塔设备选型1.1设计标准1.2塔设备设计原则塔设备设计应满足以下原则：(1)生产能力大。

在较大的气(汽)液流速下，仍不致发生大量的雾沫夹带、拦液或液泛等破坏正常操作的现象。

(2)操作稳定、弹性大。

当塔设备的气(汽)液负荷量有较大的波动时，仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作，并且塔设备应保证能长期连续操作。

(3)流体流动阻力小，即流体透过塔设备的压力降小。

这将大大节省生产中的动力消耗，以降低操作费用。

对于减压蒸馏操作，较大的压力降还将使系统无法维持必要的真空度。

(4)结构简单、材料耗用量小、制造和安装容易。

这可以减少基建过程中的投资费用。

(5)耐腐蚀和不易堵塞，方便操作、调节和检修。

1.3塔型的选择1.3.1板式塔与填料塔的比较精馏塔按传质元件区别可分为两大类，即板式精馏塔和填料精馏塔。

根据上述要求，可对板式塔和填料塔的性能作一简要的比较，详见表1-1 所示。

表1-1 板式塔与填料塔的对比1.3.2塔型选择时应考虑的因素选择塔型时应考虑的因素有很多，主要有：物料性质、操作条件、塔设备的性能，以及塔设备的制造、安装、运输和维修等，具体如下：与物性有关的因素a）易起泡的物系，如处理量不大时，以选择填料塔为宜。

因为填料能使泡沫破裂，在板式塔中则易引起液泛。

b）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、穿流式塔盘或舌形塔盘，以便及时更换。

c）具有热敏性的物料需减压操作，以防过热引起分解或聚合时，应选用压力降较小的塔型，如可采用装填规整填料的塔、湿壁塔等，当要求真空度较低时，宜用筛板塔和浮阀塔。

d）粘性较大的物系，可以选用大尺寸填料。

板式塔的传质效率太差。

含有悬浮物的物料，应选择液流通道较大的塔型，以板式塔为宜。

可选用泡罩塔、浮阀塔、栅板塔、舌形塔和孔径较大的筛板塔等。

不宜使用小填料。

e）操作过程中有热效应的系统，用板式塔为宜。

因塔盘上有液层，可在其中安放换热管，进行有效的加热或冷却。

与操作条件有关的因素a）若气相传质阻力大（即气相控制系统，如低粘度液体的蒸馏，空气增湿等），宜采用填料塔，因填料层中气相呈湍流，液相为膜状流。

反之，受液相控制的系统，宜采用板式塔，因为板式塔中液相呈湍流，用气体在液层中鼓泡。

b）大的液体负荷，可选用填料塔，若用板式塔时，宜选用气液并流的塔型（如喷射型塔盘）或选用板上液流阻力较小的塔型（如筛板和浮阀）。

此外，导向筛板塔盘和多降液管筛板塔盘都能承受较大的液体负荷。

c）低的液体负荷，一般不宜采用填料塔。

因为填料塔要求一定数量的喷淋密度，但网体填料能用于低液体负荷的场合。

d）液气比波动的适宜性，板式塔优于填料塔，故当液气比波动较大的宜用板式塔。

e）操作弹性，板式塔较填料塔大，其中以浮阀塔为最大，泡罩塔次之，一般地说，穿流式塔的操作弹性较小。

其他原因a）对于多数情况，塔径大于800mm 时，宜用板式塔，小于800mm 时，宜用填料塔。

但也有例外，鲍尔环及某些新型填料在大塔中的使用效果可优于板式塔。

同样，塔径小于800mm 时，也有使用板式塔的。

b）一般填料塔比板式塔重。

c）大塔以板式塔造价较廉。

因填料价格约与塔体的容积成正比，板式塔按单位面积计算价格，随塔径增大而减小。

1.4板式塔中板型的选择1.4.1塔盘的选择板式塔的塔盘有泡罩、筛板、浮阀及穿流式，其性能比较如1-2 表所示：表1-2 板式塔塔盘比较塔板形式蒸汽量液量效率操作弹性压力降造价可靠性各塔板的优缺点及用途比较如表1-3 所示表1-3 塔板优缺点比较1.4.2溢流形式的选择塔盘上液相流动形式取决于液相负荷的范围，单流型是最常用的；当塔径较大，或液相负荷较大时，宜采用双流型。

甚至三、四流型或阶梯型；在液气比很小时才采用U形流型。

下表1-4 是液相负荷( m3 / h)与塔板溢流型式的关系表。

表1-4 液相负荷(m3/h )与塔板溢流形式的关系表给出了几种主要塔板性能的量化比较。

几种主要塔板性能的量化比较1.5环己烷精制塔T302 的工艺设计1.5.1概述T302为环己烷精制塔。

根据Aspen Plus模拟的结果可得环己烷精制塔T302 各塔板参数，各塔板参数详见表1-5。

本工艺的主要物料为含有部分氢气和甲烷的环己烷，物料洁净、腐蚀性小，粘度小，且无悬浮物，整套装置产量及气液相负荷较大，结合表1-1，本项目设计小组拟采用板式塔。

又参照表1-2 和1-3 各种塔板形式的比较，可知浮阀塔板集合了泡罩塔和筛板塔的优点，它结构简单、造价低、制造方便、生产能力大、操作弹性大，因此本工艺选用浮阀塔板，溢流形式为单溢流。

1.5.2 C YH 精馏塔 T302 具体工艺设计1.5.2.1 塔径 D 的计算因精馏段气相流量较大， 故以精馏段数据确定全塔塔径更为安全可靠， 本设 计以精馏段数据为设计依据。

设板间距 H T =0.45m ，板上清液层高度为 h L =0.07m 计算两相流动参数L h L0.5 FLV= Lh L=0.42V h V由（H T -h L ）及 FLV 查Smith 关联图得C 20=0.05m/s ，故0.2C C 20=0.0486m/s2020液泛气速LVu max c L V=0.02m/s对于一般液体，泛点率为 0.6～ 0.8，此处泛点率取 0.8，则表观空塔气速u 0.8u max =0.016m/s故塔径D= 4VS= 0.752m ，圆整为 0.8m 。

u1.5.2.2 塔高的计算实际塔板数的确定：12 12N 12 1223.1,圆整取 24.E t0.52 圆整取釜液高度的计算： 1 22 A T = D =0.20m 2T 4H B 1.0m塔顶空间高度取 1.0m塔板间距：每隔 6块塔板开一人孔， 共需人孔 4个（不包括塔顶和塔底的） 开设人孔处的塔板间距改为 0.80m ，进料口处离上板高度为 0.80m.塔筒体高度的计算：H H D （N 2 S ）H T SH T H F H B其中： H —— 塔高（不包括裙座），mH D ——塔顶空间， m H T ——塔板间距， m H T ——开有人孔的塔板间距，mH F —— 进料段高度， mS ——人孔数目则 H=1.0+（24-2-4） ×0.45+4×0.8+0.8+1.2=14.3m 裙座高度为 2.0+1.5D/2=2.6m 封头高度取 0.6m 塔的总高为：Z=14.3+2.6+0.6=17.5m1.5.2.3 塔板结构设计由于液体流量为 5.14m 3/h ，塔径为 0.8m ，根据表 5-4，塔板溢流形式应该选 择单流型（1）溢流堰尺寸堰长 l w溢流堰选择平直堰，取堰长l w =0.65D=0.528m 堰高 h w 堰上液层高度232.84 l h3E1000 l w近似取 E=1，则可由列线图查出 h ow 值。

查得how=0.024m堰高 h w 由选取清液层高度 h L 确定 h w =h L -h ow =0.07-0.024=0.046m 降液管底隙高度 h o选取凹形受液盘，考虑降液管阻力和液封， 即一般 h o <h ow ，因此可选取底隙 高度h o=40mm降液管宽度 W d 和面积 A fhow查降液管宽度与面积图， l w /D=0.65,得：A f /A T =0.07W d /D=0.14 由以上设计结果得弓形降所占面积2A f =0.5027 ×0.07=0.035m 2降液管宽度W d =0.112m 液体在降液管中的停留时间，即3600A f H T =f T=13.70s >3～ 5sLh故降液管尺寸满足要求。

1.5.2.4 塔板布置及浮阀数目排列取阀孔动能因子 F o =10，求得孔速：取塔板边缘区宽度 W c =0.04m ，溢流堰前的安定区宽度 W s =0.08m 对单流型塔板，开孔区面积如下，即：A a =2(X R 2-X 2+ Rsin -1X)180 R其中： X= D(W d W s ) 0.28m;2DR= -0.04= 0.36m; 2sin 10.28512A a =0.36m浮阀排列方式采用等腰三角形叉排。

三角形的底边 t 固定为 75mm ，则估算三角形的高 h (排间距)，求每层板上的浮阀数：采用 F 1 型浮阀，取孔直径 d o =40mm ，则浮阀数 n=d 20u 04= 8.17,圆整取 9.0.36 则鼓泡区面积1.5.2.5 塔板流体力学校核（1）压降 气相通过浮阀塔的压强降h p =h c +h 1+h干板阻力板上充气液层阻力：本设备分离环己烷和甲醇等的混合物，取充气系数 β =0.，6 则h 1=β（h w +h ow ）=0.0042m 液柱液体表面引力的阻力此阻力很小，可以忽略不计。

因此，与气体流经一层浮阀塔板的压强降所相应的液柱高度为：h p =0.024+0.042=0.066m则单板压降p p =h p L g= 0.066 ×780.76 ×9.81=505.51Pa2）液泛 为防止液泛现象的发生，要求控制降液管中清液层的高度，即要求 H d < H T +h W ，而 H d h p h L h d ， h p 为气体通过塔板的压强降所相当的液柱高度，前已算出h p =0.064m 液柱液体通过降液管的压头损失 因不设进口堰，则h d 1.53（ lLhs）2 lw ho= 0.00454 液柱 板上清液层高度 h L =0.07mh= Ant p=53mm因 u o 小于 u oc ，故h c =0.024m 液柱h=4LLgd o=2.26 ×10-4m 液柱uoc0.30m19.9u 00.175v则H d=0.066+0.00454+0.07=0.141m取=0.6，又已选定H T=0.45m，h w=0.046m，则H T+h W =0.6 ×(0.45+0.046)=0.2976m 可见H d< H T +h W ，符合防止淹塔要求。

(3)雾沫夹带按下列式计算泛点率，即V V +1.36LZL - VF= L V 100%KC F A b其中Z=D-2W d=0.576m2A b=A T-2A f =0.4329m2664.81C F=0.0510.512 1.36 4.14 0.576780.76 664.8136.53%代入数据得F=1.0 0.05 0.4329 3600泛点率在80%以下，故可知雾沫夹带量能满足e V <0.1Kg（液）/Kg （气）的要求。

1.5.2.6塔板的负荷曲线计算1）过量雾沫夹带线（气相负荷上限线）由泛点率整理得出过量雾沫夹带线6620 10 6 0.24 10 6 L SV S（2）液泛线=h c h l h H L h d 确定液泛线。