筛板塔化工设计计算一

《化工原理》电子教案——板式塔及其设计计算新乡学院化工原理教研室研制8、板式塔8.1板式塔结构及性能（1）板式塔结构功能：为混合物的气、液两相提供多级的充分、有效的接触与及时、完全分离的条件。进料回流液塔顶气相塔底液相汽、液两相接触方式两相流动的推动力全塔：逆流接触塔板上：错流接触液体：重力气体：压力差塔板结构①气体通道形式很多，如筛板、浮阀、泡罩等，对塔板性能影响很大。②降液管（液体通道）液体流通通道，多为弓形。③受液盘塔板上接受液体的部分。④溢流堰使塔板上维持一定高度的液层，保证两相充分接触。浮阀塔内部结构塔板上理想流动情况：液体横向均匀流过塔板，气体从气体通道上升，均匀穿过液层。气液两相接触传质，达相平衡，分离后，继续流动。传质的非理想流动情况：①反向流动液沫夹带、气泡夹带，即：返混现象后果：使已分离的两相又混合，板效率降低，能耗增加。气量↑→夹带量↑板间距HT↓→夹带量↑要求液沫夹带量eG≯0.1kg液沫/kg干气液沫夹带影响因素气泡夹带原因：液体在降液管中停留时间过短，气泡来不及解脱，而被液体卷入下层塔板。②气体和液体的不均匀流动液面落差（水力坡度）：引起塔板上气速不均；塔壁作用（阻力）：引起塔板上液速不均，中间近壁；后果：使塔板上气液接触不充分，板效率降低。③漏液液泛现象：6.10.2塔内气、液两相异常流动（1）液泛如果由于某种原因，使得气、液两相流动不畅，使板上液层迅速积累，以致充满整个空间，破坏塔的正常操作，称此现象为液泛。①降液管液泛当塔内气、液两相流量较大，导致降液管内阻力及塔板阻力增大时，均会引起降液管液层升高，当降液管内液层高度难以维持塔板上液相畅通时，降液管内液层迅速上升，以致达到上一层塔板，逐渐充满塔板空间，即发生液泛。并称之为降液管液泛。②过量雾沫夹带液泛原因：①气相在液层中鼓泡，气泡破裂，将雾沫弹溅至上一层塔板；②气相运动是喷射状，将液体分散并可携带一部分液沫流动。说明：开始发生液泛时的气速称之为液泛气速。说明：两种液泛互相影响和关联，其最终现象相同。（2）严重漏液漏液量增大，导致塔板上难以维持正常操作所需的液面，无法操作。此漏液为严重漏液，称相应的孔流气速为漏液点气速。气量过小；塔板开孔率大。产生原因6.10.3常用塔板的类型（1）泡罩塔优点：塔板操作弹性大，塔效率也比较高，不易堵。缺点：结构复杂，制造成本高，塔板阻力大但生产能力不大。塔板是气液两相接触传质的场所，为提高塔板性能，采用各种形式塔板。组成：升气管和泡罩圆形泡罩条形泡罩泡罩塔（2）筛板塔板优点：结构简单、造价低、塔板阻力小。目前，广泛应用的一种塔型。塔板上开圆孔，孔径：3-8mm，大孔径筛板：12-25mm。（3）浮阀塔板圆形浮阀条形浮阀浮阀塔盘方形浮阀优点：浮阀根据气体流量，自动调节开度，提高了塔板的操作弹性、降低塔板的压降，同时具有较高塔板效率，在生产中得到广泛的应用。缺点：浮阀易脱落或损坏。方形浮阀F1型浮阀筛板塔化工设计计算一、板式塔的工艺计算（1）选定塔顶、塔底产品浓度（有时由设计任务书给出），进行全塔物料衡算，列出物料衡算总表。（2）确定冷凝器、塔顶、塔底的操作压力。（3）确定塔顶、塔底温度。（4）选定进料状态，定出进料温度。（5）在已定的操作压力下，作出x-y相平衡曲线。（6）求出最小回流比。（7）确定适宜的操作回流比。（8）计算所需的理论板数及进料位置。（9）确定全塔效率，算出精馏段、提馏段实际塔板数。（11）计算塔顶冷凝器及塔底再沸器的热负荷，求出塔顶、塔底所需冷却剂量及加热蒸汽用量，列出全塔热量衡算总表。（1）塔的有效高度Z已知：实际塔板数N=NT/η；选取塔板间距HT；选取塔板间距HT：塔径D，m0.3-0.50.5-0.80.8-1.61.6-2.02.0-2.42.4塔板间距HT，m0.2-0.30.3-0.350.35-0.450.45-0.60.5-0.8≥0.6塔板间距和塔径的经验关系塔体高度：有效高+顶部+底部二、筛板塔设备设计计算板式塔的高度为气液接触有效高度与塔顶、塔底空间高度三部分之和。其中有效段高度：Z=（N-NF-NP-1）HT+NFHF+NPHP+HD+HB式中N为实际塔板数，NF—进料板数，HT为板间距，HF—进料板处板间距，NP—人孔数，一般每隔6—8层塔板设一人孔，需经常清洗时每隔3—4块塔板处设一人孔。人孔直径一般为450—500mm。HP—设人孔处的板间距，一般取等于或大于600mm。HD—塔顶空间（不包括头盖部分），通常取1.2～1.5mHB—塔底空间。指最后一块塔板到塔底部的距离。液体自离开最后一块塔板至流出塔外，需要有10-15min停留时间，据此再由釜液流量和塔径即可求出此此段高度。MLHDB'24maxLgguCC：气体负荷因子，与HT、液体表面张力和两相接触状况有关。①液泛气速（2）塔径确定原则：防止过量液沫夹带液泛步骤：先确定液泛气速umax(m/s)；然后选设计气速u；最后计算塔径D。2.02020CC8-7取板上清液层高度hl=50-100mm之间对于筛板塔(浮阀、泡罩塔)，可查图，C20=(HT、FLV)0.2HT=0.60.450.30.150.40.30.21.00.70.10.040.030.020.070.010.040.030.020.070.010.10.090.060.05LlLVggVFV20C筛板塔泛点关联图②选取设计气速u选取泛点率：u/umax一般液体，0.6~0.8易起泡液体，0.5~0.6snVAu所需气体流通截面积设计气速u=泛点率×umaxAf③计算塔径DAn=AT-AfAn总面积AT按下表1选择塔板流型，并取堰长kDlw通常单流型可取k=0.6～0.8，双流型取k=0.5～0.7。对容易发泡的物系k可取得高一些，以保证液体在降液管内有更长的停留时间。塔径/m液体流量（m3/h）U行流型单流型双流型阶梯流型1.0＜7＜451.4＜9＜702.0＜11＜9090～1603.0＜11＜110110～200200～3004.0＜11＜110110～230230～3505.0＜11＜110110～250250～4006.0＜11＜110110～250250～450TAD4塔径说明：计算塔径需圆整，且重新计算实际气速及泛点率。fATA由教材图8-17查得溢流管面积和塔板总面积之比，即TnTTfAAAAA，然后求得塔板总面积TA按塔设备系列化规格，将D进行圆整。当塔径小于1m时，按100mm递增，当塔径大于1m时，按200mm递增。sV为气体的体积流量m3/s，需要按精馏段和提馏段分开计算，最后根据塔径的大小确定均能满足要求的塔径。3、塔板的分块塔板按结构特点，大致可分为整块式和分块式两类塔板。塔径为300—900mm时，一般用整块式；塔径超过800—900mm时，由于刚度、安装、检修等要求，多将塔板分成数块通过人孔送入塔内。对塔径为800—2400mm的单流型塔板，分块数如下表：塔径，mm800—12001400-16001800-20002200-2400塔板分块数3444（3）溢流装置设计①溢流型式的选择依据：塔径、流量；型式：单流型、U形流型、双流型、阶梯流型等。②降液管形式和底隙降液管：弓形、圆形。降液管截面积：由Ad/AT=0.06~0.12确定；底隙hb：通常在30~40mm。③溢流堰（出口堰）作用：维持塔板上一定液层，使液体均匀横向流过。型式：平直堰、溢流辅堰、三角形齿堰及栅栏堰。平流堰溢流辅堰栅栏堰三角形齿堰堰长lW：影响液层高度。堰高hW：直接影响塔板上液层厚度过小，相际传质面积过小；过大，塔板阻力大，效率低。常、加压塔：40~80mm；减压塔：25mm左右。WfTlDfAA75.06.0DlW7.05.0DlW说明：通常应使液流强度VL/lW不大于60m3/（mh）。双流型:单流型：2/332.8410LowWVhEl(4)塔板及其布置①受液区和降液区一般两区面积相等。②入口安定区和出口安定区其中，E：液流收缩系数，一般可近似取E=1。mmhOW6mmbbss10050mmbc50堰上方液头高度hOW：要求：③无效区（边缘区）：bcbdbslWrx)sin(21222rxrxrxAa)sin(2)sin(211221211222rxrxrxrxrxrxAa（5）筛孔的尺寸和排列筛孔：有效传质区内，常按正三角形排列。筛板开孔率：单流型弓形降液管塔板：④鼓泡区（有效传质区）：双流型弓形降液管塔板：20220907.060sin21421tdtdAAoaobcbdbslWrxd0t00gVuA20200785.04dAdAna筛孔直径d0:3~8mm(一般)。12~25mm(大筛孔)孔中心距t:(2.5~5)d0取整。开孔率φ:通常为0.05~0.15。板厚：碳钢（3~4mm）、不锈钢。筛孔气速：筛孔数：d0t(6)塔板的校核（参看教材）对初步设计的结果进行调整和修正。①液沫夹带量校核单位质量（或摩尔）气体所夹带的液体质量（或摩尔）ev：kg液体/kg气体，或kmol液体/kmol气体单位时间夹带到上层塔板的液体质量（或摩尔）e：kg液体/h或kmol液体/h液沫夹带分率ψ：夹带的液体流量占横过塔板液体流量的分数。2.33107.5fTvHHue说明：超过允许值，可调整塔板间距或塔径。ev的计算方法：方法1：利用Fair关联图求Ψ，进而求出ev。方法2：用Hunt经验公式计算ev。)(5.2OWWfhhH式中Hf为板上泡沫层高度：要求：ev≤0.1kg液体/kg气体。②塔板阻力的计算和校核（参看有关设计书）说明：若塔板阻力过大，可增加开孔率或降低堰高。③降液管液泛校核说明：若高度过大，可减小塔板阻力或增大塔板间距。④液体在降液管中停留时间校核目的：避免严重的气泡夹带。fdLAHV停留时间：要求：s53说明：停留时间过小，可增加降液管面积或增大塔板间距。说明：如果稳定系数k过小，可减小开孔率或降低堰高。⑤严重漏液校核要求：2~5.1k⑥液面落差△△/h0＜0.5①过量液沫夹带线（气相负荷上限线）规定：ev=0.1（kg液体/kg气体）为限制条件。3232.313)(101.75.21081.8WVLWTVVlqhHAqhh（6）塔板的负荷性能图——确定塔板的操作弹性②液相下限线006.01084.23/23WVLowlqEhh整理出：规定WVLhlq07.3③严重漏液线（气相下限线）hhhhOWW13.00056.00代入相关公式，如hOW、σ、u0’，整理出。④液相上限线——保证液体在降液管中有一定的停留时间。sLHAsTd5dThAHV720⑤降液管液泛线WTdhHHLvcugh2000)(21WTbWhWhhLVhHhlLlLndV)5.1(1018.11026.41041.3283232208,max,minggVV塔板的操作弹性：