板式塔的设计

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。

化⼯原理板式塔设计⽬录第⼀章板式精馏塔的设计1.1概述 (1)1.2板式精馏塔的设计原则与步骤 (1)1.3理论塔板数的确定 (3)1.4塔板效率和实际塔板数 (7)1.5板式精馏塔的结构设计 (8)1.6 板式精馏塔⾼度及其辅助设备 (27)1.7 板式精馏塔的计算机设计 (31)第⼆章板式精馏塔设计举例2.1苯－甲苯板式精馏塔设计 (33)2.2⼄醇—⽔板式精馏塔设计 (47)2.3 甲醇—⽔板式精馏塔设计 (66)第三章塔设备的机械计算3.1 塔体及裙座的强度计算 (86)3.2 塔盘板及其⽀撑梁的强度、挠度计算 (104)3.3 塔盘技术条件 (105)3.4 塔盘⽀撑件的尺⼨公差 (109)附录 (111)第⼀章板式精馏塔的设计1.1概述蒸馏是利⽤液体混合物中各组分挥发度的不同并借助于多次部分汽化和部分冷凝达到轻重组分分离的⽅法。

蒸馏操作在化⼯、⽯油化⼯、轻⼯等⼯业⽣产中中占有重要的地位。

为此，掌握⽓液相平衡关系，熟悉各种塔型的操作特性，对选择、设计和分析分离过程中的各种参数是⾮常重要的。

蒸馏过程按操作⽅式可分为间歇蒸馏和连续蒸馏。

间歇蒸馏是⼀种不稳态操作，主要应⽤于批量⽣产或某些有特殊要求的场合；连续蒸馏为稳态的连续过程，是化⼯⽣产常⽤的⽅法。

蒸馏过程按蒸馏⽅式可分为简单蒸馏、平衡蒸馏、精馏和特殊精馏等。

简单蒸馏是⼀种单级蒸馏操作，常以间歇⽅式进⾏。

平衡蒸馏⼜称闪蒸，也是⼀种单级蒸馏操作，常以连续⽅式进⾏。

简单蒸馏和平衡蒸馏⼀般⽤于较易分离的体系或分离要求不⾼的体系。

对于较难分离的体系可采⽤精馏，⽤普通精馏不能分离体系则可采⽤特殊精馏。

特殊精馏是在物系中加⼊第三组分，改变被分离组分的活度系数，增⼤组分间的相对挥发度，达到有效分离的⽬的。

特殊精馏有萃取精馏、恒沸精馏和盐溶精馏等。

精馏过程按操作压强可分为常压精馏、加压精馏和减压精馏。

⼀般说来，当总压强增⼤时，平衡时⽓相浓度与液相浓度接近，对分离不利，但对在常压下为⽓态的混合物，可采⽤加压精馏；沸点⾼⼜是热敏性的混合液，可采⽤减压精馏。

板式塔的设计要点1、对于理想混合物，其相对挥发度可以取其纯组分蒸汽压的比值。

2、塔的操作压力主要取决于冷凝器中冷剂的冷凝温度，以及再沸器中为避免工艺物流热降解而允许的最高温度。

3、对于顺序分离精馏塔系列：首先进行最容易的分离(采用最小塔板数及最小回流比)如果相对挥发度及进料组成变化不是很大，可一次将需要的产品精馏出塔顶。

如果相对挥发度及进料组成变化很明显，按照其挥发度的降序排列，依次精馏出所需产品。

如果进料浓度变化很明显，但是相对挥发度相差不多，按照其浓度的降序排列，依次精馏出所需产品。

4、最经济的回流比通常在最小回流比的1.2 ~ 1.5倍之间。

5、最经济的塔板数通常取最小理论板数的两倍，而最小理论板数是由Fenske-Underwood关联式决定的6、通常塔盘设计中实际塔盘数目要比计算值富余出10 % 。

7、板间距应该取450 ~ 610 mm。

8、塔盘效率最高值通常在中等压力下蒸气线速度为0.6 m/s；真空条件下蒸气线速度为1.8 m/s。

9、每块塔盘的典型压降为0.007 bar。

10、水溶液物系精馏的塔盘效率通常在60 ~ 90 % ，而气体吸收和汽提塔的塔盘效率接近于10 ~ 20 %。

12、最常见的三类塔盘为浮阀、筛板和泡罩。

泡罩适用于要求低漏液率的工况，其压降比浮阀和筛板塔盘还要低。

13、筛板塔盘筛孔直径约为6 ~ 13mm，开孔面积约占塔盘总鼓泡面积的10 %。

14、浮阀塔盘阀孔直径为38mm，每平方米鼓泡面积中约设置130 ~ 150个浮阀。

15、最普通的堰高为50 ~ 76 mm，典型的堰长取塔径值的75 %。

16、回流泵的输送能力应该有至少10 %的设计余量。

17、适宜的Kremser吸收因子通常在1.25 ~ 2.00之间。

18、回流罐通常是卧式安装，设计停留时间为5分钟时充满罐容积的一半。

19、对大多数的塔，直径至少为0.9 m，其顶部应该留1.2 m高度的蒸气排放空间，底部应该留1.8 m高度的釜液累积排放和再沸器返回接口空间。

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。

板式塔一、板式塔的概念、用途、示意图板式塔是一类用于气液或液液系统的分级接触传质设备，由圆筒形塔体和按一定间距水平装置在塔内的若干塔板组成。

用途：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。

板式塔结构示意图如右图：塔板又称塔盘，是板式塔中气液两相接触传质的部位,塔板决定了塔的操作性能，一般由以下三个部分组成：1 气体通道为保证气液两相充分接触2 溢流堰为保证气液两相在塔板上形成足够的相际传质表面3 降液管使液体有足够的停留时间二、各类型塔板的结构及其特点：按照塔内气、液流动方式，可将塔板分为错流塔板与逆流塔板两类。

错流塔板为塔内气、液两相成错流流动,即液体横向流过塔板，而气体垂直穿过液层，错流塔板广泛用于蒸馏、吸收等传质操作中。

逆流塔板亦称穿流板,板上不设降液管，气、液两相同时由板上孔道逆向穿流而过。

这种塔板结构虽简单，板面利用率也高，但需要较高的气速才能维持板上液层,操作范围较小,分离效率也低，工业上应用较少.常见塔板泡罩塔板 Bubble-cap tray泡罩塔塔板上的主要部件是泡罩。

罩内覆盖着一段很短的升气管，升气管的上口高于罩下沿的小孔或齿缝。

塔下方的气体经升气管进入罩内之后，折向下到达罩与管之间的环形空隙,然后从罩下沿的小孔或齿 缝分散气泡而进入板上的液层。

优点：弹性大、操作稳定可靠。

缺点:结构复杂,成本高，压降大.对于大直径塔，塔板液面落差大,导致塔板操作不均匀。

现状：近二、三十年来已趋于淘汰三、板式塔的工艺设计筛板塔化工设计计算 （1）塔的有效高度 Z已知：实际塔板数 N P ； 塔板间距 H T ；有效塔高：塔体高度=有效高+顶部+底部+其他塔板间距和塔径的经验关系：（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 uf (m/s ）； 然后选设计气速 u ； 最后计算塔径 D.① 液泛气速pT N H Z ⋅=VVLf C u ρρρ-=2.02020⎪⎭⎫⎝⎛=σC CC ：气体负荷因子,与 HT 、 液体表面张力和两相接触状况有关. 两相流动参数 FLV ：② 选取设计气速 u 选取泛点率： u / u f一般液体， 0.6 ～0。

精馏塔设计精馏塔（板式）设计是一项非常重要的工程任务，因为它直接关系到化工过程中的分离效率和产品质量。

本文将围绕精馏塔（板式）设计的主要步骤和关键考虑因素展开讨论。

精馏塔（板式）设计的主要步骤如下：1.确定分离的混合物组成和物理性质：在进行精馏塔（板式）设计之前，需要明确分离的混合物的组成和物理性质，如蒸汽压、沸点、相对挥发性等。

这些参数将对塔的设计和操作条件产生重要影响。

2.确定塔的分离目标：清楚定义需要分离的组分和目标纯度，这将有助于确定塔的塔径和高度。

3.确定塔的类型和板式布局：根据分离目标和物理性质，选择适合的塔类型和板式布局。

常见的板式布局包括泡沫塞板和穿孔板。

4.计算塔的塔径和高度：通过对物理性质和操作条件的分析，利用热力学和质量传递原理计算塔的塔径和高度。

常用的计算方法包括卡塔拉计算法、梅奇尔方法、图纸或直接计算。

5.确定板间液体分布器和气体分配器：在塔设计中，还需要确定合适的板间液体分布器和气体分配器，以确保在塔中均匀分布液体和气体。

6.确定冷凝器和回流比：根据分离目标和热力学原理，确定适当的冷凝器和回流比，以实现所需的分离效率和产品纯度。

7.进行塔内液体和气体流动分析：通过数值模拟或试验等方法，对塔内的液体和气体流动进行分析，验证塔设计的合理性和预测分离效率。

8.进行塔的材料选择和结构设计：根据操作条件和介质性质，选择适当的材料和进行塔的结构设计，确保塔的安全性和可靠性。

除了上述的主要步骤，精馏塔（板式）设计还需考虑以下关键因素：1.精馏塔的操作压力和温度范围：根据操作条件和介质性质，确定精馏塔的操作压力和温度范围，以确保塔的设计符合安全和性能要求。

2.塔板的厚度和间距：根据塔板上的液体负载和气体流速，确定适当的塔板厚度和间距，以保证液体和气体的均匀分布和有效传递。

3.塔板的亲水性和抗腐蚀性：选择适当的塔板亲水性和抗腐蚀性，以防止结垢和腐蚀问题，提高塔的运行寿命。

4.塔内塔外压力平衡：通过良好的塔内气体和液体分布设计，以确保塔内外的压力平衡，避免塔塌陷和泄漏等安全问题。

板式塔的设计板式塔的设计包括塔高的计算、塔径的确定、溢流装置的结构尺寸、板面布置、塔板校核及负荷性能图绘制等项内容。

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。

二、筛孔塔板的设计参数液体在塔板上的流动型式确定之后，完整的筛板设计必须确定的主要结构参数有：①塔板直径D②板间距H T③溢流堰的型式，长度l和高度w hw④降液管型式及降液管底部与塔板间距的距离ho⑤液体进、出口安定区的宽度和边缘区宽度⑥筛孔直径d和孔间距0t三、筛孔塔板的设计程序1、板间距的选择和塔径D的初步确定初选板间距H T，取板上清液层高度h l=50-100mm之间，计算最大允许气速u max ，根据泛点百分率计算出设计气速u 和所需气体流通面积n A ，uV A S n =，按下表1选择塔板流型，并取堰长kD l w =，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。

由教材图8-17查得溢流管面积f A 和塔板总面积T A 之比，即TnT Tf A A A A A -=，然后求得塔板总面积T A ，根据πTA D 4=求得D ，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。

s V 为气体的体积流量m 3/s ， s V 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。

化工课程设计板式塔化工课程设计板式塔是指在化工过程中用于分离或提取物质的设备，本文将从定义、组成、工作原理、设计要点、操作维护等方面进行详细介绍。

一、定义板式塔是指利用板式结构实现液相和气相交换、物质分离或应用的一种装置。

也可称为板塔、塔板或塔盘。

二、组成板塔的主要组成部分为塔壳、进出口管路、塔板和填料层。

1. 塔壳：塔壳是板塔的外壳，可以由钢板、不锈钢或玻璃钢制成，但需要满足工作压力和温度的需求。

2. 进出口管路：进出口管路是塔体内部进出液体、气体的通道。

3. 塔板：塔板是板塔的关键部分，由网格、滴板、方格或管道组成。

不同类型的塔板具有不同的分离效率和流体力学性能。

4. 填料层：填料层是用于增加化学反应表面积和触点数的分散剂，在分离和转化反应过程中起到重要的作用，能够提高反应的效率。

三、工作原理板塔的工作原理是利用板式结构制造液相和气相间的联系界面，在板内形成液滴和气泡着，并在板上提供一个平衡的场所以实现物质的分离。

当气体从塔底进入塔体时，经过填料层形成气泡，与从塔顶倾倒而下的液体形成液滴。

气泡和液滴在塔板上相互接触并进行质量交换。

气体中的揮发性组分就在接触面借助蒸汽能量与液体相互传递，使液滴中的揮发性组分从液相向气相转移。

非揮发性组分则从气相传到液相。

这样，在塔板的作用下，相互传递和交换的物质逐渐分离和进一步分级。

四、设计要点板式塔的设计是根据不同的物理、化学或生物反应过程，选择塔内填充材料、塔板类型和填料高度等参数，使塔的运行能够实现预期的生产效果。

下面是板式塔设计的主要要点：1. 填料的类型和表面积。

不同填料的表面积不同，因此要根据化学反应和环境要求来选择不同类型的填料。

一般而言，比表面积越大、填料容纳性越强的填料能使反应更为高效。

2. 填料的高度。

填料高度极大影响了反应的效率，过低的填料会导致反应不足，而过高的填料会降低实际分离效果。

因此，填料高度是根据实际生产过程来制定的。

3. 塔板的选择和设计。

板式精馏塔的设计1.1 概述塔设备是炼油、化工、石油化工等生产中广泛应用的气液传质设备。

根据塔内气液接触部件的结构型式，可分为板式塔和填料塔。

板式塔内设置一定数目的塔板，气体以鼓泡或喷射形式穿过板上液层进行质热传递，气液相组成呈阶梯变化，属逐级接触逆流操作过程。

填料塔内装有一定高度的填料层，液体自塔顶沿填料表面下流，气体逆流向上（也有并流向下者）与液相接触进行质热传递，气液相组成沿塔高连续变化，属微分接触操作过程。

工业上对塔设备的主要要求是：（1）生产能力大；（2）传热、传质效率高；（3）气流的摩擦阻力小；（4）操作稳定，适应性强，操作弹性大；（5）结构简单，材料耗用量少；（6）制造安装容易，操作维修方便。

此外，还要求不易堵塞、耐腐蚀等。

板式塔大致可分为两类：（1）有降液管的塔板，如泡罩、浮阀、筛板、导向筛板、新型垂直筛板、蛇形、S型、多降液管塔板；（2）无降液管的塔板，如穿流式筛板（栅板）、穿流式波纹板等。

工业应用较多的是有降液管的塔板，如浮阀、筛板、泡罩塔板等。

（一）泡罩塔泡罩塔是最早使用的板式塔，是Celler于1813年提出的，其主要构件是泡罩、升气管及降液管。

泡罩的种类很多，国内应用较多的是圆形泡罩。

泡罩塔的主要优点是：因升气管高出液层，不易发生漏液现象，操作弹性较大，液气比范围大，适用多种介质，操作稳定可靠，塔板不易堵塞，适于处理各种物料；但其结构复杂，造价高、安装维修不便，板上液层厚，气体流径曲折，塔板压降大，因雾沫夹带现象较严重，限制了起诉的提高。

现虽已为其他新型塔板代替，但鉴于其某些优点，仍有沿用。

（a b）图1 泡罩塔（二）浮阀塔浮阀塔广泛用于精馏、吸收和解吸等过程。

其主要特点是在塔板的开孔上装有可浮动的浮阀，气流从浮阀周边以稳定的速度水平地进入塔板上液层进行两相接触。

浮阀可根据气体流量的大小而上下浮动，自行调节。

浮阀有盘式、条式等多种，国内多用盘式浮阀，此型又分为F－1型（V－1型）、V－4型、十字架型、和A型，其中F－1型浮阀结构较简单、节省材料，制造方便，性能良好，故在化工及炼油生产中普遍应用，已列入部颁标准（JB－1118－81）。