板式塔和塔盘的选型

一、引言精馏塔是化工生产中常见的一种分离设备，通过利用不同组分在液相和气相之间的传质传热差异，实现物质的分离纯化。

精馏塔的设计方案的选定对于生产过程的效率和质量具有重要影响。

本文将从选择塔型、确定塔盘数以及优化操作参数三个方面，介绍精馏塔设计方案的选定。

二、选择塔型精馏塔的塔型选择是设计中的核心问题之一。

常见的精馏塔塔型包括板式塔、填料塔和结构塔。

不同塔型的选择将影响塔的装填方式、气液分布和传质效果。

1. 板式塔板式塔是将塔内空间分为多个水平的塔盘，用来支承塔板。

塔板可分为穿孔板、泡沫塔板和波纹塔板。

穿孔板适用于低液速和正常气速的流体，泡沫塔板适用于气速较高的流体，而波纹塔板适用于高液速和低气速的流体。

根据具体的操作条件和物料属性，选取适宜的塔盘型式。

2. 填料塔填料塔是通过将填料充满整个塔体来提供大量的表面积，增加气液接触，从而增强传质效果。

常用填料有环形填料、球形填料和片状填料等。

根据塔的高度和具体的应用要求，选择合适的填料类型。

3. 结构塔结构塔通过设置各种结构件，如槽板、静雾层和液下分布器等，来提高气液接触效果。

结构塔的选择需考虑到操作远程和疏水性等因素。

在特殊的工艺要求下，结构塔是一种较好的选择。

三、确定塔盘数塔盘数的确定会直接影响到塔的高度和设备投资。

为保证精馏的有效塔盘数，需要考虑到塔盘间的液体波动度、气液分布和传质效果等因素。

1. 传质传热效果传质传热效果是决定有效塔盘数的关键因素之一。

在设计中，需通过实验和计算确定传质传热的塔效，并据此确定有效塔盘数。

2. 液波动度液波动度是塔内液面上下波动的幅度，对有效塔盘数有一定的影响。

一般来说，液波动度较大时，需要增加塔盘数以提高塔的分离效果。

3. 落液区间精馏塔的下部是用于落液的区间，该区间的长度也会影响到有效塔盘数。

通常情况下，落液区间应满足液滴在下部区间内平均停留数秒的要求，并根据设计手册的要求确定有效塔盘数。

四、优化操作参数精馏塔设计方案的选定还要考虑到操作参数的优化。

板式塔内部构件选型与设计
高塔是一种以风力旋转作动力，又为全风速风力发电设备最理想的建筑形式。

然而，由于其特殊的结构，框架的强度和稳定性的要求较高，因而引起很多工程师的关注。

针对高塔内部构件选型和设计，本文从构件设计技术、结构设计、材料选择以及表面处理等四方面，进行了详细分析说明。

首先，高塔内部构件设计技术是选择和使用构件的首要任务，常规用锻件、焊
接构件、压铸件等，构件可实现比较细致的设计。

其次，结构设计主要面向高压、强度、强度分布等，设计的核心是合理的分析结构承载的负荷和稳定的设计；再次，材料选择包括塔体构件材料、塔架材料、导线支架材料和接地装置材料，要求具有较强的强度、耐腐蚀性和耐冷热性。

最后，表面处理注重去除粗糙表面，减少空气摩擦系数，以及腐蚀防护等，为了延长构件的使用寿命和减少「空气摩擦系数」，往往还需要对构件进行氧化处理。

综上所述，高塔内部构件的选型和设计是一次比较复杂的工程，能否成功的凭
借在构件设计技术、结构设计、材料选择以及表面处理上的质量。

高塔内部构件的设计及其先进技术，在今天的风电行业是必不可少的，并且为风电发电提供了广阔的市场应用前景。

塔设备选型1.1 设计标准1.2 塔设备设计原则塔设备设计应满足以下原则：(1) 生产能力大。

在较大的气(汽)液流速下，仍不致发生大量的雾沫夹带、拦液或液泛等破坏正常操作的现象。

(2) 操作稳定、弹性大。

当塔设备的气(汽)液负荷量有较大的波动时，仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作，并且塔设备应保证能长期连续操作。

(3) 流体流动阻力小，即流体透过塔设备的压力降小。

这将大大节省生产中的动力消耗，以降低操作费用。

对于减压蒸馏操作，较大的压力降还将使系统无法维持必要的真空度。

(4) 结构简单、材料耗用量小、制造和安装容易。

这可以减少基建过程中的投资费用。

(5) 耐腐蚀和不易堵塞，方便操作、调节和检修。

1.3 塔型的选择1.3.1 板式塔与填料塔的比较精馏塔按传质元件区别可分为两大类，即板式精馏塔和填料精馏塔。

根据上述要求，可对板式塔和填料塔的性能作一简要的比较，详见表1-1所示。

表1-1 板式塔与填料塔的对比选择塔型时应考虑的因素有很多，主要有：物料性质、操作条件、塔设备的性能，以及塔设备的制造、安装、运输和维修等，具体如下：➢与物性有关的因素a）易起泡的物系，如处理量不大时，以选择填料塔为宜。

因为填料能使泡沫破裂，在板式塔中则易引起液泛。

b）具有腐蚀性的介质，可选用填料塔，如必须用板式塔，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。

c）具有热敏性的物料需减压操作，以防过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，宜用筛板塔和浮阀塔。

d）粘性较大的物系，可以选用大尺寸填料。

板式塔的传质效率太差。

含有悬浮物的物料，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、舌形塔和孔径较大的筛板塔等。

不宜使用小填料。

e）操作过程中有热效应的系统，用板式塔为宜。

因塔盘上有液层，可在其中安放换热管，进行有效的加热或冷却。

物质在相间的转移过程称为传质(分离)过程。

常见的有蒸馏、吸收、萃取和干燥等单元操作。

蒸馏是分离液体混合物的典型单元操作。

它是通过加热造成气液两相物系，利用物系中各组分的挥发度不同的特性以实现分离的目的。

塔设备是能够实现蒸馏和吸收两种分离操作的气液传质设备，按结构形式可以分为板式塔和填料塔两大类。

在工业生产上，一般当处理量大时多采用板式塔，处理量小时采用填料塔。

选用原则（典型的）1、腐蚀性介质，易起泡物系，热敏性物料，高粘性物料通常选用填料塔。

2、对于中、小规模的塔器，和塔径小于600mm时，宜选用填料塔，可节省费用并方便施工。

3、对于处理易聚合或含颗粒的物料，宜采用板式塔。

不易堵塞也便于清洗。

4、对于在分离过程中有明显吸热或放热效应的介质，宜采用板式塔。

5、对于有多个进料及侧线出料的塔器，且各侧线之间板数较少，宜采用板式塔。

采用填料塔时内件结构较复杂。

6、对于处理量或负荷波动较大的场合，宜采用板式塔。

因液体量过小会造成填料层中液体分布不均匀，填料表面未充分润湿，影响塔的效率；当液体量过大时易产生液流影响传质，采用条阀等板式塔具有较大的操作弹性。

7、对于塔顶、塔底产品均有质量要求的塔系，宜采用板式塔。

8、根据各种工艺流程和特点，在同一塔内，可以采用板式及填料共存的塔型，即混合塔型。

适用于沿塔高气、液负荷变化较大的塔系。

板式塔为逐板接触式气液传质设备。

●评价塔设备性能的主要指标：生产能力、塔板效率、操作弹性、塔板压强降●浮阀塔的工艺计算：包括塔径、塔高及塔板上主要部件工艺尺寸的计算。

一、工艺模拟计算后能够确定的参数（模拟计算可求得理论板层数、回流比、馏出液量、釜残液量、塔径、每层塔板的气液相负荷、冷凝器和再沸器负荷）1、估算塔径最常用的标准塔径（mm）为600，700，800，1000，1200，1400， (4200)原料通常从与原料组成相近处（加料板）进入塔内。

加料板以上的塔段称为精馏段，以下（包括加料板）成为提馏段。

《化工原理》电子教案板式塔及其工艺设计计算一、教学目标1. 理解板式塔的基本概念和工作原理。

2. 掌握板式塔的工艺设计计算方法。

3. 能够应用板式塔的设计计算方法解决实际工程问题。

二、教学内容1. 板式塔的分类和结构填料塔、板式塔的分类塔盘的结构和工作原理2. 板式塔的性能评价塔盘效率的计算塔盘压降的计算3. 板式塔的工艺设计计算设计计算的基本步骤设计计算的参数选择设计计算的公式和计算方法4. 板式塔的优化设计塔盘类型的选择塔盘布置的优化5. 板式塔的设计计算案例分析案例一：简单蒸馏塔的设计计算案例二：吸收塔的设计计算三、教学方法1. 讲授法：讲解板式塔的基本概念、工作原理和设计计算方法。

2. 案例分析法：分析实际工程案例，加深学生对板式塔设计计算的理解。

3. 互动教学法：引导学生提问和讨论，提高学生的参与度和思考能力。

四、教学资源1. 教材：《化工原理》相关章节。

2. 课件：板式塔的图片、示意图和设计计算公式。

3. 案例资料：实际工程案例的数据和计算结果。

五、教学评价1. 课堂参与度：学生提问、回答问题和参与讨论的情况。

2. 作业完成情况：学生完成作业的正确率和完整性。

3. 考核成绩：学生的考试成绩和设计计算案例的分析能力。

六、教学重点与难点1. 教学重点：板式塔的分类和结构特点板式塔的性能评价方法板式塔的工艺设计计算流程板式塔的优化设计方法2. 教学难点：板式塔设计计算公式的推导和应用板式塔优化设计中的参数选择和分析实际工程案例中板式塔设计计算的灵活运用七、教学进程安排1. 第一课时：板式塔的分类和结构介绍，理解填料塔与板式塔的区别。

2. 第二课时：板式塔的性能评价方法讲解，学习塔盘效率和压降的计算。

3. 第三课时：板式塔的工艺设计计算流程学习，了解设计计算的基本步骤。

4. 第四课时：板式塔优化设计的内容讲解，学习塔盘类型选择和布置优化。

5. 第五课时：板式塔设计计算案例分析，通过案例一和案例二加深理解。

塔盘结构形式的选择1．塔盘的形式(1)板式塔塔盘可分为溢流式和穿流式两类。

因为溢流式塔盘有降液管，塔盘上的液层高度可通过溢流堰高度来控制，因此溢流式塔盘操作弹性大，且可保证一定的效率，而穿流式塔盘的操作弹性小，效率较差，因此使用溢流式塔盘。

图3.1板式塔盘（2）塔盘结构分为整块式与分块式塔盘一般塔径在800mm～900mm以下时，为了便于安装与检修，建议采用整块式塔盘；当塔径在800mm～900mm以上时，人可以在塔内进行装拆，可采用分块式塔盘。

分块式塔盘是把若干块塔盘板通过紧固件连接在一起，组成一个完整的塔板。

而本设计塔径为1800/1400mm，因而本塔全采用分块式塔盘。

2．液体在塔板上的流型当液体在塔板上流动时，除要克服与上升气流接触而产生的阻力外还要克服流经塔板上的构件而产生的阻力。

经过的距离越长，阻力也越大。

因而在塔板上形成液面落差，使上升的气流不能均匀分布，导致塔板效率降低。

因此，正确选择液体在塔板上的流型予以重视，特别是在液量与塔径很大的场合。

液体的流型主要有以下几种：（1）单流（或单溢流）型是最简单也是最常用的一种。

液体横流过整块塔板，行程长，塔板效率好。

但在液量与塔径过大时，液面落差大，塔板效率差。

（2）双流（或双溢流）型液量较大或塔径较大时采用。

因缩短了液流的行程，有利于减少液面落差，同时也降低溢流堰上液流强度与降液管负荷。

（3）U形流型液气比小时采用，其液流行程虽长，液面落差不会太大。

（4）其他流型液量与塔径都很大时，用四流型或阶梯型更为合适。

可减少液流行程，降低液面落差，但结构较为复杂。

液体的流型选用单溢流型。

单溢流分块式塔板如图3.2所示：图3.2单溢流塔板3．降液管与受液盘（1)降液管可分为圆形降液管和弓形降液管。

降液管是塔板间液体流动的通道，也是溢流液中夹带的气体得以分离的场所。

圆形降液管的流通面积小，没有足够的空间分离溢流液中的气泡，气相夹带严重，塔板效率较低。

由于泡沫分离不好，容易产生拦液，影响塔板的操作弹性，塔板面积的利用率也较低，因此除液体负荷很小的小塔以外，一般均推荐采用弓形降液管。

常压塔主要元件结构型式的选择及论证3.1塔设备的性能要求为满足工业生产要求，塔设备要具备下列各种基本要求：(1)生产能力大。

(2)传质效率高。

(3)流体流动阻力小。

(4)操作范围宽、结构简单、材料用量少。

(5)安装操作方便。

以上诸多要求都满足是很困难的，只能根据具体情况，找出主要矛盾进行设计，从而确定合理的塔设备类型和内构件。

3.2塔设备的分类无论是填料塔还是板式塔，除了各种内件之外，均由塔体、支座、人孔或手孔、除沫器、接管、吊柱及扶梯、操作平台等组成。

按操作压力分：常压塔、减压塔、加压塔按生产单元分：吸收塔、精馏塔、萃取塔、干燥塔、洗涤塔按塔的内件结构分：板式塔、填料塔3.3塔的选型表3.1填料塔与板式塔的比较填料塔以填料作为气液接触元件，气液两相在填料层逆相连续接触，它具有结构简单、压力降小、易于用耐腐蚀非金属材料制造等优点。

对于气体吸收，真空蒸馏以及处理腐蚀性液体的操作颇为适用。

填料塔还有重量大、造价高、清洗检修麻烦、填料损耗大等缺点，以至使填料塔在很长时期来使用得不及板式塔广泛。

板式塔是分级接触型气液传质设备，板式塔的空塔速度较高，因而生产能力较大，塔板效率稳定，造价低，检修、清理方便，在工业广泛应用。

综合考虑后，本设计选用板式塔。

3.3.1板式塔简介一类用于气液或液液系统的分级接触传质设备，内部有一定数量的塔盘，气体自塔底向上以鼓泡喷射的形式穿过塔盘上的液层，使气液两相充分接触，进行传质，气液两相的组份浓度呈阶梯式变化。

广泛应用于精馏和吸收,有些类型（如筛板塔）也用于萃取，还可作为反应器用于气液相反应过程。

操作时（以气液系统为例），液体在重力作用下,自上而下依次流过各层塔板,至塔底排出；气体在压力差推动下，自下而上依次穿过各层塔板，至塔顶排出。

每块塔板上保持着一定深度的液层，气体通过塔板分散到液层中去，进行相际接触传质。

它包括浮阀塔、泡罩塔和筛板塔。

浮阀塔有活动泡罩、圆盘浮阀、重盘浮阀和条形浮阀四种形式。

塔盘的分类及结构特点塔盘是化工设备中的一种，用于在精馏、吸收、萃取等过程中进行质量和能量的交换。

根据塔盘的不同特点，可以将其分为不同的类型。

下面，就来介绍一下塔盘的分类及结构特点。

一、塔盘的分类：1、板式塔盘：板式塔盘是最常见的一种塔盘，通常由一系列水平面板组成。

水平面板被置于填料层之上，并用一些横向的支撑梁固定在壁上。

板式塔盘通常有很大的干孔率，这为液体和气体的流动提供了很好的支撑。

2、流程板塔盘：流程板塔盘和板式塔盘的设计很相似。

不同之处在于，流程板塔盘上有一定的交错流动路径，通常称为流程道。

由于流程板塔盘较板式塔盘更加承载，所以在工业生产中使用更广泛。

3、泡沫塔盘：泡沫塔盘是一种较新型的塔盘，主要材料是泡沫塑料。

这种塔盘相对于传统的板式塔盘而言，重量轻、容积大、成本低、装拆方便、运输快捷。

泡沫塔盘的应用范围广泛，适用于不同的工作环境和流态的多相反应。

4、多级塔盘：多级塔盘是由多个密封的圆盘组成的，相互之间是垂直的，压力几乎相等。

圆盘上不仅有孔，也有切口，圆盘形式也是多样化的。

多级塔盘可类比为具有多个板式塔盘的平行串列，多级塔的高度小于板式塔盘的高度，而剖面积却更大。

二、塔盘的结构特点：1、为了提高传质效率，衬垫材料是塔盘的一个重要元素。

塔盘的衬垫包括填料和堆积物，其主要功能是增加表面积，提高液体与气体间的接触。

2、塔盘在起分液和增加分馏的过程中，需要控制塔内的液位。

因此，在塔盘上加装的界面边缘通常是高圆锥形的。

3、为了在塔盘间保持均匀的液流分布，塔盘上通常还会设置各类液流器件，如溢流管、洗涤器、倒流槽等。

4、为了保证塔盘的结构强度，塔盘上还会装备一些支撑装置，而这些支撑装置通常采用不锈钢及耐腐蚀的合金材料。

总之，塔盘是一种十分重要的化工设备，在工业生产中有广泛的应用。

通过对塔盘的分类及结构特点的介绍，我们可以更加深入地了解塔盘的组成和设计原理，这对我们加深化工学习中的理解，拓宽我们的知识面将有所帮助。

板式塔设计板式塔设计概述本章符号说明英文字母A a——塔板开孔区面积，m2；A f——降液管截面积，m2；A0——筛孔总面积，m2；A T——塔截面积，m2；c0——流量系数，无因次；C——计算u max时的负荷系数，m/s；C s——气相负荷因子，m/s；d0——筛孔直径，m；D——塔径，m；ev——液沫夹带量,kg(液)/kg(气)；E——液流收缩系数，无因次;E T——总板效率，无因次；F——气相动能因子，kg1/2/(s·m1/2)；F0——筛孔气相动能因子，kg1/2/(s·m1/2)；h1——进口堰与降液管间的水平距离，m；h c——与干板压降相当的液柱高度，m液柱；h d——与液体流过降液管的压降相当的液柱高度，m：h f——塔板上鼓泡层高度，m；h l——与板上液层阻力相当的液柱高度，m；h L——板上清液层高度，m；h0——降液管的底隙高度，m；h ow——堰上液层高度，m；h w——出口堰高度，m；h′w——进口堰高度，m；hσ——与克服σ的压降相当的液柱高度，m；H——板式塔高度;H B——塔底空间高度，m；H d——降液管内清液层高度，m；H D——塔顶空间高度，m；H F——进料板处塔板间距，m ；H P——人孔处塔板间距，m；H T——塔板间距，m；H1——封头高度，m；H2——裙座高度，m；K——稳定系数，无因次；l W——堰长，m；L h——液体体积流量，m3/h；L S——液体体积流量，m3/s；n——筛孔数目；N T——理论板层数；P——操作压力，Pa；△P——压力降，Pa；△P p——气体通过每层筛板的压降，Pa；r——鼓泡区半径，m；t——筛孔的中心距，m；u——空塔气速，m/s；u F——泛点气速，m/su0——气体通过筛孔的速度，m/s；u0.min——漏液点气速，m/s；u′0——液体通过降液管底隙的速度，m/s；V h——气体体积流量，m3/h；V S——气体体积流量，kg/s；W L——液体质量流量，kg/s；W V——气体质量流量，kg/s；W c——边缘无效区宽度，m；W d——弓形降液管宽度，m；W s——破沫区宽度，m；Z——板式塔的有效高度，m；希腊字母β——充气系数，无因次；δ——筛板厚度，mθ——液体在降液管内停留时间，s；μ——粘度，Pa·s；ρ——密度，kg/m3；σ——表面张力，N/m；φ——开孔率或孔流系数，无因次；ψ——液体密度校正系数，无因次。