分离乙醇—水板式精馏塔设计
5、塔体和塔板的工艺尺寸计算
5.1塔径
塔径可根据选定的适宜空塔速度，先利用下式进行估算
D'?Vs0.785u
对于精馏过程，精馏段与提馏段的气液负荷及物性是不相同的，故应分别计算出估算塔径；但若两者相差不大时，为制造方便，可取较大者作为两段塔径。计算步骤如下： 1.求空塔气速u (1)动能参数的计算 精馏段：
11??L????L??20.001474?2?V?????V???1.674?851.45??1.117???0.0243
提馏段：
11??L?????L??20.002568?9422?V????V???1.8658?.9??0.6885???0.05094
(2)初选板间距HT=0.40m，对于常压塔，板上液层高度一般取0.05-0.1m（通常取0.05-0.08m），本设计中取板上液层高度hL=0.05m HT-hL=0.40-0.05=0.35m
(3) 查附图4，Smith关联图,得 精馏段：
C20?0.073
0.2C?C???0.220???0.073??19.37??20??20???0.07253
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《常用化工单
元设备设计》第二版，李功样编
分离乙醇—水板式精馏塔设计
提馏段： C20?0.0748
0.20.2C?C????20?20???0.0748??35.555??20???0.08392
图4 史密斯关联图
(4)求空塔气速
适宜的空塔速度通常取最大允许空塔速度的0.6-0.8倍，即
u?(0.6~0.8)uF
u?Lm??VmF?C其中 ?Vm
本设计中安全系数暂取0.78 精馏段：
u851.45?1.117F?0.072531.117?2.001m/s
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分离乙醇—水板式精馏塔设计
则u?0.78?2.001?1.561m/s 提馏段：
u9?0.6885F?0.08392942.0.6885?3.104m/s
则u?0.78?3.104?2.422m/s （5）求估算塔径D
精馏段：
D'?Vs1.6740.785u?0.785?1.561?1.17m
提馏段：
D'?Vs1.8660.785u?0.785?2.422?0.991m
取较大者为精馏塔塔径，即D=1.17m，圆整得到D=1.2m
A??.13m2塔的截面积：
T4D2??4?1.22?1
实际空塔气速： 精馏段：
u?Vs1.6741.13?1.13?1.482m/s实际安全系数uu?1.482.001?0.74F2
提馏段：
u?Vs1.13?1.8661.13?1.651m/s实际安全系数u1.651u?3.104?0.532F
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分离乙醇—水板式精馏塔设计
在精馏段的安全系数满足0.6-0.8范围的情况下，提馏段也尽可能的接近0.6，所以本设计中塔径和板间距的选取均合理。
5.2溢流装置
板式塔的溢流装置包括溢流堰、降液管和受液盘等几部分，其结构和尺寸对塔的性能有很重要的影响。
降液管的类型：降液管是塔板间流体流动的通道，也是使溢流液中所夹带气体得以分离的场所。降液管有圆形和弓形两类。通常，圆形降液管用于小直径塔，而大直径塔一般用弓形降液管。
降液管溢流方式：一般常用的有如下图5所示的几种类型，即（a）U形流、（b）单溢流（c）双溢流等。
图5 塔板溢流类型
（a）U形流、（b）单溢流（c）双溢流
其中，单溢流又称直径流，液体自受液盘流向溢流堰。液体流径长，塔板效率高，塔板结构简单，广泛应用于直径2.2m以下的塔中。
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化工原理课程设计指导书（筛板塔）
分离乙醇—水板式精馏塔设计
选择何种降液方式要根据液体流量、塔径大小等条件综合考虑。附表2列出了溢流类型与液体负荷及塔径的经验关系，可供设计参考。
表3 液相负荷、塔径与液流型式的关系
塔径D，mm 液体流量Lh，m3/h U形流 单溢流 双溢流 1000 7以下 45以下 1400 9以下 70以下 2000 11以下 90以下 90～160 3000 11以下 110以下 110～200 4000 11以下 110以下 110～230 5000 11以下 110以下 110～250 Lh=0.001474m3
/s=5.30m3
/h 所以选择单溢流。
受液盘上一般不设置进口堰，进口堰既占面积，又易使沉淀物淤积此处造成阻塞。
溢流堰的形式有平直形和齿形两种。设计时，堰上液层高度应大于6mm，如果小于此值须采用齿形堰；堰上液层高度太大，会增大塔板压降及雾沫夹带量。
综上所述，堰流装置设计可选用单溢流，弓形降液管，不设进口堰，平形受液盘以及平形溢流堰。其塔板示意图6如下
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