板式塔设计原理

对于每个塔板结构参数已设计好的塔,处理固定的物系时,要维持其正常操作,必须把气、液负荷限制在一定范围内。通常在直角坐标系中,标绘各种极限条件下的V -L 关系曲线,从而得到塔板适宜的气、液流量范围图形,该图形称为塔板的负荷性能图,如图1-23所示,一般由下列五条曲线组成。

⑴ 漏液线

线1为漏液线,又称为气相负荷下限线。气相负荷低于此线将发生严重的漏液现象,气、液不能充分接触,使塔板效率下降。筛板塔的漏液线由式(1-47)或式(1-48)作出,浮阀塔的漏液线由式(1-49)作出。

⑵ 雾沫夹带线

线2为雾沫夹带线。当气相负荷超过此线时,雾沫夹带量过大,使塔板效率大为降低。对于精馏,一般控制eV ≤0.1kg液/kg气。筛板的雾沫夹带线按式(1-50)作出。浮阀塔的雾沫夹带线按式(1-51)或式(1-52)作出。

⑶ 液相负荷下限线

线3为液相负荷下限线。液相负荷低于此线,就不能保证塔板上液流的均匀分布,将导致塔板效率下降。一般取how =6mm作为下限,按式(1-33)~式(1-37)中一式作出液相负荷下限线。

⑷ 液相负荷上限线

线4为液相负荷上限线,该线又称降液管超负荷线。液体流量超过此线,表明液体流量过大,液体在降液管内停留时间过短,进入降液管的气泡来不及与液相分离而被带入下层塔板,造成气相返混,降低塔板效率。通常根据液相在降液管内的停留时间应大于3s ,按式(1-24)作出此线。

⑸ 液泛线

线5为液泛线。操作线若在此线上方,将会引起液泛。根据降液管内的液层高度,按式(1-46)作出此线。

由上述各条曲线所包围的区域,就是塔的稳定操作区。操作点必须落在稳定操作区内,否则塔就无法正常操作。必须指出,物系一定,塔板负荷性能图的形状因塔板结构尺寸的不同而异。在设计塔板时,可根据操作点在负荷性能图中的位置,适当调整塔板结构参数来满足所需的弹性范围。

操作时的气相流量与液相流量在负荷性能图上的坐标点称为操作点。在连续精馏塔中,回流比一定,板上的气液比V /L 也为定值。在负荷性能图上,操作线可用通过坐标原点斜率为V/L的直线表示。通常把气相负荷上、下限之比值称为塔板的操作弹性系数,简称操作弹性。如图1-23所示,不同气液比的操作情况以OAB 、OCD 、OEF 三条操作线表示,其控制上限的条件不一定相同,而且操作弹性也不相同。因此,在设计和生产操作时,要作出具体分析,抓住真正的影响因素,以利于优化设计和操作。

1.6 板式精馏塔高度及其辅助设备

塔设备的总体结构如图1-24所示,包括塔体、塔体支座、除沫器、接管、手孔、人孔、塔内件等。

塔体是塔设备的外壳。常见塔体由等直径,等壁厚的圆筒及椭圆形封头的顶盖和底盖构成。随着化工装置的大型化,为了节约原材料,有用不同直径、不同壁厚的塔体。塔体的厚度除应满足工艺条件下的强度外,还应校核风力、地震、偏心载荷所引起的强度和刚度,同时要考虑水压实验、吊装、运输、开停工的情况。

塔体支座是塔体安放到基础上的连接部分,一般采用裙座,其高度由工艺条件的附属设备(如再沸器、泵)及管道布置决定。它承受各种情况下的全塔重量,以及风力、地震等载荷,为此,它应具有足够的强度和刚度。

除沫器用于捕集在气流中的液滴。使用高效的除沫器,对于提高分离效率,改善塔后设备的操作状况,回收昂贵的物料以及减少对环境的污染都是非常重要的。常用的有丝网除沫器和折板除沫器。

接管是用以连接工艺管路,使之与相关设备连成系统。有进液管、出液管、回流管、进气管、出气管、侧线抽出管、取样管、液面计接管及仪表接管等。

手孔、人孔和视孔是为了安装、检查的需要而设置的。吊柱设置在塔顶,用于安装和检修时运送塔内件。

1.6.1 塔高

塔高由下式计算(1-53)

图1-24 板式塔总体结构

1-裙座;2-裙座人孔;3-塔底液体出口;4-裙座排气口;5-塔体;6-人孔;7-蒸汽

入口;8-塔盘;9-回流入口;10-吊柱;11-塔顶蒸汽出口;12-进料口

式中 H ——塔高(不包括封头、裙座)m ;

N ——实际塔板数;

N F ——进料板数;

N P ——人孔数;

H T ——塔板间距,m ;

H F ——进料板处板间距,m ;

H P ——设人孔处板间距,m ;

H D ——塔顶空间(不包括头盖部分),m ;

H B ——塔底空间(不包括底盖部分),m 。

塔顶空间H D 的作用是安装塔板和除沫装置的需要,起减少雾沫夹带量的作用,一般H D=1.0~2.0m,塔径大时可适当增大。人孔数N P 是根据物料的清洁程度塔板安装的方便而定;对于易结焦、结垢的物料,每隔4—6块板开一人孔;对于清洁物料,每隔8—10块板开一人孔;若塔板上下都可拆,可隔15块板开一人孔。常在进料口设置防冲设施,进料段高度H F 应保证这些设施的方便安装。塔底空间具有中间贮槽的作用,塔釜料液最好能在塔底有l0—15min 的储量,以保证塔底料液不致排完,对于塔底产量大的塔,有时仅取3—5min 的储量。

1.6.2 接管尺寸与结构

接管的合适尺寸与在操作条件下管内的适宜流速的选择密切相关。塔顶蒸气的适宜流速为:常压操作时取12—20m/s,绝对压力为6000—14000Pa 时取30—50m/s,绝对压力小于6000Pa 时取50—70m/s。回流管内的适宜流速为:重力回流取0.2一0.5m/s,强制回流取

1.5—2.5m/s。进料管内适宜流速为:由高位槽入塔时取0.4一0.8m/s,由泵输送时取1.5一2.5m/s。塔釜出料管内适宜流速一般取0.5—1.0m/s。由公式计算得到的尺寸均应圆整到相应规格的管径。

⑴ 进料管(包括回流管)

当塔径D >800mm ,且物料清洁不易聚合时,一般采用简单的进料管,如图1-25所示。 当塔径D <800mm 时,人不能进入塔内检修,为了检修方便,进料管应采用带外套管的可拆结构,如图1—26所示。

进料管的安装尺寸可参考文献。

⑵ 塔釜出料管

当塔支座直径小于800mm 时,塔底出料管一般采用如图1—27(a)所示结构。当塔支

图1-27 塔釜出料管

图1—26 可拆结构的进料管

图1-25 简单的进料管

座直径大于800mm 时,出料管可采用图1—27(b)所示的结构。为了安装方便,引出管通 道直径应大于管法兰外径。

⑶ 进气管

当对气体分布要求不高时,采用图1—28(a)所示结构的进气管;当塔径较大且进气要求均匀时,可采用图1—28(b)所示结构的进气管,管上开有3排小孔,管径及小孔直径与数量由工艺条件决定。当蒸汽直接加热釜液时,蒸汽进入管安装在液面以下,管上小孔是朝下方或斜下方的。 小孔直径通常为5一10mm ,各孔中心相距5一10倍孔径。全部小孔截面积为进气管截面积的1.25一1.5倍。当进气管安装在液面以上时,小孔是朝上方或斜上方的。

图1—28 进气管结构

1.6.3再沸器

再沸器的任务是将部分塔底的液体蒸发以便进行精馏分离。再沸器是热交换设备,根据加热面安排的需要,再沸器的构造可以是夹套式、蛇管式或列管式;加热方式可以是间接加热或直接加热。设计者应注意以下设计目标:

①使设备成本低(保持较高的传热系数) ;

②使换热表面尽可能清洁(防止传热管表面结垢) ;

③对于易热分解的产品,应使其停留时间短,加热壁温低;

④能满足分离要求。

图1—29 塔底再沸器的形式

小型再沸器可直接安装在塔底部,但再沸器的横截面积要略大于塔体的截面。对于较大型的塔,再沸器一般安装在塔外。工业上使用最多的形式见图1—29。再沸器有立式和卧式之分:在立式再沸器中,被蒸发的液体在管内通过;在卧式再沸器中,被蒸发液体在管外通过。再沸器容量大时塔的操作稳定,蒸气分离空间大时可防止蒸气中夹带液体,对易起泡系统尤为有利。采用卧式再沸器,可以使塔和建筑物的总高度降低;由于产品在卧式再沸器中的停留时间较长,因此不适宜用于蒸发对热不稳定的产品。

热虹吸式再沸器利用再沸器中气—液混合物和塔底液体的密度差为推动力,增加流体在管内的流动速度,减少了污垢的沉积,提高了传热系数,装置紧凑,占地面积小。

凯特尔Ketile 式再沸器一次通过蒸发的气液比可达80%,相当于一块理论板。再沸器的传热面积可任意选用,釜液结焦时清洗方便,但金属消耗量和占地面积都大。

当塔底产品是废水时,通常采用直接水蒸气加热,这样可节省再沸器的投资成本。加热周期鼓泡管可参考下列数据进行设计:鼓泡管上吹气孔的孔径通常为5—10mm ,各孔中心相距5一10倍孔径;吹气孔一般排列在鼓泡管的下方和侧面;全部吹气孔的总截面积约为鼓泡管截面积的1.25—1.5倍。

1.6.4冷凝器

冷凝器的任务是冷凝离开塔顶的蒸气,以便为分离提供足够的回流。部分冷凝的优点是未凝的产品富集了轻组分,冷凝器为分离提供了一块理论板。当全凝时,部分冷凝液作为回流返回,冷凝器没有分离作用。

H T ——塔板间距,m ;

H F ——进料板处板间距,m ;

H P ——设人孔处板间距,m ;

H D ——塔顶空间(不包括头盖部分),m ;

H B ——塔底空间(不包括底盖部分),m 。

塔顶空间H D 的作用是安装塔板和除沫装置的需要,起减少雾沫夹带量的作用,一般H D=1.0~2.0m,塔径大时可适当增大。人孔数N P 是根据物料的清洁程度塔板安装的方便而定;对于易结焦、结垢的物料,每隔4—6块板开一人孔;对于清洁物料,每隔8—10块板开一人孔;若塔板上下都可拆,可隔15块板开一人孔。常在进料口设置防冲设施,进料段高度H F 应保证这些设施的方便安装。塔底空间具有中间贮槽的作用,塔釜料液最好能在塔底有l0—15min 的储量,以保证塔底料液不致排完,对于塔底产量大的塔,有时仅取3—5min 的储量。

1.6.2 接管尺寸与结构

接管的合适尺寸与在操作条件下管内的适宜流速的选择密切相关。塔顶蒸气的适宜流速为:常压操作时取12—20m/s,绝对压力为6000—14000Pa 时取30—50m/s,绝对压力小于6000Pa 时取50—70m/s。回流管内的适宜流速为:重力回流取0.2一0.5m/s,强制回流取

1.5—2.5m/s。进料管内适宜流速为:由高位槽入塔时取0.4一0.8m/s,由泵输送时取1.5一2.5m/s。塔釜出料管内适宜流速一般取0.5—1.0m/s。由公式计算得到的尺寸均应圆整到相应规格的管径。

⑴ 进料管(包括回流管)

当塔径D >800mm ,且物料清洁不易聚合时,一般采用简单的进料管,如图1-25所示。 当塔径D <800mm 时,人不能进入塔内检修,为了检修方便,进料管应采用带外套管的可拆结构,如图1—26所示。

进料管的安装尺寸可参考文献。

⑵ 塔釜出料管

当塔支座直径小于800mm 时,塔底出料管一般采用如图1—27(a)所示结构。当塔支

图1-27 塔釜出料管

图1—26 可拆结构的进料管

图1-25 简单的进料管

座直径大于800mm 时,出料管可采用图1—27(b)所示的结构。为了安装方便,引出管通 道直径应大于管法兰外径。

⑶ 进气管

当对气体分布要求不高时,采用图1—28(a)所示结构的进气管;当塔径较大且进气要求均匀时,可采用图1—28(b)所示结构的进气管,管上开有3排小孔,管径及小孔直径与数量由工艺条件决定。当蒸汽直接加热釜液时,蒸汽进入管安装在液面以下,管上小孔是朝下方或斜下方的。 小孔直径通常为5一10mm ,各孔中心相距5一10倍孔径。全部小孔截面积为进气管截面积的1.25一1.5倍。当进气管安装在液面以上时,小孔是朝上方或斜上方的。

图1—28 进气管结构

1.6.3再沸器

再沸器的任务是将部分塔底的液体蒸发以便进行精馏分离。再沸器是热交换设备,根据加热面安排的需要,再沸器的构造可以是夹套式、蛇管式或列管式;加热方式可以是间接加热或直接加热。设计者应注意以下设计目标:

①使设备成本低(保持较高的传热系数) ;

②使换热表面尽可能清洁(防止传热管表面结垢) ;

③对于易热分解的产品,应使其停留时间短,加热壁温低;

④能满足分离要求。

图1—29 塔底再沸器的形式

小型再沸器可直接安装在塔底部,但再沸器的横截面积要略大于塔体的截面。对于较大型的塔,再沸器一般安装在塔外。工业上使用最多的形式见图1—29。再沸器有立式和卧式之分:在立式再沸器中,被蒸发的液体在管内通过;在卧式再沸器中,被蒸发液体在管外通过。再沸器容量大时塔的操作稳定,蒸气分离空间大时可防止蒸气中夹带液体,对易起泡系统尤为有利。采用卧式再沸器,可以使塔和建筑物的总高度降低;由于产品在卧式再沸器中的停留时间较长,因此不适宜用于蒸发对热不稳定的产品。

热虹吸式再沸器利用再沸器中气—液混合物和塔底液体的密度差为推动力,增加流体在管内的流动速度,减少了污垢的沉积,提高了传热系数,装置紧凑,占地面积小。

凯特尔Ketile 式再沸器一次通过蒸发的气液比可达80%,相当于一块理论板。再沸器的传热面积可任意选用,釜液结焦时清洗方便,但金属消耗量和占地面积都大。

当塔底产品是废水时,通常采用直接水蒸气加热,这样可节省再沸器的投资成本。加热周期鼓泡管可参考下列数据进行设计:鼓泡管上吹气孔的孔径通常为5—10mm ,各孔中心相距5一10倍孔径;吹气孔一般排列在鼓泡管的下方和侧面;全部吹气孔的总截面积约为鼓泡管截面积的1.25—1.5倍。

1.6.4冷凝器

冷凝器的任务是冷凝离开塔顶的蒸气,以便为分离提供足够的回流。部分冷凝的优点是未凝的产品富集了轻组分,冷凝器为分离提供了一块理论板。当全凝时,部分冷凝液作为回流返回,冷凝器没有分离作用。

在小型精馏塔中,冷凝器可采用蛇管式;对大型设备一般采用列管式。为了提高冷却介质的流速,使其传热系数提高,一般安排冷却介质在管内流动,蒸气在管外冷凝。对于小型精馏塔,冷凝器一般安装在塔顶,冷凝液靠重力作用回流入塔。冷凝器距塔顶回流口的高度,可根据管道阻力损失进行估算。工业上常用的几种回流形式如图1—30所示。图1—30(d)是将冷凝器直接安装在塔顶,这样,冷凝器无需另外的支承结构,但缺点是回流量较难控制。当要求阻力损失较小时,可采用图1—30(e)所示的分支型冷凝器。

对于大型精馏塔,往往将冷凝器安装在离地面约5m 的支架上,以保证泵在输送回流液时,不会出现气蚀现象。采用泵进行强制回流时,回流属冷回流,其回流比容易控制,且对安放冷凝器的支座要求不高,安装与检修都比较方便。

冷凝器可分为水冷(或其他液体冷却剂) 和气冷。进行选择时通常考虑的是:气冷设备大、投资成本高,但操作费用较低;当要求较小的冷凝器时,水冷更具有吸引力。所以设计时,应从总费用为最小的原则出发。

对于每个塔板结构参数已设计好的塔,处理固定的物系时,要维持其正常操作,必须把气、液负荷限制在一定范围内。通常在直角坐标系中,标绘各种极限条件下的V -L 关系曲线,从而得到塔板适宜的气、液流量范围图形,该图形称为塔板的负荷性能图,如图1-23所示,一般由下列五条曲线组成。

⑴ 漏液线

线1为漏液线,又称为气相负荷下限线。气相负荷低于此线将发生严重的漏液现象,气、液不能充分接触,使塔板效率下降。筛板塔的漏液线由式(1-47)或式(1-48)作出,浮阀塔的漏液线由式(1-49)作出。

⑵ 雾沫夹带线

线2为雾沫夹带线。当气相负荷超过此线时,雾沫夹带量过大,使塔板效率大为降低。对于精馏,一般控制eV ≤0.1kg液/kg气。筛板的雾沫夹带线按式(1-50)作出。浮阀塔的雾沫夹带线按式(1-51)或式(1-52)作出。

⑶ 液相负荷下限线

线3为液相负荷下限线。液相负荷低于此线,就不能保证塔板上液流的均匀分布,将导致塔板效率下降。一般取how =6mm作为下限,按式(1-33)~式(1-37)中一式作出液相负荷下限线。

⑷ 液相负荷上限线

线4为液相负荷上限线,该线又称降液管超负荷线。液体流量超过此线,表明液体流量过大,液体在降液管内停留时间过短,进入降液管的气泡来不及与液相分离而被带入下层塔板,造成气相返混,降低塔板效率。通常根据液相在降液管内的停留时间应大于3s ,按式(1-24)作出此线。

⑸ 液泛线

线5为液泛线。操作线若在此线上方,将会引起液泛。根据降液管内的液层高度,按式(1-46)作出此线。

由上述各条曲线所包围的区域,就是塔的稳定操作区。操作点必须落在稳定操作区内,否则塔就无法正常操作。必须指出,物系一定,塔板负荷性能图的形状因塔板结构尺寸的不同而异。在设计塔板时,可根据操作点在负荷性能图中的位置,适当调整塔板结构参数来满足所需的弹性范围。

操作时的气相流量与液相流量在负荷性能图上的坐标点称为操作点。在连续精馏塔中,回流比一定,板上的气液比V /L 也为定值。在负荷性能图上,操作线可用通过坐标原点斜率为V/L的直线表示。通常把气相负荷上、下限之比值称为塔板的操作弹性系数,简称操作弹性。如图1-23所示,不同气液比的操作情况以OAB 、OCD 、OEF 三条操作线表示,其控制上限的条件不一定相同,而且操作弹性也不相同。因此,在设计和生产操作时,要作出具体分析,抓住真正的影响因素,以利于优化设计和操作。

1.6 板式精馏塔高度及其辅助设备

塔设备的总体结构如图1-24所示,包括塔体、塔体支座、除沫器、接管、手孔、人孔、塔内件等。

塔体是塔设备的外壳。常见塔体由等直径,等壁厚的圆筒及椭圆形封头的顶盖和底盖构成。随着化工装置的大型化,为了节约原材料,有用不同直径、不同壁厚的塔体。塔体的厚度除应满足工艺条件下的强度外,还应校核风力、地震、偏心载荷所引起的强度和刚度,同时要考虑水压实验、吊装、运输、开停工的情况。

塔体支座是塔体安放到基础上的连接部分,一般采用裙座,其高度由工艺条件的附属设备(如再沸器、泵)及管道布置决定。它承受各种情况下的全塔重量,以及风力、地震等载荷,为此,它应具有足够的强度和刚度。

除沫器用于捕集在气流中的液滴。使用高效的除沫器,对于提高分离效率,改善塔后设备的操作状况,回收昂贵的物料以及减少对环境的污染都是非常重要的。常用的有丝网除沫器和折板除沫器。

接管是用以连接工艺管路,使之与相关设备连成系统。有进液管、出液管、回流管、进气管、出气管、侧线抽出管、取样管、液面计接管及仪表接管等。

手孔、人孔和视孔是为了安装、检查的需要而设置的。吊柱设置在塔顶,用于安装和检修时运送塔内件。

1.6.1 塔高

塔高由下式计算(1-53)

图1-24 板式塔总体结构

1-裙座;2-裙座人孔;3-塔底液体出口;4-裙座排气口;5-塔体;6-人孔;7-蒸汽

入口;8-塔盘;9-回流入口;10-吊柱;11-塔顶蒸汽出口;12-进料口

式中 H ——塔高(不包括封头、裙座)m ;

N ——实际塔板数;

N F ——进料板数;

N P ——人孔数;

H T ——塔板间距,m ;

H F ——进料板处板间距,m ;

H P ——设人孔处板间距,m ;

H D ——塔顶空间(不包括头盖部分),m ;

H B ——塔底空间(不包括底盖部分),m 。

塔顶空间H D 的作用是安装塔板和除沫装置的需要,起减少雾沫夹带量的作用,一般H D=1.0~2.0m,塔径大时可适当增大。人孔数N P 是根据物料的清洁程度塔板安装的方便而定;对于易结焦、结垢的物料,每隔4—6块板开一人孔;对于清洁物料,每隔8—10块板开一人孔;若塔板上下都可拆,可隔15块板开一人孔。常在进料口设置防冲设施,进料段高度H F 应保证这些设施的方便安装。塔底空间具有中间贮槽的作用,塔釜料液最好能在塔底有l0—15min 的储量,以保证塔底料液不致排完,对于塔底产量大的塔,有时仅取3—5min 的储量。

1.6.2 接管尺寸与结构

接管的合适尺寸与在操作条件下管内的适宜流速的选择密切相关。塔顶蒸气的适宜流速为:常压操作时取12—20m/s,绝对压力为6000—14000Pa 时取30—50m/s,绝对压力小于6000Pa 时取50—70m/s。回流管内的适宜流速为:重力回流取0.2一0.5m/s,强制回流取

1.5—2.5m/s。进料管内适宜流速为:由高位槽入塔时取0.4一0.8m/s,由泵输送时取1.5一2.5m/s。塔釜出料管内适宜流速一般取0.5—1.0m/s。由公式计算得到的尺寸均应圆整到相应规格的管径。

⑴ 进料管(包括回流管)

当塔径D >800mm ,且物料清洁不易聚合时,一般采用简单的进料管,如图1-25所示。 当塔径D <800mm 时,人不能进入塔内检修,为了检修方便,进料管应采用带外套管的可拆结构,如图1—26所示。

进料管的安装尺寸可参考文献。

⑵ 塔釜出料管

当塔支座直径小于800mm 时,塔底出料管一般采用如图1—27(a)所示结构。当塔支

图1-27 塔釜出料管

图1—26 可拆结构的进料管

图1-25 简单的进料管

座直径大于800mm 时,出料管可采用图1—27(b)所示的结构。为了安装方便,引出管通 道直径应大于管法兰外径。

⑶ 进气管

当对气体分布要求不高时,采用图1—28(a)所示结构的进气管;当塔径较大且进气要求均匀时,可采用图1—28(b)所示结构的进气管,管上开有3排小孔,管径及小孔直径与数量由工艺条件决定。当蒸汽直接加热釜液时,蒸汽进入管安装在液面以下,管上小孔是朝下方或斜下方的。 小孔直径通常为5一10mm ,各孔中心相距5一10倍孔径。全部小孔截面积为进气管截面积的1.25一1.5倍。当进气管安装在液面以上时,小孔是朝上方或斜上方的。

图1—28 进气管结构

1.6.3再沸器

再沸器的任务是将部分塔底的液体蒸发以便进行精馏分离。再沸器是热交换设备,根据加热面安排的需要,再沸器的构造可以是夹套式、蛇管式或列管式;加热方式可以是间接加热或直接加热。设计者应注意以下设计目标:

①使设备成本低(保持较高的传热系数) ;

②使换热表面尽可能清洁(防止传热管表面结垢) ;

③对于易热分解的产品,应使其停留时间短,加热壁温低;

④能满足分离要求。

图1—29 塔底再沸器的形式

小型再沸器可直接安装在塔底部,但再沸器的横截面积要略大于塔体的截面。对于较大型的塔,再沸器一般安装在塔外。工业上使用最多的形式见图1—29。再沸器有立式和卧式之分:在立式再沸器中,被蒸发的液体在管内通过;在卧式再沸器中,被蒸发液体在管外通过。再沸器容量大时塔的操作稳定,蒸气分离空间大时可防止蒸气中夹带液体,对易起泡系统尤为有利。采用卧式再沸器,可以使塔和建筑物的总高度降低;由于产品在卧式再沸器中的停留时间较长,因此不适宜用于蒸发对热不稳定的产品。

热虹吸式再沸器利用再沸器中气—液混合物和塔底液体的密度差为推动力,增加流体在管内的流动速度,减少了污垢的沉积,提高了传热系数,装置紧凑,占地面积小。

凯特尔Ketile 式再沸器一次通过蒸发的气液比可达80%,相当于一块理论板。再沸器的传热面积可任意选用,釜液结焦时清洗方便,但金属消耗量和占地面积都大。

当塔底产品是废水时,通常采用直接水蒸气加热,这样可节省再沸器的投资成本。加热周期鼓泡管可参考下列数据进行设计:鼓泡管上吹气孔的孔径通常为5—10mm ,各孔中心相距5一10倍孔径;吹气孔一般排列在鼓泡管的下方和侧面;全部吹气孔的总截面积约为鼓泡管截面积的1.25—1.5倍。

1.6.4冷凝器

冷凝器的任务是冷凝离开塔顶的蒸气,以便为分离提供足够的回流。部分冷凝的优点是未凝的产品富集了轻组分,冷凝器为分离提供了一块理论板。当全凝时,部分冷凝液作为回流返回,冷凝器没有分离作用。

H T ——塔板间距,m ;

H F ——进料板处板间距,m ;

H P ——设人孔处板间距,m ;

H D ——塔顶空间(不包括头盖部分),m ;

H B ——塔底空间(不包括底盖部分),m 。

塔顶空间H D 的作用是安装塔板和除沫装置的需要,起减少雾沫夹带量的作用,一般H D=1.0~2.0m,塔径大时可适当增大。人孔数N P 是根据物料的清洁程度塔板安装的方便而定;对于易结焦、结垢的物料,每隔4—6块板开一人孔;对于清洁物料,每隔8—10块板开一人孔;若塔板上下都可拆,可隔15块板开一人孔。常在进料口设置防冲设施,进料段高度H F 应保证这些设施的方便安装。塔底空间具有中间贮槽的作用,塔釜料液最好能在塔底有l0—15min 的储量,以保证塔底料液不致排完,对于塔底产量大的塔,有时仅取3—5min 的储量。

1.6.2 接管尺寸与结构

接管的合适尺寸与在操作条件下管内的适宜流速的选择密切相关。塔顶蒸气的适宜流速为:常压操作时取12—20m/s,绝对压力为6000—14000Pa 时取30—50m/s,绝对压力小于6000Pa 时取50—70m/s。回流管内的适宜流速为:重力回流取0.2一0.5m/s,强制回流取

1.5—2.5m/s。进料管内适宜流速为:由高位槽入塔时取0.4一0.8m/s,由泵输送时取1.5一2.5m/s。塔釜出料管内适宜流速一般取0.5—1.0m/s。由公式计算得到的尺寸均应圆整到相应规格的管径。

⑴ 进料管(包括回流管)

当塔径D >800mm ,且物料清洁不易聚合时,一般采用简单的进料管,如图1-25所示。 当塔径D <800mm 时,人不能进入塔内检修,为了检修方便,进料管应采用带外套管的可拆结构,如图1—26所示。

进料管的安装尺寸可参考文献。

⑵ 塔釜出料管

当塔支座直径小于800mm 时,塔底出料管一般采用如图1—27(a)所示结构。当塔支

图1-27 塔釜出料管

图1—26 可拆结构的进料管

图1-25 简单的进料管

座直径大于800mm 时,出料管可采用图1—27(b)所示的结构。为了安装方便,引出管通 道直径应大于管法兰外径。

⑶ 进气管

当对气体分布要求不高时,采用图1—28(a)所示结构的进气管;当塔径较大且进气要求均匀时,可采用图1—28(b)所示结构的进气管,管上开有3排小孔,管径及小孔直径与数量由工艺条件决定。当蒸汽直接加热釜液时,蒸汽进入管安装在液面以下,管上小孔是朝下方或斜下方的。 小孔直径通常为5一10mm ,各孔中心相距5一10倍孔径。全部小孔截面积为进气管截面积的1.25一1.5倍。当进气管安装在液面以上时,小孔是朝上方或斜上方的。

图1—28 进气管结构

1.6.3再沸器

再沸器的任务是将部分塔底的液体蒸发以便进行精馏分离。再沸器是热交换设备,根据加热面安排的需要,再沸器的构造可以是夹套式、蛇管式或列管式;加热方式可以是间接加热或直接加热。设计者应注意以下设计目标:

①使设备成本低(保持较高的传热系数) ;

②使换热表面尽可能清洁(防止传热管表面结垢) ;

③对于易热分解的产品,应使其停留时间短,加热壁温低;

④能满足分离要求。

图1—29 塔底再沸器的形式

小型再沸器可直接安装在塔底部,但再沸器的横截面积要略大于塔体的截面。对于较大型的塔,再沸器一般安装在塔外。工业上使用最多的形式见图1—29。再沸器有立式和卧式之分:在立式再沸器中,被蒸发的液体在管内通过;在卧式再沸器中,被蒸发液体在管外通过。再沸器容量大时塔的操作稳定,蒸气分离空间大时可防止蒸气中夹带液体,对易起泡系统尤为有利。采用卧式再沸器,可以使塔和建筑物的总高度降低;由于产品在卧式再沸器中的停留时间较长,因此不适宜用于蒸发对热不稳定的产品。

热虹吸式再沸器利用再沸器中气—液混合物和塔底液体的密度差为推动力,增加流体在管内的流动速度,减少了污垢的沉积,提高了传热系数,装置紧凑,占地面积小。

凯特尔Ketile 式再沸器一次通过蒸发的气液比可达80%,相当于一块理论板。再沸器的传热面积可任意选用,釜液结焦时清洗方便,但金属消耗量和占地面积都大。

当塔底产品是废水时,通常采用直接水蒸气加热,这样可节省再沸器的投资成本。加热周期鼓泡管可参考下列数据进行设计:鼓泡管上吹气孔的孔径通常为5—10mm ,各孔中心相距5一10倍孔径;吹气孔一般排列在鼓泡管的下方和侧面;全部吹气孔的总截面积约为鼓泡管截面积的1.25—1.5倍。

1.6.4冷凝器

冷凝器的任务是冷凝离开塔顶的蒸气,以便为分离提供足够的回流。部分冷凝的优点是未凝的产品富集了轻组分,冷凝器为分离提供了一块理论板。当全凝时,部分冷凝液作为回流返回,冷凝器没有分离作用。

在小型精馏塔中,冷凝器可采用蛇管式;对大型设备一般采用列管式。为了提高冷却介质的流速,使其传热系数提高,一般安排冷却介质在管内流动,蒸气在管外冷凝。对于小型精馏塔,冷凝器一般安装在塔顶,冷凝液靠重力作用回流入塔。冷凝器距塔顶回流口的高度,可根据管道阻力损失进行估算。工业上常用的几种回流形式如图1—30所示。图1—30(d)是将冷凝器直接安装在塔顶,这样,冷凝器无需另外的支承结构,但缺点是回流量较难控制。当要求阻力损失较小时,可采用图1—30(e)所示的分支型冷凝器。

对于大型精馏塔,往往将冷凝器安装在离地面约5m 的支架上,以保证泵在输送回流液时,不会出现气蚀现象。采用泵进行强制回流时,回流属冷回流,其回流比容易控制,且对安放冷凝器的支座要求不高,安装与检修都比较方便。

冷凝器可分为水冷(或其他液体冷却剂) 和气冷。进行选择时通常考虑的是:气冷设备大、投资成本高,但操作费用较低;当要求较小的冷凝器时,水冷更具有吸引力。所以设计时,应从总费用为最小的原则出发。


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