化工原理课程设计 - 正戊烷—正己烷常压精馏塔设计

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触,在填料表面进行传质,气,液两相的组成沿塔高连续地变。液体由上往下流动时,由于塔壁处阻力较小而向塔壁偏流,使填料不能全部润湿,导致气液接触不良,影响传质效果,称之为塔壁效应.为了防止塔壁效应,通常在填料层较高的塔中将填料分层装置,各层间设置液体再分布器,将液体重新分布后再送入下层填料.选择尺寸合适的填料,也可以减弱和防止塔壁效应.为分离气体可能夹带的少量雾状液滴,在塔顶还安装有除沫器.

板式塔的结构 板式塔的壳体通常为圆筒形,里面沿塔高装有若干块水平的塔板.液体靠重力作用自上而下逐板流向塔底,并在各块塔板的板面上形成流动的液层;气体则在压差推动下经塔板上的开孔由下而上穿过塔板上液层最后由塔顶排出. 1.3 对塔设备的要求

（1） 满足工艺要求（p 、 t 、 耐腐） （2） 生产能力大即气液处理量大 （3） 压力降小即流体阻力小 （4） 操作稳定，操作弹性大

（5） 效率高，即气液两相充分接触，相际间传热面积大。 （6） 结构简单、可靠、省材，制造、安装方便，设备成本低。 （7）操作、维修方便。 （8）耐腐蚀，不易堵塞。 1.4 塔设备的发展及现状

在化工、炼油和石油化学工业生产中,塔设备作为分离过程工艺设备,在蒸馏、精馏、萃取、吸收和解吸等传质单元操作中有着重要的地位。据统计,在整个化工工艺设备总投资中塔设备所占的比重,在化肥厂中约为21%,石油炼厂中约为20一25%,石油化工厂中约占10。若就单元装置而论,塔设备所占比重往往更大,例如在成套苯蒸馏装置中,塔设备所占比重竟高达75.7%。此外,蒸馏用塔的能量耗费巨大,也是众所周知的。故塔设备对产品产量、质量、成本乃至能源消耗都有着至关重要的影响。因而强化塔设备来强化生产操作是生产、设计人员十分关心的课题。 1.5 塔设备的用材

（1）塔体：钢材，有色金属或非金属耐腐蚀材料，钢壳衬砌衬、涂非金属材料。 （2）塔板：钢为主，陶瓷、铸铁为辅。

（3）填料：瓷、钢、铝、石墨、尼龙、聚丙烯塑料。 （4）裙座：一般为炭钢。

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1.6 板式塔的常用塔型及其选用

板式塔是分级接触型气液传质设备，种类繁多。根据目前国内外实际使用的情况，主要塔型是浮阀塔、筛板塔及泡罩塔。

表1 塔板类型

指标

F形浮阀

浮阀塔 十字架形浮阀 4 5 5 3 3 5 4 3 4 3 3 3

条形

筛板

圆形

泡罩塔 条形

S形泡罩 3 3 4 0 2 4 3 3 3 3 3 0

浮阀 塔 泡罩 泡罩 4 5 5 3 4 4 4 4 4 4 3 2

4 2 3 3 3 4 4 4 4 4 3 1

2 3 4 0 1 4 2 2 2 1 2 1

1 3 3 0 1 3 1 1 2 1 1 0

?高液体和气体负荷?

?低操作弹性 压力降 雾沫夹带量 分离效率 单位设备体积的处理量

制造费用 材料消耗 安装与拆修

维修

污垢物料对操作的影响 1.6.1 泡罩塔

4 5 5 2 3 5 4 3 4 4 3 2

泡罩塔盘是工业上应用最早的塔盘之一，在塔盘板上开许多圆孔，每个孔上焊接一个短管，称为升气管，管上再罩一个“帽子“，称为泡罩，泡罩周围开有许多条形空孔。工作时，液体由上层塔盘经降液管流入下层塔盘，然后横向流过塔盘板、流入再下一层塔盘；气体从下一层塔盘上升进入升气管，通过环行通道再经泡罩的条形孔流散到液体中。泡罩塔盘具有如下特点。

（1）气、液两相接触充分，传质面积大，因此塔盘效率高。 （2）操作弹性大，在负荷变动较大时，仍能保持较高的效率。 （3）具有较高的生产能力，适用于大型生产。 （4）不易堵塞，介质适用范围广。

（5）结构复杂、造价高，安装维护麻烦；气相压降较大，但若在常或加压下操作，这

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并不是主要问题。 1.6.2 筛板塔

筛板塔是在塔盘板上开许多小孔，操作时液体从上层塔盘的降液管流入，横向流过筛板后，越过溢流堰经降液管导入下层塔盘；气体则自下而上穿过筛孔，分散成气泡通过液层，在此过程中进行传质、传热。由于通过筛孔的气体有动能，故一般情况下液体不会从筛孔大量泄漏。筛板塔盘的小孔直径是一个重要参数，小则气流分布较均匀，操作较稳定，但加工困难，容易堵塞。目前工业筛板塔常用孔径为3～8mm。筛板开孔的面积总和与开孔区面积之比称为开孔率，是另一个重要参数。在同样的空塔速度下，开孔率大则孔速小，易产生漏液，降低效率，但雾沫夹带也减少；开孔率过小，塔盘阻力大，易造成大的雾沫夹带和液泛，限制塔的生产能力。通常开孔率在5～15%。筛孔一般按正三角形排列，孔间距与孔径之比通常为2.5～5。筛板塔具有如下的特点。

（1）结构简单，制造方便，便于检修，成本低。

（2）塔盘压降小。（3）处理量大，可比泡罩塔提高20~40%。 （4）塔盘效率比泡罩塔提高15%，但比浮阀塔盘稍低。 （5）弹性较小，筛孔容易堵塞。

1.6.3 浮阀塔

浮阀塔是在塔盘板上开许多圆孔，每一个孔上装一个带三条腿可上下浮动的阀。浮阀是保证气液接触的元件，浮阀的形式主要有F-1型、V-4型、A型和十字架型等，最常用的是F-1型。

F-1型浮阀有轻重两种，轻阀厚1.5mm、重25g，阀轻惯性小，振动频率高，关阀时滞后严重，在低气速下有严重漏液，宜用在处理量大并要求压降小（如减压蒸馏）的场合。重阀厚2mm、重33g，关闭迅速，需较高气速才能吹开，故可以减少漏液、增加效率，但压降稍大些，一般采用重阀。

操作时气流自下而上吹起浮阀，从浮阀周边水平地吹入塔盘上的液层；液体由上层塔盘经降液管流入下层塔盘，再横流过塔盘与气相接触传质后，经溢流堰入降液管，流入下一层塔盘。综上所述，盘式浮阀塔盘具有如下特点。（1）处理量较大，比泡罩塔提高20～40%，这是因为气流水平喷出，减少了雾沫夹带，以及浮阀塔盘可以具有较大的开孔率的缘故。（2）操作弹性比泡罩塔要大。（3）分离效率较高，比泡罩塔高15%左右。因为塔盘上没有复杂的障碍物，所以液面落差小，塔盘上的气流比较均匀。（4）压降较低，因

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为气体通道比泡罩塔简单得多，因此可用于减压蒸馏。（5）塔盘的结构较简单，易于制造。（6）浮阀塔不宜用于易结垢、结焦的介质系统，因垢和焦会妨碍浮阀起落的灵活性。 1.6.4 舌形塔及浮动舌形塔

舌形塔盘是在塔盘板上冲有一系列舌孔，舌片与塔盘板呈一定倾角，气流通过舌孔时，利用气体喷射作用，将液相分散成液滴和流束而进行传质，并推动液相通过塔盘。舌孔与塔盘板的倾角一般有18º、20º和25º三种，通常是20º，舌孔常用25×25mm和50×50mm两种，舌孔按三角形排列。

舌形塔盘具有结构简单、安装检修方便 ，处理能力大，压力降小，雾沫夹带少等优点，但由于舌孔的倾角是固定的，在低负荷下操作时易产生漏液现象，故操作弹性较小。浮舌塔盘是结合浮阀塔和舌形塔的优点而发展出起来的一种塔盘，将舌形塔的固定舌片改成浮动舌片而成，与浮阀塔类似，随气体负荷改变，浮舌可以上下浮动，调节气流通道面积，从而保证适宜的缝隙气速，强化气液传质，减少或消除漏液。当浮舌开启后，又与舌形塔盘相同，气液并流，利用气相的喷射作用将液相分散进行传质。浮舌塔盘具有如下特点。（１）具有大的操作弹性，操作稳定。在保证较高效率条件下，它的负荷变化范围甚至可超过浮阀塔。（２）具有较大的气液相的处理能力，压降又小，特别适宜于减压蒸馏。（３）结构简单，制作方便。但舌片易损坏。（４）效率较高，介于浮阀与舌形塔板之间，效率随气速变化比浮阀稍大。

1.6.5 穿流式栅板塔

穿流式栅板塔属无溢流装置的板式塔。属此类塔板的还有穿流式波纹塔、穿流式浮阀塔等。此类塔板操作时，气、液两相同时相向通过栅缝或筛孔。栅缝或筛孑L的大小，视物料的污垢程度及要求的效率等情况而定。由于省去了溢流装置，该塔板有生产能力大、结构简单、压降小、不易堵塞的优点，但操作弹性小塔板效率低。 1.7 塔型选择一般原则

塔型的合理选择是做好塔设备设计的首要环节。选择时应考虑的因素有：物料性质、操作条件、塔设备的性能，以及塔设备的制造、安装、运转和维修等。 1.7.1 与物性有关的因素

（1） 易起泡的物系，如处理量不大时，以选用填料塔为宜。因为填料能使泡沫破裂，在板式塔中则易引起液泛。

（2） 具有腐蚀性的介质，可选用填料塔。如必须用板式塔，宜选用结构简单、造价便宜的筛板塔盘、穿流式塔盘或舌形塔盘，以便及时更换。

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