气液传质设备板式塔设计.ppt
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1、气液传质设备,板式塔的工艺设计,板式塔设计步骤,确定设计方案; 选择塔板类型; 确定塔径、塔高等工艺尺寸; 塔板设计,包括溢流装置设计、塔板布置、升气道(泡罩、筛孔或浮阀等)的设计排列; 流体力学验算; 绘制塔板负荷性能图; 依据负荷性能图,对设计分析、调整,直至满意。,1 设计方案的确定(6步法),1.1 装置流程的确定,蒸馏装置,精馏塔,原料预热器,蒸馏釜(再沸器),冷凝器,釜液冷却器和产品冷却器,原料入塔,泵输送(易受泵操作波动影响),高位槽送液(稳定),泡点冷凝器,分凝器,产品冷却器,流程确定要全面、合理的兼顾设备、操作费用、操作控制及安全等诸因素。,1.2 操作压力的选择,依据操作压
2、力,常压操作,减压操作,加压操作,选择依据:一般,对热敏性物质或混合物泡点过高的体系易采用减压蒸馏;常压下呈气态的物系采用加压蒸馏。,1.3 进料热状况的选择,进料热状况:冷液进料(q1)、泡点进料(q=1)、气液混合进料(q1)、饱和蒸汽进料(q=0)及过热正气进料(q0)五种。,工艺多采用泡点进料,常以釜残液预热原料液;如工艺要求减少塔釜的加热量,避免釜温过高,料液产生聚合或结焦,则应采用气态进料。,1.4 加热方式的选择,再沸器,直接蒸气加热,类型:,间接蒸气加热,无需再沸器,a,b,优点:利用压力较低的蒸汽节省费用,且省去再沸器; 缺点:对釜内溶液有一定的稀释作用;如进料条件及产品纯度
3、、轻组分收率一定,则需在提留段增加塔板数以达到生产要求。,1.5 回流比的选择,适宜回流比应通过经济核算决定,即操作费用和设备折旧费之和为最低时的回流比为适宜回流比。但作为课程设计,要进行这种核算是困难的,通常根据下面3种方法之一来确定回流比。,1、根据本设计的具体情况,参考生产上较可靠的回流比的经验数据选定;,2、先求出最小回流比Rmin,根据经验取操作回流比为最小回流比的1.12倍,即R(1.12)Rmin;,3、在一定的范围内,选5种以上不同的回流比,计算出对应的理论塔板数,作出回流比与理论塔板数的曲线。当R= Rmin时,塔板数为;RRmin后,塔板数从无限多减至有限数;R继续增大,塔
4、板数虽然可以减少,但减少速率变得缓慢。因此可在斜线部分区域选择一适宜回流比。上述考虑的是一般原则,实际回流比还应视具体情况选定。,2 塔板的类型及其选用,塔板分为错流式塔板和逆流式塔板两大类,工业上常以错流式塔板为主。,错流式塔板比较表,3 板式塔的塔体工艺尺寸设计,3.1塔的有效高度计算,3.1.1 基本计算公式,3.1.2 理论塔板数的计算,方法,逐板计算法,图解计算法,吉利兰图捷算法,3.1.3 塔板间距的确定,塔板间距的选取与塔高、塔径、物系性质、分离效率、操作弹性以及塔的安装、检修等因素有关。,表10-1 塔板间距与塔径的关系,塔板间距的数值应按系列标准选取,常用的塔板间距有300、
5、350、400、450、500、600、800等几种系列标准。但注意,板间距除考虑上述因素外,还应考虑安装、检修的需要,如在塔体的人孔处,应采用较大的板间距,一般不低于600mm。,3.2 塔径的计算(可参课本P157页),计算公式:,关键在于计算空塔气速u,空塔气速的上限由严重的雾沫夹带或液泛决定,下限由漏夜决定,适宜的空塔气速介于两者之间。一般依据最大允许气速确定。,最大允许气速由严重雾沫夹带时悬浮液滴的沉降速度确定:,液滴在上升气流中悬浮,则其受力平衡,此时,空塔气速与液滴沉降速度相等,为最大允许气速。,3.2 塔径的计算(可参课本P157页),史密斯关联图中:,注:上述计算的塔径为初估
6、值,后面还需进行流体力学核算。另:若精馏塔精馏段和提馏段上升气量差别较大,则两段塔径应分别计算。,4 板式塔的塔板工艺尺寸计算,4.1 溢流装置的设计,溢流装置包括溢流堰、降液管和受液盘等几部分。,4.1.1 降液管的类型与溢流方式(参图10-12所示),类 型,圆形降液管用于小直径塔, 600mm,弓形降液管用于大直径塔,800mm,溢流方式,U型流又称回转流。弓形降液管一半为受液盘,另一半为降液管。特点:液体流径长,板效率高,板面利用率高。,单溢流又称直径流。特点:流体流径较长,板效率较高,加工方便,在小于2.2m的塔中应有广泛。,双溢流又称半径流。特点:液体流动的路程短,液面落差小,但结
7、构复杂,板面利用率低,适用于大于2m的塔。,阶梯式双溢流特点:可在不缩短液体流径的情况下减小液面落差。但结构复杂,致使应用于塔径很大、液流量很大的场合。,表10-2(P130页)给出溢流类型与液体负荷的关系,方便确定溢流类型,4.2 溢流装置的设计计算,溢流装置的设计,参图10-39所示。,1、溢流堰,形状,平直堰,齿形堰,一般采用平直形溢流堰板,(1)堰长,(2)堰高降液管端面高出塔板板面的距离,堰高与板上清液层高度及堰上液层高度的关系为:,设计时,一般保持塔板上清液层高度在50100mm,于是,堰高hw则由板上清液层高度和堰上液层高度而定。设计时,应是堰上液层高度大于6mm,否则采用齿形堰
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