在塔顶设除沫器,如用金属除沫网,则网底到塔板的距离一般不小于板间距。
(2)塔的底部空间高度
塔的底部空间高度是指塔底最末一块塔板到塔底封头切线处的距离。当进料系统有15分钟的缓冲容量时,釜液的仃留时间可取3~5分钟,否则须取15分钟。但对釜液流量大的塔仃留时间,一般也取3~5分钟;对于易结焦的物料,仃留时间应缩短,一般取1~1.5分钟。据此,就可以从釜液流量求出底部贮液空间,再由塔径求出底部贮液高度,加上板间距即塔底部空间高度。
(3)加料板的空间高度
加料板的空间高度取决于加料板的结构型式及进料状态。如果是液相进料,其高度可与板间距相同或稍大,如果是气相进料,则取决于进口管的形式。
(4)支座高度
塔体常用裙座支撑。裙座的形式分为圆柱形(图4)和圆锥形两种。
裙座高度是指从塔底封头切线到基础环之间的高度。今以圆柱形裙座为例,可知裙座高度是由塔底封头切线至出料管中心线的高度U和出料管中心线至基础环的高度V两部分组成。
U的最小尺寸是由釜液出口管尺寸决定的;V测应按工艺条件确定,例如考虑与出料管相连接的再沸器高度,出料泵所需的位头等。
裙座上的人孔通常用长圆形,其尺寸为510×(1000~1800)mm,以方便进出。
2、接管
(1)回流管和液体进料管
回流管和液体进料管的的设计应满足以下要求:液体不直接加在塔盘鼓泡区;尽量均匀分布;接管安装高度不妨碍塔盘上液体流动;液体内含气体时,应设法分离;管内允许流速一般不超过1.5~1.8m/s。
接管的结构形式很多,常用的有直管、弯管和T形管。物料清洁和腐蚀轻微时,可以用不可拆结构,即把进料管直接焊在塔壁上。否则,应用带套管的进料管。图5为直管进料管,其尺寸见表3。进料管距塔板的高度P和管长L,由工艺决定。
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表3 进料管尺寸(mm) 内管dg1×s1 25×3 32×3.5 38×3.5 45×3.5 57×3.5 76×4 89×4 108×4 133×4 159×4.5 219×6 外管dg2×s2 45×3.5 57×3.5 57×3.5 76×4 76×4 108×4 108×4 133×4 159×4.5 219×6 279×8 a 10 10 10 10 15 15 15 15 15 25 25 b 20 25 32 40 50 70 80 100 125 150 210 c 10 10 15 15 20 30 35 45 55 70 95 ? 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 8 H1 120 120 120 120 120 120 120 120 120 120 120 H2 150 150 150 150 150 150 150 200 200 200 200 (2)釜液出口管
当塔支座直径小于800mm时,塔底釜液出料管一般可采用图6(a)所示结构,先焊弯段在封头上,再焊支座在封头上,最后焊法兰短接管在弯管上。
当支座直径大于800mm时,出料管可采用图6(b)所示结构。在出料管上,焊有三块支承扁钢,以便将出料管活嵌在引出管通道里。为了便于安装,出料管外尺寸m,应小于支座内径,引出管通道直径应大于出料管法兰外径。
(3)气体进口管
当气体分布要求不高时,用图7(a)所示结构的进气管;当塔径较大,进气要求均匀时,可用图7(b)所示结构的进气管,管上开有三排出气小孔,管径及小孔直径和数量,由工艺条件决定。当采用直接蒸汽加热釜液时,蒸汽进入管安装在液面以下,管上小孔设在进入管的下方和侧方,孔径通常为5~10mm,孔中
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心距为5~10倍孔径,全部吹气孔总截面积约为鼓泡截面积的1.25至1.5倍。
(4)气体出口管
气体出口管安置在塔壁上或安置在塔顶封头上,通常都要考虑除沫问题,可以设置简单的除沫挡板或设置效率较高、结构较复杂的除沫装置。
3、人孔和手孔
人孔和手孔的安设是为了安装、捡修设备内部装置。
塔径大于800mm时开设人孔,一般每隔10~20层塔板或5~10m塔段设置一个人孔。板间距小的塔按塔板数考虑,板间距大的塔按高度考虑。但在气液进出口等需经常维修、清理部位,应增设人孔。另外在塔顶和塔釜,也应各设置一个人孔。
人孔的形状有圆形和椭圆形两种。圆形人孔的直径一般为400~600mm;椭圆形人孔的最小尺寸为400×300mm。
塔体上宜采用垂直吊盖入孔,也可采用回转盖人孔。图8为一种回转盖快开人孔的结构图。
在设置人孔处,塔板间距至少应比人孔尺寸大150mm,且不得小于600mm。 塔径小于800mm时,可在塔顶设置法兰(塔径小于450mm的塔,采用分段法兰连接),不在塔体上开设人孔,必要处开设手孔。手孔的直径一般为150~250mm,它的结构如图9。
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九、精馏塔附属设备选型计算
精馏塔附属设备主要指原料液加热器、釜液再沸器、馏出蒸气冷凝器等,应根据精馏流程先作热量衡算,分别计算原料液预热、釜液加热、塔顶蒸汽冷凝的热负荷,同时确定使用何种加热剂和冷却剂并计算其用量,然后作设备的选型计算。
参考资料
(1)国家医药管理局上海医药设计院,化工工艺设计手册,化学工业出版社,1989.
(2)化工设备设计全书编辑委员会,塔设备设计,上海科学技术出版社,1988.
(3)化学工业部化学工程设计技术中心站,化工单元操作设计手册(上册),化学工业部第六设计院出版,1987.
(4)《化学工程手册》编辑委员会,化学工程手册,第13篇 气液传质设备,化学工业出版社,1981.
(5)[美]N.P.Chopey,化学工程计算手册(中译文),大连工学院出版社,1986.
附录
1、乙醇~水溶液的密度(kg/m) 质量% 8.01 16.21 24.61 33.30 42.43 52.09 62.39 73.48 85.66 100.00 温度℃ 10 990 980 970 950 940 910 890 870 840 800 20 980 970 960 950 930 910 880 860 830 790 30 980 960 950 930 910 880 860 830 810 780 40 970 960 940 920 900 870 860 830 800 770 50 970 950 930 910 890 870 840 820 790 760 60 960 940 930 900 880 860 830 810 780 750 70 960 920 910 890 870 850 820 800 770 750 3
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2、乙醇~水溶液汽液平衡数据(常压) 液体组成 质量% 0.01 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10 0.15 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 2.00 3.00 4.00 7.00 10.00 13.00 16.00
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蒸汽组成 质量% 0.13 0.39 0.52 0.65 0.78 0.91 1.04 1.17 1.3 1.95 2.60 3.80 4.90 6.10 7.10 8.10 9.00 9.90 10.75 19.70 27.2 33.3 44.6 52.2 57.4 61.1 分子% 0.053 0.153 0.204 0.255 0.307 0.358 0.410 0.461 0.51 0.77 1.03 1.57 1.98 2.48 2.90 3.33 3.725 4.12 4.51 8.76 12.75 16.34 23.96 29.92 34.51 38.06 液体组成 质量% 20.00 24.00 29.00 34.00 39.00 45.00 52.00 57.00 63.00 67.00 71.00 75.00 78.00 81.00 84.00 86.00 88.00 89.00 90.00 91.00 92.00 93.00 94.00 95.00 95.57 分子% 8.92 11.00 13.77 16.77 20.00 24.25 29.80 34.16 40.00 42.27 48.92 54.00 58.11 62.52 67.27 70.63 74.15 75.99 77.88 79.82 81.82 83.87 85.97 88.15 89.41 蒸汽组成 质量% 65.0 68.0 70.8 72.9 74.3 75.9 77.5 78.7 80.3 81.3 82.4 83.8 84.9 86.3 87.7 88.9 90.1 90.7 91.3 92.0 92.7 93.4 94.2 95.05 95.57 分子% 42.09 45.41 48.68 51.27 53.09 55.22 57.41 59.10 61.44 62.99 64.70 66.92 68.76 71.10 73.61 75.82 78.00 79.26 80.42 81.83 83.25 84.91 86.40 88.25 89.41 分子% 0.004 0.0117 0.0157 0.0196 0.0235 0.0274 0.0313 0.0352 0.04 0.055 0.08 0.12 0.16 0.19 0.23 0.27 0.31 0.35 0.39 0.79 1.19 1.61 2.86 4.16 5.51 6.86