4.3.1 概述
在化工、石油化工及煉油中，由於煉油工藝和化工生產工藝過程的不同，以及操作條件的不同，塔裝置內部結構形式和材料也不同。塔裝置的工藝效能，對整個裝置的產品產量、質量、生產能力和消耗定額，以及「三廢」處理和環境保護等各個方面，都用重大的影響。
在石油煉廠和化工生產裝置中，塔裝置的投資費用佔整個工藝裝置費用的25.93%。塔裝置所耗用的鋼材料重量在各類工藝裝置中所佔的比例也較多，例如在年產250萬噸常壓減壓煉油裝置中耗用的鋼材重量佔62.
4%，在年產60-120萬噸催化裂化裝置中佔48.9%。因此，塔裝置的設計和研究，對石油、化工等工業的發展起著重要的作用。
本專案以正丁醇精餾塔的為例進行設計。
4.3.2 塔型的選擇
塔主要有板式塔和填料塔兩種，它們都可以用作蒸餾和吸收等氣液傳質過程，但兩者各有優缺點，要根據具體情況選擇。
a．板式塔。塔內裝有一定數量的塔盤，是氣液接觸和傳質的基本構件；屬逐級（板）接觸的氣液傳質裝置；氣體自塔底向上以鼓泡或噴射的形式穿過塔板上的液層，使氣液相密切接觸而進行傳質與傳熱；兩相的組分濃度呈階梯式變化。
b．填料塔。塔內裝有一定高度的填料，是氣液接觸和傳質的基本構件；屬微分接觸型氣液傳質裝置；液體在填料表面呈膜狀自上而下流動；氣體呈連續相自下而上與液體作逆流流動，並進行氣液兩相的傳質和傳熱；兩相的組分濃度或溫度沿塔高連續變化。
4.3.2.1 填料塔與板式塔的比較：
表4-2 填料塔與板式塔的比較
4.3.2.2 塔型選擇一般原則：
選擇時應考慮的因素有：物料性質、操作條件、塔裝置效能及塔的製造、安裝、運轉、維修等。
（1）下列情況優先選用填料塔：
a.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效率，故可採用新型填料以降低塔的高度；
b.對於熱敏性物料的蒸餾分離，因新型填料的持液量較小，壓降小，故可優先選擇真空操作下的填料塔；
c.具有腐蝕性的物料，可選用填料塔。因為填料塔可採用非金屬材料，如陶瓷、塑料等；
d.容易發泡的物料，宜選用填料塔。
（2）下列情況優先選用板式塔：
a.塔內液體滯液量較大，操作負荷變化範圍較寬，對進料濃度變化要求不敏感，操作易於穩定；
b.液相負荷較小；
c.含固體顆粒，容易結垢，有結晶的物料，因為板式塔可選用液流通道較大的塔板，堵塞的危險較小；
d.在操作過程中伴隨有放熱或需要加熱的物料，需要在塔內設定內部換熱元件，如加熱盤管，需要多個進料口或多個側線出料口。這是因為一方面板式塔的結構上容易實現，此外，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；
e.在較高壓力下操作的蒸餾塔仍多採用板式塔。
綜合考慮，本專案採用板式塔。
4.3.3 塔盤的型別與選擇
4.3.3.1 板式塔塔板種類：
根據塔板上氣、液兩相的相對流動狀態，板式塔分為穿流式和溢流式。目前板式塔大多採用溢流式塔板。穿流式塔板操作不穩定，很少使用。
4.3.3.2 各種塔盤效能比較：
工業上需分離的物料及其操作條件多種多樣，為了適應各種不同的操作要求，迄今已開發和使用的塔板型別繁多。這些塔板各有各的特點和使用體系，現將幾種主要塔板的效能比較列表如下：
表4-3 幾種主要塔板的效能比較
下表給出了幾種主要塔板效能的量化比較
表4-4 幾種主要塔板效能的量化比較
從以上各圖可以看出：浮閥塔在蒸汽負荷、操作彈性、效率和**等方面都比泡罩塔優越，結合本專案實際情況，初步選擇浮閥塔。
浮閥塔的工藝尺寸計算
提取aspen plus各塔板上的物性引數，選取塔板上氣液相負荷最大的第3塊塔板進行手工計算和校核，然後再用kg-tower進行軟體計算，通過比較來檢查計算的正確性。第3塊物性引數如下表：
表4-5 浮閥塔塔板引數
1.塔徑計算
初選塔板間距
板上液層高度
氣液兩相流動引數：
查史密斯關聯圖
圖4.1 史密斯關聯圖
可查得：
矯正到表面張力為0.00699157n/m時
泛點氣速
為避免霧沫夾帶及液泛的發生，一般情況，
在此取安全係數0.7，
流通截面積
由《化工原理》（朱家驊編制）表11.3選取塔板上的液體流動方式
本次設計選擇雙溢流弓形降液管，一般雙溢流型
此處取由《化工原理》（朱家驊編制）圖11.19查弓形降液管的引數，如下圖
所以圖4.2 弓形降液管引數圖
精餾段的塔徑圓整為2.8m，由《化工原理》（朱家驊編制）表11-2校核。
對應板間距範圍為≥800mm，故滿足條件，假設成立。
實際塔載面積
實際空塔氣速
2.溢流裝置
弓形降液管：
故堰長降液管面積
由《化工原理》（朱家驊編制）圖11.19弓形降液管的引數圖
查得故降液管寬度
為降低氣泡夾帶，液體在降液管內應有足夠的停留時間以使氣體從液相中分離出，一般要求不應小於3~5s，而對於高壓下操作的塔以及易起泡的物係，停留時間應更長些，為此，必須進行校核。
液體在降液管中停留時間：
故降液管尺寸適宜。
溢流堰取
則圖4.3 液體收縮係數計算圖
由《化工原理》（朱家驊編制）圖11.20液體收縮係數計算圖查得：
由弗朗西斯公式，堰上液層高度
堰高受液盤和底隙：
塔板上接受降液管流下液體的那部分區域稱為受液盤，常用平形型式。為減小液體流動阻力和考慮到固體雜質可能在底隙處沉積，所以不可過小。但若
過大，氣體又可能通過底隙竄入降液管，故底隙宜小些以保證液封。取則
塔板布置
a.受液區和降液區：一般這兩個區域的面積相等，均可按降液管截面積計。
b.邊緣區：在塔壁邊緣留出一定寬度的環形區域供固定塔板用。
c.入口安定區和出口安定區，通常寬度相等。
d.有效傳質區：餘下的塔板上有浮閥孔的區域。
於此處考慮：
塔徑，採用分塊組裝式；
邊緣寬度取；
安定區寬度均取；
降液管寬
4.3.4 浮閥數目n及孔間距
f1重型浮閥閥孔直徑。取。
閥孔氣速
每層塔板浮閥數
圓整為浮閥排列：採用等腰三角形叉排。
由上一小節所假設,鼓泡區面積為其中故
則由於塔直徑d=2.8m，採用分塊式塔板四塊（其中兩塊弓形板、通道板和矩形板各一塊）。
以等腰三角形交叉方式繪圖排列如圖所示：
圖4.4 塔板內部結構圖
由排布圖可得實際的開孔數950個
在適宜範圍8-12內
塔板開孔率
1.塔板的流體力學校核
塔板壓降校核：
a、乾板阻力
閥全開前：
閥全開後：
臨界速度有故
b、板上充氣液層阻力
故塔板壓降為
滿足要求。
液沫夾帶的校核：
因塔徑d>900mm,應控制泛點率不超過80%。
由及查《化工原理》（朱家驊編制）圖11.22泛點負荷因子圖：
圖4.5 泛點負荷因子圖
得cf=0.15，並查物性係數表得k=1
滿足上述條件，不會發生過量霧沫夾帶。
2.溢流液泛校核：
為了防止液泛發生，降液管中清液層高度應滿足如下關係式其中故
取泡沫層液泛因子
故不會發生液泛，塔板間距選擇合適。
3.塔板負荷效能圖：
a.漏液線（氣相負荷下限線）
取時由下式計算得到最小氣量vs
標繪於塔板負荷效能圖中得到直線1。
b.過量霧沫夾帶線（氣相負荷上限線）
由於塔徑d>900mm，臨界泛點率為80%。
代入下式，得到vs與ls關係式
其中代入資料整理得：
標繪於塔板負荷效能圖中得到直線2。
c.液相負荷下限線
以平堰上液層高度作為液相負荷下限標準
有標繪於塔板負荷效能圖中得到直線3。
d.液相負荷上限線
液體在降液管中最短停留時間以3s計算，計算液相負荷的最大值
標繪於塔板負荷效能圖中得到直線4。
e.溢流液泛線
已知堰高
其中聯立解得
將上述各式代入聯立得
標繪於塔板負荷效能圖中得到直線5。
圖4.6 浮閥塔塔板操作效能圖
由圖可知，操作線位介五條曲線之間，且有一定操作彈性空間，設計合理。
4.3.6 塔機械工程設計
1.塔高的計算
實際塔板數n
由aspen plus提取的資料可以，實際塔盤數為18
塔頂空間高hd
塔頂空間高度的作用時安裝塔板和開人孔的需要，也使氣體中的液體自由沉降，減少塔頂出口氣中的液滴夾帶，空間高度一般取1.0~1.5m，這裡取=1.2m。
塔板間距ht
由上面計算可知
。開設人孔的板間距
設有人孔的上下兩塔板間距應大於等於600mm，這裡取。
人孔數取10塊板設定乙個人孔，實際塔板18塊，所以開3個人孔（包括塔頂和塔底人孔數）。
進料段空間高度
進料段高度取決於進料口結構形式和物料狀態，一般要比大，取=1000mm。
塔底空間高度hb
塔底空間高度具有貯存槽的作用，塔底釜液最好能在塔底有10~15min的儲量，以保證塔底料液不至排完。對於塔底產量較大的塔，塔底容量可取小些，取2~5min的儲量。提取aspen資料塔底料液出口體積流量v=119.
33，塔徑d=2.8m，t=3min
綜上可知塔筒體高度
裙座高度
筒體高度大於10m，塔徑1.9m>1m，所以採用圓柱形裙座：
封頭高度
封頭選取標準橢圓形封頭，根據jb/t4746-2002，知h=40mm，h=700mm。
接管的計算
（1）塔頂蒸汽接管
精餾塔的控制方案
摘要 精餾過程是乙個多變數的傳質過程，對於不同工況，不同要求的精餾塔，其控制方案也是有差別的，因此，針對不同的工藝要求，根據工藝過程的特點，選擇不同的控制方案，對於精餾塔的穩定操作以及產品質量的控制起著至關重要的作用。關鍵字 精餾塔加壓精餾減壓精餾自動控制 中圖分類號 o213.1文獻標識碼 a 文...
關於精餾塔操作的知識
聯絡調整，降低迴圈水溫，適當提高迴圈壓力。降低處理量或回流量。停工處理冷卻器。6 塔滿或空 一般是因為假液面被誤認為正常液面引起的，或是由於較長時間沒有檢查引起的。塔液面滿後，在操作上明顯特點是提不起溫度。如果是整個塔系統 包括回流罐 全部裝滿，就會引起系統壓力突然上公升，這種情況是非常危險的，所以...
甲醇 水精餾塔的設計
化工原理課程設計任務書 一 設計題目 甲醇 水分離板式精餾塔的設計 二 設計任務及操作條件 1 設計任務 生產能力 23000噸 年 操作週期 每年工作日為300天，每天24小時連續執行 進料組成 甲醇含量為46 塔頂產品組成 95 塔釜產品組成 3 2 操作條件 操作壓力常壓 進料熱狀態飽和液體進...