化工原理课程设计

课程设计说明书。

题目：分离正戊烷-正己烷用筛板精馏塔设计。

院系：机械工程学院

专业班级：过控11-1

学号： 2011301936

学生姓名：冒鹏飞

指导教师：李雪斌

2014 年 1 月6 日

安徽理工大学课程设计（**）任务书。

机械工程学院过控教研室。

年月日。安徽理工大学课程设计（**）成绩评定表。

随着时代的发展，出现了各种各样型式的塔，而且不断有新的塔型出现。虽然塔型众多，但根据塔内部结构，通常将塔分为板式塔和填料塔两大类。

板式塔是在塔内装有多层塔板（盘），传热传质过程基本上在每层塔板上进行，塔板形状、塔板结构或塔板上气液两相得表现，就成了命名这些塔的依据，诸如筛板塔、栅板塔、舌形板塔、斜孔板塔、泡罩塔、浮阀塔等。下面简单介绍一下几种常用的板式塔性能。

1）浮阀塔。

生产能力大，操作弹性大，分离效率高，雾沫夹带少，液面梯度较小，结构简单，是新发展的一种塔。

2）泡罩塔。

泡罩塔是工业上使用最早的一种板式塔，气-液接触由充分的保证，操作弹性大，但其分离效率不高，金属消耗量大且加工较复杂，应用逐渐减少。

3）筛板塔。

筛板塔是一种有降液管、板形结构最简单的板式塔，孔径一般为4 ~8mm，制造方便，处理量较大，清洗、更换、修理均较容易，但操作范围较小，适用于清洁的物料，以免堵塞。

填料塔是一个圆筒柱体，塔内装载一层或多层填料，气相由下而上、液相由上而下接触，传热和传质主要在填料表面上进行，因此，填料的选择是填料塔的关键。填料的种类很多，填料塔的命名也以填料的名称为依据，如常用的金属鲍尔填料塔、波网填料塔。

填料塔制造方便，结构简单，便于采用耐腐蚀材料，特别适用于塔径较小的情况，使用金属材料省，一次投料较少，塔高相对较低。

在设计中选择塔型，必须综合考虑各种因素，并遵循以下基本原则。

要满足工艺要求，分离效率高；

生产能力大，有足够的操作弹性；

运转可靠性高，操作、维修方便，少出故障；

结构简单，加工方便，造价较低；

塔压降小。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。

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。

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：

气、液两相接触充分，传质面积大，因此塔盘效率高。

操作弹性大，在负荷变动较大时，仍能保持较高的效率。

具有较高的生产能力，适用于大型生产。

不易堵塞，介质适用范围广。

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，这并不是主要问题。

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：

结构简单，制造方便，便于检修，成本低。

塔盘压降小。

处理量大，可比泡罩塔提高20~40%。

塔盘效率比泡罩塔提高15%，但比浮阀塔盘稍低。

弹性较小，筛孔容易堵塞。

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：

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。

操作弹性比泡罩塔要大。

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。

压降较低，因为气体通道比泡罩塔简单得多，因此可用于减压蒸馏。

塔盘的结构较简单，易于制造。

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）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。

3）具有热敏性的物料须减压操作，以防过热引起分解或聚合，故应选用压力降较小的塔型。如可采用装填规整填料的散堆填料等，当要求真空度较低时，也可用筛板塔和浮阀塔。

4）黏性较大的物系，可以选用大尺寸填料。板式塔的传质效率较差。

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