蒸馏和吸收塔设计

出处：按学科分类—工业技术 南京大学出版社《工程师实用手册》第680页（3535字）

(一)板式塔

1．塔高

式中 Z——塔高(m)；

N_T——塔内所需的理论板层数；

E_T——总板效率；

H_T——塔板间距(称板距)(m)，参考数据如表16－67．

表16－67 浮阀塔板距参考数值

2．塔径

式中 D——塔径(m)；

v_s——塔内气体流量(m³／s)；

v——空塔气速，即按空塔计算的气体线速度(m／s)。

3．溢流装置

板式塔中溢流装置是指溢流堰出口和降液管。其作用是维持板上有一定液层，并使液层均匀。一般取堰长：

L_W单=(0．6～0．8)D(单溢流)

L_W双=(0．5～0．6)D(双溢流)

式中D为塔径。堰高：

h_W=h_L－h_Ow

式中 h_L——板上液层高度(m)；

h_W——堰高(m)；

h_OW——堰上液层高度(m)。

降液管底隙高度：

式中 L_s——塔内液体流量(m³／s)；

L_W——堰高(m)；

v₀′——液体通过降液管底隙的流速(m／s)，根据经验，一般可取v₀′=0．07～0．25(m／s)

4．塔板布置

塔板有整块式与分块式两种。直径在800mm以内的小塔采用整块式塔板，直径在900mm以上用分块式塔板。塔板面积可分四个区域，即：鼓泡区、溢流区、破沫区、无效区。

5．浮阀的数目与排列

浮阀塔的操作性能以板上所有浮阀处于刚刚全开时的情况为最好，这时塔板的压强降及板上液体的泄漏都比较小而操作弹性较大。浮阀的开度与阀孔处气相的动压有关，而动压的大小取决子气体的速度与密度。气体速度与密度组成“动能因素”作为衡量气体动压大小的指标。气体通过阀孔时的动能因数F0为：

式中 F₀——气体通过阀孔的动能因数；

v₀——气体通过阀孔时速度(m／s)；

ρ_r——气体密度(kg／m³)。

阀孔气速：

阀孔数N：

式中 v_s——上升气体流量(m³／s)；

d₀——阀孔直径。

同一排的阀孔中心距t应大致符合以下关系：

等边三角形排列时：

式中 d₀——阀孔直径(m)；

A₀——阀孔总面积，；

A_a——鼓泡区面积(m²)

等腰三角形排列时：

式中 t′——相邻两排阀孔中心线的距离(m)；

N——阀孔总数(加压塔开孔率10%以下，常压和降压塔开孔率10～14%)。

单溢流板塔鼓泡区面积A_a：

式中 ；；

W_d——弓形降溢管的宽度(m)；

W_s——破沫区宽度(m)；

W_c——边缘区宽度(m)。

以上是浮阀塔板设计主要尺寸的计算内容。

(二)填料塔的计算

1．塔径

式中 D——塔径(m)；

v_s——气体体积流量(m³／s)；

v——空塔气速(m／s)，一般是泛点气速的50～85%。

2．塔高

填料塔的高度主要取决于填料层高度。而填料层高度常采用以下两种计算方法：

1)传质单元法

填料层高度Z=传质单元高度×传质单元数

2)等板高度法(默奇经验公式)⁽¹⁾

填料层高度Z=等板高度×理论板层数

式中 HETP——等板高度(m)；

G——气相的塔质量速度［kg／(m²·h)］；

D——塔径(m)；

Z——填料层高度(m)；

C₁、C₂、C₃——常数，取决于填料类型及尺寸；

α——相对挥发度；

μ_L——液相粘度(mPa·s)；

ρ_L——液相密度(kg／m³)。

3)填料塔附件

填料塔的附件包括填料支承装置、填料压板、液体分布装置及再分布装置、气体进口分布装置及出口除雾装置等。合理选择、仔细设计塔的附件十分重要，不可掉以轻心。

(三)设计参考资料

1．物性系数K(表16－68)

表16－68 物性系数K

2．液体负荷与溢流类型的关系(表16－69)

表16－69 液体负荷与溢流类型的关系

3．浮阀塔板间距参考数值(表16－70)

表16－70 浮阀塔板间距参考数值

4．几种填料的特性数据(部分)(表16－71)

表16－71 几种填料的特性数据(部分)

5．默奇公式中的常数值

表16－72 默奇公式中的常数值