板式塔设计2
板式塔设计
② 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。
平流堰
溢流辅堰
三角形齿堰
栅栏堰
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 ~ 80 mm ； 减压塔：25 mm 左右。
考虑经济性，经验选取。
塔板间距和塔径的经验关系
塔径 D，m
0.3-0.5 0.5-0.8 0.8-1.6 1.6-2.0 2.0-2.4 >2.4
塔板间
距
0.2-0.3 0.3-0.35 0.35-0.45 0.45-0.6 0.5-0.8 ≥0.6
HT，m
说明：工业塔中，板间距范围200 ~ 900 mm
<11
<110 110-200 200-300
<11
<110 110-230 230-350
<11
<110 110-250 250-400
<11
<110 110-250 250-450
塔径确定 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。
（6）设计结果 设计说明书、带控制点的工艺流程图、主体设备工艺条件图
1.2 设计方案 （1）工艺流程确定
分离序列、能量利用、辅助设备、控制方案 （2）操作条件的选择
操作压力 —— 加压、常压、减压 进料状态 —— 过冷液体、饱和液体、汽液混合、饱和蒸
汽、过热蒸汽
（3）加热剂及加热方法 加热剂——饱和水蒸气、热水、热工艺物流、热油等 加热方法——间接加热、直接加热
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。
《化工原理》电子教案 板式塔及其工艺设计计算
《化工原理》电子教案板式塔及其工艺设计计算教案章节：一、板式塔的概述教学目标：1. 理解板式塔的定义及其在化工过程中的作用。
2. 掌握板式塔的分类和基本结构。
教学内容：1. 板式塔的定义及作用2. 板式塔的分类a) 固定床板式塔b) 流动床板式塔c) 喷射塔3. 板式塔的基本结构a) 塔体b) 塔板c) 塔内件教学方法：1. 采用讲授法，介绍板式塔的基本概念、分类和结构。
2. 利用图片和示意图，展示板式塔的内部结构和工作原理。
3. 通过案例分析，使学生了解板式塔在化工过程中的应用。
教学评估：1. 课堂问答，检查学生对板式塔概念的理解。
2. 绘制板式塔的结构示意图，检查学生对板式塔结构的掌握。
教案章节：二、板式塔的工艺设计计算教学目标：1. 掌握板式塔的工艺设计计算方法。
2. 能够根据实际情况选择合适的板式塔。
教学内容：1. 板式塔的工艺设计计算方法a) 计算塔内件尺寸b) 计算塔内流体流动参数c) 计算塔的传质效率2. 板式塔的选择依据a) 塔内压力降b) 塔内液气比c) 塔的分离效果教学方法：1. 讲解板式塔工艺设计计算的基本方法。
2. 利用实例，演示板式塔工艺设计计算的步骤。
3. 分析不同板式塔的优缺点，引导学生根据实际情况选择合适的塔型。
教学评估：1. 课堂问答，检查学生对板式塔工艺设计计算方法的理解。
2. 设计实际案例，让学生运用板式塔工艺设计计算方法进行计算。
教案章节：三、固定床板式塔的设计计算教学目标：1. 掌握固定床板式塔的设计计算方法。
2. 能够进行固定床板式塔的工艺设计。
教学内容：1. 固定床板式塔的设计计算方法a) 计算塔内件尺寸b) 计算塔内流体流动参数c) 计算塔的传质效率2. 固定床板式塔的工艺设计a) 确定塔板类型b) 计算塔板间距c) 计算塔内压力降教学方法：1. 讲解固定床板式塔的设计计算方法。
2. 利用实例，演示固定床板式塔的设计计算步骤。
3. 分析不同塔板类型的优缺点，引导学生选择合适的塔板类型。
板式塔(筛板塔)设计教材
u
0.2
u f C f 20 20
式中
f
L V V
0.5
—— 气体负荷因子， m/s；可由 u
查取 图3
C f 20—— 液相表面张力，mN/m
V 、 L 是以塔内气体流通面积，即塔的横截面积减去降 注意： uAfT –Af ）为依据计算的。 液管面积（
4. 塔和塔板主要尺寸的设计
4.1 塔和塔板设计的主要依据
进行塔和塔板设计时，所依据的主要参数是： 汽相 流量 VS ( m³ /s ), 密度 ρV ( kg/m³) 液相 流量 LS ( m³ /s ), 密度 ρL ( kg/m³) 表面张力 σ （ mN/m ） 注意：由于各块塔板的组成和温度不同，所以各块塔板 上的上述参数均不同，设计时应取平均值。具体方法如下： (1) 若V、L变化不大，可以精馏段或提馏段的平均值为 代表进行设计. (2) 若V、L变化较大，应分段处理，各段分别取平均值 进行设计。
4.2塔板的设计参数
筛板塔设计必须确定的主要结构参数有（参阅 图 2 ）： （1）塔板直径D； （2）板间距HT； （3）溢流堰的型式，长度 lW 和高度 hw； （4）降液管型式、降液管底部与塔板间的距离ho； （5）液体进、出口安定区的宽度Ws’、Ws ,边缘 区宽度Wc； （6）筛孔直径do,孔间距t。
3.2 回流比的选定
选择原则：使塔的设备费用和操作费用的总和最低，
同时应考虑到操作时的调节弹性。
选择方法：
（1） 参考生产现场所提供的回流比数据； （2） 回流比取最小回流比Rmin的1.2～2倍； （3） 先求最少理论板数 Nmin , 以理论板数为Nmin 的两倍求取回流比R； （4） 作出回流比R和理论板数N的曲线图，在曲线 图上确定合适的回流比R。
化工原理板式塔设计
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
泡罩实物
泡罩塔板 a.操作示意图；b.塔板平面图；c.圆形泡罩
一、塔板的类型
泡罩塔板的优缺点 优点
操作弹性大 塔板不易堵塞
缺点
生产能力及板效率较低 结构复杂、造价高
一、塔板的类型
(2)筛孔塔板
筛孔塔板简称筛板，1830年问世，其结构特 点是在塔板上开有许多均匀小孔，孔径一般为3～ 8mm。筛孔在塔板上为正三角形排列。塔板上设 置溢流堰，使板上能保持一定厚度的液层。
浮阀实物
浮阀塔板 a.F1 型浮阀；b. V-4 型浮阀；c. T 型浮阀
V－V塔板
梯形导向浮阀塔板
新型浮阀塔板
一、塔板的类型
浮阀塔板的优缺点 优点
结构简单、造价低 操作弹性大 生产能力大 塔板效率较高
缺点
处理易结焦、高黏度物料阀片易与塔板粘结 操作时阀片易脱落或卡死
喷射接触状态
五、板式塔的流体力学性能
2. 塔板压降 气体通过塔板需克服一定的阻力塔板压降。 干板阻力 板上各部件所造成的局部阻力。 塔板 充气液层阻力 阻力 板上充气液层的静压力形成的阻力。 表面张力阻力 液体表面张力形成的阻力。 塔板压降=干板压降+充气液层压降+表面张力压降
五、板式塔的流体力学性能
塔板的负荷性能 用负荷性能图表 示
操 作 点
操作线
2
5
雾沫夹 带线
液泛线
液 相 负 荷 下 限 线
qV ,V1 qV ,V
3
4
1
qV ,L1 qV , L
液 相 负 荷 上 限 线 漏液线
塔板的负荷性能图
六、板式塔的操作特性
(1)漏液线
漏液线气相负荷下限线
板式塔设计 2
泡沫层相对密度：对不易起泡物系，Φ =0.5-0.6 易起泡物系， Φ=0.3-0.4
' 判断： H d HT hW
34 若泡沫高度过大，可 减小塔板阻力或 增大塔板间距
hd：降液管的阻力
33
②
液体通过降液管的阻力 hd，
Ls u 8 Ls hd 0.153 l h 1.1810 l h 2g W b W b
2 d 2 2
主要考虑底隙阻力 hd，
泡沫层高度
H
' d
' L
Hd
Hd l
13
液流型式选取参考表
液 体 流 量 m3/h 塔径 m U 型流型 单流型 双流型 阶梯流型 1.0 1.4 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 <7 <9 <11 <11 <11 <11 <11 <45 <70 <90 <110 <110 <110 <110 90-160 110-200 200-300 110-230 230-350 110-250 250-400 110-250 250-450
参考值：2HT
塔的安装高度 ：塔体高度＋裙座高度
4
二、塔径的计算
原则：防止过量液沫夹带液泛 思路：确定液泛气速 uf (m/s) →选设计气速 u →计算塔径 D。 L V uf C 1、液泛气速： V
C：气体负荷因子 C = f ( HT , 液体表面张力，两相接触状况） （1）求两相流动参数 FLV：
9
选取 Ad / AT
10
以上求出了塔径D：
D
4 AT
2板式塔设计
x n −1
xn
2、液相单板效率
E mL
x n −1 − x n = * x n −1 − x n
* αxn yn = * 1 + (α − 1) xn
x n −1
n −1
yn
xn n
y n +1
气液为理想体系的情况下：
n +1
y n—— 离开第n块板，液面上方各处的气相平均浓度； xn*——离开n块板的液相理论组成，即与塔板上升蒸汽y n成相平衡的液相组成。 x n-1—— 离开第n-1块板的最终液相浓度； x n—— 离开第n块板的最终液相浓度；
u = (0.6 ~ 0.8)u max
（泛点率）
雾沫夹带量与板间距有关，但由下面极限空塔速度的计算方法可看出：极限空塔速度与板间距无关。
利用“球形颗粒在流体中的沉降”进行推导，得到极限空塔气速
umax
ρ L − ρV =C ρV
（m/s）
C——负荷系数，m/s； ρV、ρL—气、液两相的密度，kg/m3。由设计任务给定。
浮阀塔设计
作为设计型问题，应该有已知条件，如原料组成、处理量、分离要求等。 故，塔内精馏、提馏段各自的上升蒸汽量VS、下降液体流量Ls、气液密度ρv、 ρL都是已知条件。 在设计中，用到大量公式进行计算，公式中哪些物理量是已知的，哪些是未 知待求的，自己心里要清楚。
第一部分：结构尺寸的初步设计
Vn , yn
Ls ρ L 1 ( ) 2 （液气动能参数） Vs ρV
计算精馏段极限空塔气速
ρ L − ρV umax，精 = C ρV
精馏段适宜空塔气速： 计算精馏段塔径：
u精 = (0.6 ~ 0.8)umax，精
板式塔设计
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。
板式塔设计
开孔率Φ： 图3 筛孔的正三角形排列
C. 浮阀数目及排列
气体通过阀孔的动能因数
Fo为动能因数，Kg1/2/(s m1/2)，ua为阀孔气速，m/s F0通常在9-12之间，选择合适的F0计算出ua，则阀孔数N: N=4Vs/πd02ua Vs为上升气体的流量，m3/s，d0为阀孔直径，0.039m。 整块塔板多采用正三角形叉排，孔心距为75-125mm；分 块式塔板多等腰三角形叉排，同一横排孔心距为75mm， 同时根据公式可算出相邻两排阀孔中心线距离。 开孔率=u/ua u为实际空塔气速，m3/s
1. 设计方案的确定
包括： （1）装置流程的确定 原料预热器、再沸器、冷凝 器、产品冷凝器等等 （2）操作压力选择 常压、减压及加压蒸馏 （3）进料热状况 泡点进料 （4）回流比选择
2. 塔板类型与选择
塔板分错流式塔板和逆流式塔板，工业以错 流式塔板为主，包括： （1）泡罩式塔板 一般不宜用 （2）筛板塔板 （3）浮阀塔板 F1浮阀最为普遍
（e）受液盘 对于Φ 600mm以上的塔,多采用凹型受液盘,深度 一般大于50mm.
（2）塔板设计
A. 塔板布置 开孔区 溢流区 安定区 无效区 开孔区面积:
B. 筛孔计算及排列
表面张力为正系统时, d0为3-8mm,表面张力为负系统时, d0 为 10-25mm 。对于碳钢板，孔径不小于板厚，对于不锈钢 板，孔径应不小于1.5-2倍板厚。 孔中心距t一般为（2.5-5）d0 筛孔数目n：
流体力学验算后绘制负荷性能图，以检验设计的合 理性。
6. 板式塔的结构与附属设备
结构：
（1）塔顶空间 （2）塔底空间 （3）人孔 （4）塔高
附属设备：
原料预热器、塔顶冷却器、 再沸器、塔釜预热器、储罐 及泵等等。查相关教材及手 册选型。
9-1板式塔
西北大学化工原理课件
八、塔板类型
评价塔设备性能的指标
① 生产能力大 即：单位塔截面能处理的气液负荷高； ② 塔板效率高 ③ 板压降低，两相流动阻力小 ④ 操作弹性大 即：上、下操作极限通过的气量之比大； ⑤ 满足工业对生产设备的一般要求 结构简单、造价低、安装维修方便等。
15
西北大学化工原理课件
2
hl = β ( h w + how )
由表面张力引起的压降值一般可忽略，故主要由前两项 组成，即：
h f = hd + hl
25
西北大学化工原理课件
5. 筛板的几个操作极限
① 漏液点：漏液点气速 u0´：发生严重漏液时筛孔气速。
u0 稳定系数： k = u ′ 0
⎞ 5.7 × 10 ⎛ u ev = ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ σ ⎝ HT − H f ⎠
xn* xn xn-1
指气相或液相经过某板前后的实际组成 变化与经该板的理论组成变化之间的比值， 包括气、液相的莫弗里板效率Emv与EmL。
10
西北大学化工原理课件
例9-1 用一个蒸馏釜和一层实际板组成的精馏塔分离二元理想溶液。组成为0.2的 料液在泡点温度下由塔顶连续加入，系统的相对挥发度α= 2.5。若使塔顶轻组分 的回收率为80%，并要求塔顶产品组成为0.28，试求： ① 塔釜残液组成xW； F xF D xD ② 该层塔板的液相默弗里板效率EmL。 x0 y1 解: ① 由题意，塔顶易挥发组分回收率为：
3. 漏液
当气体孔速u0过小或气体分布不均匀时，使一些筛孔无气体 通过，从而造成液体短路，大量液体由筛孔漏下的操作现象。
工作录像
9
西北大学化工原理课件
六、板效率的表示与应用
板式塔(筛板塔)设计教材
1、 2、 3
—— 分别为塔顶、加料、塔底组成的相 对挥发度。
汽液相平衡关系：
pA pB
2.2 相对挥发度 对于理想物系
1 2 3 3
x y 1 1x
3. 工艺计算
3.1 物料衡算
物料衡算的任务 （1）由设计任务所给定的F、 x
、x D、xW F
精馏可在常压、加压或减压下进 行。 沸点低、常压下为气态的物料必 须选用加压精馏；热敏性、高沸点 物料常用减压精馏。
1.2 进料状态
一般将料液预热到泡点或接近泡点后 送入塔内。这样可使： (1)塔的操作比较容易控制； (2)精馏段和提馏段的上升蒸汽量相近， 塔径相似，设计制造比较方便。
1.3 加热方式
表 1 不同塔径的板间距参考表
塔径D/mm 800～1200 300、350、400、 450、500 1400～2400 400、450、500、550、 600、650、700 2600～6600 450、500、550、600、 650、700、750、800
板间距TH/mm
二、塔径计算
HT选定之后，可根据夹带液泛条件初步确定D。具体方法是： (1)计算液泛速度
Ls L eV 1 Vs V
若算出的ev > 0.1kg液体/kg干气，可增大塔径或 板间距使ev下降。
三、溢流液泛条件的校核 为避免发生溢流液泛，必须满足
H fd
Hd
H T hw
式中相对泡沫密度 与物系的发泡性有关： 对一般物系， 可取为0.5；对不易发泡物 系 可取为0.6～0.7; 对于容易发泡物系， 可取为0.3～0.4。
根据塔设备系列化规格，将 D 圆整后作 为初选塔径。
化工课程设计板式塔
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。
化工原理课程设计—板式精馏塔的设计
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）。
板式吸收塔的设计
板式吸收塔设计任务书一设计题目水吸收二氧化硫板式吸收塔设计二设计任务及操作条件1 设计任务2 操作条件：塔顶表压力 0.3atm ，操作温度 30℃3 塔板类型: 泡罩式塔板4 设备型式：塔板三设计内容1 设计方案的选择及流程说明2 吸收塔的基础物性数据3 吸收塔的物料衡算4 吸收塔的工艺尺寸的计算5 溢流装置的计算6 塔板的流体力学验算7 塔板负荷性能图；8 板式塔的结构与附属设备的计算9 设计结果汇总表10 设计心得11 主要参数说明12 绘制生产工艺流程图13 绘制主要设备结构总装图板式吸收塔设计说明书目录第一章设计方案的简介 (4)1.1 概述 (4)1.1.1 塔设备的类型 (4)1.1.2 板式塔与填料塔的比较及选型 (4)1.2 板式塔的设计 (5)1.2.1 设计方案——装置流程的确定 (6)1.2.2 塔板的类型与选择 (6)第二章板式塔工艺尺寸计算 (9)2.1 基础物性数据 (9)2.1.1 液相物性数据 (9)2.1.2 气相物性数据 (9)2.1.3 气液相平衡数据 (9)2.2 物料衡算 (9)2.3 板式吸收塔的工艺尺寸的计算 (10)2.3.1 塔径计算 (10)2.3.2 塔截面积 (10)2.3.2 塔截面积 (10)2.4 溢流装置的计算 (10)2.4.1 溢流堰长 (10)2.4.2 出口堰高 (10)2.4.3 降液管的宽度和降液管的面积 (10)2.4.4 降液管底隙高度 (11)2.4.5 塔板布置 (11)2.5 塔板的流体力学验算 (11)2.6 塔板负荷性能图 (13)2.6.1 漏液线 (13)2.6.2 雾沫夹带线 (13)2.6.3 液相负荷下限线 (14)2.6.4 液相负荷上限线 (15)2.6.5 液泛线 (15)第三章板式塔的结构与附属设备 (18)3.1 塔体结构 (18)3.2 塔板结构 (18)第四章设计结果总汇 (20)4.1 板式塔设计汇总表 (20)4.2 结束语 (21)附录1 主要符号说明附录2 参考文献附图一板式吸收塔工艺流程简图附图二板式塔的装配图第一章设计方案的简介1.1 概述1.1.1 塔设备的类型塔设备是化工，石油化工，生物化工，制药等生产过程中广泛应用的气液传质设备。
板式塔课程设计
《化工设备设计基础》课程设计计算说明书学生姓名：学号：所在学院：专业：设计题目：指导教师：2010年月日目录一.设计任务书 (2)二.设计参数与结构简图 (4)三.设备的总体设计及结构设计 (5)四.强度计算 (7)五.设计小结 (13)六.参考文献 (14)一、设计任务书1、设计题目根据《化工原理》课程设计工艺计算内容进行填料塔（或板式塔）设计。
设计题目：各个同学按照自己的工艺参数确定自己的设计题目：填料塔（板式塔）DNXXX设计。
例：精馏塔（DN1800）设计2、设计任务书2.1设备的总体设计与结构设计（1）根据《化工原理》课程设计，确定塔设备的型式(填料塔、板式塔)；（2）根据化工工艺计算，确定塔板数目(或填料高度)；（3）根据介质的不同，拟定管口方位；（4）结构设计，确定材料。
2.2设备的机械强度设计计算（1）确定塔体、封头的强度计算。
（2）各种开孔接管结构的设计，开孔补强的验算。
（3）设备法兰的型式及尺寸选用；管法兰的选型。
（4）裙式支座的设计验算。
（5）水压试验应力校核。
2.3完成塔设备装配图（1）完成塔设备的装配图设计，包括主视图、局部放大图、焊缝节点图、管口方位图等。
（2）编写技术要求、技术特性表、管口表、明细表和标题栏。
3、原始资料3.1《化工原理》课程设计塔工艺计算数据。
3.2参考资料：[1] 董大勤.化工设备机械基础[M].北京：化学工业出版社，2003.[2] 全国化工设备技术中心站.《化工设备图样技术要求》2000版[S]．[3] GB150-1998.钢制压力容器[S]．[4] 郑晓梅.化工工程制图化工制图[M]．北京：化学工业出版社，2002.[5] JB/T4710-2005.钢制塔式容器[S]．4、文献查阅要求设计说明书中公式、内容等应明确文献出处;装配图上应写明引用标准号。
5、设计成果1、提交设计说明书一份。
2、提交塔设备(填料塔、板式塔)装配图一张(A1)。
设计实例(板式塔)
板式塔的设计内容
工艺流程的设计 板式塔的工艺计算 板式塔的机械设计 塔的辅助设备设计与选型
工艺流程的设计
1.经济方面:应该充分考虑整个系 统热能的利用,以便降低操作费用. 例如:从塔顶出来的蒸气和从塔底 排出的液体带出的热量可用于预热 原料液或它处. 2.全塔操作的稳定性:若操作不稳 定,就不能保证产品质量的均匀. 有 时也把冷凝器分割为两部分,一部 分预热原料液,另一部分用冷却水 使蒸气冷凝.这样可以用控制冷却 水量来控制冷凝器的操作,同时保 证进料温度一定.为此
精馏方案的选定
2.进料状态
原则讲,要使回流在全塔发挥作用,全部冷量应该加在 塔顶,全部热量加在塔底.但实际设计时应该考虑设备 费和操作费问题及操作平稳等多种因素.
进料---预热到泡点或接近泡点(进料温度不受季
节气温变化和前一道工序波动限制,塔的操作比较容易 控制.而且精馏段和提馏段的上升蒸气量相近).
板式塔的结构设计
板式塔的结构设计内容包括塔的总体结构，塔盘 结构和接管结构，可参见有关资料
板式塔的机械设计
塔的机械设计
塔板（塔盘）
塔体及封头
裙座
容器法兰 JB4700~4707-92 附录三
接管及法兰 GB8163-87 HB5010-58
有时为了减小再沸器的热负荷(如再沸器所需
加热剂温度较高,或物料容易在再沸器内结焦等)可在 料液预热时加入更多的热量,甚至采用饱和蒸气进料. 注意:实际设计还应该考虑整个车间的流程安排.
精馏方案的选定
3.多股进料 原料来源不同,浓度差别很大,从分离角度, 应该从不同的位置加入.但所处理的物料量 不多时(或其中的一种物料不多时),从设备 加工和操作方便考虑,也往往多股混合以后 作一股物料加入.
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工艺计算
计算顺序：物料衡算→最小回流比和最少理论板→确定 R →
理论塔板数→全塔效率→实际板数及实际进料位置
1、物料衡算：作出物料衡算示意图，取300天／年， 24小时/天计，根据原料组成和处理量、产品要求等， 决定各处的组成和流量，列物料衡算汇总表
名称 原料 F 乙醇 水 釜液 W 乙醇 水 馏出 液 D 乙醇 水 摩尔流量 摩尔组成 质量流量 质量组成 平均分子量
u 泛点百分率 uf
0.75 ~ 0.85 建议取上限
选
lw
（0.6～0.8下限） D
Af
AT
D
（参考资料）
Vs A n＝ u
2 A T＝ D 4
Uf参考资料查Cf20
塔径D计算（方法2 根据适宜的空塔气速，求出塔径 ） 4V 初选 H T 计算 umax 计算 u D u
u 泛点百分率 umax 75 ~ 85%
设计任务书单独一页，包括以上三项。
三、设计要求 按“板式塔设计”规定的基本内容完成各项任务。 1、绘出物料流程图、塔板结构图、塔体工艺图 （A4打印纸或坐标纸）； 2、给出各接口尺寸；估算冷凝器和再沸器的A，换 热器选型，不用校核。 3、给出冷却剂、加热剂用量。
工艺计算中最小回流比、理论板数和负荷性能图在坐标纸 （25*35公分）上做出，有局部放大。
N 进料＝
N T精 ET
1
ET
NT
R内
Rmin
R外
塔板工艺尺寸设计
精馏段第一块塔板
为什么？
选择设计板：
提馏段第一块塔板
板面布置： 选择降液管形式 塔板分区
结构参数设计：
D, HT , lW , hW , ho , ' Ws ,Ws ,Wc , t , d 0
塔板校核： 做出负荷性能图 顺序： D →负荷性能图 →操作线 →操作线弹性 →计算结果汇总表
' s
塔板校核（流体力学验算）
塔板压降 h f 允许压降 减压 液沫夹带 溢流液泛
常压 500 ~ 600Pa 塔顶负压 釜压 0 Pa
eV 0.1 kg液体kg干气
Hd HT hw
液体在降液管内的停留时间 漏液
3 ~ 5s
k 1.5 ~ 2.0
do 3 ~ 8mm
A0 d0 ＝0.907 Aa t
2
t 2.5 ~ 5do
p128
uo
分块
5 ~ 15%
Vs 式10 24 u 0＝ A0
当塔径小于900mm时采用整块式塔板；当塔径大于800mm时， 由于人能在塔内进行装拆，可采用分块式塔板； 塔径为800~900mm时，可根据具体情况任意选用上述两种结构。
塔板布置
选择液流形式 板面分区
Wc
Ws Ws' 50 ~ 100mm
Wc 25 ~ 50mm
do 3 ~ 8mm
t 2.5 ~ 5do
Af
分块（通道板）p12
Ws
Aa
Ws
’
Af ’
边缘区Wc
Aa
A0 开孔率： Aa 筛孔排列形式
（正三角形）
u0
安定区
溢流区Af
鼓泡区Aa
题分析讨论）。
设计方案的选定（简述选定理由）
1.精馏方式： 连续精馏、间歇精馏、特殊精馏； 2.操作压力： 常压、加压、减压； 3.塔板形式： 筛板、浮阀塔板； 物 料 流 程 图
4.加热方式： 间接蒸汽加热、直接蒸汽加热；
5.加料方式及进料热状况： 高位槽、加料泵； 6.回流液温度： 泡点回流 冷液回流 ts-tL=10~20℃。
2、精馏工艺条件计算 从经济核算角度，利用吉利兰图用捷算法估算R和NT。 1）、回流比的选取
①确定Rmin，Nmin（图解法） （要局部放大图） ②利用吉利兰图确定一系列N-R相关数据（列N-R 对应表） ③绘出N－R关系图（坐标纸）。 ④由急剧下降向平缓过渡阶段所对应R为操作R（稍大）。 ⑤根据回流液热状况确定塔外回流比。 2）、理论板的确定 图解法（局部放大） 3）、实际塔板数的确定
不小于6ｍｍ 时采用齿形堰
降液管底隙高度ho
ho 20 ~ 25mm hw
降液管、受液盘的结构及尺寸，
hw , ho ,Ws ,W ,Wc , do , t
' s
Ws ,W ,Wc , do , t
Ws W 50 ~ 100mm
' s
' s
Wc 25 ~ 50mm
Aa
p128式10 23
塔板压降
h f hd hl 允许值
1 V u0 hd 2 g L C0 hl hw how
β查取
p釜 Np p＋1atm
2
p107式10-4 C0查取 p132图10-45
3 ~ 4mm
式10 31
p＝L ghf 500 ~ 600Pa
如降液管当量清液层高度Hd大，可
Lh 3 2.8410 E l w Nhomakorabea2
3
l w , H T
塔板校核
液体在降液管内的停留时间
Af H d 3 ~ 5s Ls
漏液
Af
u0 h h d c k 1.5 ~ 2.0 uow 漏液点关联图
漏 液
如eV超过允许值，可
D , H T
6
关联图
经验式
5.7 10 un ev H H f T
3.2
Hd
溢流液泛 H h 相对泡沫系数 0.5
T w
Hd hw how hf hf
0
how
Ls 2 2 h f＝0.153( ) 0.153(u0 ) lw h0
设计说明书封面格式
年产8000吨乙醇筛板塔 工艺设计说明书
单 位 ×专业× 班级 设 计 者 ××× ×号 指导教师 日 期
设计参考资料
1. 《化学工程手册》
2. 《化工制图》 3. 《化工过程及设备设计》 华南理工大学 4. 《化工原理（上，下册）》天大，华东理工 5. 《化工原理实验》 化原教研室主编
1 V uow hd 2 g L C0 查关联图
uow
u0 k 1.5 ~ 2.0 uow
Ls hc 0.0061 0.725 hw 0.006 F 1.23 lw Vs 0.5 ua F ua V AT 2 A f
设uow
工艺流程图画在说明书中。
设计步骤
选定设计方案 进行工艺计算 物料流程图 实际塔板数、各接口尺寸、换热 器选型、冷却剂、加热剂用量。
塔板结构设计
塔体工艺尺寸设计
塔板结构图
塔体工艺图
撰写设计说明书：封面、目录、设计任务书、设计方案
的论证及选定、工艺计算（物料及热量衡算；操作条件和Ｒ的选定；ＮＴ、 ＮＰ计算；进料口位置）、塔板结构设计、塔体工艺尺寸设计、辅助 设备的选型（接管等）、符号表、参考文献、结束语（设计评价、问
加热剂用量
塔顶空间=1~2m，设人孔、测试口；
每8~10块板设一人孔， HT>600mm； 塔 高
加料口板间距加大，设测试口；
塔釜空间=3m，设人孔、测试口；
裙座=2m，设人孔两个。
绘图
物料流程图： 只标设备，不标特性。 塔板结构图：塔板分块、孔的排列、 降液管的尺寸； 塔体工艺图：
包括：总高、管口位置、板间距、管口方 位、标题栏、管口表、技术特性表。
how
Lh 2.8410 E l w
3
2
3
堰上液层高度how 不小于6ｍｍ（平顶堰）
液流收缩系数E参考资料。
D, H T , l w , hw , ho ,Ws ,W ,Wc , d o , t 和Wd，，how，n
A0 孔 数 n＝ d 02 4
3 ~ 4mm
结构参数的设计 ' D, HT , lw , hw , ho ,Ws ,Ws ,Wc , do , t
L V u f Cf 20 确定塔径D（方法1） 20 V
0.2 0.5
D圆整
选H T u f u An AT A f
6. 《板式塔设计》 化原教研室主编
7. 《化工原理课程设计指导》 任小光主编
8. 《化工原理课程设计》 王国胜主编
其它要求
统一用A4复印纸书写，和图一起左侧装订；
时间安排
答疑地点：4#实213
注意事项
设计方法以一本书为主，不要混用。
说明书中的数据、公式要注明出处。 课程设计的成绩组成： 说明书、设计图
设置测量口 测温、测压
各接口尺寸：
F ,W ,V , L u
d
4
2
接管尺寸
冷却剂、加热剂用量： 作热量衡算图 全凝器热负荷计算
t2 400 C ~ 450 C
Qc Vrc Wc C p t 2 t1
再沸器热负荷计算
冷却剂用量
QB VrB W蒸汽r蒸汽
计算结果列热量衡算汇总表，Ｐ63 估算换热器面积，选型。
绘图要求
25*35cm坐标纸
标题栏
撰写设计说明书
1.设计任务书（三项内容）
每项单独一页
2.目录
3.符号表 4.精馏方案的选择
正文
5.工艺计算
6.精馏塔的工艺尺寸设计 7.参考文献 8.结束语
每项单独一页
设计任务书