板式精馏塔设计

课程目的先修课程的综合训练，培养工程能力的训练掌握化工设计的基本程序和方法；学会查阅技术资料、选用公式和数据；用简洁文字和图表表达设计结果；用CAD制图以及计算机辅助计算等能力方面得到一次基本训练。

三塔高、塔径的计算物性参数的查找、计算塔径由精馏塔内各段物料的摩尔流率（或说体积流率）决定的，其影响因素有F（进料流率）、R（回流比）及q，涉及单位换算1、

平均分子量的计算（1）塔顶的平均分子量

x1为与y1=XD平衡

的液相组成）

MVDM=XD×M轻组分+（1－XD）×M重组分

MLDM=x1×M轻组分+（1－x1）×M重组分（2）进料板的平均分子量

进料板对应的组成Xn

和yn(进料板对应的组成由逐板计算得到，n值各人不同)] MVFM=yn×M轻组分+（1－yn）×M重组分

MLFM=Xn×M轻组分+（1－Xn）×M重组分1、

平均分子量的计算（3）塔底的平均分子量（yw为与xw平衡的气相组成）

MVWM=yw×M轻组分+（1－yw）×M重组分

MLWM=xw×M轻组分+（1－xw）×M重组分（4）精馏段、提馏段的平均分子量精馏段平均分子量

MLM=(MLDM+MLFM)/2=MVM=(MVDM+MVFM)/2=提馏段平均分子量

M’LM=(MLWM+MLFM)/2=M’VM=(MVWM+MVFM)/2=2、平均密度的计算（1）液相平均密度查物性数据：

易挥发组分密度ρ1＝

Kg/m3

难挥发组分密度ρ2＝

Kg/m3举例：ρLD＝1/[a1/ρ1+(1-a1)/ρ2]Kg/m3（2）汽相平均密度根据塔顶温度TD、进料板温度TF及塔底温度TW分别确定精馏段及提馏段的汽相平均密度如：TM=（TF+TD）/2ρVM＝PMV/RTM=Kg/m33塔的有效高度和板间距的初选

板式塔的有效高度是指安装塔板部分的高度，可按下式计算：

塔板间距，m板间距的初选板间距NT的选定很重要。选取时应考虑塔高、塔径、物系性质、分离效率、操作弹性及塔的安装检修等因素。4塔径的计算计算塔径的方法有两类：据适宜空塔气速，求出塔截面积，求出塔径确定适宜孔速进而求出塔径塔径的计算初步计算塔径塔内气体流量m3/s空塔气速m/s允许空塔气速，m/s气相和液相的密度，kg/m3气体负荷系数，m/s6.10.5筛板塔化工设计计算（1）塔的有效高度Z

已知：实际塔板数NP

；塔板间距HT；

选取塔板间距

HT

：理论塔板数计算软件塔板间距和塔径的经验关系塔体高度：有效高+顶部+底部+

其它

有效塔高：

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液泛气速两相流动参数FLV：（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。对于筛板塔(浮阀、泡罩塔)，可查图，C20=(HT

、FLV)0.2HT=0.60.450.30.150.40.30.21.00.70.10.040.030.020.070.010.040.030.020.070.010.10.090.060.05筛板塔泛点关联图②选取设计气速

u

选取泛点率：u/

uf

一般液体，0.6~0.8

易起泡液体，0.5~0.6所需气体流通截面积设计气速

u=泛点率×ufADAd③计算塔径

D塔截面积：A=AT-Ad塔径说明：计算塔径需圆整，且重新计算实际气速及泛点率。（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。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。说明：通常应使溢流强度qVLh/lW

不大于100~130m3/（m

h）。

或：

双流型:单流型：(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。堰上方液头高度hOW

：要求：③边缘区：bcbdbslWrx（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有效传质区：

双流型弓形降液管塔板：bcbdbslWrxd0t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0.08~0.12。板厚：碳钢（3~4mm）、不锈钢。

筛孔气速：筛孔数：d0t(6)塔板的校核

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。故有：

所以说明：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。式中Hf

为板上泡沫层高度：要求：ev≤

0.1

kg

液体/kg气体。②塔板阻力的计算和校核

塔板阻力：

塔板阻力hf包括

以下几部分:

（a）干板阻力h0—气体通过板上孔的阻力（设无液体时）；

（b）液层阻力hl—气体通过液层阻力；（c）克服液体表面张力阻力hσ—孔口处表面张力。清液柱高度表示：（a）干板阻力h0d0/δC0塔板孔流系数C0—孔流系数（b）液层阻力hl查图求充气系数β说明：若塔板阻力过大，可增加开孔率或降低堰高。（c）克服液体表面张力阻力（一般可不计）

③降液管液泛校核故塔板阻力：降液管中清液柱高度(m)（a）液面落差Δ一般较小，可不计。当不可忽略时，一般要求：Δ<0.5h0（b）液体通过降液管阻力hd包括底隙阻力hd1和进口堰阻力hd2。无进口堰时：泡沫层高度要求：说明：若泡沫高度过大，可减小塔板阻力或增大塔板间距。泡沫层相对密度：对不易起泡物系，易起泡物系，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。

停留时间：要求：说明：停留时间过小，可增加降液管面积或增大塔板间距。（a）计算严重漏液时干板阻力

h0´（b）计算漏液点气速u0´

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

漏液点气速u0´

：发生严重漏液时筛孔气速。

稳定系数：要求：①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。（6）塔板的负荷性能图——确定塔板的操作弹性②液相下限线整理出：规定：③严重漏液线（气相下限线）代入相关公式，如hOW、σ、u0’，整理出。④液相上限线⑤降液管液泛线规定：塔板的操作弹性：或塔径的计算塔径的圆整目前，塔的直径已标准化。所求得的塔径必须圆整到标准值。塔径在1米以下者，标准化先按100mm增值变化；塔径在1米以上者，按200mm增值变化塔径校核（后面进行）塔板负荷性能图最小液体负荷线漏液线最大液体负荷线降液管液泛线雾沫夹带线板式塔的结构

塔的总体结构

附属装置，如除沫器、人（手）孔、基座，有时外部还有扶梯或平台。此外，在塔体上有时还焊有保温材料的支承圈。为了检修方便，有时在塔顶装有可转动的吊柱。

塔体总高度HD——塔顶空间，m；

HB——塔底空间，m；HT——塔板间距，m；HT’——开有人孔的塔板间距，m；

HF——进料段高度，m；

Np——实际塔板数；S——人孔数目（不包括塔顶空间和塔底空间的人孔）。

塔板结构塔板类型按结构特点可分为整块式或分块式两