工艺设计要点之十八板式塔
精馏装置-板式塔的结构和原理
精馏塔是进行精馏的一种塔式汽液接触装置。
作为精馏过程的主要设备，有板式塔与填料塔两种主要类型。
根据操作方式又可分为连续精馏塔与间歇精馏塔。
今天就带大家了解板式塔的结构和原理。
一、板式塔板式塔通常是由一个圆柱型的壳体及沿塔高按一定的间距水平设置的若干层塔板（或塔盘）所组成。
板式塔实物图板式塔结构图二、板式塔塔板板式塔的塔板可分为有降液管及无降液管两大类。
有降液管的一般液体呈错流式，无降液管的液体呈逆流式。
板式塔由塔板不同可以分为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、舌型板和斜孔板等等。
其中以泡罩塔，浮阀塔和筛板塔在工业生产中使用最为广泛。
三、泡罩塔泡罩塔板是工业上应用最早的塔板，它由升气管及泡罩构成。
泡罩安装在升气管的顶部，分圆形和条形两种，以前者使用较广。
泡罩有f80、f100和f150mm三种尺寸，可根据塔径大小选择。
泡罩下部周边开有很多齿缝，齿缝一般为三角形、矩形或梯形。
泡罩在塔板上为正三角形排列。
泡罩边缘开有纵向齿缝，中心装升气管。
升气管直接与塔板连接固定。
塔板下方的气相进入升管，然后从齿缝吹出与塔板上液相接触进行传质。
由于升气管作用，避免了低气速下的漏液现象。
优点：该塔板操作弹性，塔效率也比较高，运用较为广泛。
缺点：是结构复杂，塔压降低，生产强度低，造价高。
四、筛板塔筛孔塔板简称筛板，其结构特点是在塔板上开有许多均匀小孔，孔径一般为3～8mm。
筛孔在塔板上为正三角形排列。
塔板上设置溢流堰，使板上能保持一定厚度的液层。
筛板塔的优点是结构简单、造价低，生产能力大，板上液面落差小，气体压降低，同时塔板效率较高。
缺点是操作弹性小，筛孔易堵塞，不宜处理易结焦、黏度大的物料。
五、浮阀塔浮阀是20世纪二战后开始研究，50年代开始启用的一种新型塔板，后来又逐渐出现各种型式的浮阀。
其型式有圆形、方形、条形及伞形等。
较多使用圆形浮阀，而圆形浮阀又分为多种型式。
其特点是浮阀取消了泡罩塔的泡罩与升气管，改在塔上开孔，阀片上装有限位的三条腿。
工艺设计要点之十八：板式塔
工艺设计要点之十八：板式塔1。
对于理想混合物，其相对挥发度可以取其纯组分蒸汽压的比值。
2。
塔的操作压力主要取决于冷凝器中冷剂的冷凝温度，以及再沸器中为避免工艺物流热降解而允许的最高温度。
3。
对于顺序分离精馏塔系列：首先进行最容易的分离(采用最小塔板数及最小回流比)如果相对挥发度及进料组成变化不是很大，可一次将需要的产品精馏出塔顶。
如果相对挥发度及进料组成变化很明显，按照其挥发度的降序排列，依次精馏出所需产品。
如果进料浓度变化很明显，但是相对挥发度相差不多，按照其浓度的降序排列，依次精馏出所需产品。
4。
最经济的回流比通常在最小回流比的1.2 ~ 1.5倍之间。
5。
最经济的塔板数通常取最小理论板数的两倍，而最小理论板数是由Fenske-Underwood关联式决定的。
6。
通常塔盘设计中实际塔盘数目要比计算值富余出10 % 。
7。
板间距应该取450 ~ 610 mm 。
8。
塔盘效率最高值通常在中等压力下蒸气线速度为0.6 m/s ；真空条件下蒸气线速度为1.8 m/s 。
9。
每块塔盘的典型压降为0.007 bar。
10。
水溶液物系精馏的塔盘效率通常在60 ~ 90 % ，而气体吸收和汽提塔的塔盘效率接近于10 ~20 %。
12。
最常见的三类塔盘为浮阀、筛板和泡罩。
泡罩适用于要求低漏液率的工况，其压降比浮阀和筛板塔盘还要低。
13。
筛板塔盘筛孔直径约为6 ~ 13mm，开孔面积约占塔盘总鼓泡面积的10 %。
14。
浮阀塔盘阀孔直径为38mm，每平方米鼓泡面积中约设置130 ~ 150个浮阀。
15。
最普通的堰高为50 ~ 76 mm，典型的堰长取塔径值的75 %。
16。
回流泵的输送能力应该有至少10 %的设计余量。
17。
适宜的Kremser吸收因子通常在1.25 ~ 2.00之间。
18。
回流罐通常是卧式安装，设计停留时间为5分钟时充满罐容积的一半。
19。
对大多数的塔，直径至少为0.9 m ，其顶部应该留1.2 m高度的蒸气排放空间，底部应该留1.8 m高度的釜液累积排放和再沸器返回接口空间。
工艺设计基本知识-塔
工艺设计基本知识培训2.板式塔与填料塔的比较3.塔器选用顺序4.1 设计参数及要求(塔系统相关设备设计压力)在确定塔系统中相关设备的设计压力时，应考虑塔内压力降（△P T ）和静液柱（HD T ）等因素。
设备的设计压力如下：塔设计压力= DP T （指塔顶的设计压力）塔底设计压力=DP T +△P T ＋HD T 安全阀开启压力P S =DP T 一△P再沸器设计压力DP R ＝DP T 十△P T + H dR 塔顶冷凝器和回流罐设计压力=P S当有火灾时，大量蒸气从回流罐通过冷凝器回流到安全阀，使冷凝器和回流罐的压力上升，因此必须提高这两个设备的设计压力，或增加一根带止逆阀由回流罐到安全阀的旁路管道，如图中虚线所示，此法比加大回流罐设计压力更合理。
换热器设计压力DP C =DP T 十H dc ＋△P T 十△P T1式中H dc ——换热器中心线到进塔管接管口静液柱；△P T ——换热器到塔连接管口间摩擦压力降；△P T1 ——塔顶到进塔接管口之间的塔内压力降。
必要时，根据火灾危险条件或列管断裂条件来确定换热器的设计压力。
4.1 设计参数及要求（第1张表）10）设计寿命大直径钢制管法兰分为A和B两个系列，两个系列的法兰尺寸完全不同，不能互换，相连的两个设备必须采用相同的法兰系列。
公称压力范围：CL75、CL150、CL300、CL600、CL900。
公称直径范围：DN650-DN1500。
法兰结构型式：仅有对焊法兰，密封面有突面、平面和环连接面。
法兰标准法兰标准4.3 设备条件图（第3张表）板式塔高度及进料位置的确定：板式塔的高度由主体高度Hz、顶部空间高度Ha、底部空间高度Hb以及裙座高度Hs等部分组成，如图所示：进料包括回流进料、物料进料、再沸器返回进料等进料状态有液相、汽液两相等进料位置和所需空间应根据进料状态及进料方式进行确定塔人孔的确定。
板式塔基本知识
板式塔的焊接技术
01
02
03
04
焊接设备
选择合适的焊接设备和焊接工 艺，确保焊接质量和效率。
焊接材料
选择符合要求的焊接材料，包 括焊条、焊丝、焊剂等。
焊接顺序
制定合理的焊接顺序，确保焊 接变形和应力控制在允许范围
内。
焊接检验
对焊接过程和焊接结果进行检 验，确保焊接质量和安全性。
板式塔的检测与试验
安装内部构件
在塔体内安装内部构件，如填 料、支撑板、分布器等，确保 流体力学性能良好。
准备基础
根据塔体尺寸和重量，设计并 准备基础，要求基础承载能力 足够且稳定。
安装支撑和固定件
在塔体上安装支撑和固定件， 确保塔体的稳定性和承重能力 。
安装附件
如楼梯、平台、栏杆等，确保 人员和设备安全。
板式塔的调试与运行
的抗堵塞性能。可以通过优化塔板结构、选择合适的材料等方式来提高
抗堵塞性能。
板式塔的工艺设计
流程方案
设计板式塔的工艺流程方案需要考虑物料的性质、处理量、分离要求等因素。 根据这些因素选择合适的流程方案，包括流程的复杂程度度、气液流量比、操作压力等。这些参数需 要根据工艺要求和实际情况进行选择和调整。在设计时需要考虑到这些参数对 塔性能的影响。
板式塔的基本结构
塔体
通常由碳钢或不锈钢制成，用来支撑塔板和 内部件。
塔板
是板式塔的核心部件，由平整的金属板构成， 板上开有许多孔，以便液体通过。
降液管
位于塔板的下方，将液体从塔板上引到下一层塔 板。
溢流堰
位于降液管的上方，用于保持液面高度和防止液体 从塔板上的孔溢出。
支承板
用于支撑上一层塔板的重量，并防止塔板变形。
板式塔知识点总结
板式塔知识点总结一、板式塔的定义板式塔是一种结构设计较为简单、造型独特的建筑物，通常用于提供通讯、电视信号传输或风力发电等用途。
它由一系列横向和纵向的钢板构成，通过捆绑或焊接在一起形成一个整体。
二、板式塔的结构1. 基础结构：板式塔的基础结构通常是混凝土浇筑的抗震支撑基座，用于支撑塔体，使其稳定立于地面。
2. 主体结构：板式塔的主体结构通常是由角钢、横向钢板和纵向钢板构成的，通过螺栓、焊接或捆绑在一起形成一个稳定的整体。
3. 附件结构：板式塔的附件结构包括横梁、支撑杆、拉索等，用于增强塔体的稳定性和承载能力。
三、板式塔的分类1. 通讯塔：通讯塔通常用于支撑通讯天线、微波天线等设备，为无线通讯提供信号传输服务。
2. 电视塔：电视塔用于支撑电视信号发射天线，为广播电视信号的传输提供服务。
3. 风力发电塔：风力发电塔用于支撑风力发电机组，将风能转化为电能。
4. 观光塔：观光塔通常建造在风景名胜区，供游客观光娱乐之用。
四、板式塔的优点1. 结构简单：板式塔采用钢板构成，结构简单，安装方便快捷。
2. 空间利用率高：板式塔的结构设计紧凑，能够在较小的基地面积上提供较大的通讯或发电服务范围。
3. 耐风抗震性能优异：板式塔能够在恶劣天气条件下保持稳定，具有良好的抗风抗震性能。
4. 维护成本低：板式塔不需要经常性的维护，使用寿命长，维护成本低。
5. 美学性好：板式塔的造型独特，可以成为城市的地标建筑，具有一定的美学价值。
五、板式塔的应用领域1. 通讯行业：板式塔被广泛应用于通讯行业，用于支撑通讯天线、微波天线等设备，提供信号传输服务。
2. 电力行业：板式塔作为高压输电线路的一种支撑结构，被广泛应用于电力行业，用于支撑输电线路。
3. 新能源领域：板式塔被用于支撑风力发电机组，将风能转化为电能。
4. 观光旅游业：板式塔可以建造在风景名胜区，成为一种观光旅游设施。
六、板式塔的设计与施工1. 设计：板式塔的设计首先要考虑塔体的高度、承载能力、抗风抗震性能等因素，然后进行结构设计和材料选型。
板式塔(筛板塔)设计
4.3 筛孔塔板的设计程序
塔板设计的基本程序是：
（1）选择板间距和初步确定塔径；
（2）根据初选塔径，对筛板进行具体结构的设计；
（3）对所设计的塔板进行流体力学校核，如有必 要，需对某些结构参数加以调整。
4.3.1板间距的选择和塔径的初步确定
一、板间距的选择 HT的大小与液泛和雾沫夹带有密切关系 理论上，存在一个经济上最佳的HT； 实际上， HT 的选择常取决于制造和维修的方便，可 参考下表选择。
Nm
NR 1 ET
式中 Nm —— 实际加料板位置 NR —— 精馏段理论板数 由于在计算中引用了诸多简化假定， Nm 与实 际情况有一定偏差。所以在设计时可在 Nm 的上下 各多设一个加料口，待开车调试时再确定最佳实 际加料板位置。
3.4.2塔板效率的估计
塔板效率与物系性质、塔板结构及操作条件 等众多因素有关，尚无精确的计算方法。 常用的估计方法有： （1）参考生产现场同类型的塔板、物系性质 相同（或相近）的塔板效率数据。 （2） O’connell关联图
根据塔设备系列化规格，将 D 圆整后作 为初选塔径。
4.3.2 塔板结构设计
一、溢流堰的型式和高度的选择 （1）溢流堰一般为平顶的，当堰上液高how≤6mm时应 采用齿形堰。 （2）溢流堰高度hw太低，板上泡沫层亦低，相际接触 表面小；hw太高，液层阻力大，板压降高。 堰高hw可参考下表选定。
表 3 各种操作情况的堰高参考表
钢塔板取3~4mm;合
金钢板取2~2.5 mm do —— 孔径
开孔截面积 塔截面积 降液区面积
图 5 干板孔流系数
(2) 液层阻力
hl hw how
2/3
式中堰上液高 how 2.84 103 E Lh l w
板式塔(荟萃知识)
板式塔主要类型的结构和特点工业上常用的板式塔有：泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、穿流栅孔板塔浮阀塔具有的优点：生产能力大，塔板效率高，操作弹性大，结构简单，安装方便。
二、板式塔的流体力学特性1、塔内气、液两相的流动A 使气液两相在塔板上进行充分接触以增强传质效果B 使气液两相在塔内保持逆流，并在塔板上使气液量相保持均匀的错流接触，以获得较大的传质推动力。
2、气泡夹带：液体在下降过程中，有一部分该层板上面的气体被带到下层板上去，这种现象称为气泡夹带。
3、液（雾）沫夹带：气体离开液层时带上一些小液滴，其中一部分可能随气流进入上一层塔板，这种现象称为液（雾）沫夹带。
4、液面落差液体从降液管流出的横跨塔板流动时，必须克服阻力，故进口一侧的液面将比出口这一侧的高。
此高度差称为液面落差。
液面落差过大，可使气体向上流动不均，板效率下降。
5、气体通过塔板的压力降压力降的影响：A 气体通过塔板的压力降直接影响到塔低的操作压力，故此压力降数据是决定蒸馏塔塔底温度的主要依据。
B 压力降过大，会使塔的操作压力改变很大。
C 压力降过大，对塔内气液两相的正常流动有影响。
压力降：ΔPP =ΔPC+ΔPL+ΔPδ塔板本身的干板阻力ΔPC板上充气液层的静压力ΔPL液体的表面张力ΔPδ折合成塔内液体的液柱高度M，则ΔPP /ρLg=ΔPC/ρLg +ΔPL/ρLg +ΔPδ/ρLg即hp =hc+hL+hδ浮阀塔的压力降一般比泡罩塔板的小，比筛板塔的大。
在正常操作情况，塔板的压力降以290—490 N/m2 .在减压塔中为了减少塔的真空度损失，一般约为98—245Pa 通常应在保证较高塔板效率的前提下，力求减少塔板压力降，以降低能耗及改善塔的操作性能。
6、液泛（淹塔）汽液量相中之一的流量增大到某一数值，上、下两层板间的压力降便会增大到使降液管内的液体不能畅顺地下流。
当降液管内的液体满到上一层塔板溢流堰顶之后，便漫但上层塔板上去，这种现象，称为液泛（淹塔）如气速过大，便有大量液滴从泡沫层中喷出，被气体带到上一层塔板，或有大量泡沫生成。
设计实例(板式塔)
和热敏性物料,因为强制循环流速高,停留时间短,有利于工艺流体循 环流量的控制和调节.
精馏方案的选定
5.冷却方式
1)冷却剂----通常是水,水温随气候而定.入口一般为15℃-20℃,出口<50℃，目的防止溶解于水中的无机盐析出.
冷却剂 还可以是冷冻盐水.液氨等，一般用于较低温度。
控制再沸器中加热蒸气压力的恒 定是保证操作稳定的条件之一,但 原料液或回流液的流量和温度发 生变化时,稳定情况也会受到一定 的影响
为了使进料保持稳定,一般入塔的 原料液由高位槽供给,以免受泵的 流量波动的影响.
为了保持回流液的稳定,冷凝器常 采用冷却水,而不用塔顶蒸气预热 原料液.因为塔顶蒸气量如有波动, 将影响回流液量及进料温度.从而 影响整个塔的操作稳定性。有时 也把冷凝器分割为两部分,一部分 预热原料液,另一部分用冷却水使 蒸气冷凝.这样可以用控制冷却水 量来控制冷凝器的操作,同时保证 进料温度一定.
热敏性和高沸点的物料-----减压操作.P降低,相对挥
发度提高,有利于分离.操作的平均温度降低,加热剂温度降低.但可导致D增 加,塔顶蒸气冷凝温度降低,必须使用真空设备.相应的操作费用和设备费用增 加.
由于塔板压降,从塔顶到塔底压力逐渐增加,温度也相应的增加(物料组成 和压力同时作用的结果).因而沿塔物性和气液负荷也随之变化.
塔板间距与塔径同时考虑。 板间距大，塔径可小些。 对于板数较多的塔，取较 小的板间距，可适当降低 塔高。
塔径的估算
塔径的大小取决于上升的蒸汽流量和空塔气速
适宜的空塔气速与流体的物理性质、塔板结 构、流体力学等情况有关。计算时 u=(0.6~0.8)umax D 4Vs
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工艺设计要点之十八：板式塔
1。
对于理想混合物，其相对挥发度可以取其纯组分蒸汽压的比值。
2。
塔的操作压力主要取决于冷凝器中冷剂的冷凝温度，
以及再沸器中为避免工艺物流热降解而允许的最高温度。
3。
对于顺序分离精馏塔系列：
首先进行最容易的分离(采用最小塔板数及最小回流比)
如果相对挥发度及进料组成变化不是很大，可一次将需要的产品精馏出塔顶。
如果相对挥发度及进料组成变化很明显，按照其挥发度的降序排列，依次精馏出所需产品。
如果进料浓度变化很明显，但是相对挥发度相差不多，
按照其浓度的降序排列，依次精馏出所需产品。
4。
最经济的回流比通常在最小回流比的1.2 ~ 1.5倍之间。
5。
最经济的塔板数通常取最小理论板数的两倍，
而最小理论板数是由Fenske-Underwood关联式决定的。
6。
通常塔盘设计中实际塔盘数目要比计算值富余出10 % 。
7。
板间距应该取450 ~ 610 mm 。
8。
塔盘效率最高值通常在中等压力下蒸气线速度为0.6 m/s ；
真空条件下蒸气线速度为1.8 m/s 。
9。
每块塔盘的典型压降为0.007 bar。
10。
水溶液物系精馏的塔盘效率通常在60 ~ 90 % ，而气体吸收和汽提塔的塔盘效率接近于10 ~
20 %。
12。
最常见的三类塔盘为浮阀、筛板和泡罩。
泡罩适用于要求低漏液率的工况，其压降比浮阀和筛板塔盘还要低。
13。
筛板塔盘筛孔直径约为6 ~ 13mm，开孔面积约占塔盘总鼓泡面积的10 %。
14。
浮阀塔盘阀孔直径为38mm，每平方米鼓泡面积中约设置130 ~ 150个浮阀。
15。
最普通的堰高为50 ~ 76 mm，典型的堰长取塔径值的75 %。
16。
回流泵的输送能力应该有至少10 %的设计余量。
17。
适宜的Kremser吸收因子通常在1.25 ~ 2.00之间。
18。
回流罐通常是卧式安装，设计停留时间为5分钟时充满罐容积的一半。
19。
对大多数的塔，直径至少为0.9 m ，其顶部应该留1.2 m高度的蒸气排放空间，
底部应该留1.8 m高度的釜液累积排放和再沸器返回接口空间。
20。
由于风载和基础的原因，塔高不宜超过为60 m。
21。
塔的长径比一般不超过30，最好低于20。
22。
根据塔径粗估再沸器热负荷：
Q = 1.36×D2对于加压精馏塔；
Q = 0.8×D2对于常压精馏塔；
Q = 0.4×D2对于真空精馏塔。
其中热负荷Q，106 kcak/hr；塔径D，m。