精餾塔畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、<p><b>　　第一章 概論</b></p><p>　　1.1 塔設(shè)備在化工生產(chǎn)中的作用和地位</p><p>　　塔設(shè)備是化工、石油化工和煉油等生產(chǎn)中最重要的的設(shè)備之一。它可使氣（或汽）液或液液兩相之間進(jìn)行緊密接觸，達(dá)到相際傳質(zhì)及傳熱的目的。可在塔設(shè)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(yè)氣體的冷卻與回收、氣體的濕法凈制和干燥

2、，以及兼有氣液兩相傳質(zhì)和傳熱的增濕、減濕等。</p><p>　　在化工廠、石油化工廠、煉油廠等中，塔設(shè)備的性能對(duì)于整個(gè)裝置的產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量、生產(chǎn)能力和消耗定額，以及三廢處理和環(huán)境保護(hù)等各個(gè)方面，都有重大的影響。據(jù)有關(guān)資料報(bào)道，塔設(shè)備的投資費(fèi)用占整個(gè)工藝設(shè)備投資費(fèi)用的較大比例；它所耗用的鋼材重量在各類工藝設(shè)備中也屬較多。因此，塔設(shè)備的設(shè)計(jì)和研究，受到化工、煉油等行業(yè)的極大重視。</p><p&

3、gt;　　1.2 塔設(shè)備的分類及一般構(gòu)造</p><p>　　塔設(shè)備經(jīng)過長(zhǎng)期發(fā)展，形成了型式繁多的結(jié)構(gòu)，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(duì)塔設(shè)備進(jìn)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(yīng)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(dòng)過程中形成相界面的塔；也有按塔釜型式分類的。但是長(zhǎng)期以來，最常用的分類是按塔

4、的內(nèi)件結(jié)構(gòu)分為板式塔和填料塔兩大類，還有幾種裝有機(jī)械運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的塔。</p><p>　　在板式塔中，塔內(nèi)裝有一定數(shù)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(jìn)行傳質(zhì)。兩相的組分濃度沿塔高呈階梯式變化。</p><p>　　在填料塔中，塔內(nèi)裝填一定段數(shù)和一定高度的填料層，液體沿填料表面呈膜狀向下流動(dòng)，作為連續(xù)相的氣體自下而上流動(dòng)，與液體逆流傳質(zhì)。兩相的組分濃度沿塔高呈連

5、續(xù)變化。</p><p>　　人們又按板式塔的塔盤結(jié)構(gòu)和填料塔所用的填料，細(xì)分為多種塔型。</p><p>　　裝有機(jī)械運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的塔，也就是有補(bǔ)充能量的塔，常被用來進(jìn)行萃取操作，液有用于吸收、除塵等操作的，其中以脈動(dòng)塔和轉(zhuǎn)盤塔用得較多。</p><p>　　塔設(shè)備的構(gòu)件，除了種類繁多的各種內(nèi)件外，其余構(gòu)件則是大致相同的。</p><p>　　

6、1.塔體 塔體是塔設(shè)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(qiáng)度、剛度外，還應(yīng)考慮風(fēng)力、地震、偏心載荷所引起的強(qiáng)度、剛度問題，以及吊裝、運(yùn)輸、檢驗(yàn)、開停工等的影響。對(duì)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(biāo)對(duì)板式塔效率的影響是非常明顯的），為此，在塔體的設(shè)計(jì)、制

7、造、檢驗(yàn)、運(yùn)輸和吊裝等各個(gè)環(huán)節(jié)中，都應(yīng)嚴(yán)格保證達(dá)到有關(guān)要求，不使其超差。</p><p>　　2.塔體支座 塔體支座是塔體安放到基礎(chǔ)上的連接部分。它必須保證塔體坐落在確定的位置上進(jìn)行正常的操作。為此，它應(yīng)當(dāng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，能承受各種操作情況下的全塔重量，以及風(fēng)力、地震等引起的載荷。最常用的塔體支座是裙式支座（簡(jiǎn)稱為“裙座”）。</p><p>　　3.除沫器 除沫器用于捕集夾帶在

8、氣流中的液滴。使用高效的除沫器，對(duì)于回收貴重物料、提高分離效率、改善塔后設(shè)備的操作狀況，以及減少對(duì)環(huán)境的污染等，都是非常必要的。</p><p>　　4.接管 塔設(shè)備的接管是用以連接工藝管路，把塔設(shè)備與相關(guān)設(shè)備連成系統(tǒng)。按接管的用途，分為進(jìn)液管、出液管、進(jìn)氣管、出氣管、回流管、側(cè)線抽出管和儀表接管等。</p><p>　　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

9、需要而設(shè)置的。在板式塔和填料塔中，各有不同的設(shè)置要求。</p><p>　　6.吊耳 塔設(shè)備的運(yùn)輸和安裝，特別是在設(shè)備大型化后，往往是工廠基建工地上一項(xiàng)舉足輕重的任務(wù)。為起吊方便，可在塔設(shè)備上焊以吊耳。</p><p>　　7.吊柱 在塔頂設(shè)置吊柱是為了在安裝和檢修時(shí)，方便塔內(nèi)件的運(yùn)送。</p><p>　　1.3 對(duì)塔設(shè)備的要求</p><

10、p>　　作為主要用于傳質(zhì)過程的塔設(shè)備，首先必須使氣（汽）液兩相能充分接觸，以獲得較高的傳質(zhì)效率。此外，為了滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要，塔設(shè)備還得考慮下列各項(xiàng)要求。</p><p>　　（1） 生產(chǎn)能力大。在較大的氣（汽）液流速下，仍不致發(fā)生大量的霧沫夾帶、攔液或液泛等破壞正常操作的現(xiàn)象。</p><p>　　（2） 操作穩(wěn)定、彈性大。當(dāng)塔設(shè)備的氣（汽）液復(fù)合量有較大的波動(dòng)時(shí)，仍能在較高的傳質(zhì)

11、效率下進(jìn)行穩(wěn)定的操作。并且塔設(shè)備應(yīng)保證能長(zhǎng)期連續(xù)操作。</p><p>　　（3） 流體流動(dòng)的阻力小，即流體通過塔設(shè)備的壓力降小。這將大大節(jié)省生產(chǎn)中的動(dòng)力消耗，以降低經(jīng)常操作費(fèi)用。對(duì)于減壓蒸餾操作，較大的壓力降還將使系統(tǒng)無法維持必要的真空度。</p><p>　?。?） 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(fèi)用。</p><p>　?。?/p>

12、5） 耐腐蝕和不易堵塞，方便操作、調(diào)節(jié)和檢修。</p><p>　　事實(shí)上，對(duì)于現(xiàn)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(dú)到之處。人們對(duì)于高效率、生產(chǎn)能力大、穩(wěn)定操作和低壓力降的追求，推動(dòng)著塔設(shè)備新結(jié)構(gòu)型式的不斷出現(xiàn)和發(fā)展。</p><p>　　1.4 塔設(shè)備的發(fā)展及現(xiàn)狀</p><p>　　泡罩塔是1813年Cellier提出的，它在

13、化工生產(chǎn)中一直占有重要的地位。從1832年開始用于釀造工業(yè)，是出現(xiàn)較早并獲得廣泛應(yīng)用的一種塔型。工業(yè)規(guī)模的填料塔始于1881年的蒸餾操作中，1904年才用于煉油工業(yè)，當(dāng)時(shí)的填料是碎磚瓦、小石塊和管子縮節(jié)等。20世紀(jì)初，隨著煉油工業(yè)的發(fā)展和石油化學(xué)工業(yè)的興起，塔設(shè)備開始被廣泛采用，并逐漸積累了有關(guān)設(shè)計(jì)、制造、安裝、操作等方面的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)。當(dāng)時(shí)，煉油工業(yè)中多用泡罩塔，無機(jī)酸堿工業(yè)則以填料塔為主，則篩板塔因當(dāng)時(shí)尚無精確的設(shè)計(jì)方法和操作經(jīng)驗(yàn)，故

14、未能廣泛使用。</p><p>　　20世紀(jì)中期，為了適應(yīng)各種化工產(chǎn)品的生產(chǎn)和發(fā)展，不僅需要新建大量的塔，還得對(duì)原有得塔設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造，故而陸續(xù)出現(xiàn)了一批能適應(yīng)各方面要求的新塔型。這一時(shí)期發(fā)展的塔盤如下。</p><p><b>　　1. 泡罩型</b></p><p>　?。?）條形泡罩塔盤。</p><p>　?。?/p>

15、2）單流式泡罩塔盤（uniflux tray），亦稱S形塔盤。</p><p><b>　　2. 篩板型</b></p><p>　?。?）有溢流的柵板塔盤。</p><p>　?。?）波紋篩板塔盤（ripple tray）。</p><p><b>　　3. 浮閥型</b></p>

16、<p>　?。?）條形浮閥塔盤（nutter float valve tray）。</p><p>　?。?）重盤式浮閥塔盤（ballast valve tray）。</p><p>　?。?）A型和T型的圓盤形浮閥塔盤（flexitray）。</p><p><b>　　4. 噴射型</b></p><p>

17、　?。?）文丘里階梯式塔盤（benturi kaskade tray）。</p><p>　?。?）條孔網(wǎng)狀塔盤（kittel tray）。</p><p>　?。?）舌形塔盤（jet tray）。</p><p>　?。?）導(dǎo)向浮閥塔盤。</p><p>　　這批新型塔盤的出現(xiàn)，不僅為創(chuàng)建綜合性能更好的塔型打開了思路，而且為接著發(fā)生的設(shè)備大

18、型化后選擇塔型指出了方向。在此期間，許多學(xué)者總結(jié)了塔設(shè)備長(zhǎng)期操作的經(jīng)驗(yàn)，并對(duì)篩板塔作了系統(tǒng)研究，認(rèn)為設(shè)計(jì)合理篩板塔，不僅保留了制造方便、用材省、處理能力大等優(yōu)點(diǎn)，而且操作負(fù)荷在較大范圍內(nèi)變動(dòng)時(shí)，仍能保持理想的效率。近年來，隨著對(duì)篩板塔研究工作的不斷深入和設(shè)計(jì)方法的日趨完善，篩板塔已成為生產(chǎn)上最為廣泛采用的塔型之一。</p><p>　　這一時(shí)期填料塔也進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段。在瓷環(huán)填料，亦稱拉西環(huán)填料（Rasch

19、igring）被廣泛采用后，弧鞍形填料（Berl saddle）相繼問世，特別是出現(xiàn)了斯特曼（Stedman）填料后，更大大地促進(jìn)了規(guī)整填料的發(fā)展，其中有：帕納帕克（Panapak）填料、古德洛（Goodloe）填料、斯普雷帕克（Spraypak）填料等。同時(shí)，麥克馬洪（Mcmahon）填料、鮑爾環(huán)填料（Pall ring）、 狄克松環(huán)填料（Dixon ring）、坎農(nóng)（Cannon）填料和矩鞍形填料（Intalox saddle）等顆

20、粒型填料也紛紛出現(xiàn)。除了各種填料大量涌現(xiàn)外，還發(fā)展了多管塔、乳化塔等被稱為高效填料塔德新塔型。</p><p>　　從20世紀(jì)60年代起，由于化工機(jī)械制造業(yè)成功地解決了高壓離心式壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)密封和高溫高壓廢熱鍋爐的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)等技術(shù)關(guān)鍵，使化肥和石油化工的生產(chǎn)，在能量綜合利用方面提高到一個(gè)新水平，繼而帶動(dòng)了整個(gè)化學(xué)、煉油工業(yè)向大型化方向迅速發(fā)展。據(jù)有關(guān)資料報(bào)道，煉油裝置的年處理能力也達(dá)1000萬噸，年產(chǎn)60～90

21、萬噸的乙烯工廠、60萬噸的甲醇工廠、45萬噸的氯乙烯工廠、34萬噸的低密度聚乙烯工廠、31.5萬噸的苯乙烯工廠以及22.5萬噸的異丙苯工廠，也將相繼興建。在大型裝置中，塔設(shè)備的單臺(tái)規(guī)模也隨之增大。直徑在10m以上的板式塔時(shí)有出現(xiàn)（如某煉油廠的減壓蒸餾塔塔徑為12.2m，并在醞釀設(shè)計(jì)18m直徑的塔），塔板數(shù)多達(dá)上百塊，塔的高度達(dá)80余米，設(shè)備重量有幾百噸（操作時(shí)的最大塔重可達(dá)1500噸）；填料塔的最大直徑也有15m，塔高達(dá)100m。近年來

22、，由于出現(xiàn)了世界性的能源危機(jī)，暴露出設(shè)備大型化帶來的不容忽視的問題：大型設(shè)備必須保證在全負(fù)荷下長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，否則經(jīng)濟(jì)損失將是非常巨大的。</p><p>　　在此期間，為了滿足設(shè)備大型化以及化工工藝方面提出的高壓、減壓、高操作彈性等特殊要求，又出現(xiàn)了很多新型塔盤，但按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，仍屬泡罩、篩板、浮閥、舌型等幾種典型塔型的改進(jìn)或相互結(jié)合。舉例如下。</p><p><b>　　1.

23、 屬泡罩型的</b></p><p>　?。?） 旋轉(zhuǎn)泡罩塔盤。</p><p>　?。?） 帶有導(dǎo)流葉片的泡罩塔盤。</p><p>　?。?） 扁平泡罩塔盤。</p><p>　?。?） 蜂窩形泡罩塔盤。</p><p><b>　　2. 屬篩板型的</b></p>

24、<p>　?。?） 導(dǎo)向篩板塔盤（linde sieve tray），即林德篩板塔盤。</p><p>　?。?） 多降液管篩板塔盤（multiple downcomer sieve tray），即MD篩板塔盤。</p><p>　　（3） 篩網(wǎng)塔盤（hyflux tray）。</p><p>　?。?） VST塔盤（vertical sieve tray

25、）。</p><p>　　此外，篩板本身也可斜置，還發(fā)展了斜孔、針孔和大孔徑、雙孔徑等多種篩孔。</p><p><b>　　3. 屬浮閥型的</b></p><p>　?。?） 旋轉(zhuǎn)浮閥型塔盤。</p><p>　?。?） 錐心浮閥塔盤（Hy-contact valve tray）。</p><p&

26、gt;　?。?） 管式浮閥塔盤。</p><p>　?。?） 長(zhǎng)條形浮閥塔盤。</p><p>　?。?） 鏈網(wǎng)式浮閥塔盤（grid valve tray）。</p><p>　?。?） 帶螺旋葉片的浮閥塔盤（spiral valve tray）。</p><p>　?。?） 方形浮閥塔盤（speichim）。</p><

27、p>　?。?） 錯(cuò)流式長(zhǎng)方形浮閥塔盤。</p><p><b>　　4. 屬噴射型的</b></p><p>　?。?） 浮動(dòng)舌形塔盤。</p><p>　?。?） 活動(dòng)舌形塔盤。</p><p>　?。?） 帶垂直擋板的舌形塔盤。</p><p>　?。?） 片狀噴射塔盤。</p&g

28、t;<p>　?。?） 浮動(dòng)噴射塔盤。</p><p>　?。?） 帶傾斜擋沫板的斜孔塔盤.</p><p>　?。?） 網(wǎng)孔塔盤（perform tray）。</p><p><b>　?。?） 旋流塔盤。</b></p><p>　?。?） thormann噴射塔盤。</p><p&

29、gt;　?。?0） 導(dǎo)向浮閥塔盤。</p><p><b>　　5. 屬?gòu)?fù)合類型的</b></p><p>　?。?） 泡罩與篩板的復(fù)合。</p><p>　?。?） 篩板與浮閥的復(fù)合。</p><p>　?。?） 篩板與舌形的復(fù)合。</p><p>　　此外，無溢流裝置的穿流式塔盤，也有較多的發(fā)

30、展，其型式有：</p><p>　?。?） 穿流式柵板塔盤。</p><p>　?。?） 穿流式篩板塔盤。</p><p>　?。?） 穿流式雙孔徑篩板塔盤。</p><p>　?。?） 穿流式可調(diào)開孔率篩板塔盤。</p><p>　?。?） 穿流式條形或圓形浮閥塔盤。</p><p>　?。?

31、） 穿流式旋葉塔盤。</p><p>　　這一時(shí)期，新型填料也有了較多的發(fā)展。屬于顆粒型填料的有：海佐涅爾（Hydronyl）填料、階梯環(huán)（Cascade mini ring）填料、多角螺旋填料、金屬鞍環(huán)填料（Intalox metal pakcing）、比阿雷茨基環(huán)（Bialecki ring）、萊瓦填料（Levapak）以及它們的改進(jìn)型式。屬于規(guī)整填料的有：蘇采爾填料（Sulzer packing）、重疊式絲

32、網(wǎng)波紋板填料、重疊式金屬波形板填料、格利希柵格填料（Glitsch grid）、格子填料、拉伸金屬板網(wǎng)填料、塑料蜂窩填料、Z形格子填料、Perform噴射式填料和脈沖填料（Impulse packing）等。同時(shí)，還創(chuàng)建了使小球浮動(dòng)萊強(qiáng)化傳質(zhì)的湍球塔。</p><p>　　為了加強(qiáng)工業(yè)技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)能力，長(zhǎng)時(shí)期以來，各國(guó)都相繼建立了技術(shù)專利的管理機(jī)構(gòu)。在這眾多的專利中，新型塔盤及高效填料的開發(fā)工作，也占有一定的數(shù)量。

33、從這里可以看出各國(guó)塔設(shè)備發(fā)展趨向，作為我們工作的參考。但是，進(jìn)入20世紀(jì)70年代后，有關(guān)塔設(shè)備傳質(zhì)理論和塔盤結(jié)構(gòu)方面的論文，已不如以前那么多了。這反映了基礎(chǔ)理論研究工作的進(jìn)度放慢了，同時(shí)也表明了人們通過實(shí)踐接受前輩們的觀點(diǎn)：當(dāng)負(fù)荷達(dá)到最高負(fù)荷的85％時(shí)，所有不同結(jié)構(gòu)的塔盤，其效率大致是相同的。研究結(jié)果表明，塔盤的效率并不取決于塔盤的結(jié)構(gòu)，而主要取決于物系的性質(zhì)，如相對(duì)揮發(fā)度、黏度、混合物的組分等。國(guó)外塔設(shè)備的發(fā)展已轉(zhuǎn)向“要求在提高處理能

34、力和簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)”的前提下，保持一定的操作彈性和適當(dāng)?shù)膲毫担⒈M量提高塔盤的效率。至于新型填料的研究，則希望找到有利于氣液分布均勻、高效和制造方便的填料。</p><p>　　隨著塔設(shè)備技術(shù)的發(fā)展，各工業(yè)國(guó)家還陸續(xù)制訂了多種氣液接觸元件（如泡罩、浮閥、填料等）及有關(guān)塔盤制造、安裝、驗(yàn)收的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和技術(shù)條件等，以保證塔設(shè)備運(yùn)行的質(zhì)量和縮短其制造、安裝周期，進(jìn)而減少設(shè)備的投資費(fèi)用。當(dāng)然，盲目地套用標(biāo)準(zhǔn)或是忽視標(biāo)準(zhǔn)等的

35、修訂工作，也會(huì)對(duì)技術(shù)的發(fā)展起阻礙作用。</p><p>　　我國(guó)塔設(shè)備技術(shù)的發(fā)展，經(jīng)歷了一個(gè)漫長(zhǎng)的過程。新中國(guó)成立以后，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，陸續(xù)建立了一批現(xiàn)代化的石油化工裝置。隨著這些裝置引進(jìn)的新型塔設(shè)備，不僅在操作、使用這些設(shè)備方面提供了大量的第一手資料，還帶動(dòng)了塔設(shè)備的科研、設(shè)計(jì)工作，加速了這方面的技術(shù)開發(fā)。</p><p>　　目前，我國(guó)常用的板式塔型仍為泡罩塔、浮閥塔、篩板塔和舌形

36、塔等，填料種類除拉西環(huán)、鮑爾環(huán)外，階梯環(huán)以及波紋填料、金屬絲網(wǎng)填料等規(guī)整填料也常采用。近年來，參考國(guó)外塔設(shè)備技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向，加強(qiáng)了對(duì)篩板塔的科研工作，提出了斜孔塔和浮動(dòng)噴射塔等新塔型。對(duì)多降液管塔盤、導(dǎo)向篩板、網(wǎng)孔塔盤等，也都作了較多的研究，并推廣應(yīng)用于生產(chǎn)。其他如大孔徑篩板、雙孔徑篩板、穿流式可調(diào)開孔率篩板、浮閥－篩板復(fù)合塔盤，以及噴杯塔盤、角鋼塔盤、旋流塔盤、噴旋塔盤、旋葉塔盤等多種塔型和金屬鞍環(huán)填料的流體力學(xué)性能、傳質(zhì)性能和幾何結(jié)

37、構(gòu)等方面的試驗(yàn)工作，也在進(jìn)行，有些已取得了一定的成果或用于生產(chǎn)。</p><p>　　從塔設(shè)備的化工設(shè)計(jì)到結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)，國(guó)內(nèi)也做出了不斷的改進(jìn)，并陸續(xù)引入了一些新的方法和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。特別是由于電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，化工設(shè)計(jì)中計(jì)算工作量極大的逐板計(jì)算法，已能快速而方便地得到滿意結(jié)果。在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)中，電子計(jì)算機(jī)也可以把受載情況異常復(fù)雜的塔設(shè)備強(qiáng)度問題，逐項(xiàng)加以考慮，并做出詳細(xì)的計(jì)算?，F(xiàn)有全國(guó)化工設(shè)備設(shè)計(jì)技術(shù)中心站組織

38、編制的壓力容器強(qiáng)度計(jì)算軟件SW6中可對(duì)設(shè)備強(qiáng)度和剛度進(jìn)行計(jì)算。目前正在考慮作塔設(shè)備的最優(yōu)化設(shè)計(jì)。</p><p>　　20世紀(jì)60年代以來，我國(guó)著手編制了塔設(shè)備零部件標(biāo)準(zhǔn)，1965年起正式頒發(fā)了一批有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)條件。70年代又修訂、合并、補(bǔ)充、充實(shí)了一批標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　1.5 塔設(shè)備的用材</p><p>　　塔設(shè)備與其他化工設(shè)備一樣，置于室外、無框

39、架的自支承式塔體，絕大多數(shù)是采用鋼材制造的。這是因?yàn)殇摬木哂凶銐虻膹?qiáng)度和塑性，制造性能較好，設(shè)計(jì)制造的經(jīng)驗(yàn)也較成熟。特別是在大型的塔設(shè)備中，鋼材更具有無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛地采用。為此，有些場(chǎng)合為了滿足腐蝕性介質(zhì)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(shè)備，塔徑一般都不大，當(dāng)尺寸稍大時(shí)，就得在塔

40、外用鋼架結(jié)構(gòu)加強(qiáng)。此外，這些材料在制造、運(yùn)輸、安裝等方面都各有特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)參閱其他有關(guān)資料，認(rèn)真加以考慮?？晒┲谱魉O(shè)備內(nèi)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、泡罩一類氣液接觸元件，由于結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，加之安裝工藝和使用方面的要求（如浮閥應(yīng)能自由浮動(dòng)），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(chǎng)合

41、需要。如拉西環(huán)最初是用瓷做的，以后又出現(xiàn)用鋼、石墨或硬聚氯乙烯塑料等制造；鮑爾環(huán)</p><p>　　總之，選材所考慮得因素較多。</p><p>　　1.6 板式塔的常用塔型及其選用</p><p>　　板式塔是分級(jí)接觸型氣液傳質(zhì)設(shè)備，種類繁多。根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外實(shí)際使用的情況，主要塔型是浮閥塔、篩板塔及泡罩塔。</p><p><b&g

42、t;　　1.6.1 泡罩塔</b></p><p>　　泡罩塔是歷史悠久的板式塔，長(zhǎng)期以來，在蒸餾、吸收等單元操作所使用的塔設(shè)備中，曾占有主要地位，近三十年來由于塔設(shè)備有很大的進(jìn)展，出現(xiàn)了許多性能良好的新塔型，才使泡罩塔的應(yīng)用范圍和在塔設(shè)備中所占的比重有所減少。但泡罩塔并不因此失去其應(yīng)用價(jià)值，因?yàn)樗哂腥缦聝?yōu)點(diǎn)。</p><p>　?、?操作彈性較大，在負(fù)荷變動(dòng)范圍較大時(shí)仍能保

43、持較高的效率。</p><p><b>　?、?無泄漏。</b></p><p>　?、?液氣比的范圍大。</p><p>　?、?不易堵塞，能適應(yīng)多種介質(zhì)。</p><p>　　泡罩塔的不足之處在于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高、安裝維修麻煩以及氣相壓力降較大。然而，泡罩塔經(jīng)過長(zhǎng)期的實(shí)踐，積累的經(jīng)驗(yàn)比其他任何塔型都豐富，常用的泡罩已

44、經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。在處理非腐蝕性物料時(shí)，整個(gè)泡罩塔盤都可用碳鋼制造。泡罩塔盤的蒸氣壓力降雖然高一些，但在常壓或加壓下操作時(shí)，并不是主要問題。</p><p>　　根據(jù)現(xiàn)今的情況，泡罩塔盤在工業(yè)上仍有一定的實(shí)用價(jià)值。</p><p>　　泡罩塔盤的主要結(jié)構(gòu)包括泡罩、升氣管、溢流管及降液管。</p><p>　　泡罩塔如果塔盤設(shè)計(jì)欠妥或操作不當(dāng)，常會(huì)出現(xiàn)以下不正?，F(xiàn)象，從而使塔

45、板效率下降，甚至破壞操作。</p><p>　?。?） 錐流 當(dāng)液體流量很小或液封高度不夠時(shí)，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。</p><p>　?。?） 脈動(dòng) 當(dāng)蒸氣流量很小、不能以連續(xù)鼓泡的形式通過液層時(shí)，必然是逐漸積累蒸氣，使塔盤下方的氣壓逐漸升高，當(dāng)增加到足夠的數(shù)值后，才能通過齒縫鼓泡逸出；而當(dāng)流過若干氣泡后，氣壓下降，就停止鼓泡；再等到上升至

46、一定壓力后，才能重新鼓泡。即蒸氣的流動(dòng)過程表現(xiàn)為蒸氣脈動(dòng)鼓泡。</p><p>　?。?） 偏流和傾流 當(dāng)液體流量過大和蒸氣流量過小時(shí)，塔盤上液面落差大，使氣流分布不均，就稱為偏流；情況嚴(yán)重時(shí)，液體從升氣管溢流而下，稱為傾流。這現(xiàn)象多出現(xiàn)于大塔中。</p><p>　?。?） 過量的霧沫夾帶 蒸氣速度過高時(shí)，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。</p>

47、<p>　?。?） 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(shè)計(jì)限度。</p><p>　　泡罩是泡罩塔板最主要的部件，品種很多，目前應(yīng)用最多的型式是具有矩形或梯形齒縫，底部有緣圈、結(jié)構(gòu)可拆的圓泡罩。</p><p><b>　　

48、1.6.2 篩板塔</b></p><p>　　篩板塔也是很早出現(xiàn)的一種板式塔。20世紀(jì)50年代起對(duì)篩板塔進(jìn)行了大量工業(yè)規(guī)模的研究，逐步掌握了篩板塔的性能，并形成了較完善的設(shè)計(jì)方法。與泡罩塔相比，篩板塔具有下列優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)能力大（20％～40％），塔板效率高（10％～15％），壓力降低（30％～50％），而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，塔盤造價(jià)減少40％左右，安裝、維修都較容易。從而一反長(zhǎng)期的冷落狀況，獲得了廣泛應(yīng)用。近

49、年來對(duì)篩板塔盤的研究還在發(fā)展，出現(xiàn)了大孔徑篩板（孔徑可達(dá)20～25mm）、導(dǎo)向篩板等多種型式。</p><p>　　篩板塔盤上分為篩孔區(qū)、無孔區(qū)、溢流堰及降液管等幾部分。工業(yè)塔常用的篩孔孔徑為3～8mm，按正三角形排列，孔間距與孔徑的比為2.5～5。近年來有用大孔徑（10～25mm）篩板的，它具有制造容易、不易堵塞等優(yōu)點(diǎn)，只是漏液點(diǎn)稍高，操作彈性較小。</p><p>　　與泡罩塔操作情況

50、類似，液體從上一層塔盤的降液管流下，橫向流過塔盤，經(jīng)溢流堰進(jìn)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(shí)，分散成氣泡，穿過板上液層。在此過程中進(jìn)行相際的傳熱和傳質(zhì)。</p><p>　　篩板塔盤的特點(diǎn)如下。</p><p>　?。?） 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造維修方便。</p><p>　?。?） 生產(chǎn)能力較大。</p>&

51、lt;p>　?。?） 塔板壓力降較低。</p><p>　?。?） 塔板效率較高，但比浮閥塔盤稍低。</p><p>　?。?） 合理設(shè)計(jì)的篩板塔可具有適當(dāng)?shù)牟僮鲝椥浴?lt;/p><p>　?。?） 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。</p><p><b>　　1.6.3 浮閥塔</b>

52、;</p><p>　　20世紀(jì)50年代起，浮閥塔已大量用于工業(yè)生產(chǎn)，以完成加壓、常壓、減壓下的精餾、吸收、脫吸等傳質(zhì)過程。大型浮閥塔的塔徑可達(dá)10m，塔高達(dá)83m，塔板數(shù)有數(shù)百塊之多。</p><p>　　浮閥塔是在泡罩塔的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它主要的改進(jìn)是取消了升氣管和泡罩，在塔板開孔上設(shè)有浮動(dòng)的浮閥，浮閥可根據(jù)氣體流量上下浮動(dòng)，自行調(diào)節(jié)，使氣縫速度穩(wěn)定在某一數(shù)值。這一改進(jìn)使浮閥塔在操作

53、彈性、塔板效率、壓降、生產(chǎn)能力以及設(shè)備造價(jià)等方面比泡罩塔優(yōu)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(zhì)過程中。塔徑從200mm到6400mm，使用效果均較好。國(guó)外浮閥塔徑，大者可達(dá)10m，塔高可達(dá)80m，板數(shù)有的多達(dá)數(shù)百塊。</p><p>　　浮閥塔之所以廣泛應(yīng)用，是由于它具有下列特點(diǎn)。</p><p>　?。?） 處理能力大 浮閥在塔盤上可

54、安排得比泡罩更緊湊。因此浮閥塔盤的生產(chǎn)能力可比圓形泡罩塔盤提高20％～40％。</p><p>　?。?） 操作彈性大 浮閥可在一定范圍內(nèi)自由升降以適應(yīng)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(nèi)保持高效率。它的操作彈性為3～5，比篩板和舌形塔盤大得多。</p><p>　?。?） 塔板效率高 由于氣液接觸狀態(tài)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

55、，一般情況下比泡罩塔高15％左右。</p><p>　?。?） 壓力降小 氣流通過浮閥時(shí)，只有一次收縮、擴(kuò)大及轉(zhuǎn)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400～666.6Pa。</p><p>　　浮閥的型式很多，國(guó)內(nèi)已采用的浮閥，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。</p><p>　　浮閥塔盤操作

56、時(shí)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(huán)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(dāng)寬廣的氣速范圍內(nèi)自由調(diào)節(jié)、升降，以保持穩(wěn)定操作。</p><p>　　1.6.4 舌形塔及浮動(dòng)舌形塔</p><p>　　舌形塔是噴射型塔，20世紀(jì)60年代開始應(yīng)用。它是在塔盤板上開有與液流同方向的舌形孔，蒸氣經(jīng)舌孔流出時(shí)，其沿水平方向的分速度促進(jìn)了液體的流動(dòng)，因而在

57、大液量時(shí)也不會(huì)產(chǎn)生較大的液面落差。由于氣液兩相呈并流流動(dòng)，這就大大地減少了霧沫夾帶。當(dāng)舌孔氣速提高到某一定值時(shí)，塔盤上的液體被氣流噴射成滴狀和片狀，從而加大了氣液接觸面積。與泡罩塔相比，其優(yōu)點(diǎn)是：液面落差小，塔盤上液層薄、持液量小，壓力降?。s為泡罩塔盤的33％～50％），處理能力大，塔盤結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，鋼材可省12％～45％，且安裝維修方便；其缺點(diǎn)是：操作彈性?。▋H2～4），塔板效率低，因而使用受到一定限制。浮動(dòng)舌形塔盤也是一種噴射塔盤，其

58、舌片綜合了浮閥及固定舌片的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，因此既有舌形塔盤的大處理量、低壓力降、霧沫夾帶小等優(yōu)點(diǎn)，又有浮閥塔的操作彈性大、效率高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是舌片易損壞。</p><p>　　1.6.5 穿流式柵板塔</p><p>　　穿流式柵板塔屬于無溢流裝置的板式塔，在工業(yè)上也得到廣泛應(yīng)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。</p><p>　

59、　穿流式塔盤根據(jù)板上開有柵縫或篩孔，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(shí)相向通過柵縫或篩孔。操作時(shí)蒸氣通過孔縫上升，進(jìn)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。</p><p>　　這種塔盤由于操作范圍窄，一直未能推廣應(yīng)用。至20世紀(jì)50年代初，穿流式柵板塔的工業(yè)應(yīng)用獲得成功，因而近年來應(yīng)用日廣。</p><p>　　穿流式柵板塔的特點(diǎn)如下

60、。</p><p>　?。?） 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 塔盤上無溢流裝置，結(jié)構(gòu)比一般篩板塔盤還簡(jiǎn)單。因而制造容易，安裝維修方便，節(jié)省材料和投資。 </p><p>　?。?） 生產(chǎn)能力大 由于沒有溢流裝置，就節(jié)省了降液管所占的塔截面積（一般約占塔盤總面積的15％～30％），所以蒸氣流量較大。</p><p>　?。?） 壓力降小 開孔率大，孔縫氣速可比溢流式塔盤為小，其壓力

61、降比泡罩塔小40％～80％，因而可用于真空蒸餾。</p><p>　?。?） 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。</p><p>　?。?） 操作彈性較小 能保持較好效率的負(fù)荷上下限之比約為1.5～2.0，低于其他板式塔。</p><p>　?。?） 塔板效率較低 比一般板式塔約低30％～60％。但穿流式塔的孔縫氣速較小，

62、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。</p><p>　　穿流式塔盤上的氣液通道可制成長(zhǎng)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3～12mm、長(zhǎng)為100～150mm，常用縫寬為3～5mm。篩孔孔徑一般為3～10mm，近來有用到25mm的，常用孔徑為5～8mm。塔盤開孔率一

63、般為15％～25％，亦有大到40％的。</p><p>　　1.6.6 其他類型塔盤</p><p><b>　　1.導(dǎo)向篩板塔盤</b></p><p>　　2.多降液管篩板塔盤</p><p><b>　　3.網(wǎng)孔塔盤</b></p><p>　　4.Kittel塔盤&l

64、t;/p><p><b>　　5.旋流塔盤</b></p><p><b>　　6.角鋼塔盤</b></p><p>　　1.7 塔型選擇一般原則</p><p>　　塔型的合理選擇是做好塔設(shè)備設(shè)計(jì)的首要環(huán)節(jié)。選擇時(shí)應(yīng)考慮的因素有：物料性質(zhì)、操作條件、塔設(shè)備的性能，以及塔設(shè)備的制造、安裝、運(yùn)轉(zhuǎn)和維修等。

65、</p><p>　　1.7.1 與物性有關(guān)的因素</p><p>　?。?） 易起泡的物系，如處理量不大時(shí)，以選用填料塔為宜。因?yàn)樘盍夏苁古菽屏?，在板式塔中則易引起液泛。</p><p>　?。?） 具有腐蝕性的介質(zhì)，可選用填料塔。如必須用板式塔，宜選用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)便宜的篩板塔盤、穿流式塔盤或舌形塔盤，以便及時(shí)更換。</p><p>　

66、?。?） 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(yīng)選用壓力降較小的塔型。如可采用裝填規(guī)整填料的散堆填料等，當(dāng)要求真空度較低時(shí)，也可用篩板塔和浮閥塔。</p><p>　?。?） 黏性較大的物系，可以選用大尺寸填料。板式塔的傳質(zhì)效率較差。</p><p>　?。?） 含有懸浮物的物料，應(yīng)選擇液流通道較大的塔型，以板式塔為宜?？蛇x用泡罩塔、浮閥塔、柵板塔、舌形塔和孔徑較大的篩板

67、塔等。不宜使用填料。</p><p>　?。?） 操作過程中有熱效應(yīng)的系統(tǒng)，用板式塔為宜。因塔盤上積有液層，可在其中安放換熱管，進(jìn)行有效的加熱或冷卻。</p><p>　　1.7.2 與操作條件有關(guān)的因素</p><p>　?。?） 若氣相傳質(zhì)阻力大（即氣相控制系統(tǒng)，如低黏度液體的蒸餾，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

68、的系統(tǒng)（如水洗二氧化碳），宜采用板式塔，因?yàn)榘迨剿幸合喑释牧?，用氣體在液層中鼓泡。</p><p>　?。?） 大的液體負(fù)荷，可選用填料塔，若用板式塔時(shí)，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(dǎo)向篩板塔盤和多降液管篩板塔盤都能承受較大的液體負(fù)荷。</p><p>　?。?） 低的液體負(fù)荷，一般不宜采用填料塔。因?yàn)樘盍纤笠欢康膰娏苊芏?/p>

69、，但網(wǎng)體填料能用于低液體負(fù)荷的場(chǎng)合。</p><p>　?。?） 液氣比波動(dòng)的適應(yīng)性，板式塔優(yōu)于填料塔，故當(dāng)液氣比波動(dòng)較大時(shí)宜用板式塔。</p><p>　　1.7.3 其他因素</p><p>　?。?） 對(duì)于多數(shù)情況，塔徑小于800mm時(shí)，不宜采用板式塔，宜用填料塔。對(duì)于大塔徑，對(duì)加壓或常壓操作過程，應(yīng)優(yōu)先選用板式塔；對(duì)減壓操作過程，宜采用新型填料。</p

70、><p>　　（2） 一般填料塔比板式塔重。</p><p>　?。?） 大塔以板式塔造價(jià)較廉。因填料價(jià)格約與塔體的容積成正比，板式塔按單位面積計(jì)算的價(jià)格，隨塔徑增大而減小。</p><p>　　1.8 板式塔的強(qiáng)化</p><p>　　板式塔產(chǎn)生、發(fā)展的過程，實(shí)際上就體現(xiàn)了塔設(shè)備的強(qiáng)化途徑?？蓪迨剿陌l(fā)展劃分為三個(gè)時(shí)期，由于當(dāng)時(shí)的主觀要求和客

71、觀條件所決定，各個(gè)時(shí)期的發(fā)展有所側(cè)重。</p><p>　?。?） 從板式塔的產(chǎn)生到第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束 這階段的板式塔主要用來煉油，典型設(shè)備是泡罩塔。由于當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)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，而這正是泡罩塔的特點(diǎn)。篩板塔雖然具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、處理能力大等優(yōu)點(diǎn)，但因缺乏設(shè)計(jì)資料和難于操作管理而較少采用。</p><p>　?。?） 從第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束至

72、20世紀(jì)50年代末 在煉油工業(yè)繼續(xù)發(fā)展的同時(shí)，以三大合成為中心的化學(xué)工業(yè)開始有了較大的發(fā)展。這一階段由于處理量的擴(kuò)大和多方面的要求，泡罩塔已不甚適應(yīng)。篩板塔則逐漸為人們所接受，技術(shù)上有較大的進(jìn)展。同時(shí)，為了適應(yīng)工業(yè)發(fā)展的要求，對(duì)原有的板式塔提出了造價(jià)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(xiàn)了S形塔盤、條形泡罩塔盤等泡罩型新塔盤，結(jié)合泡罩、篩板的優(yōu)點(diǎn)而創(chuàng)制的各種浮閥塔盤，以及一些噴射型、穿流型的塔盤。這些塔

73、型與泡罩塔相比，都有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)便宜、處理能力較大的優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　?。?） 20世紀(jì)60年代至今 從60年代起，開始出現(xiàn)生產(chǎn)裝置的大型化，所以也要求塔設(shè)備向大型化方向發(fā)展。與此同時(shí)，塔設(shè)備的廣泛應(yīng)用，又提出了高壓、真空、大的液體負(fù)荷、高彈性比等許多特殊要求，迫使板式塔以強(qiáng)化設(shè)備的生產(chǎn)能力為中心，向高效率、大通量方向發(fā)展，因而各種新型塔板不斷出現(xiàn)。常用塔型如篩板、浮閥、泡罩塔盤的設(shè)計(jì)方法也日趨完善，

74、建立了系列、標(biāo)準(zhǔn)，并采用電子計(jì)算技術(shù)，使設(shè)計(jì)快速化和最優(yōu)化。還應(yīng)指出，節(jié)約能源也日益成為板式塔發(fā)展中必須考慮的問題。</p><p>　　板式塔強(qiáng)化的具體途徑是改進(jìn)流體動(dòng)力學(xué)因素，以提高設(shè)備的通過能力和改善相間的接觸狀況，同時(shí)又充分利用氣液兩相之間的熱力學(xué)因素，以提高設(shè)備的傳質(zhì)速率與分離效率。</p><p>　　從塔盤的流體力學(xué)來看，隨著氣速的增大，氣液兩相接觸時(shí)的操作狀態(tài)是：鼓泡-泡沫

75、-噴射，依次過渡。一定的操作狀態(tài)都要求相應(yīng)的塔盤結(jié)構(gòu)。同時(shí)，結(jié)構(gòu)的改變又為解決生產(chǎn)能力與分離效率之間的矛盾創(chuàng)造了有利條件。例如噴射型塔盤的生產(chǎn)能力一般都比泡罩塔盤、浮閥塔盤為大，且壓力降也低。事實(shí)上每種塔盤結(jié)構(gòu)都可以歷經(jīng)從鼓泡到噴射的過渡，問題在于什么是最好的操作狀態(tài)，由設(shè)計(jì)操作參數(shù)所決定的。</p><p>　　第二章 物性數(shù)據(jù)處理</p><p>　　2.1 確定塔內(nèi)特定部位的平均溫度

76、</p><p>　　將進(jìn)料的質(zhì)量流量和進(jìn)料、塔頂、塔釜的質(zhì)量分率分別轉(zhuǎn)換為摩爾流量和摩爾分率</p><p>　　進(jìn)料摩爾分率： （2.1）</p><p>　　料液平均摩爾質(zhì)量 （2.2）</p><p>　　進(jìn)料摩爾流量：

77、 （2.3）</p><p>　　根據(jù)式（2.1）計(jì)算進(jìn)料摩爾分率：</p><p>　　根據(jù)式（2.2）計(jì)算料液平均摩爾質(zhì)量：</p><p>　　根據(jù)式（2.3）計(jì)算進(jìn)料摩爾流量：</p><p>　　其中，、、分別為A、B組分和料液的摩爾質(zhì)量，X為摩爾分率，a質(zhì)量分率，F(xiàn)為進(jìn)料摩爾流量（kmol/h），為進(jìn)料質(zhì)量流量（k

78、g/h）。</p><p>　　根據(jù)式（2.1）計(jì)算，同理可得：</p><p>　　塔頂產(chǎn)品摩爾分率：0.983</p><p>　　塔釜產(chǎn)品摩爾分率：0.036</p><p>　　為求出塔內(nèi)不同位置的物性數(shù)據(jù)，需確定所處的溫度，由于塔內(nèi)由上向下溫度不斷上升，因此物性數(shù)據(jù)也不斷變化，在設(shè)計(jì)中可利用不同塔段的平均溫度以求得近似的物性數(shù)據(jù)。為

79、設(shè)計(jì)方便，在本設(shè)計(jì)中粗略以精餾段和提餾段的平均溫度確定兩段的物性數(shù)據(jù)，以便進(jìn)行體積流量的計(jì)算。 在這一部分的計(jì)算中，我們要計(jì)算出指定體系的塔頂溫度（td）、塔釜溫度（tww）及加料板處溫度（tf），并計(jì)算精餾段溫度（t1）、提餾段溫度 （t2）、 全塔溫度（t）和料液的平均溫度。</p><p>　　根據(jù)汽液相平衡數(shù)據(jù)畫出汽液相平衡圖，由不同部位的含量在圖中查得塔頂、塔釜、及加料板處的溫度并計(jì)算精餾段、提

80、餾段的平均溫度。</p><p>　　T=()/2 T1=()/2</p><p>　　T=()/2 =()/2 （2.4）</p><p>　　圖2.1 汽液相平衡圖</p><p>　　繪制汽液相平衡圖如圖2.1可得以下溫度：</p><p>　　塔頂溫

81、度：37.209</p><p>　　加料板溫度：48.527</p><p>　　塔釜溫度：66.617</p><p>　　精餾段溫度：42.868</p><p>　　提餾段溫度：57.57</p><p>　　全塔溫度：50.22</p><p>　　料液平均溫度：41.76</p

82、><p>　　2.2 飽和蒸汽壓的計(jì)算</p><p>　　內(nèi)插關(guān)系式： （2.5）</p><p>　　其中，上下表示上、下限，P為飽和蒸汽壓，t為溫度。</p><p>　　相對(duì)揮發(fā)度 （2.6）</p><p>　　說明：根據(jù)精

83、餾段或全塔的平均溫度，由內(nèi)插法得到各組分的飽和蒸汽壓，即可計(jì)算對(duì)應(yīng)精餾段和全塔的平均相對(duì)揮發(fā)度。</p><p>　　表2.1 各組分得飽和蒸汽壓與溫度得關(guān)系</p><p>　　查表2.1并根據(jù)式（2.5）計(jì)算精餾段A物質(zhì)的蒸汽壓：</p><p>　　查表2.1并根據(jù)式（2.5）計(jì)算精餾段B物質(zhì)的蒸汽壓：</p><p>　　查表2.1

84、并根據(jù)式（2.5）計(jì)算全塔A物質(zhì)的蒸汽壓：</p><p>　　查表2.1并根據(jù)式（2.5）計(jì)算全塔B物質(zhì)的蒸汽壓：</p><p>　　根據(jù)式（2.6）計(jì)算精餾段相對(duì)揮發(fā)度j：</p><p>　　根據(jù)式（2.6）計(jì)算全塔相對(duì)揮發(fā)度：</p><p>　　2.3 液相密度計(jì)算</p><p>　　內(nèi)插關(guān)系式：

85、 （2.7）</p><p>　　液相混合物密度： （2.8）</p><p>　　其中， 、分別為A，B組分的質(zhì)量分率， 、分別為A，B純組分的密度。</p><p>　　可根據(jù)塔頂、塔釜、加料板的質(zhì)量分率及各純組分的密度求得三處混合液的密度同時(shí)可計(jì)算三段的平均溫度</p><p&

86、gt;<b>　?。?.9）</b></p><p>　　表2.2 各組分的液相密度與溫度的關(guān)系</p><p>　　查表2.2并根據(jù)式（2.7）、（2.8）計(jì)算塔頂液相密度：</p><p>　　0.0016418797</p><p>　　查表2.2并根據(jù)式（2.7）、（2.8）計(jì)算，同理可得：</p>

87、<p>　　塔釜液相密度：612.322</p><p>　　加料板液相密度：614.874</p><p>　　料液平均密度： 621.66</p><p>　　精餾段平均密度：611.97</p><p>　　提餾段平均密度：613.6</p><p>　　根據(jù)式（2.9）計(jì)算全塔平均密度：</

88、p><p>　　2.4 氣體密度的計(jì)算</p><p><b>　　混合氣體密度</b></p><p><b>　?。?.10）</b></p><p>　　其中，t為各部位的溫度，P為壓力，101.3kPa，M為各部位的摩爾質(zhì)量。</p><p>　　加料板蒸汽平均摩爾質(zhì)量&

89、lt;/p><p><b>　?。?.11）</b></p><p><b>　?。?.12）</b></p><p>　　精餾段的平均摩爾質(zhì)量：</p><p><b>　?。?.13）</b></p><p>　　提餾段的平均摩爾質(zhì)量：</p>

90、;<p><b>　?。?.14）</b></p><p>　　全塔的平均摩爾質(zhì)量：</p><p><b>　?。?.15）</b></p><p>　　塔頂或塔釜的平均摩爾質(zhì)量可用純組分的代替。</p><p>　　根據(jù)式（2.11）、（2.12）、（2.13）、（2.10）計(jì)算精

91、餾段氣體平均密度：</p><p>　　根據(jù)式（2.10）、（2.11）、（2.12）、（2.14）、（2.15）計(jì)算，同理可得：</p><p>　　提餾段氣體平均密度：2.978</p><p>　　全塔氣體平均密度：2.914</p><p><b>　　2.5 粘度的計(jì)算</b></p><p

92、><b>　　內(nèi)插關(guān)系式：</b></p><p><b>　?。?.16）</b></p><p><b>　　混合液體粘度</b></p><p><b>　?。?.17）</b></p><p>　　=(d+f)/2

93、 （2.18）</p><p>　　=(d+w)/2 （2.19）</p><p>　　表2.3 各組分的粘度與溫度的關(guān)系</p><p>　　查表2.3并根據(jù)式（2.16）、（2.17）、（2.18）計(jì)算精餾段平均粘度1：</p><p><b>　　mpas</b><

94、;/p><p>　　查表2.3并根據(jù)式（2.16）、（2.17）、（2.19）計(jì)算，同理可得：</p><p>　　全塔平均粘度：0.205 mpas</p><p>　　2.6 表面張力的計(jì)算</p><p><b>　　內(nèi)插關(guān)系式：</b></p><p><b>　?。?.20）<

95、;/b></p><p><b>　　混合物表面張力：</b></p><p><b>　?。?.21）</b></p><p><b>　　各段表面張力：</b></p><p><b>　?。?.22）</b></p><p&

96、gt;<b>　?。?.23）</b></p><p>　　塔頂與塔釜的表面張力可近似用純物質(zhì)表面張力代替。</p><p>　　表2.4 各組分的表面張力與溫度的關(guān)系</p><p>　　根據(jù)式（2.20）、（2.21）可得精餾段平均表面張力：</p><p>　　根據(jù)式（2.20）、（2.21）計(jì)算，同理可得：&l

97、t;/p><p>　　根據(jù)式（2.22）計(jì)算得：</p><p><b>　　dyn/cm</b></p><p>　　根據(jù)式（2.20）、（2.21）、（2.23）計(jì)算，同理可得：</p><p>　　提餾段平均表面張力：13.65dyn/cm</p><p>　　2.7 汽化熱和熱容的計(jì)算<

98、/p><p><b>　　內(nèi)插關(guān)系式：</b></p><p><b>　?。?.24）</b></p><p><b>　　內(nèi)插關(guān)系式：</b></p><p><b>　?。?.25）</b></p><p><b>　　

99、混合物的汽化熱：</b></p><p><b>　?。?.26）</b></p><p><b>　　混合物的熱容：</b></p><p><b>　?。?.27）</b></p><p>　　表2.5 各組分的汽化熱與溫度的關(guān)系</p><

100、;p>　　表2.6 各組分的熱容與溫度的關(guān)系</p><p>　　查表2.5并根據(jù)式（2.24）、（2.26）計(jì)算加料板平均汽化熱：</p><p>　　查表2.6并根據(jù)式（2.25）、（2.27）計(jì)算，同理可得：</p><p>　　料液平均熱容：190.171 J/mol﹒K</p><p>　　2.8 物性數(shù)據(jù)總匯</p&

101、gt;<p><b>　　第三章 塔板計(jì)算</b></p><p><b>　　3.1 物料衡算</b></p><p>　　F=D+W （3.1）</p><p><b>　?。?.2）</b></p><p>　　

102、其中，F(xiàn)、D、W分別為進(jìn)料、塔頂、塔釜的摩爾流量，（kmol/h），、、分別為進(jìn)料、塔頂、塔釜產(chǎn)品摩爾含量。</p><p>　　由于進(jìn)料摩爾流量為，進(jìn)料摩爾分率為0.494，塔頂產(chǎn)品摩爾分率為0.983，塔釜產(chǎn)品摩爾分率為0.036根據(jù)式（3.1）、（3.2）列方程計(jì)算，可得：</p><p>　　塔頂摩爾流量D：70.33（Kmol/h）</p><p>　　塔

103、釜摩爾流量W：75.09（Kmol/h）</p><p>　　3.2 回流比計(jì)算——冷液進(jìn)料的回流比</p><p>　　由相平衡方程與加料板操作線方程求、</p><p><b>　　（3.3）</b></p><p><b>　?。?.4）</b></p><p><

104、;b>　?。?.5）</b></p><p><b>　?。?.6）</b></p><p>　　其中，q為熱狀態(tài)參數(shù)，為最小回流比，R為回流比且，K=1.1——2.0。</p><p>　　根據(jù)式（3.5）計(jì)算熱狀態(tài)參數(shù)q：</p><p>　　由相平衡方程與加料板操作線方程式（3.3）、（3.4）計(jì)

105、算，可得：</p><p>　　解方程得：：0.505 ， ：0.751</p><p>　　根據(jù)式（3.6）計(jì)算最小回流比：</p><p>　　因此，得回流比： </p><p>　　3.3 計(jì)算塔內(nèi)各段液體的摩爾流量及體積流量</p><p><b>　　（3.7）</b></p

106、><p><b>　?。?.8）</b></p><p><b>　　（3.9）</b></p><p><b>　?。?.10）</b></p><p>　　其中，、分別為精餾段、提餾段回流液摩爾流量（kmol/h），R為回流比，D為塔頂產(chǎn)品流量（kmol/h），q為熱狀態(tài)參數(shù)，

107、F為進(jìn)料量（kmol/h），、、分別為A、B組分及料液的平均摩爾質(zhì)量，、分別為精餾段、提餾段的體積流量（），、分別為精餾段、提餾段的平均密度（kg/）。</p><p>　　根據(jù)式（3.7）計(jì)算精餾段摩爾流量L：</p><p><b>　　Kmol/h</b></p><p>　　根據(jù)式（3.8）計(jì)算提餾段摩爾流量：</p>&

108、lt;p><b>　　Kmol/h</b></p><p>　　根據(jù)式（3.9）計(jì)算精餾段體積流量：</p><p><b>　　/s</b></p><p>　　根據(jù)式（3.10）計(jì)算提餾段體積流量：</p><p><b>　　/s</b></p>&l

109、t;p>　　3.4 計(jì)算塔內(nèi)各段氣體摩爾流量和體積流量</p><p><b>　?。?.11）</b></p><p><b>　　（3.12）</b></p><p><b>　?。?.13）</b></p><p><b>　　（3.14）</b&g

110、t;</p><p>　　其中，、、、分別為精餾段和提餾段的摩爾流量（kmol/h）、體積流量（），為回流比，、分別為塔頂產(chǎn)品量、進(jìn)料量（kmol/h），、分別為精餾段、提餾段的平均溫度。</p><p>　　根據(jù)式（3.11）計(jì)算精餾段氣體摩爾流量：</p><p><b>　　Kmol/h</b></p><p>　

111、　根據(jù)式（3.12）計(jì)算提餾段氣體摩爾流量：</p><p><b>　　Kmol/h</b></p><p>　　根據(jù)式（3.13）計(jì)算精餾段氣體體積流量：</p><p>　　根據(jù)式（3.14）計(jì)算提餾段氣體體積流量：</p><p>　　3.5 用逐板法計(jì)算理論塔板數(shù)</p><p><

112、;b>　　計(jì)算公式：</b></p><p>　　精餾段操作線方程： </p><p><b>　?。?.15）</b></p><p>　　相平衡方程： </p><p><b>　?。?.16）

113、</b></p><p>　　提餾段操作線方程： </p><p><b>　?。?.17）</b></p><p>　　由方程（3.15）、（3.17）解出加料板的摩爾分律、，然后逐板計(jì)算：</p><p>　　1. 在用逐

114、板法計(jì)算理論塔板數(shù)時(shí)，如為泡點(diǎn)進(jìn)料，判斷加料板位置的判據(jù)為, ，如為冷液進(jìn)料，必需求加料扳回流液的含量,以此值判斷加料板位置，此值根據(jù)精餾段和提餾段操作線方程聯(lián)立求得。 </p><p>　　2. 逐板法和圖解法各做一遍，取其中理論板數(shù)多的結(jié)果。 </p><p>　　3. 使用圖解法時(shí)，階梯的水平線和垂線一定要交于相平衡線和操作線上，否則結(jié)果誤差較大。 </p><p

115、><b>　　計(jì)算結(jié)果：</b></p><p><b>　?。?.50333</b></p><p>　　理論塔板數(shù)NT：11.</p><p>　　精餾段理論塔板數(shù)NT（精）：6.</p><p>　　并繪制如下所示圖3.1</p><p>　　圖3.1 圖解法求

116、塔板數(shù)</p><p>　　3.6 計(jì)算實(shí)際塔板數(shù)</p><p>　　塔效率： （3.18）</p><p>　　精餾段實(shí)際板數(shù)： （3.19）</p><p>　　全塔實(shí)際板數(shù)： （3.20）</p

117、><p>　　其中，為相對(duì)揮發(fā)度，為回流液平均粘度(mpa.s), N（精）、N分別為精餾段、全塔的實(shí)際板數(shù)。</p><p>　　根據(jù)式（3.18）計(jì)算精餾段效率：</p><p>　　同理根據(jù)式（3.18）計(jì)算全塔效率得：0.554</p><p>　　根據(jù)式（3.19）計(jì)算精餾段實(shí)際塔板數(shù)：</p><p>　　根據(jù)

118、式（3.20）計(jì)算全塔實(shí)際塔板數(shù)：</p><p><b>　　第四章 結(jié)構(gòu)計(jì)算</b></p><p>　　4.1 確定物系負(fù)荷系數(shù)C</p><p>　　1．查史密斯關(guān)聯(lián)圖的方法是分別由精餾段和提餾段的參數(shù)得史密斯關(guān)聯(lián)圖的橫坐標(biāo)A(精)和A（提），以及曲線值B,獲得C20值。 2．板間距是由塔徑來選用的，在未知塔徑的情況下，可根據(jù)進(jìn)