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1、第三章 設(shè)備選型-精餾塔設(shè)計說明書3.1 概述本章是對各種塔設(shè)備的設(shè)計說明與選型。 3.2設(shè)計依據(jù) 氣液傳質(zhì)分離用的最多的為塔式設(shè)備。它分為板式塔和填料塔兩大類。板式塔和填料塔均可用作蒸餾、吸收等氣液傳質(zhì)過程，但兩者各有優(yōu)缺點，根據(jù)具體情況進行選擇。 設(shè)計所依據(jù)的規(guī)范如下：F1型浮閥 JBT1118鋼制壓力容器 GB 150-1998鋼制塔式容器 JB4710-92碳素鋼、低合金鋼人孔與手孔類型與技術(shù)條件 HG21514-95鋼制壓力容器用封頭標準 JB/T 4746-2002中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖 GB 18306-2001建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范 GB50009-2001 3.3 塔簡述3.3.1填

2、料塔簡述(1)填料塔填料塔是以塔內(nèi)的填料作為氣液兩相間接觸構(gòu)件的傳質(zhì)設(shè)備，由外殼、填料、填料支承、液體分布器、中間支承和再分布器、氣體和液體進出口接管等部件組成。填料是填料塔的核心，它提供了塔內(nèi)氣液兩相的接觸面，填料與塔的結(jié)構(gòu)決定了塔的性能。填料必須具備較大的比表面，有較高的空隙率、良好的潤濕性、耐腐蝕、一定的機械強度、密度小、價格低廉等。常用的填料有拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、弧鞍形和矩鞍形填料，20世紀80年代后開發(fā)的新型填料如QH1型扁環(huán)填料、八四內(nèi)弧環(huán)、刺猬形填料、金屬板狀填料、規(guī)整板波紋填料、格柵填料等，為先進的填料塔設(shè)計提供了基礎(chǔ)。填料塔適用于快速和瞬間反應(yīng)的吸收過程，多用于氣體的凈化。該塔結(jié)

3、構(gòu)簡單，易于用耐腐蝕材料制作，氣液接觸面積大，接觸時間長，氣量變化時塔的適應(yīng)性強，塔阻力小，壓力損失為300700Pa，與板式塔相比處理風(fēng)量小，空塔氣速通常為0.5-1.2 m/s，氣速過大會形成液泛，噴淋密度6-8 m3/(m2.h)以保證填料潤濕，液氣比控制在2-10L/m3。填料塔不宜處理含塵量較大的煙氣，設(shè)計時應(yīng)克服塔內(nèi)氣液分布不均的問題。(2)規(guī)整填料塔填料分為散裝填料、規(guī)整填料(含格柵填料) 和散裝填料規(guī)整排列3種，前2種填料應(yīng)用廣泛。在規(guī)整填料中，單向斜波填料如JKB，SM，SP等國產(chǎn)波紋填料已達到國外MELLAPAK、FLEXIPAC等同類填料水平；雙向斜波填料如ZUPAK、D

4、APAK等填料與國外的RASCHIG SUPER-PAK、INTALOX STRUCTURED PACKING同處國際先進水平；雙向曲波填料如CHAOPAK等乃最新自主創(chuàng)新技術(shù)，與相應(yīng)型號的單向斜波填料相比，在分離效率相同的情況下，通量可提高25-35，比國外的單向曲波填料MELLAPAK PLUS通量至少提高5。上述規(guī)整填料已成功應(yīng)用于6400，8200，8400，8600，8800，10200mm等多座大塔中。(3)板波紋填料板波紋填料由開孔板組成，材料薄，空隙率大，加之排列規(guī)整，因而氣體通過能力大，壓降小。其比表面積大，能從選材上確保液體在板面上形成穩(wěn)定薄液層，使填料表面潤濕率提高，避免

5、溝留現(xiàn)象，從而提高傳質(zhì)效率。氣液兩相在填料中不斷呈Z形曲線運動，流體分布良好，混合充分，無積液死角，因而放大效應(yīng)很小，適用于大直徑的塔。3.3.2板式塔簡述（1） 板式塔板式塔是一種逐級（板）接觸型的汽液傳質(zhì)設(shè)備，塔內(nèi)以塔板作為基本構(gòu)件，氣體以鼓泡或噴射的形式穿過塔板上的液層，汽液兩相的組分濃度沿塔高呈階梯式變化。板式塔主要包括傳統(tǒng)的篩板塔、泡罩塔、浮閥塔、舌片塔板與浮舌塔板、穿流塔板和各種改進型浮閥塔板、多種傳質(zhì)元件混排塔板和造成板上大循環(huán)的立體噴射塔板等。（2)篩孔塔板篩孔塔板簡稱篩板，結(jié)構(gòu)特點為塔板上開設(shè)許多均勻的小孔。根據(jù)孔徑的大小，分為小孔徑塔板（孔徑38 mm）和大孔徑塔板（孔徑為

6、1025mm）兩類。工業(yè)應(yīng)用以小孔徑篩板為主，大空徑篩板多用于某些特殊場合（如分離粘度大、易結(jié)焦的物系）。3.4 選型原則（1）下列情況優(yōu)先選用填料塔： 1）在分離程度要求高的情況下，因某些新型填料具有很高的傳質(zhì)效率，故可采用新型填料以降低塔的高度; 2）對于熱敏性物料的蒸餾分離，因新型填料的持液量較小，壓降小，故可優(yōu)先選擇真空操作下的填料塔； 3）具有腐蝕性的物料，可選用填料塔，因為填料塔克采用非金屬材料，如陶瓷、塑料等； 4）容易發(fā)泡的物料，宜選用填料塔。 （2）下列情況優(yōu)先選用板式塔： 1) 塔內(nèi)液體滯液量較大，操作負荷變化范圍較寬，對進料濃度變化要求不敏感，操作易于穩(wěn)定； 2) 液相負

7、荷較??； 3) 含固體顆粒，容易結(jié)垢，有結(jié)晶的物料，因為板式塔可選用液流通道較大的塔板，堵塞的危險性較??； 4) 在操作過程中伴隨放熱或需要加熱的物料，需要在塔內(nèi)設(shè)置內(nèi)部換熱組件，如加熱盤管，需要多個進料口或多個側(cè)線出料口。這是因為一方面板式塔的結(jié)構(gòu)上容易實現(xiàn)，另外，塔板上有較多的滯液以便與加熱或冷卻管進行有效地傳熱； 5）在較高壓力下操作的蒸餾塔仍多采用板式塔。 板式塔和填料塔的優(yōu)勢比較如下：表3-1 板式塔和填料塔的優(yōu)勢比較塔型優(yōu)勢填料塔1）小直徑塔費用低，便于安裝；2）液壓降低，有利于真空精餾；3）用于難分離的場合以降低塔高；4）用于腐蝕嚴重的場合，在這種情況下可采用耐腐蝕材質(zhì)填料；5）

8、適合于發(fā)泡物系；6) 改造老塔，增加通量，減少消耗，提高產(chǎn)品質(zhì)量；7) 用于間歇精縮，因為填料塔的持液量低。板式塔1) 對于大直徑塔設(shè)備費用低；2) 不易堵塞，且易清理；3）適合大液量操作。因為板式塔氣流為錯流，流量增大對氣體負荷影響不大；4) 適合中間內(nèi)部換熱、側(cè)線出料多的場合。3.5 塔設(shè)備選型3.5.1塔設(shè)備選型比較了板式塔和填料塔的特點，并結(jié)合體系的特點，另外考慮設(shè)備的制造、投資和維修，選用板式精餾塔。3.5.2 塔板選型(1) 板式塔塔板種類 根據(jù)塔板上氣、液兩相的相對流動狀態(tài)，板式塔分為穿流式與溢流式。目前板式塔大多采用溢流式塔板。穿流式塔板操作不穩(wěn)定，很少使用。 （2）各種塔板性

9、能比較 工業(yè)上需分離的物料及其操作條件多種多樣，為了適應(yīng)各種不同的操作要求，迄今已開發(fā)和使用的塔板類型繁多。這些塔板各有各的特點和適用體系，我們將幾種主要塔板的性能比較列表如下：表3-2 幾種主要塔板的性能比較項目泡罩塔板浮閥塔板篩板塔板相對費用2.01.21.0壓力降最高中等最低板效率高最高最低蒸汽負荷最低最高最高操作彈性542（3）塔板的選擇生產(chǎn)能力大，分離要求高。綜合考慮塔板的效率、分離效果和設(shè)備的成本、制造、維修等，我們選用了較為成熟，目前廣泛使用的F1型浮閥塔板。3.6 精餾塔T2塔具體設(shè)計3.6.1 Aspen Plus 模擬氣液負荷和物性數(shù)據(jù)的計算根據(jù)Aspen Plus模擬的結(jié)

10、果可得到以下數(shù)據(jù)：表3-3 由Aspen Plus 模擬氣液負荷和物性數(shù)據(jù)塔板編號液相體積流率m3/h氣相體積流率m3/h液相密度kg/m3氣相密度kg/m3液相粘度cP液體表面張 力mN/m1175.71452658831.87671423.421294.251365290.4099029523.33215152144.82940459410.79771413.603794.288017750.3943419322.14355613145.1254559454.40481412.917514.290236350.3933050222.06619484145.14319959456.97291

11、412.87634.290372240.3932429822.06156265145.14390559456.95841412.874354.29038530.3932400822.06131926145.14345359456.76671412.874974.290389910.3932410922.06135397145.14292359456.62911412.875294.290388040.3932421422.06139838145.13972859456.61331412.868794.290297360.393243222.06147119145.07649159457.623

12、41412.723964.288368420.3932534322.062502710183.22916559941.48371409.690554.297564280.3934609122.083854511183.01431959961.73691408.916374.288698760.3932240622.067350312177.15493859877.05721394.281754.11359320.3941623722.166899213146.49713954907.10441202.338463.195307860.4006303523.430427414132.495008

13、52250.9006904.1831112.279495740.3442392323.170774215143.14173256021.2479824.76392.094992430.3052671221.499911616145.58887256843.0262814.4655442.073835350.2997880821.198809517145.87170756937.5416813.3543192.071591730.2991950921.165133218145.90171756947.5645813.2372532.071355810.299132621.16157219145.

14、90487356948.6186813.2249522.071331030.2991260421.1611977200.8534466456948.6186813.223662.071331030.2991253521.1611583每塊板上的負荷如下圖所示：圖3-1 每塊板上的負荷量由上圖可知，在第5塊板上，汽液兩相的負荷最大，分別為：Ls=145.143905 m3/h=0.0403m3/s, L=1412.87435kg/m3Vs=59456.9584 m3/h =16.516m3/s, v=4.2903853kg/m3液相表面張力為=22.0613192mN/m3.6.2 塔板數(shù)和操作參數(shù)本項目使用Aspen Plus對精餾塔的模擬結(jié)果如下表：表3-4 Aspen Plus對精餾塔的模擬結(jié)果操作壓力(MPa)回流比加料狀態(tài)所需理論板數(shù)