；其缺點是：操作彈性小（僅24），塔板效率低，因而使用受到一定限制。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構特點，因此既有舌形塔盤的大處理量、低壓力降、霧沫夾帶小等優點，又有浮閥塔的操作彈性大、效率高、穩定性好等優點；缺點是舌片易損壞。1.5.5 穿流式柵板塔穿流式柵板塔屬于無溢流裝置的板式塔，在工業上也得到廣泛應用。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。穿流式塔盤根據板上開有柵縫或

23、篩孔，分別稱為穿流式柵板塔或穿流式篩板塔。這種塔盤沒有降液管，氣液兩相同時相向通過柵縫或篩孔。操作時蒸氣通過孔縫上升，進入液層，形成泡沫；與蒸氣接觸后的液體，也不斷地通過孔縫流下。這種塔盤由于操作范圍窄，一直未能推廣應用。至20世紀50年代初，穿流式柵板塔的工業應用獲得成功，因而近年來應用日廣。穿流式柵板塔的特點如下。（1） 結構簡單 塔盤上無溢流裝置，結構比一般篩板塔盤還簡單。因而制造容易，安裝維修方便，節省材料和投資。 （2） 生產能力大 由于沒有溢流裝置，就節省了降液管所占的塔截面積（一般約占塔盤總面積的1530），所以蒸氣流量較大。（3） 壓力降小 開孔率大，孔縫氣速可比溢流式塔盤為小

24、，其壓力降比泡罩塔小4080，因而可用于真空蒸餾。（4） 污垢不易沉積、孔道不易堵塞 可用塑料、陶瓷、石墨等非金屬耐腐蝕材料制造。（5） 操作彈性較小 能保持較好效率的負荷上下限之比約為1.52.0，低于其他板式塔。（6） 塔板效率較低 比一般板式塔約低3060。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。穿流式塔盤上的氣液通道可制成長條形柵縫或圓形篩孔，柵縫或篩孔大小可按物料的污垢程度、所要求的效率等情況而定，孔縫大，則耐污垢性好、加工容易，但效率較低。柵縫一般寬為312mm、長為100150mm，常用縫寬為35mm。篩孔孔

25、徑一般為310mm，近來有用到25mm的，常用孔徑為58mm。塔盤開孔率一般為1525，亦有大到40的。1.5.6 其他類型塔盤1.導向篩板塔盤2.多降液管篩板塔盤3.網孔塔盤4.kittel塔盤5.旋流塔盤6.角鋼塔盤1.6 塔型選擇一般原則塔型的合理選擇是做好塔設備設計的首要環節。選擇時應考慮的因素有：物料性質、操作條件、塔設備的性能，以及塔設備的制造、安裝、運轉和維修等。1.6.1 與物性有關的因素（1） 易起泡的物系，如處理量不大時，以選用填料塔為宜。因為填料能使泡沫破裂，在板式塔中則易引起液泛。（2） 具有腐蝕性的介質，可選用填料塔。如必須用板式塔，宜選用結構簡單、造價便宜的篩板塔盤

26、、穿流式塔盤或舌形塔盤，以便及時更換。（3） 具有熱敏性的物料須減壓操作，以防過熱引起分解或聚合，故應選用壓力降較小的塔型。如可采用裝填規整填料的散堆填料等，當要求真空度較低時，也可用篩板塔和浮閥塔。（4） 黏性較大的物系，可以選用大尺寸填料。板式塔的傳質效率較差。（5） 含有懸浮物的物料，應選擇液流通道較大的塔型，以板式塔為宜。可選用泡罩塔、浮閥塔、柵板塔、舌形塔和孔徑較大的篩板塔等。不宜使用填料。（6） 操作過程中有熱效應的系統，用板式塔為宜。因塔盤上積有液層，可在其中安放換熱管，進行有效的加熱或冷卻。1.6.2 與操作條件有關的因素（1） 若氣相傳質阻力大（即氣相控制系統，如低黏度液體的

27、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。反之，受液相控制的系統（如水洗二氧化碳），宜采用板式塔，因為板式塔中液相呈湍流，用氣體在液層中鼓泡。（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）。此外，導向篩板塔盤和多降液管篩板塔盤都能承受較大的液體負荷。（3） 低的液體負荷，一般不宜采用填料塔。因為填料塔要求一定量的噴淋密度，但網體填料能用于低液體負荷的場合。（4） 液氣比波動的適應性，板式塔優于填料塔，故當液氣比波動較大時宜用板式塔。1.6.3 其他因素（1） 對于多數情況，塔徑小于8

28、00mm時，不宜采用板式塔，宜用填料塔。對于大塔徑，對加壓或常壓操作過程，應優先選用板式塔；對減壓操作過程，宜采用新型填料。（2） 一般填料塔比板式塔重。（3） 大塔以板式塔造價較廉。因填料價格約與塔體的容積成正比，板式塔按單位面積計算的價格，隨塔徑增大而減小。1.7 板式塔的強化板式塔產生、發展的過程，實際上就體現了塔設備的強化途徑。可將板式塔的發展劃分為三個時期，由于當時的主觀要求和客觀條件所決定，各個時期的發展有所側重。（1） 從板式塔的產生到第二次世界大戰結束 這階段的板式塔主要用來煉油，典型設備是泡罩塔。由于當時設計于操作的水平不高，人們希望板式塔有較大的操作彈性，且操作方便，而這正

29、是泡罩塔的特點。篩板塔雖然具有結構簡單、造價低、處理能力大等優點，但因缺乏設計資料和難于操作管理而較少采用。（2） 從第二次世界大戰結束至20世紀50年代末 在煉油工業繼續發展的同時，以三大合成為中心的化學工業開始有了較大的發展。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。篩板塔則逐漸為人們所接受，技術上有較大的進展。同時，為了適應工業發展的要求，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，因而相繼出現了s形塔盤、條形泡罩塔盤等泡罩型新塔盤，結合泡罩、篩板的優點而創制的各種浮閥塔盤，以及一些噴射型、穿流型的塔盤。這些塔型與泡罩塔相比，都有結構

30、簡單、造價便宜、處理能力較大的優點。（3） 20世紀60年代至今 從60年代起，開始出現生產裝置的大型化，所以也要求塔設備向大型化方向發展。與此同時，塔設備的廣泛應用，又提出了高壓、真空、大的液體負荷、高彈性比等許多特殊要求，迫使板式塔以強化設備的生產能力為中心，向高效率、大通量方向發展，因而各種新型塔板不斷出現。常用塔型如篩板、浮閥、泡罩塔盤的設計方法也日趨完善，建立了系列、標準，并采用電子計算技術，使設計快速化和最優化。還應指出，節約能源也日益成為板式塔發展中必須考慮的問題。板式塔強化的具體途徑是改進流體動力學因素，以提高設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

31、學因素，以提高設備的傳質速率與分離效率。從塔盤的流體力學來看，隨著氣速的增大，氣液兩相接觸時的操作狀態是：鼓泡-泡沫-噴射，依次過渡。一定的操作狀態都要求相應的塔盤結構。同時，結構的改變又為解決生產能力與分離效率之間的矛盾創造了有利條件。例如噴射型塔盤的生產能力一般都比泡罩塔盤、浮閥塔盤為大，且壓力降也低。事實上每種塔盤結構都可以歷經從鼓泡到噴射的過渡，問題在于什么是最好的操作狀態，由設計操作參數所決定的。二、 設計方案的確定（一）裝置流程的確定精餾裝置包括精餾塔、原料預熱器、再沸器、冷凝器、釜液冷卻器和產品冷卻器等設備。熱量自塔釜輸入，物料在塔內經多次部分氣化與部分冷凝進行精餾分離，由冷凝器

32、和冷卻器中的冷卻介質將余熱帶走。在此過程中，熱能利用率很低，為此，在確定裝置流程時應該考慮余熱的利用，注意節能。此外，為了保持塔的操作穩定性，流程中除了用泵直接送入塔原料外，還可用高位槽送料以免受泵操作波動的影響。塔頂冷凝器裝置根據生產情況以決定采用分凝器分凝器或者全凝器。一般來說，塔頂分凝器對上升氣雖有一定增濃作用，但是在石油化工中獲取液相產品時往往采用全凝器，以便于準確地控制回流比，若后繼裝置使用氣態物料，則宜用分凝器。（二）操作壓強的選擇蒸餾操作通常可在常壓、加壓和減壓下進行。確定操作壓力時，必須根據所處理物料的性質，兼顧技術上的可行性和經濟上的合理性進行考慮。例如，采用減壓操作有利于分

33、離相對揮發度較大組分及熱敏性的物料，但壓力降低將導致塔徑增加，同時還需要使用抽真空的設備。對于沸點低、在常壓下為氣態的物料，則應在加壓下進行蒸餾。當物性無特殊要求時，一般是在稍高于大氣壓下操作。但在塔徑相同的情況下，適當地提高操作壓力可以提高塔的處理能力。有時應用加壓蒸餾的原因，則在于提高平衡溫度后，便于利用蒸汽冷凝時的熱量，或可用較低品位的冷卻劑使蒸汽冷凝，從而減少蒸餾的能量消耗。（三）進料熱狀況的選擇進料熱狀況以熱狀態參數q表達，定義式如下：有5種進料狀態：（1）q1.0冷液進料（2）q=1.0飽和液體進料（3）q=0飽和蒸汽進料（4）0q1.0氣液混合物進料（4）q1.5無明顯漏液k=1

34、.6507587311.5無明顯漏液（四）液氣驗算為防止降液管液泛的發生，應使降液管中清液層高度取=0.56、 塔板負荷性能圖（一）霧沫夾帶線（1）精餾段：式中：取e=1取霧沫夾帶線極限值ev=0.1kg液/kg氣提餾段：式中：取e=1取霧沫夾帶線極限值ev=0.1kg液/kg氣（2） 液泛線（2）由知：精餾段：代入ht，hw,代入上式聯立方程提餾段：代入ht，hw,代入上式聯立方程（三）液相負荷上限線（3）取液體在降液管中停留的時間為=4s由此可以看出，液相負荷上限線(3)在vsls圖上為與氣速流量vs無關的垂直線。（四）漏液線（氣相負荷下限線）(4)精餾段：由hl=hw+how知：此即為氣

35、相負荷下限線關系式。提餾段由知：此即為氣相負荷下限線關系式。(五)液相負荷下限線(5) 對于平直堰，取堰上層高度how=0.006m作為最小液體負荷標準由此可以看出，液相負荷下限線(5)在vsls圖上為與氣速流量vs無關的垂直線。將上述10條線繪于vsls圖上即為精餾段與提餾段的負荷性能圖。5條線包圍區域為精餾段、提餾段塔板操作區，p與p為操作點，op，op為操作線。op線，op線與線（1），線（1）的交點相應的氣相負荷為vs，max，vs，max，op線與氣相負荷下限線（4），線（4）的交點相應氣相負荷為vs，min，vs，min。可知本設計塔板的上限由霧沫夾帶控制，下限由漏液控制。由圖可知

36、：精餾段的操作彈性：提餾段的操作彈性： 篩板塔的工藝設計計算結果總表項目符號單位計算數據精餾段提餾段各段平均壓強pmkpa108.825117.225各段平均溫度tm88.405103.035平均流量氣相vsm3/s0.61660.5956液相lsm3/s0.00170.0033實際塔板數n塊1014板間距htm0.40.4塔的有效高度zm3.65.2塔徑dm1.00140.9404空塔氣速um/s0.40080.3871塔板液流型式單溢流單溢流溢流裝置溢流管型式弓形降液管弓形降液管堰長lwm0.9240.924堰高hwm0.04960.0436溢流堰寬度wdm0.17360.1736管底與受

37、液盤距離hom0.02280.0449板上清液層高度hlm0.060.06孔徑d0mm55孔間距tmm2020孔數n個32353235開孔面積aam21.121.12篩孔氣速u0m/s9.711188869.38011塔板壓強pkpa0.584750.57735液體在降液管中停留時間s26.36313.384降液管內清液層高度hdm0.13510.1357霧沫夾帶evkg液/kg氣0.00160.0015液相負荷上限ls,maxm3/s0.01110.0111液相負荷下限ls,minm3/s0.0007880.000788氣相最大負荷vs,maxm3/s1.231.09氣相最小負荷vs,min

38、m3/s0.380.35操作彈性3.233.11附表： 設計基本數據 表 1、苯和甲苯的物理性質分子量沸點，c臨界溫度tc，c臨界壓強pc，kpa苯78.1180.1288.56833.4甲苯92.13110.6318.574107.7 表 2、飽和蒸汽壓p0用antoine方程計算 logp0=a-b/(t+c)式中t-物性溫度，c p0-飽和蒸汽壓，kpa a,b,c-antoine常數組分abc苯6.0231206.35220.24甲苯6.0781343.94219.58 表3、組分密度溫度，c8090100110120，kg/m3苯815803.9792.5780.3768.9甲苯81

39、0800.2790.3780.3770.0 表4、組分的表面張力溫度，c8090100110120， m苯21.2720.0618.8517.6616.49甲苯21.6920.5919.9418.4117.31 表5、液體粘度溫度，c8090100110120，mpas苯0.3800.1790.2550.2330.215甲苯0.3110.2860.2640.2540.228 表6、液體汽化潛熱溫度，c8090100110120（kj/kg)苯394.1386.9379.3371.5363.2甲苯379.9373.8367.6361.2354.6 表7、純組分苯和甲苯的飽和蒸汽壓t/c80.18

40、59095100105110.6p苯kpa101.33116.9135.5155.7179.2204.2240.0p甲苯kpa40.0465463.374.386.0101.33 表8、不同溫度下的相對揮發度t/c80.1859095100105110.62.542.512.462.412.37x1.0000.780.5810.4120.2580.1300y1.0000.8970.7730.6330.4610.2690附圖： 干篩孔的流量系數圖 充氣系數關聯 0.2ht=0.60.450.30.150.40.30.21.00.70.10.040.030.020.070.010.040.030.020.070.010.10.090.060.05 史密斯關聯圖 液流收縮系數計算圖 弓型降液管的寬度與面積 設計過程的評述和討論回流比的選擇 回流是保證精餾塔連續穩定操作的必要條件之一,且回流比是影響精