第三章 设备选型-精馏塔设计说明书
3.1 概述
本章是对各种塔设备的设计说明与选型。
3.2设计依据
气液传质分离用的最多的为塔式设备。它分为板式塔和填料塔两大类。板式塔和填料塔均可用作蒸馏、吸收等气液传质过程，但两者各有优缺点，根据具体情况进行选择。 设计所依据的规范如下：
《F1型浮阀》 JBT1118 《钢制压力容器》 GB 150-1998 《钢制塔式容器》 JB4710-92 《碳素钢、低合金钢人孔与手孔类型与技术条件》 HG21514-95 《钢制压力容器用封头标准》 JB/T 4746-2002 《中国地震动参数区划图》 GB 18306-2001 《建筑结构荷载规范》 GB50009-2001
3.3 塔简述
3.3.1填料塔简述
(1)填料塔
填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备，由外壳、填料、填料支承、液体分布器、中间支承和再分布器、气体和液体进出口接管等部件组成。
填料是填料塔的核心，它提供了塔内气液两相的接触面，填料与塔的结构决定了塔的性能。填料必须具备较大的比表面，有较高的空隙率、良好的润湿性、耐腐蚀、一定的机械强度、密度小、价格低廉等。常用的填料有拉西环、鲍尔环、弧鞍形和矩鞍形填料，20世纪80年代后开发的新型填料如QH—1型扁环填料、八四内弧环、刺猬形填料、金属板状填料、规整板波纹填料、格栅填料等，为先进的填料塔设计提供了基础。
填料塔适用于快速和瞬间反应的吸收过程，多用于气体的净化。该塔结构简单，易于用耐腐蚀材料制作，气液接触面积大，接触时间长，气量变化时塔的适应性强，塔阻力小，压力损失为300～700Pa，与板式塔相比处理风量小，空塔气速通常为0.5-1.2 m/s，气速过大会形成液泛，喷淋密度6-8 m3/(m2.h)以保证填料润湿，液气比控制在2-10L/m3。填料塔不宜处理含尘量较大的烟气，设计时应克服塔内气液分布不均的问题。
(2)规整填料
塔填料分为散装填料、规整填料(含格栅填料) 和散装填料规整排列3种，前2种填料应用广泛。
在规整填料中，单向斜波填料如JKB，SM，SP等国产波纹填料已达到国外MELLAPAK、FLEXIPAC等同类填料水平；双向斜波填料如ZUPAK、DAPAK等填料与国外的RASCHIG SUPER-PAK、INTALOX STRUCTURED PACKING同处国际先进水平；双向曲波填料如CHAOPAK等乃最新自主创新技术，与相应型号的单向斜波填料相比，在分离效率相同的情况下，通量可提高25％-35％，比国外的单向曲波填料MELLAPAK PLUS通量至少提高5％。上述规整填料已成功应用于φ6400，φ8200，φ8400，φ8600，φ8800，φ10200mm等多座大塔中。
(3)板波纹填料
板波纹填料由开孔板组成，材料薄，空隙率大，加之排列规整，因而气体通过能力大，压降小。其比表面积大，能从选材上确保液体在板面上形成稳定薄液
层，使填料表面润湿率提高，避免沟留现象，从而提高传质效率。气液两相在填料中不断呈Z形曲线运动，流体分布良好，混合充分，无积液死角，因而放大效应很小，适用于大直径的塔。
3.3.2板式塔简述
（1） 板式塔
板式塔是一种逐级（板）接触型的汽液传质设备，塔内以塔板作为基本构件，气体以鼓泡或喷射的形式穿过塔板上的液层，汽液两相的组分浓度沿塔高呈阶梯式变化。板式塔主要包括传统的筛板塔、泡罩塔、浮阀塔、舌片塔板与浮舌塔板、穿流塔板和各种改进型浮阀塔板、多种传质元件混排塔板和造成板上大循环的立体喷射塔板等。
（2)筛孔塔板
筛孔塔板简称筛板，结构特点为塔板上开设许多均匀的小孔。根据孔径的大小，分为小孔径塔板（孔径3～8 mm）和大孔径塔板（孔径为10～25mm）两类。工业应用以小孔径筛板为主，大空径筛板多用于某些特殊场合（如分离粘度大、易结焦的物系）。
3.4 选型原则
（1）下列情况优先选用填料塔：
1）在分离程度要求高的情况下，因某些新型填料具有很高的传质效率，故可采用新型填料以降低塔的高度;
2）对于热敏性物料的蒸馏分离，因新型填料的持液量较小，压降小，故可优先选择真空操作下的填料塔；
3）具有腐蚀性的物料，可选用填料塔，因为填料塔克采用非金属材料，如陶瓷、塑料等；
4）容易发泡的物料，宜选用填料塔。 （2）下列情况优先选用板式塔：
1) 塔内液体滞液量较大，操作负荷变化范围较宽，对进料浓度变化要求不敏感，操作易于稳定；
2) 液相负荷较小；
3) 含固体颗粒，容易结垢，有结晶的物料，因为板式塔可选用液流通道较大的塔板，堵塞的危险性较小；
4) 在操作过程中伴随放热或需要加热的物料，需要在塔内设置内部换热组件，如加热盘管，需要多个进料口或多个侧线出料口。这是因为一方面板式塔的结构上容易实现，另外，塔板上有较多的滞液以便与加热或冷却管进行有效地传热；
5）在较高压力下操作的蒸馏塔仍多采用板式塔。 板式塔和填料塔的优势比较如下：
表3-1 板式塔和填料塔的优势比较
塔型 优势
1）小直径塔费用低，便于安装； 2）液压降低，有利于真空精馏； 3）用于难分离的场合以降低塔高；
填料塔4）用于腐蚀严重的场合，在这种情况下可采用耐腐蚀材质填料； 5）适合于发泡物系；
6) 改造老塔，增加通量，减少消耗，提高产品质量； 7) 用于间歇精缩，因为填料塔的持液量低。
1) 对于大直径塔设备费用低； 2) 不易堵塞，且易清理；
板式塔3）适合大液量操作。因为板式塔气流为错流，流量增大对气体负荷影响不大；
4) 适合中间内部换热、侧线出料多的场合。
3.5 塔设备选型
3.5.1塔设备选型
比较了板式塔和填料塔的特点，并结合体系的特点，另外考虑设备的制造、投资和维修，选用板式精馏塔。
3.5.2 塔板选型
(1) 板式塔塔板种类
根据塔板上气、液两相的相对流动状态，板式塔分为穿流式与溢流式。目前板式塔大多采用溢流式塔板。穿流式塔板操作不稳定，很少使用。 （2）各种塔板性能比较
工业上需分离的物料及其操作条件多种多样，为了适应各种不同的操作要求，迄今已开发和使用的塔板类型繁多。这些塔板各有各的特点和适用体系，我们将几种主要塔板的性能比较列表如下：
表3-2 几种主要塔板的性能比较
项目 泡罩塔板 浮阀塔板 筛板塔板
相对费用 2.0 1.2 1.0
压力降 最高 中等 最低
板效率 高 最高 最低
蒸汽负荷 最低 最高 最高
操作弹性 5 4 2
（3）塔板的选择
生产能力大，分离要求高。综合考虑塔板的效率、分离效果和设备的成本、
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