板式塔设计资料重点
板式塔基础知识
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。
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
板式塔的设计要点
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。
板式塔的结构
15
四、塔板负荷性能图
V
正常操作区
操作弹性=气量上限/气量下限 操作弹性要求大于 2～3
过量液沫夹带线
16
1）负荷性能图中各线的意义 • 雾沫夹带线（气体流量上限线）线1 • 液泛线（线2） • 液相负荷上限线（线3） • 漏液线（气体流量下限线，线4） • 液相负荷下限线（线5 • 1，2，3，4，5五条线所包围的区域，既是一定物系在一定的结构尺
39
漏液状态
40
3）液沫夹带 现象及处理
现象： 液滴随气体进入上层塔板。 后果： 过量液沫夹带，造成液相在板间的返混，板效率下降 控制： 液沫夹带量eV＜0.1kg(液)/kg(气)。 影响因素 •空塔气速：空塔气速减小，液沫夹带量减小 •塔板间距：板间距增大，液沫夹带量减小
气速上限为泛点气 速，用uF 表示，由经 验式计算或图查取。
HT与塔径之间的关系如表1所示：
表1 板间距参考数值 塔径D(m) 0.3～0.6 0.6～1.0 1.0～2.0 2.0～4.0 4.0～6.0
板间距HT(mm) 200～350 250～400 250～600 300～600 400～800
12
不 良 后 果 ： 降 低 板 效 ， 严 重 时 使 板 上 不 能 积 液 ， 是 塔
1． 严 重 漏 液
不 良 的 操 作 现 象 之 一 。
产 生 的 原 因 ： 气 速 过 小 ， 或 气 体 分 布 严 重 不 均 、 液 体
分 布 严 重 不 均 。
2． 过 量 的 液 沫 夹 带
溢 流 装 置降 溢液 流管 堰
平 顶 堰 齿 形 堰
3
§1.1 板式塔
单流型
液
流
板式塔基本知识
板式塔的焊接技术
01
02
03
04
焊接设备
选择合适的焊接设备和焊接工 艺，确保焊接质量和效率。
焊接材料
选择符合要求的焊接材料，包 括焊条、焊丝、焊剂等。
焊接顺序
制定合理的焊接顺序，确保焊 接变形和应力控制在允许范围
内。
焊接检验
对焊接过程和焊接结果进行检 验，确保焊接质量和安全性。
板式塔的检测与试验
安装内部构件
在塔体内安装内部构件，如填 料、支撑板、分布器等，确保 流体力学性能良好。
准备基础
根据塔体尺寸和重量，设计并 准备基础，要求基础承载能力 足够且稳定。
安装支撑和固定件
在塔体上安装支撑和固定件， 确保塔体的稳定性和承重能力 。
安装附件
如楼梯、平台、栏杆等，确保 人员和设备安全。
板式塔的调试与运行
的抗堵塞性能。可以通过优化塔板结构、选择合适的材料等方式来提高
抗堵塞性能。
板式塔的工艺设计
流程方案
设计板式塔的工艺流程方案需要考虑物料的性质、处理量、分离要求等因素。 根据这些因素选择合适的流程方案，包括流程的复杂程度度、气液流量比、操作压力等。这些参数需 要根据工艺要求和实际情况进行选择和调整。在设计时需要考虑到这些参数对 塔性能的影响。
板式塔的基本结构
塔体
通常由碳钢或不锈钢制成，用来支撑塔板和 内部件。
塔板
是板式塔的核心部件，由平整的金属板构成， 板上开有许多孔，以便液体通过。
降液管
位于塔板的下方，将液体从塔板上引到下一层塔 板。
溢流堰
位于降液管的上方，用于保持液面高度和防止液体 从塔板上的孔溢出。
支承板
用于支撑上一层塔板的重量，并防止塔板变形。
板式塔知识点总结
板式塔知识点总结一、板式塔的定义板式塔是一种结构设计较为简单、造型独特的建筑物，通常用于提供通讯、电视信号传输或风力发电等用途。
它由一系列横向和纵向的钢板构成，通过捆绑或焊接在一起形成一个整体。
二、板式塔的结构1. 基础结构：板式塔的基础结构通常是混凝土浇筑的抗震支撑基座，用于支撑塔体，使其稳定立于地面。
2. 主体结构：板式塔的主体结构通常是由角钢、横向钢板和纵向钢板构成的，通过螺栓、焊接或捆绑在一起形成一个稳定的整体。
3. 附件结构：板式塔的附件结构包括横梁、支撑杆、拉索等，用于增强塔体的稳定性和承载能力。
三、板式塔的分类1. 通讯塔：通讯塔通常用于支撑通讯天线、微波天线等设备，为无线通讯提供信号传输服务。
2. 电视塔：电视塔用于支撑电视信号发射天线，为广播电视信号的传输提供服务。
3. 风力发电塔：风力发电塔用于支撑风力发电机组，将风能转化为电能。
4. 观光塔：观光塔通常建造在风景名胜区，供游客观光娱乐之用。
四、板式塔的优点1. 结构简单：板式塔采用钢板构成，结构简单，安装方便快捷。
2. 空间利用率高：板式塔的结构设计紧凑，能够在较小的基地面积上提供较大的通讯或发电服务范围。
3. 耐风抗震性能优异：板式塔能够在恶劣天气条件下保持稳定，具有良好的抗风抗震性能。
4. 维护成本低：板式塔不需要经常性的维护，使用寿命长，维护成本低。
5. 美学性好：板式塔的造型独特，可以成为城市的地标建筑，具有一定的美学价值。
五、板式塔的应用领域1. 通讯行业：板式塔被广泛应用于通讯行业，用于支撑通讯天线、微波天线等设备，提供信号传输服务。
2. 电力行业：板式塔作为高压输电线路的一种支撑结构，被广泛应用于电力行业，用于支撑输电线路。
3. 新能源领域：板式塔被用于支撑风力发电机组，将风能转化为电能。
4. 观光旅游业：板式塔可以建造在风景名胜区，成为一种观光旅游设施。
六、板式塔的设计与施工1. 设计：板式塔的设计首先要考虑塔体的高度、承载能力、抗风抗震性能等因素，然后进行结构设计和材料选型。
板式塔(荟萃知识)
板式塔主要类型的结构和特点工业上常用的板式塔有：泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、穿流栅孔板塔浮阀塔具有的优点：生产能力大，塔板效率高，操作弹性大，结构简单，安装方便。
二、板式塔的流体力学特性1、塔内气、液两相的流动A 使气液两相在塔板上进行充分接触以增强传质效果B 使气液两相在塔内保持逆流，并在塔板上使气液量相保持均匀的错流接触，以获得较大的传质推动力。
2、气泡夹带：液体在下降过程中，有一部分该层板上面的气体被带到下层板上去，这种现象称为气泡夹带。
3、液（雾）沫夹带：气体离开液层时带上一些小液滴，其中一部分可能随气流进入上一层塔板，这种现象称为液（雾）沫夹带。
4、液面落差液体从降液管流出的横跨塔板流动时，必须克服阻力，故进口一侧的液面将比出口这一侧的高。
此高度差称为液面落差。
液面落差过大，可使气体向上流动不均，板效率下降。
5、气体通过塔板的压力降压力降的影响：A 气体通过塔板的压力降直接影响到塔低的操作压力，故此压力降数据是决定蒸馏塔塔底温度的主要依据。
B 压力降过大，会使塔的操作压力改变很大。
C 压力降过大，对塔内气液两相的正常流动有影响。
压力降：ΔPP =ΔPC+ΔPL+ΔPδ塔板本身的干板阻力ΔPC板上充气液层的静压力ΔPL液体的表面张力ΔPδ折合成塔内液体的液柱高度M，则ΔPP /ρLg=ΔPC/ρLg +ΔPL/ρLg +ΔPδ/ρLg即hp =hc+hL+hδ浮阀塔的压力降一般比泡罩塔板的小，比筛板塔的大。
在正常操作情况，塔板的压力降以290—490 N/m2 .在减压塔中为了减少塔的真空度损失，一般约为98—245Pa 通常应在保证较高塔板效率的前提下，力求减少塔板压力降，以降低能耗及改善塔的操作性能。
6、液泛（淹塔）汽液量相中之一的流量增大到某一数值，上、下两层板间的压力降便会增大到使降液管内的液体不能畅顺地下流。
当降液管内的液体满到上一层塔板溢流堰顶之后，便漫但上层塔板上去，这种现象，称为液泛（淹塔）如气速过大，便有大量液滴从泡沫层中喷出，被气体带到上一层塔板，或有大量泡沫生成。
化工原理设计板式塔
泡罩型 筛孔型 浮阀型 其它型：
旋流塔板
压延孔板
第十章 气液传质设备
斜孔塔板
9/17
§10.1 板式塔
鼓泡接触状态 气液接触方式有三种： 泡沫接触状态 喷雾接触状态
气液两相在设备中要有良好的接触： 接触充分，接触面要大，相界面不断更新
第十章 气液传质设备
第十章 气液传质设备
14/17
§10.1 板式塔 三、 塔径和塔高的估算
D
4VG u
u (0.6 ~ 0.8)uF
气速上限为泛点气 速，用 uF 表示，由经 验式计算 与塔径之间的关系如表 1 所示：
表1 塔径 D(m) 板 间 距 HT(mm) 0.3～0.6 200～350 板间距参考数值 0.6～1.0 250～400 1.0～2.0 250～600 2.0～4.0 300～600 4.0～6.0 400～800
§10.1 板式塔 有溢流塔板又分为：
泡 罩 型 缺点：结构复杂，制造成本高，压降大，液泛气速 低，故生产能力较小。 筛 孔 型 浮 阀 型 其 它 型 ：
第十章 气液传质设备
优点：弹性大、操作稳定可靠。
5/17
§10.1 板式塔
泡罩型 筛孔型 特点：结构简单、造价低、压降小、生产能 力大、操作弹性可达2~3、 浮阀型 其它型：
10/17
§10.1 板式塔
二、塔板的流体力学性能
1．严重漏液 2．过量的液沫夹带 3．液泛 4．塔板上的液面落差 5．塔板上液体的返混 6．气体通过塔板的压降 7．液体停留时间
第十章 气液传质设备
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§10.1 板式塔
1． 严重漏液
不良后果：降低板效，严重时使板上不能积液，是塔 不良的操作现象之一。 产生的原因：气速过小，或气体分布严重不均、液体 分布严重不均。
板式塔基本知识
在塔板或填料中，气体和液体进行传质和传 热过程，最终实现它们之间的分离。
板式塔的流体力学原理
液体的流动
液体的流动受到重力、摩擦力和惯性力的影响，这些力的大小和方向都会影响液体的流动 状态。
气体的流动
气体的流动则受到重力、压力、摩擦力和浮力的影响，这些力的相互作用决定了气体的流 动状态。
板式塔的流体力学特性
溢流装置的位置
溢流装置的位置应合理设置，以保证液体 分布的均匀性。
溢流装置的类型
溢流装置有多种类型，如堰式、槽式等， 应根据工艺条件和物料性质进行选择。
溢流装置的尺寸
溢流装置的尺寸要与塔盘相适应，以保证 液体能够顺畅地流到下一层塔盘。
降液管的选用与设计
降液管的功能
降液管主要用来使液体从上一层塔 盘流到下一层塔盘，同时防止气体 从下层塔盘反窜到上一层塔盘。
板式塔的分类
1
根据操作原理，板式塔主要分为溢流型和鼓泡 型两种。
2
溢流型板式塔是液体从塔顶进入，通过溢流装 置均匀分布在第一块塔板上，然后逐层流下， 与从塔底进入的气体逆流接触。
3
鼓泡型板式塔则是气体从塔底进入，通过分散 装置将气体分散成小气泡，与从塔顶进入的液 体进行逆流接触。
板式塔的特点
板式塔具有较高的分离效率，能够实现高精度的分离 。
板式塔在制药工业中的应用
总结词
高可靠性、高卫生标准
详细描述
制药工业对于产品的质量和生产过程的可靠性要求非常高。板式塔作为一种高效 、可靠的分离设备，在制药工业中扮演着重要角色。其高可靠性和高卫生标准的 特点，能够满足制药工业对于物料分离和精制的高标准要求。
板式塔在环保工业中的应用
总结词
环保、高效
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。
板式塔
三、浮阀塔：浮阀塔是廿世纪五十年代初开发的一 浮阀塔： 种新塔型。 种新塔型。
阀片上各部件的作用：
• 阀脚：浮阀有三条带钩的腿。将浮阀放进筛孔后，将其腿 阀脚：浮阀有三条带钩的腿。将浮阀放进筛孔后， 上的钩扳转，可防止操作时气速过大将浮阀吹脱。 上的钩扳转，可防止操作时气速过大将浮阀吹脱。 • 定距片：浮阀边沿冲压出三块向下微弯的“脚”。当筛孔 定距片：浮阀边沿冲压出三块向下微弯的“ 气速降低浮阀降至塔板时，靠这三只“ 气速降低浮阀降至塔板时，靠这三只“脚”使阀片与塔板 间保持2.5mm左右的间隙 在浮阀再次升起时， 2.5mm左右的间隙； 间保持2.5mm左右的间隙；在浮阀再次升起时，浮阀不会 被粘住，可平稳上升。 被粘住，可平稳上升。 • 能力比较：浮阀塔的生产能力比泡罩塔约大20%～40%， 能力比较：浮阀塔的生产能力比泡罩塔约大20%～40%， 操作弹性可达7 板效率比泡罩塔约高15%， 操作弹性可达7～9，板效率比泡罩塔约高15%，制造费用 为泡罩塔的60%～80%，为筛板塔的120%～130%。 为泡罩塔的60%～80%，为筛板塔的120%～130%。
泡沫接触状态 更新的液膜表面
喷射接触状态 更新的液滴表面
1. 鼓泡接触状态 液体——连续相 气体 液体 连续相 气体——分散相 分散相 两相接触面积：气泡表面 两相接触面积：
2. 泡沫接触状态 液体 —— 连续相 气体 —— 分散相 两相接触面积：不断更新的液膜表面 两相接触面积：
3. 喷射接触状态 气体 —— 连续相 液体 —— 分散相 两相接触面积： 两相接触面积：不断更新的液滴表面
乱堆填料： 乱堆填料： 阶 梯 环
鲍 尔 环
填料
填料类型
乱堆填料
根据堆方的方式不同可分为两类： 根据堆方的方式不同可分为两类：
板式塔的设计
塔径的估算
塔径的大小取决于上升的蒸汽流量和空塔气速
适宜的空塔气速与流体的物理性质、塔板结 构、流体力学等情况有关。计算时 u=(0.6~0.8)umax
D= 4Vs πu
最大空塔气速umax 根据液滴在沉降过程中 受力情况导出，其中气体负荷系数C值由图 1~7查出 . 塔径 D（按标准GB9019-88圆整）
精馏方案的选定
1.操作压力(常压,加压,减压)-----设计压力一般指塔顶压力
沸点低,常压下为气态的物料 沸点低 常压下为气态的物料-----加压操作, 加压操作 常压下为气态的物料
加压可提高操作的平均温度,有利于塔顶蒸气冷凝热的利用或可使用较便宜 的冷却剂,减少冷凝,冷却的费用.在相同的塔径下,适当提高操作压力,还可提 高塔的处理能力.但P提高,再沸器的T提高,相对挥发度下降.
溢流装置 的结构尺寸
弓型降液管宽度Wd及面积Af
– 对降液管的要求：液体中的泡沫有足够的时间在降 液管中进行分离。 – 确定降液管的尺寸后，还要检验降液管的容积。通 常保持降液管中的液体停留时间τ 〉3~5秒。 – 停留时间τ=AfHT/LS>3~5S or u= LS/Af<0.1m/s
进口堰及受液盘
卧式热虹吸再沸器的主要特点: 卧式热虹吸再沸器的主要特点 可用低裙座,但占地面积大,出
塔产品缓冲容积较大,故流动稳定,在加热段停留时间短,不容易结垢, 可以使用较脏的加热介质.
立式和卧式强制循环再沸器的共同特点:适应于高粘度液体
和热敏性物料,因为强制循环流速高,停留时间短,有利于工艺流体循 环流量的控制和调节.
塔板负荷性能图
雾沫夹带线
u h =19 0 .9 c ρ L
0175 .
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。
板式塔资料知识讲解
板式塔资料板式塔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（图1）。
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。
沿革工业上最早出现的板式塔是筛板塔和泡罩塔。
筛板塔出现于1830年，很长一段时间内被认为难以操作而未得到重视。
泡罩塔结构复杂，但容易操作，自1854年应用于工业生产以后，很快得到推广，直到20世纪50年代初，它始终处于主导地位。
第二次世界大战后，炼油和化学工业发展迅速，泡罩塔结构复杂、造价高的缺点日益突出，而结构简单的筛板塔重新受到重视。
通过大量的实验研究和工业实践，逐步掌握了筛板塔的操作规律和正确设计方法，还开发了大孔径筛板，解决了筛孔容易堵塞的问题。
因此，50年代起，筛板塔迅速发展成为工业上广泛应用的塔型。
与此同时，还出现了浮阀塔，它操作容易，结构也比较简单，同样得到了广泛应用。
而泡罩塔的应用则日益减少，除特殊场合外，已不再新建。
60年代以后,石油化工的生产规模不断扩大,大型塔的直径已超过 10m。
为满足设备大型化及有关分离操作所提出的各种要求，新型塔板不断出现，已有数十种。
塔板又称塔盘，是板式塔中气液两相接触传质的部位，决定塔的操作性能，通常主要由以下三部分组成：①气体通道为保证气液两相充分接触，塔板上均匀地开有一定数量的通道供气体自下而上穿过板上的液层。
气体通道的形式很多，它对塔板性能有决定性影响，也是区别塔板类型的主要标志。
筛板塔塔板的气体通道最简单，只是在塔板上均匀地开设许多小孔（通称筛孔）,气体穿过筛孔上升并分散到液层中（图2）。
泡罩塔塔板的气体通道最复杂，它是在塔板上开有若干较大的圆孔，孔上接有升气管，升气管上覆盖分散气体的泡罩（图3）。
培训学习资料-板式塔_2023年学习资料
鼓泡促进器-00-导向孔-液流方向-筛孔-图7-37导向筛板的结构-11
6-c-20°-R25-50-a-d-图7-38单溢流舌形塔-12
20°-19-R20-oo-m-13-图7-39浮动舌形塔的舌片
三、板式塔的比较-1.塔的基本性能指标：-1生产能力一单位塔截面上单位时间的物料处理量-2塔板效率-〔板式 ：每层塔板所达到的分离程度-填料塔：单位高度填料层所达到的分离程度-3适应能力一指对各种物料的适应性及负荷 动时维持操作-稳定而保持较高分离效率的能力-④操作弹性一最大蒸汽负荷/最小蒸汽负荷-5流体阻力一气体通过每 塔板或单位高度填料层的压力降-6造价-7操作是否方便-14
液体-四无降液管塔：图7-36-t-↓-2nn凸吃一-棚板支承圈-塔壁-蒸气-图7一36穿流式栅板塔-9
导向筛板塔：图7-37-液面落差↓-导向孔→}塔板效率个-雾沫夹带↓-两项改进：-液体刚进入塔板迅速鼓泡泡促进装置→{压力降↓-塔板利用率个-分斜喷型塔-舌塔形：图738-浮动舌形塔：图7-39-10
塔盘-当DN≤700mm→整块式塔盘-当DW>≥800mm→分块式塔盘-当700<DN<800mm→根据实 任选式：图7-44-2塔节间连接→采用法兰连接-3 盘结构，厂角焊：图7-45-翻边：图7-46-4塔盘与塔内壁的密封→采用软填料密封，图7-47-21
D-01-10-12-10-121-a-b-塔盘圈较低时用-塔盘圈较高时用-图7-45-角焊式整块塔盘-2
Φ 8~10-10~12-10-12-a-g-12-02-b-直边较短，整体-冲压成型-图7-46-翻边式整 塔盘-塔盘圈与塔板-对接焊而成
密封结构一一软填料密封，石棉线、聚四氟乙烯纤维编织填料。-M10-2-3-15-7-8-6-0-12-a-1.螺栓2一螺母3一压板4一压圈5一填料6一圆钢圈7一塔盘-图7-47整块式塔盘的密封结构-26
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0.03
0.02
L 1.85103 820 0.04
V
0.8 2.7
HT=0.6 0.45
0.3
0.15
0.01 0.01
0.02 0.03 0.04 0.07 0.1
FLV
qVLs qVVs
l v
0.2 0.3 0.4 0.7 1.0
初选塔板间距HT=0.4m，由图查得C20=0.075 气体负荷因子
0.5m，加上法兰约0.8m。 精馏塔有效高度Z= Z精+Z提+0.8n，n为人孔个数。
（4）塔板布置和其余结构尺寸的选取
取进、出口安定区宽度b’s=bs=0.07m（50~100mm），
边缘宽度bc=0.05m。根据
，由图10.2.23可查得
故降液管宽度bd=0.125D=0.125m bc
bs
ye xe
xW
xF
xD
③ 求取精馏塔的气液相负荷 qnL=RqnD，qnV=（R+1）qnD qnL’=qnL+qqnF，qnV’=qnV+（q-1）qnF
④ 求操作线方程
精馏段操作线方程：
yn 1
R R
1
xn
xD R 1
或
yn1
qnL qnV
xn
qnD qnV
xD
提馏段操作线方程：
yn1
q'nL q'nV
xW
mW
mW / 78 / 78 (1 mW ) / 92
3. 物料衡算 原料处理量 qnF=mF/MF kmol/h 总物料衡算 qnF=qnD+qnW 苯物料衡算 qnFxF=qnDxD+qnWxW 联立解得 qnD kmol/h、qnW kmol/h
二、塔板数的确定
1. 理论塔板数NT的求取 苯-甲苯混合物属理想物系，采用图解法求理论板数。
分离。已知该塔精馏段的气相流率为100kmol/h，液相流 流率为70kmol/h，试根据塔顶条件（物性近似按纯苯计算） 设计一筛孔塔板，并绘出其负荷性能图。
解：（1） 物性数据 常压下纯苯的饱和温度为80℃，查得此时有关物性数
据：气相密度ρV=2.7kg/m3，液相密度ρL=820kg/m3， 液相表面张力σ=21mN/m。
一、精馏塔的物料衡算
1. 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数
苯的摩尔质量MA=78kg/kmol， 甲苯的摩尔质量MB=92kg/kmol， 原料液的平均摩尔质量MF=xFMA+（1-xF）MB
xF
mF
mF / 78 / 78 (1 mF ) / 92
xD
mD
mD / 78 / 78 (1 mD ) / 92
《化工原理》课程设计 —板式塔及其工艺设计计算
设计题目：分离苯-甲苯混合液的筛板精馏塔。 在一常压操作的连续精馏塔内分离苯-甲苯混合
物。已知原料液的处理量为qmFkg/h，组成为mF（苯 的质量分数，下同），要求塔顶馏出液的组成为mD， 塔底釜液的组成为mW。
设计中采用泡点进料，塔顶设置全凝器，泡点回 流，塔釜采用间接蒸汽加热。
（气2相）流初量估＝塔10径q0nkVmol/h或7800kg/h或28q8V9Vmh，3/h或0q.V8Vms 3/s
液气流量＝70kmol/h或5460kg/h或6.66m3/h或1.85×10-3m3/s
两相流动参数
0.2
FLV
qVLs qVVs
C20 uf
0.1 0.09 0.07 0.06 V 0.05 L V 0.04
（40~80mm）由
，查图10.2.23得
故堰长lw=0.65D=0.65m。
bc
bs
r
lW
x
有效传质区
bd
由式
how
2.84103 E
qVLh lW
2/3
近 0似.0取06E=1，堰上方液头高度
考虑到物料比较清洁， 且液相流率不大， 取底隙hb=0.03m(30~40mm)。
（5）塔板校核
（0.05~0.08）
A
D
Ad
塔板截面积 降液管截面积 气体流道截面积 可求得实际操作气速 泛点率＝
u qVVs 0.8 1.1m / s A 0.73
A
D
Ad
（3） 精馏塔有效高度的计算 精馏段有效高度为 Z精=（N精-1）HT 提馏段有效高度为 Z提=（N提-1）HT 为便于检修和安装，常设有人孔，人孔净尺寸约
液泛气速 取泛点率0.8 （一般液体 0.6 ~0.8，易起泡0.5 ~ 0.6）， 操作气速u和所需的气体流道截面积A为：
A qVV s u
选取单流型、弓形降液管挡板，并取 则
塔板截面积
塔径 按塔设备系列标准圆整， 取实际塔径为D=1m。 系列化标准： 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0, 1.2, 1.4, 1.6, 1.8, 2.0m 等
ET=0.49(αηL)-0.245 ② 实际板层数计算
1.0
精馏段实际板数 0. 8
总板效率 ET
=N精/ET
0. 6
提馏段实际板数
0. 4
=N提/ET
0. 2
0.1 0. 1
0.2
0.4 0.6 1.0
2
4 6 10
精馏塔效率关联曲线 L / mPa s
三、精馏塔的塔体工艺尺寸计算 例： 苯－甲苯混合物在常压下用一连续精馏塔进行
xn
qnW q'nV
xW
或
yn1
qnL qqnF qnL qqnF qnW
xn qnL
qnW qqnF
qnW
xW
⑤ 图解法求理论板数NT 根据梯级数可
得NT和进料板NF。
2
3
QFBiblioteka C45WxW
xF
1
D
xD
2. 实际板数的计算
① 总板效率ET的确定 平均相对挥发度α=2.47，塔平均温度tm=95.4℃， 上册附录I查液体黏度，进料液体黏度ηL=∑ηiFLxiF，
r
lW
x
bd
对单流型弓形降液管， 故有效传质区面积
bc
bs
r
lW
x
有效传质区
bd
3.5-2.5
取筛孔直径d0=4mm（3~8mm），筛孔中心距t=3d0=12mm。 开孔率
故筛孔总截面积
筛孔气速 筛孔个数
u0
qVVs A0
0.8 16.2m / s 0.0502
bc
bs
r
lW
x
有效传质区
bd
选取塔板厚度δ=4mm（3~4mm），取堰高hw=0.05m
① 绘制相平衡图
苯对甲苯的相对挥发度平均值α=2.6，根据
y
x
绘出相平衡图x-y图。
1 ( 1)x
② 求取最小回流比Rmin及R 泡点进料，q=1，取R=nRmin。
ye
xe 1 ( 1)xe
q 1, xe xF
0<q<1
q=0 q<0
q=1 q>1
(xe, ye)→ Rmin
xD ye
①液沫夹带量eV
由