《过程设备设计》
教案
7—塔设备
课程名称:过 程 设 备 设 计
专 业:过程装备与控制工程
任课教师: 贺 华
第7章 塔设备
§7-1 概述
主 要 教 学 内 容
授课方式
授课时数
1、塔设备在过程工业中的应用和作用
2、塔设备的基本要求
3、设备的分类和总体结构
4、塔设备的发展及现状
讲授
自学
1
教学目的和要求
1、了解塔设备在化工生产中的作用和基本要求
2、掌握塔设备的分类和总体结构
教学重点和难点
塔设备的分类和设计要求
课外作业
思考题
一、塔设备在化工生产中的作用和地位
塔设备是石油、化工生产中广泛使用的重要生产设备,在石油、化工、轻工等生产过程中,塔设备主要用于气、液两相直接接触进行传质传热的过程,如精馏、吸收、萃取、解吸等,这些过程大多是在塔设备中进行的。塔设备可以为传质过程创造适宜的外界条件,除了维持一定的压强、温度、规定的气、液流量等工艺条件外,还可以从结构上保证气、液有充分的接触时间、接触空间和接触面积,以达到相际之间比较理想的传质和传热效果。
塔设备的投资及重量在过程设备中所占的比例
装置名称
塔设备的投资比例
塔设备重量的比例
石油及石油化工
(60万吨、120万吨/年催化裂化装置)
25.4%
48.9%
炼油及煤化工
(30万吨/年乙烯装置)
34.85%
25.3%
化纤
(4.5万吨/年丁二烯装置)
44.9%
54%
二、对塔设备的基本性能指标要求
三、塔设备的分类
按压力---------加压塔、常压塔、减压塔
按单元操作--------精馏塔、吸收塔、解吸塔、萃取塔、反应塔、干燥塔等
﹡按支承方式--------框架塔、自支承式塔
﹡按塔内件结构--------
板式塔、
填料塔四、塔设备的发展及现状
·塔设备的形式繁多,规模范围也很大
·塔设备的大型化发展趋势
(1)强度、刚度及流体均布等方面的问题
(2)全负荷运转
(3)大型塔设备的设计、制造、操作和维修
塔设备的设计内容:
﹡结构设计------确定塔体结构;塔盘结构;溢流装置;紧固件及支持件;进出口接管结构;裙座及其它附件;
﹡机械设计------选择材料;计算塔体壁厚裙座壁厚;计算地脚螺栓直径及数量等;
工艺设计------计算理论塔板数;选择塔板效率并确定实际塔板数;选取板间距并初步确定塔高;计算塔径(或空塔气速);进行流体力学验算;
§7-2填料塔
主 要 教 学 内 容
授课方式
授课时数
1、填料
2、液体分布装置
3、液体再分布装置
4、填料支承装置
讲授
自学
2
教学目的和要求
1、了解工业用填料的主要类型、优缺点及用途
2、掌握主要的液体分布装置和液体再分布装置的结构
3、了解填料支承装置的结构及强度计算
教学重点和难点
液体分布装置
液体再分布装置
课外作业
思考题
?填料塔是连续式的气液传质设备,气液两相间呈连续逆流接触并进行传质和传热,气液两相组分的浓度沿塔高呈连续变化。
?
板式塔中气液两相间逐层逆流接触并进行传质和传热,气液两相组分的浓度沿塔高呈阶梯式变化。
?在结构上,填料塔主要优点:
(1)结构简单,压力降小
(2)便于处理腐蚀性物料(填料一般由耐蚀材料制成)、易起泡沫的物料(气体不是以发泡的形式通过液层,而且填料对气泡有破碎作用)及真空操作(气液阻力降小)
缺点:(1)体极大、重量大
(2)传质效率较低,操作稳定性较差
(3)不适于处理污浊液体、含尘气体、含有固体颗粒及容易结垢的物料
填料塔总体结构(图7-1)
一、填料
二、填料支承装置
基本要求:(1)具有足够的强度和刚度
(2)具有足够的自由截面积
(3)结构简单,便于安装,能耐介质腐蚀
1、栅板
(1)栅板的结构
注意:栅条的间距不能过小,否则会使栅板自由截面积过小,而且填料会堵塞栅条间的气体通道,使气体压力降增大。
(2)栅板的强度计算(了解)
P=PP+ PL N
PP=9.8HLtγP N
乱堆填料:PL=3.43HLtγL×10-4 N
丝网填料:PL=0.49HLtγL×10-4 N
M=PL/6 N.m
2、体喷射式支承板
优点:气体和液体通过不同通道流动,可减小气液流动的阻力
(1)驼峰式气体喷射式支承板
(2)钟罩型气体喷射式支承板
三、液体分布装置
基本要求:(1)结构简单,制造、安装、维修方便
(2)不需很大的液体压头即能均匀分散液体,液体通道不易堵塞
(3)满足喷淋点数的要求
(一)喷洒型
1、多孔直管式布液器
优点:结构简单
缺点:液体分布均匀性较差;液体不清洁时,小孔容易堵塞;
*2、多孔排管式布液器
优点:喷淋面积大且均匀
缺点:操作弹性小;要求压力稳定;
3、多孔环管式布液器
优点:结构简单,制造、安装方便
缺点:喷淋面积小,不够均匀;要求液体均匀,否则小孔容易堵塞
4、筛孔盘式布液器
气体截面积小,阻力大,操作弹性小
5、莲蓬头式布液器
优点:结构简单,安装、拆卸方便
缺点:小孔易堵塞;雾沫夹带严重;流量或压力改变时,液体分布状况会产生较大改变
莲蓬头直径:d=(0.2~0.3)DN
喷洒半角:α≤40o
小孔数目:n=1+n1+2 n1+3 n1+……..+m n1 (n1为第一圈圆周上的孔数)
安装高度:h=(0.5~1) DN
(二)溢流型
喷洒型液体分布装置的局限性:
(1)液体需要有一定的压力才能喷洒。
(2)孔眼容易堵塞。
(3)当塔径较大时液体分布的均匀性较差。
因此,对直径较大的填料塔,多采用溢流型液体分布装置。
1、流盘式布液器
2、溢流槽式布液器1、
(三)冲击型布液器
1、反射板式布液器
2、宝塔式布液器
四、液体再分布装置
作用:防止壁流;防止“干锥”的出现;对液体进行重新分布;
1、分配锥
2、槽式液体再分布器
3、多孔盘式液体再分布器
4、斜板复合式液体再分布器
§7-3 板式塔
主 要 教 学 内 容
授课方式
授课时数
1、常用板式塔的类型
2、塔盘的结构
3、裙座及除沫器
讲授
自学
2
教学目的和要求
1、了解板式塔的类型及总体结构
2、掌握塔盘的结构
3、了解裙座及除沫器的结构
教学重点和难点
塔盘的结构
课外作业
思考题
一、总体结构
板式塔的优点:效率高、处理量大、重量轻、便于维修
板式塔的缺点:结构较复杂、阻力降较大
二