板式塔设计(2013-6-24)
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。
课程设计(板式塔)
《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：2013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 塔设备结构草图（A3坐标纸）2.4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，2011.[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] GB150.1~4-2011.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)。
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
板式塔的课程设计
正戊烷－正己烷混合液板式精馏塔设计[摘要]化工设计在化学工程项目建设的整个过程中，是一个极其重要的环节，是工程建设的灵魂。
化工设计是一门综合性很强的专业知识，同时又是一项政策性很强的工作，需要设计工作者拥有坚实的化学知识及化工常识。
在石油、化工等行业中，精馏操作是分离液体混合物的最常用手段。
其操作原理是利用液体混合物中各组分挥发度的不同，在气、液两相互相接触时，易挥发组分向液相传递，使得混合物达到一定程度的分离[]1。
本文设计了一个常压浮阀精馏塔，分离含正戊烷45％（以下皆为质量分数）的正戊烷—正己烷混合液，其中混合液进料量为5050kg/h，进料温度为48℃，要求获得98％的塔顶产品和小于2％的塔釜产品. 通过翻阅大量的资料进行物性数据处理、塔板计算、结构计算、流体力学计算、画负荷性能图以及计算接管壁厚对浮阀塔展开了全方面的设计。
[关键词]化工设计，常压浮阀塔，物性，塔板目录第一章概论 (3)1.1 塔设备在化工生产中的作用和地位 (3)1.2 板式塔的分类及一般构造 (3)1.3 对塔设备的要求 (4)1.4 塔设备的发展及现状 (4)1.5 塔设备的用材 (4)1.6 板式塔的常用塔型及其选用 (4)1.7 塔型选择一般原则 (6)1.7.1 与物性有关的因素 (7)1.7.2 与操作条件有关的因素 (7)1.7.3 其他因素 (7)1.8 板式塔的强化 (7)第二章塔板计算 (8)2.1 设计任务和条件 (8)2.2 设计计算 (9)第三章精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (15)3.1 操作压力 (15)3.2 操作温度 (15)3.3 平均摩尔质量 (16)3.4 平均密度 (16)3.5 液相平均表面张力 (18)3.6 液相平均黏度 (20)3.7 物性数据汇总 (23)第四章精馏塔的塔体工艺尺寸 (24)4.1 塔径的计算 (24)4.2精馏塔高度计算 (26)4.3 溢流装置计算 (27)4.4 塔板布置及浮阀数目与排列 (30)第五章塔板流体力学验算 (33)5.1 气相通过浮阀塔板的压降 (33)5.2 淹塔 (34)5.3 雾沫夹带 (35)第六章塔板负荷性能图 (37)6.1 雾沫夹带线 (37)6.2 液泛线 (38)6.3 液相负荷上限线 (39)6.4 漏液线 (40)6.5 液相负荷下限线 (41)6.6 塔板负荷性能图 (41)6.7 计算结果汇总表 (42)6.8参考文献 (44)第一章概论1.1 塔设备在化工生产中的作用和地位塔设备是石油、化工生产中广泛使用的重要生产设备，在石油、化工、轻工等生产过程中，塔设备主要用于气、液两相直接接触进行传质传热的过程，如精馏、吸收、萃取、解吸等，这些过程大多是在塔设备中进行的。
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。
24第二十四讲板式塔结构及设计
D = 2～4 m D>4m
第二节 板式塔
七、塔板的初步设计[620]
（三）溢流堰
平口堰
齿形堰
第二节 板式塔
七、塔板的初步设计[620]
（三）溢流堰
常压及加压塔 hw=30～ 50 mm
b lw
减压塔
hw= 15～ 25 mm
一般为平口堰
hw hs
当堰上液层高度h1<6mm时，可采用齿形堰
第二节 板式塔
第一二节 板式塔
五、塔板类型
3. 浮阀塔板[610] 优点：
效率高，弹性好
缺点：
阀片易脱落，耗费不锈钢材
适用范围：
分离要求高，负荷变化大的塔
第二节 板式塔
六、塔径和塔高的计算[616]
1. 塔径
●
按最大流率计算
D =
4V πw
精馏段和提馏段流率相差较大时， 分段计算
●
对易起泡介质： w = (0.6 : 0.8) w m ax 不易起泡介质： w = (0.8 : 0.85) w m ax
第二节 板式塔
六、塔径和塔高的计算[618]
3. 塔高
H = ( N − 2) H T + H D + H W + H F
H D = 0.9 : 1.2m
H W = 1.5 : 3.0 m
——减少被夹带出塔的液滴量 ——为了在塔底留有足够的液体存量， 防止操作波动时塔底液体被抽空，一般 储存的量应保证液体有5～10min的停留 时间。 ——防止进料的雾沫飞溅
分布区Z2
破沫区Z1
课程设计参考资料
《化工原理课程设计》，刘雪暖等编，石油大学出版 社； 《塔的工艺计算》(炼油设备工艺设计资料)，石油化学 工业部石油化工规划设计院编，石油化学工业出版 社； 《石油炼制设计数据图表集》(上、下)，上海化工学院 炼油教研室编； 《石油炼制及石油化工计算方法图表集》，华东石油 学院炼制系； 《石油化工工艺计算图表》，北京石油设计院编，烃 加工出版社；
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
4.3 筛孔塔板的设计程序
塔板设计的基本程序是：
（1）选择板间距和初步确定塔径；
（2）根据初选塔径，对筛板进行具体结构的设计；
（3）对所设计的塔板进行流体力学校核，如有必 要，需对某些结构参数加以调整。
4.3.1板间距的选择和塔径的初步确定
一、板间距的选择 HT的大小与液泛和雾沫夹带有密切关系 理论上，存在一个经济上最佳的HT； 实际上， HT 的选择常取决于制造和维修的方便，可 参考下表选择。
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 fdห้องสมุดไป่ตู้
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。
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
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
化工原理课程设计 (2)(2013)
6、塔板负荷性能图；
7、辅助设备计算与选型（泵、再沸器及冷 凝器） 8、筛板塔的工艺设计计算结果总表 ； 9、筛板塔接管尺寸一览表 10、设计讨论 11、参考文献 12、附属图纸（理论板图解图、塔板负荷 性能图、塔板结构示意图及工艺流程图）
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四、精馏塔工艺设计
计算前先查出物性数据。
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4、塔板工艺尺寸计算
安定区
开孔区
受 液 区
降 液 管
溢流堰
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（1）溢流装置的设计
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液相负荷、塔径与液流型式的关系
液体流量L，m3/h 塔径D，mm U形流 单溢流 双溢流
1000 1400 2000 3000 4000 5000
7以下 9以下 11以下 11以下 11以下 11以下
45以下 70以下 90以下 110以下 110以下 110以下
90～160 110～200 110～230 110～250
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1) 出口堰（溢流堰）
(0.6 ~ 0.8) D
堰长
，单溢流
lW
(0.5 ~ 0.6) D
，双溢流
塔径标准化以后，应重新验算液沫夹带量，必要时在此先进 行塔径的调整，然后再决定塔板结构的参数，并进行其它各 项计算。
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塔有效高度：
H HD ( N p 2 S ) HT S H HF HB
' T
式中 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）。
板式塔的设计
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。
板式塔设计解析
•由以上α逐板计算→得出理论板数N
•由总板效率→计算实际板数NP →与前面的假设比较 •如果相差较大，需重新迭代
•最后计算获得实际板数NP
7
第三节 板式塔的设计计算 一、塔的有效高度 Z及总高度 已知：实际塔板数NP
选取塔板间距 HT（见表）
Z HT N p
8
选取塔板间距 HT ：(计算塔径之后还要迭代） 考虑经济性 、经验选取
=KA/KB
高压下KA、KB的求法：查图或计算（公式、软件）。
塔底：压力的估算方法
工程经验：每块塔板压降 hf=100mm液柱
6
求塔底压力的步骤：
•假设实际板数NP或理论塔板数N，确定塔底压力： P底＝P顶＋NPhfρLg
•按塔顶相同方法计算相对挥发度
•求平均相对挥发度
1 2
2
核算以上所假设的N是否正确：
15
选取 Ad / AT
16
以上求出了塔径D：
注意：
D 4 AT
（1）计算出的塔径需圆整。 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
强调：必须用圆整后的塔径D重新计算，确定实际
的气体流通截面积A、实际气速u及泛点率，判断泛
参考：2HT
塔的安装高度 ：塔体高度＋裙座高度 10
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。
1、液泛气速：
C：气体负荷因子
uf C
L V V
C = f ( HT , 液体表面张力，两相接触状况） 两相流动参数 FLV：
(化工原理课设计)板式塔设计
塔截面积 AT = 气体流通截面积 A +降液管面积 Ad
即： A = AT - Ad
塔截面积 AT
A 1 Ad
AT
选取 Ad / AT ，计算塔径 D
D 4AT
计算塔径需圆整，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
35
15
3 常用塔板类型 塔板是气液两相接触传质的场所， 为提高塔板性能，采用各种形式塔板。
塔板性能要求： 生产能力大， 塔板效率高， 塔板阻力小， 操作弹性大， 结构简单，维修方便，成本低。
16
常用塔板类型 1、泡罩塔板 组成：
升气管和泡罩 优点：
塔板效率高，操作弹性大 对物料适应性强，不易堵 缺点： 生产能力不大，阻力大 结构复杂，成本高。
➢流动性能校核
6
（3）辅助设备设计 （4）管路设计及泵的选择 （5）控制方案的确定 （6）汇总设计结果－设计说明书
7
板式塔
一、 板式塔概述 重要的气-液传质设备
汽、液两相接触方式：（动画）
全塔：逆流接触 塔板上：错流接触
两相流动的推动力： 液体：重力 气体：压力差（塔压降）
8
塔板结构：
1、气体通道 形式很多，如筛板、浮阀、泡罩等。 对塔板性能影响很大。
2 0
44
选择开孔率 ф: 0.05 -- 0.15（大、小） Ao Aa
选择孔径 d0，t
1 2
4
d02
1 t 2 sin 60o
0.907 d0 t
2
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促进两相传质。
Ⅱ
α=
50
Ⅲ Ⅰ三面切口舌片; Ⅱ拱形舌片; Ⅲ50×50mm定向舌片的尺寸和倾角
斜孔塔板：
10
4.7 5.7
8 11 15
15
受 液 区
液 体 分 30 布 区
液流方向
20
安定区
塔 板 连 接 区
导向孔
降 液 管
20
3
溢流堰
(a) 斜孔结构之一
(b)塔板布置
斜 孔 塔 板
（5）多降液管（MD）塔板
优点：结构简单、造价低、塔板阻力小， 目前广泛应用的一种塔型。
筛
板
（3）浮阀塔板 浮阀塔盘
方形浮阀
圆形浮阀
条形浮阀
方形浮阀
F1型浮阀
优点：浮阀根据气体流量，自动调节开度，提高了塔板的操作弹 性、降低塔板的压降，同时具有较高塔板效率，在生产中得到广 泛的应用。 缺点：浮阀易脱落或损坏。
（4）喷射型塔板 气流方向：垂直 → 小角度倾斜， 改善液沫夹带、液面落差 。 形式：舌形塔板、浮舌塔板、斜孔塔板、垂直筛板等。 气液接触状态：喷射状态 连续相：气相；分散相：液相 缺点：气泡夹带现象比较严重。 舌形塔板：
2
d0
t
V L
式中，qVVs、qVLs：气、液相体积流率 m3 /s； qmL、qmV ： 气、液相质量流率 kg /s。
C20 ： σ=20mN/m 时的气 体负荷因子
对于筛板塔(浮阀、泡罩塔)，可查图 ，C20=(HT 、FLV)
0.2 0.1 0.09 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02
优点：提高允许液体流量
（6）林德筛板（导向筛板）
应用：用于减压塔的低阻力、高效率塔板。 斜台：抵消液面落差的影响。 导向孔：使气、液流向一致，减小液面落差。
液流
(a)斜台装置
林德筛板
(b)导向孔
（7）无溢流塔板
有溢流塔板：有降液管的塔板； 无溢流塔板：无降液管的塔板；
形式：无溢流栅板和无溢流筛板；
② 根据体系性质、气液流量以及操作条件选择适宜的塔型；
③ 根据基础数据确定塔径、塔盘间距、液流形式及塔盘设计；
④ 塔盘水力学性能校核。
详细设计阶段的设计任务： 按基础设计提供的工艺尺寸进行具体布置和安排，即对塔体、 塔板用材的选择，机械强度和结构的设计，精馏塔进料、回流、 采出等物流管线的配管设计，以及人孔、扶梯平台等辅助配件 的设计。
2
2
x ) r
bd
（5）筛孔的尺寸和排列
x x Aa 2( x r 2 x 2 r 2 sin1 ) 2( x1 r 2 x12 r 2 sin1 1 ) r r
筛孔： 有效传质区内，常按正三角形排列。 筛板开孔率 ：
Ao d 0.907 0 Aa 1 t 2 sin60o t 2 1 π 2 d0 2 4
bc
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
bs
r x lW
50 100mm bs bs
③ 边缘区： bc 50mm
bd
④ 有效传质区： 单流型弓形降液管塔板：
bc
bs
1
r x lW
Aa 2( x r x r sin
双流型弓形降液管塔板：
2
② 降液管液泛
当塔内气、液两相流量较大，导致降液管内阻力及塔板阻力增
大时，均会引起降液管液层升高，当降液管内液层高度难以维 持塔板上液相畅通时，降液管内液层迅速上升，以致达到上一 层塔板，逐渐充满塔板空间，即发生液泛。并称之为降液管内 液泛。
说明：两种液泛互相影响和关联，其最终现象相同。
（2） 严重漏液 漏液量增大，导致塔板上难以维持正常操作所需的液面，无法
创造了良好条件。是工业上
重要的接触状态之一。
② 喷射状态 速气流将液相分散成高度湍 动的液滴群，液相由连续相 转变为分散相，两相间传质 面为液滴群表面。由于液体 横向流经塔板时将多次分散 和凝聚，表面不断更新，为 传质创造了良好的条件，是
工业塔板上另一重要的气、
液接触状态。
2.4 常用塔板的类型
（2）塔径
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。
液流型式选取参考表
塔径 m 1.0 1.4 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 液 体 流 量 m3/h U 型流型 单流型 双流型 阶梯流型 <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
化工单元过程及设备课程设计
一、 精馏过程工艺设计
1. 概述
1.1 精馏过程工艺设计的基本内容 （1）确定精馏过程工艺流程方案 精馏过程、操作条件、辅助设备 （2）精馏塔工艺设计
塔形式、塔高、塔径、塔盘设计 —— 核心
（3）辅助设备设计 再沸器、冷凝器、贮罐、预热器、冷却器 （4）管路设计及泵的选择 管路阻力计算、选泵的类型
特点：生产能力大，结构简单，塔板阻力小； 但操作弹性小，塔板效率低。
冲制栅板
由金属条组成 的栅板
无溢流筛板
2.5 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 ；
选取塔板间距 HT；
有效塔高： Z H T N p 塔体高度：有效高+顶部+底部+ 裙座 安装高度 ：裙座 选取塔板间距 HT ： HT ↓，则塔高↓，液沫夹带量↑，液泛气速↓ HT ↑，则塔内气速↑，塔径↓，但塔高↑ 考虑经济性，经验选取。
（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 （4）冷却剂 冷却水—— 5~10℃温升，出口小于50 ℃。
高品位冷剂 —— 液氨
（5）回流比
1.3 精馏过程的模拟计算
（1）塔分离计算
注意：相对挥发度的确定 （2）物料及热量衡算 =KA/KB
塔板上理想流动情况： 液体横向均匀流过塔板，气体从气体通道上升，均匀穿过液 层。气液两相接触传质，达相平衡，分离后，继续流动。 传质的非理想流动情况：
①反向流动
液沫夹带、气泡夹带 ，即：返混现象 后果：使已分离的两相又混合，板效率降低，能耗增加。 ②不均匀流动 液面落差（水力坡度）：引起塔板上气速不均； 塔壁作用（阻力）：引起塔板上液速不均，中间 > 近壁； 后果：使塔板上气液接触不充分，板效率降低。
实际气速及泛点率。
2）校核HT与D的范围。 （3）溢流装置设计
① 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 ~ 40 mm。
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。
2.2 塔内气、液两相异常流动
（1）液泛 如果由于某种原因，使得气、液两相流动不畅，使板上液层迅
速积累，以致充满整个空间，破坏塔的正常操作，称此现象为
液泛。
液 泛现象：
① 过量雾沫夹带液泛 原因：
① 气相在液层中鼓泡，气泡破裂，将雾沫弹溅至上一层塔板；
② 气相运动是喷射状，将液体分散并可携带一部分液沫流动。 说明：开始发生液泛时的气速称之为液泛气速 。
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 设计气速 u = 泛点率 ×uf 所需气体流通截面积
Vs A u
塔截面积 AT = 气体流通截面积 A +降液管面积 Ad
即： A = AT - Ad 塔截面积： AT
A A 1 d AT
1.4 实际塔板数及塔高
（1）实际塔板数
NT NP ET
注意：NT不包括塔釜 （2）塔高 塔高=有效高度+塔顶空间高度+塔底空间高度+塔底裙座高度
2. 板 式 塔 2.1 板式塔结构及性能
（1） 板式塔结构
功能：为混合物的气、液两相提供多级的充分、有效的接触与及 时、完全分离的条件。
塔顶气相
回流液 进料
塔底液相
全塔：逆流接触 汽、液两相接触方式 塔板上：错流接触 液体：重力
两相流动的推动力
气体：压力差
塔板结构
①
气体通道
形式很多，如筛板、浮阀、泡罩等，对塔板性能影响很大。 ② 降液管（液体通道） 浮阀塔内部结构
液体流通通道，多为弓形。 ③ 受液盘
塔板上接受液体的部分。 ④ 溢流堰 使塔板上维持一定高度的液层，保证两相充分接触。
l W D 0.5 0.7
或：
l W D f bd D
说明：通常应使溢流强度qVLh/lW 不大于100~130 m3/（mh）。
堰上方液头高度 hOW ：
how qVL h 3 2.8410 E l W
2/3
其中， E：液流收缩系数，一般可近似取 E =1。 要求： hOW 6mm (4) 塔板及其布置
塔板是气液两相接触传质的场所，为提高塔板性能，采用各 种形式塔板。 （1）泡罩塔 组成：升气管和泡罩
优点：塔板操作弹性大，塔效率也比较高，不易堵。 缺点：结构复杂，制造成本高，塔板阻力大但生产能力不大。
圆形泡罩
泡罩塔
条形泡罩
（2）筛板塔板