塔基础知识
1：化工生产过程中 , 是如何对塔设备进行定义的?
答: 化工生产过程中可提供气 ( 或汽 ) 液或液液两相之间进行直接接触机会，达到相际
传质及传热目的，又能使接触之后的两相及时分开，互不夹带的设备称之为塔。塔设备是化工、炼油生产中最重要的设备之一。常见的、可在塔设备中
完成单元操作的有精馏、吸收、解吸和萃取等，因此，塔设备又分为精馏塔、吸收塔、
解吸塔和萃取塔等。
2：塔设备是如何分类的 ?
答：按塔的内部构件结构形式，可将塔设备分为两大类：板式塔和填料塔。按化工操作单
元的特性 ( 功能 ) ，可将塔设备分为：精馏塔、吸收塔、解吸塔、反应塔 ( 合成塔 ) 、萃取塔、再生塔、干燥塔。按操作压力可将塔设备分为：加压塔、常压塔和减压塔。按形
成相际接触界面的方式，可将塔设备分为：具有固定相界面的塔和流动相界面的塔。
3：什么是塔板效率 ?其影响因素有哪些 ?
答：理论塔板数与实际塔板数之比叫塔板效率，它的数值总是小于 1 。在实际运行中，由于气液相传质阻力、混合、雾沫夹带等原因，气液相的组成与平衡
状态有所偏离，所以在确定实际塔板数量时，应考虑塔板效率。系统物性、流体力学、
操作条件和塔板结构参数等都对塔板效率有影响，目前塔板效率还不能精确地预测。
4：塔的安装对精馏操作有何影响?
答：： (1) 塔身垂直 . 倾斜度不得超过 1/1000, 否则会在塔板上造成死区 , 使塔的精馏效率下降 ;(2) 塔板水平 . 水平度不超过正负 2mm,塔板水平度如果达不到要
求, 则会造成液层高度不均匀 , 使塔内上升的气相易从液层高度小的区域穿过 , 使气液两相不能在塔板上达到预期的传热 , 传质要求 . 使塔板效率降低。筛板塔尤其要注意塔板的水平要求。对于舌形塔板，浮动喷射塔板，斜孔塔板等还需注
意塔板的安装位置，保持开口方向与该层塔板上液体的流动方向一致。（ 3）溢流口与下层塔板的距离应根据生产能力和下层塔板溢流堰的高度而定。但必须
满足溢流堰板能插入下层受液盘的液体之中，以保持上层液相下流时有足够的通道和封
住下层上升蒸汽必须的液封，避免气相走短路。另外，泪孔是否畅通，受液槽，集油箱，
升气管等部件的安装，检修情况都是要注意的。对于不同的塔板有不同的安装要求，只
有按要求安装才能保证塔的生产效率。
5：塔设备中的除沫器有什么作用?
答：除沫器用于分离塔中气体夹带的液滴，以保证有传质效率，降低有价值的
物料损失和改善塔后压缩机的操作，一般多在塔顶设置除沫器。可有效去除 3 — 5um的雾滴，塔盘间若设置除沫器，不仅可保证塔盘的传质效率，还可以减小板间
距。所以丝网除沫器主要用于气液分离。
6：塔器在进行设备的材料选择时, 应考虑哪些问题 ?
答：（ 1）在使用温度下有良好的力学性能 , 即较高的强度 , 良好的塑性和冲击韧性以及较低的缺口敏感性。（ 2）要求具有良好的抗氢 , 氮等气体的腐蚀性能。
（ 3）要求具有较好的制造和加工性能，并具有良好的可焊性。（4）热稳定性好
7：精馏塔的精馏段与提馏段是怎样划分的, 二者的作用是什么 ?
答：当精馏塔的某块塔板上的浓度与原料的浓度相近或相等时，料液就由此处塔引入，
该塔称为加料版。位于加料版以上的塔段为精馏段，位于加料版及其以下的塔段为提馏段。精馏段的作用是使原料中易挥发组分增浓。提馏段的作用是回收原料中易挥发组分。
8：塔体腐蚀通常表现在哪些部位?原因是什么 ?
答：（ 1）、焊口腐蚀。焊口腐蚀是由于焊条选材不当、焊接工艺不完善、焊口处理不彻底等引起的。（ 2）、局部腐蚀。局部腐蚀是由于塔体自身倾斜、气体分布器开口不均、塔内填料
堆积不均造成介质在塔内流动时偏流，对塔体内部的冲蚀。
9：塔的裙座高度是如何确定的?
答：塔的裙座高度主要是保证塔底产品抽出口与泵的进口管线的高度差大于塔底泵的汽
蚀余量，避免塔底泵因发生气蚀作用而损坏
10：塔设备的临界风速是指什么?
答：塔体上总是在顺风向与横风向分别受到力的作用，可相应地成为拽力与升力。冈为
后者比前者要大得多，因此在计算时可只考虑升力，作用在塔体上的升力是交变的，升
力的频率与旋涡脱落频率相同。因此旋涡脱落频率与塔的任一振型的自振频率一致
时．便会引起塔的共振。塔共振时的风速称为临界风速。
11：两相间传质的双膜理论是什么？
答; 双膜理论”是两相间物质传递的机理应用最为广泛的理论，它的基本点如
下：（ 1）当气液两相接触时，两相之间有一个相界面，在相界面两侧分别存在
着呈层流流动的稳定膜层（有效层流膜层）。膜层的厚度主要随流速而变，流
速越大膜层厚度越小。（ 2）在相界面上气液两相互成平衡。（ 3）在膜层以外的主体内，由于充分的湍动，溶质的浓度基本上是均匀的，即认为主体中没有
浓度梯度存在，换句话说，浓度梯度全部集中在两个膜层内。双膜理论对于湿壁塔，低
气速填料塔等具有固定传质界面的吸收设备有实际意义。
12：塔设备在停车检查时的重点项目是什么?
答：（ 1）查塔盘水平及支撑件 , 连接件的腐蚀 , 松动等情况 , 必要时取出塔外清洗或更换。（ 2）检查塔体腐蚀，变形及各部位焊缝的情况，对塔壁，封头，进料口处筒体，出入口接管，压力引出口线，液位计引出线等处进行测厚，判断
其受蚀情况。（ 3）全面检查设备的附件、安全阀、压力表、温度计、液位计等
接管有无堵塞，是否在规定的压力下动作，有无对安全阀、压力表等进行校验等等。（ 4）
如在运行中发现异常震动等现象，停车检查时一定要查明原因，妥
善处理。如焦化接触冷却塔曾出现裙座螺栓松动特殊情况。（ 5）对于介质较脏的塔，如焦化
分馏塔还需检查塔盘浮阀是否灵活，集油箱及塔底抽出线结焦情
况等等。（ 6）对于焦炭塔除检查塔设备变形、裙座裂纹扩展情况，除塔壁受腐蚀外，还
需检查塔内壁挂焦情况，挂壁严重的话，需要将挂焦铲干净。
13: 车吹扫后，要清理杂质，打开人孔的顺序是什么?
答：应从上往下开始拆。因为吹扫后还可能有部分易燃易爆气体在塔内聚集，而又往往
聚集在塔内顶部，如果先拆开下面人孔，空气进入后，可燃气体与空气混合成爆炸性气
体，遇火星即会爆炸。相反，从上往下拆，每拆一个，就形成一个空气对流段，塔内易
燃易爆气体随空气对流到塔外，难以达到爆炸极限浓度，故从上往下拆安全。
14：板式塔和填料塔在传质上有什么差别?
答：通常的精馏、吸收操作过程中，精馏塔和吸收塔大都采用板式塔和填料塔两种塔型。
板式塔属于分级接触型的传质设备，就大多数塔板形式而言，气、液两相按错流方式流
动，传质是在塔板上进行的。填料塔是连续型的传质设备，气、液两相按逆流方式流动，
传质主要在覆盖于填料表面上的液膜中进行。
15：高压操作的蒸馏塔一般选用什么塔型?
答：高压操作的蒸馏塔，推荐用板式塔。如果选用填料塔，则会因塔内气液比较小等因
素的影响，导致分离效果不好。
16：完成萃取操作有几个步骤?
答：（ 1）、相的分散。将一相液体分散到另一相液体中，形成分散体。
（2）、相间传质。将分散体维持必要的时间，使传质进行到适当程度。
（3）、相的分离。将分散体分离成两相清夜。工业萃取要求溶质萃出率高和萃
取剂用量少，多次重复上述三个步骤，合理安排各进出液体，组成多级逆流萃取以获得
浓度高的萃取液并方便后续加工。
17：萃取塔有几种形式 ?
答：萃取塔按搅拌形式可以分为三类。 1、无搅拌的萃取塔。如 : 喷淋塔、填料塔、挡板塔、筛板塔。 2、往复搅拌的萃取塔。如：脉动填料塔、脉动筛板塔、振动筛板塔。 3、旋转搅拌
的萃取塔。如：转盘塔、 Oldshue-Rushton 塔、偏心转盘塔、 Scheibel 塔。
18：萃取设备计算的基本数据有哪些？
答： (1) 确定萃取剂。 (2) 确定平衡数据。 (3) 确定操作流程。（ 4）确定萃取相比。
(5) 求取理论级数。 (6) 确定萃取设备类型。
19：从塔盘的溢流方式看 , 塔盘可分为哪几种 ?
答：从塔盘的溢流方式看 , 可分为单溢流式和双溢流式 . 其中单溢流式又有中间降液和两边降液之分 . 一般来说 , 塔径在Φ800-2000mm之间可用单溢流塔盘 , 塔径在Φ2000mm以上的可用双溢流塔盘 .
20：减压塔为什么设计成两端细, 中间粗的形式 ?
答：减压塔上部由于气液相负荷都比较小 , 故而相应的塔径也比较小。减压塔底由于温度
较高，塔底产品停留时间太长，容易发生裂解、缩合结焦等化学反
应，影响产品质量，而且对长期安全运转不利。为了减少塔底产品的停留时间，塔的气提
段也采用较小的塔径。绝大多数减压塔下部的气提段和上部缩径部分的直径相同，有利于
塔的制造和安装。减压塔的中部由于气、液相负荷都比较大，相应选择较大的直径 , 故
而构成减压塔两端细 , 中间粗的外形特征。
21：减压塔真空度高低对操作条件有何影响?
答：减压塔的正常平稳操作 , 必须在稳定的真空度下进行，真空度高低对全塔气液相负荷
大小，平稳操作影响很大。在减压炉出口油温度、进料油流量、塔底气提吹气流量及回流
量均不变的前提下，如果真空度降低，就改变了塔内油品压力与温度平衡的关系，提高了
油品的饱和蒸汽压。相应油品分压增高，使油品沸点升高，从而降低了进料的气化率，会
使收率降低。在操作上，由于气化率下降塔内回流量减少，会使各馏出口温度上升。因此，
在把握馏出口操作条件时，真空度变化除应调节好产品收率，也要相应调节好馏出口温度，
当真空度高时可适当调低馏出口温度。真空度低时馏出口温度要适当提高。
22：不同类型塔板的气液传质原理有何区别?
答：塔板是板式塔的核心部件 , 它的主要作用是造成较大的气、液相接触的表面积以利于
在两相间进行传质和传热的过程。塔板上气液接触的情况随气速的变化而有所不同大致可
以分为以下四种类型： 1. 鼓泡接触：当塔内的气速较低的情况下，气体以一个气泡的形
态穿过液层上升。塔板上所有气泡外表面积之和即为该塔板上的气液传质面积。 2. 蜂窝
状接触：随着气速的提高，单位时间内
通过液层气体数量增加，使液层变为蜂窝状。它的传质面积要比鼓泡接触大。 3. 泡沫接触：气体速度进一步加大时，穿过液层的气泡直径变小，呈现泡沫状态
的接触形式。 4. 喷射接触：气体高速穿过塔板，将板上的液体都粉碎成液滴，
此时传质和传热过程则是在气体和液体的外表面之间进行。 : 前三种情况在塔板上的液体是
连续的，气体是分散相进行气液接触传质和传热过程的；喷射接触
在塔板上气体处在连续相，而液体则处在分散相。在小型低速的分馏塔内才会出现鼓泡
状和蜂窝状的情况。原油蒸馏过程中气速一般比较大，常压蒸馏采用浮阀或筛孔塔板，
以泡沫接触为主的方式进行传质和传热。减压蒸馏的气体流速特别高，通常采用网孔或
浮喷塔板，以喷射接触的方式进行传质和传热。经高速气流冲击所形成液滴的流速也很
大，为避免大量雾沫夹带影响传质效果，塔板上均装有挡沫板。
23：塔有哪些不正常操作现象?
答：夹带液沫 : 对一定的液体流量 , 气速越大 , 液沫夹带越大 , 塔板上液层越厚 . 而液层厚度增加 , 相当于板间距的减小 , 对液沫夹带的影响增大 , 因此 , 当气速增至
某一数值时 , 塔板上必将出现恶性循环 , 板上的液层不断增厚而不能达到平衡 , 最终液体将充斥全塔 , 并随着气体从塔顶溢出 , 这种现象称为夹带液沫 . 溢流液沫 : 因降液管通过能力的限制而引起的液沫称为溢流液沫 . 板压降太大通常是降液管内液面太高的主要原因 . 因此 , 板压降很大的塔板都比较容易发生溢流液沫 , 由此可见 , 气速过大同样会造成溢流液
沫 . 此外 , 如塔内某块塔板的降液管阻力急剧增
加( 如堵塞 ) 也会造成溢流液沫漏液 : 当气体流速较小时 , 塔板上部分液体会从筛孔中直接落下 , 这种现象称为漏液现象 . 漏液现象的发生除塔板的结构因素之外 , 气速是决定塔
板漏液的主要因素 .
24：应力腐蚀是怎样定义的?
答：不锈钢在特定的腐蚀介质中和在静拉伸应力的作用下所出现的低于强度极
限的脆性开裂现象称为应力开裂腐蚀 . 这种类型的腐蚀破坏性极大 , 即在不锈钢的腐蚀敏感部位形成微小凹坑 , 产生细小裂纹 , 且裂纹扩展很快 , 能在短时间内发生严重的破坏。
25：什么情况下一般优先使用板式塔?
答：（ 1）在处理易结垢或含固体颗粒的物料时 , 应选择板式塔。板式塔中，气、液负
荷都比较大，以高速通过塔板时有“清扫”的功能，可防止堵塞。
（2）液体负荷过大时，填料塔和板式塔的生产能力都会下降，但板式塔中可应用多溢流的
方法予以避免。（ 3）液体负荷过小时，填料塔的表面不易被全部润湿，而在板式塔中可
增加溢流堰的高度以保持较高的持液量，使气液能充分接
触，这对蒸馏、吸收或有化学反应的操作过程都是有利的。（4）高压操作的蒸
馏塔，建议使用板式塔。如用填料塔，则因塔内气液比小等因素的影响，分离效果不好。
（ 5）操作过程中有热量放出或吸入时，用板式塔较为有利。塔板上有较大的持液量以便
放置换热管。此外板式塔上还可根据工艺上的需要设置多
个加料管与侧线出料口。如果安装在填料塔上则需加设液体分布器或液体收集器，从而增
加了费用。（ 6）塔内温度有周期性变化时，对板式塔影响较小，而在填料塔中，有些力
学性能较差的填料将被挤坏。便于检修和清洗时，选用板式塔。
26：什么情况下一般优先考虑填料塔?
答： (1) 要求低压时应选择填料塔。因为填料塔的自由截面积一般大于 50%，气体阻力小。如处理热敏性物料，在高温下易发生分解或聚合反应，在真空下操
作可以降低塔底的温度，用填料塔便很合适。（ 2）易发泡的物质，在板式塔中易引起液泛，而填料在多数情况下易使泡沫破灭。（ 3）处理腐蚀性的物料时，选用填料塔较为有利，因为填料的用材很广泛，陶瓷、塑料等非金属材料均
可，既便宜，效果又好。板式塔的塔板一般以金属为主，选择的余地很小。
（4）传质速率受气膜控制时，选用填料塔。因为填料表面覆盖的是薄的液膜，
气相湍动有利于减少气膜阻力，与此相反，如传质速率受液膜控制时，则可选
用板式塔，塔板上可维持液相湍动状态。（ 5）塔的直径小于 800mm时, 一般以采用填料塔
为宜。如用板式塔 , 则塔板的固定与密封都会有困难。目前由于新型
填料特别是规整填料的发展，大直径的填料塔也广泛应用。其中波纹填料塔的直径已超
过 14m。
27：塔设备设计或选型时 , 要考虑的因素有哪些 ?
答：（ 1）生产能力大。在较大的气液负荷或其波动范围较宽时，也能在较高的传质速率
下稳定地操作。（ 2）流体阻力小，运转费用低。对热敏性物料挥发物多的精馏、吸收过
程，这一项更应注意。（ 3）能够提供足够大的相际接触面
积，使气液两相在充分接触的情况下进行传质，达到高分离效率。（ 4）要解决由于物料性质，如腐蚀性、热敏性、发泡性，以及由于温度变化的周期性等而
提出的特定要求。（ 5）结构合理，安全可靠，金属消耗量少，制造费用低。
（ 6）不易堵塞，容易操作，便于安装、调节与检修。（7）充分利用热能。
28：在设计塔设备结构形式时, 在物料性质方面需要考虑哪些问题?
答：物料性质是塔设备结构选型时首要条件 , 需要从以下几个方面考虑 :(1) 易气泡的物料 , 如果处理量不大时 , 以选择填料塔为宜。因为填料容易使泡沫破灭，
而在板式塔中则易引起液泛。（ 2）具有腐蚀性色介质，可选用填料塔，如必须选用板式塔，
宜选用结构简单、造价便宜的筛板塔、穿流式塔盘或舌形塔盘，以便及时更换。（ 3）具有
热敏性的物料需减压操作，为防止热引起分解或聚合时，应选用压力降较小的塔型，如可采
用装填规整填料的塔、湿壁塔等，当要
求真空度较低时，宜用筛板塔和浮阀。（ 4）粘性较大的物料，可选用大尺寸填料。板式塔
的传质效率太差。含有悬物的物料，应选择液流通道较大的塔型，
以板式塔为宜。可选用泡罩塔、浮阀塔、栅板塔、舌形塔和孔径较大筛板塔
等。不宜选用小填料。（ 5）操作过程中有热效应的系统，用板式塔为宜。因塔板上有液
层，可在其中安装换热器，进行有效地加热或冷却。
29：在生产操作中 , 工况条件及操作要求对塔设备的选用有哪些影响?
答 : 塔设备的结构形式因为生产的设计工况不同也不尽相同。
（1）若气相传质阻力大（即气相控制系统，如低粘度液体的蒸馏、空气增湿等），应
采用填料塔，因填料层中气相呈湍流，液相为膜状流。反之，受液相控制的系统，应采
用板式塔，因为板式塔中液相呈湍流，气体在液层中鼓泡。
（2）对于较大的液体负荷，可选用填料塔；若采用板式塔时，应选用气液并流的塔型，
如喷射型塔盘，或选用板上液流阻力较小的塔型，如筛板和浮阀。此外，导向筛板塔盘
和多降液管筛板塔盘都能承受较大的液体负荷。
（3）对于较低的液体负荷，不宜选用填料塔，因为填料塔要求一定数量的喷淋密度。如果特
殊需要用填料塔，可以选用网体填料，这样可以适度地提高喷淋密度，但其应用的范围较窄。（ 4）从气液比波动的适宜性看，板式塔要优于填料塔 , 所以对于气液比波动较大的就适宜
用板式塔 .(5) 从操作弹性看 , 板式塔的操作弹性要比填料塔宽。在板式塔中 , 以浮阀塔
为最大 , 泡罩塔次之 , 一般地说 , 穿流塔的操作弹性最小。
30：从经济角度上 , 填料塔和板式塔的设计选用各有哪些不同?
答：经济适用是当前设计工作中选用设备的一个重要指标。 (1) 多数情况下 , 塔径大于
800mm时 , 宜用板式塔 . 塔径小于 800mm时, 宜用填料塔 . 但也有例外 , 在大型填料塔中
使用鲍尔环及某些选型填料的效果可优于板式塔 . 同样 , 塔径小于800mm时 , 也有使用板式塔的。 (2) 一般填料塔比板式塔重。 (3) 大塔以板式塔造
价较经济 . 因为填料的价格约与塔体的容积成正比 , 板式塔按单位面积计算价格 , 随着塔
径增大而减小。
31：塔设备承受哪些荷载的作用?
答：凡安装在室外的塔设备均承受下列荷载的作用 (1) 操作压力。 (2) 重力荷载。（ 3）
风荷载。（ 4）地震荷载。（ 5）偏心荷载。
32：塔设备强度和稳定性校核包括哪几方面？
答：在各种荷载共同作用时，塔体和裙座的稳定性校核包括以下内容：（ 1）塔体壁厚要求其
强度或稳定性既满足操作压力引起的周向应力校核条件，又满足
各种荷载综合作用引起的轴向组合应力校核条件。 (2) 塔体和裙座的连接焊缝强度。 (3) 裙座体承受的轴向组合应力（ 4）基础螺栓的大小和数量。（ 5）基础环板弯曲强度校核。（ 6）基础混凝土的抗压强度。
33：在塔类设备裙座的结构设计时应考虑哪些问题?
答：为了制作方便 , 裙座一般为圆形。对于直径小又细高的塔（直径小于 1 米，且塔高与直
径之比大于 25；或者说，且塔高与直径之比大于 30 的） , 为了增加设备的稳定性，降低地
脚螺栓和环支撑面上的应力，可以采用圆锥形裙座。裙
座直接焊接在塔釜封头上，可采用对接焊缝，焊后要对焊缝进行打磨处理。特别是低温
塔及高寒地区的室外自支撑塔，为了减少应力集中，不宜采用加高焊缝结构，对较高或
细长的塔，焊缝要进行探伤检查。采用这种结构时，如果裙座及封头等壁厚，封头切线
至裙座顶的距离可查相关的设计规定。搭接焊缝因承受剪切载荷，受力状况较差，只是
因为安装方便，才在一些小型塔或焊缝受力较小的情况下采用。
34：风载荷对塔体产生哪些作用?
答：（ 1）产生平行于风向的静弯矩。产生垂直于风向的诱导共振弯矩。
36：设计时对于填料塔填料选取的原则是什么?
答：（ 1）以传质效率高为选取原则。要求填料能提供较大的气、液接触面积，
也就是要求填料具有较大的比表面积，并要求填料表面易被液体湿润，只有湿
润了的表面才是气液接触面。（2）以生产能力大，气体的压力降小为原则选
取。要求填料层的空隙大。（3）以不易引起偏流和沟流为原则选取。（4）以
经久耐用为选取原则。要求所选填料具有良好的耐腐蚀性、较高的机械强度和
必要的耐热性。以取材容易、价格便宜为选取原则。
37：电磁流量计有什么优点?
答： (1) 测量导管内无可动部件或突出于管内的部件 , 因而压力损失小 ;(2) 在采用防腐
衬里的条件下 , 可以测量各种腐蚀性液体的流量 ;(3) 可用来测量含有颗粒、悬浮物等液体
的流量；（ 4）它的电流输出与流量具有线性关系，且不受液体的物理性质的影响，也不受
流动状态的影响；（ 5）电磁流量计的口径范围大，可从 1m 到2m 以上 ;(6) 可测量范围
宽 , 量程比一般为 10:1, 最高可达 100:1;(7) 它没有惰性 , 反应速度快 , 可用于测量脉
动流量等。
38：电磁流量计有何不足和局限性?
答：（ 1）被测流体必须导电；（2）不能测量气体和蒸汽、石油制品等介质的
流量；（ 3）由于受变送器衬里材料的限制，一般使用温度为 0~200℃ , 压力也不能太高。39：关于填料塔内的填料支撑装置?
答：填料在塔内无论是乱堆还是整砌，均堆放在支撑装置上。支撑装置必须要
有足够的强度以承受填料层的重量（包括所持液体的重量） ; 支撑装置的气体通道面积大于填料层的自由截面积（数值上等于孔隙率），否则不仅在支撑装置
处有过大的气体阻力，而且当气速增大时将首先在支撑装置处出现拦液现象，降低塔的
通量。常用的支撑装置为栅板式，它是由树立的扁钢组成的，扁钢条之间的距离一般为
填料外径的 0.6-0.8 倍左右。支撑装置也有采用升气管式的，它的功用是克服支撑装置
的强度和自由截面积之间的矛盾，特别是适应了高孔隙率填料的要求。气体由升气管上
升，通过顶部的孔和侧面的齿缝进入填料层，而液体经底板上的许多小孔流下。
40：填料塔的液体分布装置结构形式有几种?
答：（ 1）莲蓬式喷洒器 , 这种分布器具有半球形外壳 , 在壳壁上有许多供液体喷淋的小孔 , 它的优点是结构简单 , 缺点是小孔容易堵塞 , 而且液体的喷洒范围与压头的关系较
大 , 所以这种喷洒器一般用于直径在 600mm以下的塔中。（ 2）多孔管式喷淋器，多孔管式喷淋器一般在管底部钻有Φ3-6mm 的小孔 , 多用于直径600mm以下的塔中。（ 3）齿槽式分布器，多用于大直径塔中，这种分布器对气
体的阻力小，但安装要求超水平，以保证液体均匀地流出齿槽。（分布器，这种分布器适用于直径 800mm的塔中 , 液体加至分布盘上筛孔流下。缺点是加工复杂。其它新型的分布器。
4）筛孔盘式,再由盘上的
41：塔设备安全阀的选用原则?
答： (1) 选用安全阀时 , 最关键的问题是它的排量 , 即塔类设备所用安全阀的排量必须大于它的安全泄放量 , 只有这样才能保证容器超压时 , 安全阀开放后能及时地把气体排出 , 避免容器内的压力继续升高。 (2) 应注意安全阀的压力范围，因为每种安全阀都有一定的工作压力范围。不应把高压用的弹簧式安全阀过分卸
载用于低压容器上，也不能把低压用的安全阀过分加载用于较高压力的塔类设
备上，选用时应按塔类设备的工作压力采用级别相同的弹簧。（ 3）应考虑塔类设备的工艺条件及工作介质的特点，一般塔类设备宜采用弹簧式安全阀，对于
压力较低而又没有振动影响的塔类设备，可以用杠杆式安全阀。若塔类设备的工作介质
中存在有毒、易燃、易爆气体，或其它污染大气的气体时，应选用封闭式安全阀。
42：什么叫名义厚度、有效厚度？
答：名义厚度是由设计壁厚向上圆整，到钢板标准规格的厚度，它就是图样标准厚度。
有效厚度是名义厚度与壁厚附加量之差。
43：为防止罐壁焊缝因冷却速度快，造成裂纹，施焊时应采
取哪些措施？
答： (1) 环境温度在 5°C 以上施焊； (2) 环境温度很低，工件较厚时，应预温，其温度应
不低于 l00 ℃； (3) 电焊条要进行烘干； (4) 六级以上风天不宜施焊； (5) 雷雨天不宜施焊。
44：罐壁质量检查包括哪些内容？
答： (1) 焊缝质量； (2) 圆度； (3) 垂直度； (4) 局部凸凹变形量； (5) 周长
45：焊前预热的作用是什么?
答： (1) 减少焊缝金属与母材之间的温差，从而减少残余应力； (2) 控制钢材组织转变，
避免在热影响区形成脆性马氏体； (3) 加速氢的扩散，消除热影响区高含量氢的集中； (4)
降低冷却速度，便于造渣； (5) 降低焊接所需热量，从而改善焊接工艺性。
46：简述金属结晶的一般过程？
答：液态金属的结晶过程包括晶核的形成和长大两个基本过程。（ 1）金属结晶时，首先从液
态金属中形成一些极细小的晶体称为晶核，它不断吸附周围液体
中的原子而长大；（ 2）与此同时，在液体中又不断产生新的晶核并且长大，直到全部液
态金属凝固为止，最后金属便由许多外形不规则的小晶体组成。
47：金属加工硬化有何利弊？
答：金属加工硬化有利之处是：（1）强化金属提高强度、硬度和耐磨性；
（ 2）有利于金属进行均匀的变形；（ 3）提高构件在使用过程中的安全性。金属加工硬
化的不利之处是：（ 1）使金属塑性降低，给进一步塑性变形带来困难；（ 2）金属耐腐
蚀性降低。
48：钢中存在哪些杂质 ?对钢的性能有何影响 ?
答：钢中的杂质有锰、硅、硫、磷，其对钢的性能影响如下：（ 1）锰：提高钢的强度和硬度；（ 2）硅：提高钢的强度和硬度，降低塑性和韧性；（ 3）硫：使钢材出现热脆现象；（ 4）磷：提高钢的强度和硬度，显著降低塑性和韧性，出现冷脆现象，使焊接性
变差。
49：测量塔及塔节直线度的方法有哪些？
答：目前，测量直线度的方法很多，如激光测定法、经纬线测定法和拉线测定法。实际
生产中多采用拉线测定法。一般情况下各分段塔体的筒节组对是在胎上进行的，基本上
可以保证其允许偏差，但组对成形后还应用拉线法进行复测，达到要求后方可进行焊接。
50：关于塔设备的保温支持圈的形式？
答：保温支持圈的形式一般有以下两种：（1）整圈焊接式。该种形式保温支持
圈为一整圈扁铁形式，通常分成几等分后进行安装，上部满焊，下部断焊，整个一圈应与塔壁垂直。（ 2）带连接板形式。该种形式保温支持圈一般按圆周等分为 1m 左右一段 , 连接板与支持圈数目相同 , 连接板与塔壁满焊牢固后 , 各支持圈均点焊搭接在支持板上。
51：何谓塔设备的有损检验？
答：有损检验也称为破坏性试验，即取一块与设备材料，焊接工艺条件完全相同的试件
进行一系列的试验，确定其是否符合要求。
52：塔器表面探伤有哪几种方法?
答： 1、磁力探伤； 2、荧光探伤； 3、着色探伤； 4、涡流探伤
53：塔类设备的整体试验含哪些内容？
答：塔类设备制造完成以后，应按设计图纸要求进行相关的试验合格后，才能
交付使用。试验内容有以下几个方面：（ 1）液压试验； (2) 气压试验； (3) 气密性试验；
(4) 煤油渗透试验； (5) 氨渗透试验。 % Z8
54：对塔类设备进行水压试验的目的是什么?
答：对塔类设备进行水压试验的目的有两个： 1、检验设备的强度，以便在投入生产前及时发现材质或或制造中可能存在的缺陷，以便采取适当的措施加以修
补。 2、可以起到部分地消除应力的作用。当进行水压试验时，在焊缝区产生局部屈服，
使残余应力重新分配，从而降低了焊缝处的残余应力，减少了在一定的外加载荷作用下脆
性破坏的危险性。
55：为什么要对塔类设备进行气密性试验？试验压力如何确定？
答：进行气密性试验主要是为了检验设备的严密性。做过气压强度试验，并经检验
合格的设备可不另做气密性试验。气密性试验必须在液压试验合格后进行，其
试验压力为设计压力的 1.05 倍。试验时压力应缓慢上升，达到规定试验压力后
保压 10min, 然后降至设计压力 , 在焊缝和连接部位进行渗漏检查。如有渗漏，修
补后重新进行液压试验和气密性试验。
56：简述水压实验前有哪些准备工作？
答：塔设备制作安装任务完成之后 , 必须进行整体水压试验，在水压试验之前应先对补强圈进行风压试验 , 风压压力一般为 0.45Mpa, 用肥皂水试漏。具体的准备工作如下。（ 1）水压试验必须使用合格的压力表，量程为试验压力的 1.5-2.0 倍，压力表的精度等级应符合规范的要求。（ 2）用作水压试验的水质必须洁净，对于不锈钢材质的塔类设备的水压试验，为防止氯离子的腐蚀，当试压后
不能保证除尽水渍时，必须要控制水质中的氯离子的含量不超过 25x10-6。（ 3）试验温度包括水温和实验的环境温度 , 为防止材料特别是低合金高强度钢在试压
中的低温脆性破坏 , 要求试验温度必须在材料在无塑性转变温度以上的某一温度下进行 ,
例如 16MnR和碳素钢要求大于 5 摄氏度，除低温钢外的其它合金钢要求大于 15 摄氏度。
57：进行塔类设备的耐压试验需注意什么?
答： (1) 检查各部尺寸及焊缝 , 清理塔类设备内杂物并进行必要的密封，合格后充满试验介
质（一般以水做介质）； (2) 塔类设备壁与液体温度相同时，缓慢升压至规定试验压力； (3) 根据塔类设备大小，试验压力保持 10~30min;(4) 将压力降到设计压力 , 至少保持 10~30min, 同时进行检查。
总结 :
1．填料塔处理腐蚀性的物料时，选用填料塔较为有利，因为填料的用材很广泛，陶瓷、
塑料等非金属材料均可，即便宜，效果也好。板式塔塔板的材料一般以金属为主，选择
余地小。
2．板式塔和填料塔比较 , 一般情况下 ,( 填料塔 ) 的压力降较小 ,( 填料塔 ) 持液量较小
一般情况下 , 塔径在 800mm以下时 , 宜选用 ( 填料塔 ); 操作弹性比较大的是 ( 浮阀塔 );
第三章设备选型-精馏塔设计说明书3.1 概述 本章是对各种塔设备的设计说明与选型。 3.2设计依据 气液传质分离用的最多的为塔式设备。它分为板式塔和填料塔两大类。板式塔和填料塔均可用作蒸馏、吸收等气液传质过程，但两者各有优缺点，根据具体情况进行选择。设计所依据的规范如下： 《F1型浮阀》JBT1118 《钢制压力容器》GB 150-1998 《钢制塔式容器》JB4710-92 《碳素钢、低合金钢人孔与手孔类型与技术条件》HG21514-95 《钢制压力容器用封头标准》JB/T 4746-2002 《中国地震动参数区划图》GB 18306-2001 《建筑结构荷载规范》GB50009-2001 3.3 塔简述 3.3.1填料塔简述 (1)填料塔
填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备，由外壳、填料、填料支承、液体分布器、中间支承和再分布器、气体和液体进出口接管等部件组成。 填料是填料塔的核心，它提供了塔内气液两相的接触面，填料与塔的结构决定了塔的性能。填料必须具备较大的比表面，有较高的空隙率、良好的润湿性、耐腐蚀、一定的机械强度、密度小、价格低廉等。常用的填料有拉西环、鲍尔环、弧鞍形和矩鞍形填料，20世纪80年代后开发的新型填料如QH—1型扁环填料、八四内弧环、刺猬形填料、金属板状填料、规整板波纹填料、格栅填料等，为先进的填料塔设计提供了基础。 填料塔适用于快速和瞬间反应的吸收过程，多用于气体的净化。该塔结构简单，易于用耐腐蚀材料制作，气液接触面积大，接触时间长，气量变化时塔的适应性强，塔阻力小，压力损失为300～700Pa，与板式塔相比处理风量小，空塔气速通常为0.5-1.2 m/s，气速过大会形成液泛，喷淋密度6-8 m3/(m2.h)以保证填料润湿，液气比控制在2-10L/m3。填料塔不宜处理含尘量较大的烟气，设计时应克服塔内气液分布不均的问题。 (2)规整填料 塔填料分为散装填料、规整填料(含格栅填料) 和散装填料规整排列3种，前2种填料应用广泛。 在规整填料中，单向斜波填料如JKB，SM，SP等国产波纹填料已达到国外MELLAPAK、FLEXIPAC等同类填料水平；双向斜波填料如ZUPAK、DAPAK 等填料与国外的RASCHIG SUPER-PAK、INTALOX STRUCTURED PACKING 同处国际先进水平；双向曲波填料如CHAOPAK等乃最新自主创新技术，与相应型号的单向斜波填料相比，在分离效率相同的情况下，通量可提高25％ -35％，比国外的单向曲波填料MELLAPAK PLUS通量至少提高5％。上述规整填料已成功应用于φ6400，φ8200，φ8400，φ8600，φ8800，φ10200mm等多座大塔中。 (3)板波纹填料 板波纹填料由开孔板组成，材料薄，空隙率大，加之排列规整，因而气体通过能力大，压降小。其比表面积大，能从选材上确保液体在板面上形成稳定薄液
精馏实验 一、简答题 1、电加热开关何时开启？精馏过程如何调节电压？ 待塔釜料液加好后，将加热电压调节旋钮全关，再开电加热开关，以免启动功率过大，烧坏电加热管。刚开始加热电压可高些如200~220V，等塔釜温度稳定在九十几度也即釜温达泡点时，电压降至100~120V左右，注意加热电压不能太高，否则会出现淹塔现象。 2、其他条件都不变，只改变回流比，对塔性能会产生什么影响？ 3、进料板位置是否可以任意选择，它对塔的性能有何影响？ 4、为什么酒精蒸馏采用常压操作而不采用加压蒸馏或真空蒸馏？ 5、将本塔适当加高，是否可以得到无水酒精？为什么？ 6、为什么精馏开车时，常先采用全回流操作？ 精馏塔要保持稳定高效操作，首先必须使精馏塔从下到上建立起一整套与给定操作条件对应的逐板递升的浓度梯度和逐板递降的温度梯度。即使全塔的浓度梯度和温度梯度按需要渐变。所以，在精馏塔开车时，常先采用全回流操作，待塔内情况基本稳定后，再开始逐渐增大进料流量，逐渐减小回流比，同时逐渐增大塔顶塔底产品流量。 7、精馏塔操作时，若精馏段的高度已不能改变，要提高塔顶产品易挥发组分的浓度，则采用什么方法？ 影响塔顶产品质量的诸因素中，影响最大而且最容易调节的是回流比。所以若需提高塔顶产品易挥发组分的浓度，常采用增大回流比的办法。 8、精馏塔操作时，若提馏段的高度已不能改变，要提高塔底产品中难挥发组分的浓度，则采用什么办法？ 最简便的办法是增大再沸器上升蒸汽的流量与塔底产品的流量之比。 （由7、8题可见，在精馏塔操作中，产品的浓度要求和产量要求是相互矛盾的，为此必须统筹兼顾，不能盲目地追求高浓度或高产量。一般是在保证产品浓度能满足要求以及能稳定操作的前提下，尽可能提高产量。此时提高产量的办法是在允许的范围内采用尽可能小的回流比和尽可能大的再沸器加热量。） 9、精馏操作稳定的必要条件是什么？
在一常压操作的连续精馏塔内分离水—乙醇混合物。已知原料的处理量为2000吨、组成为36%（乙醇的质量分率，下同），要求塔顶馏出液的组成为82%，塔底釜液的组成为6%。 设计条件如下： 操作压力 5kPa(塔顶表压)； 进料热状况 自选 ； 回流比 自选； 单板压降 ≤； 根据上述工艺条件作出筛板塔的设计计算。 【设计计算】 （一）设计方案的确定 本设计任务为分离水—乙醇混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。 设计中采用泡点进料，将原料液通过预料器加热至泡点后送入精馏塔内。塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。该物系属易分离物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。 （二）精馏塔的物料衡算 1. 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 乙醇的摩尔质量 A M =46.07kg/kmol 水的摩尔质量 B M =18.02kg/kmol F x =18.002 .1864.007.4636.007 .4636.0=+= D x =64.002.1818.007.4682.007 .4682.0=+= W x =024.002 .1894.007.4606.007 .4606.0=+= 2.原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 F M =×+×=23.07kg/kmol D M =×+×=35.97kg/kmol W M =×+×=18.69kg/kmol 3.物料衡算 以每年工作250天，每天工作12小时计算 原料处理量 F = 90.2812 25007.231000 2000=???kmol/h 总物料衡算 =W D + 水物料衡算 ×=+W
实验8 筛板精馏塔实验 一、实验目的 1.了解筛板式精馏塔的结构流程及操作方法。 2.测取部分回流或全回流条件下的总板效率。 3.观察及操作状况。 二、实验原理 在板式精馏塔中，混合液的蒸汽逐板上升，回流液逐板下降，汽液两相在塔板上接触，实现传质，传热过程而达到两相一定程度的分离。如果在每层塔板上，液体与其上升的蒸汽到平衡状态，则该塔板称为理论板，然而在实际操作中、汽、液接触时间有限，汽液两相一般不可能达到平衡，即实际塔板的分离效果，达不到一块理论板的作用，因此精馏塔的所需实际板数一般比理论板要多，为了表示这种差异而引入了“板效率”这一概念，板效率有多 种表示方法，本实验主要测取二元物系的总板效率E p ： E N N P T D 板式塔内各层塔板的传质效果并相同，总板效率只是反映了整个塔板的平均效率，概括地讲总板效率与塔的结构，操作条件，物质性质、组成等有关是无法用计算方法得出可靠值，而在设计中需主它，因此常常通过实验测取。实验中实验板数是已知的，只要测取有关数据而得到需要的理论板数即可得总板效率，本实验可测取部分回流和全回流两种情况下的板效，当测取塔顶浓度，塔底浓度进料浓度以及回流比并找出进料状态、即可通过作图法画出平衡线、精馏段操作线、提馏段操作线，并在平衡线与操作线之间画梯级即可得出理论板数。如果在全回流情况下，操作线与对角线重合，此时用作图法求取理论板数更为简单。 三、实验装置与流程 实验装置分两种： （1）用于全回流实验装置 精馏塔为一小型筛板塔，蒸馏釜为卧直径229m长3000mm内有加热器。塔内径50mm共有匕块塔板，每块塔板上开有直径2mm筛孔12个板间距100mm，塔体上中下各装有一玻璃段用以观察塔内的操作情况。塔顶装有蛇管式冷凝器蛇管为φ10×1紫铜管长3．25m，以水作冷凝剂，无提馏段，塔傍设有仪表控制台，采用1kw调压变压器控制釜内电加热器。在仪表控制台上设有温度指示表。压强表、流量计以及有关的操作控制等内容。 （2）用于部分回流实验装置 装置由塔、供料系统、产品贮槽和仪表控制柜等部份组成。蒸馏釜为φ250×340×3mm 不锈钢罐体，内设有2支1kw电热器，其中一支恒加热，另一支用可调变压器控制。控制电源，电压以及有关温，压力等内容均有相应仪表指示， 塔身采用φ57×3.5mm不锈钢管制成，设有二个加料口，共十五段塔节，法兰连接，塔身主要参数有塔板十五块，板厚1mm不锈钢板，孔径2mm，每板21孔三形排列，板间距100mm，溢流管为φ14×2不锈钢管堰高10mm。 在塔顶和灵敏板塔段中装有WEG—001微型铜阻感温计各一支由仪表柜上的XCE—102温度指示仪显示，以监测相组成变化。 塔顶上装有不锈钢蛇管冷凝器，蛇管为φ14×2长250mm以水作冷凝剂以LZB10型转子流量计计量，冷凝器装有排气旋塞。
分离乙醇-水的精馏塔设计设计人员： 所在班级：化学工程与工艺成绩： 指导老师：日期：
化工原理课程设计任务书 一、设计题目：乙醇---水连续精馏塔的设计 二、设计任务及操作条件 （1）进精馏塔的料液含乙醇35％（质量分数，下同），其余为水； （2）产品的乙醇含量不得低于90％； （3）塔顶易挥发组分回收率为99％； （4）生产能力为50000吨/年90％的乙醇产品； （5）每年按330天计，每天24小时连续运行。 （6）操作条件 a）塔顶压强 4kPa （表压） b）进料热状态自选 c）回流比自选 d）加热蒸汽压力低压蒸汽（或自选） e）单板压降 kPa。 三、设备形式：筛板塔或浮阀塔 四、设计内容：
1、设计说明书的内容 1）精馏塔的物料衡算； 2）塔板数的确定； 3）精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算； 4）精馏塔的塔体工艺尺寸计算； 5）塔板主要工艺尺寸的计算； 6）塔板的流体力学验算； 7）塔板负荷性能图； 8）精馏塔接管尺寸计算； 9）对设计过程的评述和有关问题的讨论； 2、设计图纸要求； 1）绘制生产工艺流程图（A2 号图纸）； 2）绘制精馏塔设计条件图（A2 号图纸）； 五、设计基础数据： 1.常压下乙醇---水体系的t-x-y 数据； 2.乙醇的密度、粘度、表面张力等物性参数。
一、设计题目：乙醇---水连续精馏塔的设计 二、设计任务及操作条件：进精馏塔的料液含乙醇35％（质量分数，下同），其余为 水；产品的乙醇含量不得低于90％；塔顶易挥发组分回收率为99％，生产能力为50000吨/年90％的乙醇产品；每年按330天计，每天24小时连续运行。塔顶压强 4kPa （表压）进料热状态自选回流比自选加热蒸汽压力低压蒸汽（或自选）单板压降≤0.7kPa。 三、设备形式：筛板塔 四、设计内容： 1）精馏塔的物料衡算： 原料乙醇的组成 xF＝＝0.1740 原料乙醇组成 xD0.7788 塔顶易挥发组分回收率90％ 平均摩尔质量 MF = 由于生产能力50000吨／年，. 则 qn，F 所以，qn，D 2）塔板数的确定：
E T = ?100% C pm (t BP - t F ) + r m 精馏塔实验讲义 一、 实验目的 1． 充 分 利 用 计 算 机 采 集 和 控 制 系 统 具 有 的 快 速 、 大 容 量 和 实 时 处 理 的 特 点 ， 进 行 精馏过程多实验方案的设计，并进行实验验证，得出实验结论。以掌握实验研究的方法。 2． 学会识别精馏塔内出现的几种操作状态，并分析这些操作状态对塔性能的影响。 3． 学习精馏塔性能参数的测量方法，并掌握其影响因素。 4． 测定精馏过程的动态特性，提高学生对精馏过程的认识。 二、 实验原理 1． 在板式精馏塔中，由塔釜产生的蒸汽沿塔板逐板上升与来字塔板下降的回流液，在塔板 上实现多次接触，进行传热与传质，使混合液达到一定程度的分离。 回流是精馏操作得以实现的基础。塔顶的回流量与采出量之比，称为回流比。回流比是 精馏操作的重要参数之一，其大小影响着精馏操作的分离效果和能耗。 回流比存在两种极限情况：最小回流比和全回流。若塔在最小回流比下操作，要完成分 离任务，则需要有无穷多块塔板的精馏塔。当然，这不符合工业实际，所以最小回流比只是 一个操作限度。若操作处于全回流时，既无任何产品采出，也无原料加入，塔顶的冷凝液全 部返回塔内中，这在生产中无实际意义。但是，由于此时所需理论塔板数最少，又易于达到 稳定，故常在工业装置的开停车、排除故障及科学研究时使用。 实际回流比常取最小回流比 1.2—2.0 倍。在精馏操作中，若回流系统出现故障，操作情 况会急剧恶化，分离效果也会变坏。 2． 对于二元物系，如已知其汽液平衡数据，则根据精馏塔的原料液组成，进料热状况，操 作回流比及塔顶馏出液组成，塔底釜液组成可以求出该塔的理论板数 N T 。按照式（5-1）可以 得到总板效率 E T ，其中 N P 为实际塔板数。 N T N P 部分回流时，进料热状况参数的计算式为 q = r m 式中：
精馏塔的控制 12.1 概述? 精馏是石油、化工等众多生产过程中广泛应用的一种传质过程，通过精馏过程，使混合物料中的各组分分离，分别达到规定的纯度。 ?分离的机理是利用混合物中各组分的挥发度不同（沸点不同），使液相中的轻组分（低沸点）和汽相中的重组分（高沸点）相互转移，从而实现分离。 ?精馏装置由精馏塔、再沸器、冷凝冷却器、回流罐及回流泵等组成。 精馏塔的特点精馏塔是一个多输入多输出的多变量过程，内在机理较复杂，动态响应迟缓、变量之间相互关联，不同的塔工艺结构差别很大，而工艺对控制提出的要求又较高，所以确定精馏塔的控制方案是一个极为重要的课题。而且从能耗的角度，精馏塔是三传一反典型单元操作中能耗最大的设备。 一、精馏塔的基本关系 （1）物料平衡关系总物料平衡： F=D+B (12-1) 轻组分平衡：F z f =D x D +B x B (12-2) 联立（12-1）、（12-2）可得： （2）能量平衡关系 在建立能量平衡关系时，首先要了解分离度的概念。所谓分离度s 可用下式表示： 回流泵 冷凝器 气液分离器 精馏塔 进料 再沸器 釜液 馏出液 冷剂 热剂 B,x B D,x D F,z F L L B L D V B D f D B B f D x x x z F D x x z D F x --= +-=)((12-3) ) 1()1(D B B D x x x x s --=(12-5)
可见，随着s 的增大，x D 也增大，x B 而减小，说明塔系统的分离效果增大。影响分离度s 的因素很多，如平均相对挥发度、理论塔板数、塔板效率、进料组分、进料板位置，以及塔内上升蒸汽量V 和进料F 的比值等。对于一个既定的塔来说： 式（12-6）的函数关系也可用一近似式表示： 或可表示为： 式中β为塔的特性因子由上式可以看到，随着V /F 的增加，s 值提高，也就是x D 增加， x B 下降，分离效果提高了。由于V 是由再沸器施加热量来提高的，所以该式实际是表示塔的能量对产品成分的影响，故称为能量平衡关系式。由上分析可见， V /F 的增加，塔的分离效果提高，能耗也将增加。 对于一个既定的塔，包括进料组分一定，只要D /F 和V /F 一定，这个塔的分离结果，即 x D 和x B 将被完全确定。也就是说，由一个塔的物料平衡关系与能量平衡关系两个方程式， 可以确定塔顶与塔底组分待定因素。 上述结论与一般工艺书中所说保持回流比一定，就确定了分离结果是一致的。二、精馏塔的控制要求精馏塔的控制目标是，在保证产品质量合格的前提下，使塔的总收益（利润）最大或总成本最小。具体对一个精馏塔来说，需从四个方面考虑，设置必要的控制系统。 （1）产品质量控制； （2）物料平衡控制； （3）能量平衡控制； （4）约束条件控制（液泛限、漏液限、压力限、临界温差限等）。 防止液泛和漏液，可以塔压降或压差来监视气相速度。三、精馏塔的主要干扰因素精馏塔的主要干扰因素为进料状态，即进料流量F 、进料组分z f 、进料温度T f 或热焓F E 。 此外，冷剂与热剂的压力和温度及环境温度等因素，也会影响精馏塔的平衡操作。 所以，在精馏塔的整体方案确定时，如果工艺允许，能把精馏塔进料量、进料温度或热焓加以定值控制，对精馏塔的操作平稳是极为有利的。 12.3 精馏塔被控变量的选择 通常，精馏塔的质量指标选取有两类：直接的产品成分信号和间接的温度信号。 一、采用产品成分作为直接质量指标 成分分析仪表的制约因素： ①分析仪表的可靠性差； ②分析测量过程滞后大，反应缓慢； ③成分分析针对不同的产品组分，品种上较难一一满足。 二、采用温度作为间接质量指标 )(F V f s =(12-6) s F V ln β=) 1()1(ln D B B D x x x x F V --=β(12-7) (12-8)
第三章 精馏塔工艺设计计算 塔设备是化工、石油化工、生物化工、制药等生产过程中广泛采用的气液传质设备。根据塔内气液接触构件的结构形式，可分为板式塔和填料塔两大类。 板式塔内设置一定数量的塔板，气体以鼓泡或喷射形势穿过板上的液层，进行传质与传热，在正常操作下，气象为分散相，液相为连续相，气相组成呈阶梯变化，属逐级接触逆流操作过程。 本次设计的萃取剂回收塔为精馏塔，综合考虑生产能力、分离效率、塔压降、操作弹性、结构造价等因素将该精馏塔设计为筛板塔。 3.1 设计依据[6] 3.1.1 板式塔的塔体工艺尺寸计算公式 （1） 塔的有效高度 T T T H E N Z )1( -= （3-1） 式中 Z –––––板式塔的有效高度，m ； –––––塔内所需要的理论板层数； –––––总板效率； –––––塔板间距，m 。 （2） 塔径的计算 u V D S π4= （3-2） 式中 D –––––塔径，m ； –––––气体体积流量，m 3 u –––––空塔气速， u =（0.6~0.8） （3-3） V V L C u ρρρ-=m a x （3-4） 式中 L ρ–––––液相密度，3
V ρ–––––气相密度，3 C –––––负荷因子， 2 .02020?? ? ??=L C C σ （3-5） 式中 C –––––操作物系的负荷因子， L σ–––––操作物系的液体表面张力， 3.1.2 板式塔的塔板工艺尺寸计算公式 (1) 溢流装置设计 W OW L h h h += (3-6) 式中 L h –––––板上清液层高度，m ； OW h –––––堰上液层高度，m 。 3 2100084.2??? ? ??=W h OW l L E h （3-7） 式中 h L –––––塔内液体流量，m ； E –––––液流收缩系数，取1。 h T f L H A 3600= θ≥3~5 (3-8) 006.00-=W h h (3-9) ' 360000u l L h W h = (3-10) 式中 u 0ˊ–––––液体通过底隙时的流速，。 (2) 踏板设计 开孔区面积a A ： ??? ? ? ?+-=-r x r x r x A a 1 222s i n 1802π （3-11）
北 京 化 工 大 学 化 工 原 理 实 验 告 ： ： ： ： ： ： 实验名称 班级 姓名 学 号 同组成员 实验日期 精馏实验 2015.5.13 实验 日 期
精馏实验 一、实验目的 1、熟悉填料塔的构造与操作； 2、熟悉精馏的工艺流程，掌握精馏实验的操作方法； 3、了解板式精馏塔的结构，观察塔板上汽液接触状况； 4、掌握液相体积总传质系数K a的测定方法并分析影响因素 x 5、测定全回流时的全塔效率及单板效率； 6、测量部分回流时的全塔效率和单板效率 二、实验原理 在板式精馏塔中，混合液的蒸汽逐板上升，回流液逐板下降，气液两相在塔板上接触，实现传质、传热过程而达到分离的目的。如果在每层塔板上，上升的蒸汽与下降的液体处于平衡状态，则该塔板称之为理论塔板。然而在实际操做过程中由于接触时间有限，气液两相不可能达到平衡，即实际塔板的分离效果达不到一块理论塔板的作用。因此，完成一定的分离任务，精馏塔所需的实际塔板数总是比理论塔板数多。 回流是精馏操作得以实现的基础。塔顶的回流量与采出量之比，称为回流比。回流比是精馏操作的重要参数之一，其大小影响着精馏操作的分离效果和能耗。 回流比存在两种极限情况：最小回流比和全回流。若塔在最小回流比下操作，要完成分离任务，则需要有无穷多块板的精馏塔。这在工业上是不可行的，所以最小回流比只是一个操作限度。若在全回流下操作，既无任何产品采出，也无原料加入，塔顶的冷凝液全部返回塔中，这在生产中无实验意义。实际回流比常取最小回流比的1.2~2.0倍。 本实验处于全回流情况下，既无任何产品采出，又无原料加入，此时所需理论板最少，又易于达到稳定，可以很好的分析精馏塔的性能。影响塔板效率的因素很多，大致可归结为：流体的物理性质（如粘度、密度、相对挥发度和表面张力等）、塔板结构以及塔的操作
精馏塔尺寸设计计算 初馏塔的主要任务是分离乙酸和水、醋酸乙烯，釜液回收的乙酸作为气体分离塔吸收液及物料，塔顶醋酸乙烯和水经冷却后进行相分离。塔顶温度为102℃，塔釜温度为117℃，操作压力4kPa。 由于浮阀塔塔板需按一定的中心距开阀孔，阀孔上覆以可以升降的阀片，其结构比泡罩塔简单，而且生产能力大，效率高，弹性大。所以该初馏塔设计为浮阀塔，浮阀选用F1型重阀。在工艺过程中，对初馏塔的处理量要求较大，塔内液体流量大，所以塔板的液流形式选择双流型，以便减少液面落差，改善气液分布状况。 4.2.1 操作理论板数和操作回流比 初馏塔精馏过程计算采用简捷计算法。 （1）最少理论板数N m 系统最少理论板数，即所涉及蒸馏系统（包括塔顶全凝器和塔釜再沸器）在全回流下所需要的全部理论板数，一般按Fenske方程[20]求取。 式中x D,l，x D,h——轻、重关键组分在塔顶馏出物（液相或气相）中的摩尔分数； x W,l，x W,h——轻、重关键组分在塔釜液相中的摩尔分数； αav——轻、重关键组分在塔内的平均相对挥发度； N m——系统最少平衡级（理论板）数。 塔顶和塔釜的相对挥发度分别为αD=1.78，αW=1.84，则精馏段的平均相对挥发度： 由式（4－9）得最少理论板数： 初馏塔塔顶有全凝器与塔釜有再沸器，塔的最少理论板数N m应较小，则最少理论板数：。 （2）最小回流比 最小回流比，即在给定条件下以无穷多的塔板满足分离要求时，所需回流比R m，可用Underwood法计算。此法需先求出一个Underwood参数θ。 求出θ代入式（4－11）即得最小回流比。
式中——进料（包括气、液两相）中i组分的摩尔分数； c——组分个数； αi——i组分的相对挥发度； θ——Underwood参数； ——塔顶馏出物中i组分的摩尔分数。 进料状态为泡点液体进料，即q=1。取塔顶与塔釜温度的加权平均值为进料板温度（即计算温度），则 在进料板温度109.04℃下，取组分B（H2O）为基准组分，则各组分的相对挥发度分别为αAB=2.1，αBB=1，αCB=0.93，所以 利用试差法解得θ=0.9658，并代入式（4－11）得 （3）操作回流比R和操作理论板数N0 操作回流比与操作理论板数的选用取决于操作费用与基建投资的权衡。一般按R/R m=1.2～1.5的关系求出R，再根据Gilliland关联[20]求出N0。 取R/R m=1.2，得R=26.34，则有： 查Gilliland图得 解得操作理论板数N0=51。 4.2.2 实际塔板数 （1）进料板位置的确定 对于泡点进料，可用Kirkbride提出的经验式进行计算。
乙醇-水精馏塔实验 一、实验目的： 1.了解板式精馏塔的结构和操作。 2.学习精馏塔性能参数的测量方法，并掌握其影响因素。 二、实验内容: 1.测定精馏塔在全回流条件下,稳定操作后的全塔理论塔板数和总板效率。 2.测定精馏塔在部分回流条件下,稳定操作后的全塔理论塔板数和总板效率。 三、实验原理： 对于二元物系，如已知其汽液平衡数据，则根据精馏塔的原料液组成，进料热状况，操作回流比及塔顶馏出液组成，塔底釜液组成可以求出该塔的理论板数N T .按照式1可以得到总板效率E T ,其中N P 为实际塔板数。 E T %100?= P T N N （1） 部分回流时，进料热状况参数的计算式为 m m F BP Pm r r t t C q +-= )( （2） 式中： t F — 进料温度，℃ 。 t BP — 进料的泡点温度，℃ 。 Cpm — 进料液体在平均温度（t F + t P ）/2下的比热，kJ/（kmol ? ℃） r m — 进料液体在其组成和泡点温度下的汽化潜热，kJ/kmol 222111x M C x M C Cpm P P += kJ/（kmol ? ℃） （3） 222111x M r x M r r m += kJ/kmol （4） 式中： C P1， C P2 —分别为纯组份1和组份2在平均温度下的比热，kJ/（kg ? ℃）。 r 1,r 2 —分别为纯组份1和组份2在泡点温度下的汽化潜热，kJ/kg 。 M 1，M 2—分别为纯组份1和组份2的摩尔质量，kJ/kmol 。
x1,x2—分别为纯组份1和组份2在进料中的摩尔分率。 四、实验装置基本情况: 1．实验设备流程图（如图1所示）： 图1 精馏实验装置流程图 1-储料罐；2-进料泵；3-放料阀；4-加热器；5-直接进料阀；6-间接进料阀；7-进料流量计；8-高位槽；9-玻璃观察段；10-精馏塔；11-塔釜取样阀；12-釜液放空阀；13-塔顶冷凝器；14-回流比流量计；15-塔顶取样阀；16-塔顶液回收罐；17-放空阀；18-冷却水流量计；19-塔釜储料罐；20-塔釜冷凝器；21-第8块板进料阀；22-第9块板进料阀；23-第10块板进料阀；24-液位计；25-料液循环阀；26-釜残液出料阀;27-进料入口阀；28-指针压力表
第6章精馏塔控制系统 6.1 概述 精馏是化工、石油化工、炼油生产过程中应用极为广泛的传质传热过程。精馏的目的是利用混合液中各组分具有不同挥发度，将各组分分离并达到规定的纯度要求。精馏过程的实质是利用混合物中各组分具有不同的挥发度，即同一温度下各组分的蒸汽分压不同，使液相中轻组分转移到气相，气相中的重组分转移到液相，实现组分的分离。 轻组分的转移提供能量；冷凝器将塔顶来的上升蒸汽冷凝为液相，并提供精馏所需的回流。 精馏过程是一个复杂的传质传热过程。表现为：过程变量多，被控变量多，可操纵的变量也多；过程动态和机理复杂。因此，熟悉工艺过程和内在特性，对控制系统的设计十分重要。 6.1.1 精馏塔的控制要求 精馏塔的控制目标是：在保证产品质量合格的前提下，使塔的回收率最高、能耗最低，即使总收益最大，成本最小。 精馏过程是在一定约束条件下进行的。因此，精馏塔的控 制要求可从质量指标、产品产量、能量消耗和约束条件四方面 考虑。 1．质量指标 精馏塔的质量指标是指塔顶或塔底产品的纯度。通常，满 足一端的产品质量，即塔顶或塔底产品之一达到规定纯度，而 另一端产品的纯度维持在规定范围内。所谓产品的纯度，就二 元精馏来说，其质量指标是指塔顶产品中轻组分含量和塔底产 品中重组分含量。对于多元精馏而言，则以关键组分的含量来 表示。关键组分是指对产品质量影响较大的组分，塔顶产品的 关键组分是易挥发的，称为轻关键组分；塔底产品的关键组分 是不易挥发的，称为重关键组分。产品组分含量并非越纯越好， 原因是，纯度越高，对控制系统的偏离度要求就越高，操作成 本的提高和产品的价格并不成比例增加，因此纯度要求应与使图6.1-1 精馏塔示意图 用要求适应。 2．物料平衡控制 进出物料平衡，即塔顶、塔底采出量应和进料量相平衡，维持塔的正常平稳操作，以及上下工序的协调工作。物料平衡的控制是以冷凝罐（回流罐）与塔釜液位一定（介于规定的上、下限之间）为目标的。 3．能量平衡和经济平衡性指标 要保证精馏塔产品质量、产品产量的同时，考虑降低能量的消耗，使能量平衡，实现较好的经济性。 4．约束条件 精馏过程是复杂传质传热过程。为了满足稳定和安全操作的要求，对精馏塔操作参数有一定的约束条件。 气相速度限：精馏塔上升蒸汽速度的最大限。当上升速度过高时，造成雾沫带，塔板上的液体不能向下流，下层塔板的气相组分倒流到上层塔板，出现液泛现象。 最小气相速度限：指精馏塔上升蒸汽速度的最小限值。当上升蒸汽速度过低时，上升蒸汽不能托起上层的液相，造成漏夜，使板效率下降，精馏操作不能正常进行。
分离乙醇-水的精馏塔设计 设计人员： 所在班级：化学工程与工艺成绩： 指导老师：日期：
化工原理课程设计任务书 一、设计题目：乙醇---水连续精馏塔的设计 二、设计任务及操作条件 （1）进精馏塔的料液含乙醇35％（质量分数，下同），其余为水； （2）产品的乙醇含量不得低于90％； （3）塔顶易挥发组分回收率为99％； （4）生产能力为50000吨/年90％的乙醇产品； （5）每年按330天计，每天24小时连续运行。 （6）操作条件 a）塔顶压强 4kPa （表压） b）进料热状态自选 c）回流比自选 d）加热蒸汽压力低压蒸汽（或自选） e）单板压降 kPa。 三、设备形式：筛板塔或浮阀塔 四、设计内容： 1、设计说明书的内容 1）精馏塔的物料衡算； 2）塔板数的确定； 3）精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算； 4）精馏塔的塔体工艺尺寸计算；
5）塔板主要工艺尺寸的计算； 6）塔板的流体力学验算； 7）塔板负荷性能图； 8）精馏塔接管尺寸计算； 9）对设计过程的评述和有关问题的讨论； 2、设计图纸要求； 1）绘制生产工艺流程图（A2 号图纸）； 2）绘制精馏塔设计条件图（A2 号图纸）； 五、设计基础数据： 1.常压下乙醇---水体系的t-x-y 数据； 2.乙醇的密度、粘度、表面张力等物性参数。 一、设计题目：乙醇---水连续精馏塔的设计 二、设计任务及操作条件：进精馏塔的料液含乙醇35％（质量分 数，下同），其余为水；产品的乙醇含量不得低于90％；塔 顶易挥发组分回收率为99％，生产能力为50000吨/年90％ 的乙醇产品；每年按330天计，每天24小时连续运行。塔顶 压强 4kPa （表压）进料热状态自选回流比自选加热蒸汽 压力低压蒸汽（或自选）单板压降≤0.7kPa。 三、设备形式：筛板塔 四、设计内容： 1）精馏塔的物料衡算： 原料乙醇的组成 xF＝＝0.1740
仅供参考 ∠1∶１０ 设计数量 职务姓名日期制图校核审核审定批准 比例 图幅 1∶20 A1 版次 设计项目设计阶段 毕业设计施工图 精馏塔 重量（Kg） 单件总重备注 件号 图号或标准号 名称 材料12345基础环 筋板盖板垫板静电接地板14824241Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A·F 16MnR Q235-A 6 789 10 111213 14151617JB4710-92 GB/T3092-93HG20594-97JB4710-92GB/T3092-93HG20594-97JB4710-92 GB/T3092-93HG20594-97HG5-1373-80引出孔 φ159×4.5引出管 DN40法兰 PN1.0，DN40排气管 φ80接管 DN20，L=250法兰 PN1.0，DN20液封盘 塔釜隔板筒体 φ1600×16进料管 DN32法兰 PN1.0，DN32吊柱 111411111111 6.723.931.55322.7 94.2374.19140.62.97 5.382.364.67 1.170.411.0321.9376181210.69 2.02380Q235-A·F Q235-A 1111111311177511组合件16MnR Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A 45Q235-A·F Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A 组合件Q235-A 111111224Q235-A 16MnR Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A 1819202122232425 2627282930313233343536 3738394041 扁钢 8×16HG20594-97HG20594-97HG20594-97HG20594-97GB/T3092-93GB/T3092-93GB/T3092-93HG8162-87JB/T4737-95HG20594-97HG20594-97GB/T3092-93GB/T3092-93GB/T3092-93JB/T4736-95HG21515-95HJ97403224-3HJ97403224-7JB/T4734-95JB4710-92JB4710-921Q235-A HG20652-1998JB/ZQ4363-86上封头DN1600×16接管 DN20，L=250法兰 PN1.0，DN20出气管 DN600法兰 PN1.0，DN600接管 DN20，L=250法兰 PN1.0，DN20气体出口挡板回流管 DN45法兰 PN1.0，DN45补强圈 DN450×8人孔 DN450塔盘接管 DN20，L=250法兰 PN1.0，DN20下封头DN1600×16裙座筒体 法兰 PN1.0，DN20引出管 DN20引出孔 φ133×4检查孔 排净孔地脚螺栓M42×4.5GB704-88370.70.411.0382.3248.10.411.031.874.150.962.36118.3 310.10.411.03370.738021.032.612.2442.540.6 16.944.3δ=8 1 40 6 23 45 41 39 38 37789 10 1112 3635 34 33 3213 14 31 15 1630 2917 28 2726 25 24 2318 19 202122 a b c d e f i g h j1 k l n m5 m7 Ⅵ Ⅴ Ⅳ Ⅲ Ⅱ Ⅰ 技术要求 1、本设备按GB150-1998《钢制压力容器》和HG20652-95《钢制化工容器制造技术要求》进行 制造、试验和验收，并接受劳动部颁发《压力容器安全技术监察规程》的监督；2、焊条采用电弧焊，焊条牌号E4301； 3、焊接接头型式及尺寸，除图中标明外，按HG20583-1998规定，角焊缝的焊接尺寸按较薄板 厚度，法兰焊接按相应法兰中的规定； 4、容器上A、B类焊缝采用探伤检查，探伤长度20%； 5、设备制造完毕后，卧立以0.2MPa进行水压试验； 6、塔体直线允许度误差是H/1000，每米不得超过3mm，塔体安装垂直度允差是最大30mm； 7、裙座螺栓孔中心圆直径允差以及相邻两孔或任意两弦长允差为2mm； 8、塔盘制造安装按JB1205《塔盘技术条件》进行； 9、管口及支座方位见接管方位图。 技术特性表 管口表 总质量：27685 Kg e m1-7a f i g h j2n j4 l j3 k j1 b c d j3 序号 项 目指 标11 109 87654 3 21设计压力 MPa 设计温度 ℃工作压力 MPa 工作温度 ℃工作介质主要受压元件许用应力 MPa 焊缝接头系数腐蚀裕量 mm 全容积 m 容器类别 0.11500.027102 筒体、封头、法兰1700.58157.9327符号公称尺寸连接尺寸标准紧密面 型式用途或名称b c d e f g h i j1-4k l m1-7n 2060020453220202020402045040 HG20594-97HG20594-97HG20594-97HG20594-97HG20594-97HG20594-97HG20594-97HG20594-97HG20594-97HG20594-97HG20594-97HG20594-97 HG21515-95凹凹凹凹凹凹凹凹凹凹凹凹凹 温度计口气相出口压力计口回流口进料口液面计口液面计口温度计口排气管口至再沸器口出料口人孔再沸器返回口 313028263335373929 2732 3436 38404142 43 444546 474849 505125 24 2322 21201918 1716 151******** 8 7654 32114m6 m7 m5 m4 m3 m2 m1 1 2 3 4 5 30 31 32 33 3435 5051管口方位示意图 A、B类焊缝 1：2 整体示意图1：2 Ⅵ Ⅴ 1：5 1：5 Ⅳ A B B向 A向 Ⅲ 1：5 Ⅱ 1：5 Ⅰ 1：10 平台一 平台二 357 2901
筛板塔精馏过程实验 一、实验目的 1、了解筛板精馏塔及其附属设备的基本结构，掌握精馏过程的基本操作方法。 2、学会判断系统达到稳定的方法，掌握测定塔顶、塔釜溶液浓度的实验方法。 3、学习测定精馏塔全塔效率和单板效率的实验方法，研究回流比对精馏塔分离效率的影响。 二、实验原理 2.1 全塔效率 TE 全塔效率又称总板效率，是指达到指定分离效果所需理论板数与实际板数的比值于塔内所需理论塔板数，可由已知的双组分物系平衡关系，以及实验中测得的塔顶、塔釜出液的组成，回流比R和热状况q等，用图解法求得TN 2.2 图解法求理论塔板数 TN 图解法又称麦卡勃－蒂列（McCabe－Thiele）法，简称M－T法，其原理与逐板计算法完全相同，只是将逐板计算过程在y－x图上直观地表示出来。 2.3 全回流操作 在精馏全回流操作时，操作线在y－x图上为对角线，如图8－3所示，根据塔顶、塔釜的组成在操作线和平衡线间作梯级，即可得到理论塔板部分回流操作。部分回流操作时，图解法的主要步骤为： (1）根据物系和操作压力在y－x图上作出相平衡曲线，并画出对角线作为辅助线；(2）在x轴上定出x＝xD、xF、xW三点，依次通过这三点作垂线分别交对角线于点a、f、b； (3）在y轴上定出yC＝xD/(R+1)的点c，连接a、c作出精馏段操作线； (4)由进料热状况求出q线的斜率q/（q-1），过点f作出q线交精馏段操作线于点d； (5)连接点d、b作出提馏段操作线； (6)从点a开始在平衡线和精馏段操作线之间画阶梯，当梯级跨过点d时，就改在平衡线和提馏 段操作线之间画阶梯，直至梯级跨过点b为止； (7) 所画的总阶梯数就是全塔所需的理论踏板数（包含再沸器），跨过点d的那块板就是加料板， 其上的阶梯数为精馏段的理论塔板数。 2.4 实验装置和流程 本实验装置的主体设备是筛板精馏塔，配套的有加料系统、回流系统、产品出料管路、残液出料管路、进料泵和一些测量、控制仪表。 筛板塔主要结构参数：塔内径D＝68mm，厚度洌?4mm，塔板数N＝10块，板间距HT ＝100mm。加料位置由下向上起数第4块和第6块。降液管采用弓形，齿形堰，堰长56mm，堰高7.3mm，齿深4.6mm，齿数9个。降液管底隙4.5mm。筛孔直径d0＝1.5mm，正三角形排列，孔间距t＝5mm，开孔数为77个。塔釜为内电加热式，加热功率2.5kW，有效容积为10L。塔顶冷凝器、塔釜换热器均为盘管式。单板取样为自下而上第1块和第10块，斜向上为液相取样口，水平管为气相取样口。 本实验料液为乙醇水溶液，釜内液体由电加热器产生蒸汽逐板上升，经与各板上的液体传质后，进入盘管式换热器壳程，冷凝成液体后再从集液器流出，一部分作为回流液从塔顶流入塔内，另一部分作为产品馏出，进入产品贮罐；残液经釜液转子流量计流入釜液贮罐。
1 导论 本文主要是对精馏塔进出料进行控制，使得进料量与出料量达到平衡，以此来实现物料液位均衡状态，以避免物料过多溢出造成浪费，或者物料不足延误生产的问题，从而能够达到提高生产效率的目的。因此，首先针对精馏塔原理、均匀控制的由来和目的做一简单的介绍和说明。 1.1 精馏塔控制系统介绍 1.1 .1 精馏塔控制 精馏塔是进行精馏的一种塔式汽液接触装置，又称为蒸馏塔。有板式塔与填料塔两种主要类型。根据操作方式又可分为连续精馏塔与间歇精馏塔。 蒸汽由塔底进入，与下降液进行逆流接触，两相接触中，下降液中的易挥发(低沸点)组分不断地向蒸汽中转移，蒸汽中的难挥发(高沸点)组分不断地向下降液中转移，蒸汽愈接近塔顶，其易挥发组分浓度愈高，而下降液愈接近塔底，其难挥发组分则愈富集，达到组分分离的目的。由塔顶上升的蒸汽进入冷凝器，冷凝的液体的一部分作为回流液返回塔顶进入精馏塔中，其余的部分则作为馏出液取出。塔底流出的液体，其中的一部分送入再沸器，热蒸发后，蒸汽返回塔中，另一部分液体则作为釜残液取出。 蒸馏的基本原理是将液体混合物部分气化,利用其中各组份挥发度不 同（相对挥发度）的特性，实现分离目的的单元操作。蒸馏按照其操作方法可分为：简单蒸馏、闪蒸、精馏和特殊精馏等。 1.1.2控制要求及干扰因素 为了保证精馏生产工序安全、高效持续进行,改造生产工艺提出如下控制要求: (1) 保证产品质量。以塔顶产品的纯度作为质量参数进行控制,构建质量控制系统。 (2) 保证平稳生产。首先要使精馏塔的进料参数保持稳定;其次为了维持塔的物料平衡,要控制塔顶和塔底产品采出量,使其和等于进料量;再次塔内的储 液量应保持在限定的范围内;最后要控制塔内压力稳定。 (3) 满足约束条件。系统必须满足一些参数的极限值所限定的约束条件,如塔内气体流速的上下限、塔内压力极限值等。 (4) 节能要求及经济性。主要是再沸器的加热量和冷凝器的冷却能量消耗。影响产品质量指标和平稳生产的主要干扰因素有: ①进料流量( F) 的波动; ②进料成分( Z F) 的变化; ③进料温度( T F) 和进料热焓值( Q F) 的变化;④再沸器加热剂输入热量的变化; ⑤冷却剂在冷凝器内吸收热量的变化; ⑥环境温度
板式精馏塔设计方案 一、设计方案确定 1.1 精馏流程 精馏装置包括精馏塔，原料预热器，再沸器，冷凝器，釜液冷却器和产品冷却器等,为保持塔的操作稳定性，流程中用泵直接送入塔原料，乙醇、水混合原料液经预热器加热至泡点后，送入精馏塔。塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝后经分配器一部分回流，一部分经过冷却器后送入产品储槽，塔釜采用间接蒸汽再沸器供热，塔底产品经冷却后为冷却水循环利用。 塔板是板式塔的主要构件，分为错流式塔板和逆流式塔板两类，工业中以错流式为主，常用的错流式塔板有：泡罩塔板，筛孔塔板，浮阀塔板。泡罩塔板是工业上应用最早的塔板，其主要的优点是操作弹性较大，液气比围较大，不易堵塞；但由于生产能力及板效率底，已逐渐被筛孔塔板和浮阀塔板所替代。筛孔塔板优点是结构简单，造价低，板上液面落差小，气体压强底，生产能力大；其缺点是筛孔易堵塞，易产生漏液，导致操作弹性减小，传质效率下降。而浮阀塔板是在泡罩塔板和筛孔塔板的基础上发展起来的，它吸收了前述两种塔板的优点。浮阀塔板结构简单，制造方便，造价底；塔板开孔率大，故生产能力大；由于阀片可随气量变化自由升降，故操作弹性大；因上升气流水平吹入液层，气液接触时间长，故塔板效率较高。但浮阀塔板也有缺点，即不易处理易结焦、高粘度的物料，而设计的原料是乙醇-水溶液，不属于此类。故总结上述，设计时选择的是浮阀塔板。 1.2设计方案论证及确定 1.2.1 生产时日及处理量的选择：设计要求塔年处理11.5万吨乙醇—水溶液系统，年工作日300d，每天工作24h。 1.2.2 选择用板式塔不用填料塔的原因：因为精馏塔精馏塔对塔设备的要求大致如下： （1）生产能力大：即单位塔截面大的气液相流率，不会产生液泛等不正常流动。