第五节板式塔的结构5.1塔的总体结构塔的外壳多用钢板焊接，如外壳采用铸铁铸造，则往往以每层塔板为一节，然后用法兰连接。板式塔除内部装有塔板、降液管及各种物料的进出口之外，还有很多附属装置，如除沫器、人（手）孔、基座，有时外部还有扶梯或平台。此外，在塔体上有时还焊有保温材料的支承圈。为了检修方便，有时在塔顶装有可转动的吊柱。如图5-1为一板式塔的总体结构简图。一般说来，各层塔板的结构是相同的，只有最高一层，最低一层和进料层的结构有所不同。最高一层塔板与塔顶的距离常大于一般塔板间距，以便能良好的除沫。最低一层塔板到塔底的距离较大，以便有较大的塔底空间贮液，保证液体能有10～15min的停留时间，使塔底液体不致流空。塔底大多是直接通入由塔外再沸器来的蒸气，塔底与再沸器间有管路连接，有时则再塔底釜中设置列管或蛇管换热器，将釜中液体加热汽化。若是直接蒸汽加热，则在釜的下部装一鼓泡管，直接接入加热蒸汽。另外，进料板的板间距也比一般间距大。5.2塔体总高度板式塔的塔高如图5-2所示，塔体总高度（不包括裙座）由下式决定：H=H,+(N,-2-S)xH+SxH+H,+H(5-1)式中Hp一一塔顶空间，m；HB一一塔底空间，m;Hr一塔板间距，m;Hr一一开有人孔的塔板间距，m；Hr—进料段高度，m；Np—实际塔板数；S一一人孔数目（不包括塔顶空间和塔底空间的人孔）。5.2.1塔顶空间Hp塔顶空间（见图5-2）指塔内最上层塔板与塔顶空间的距离。为利于出塔气体夹带的液滴沉降，其高度应大于板间距，通常取H为（1.5～2.0）HT。若图5-2塔高示意图需要安装除沫器时，要根据除沫器的安装要求确定塔顶空间。5.2.2人孔数目人孔数目根据塔板安装方便和物料的清洗程度而定。对于处理不需要经常清洗的物料，可隔8～10块塔板设置一个人孔：对于易结垢、结焦的物系需经常清洗，则每隔4～6块塔板开一个人孔。人孔直径通常为450mm。1
1 第五节 板式塔的结构 5.1 塔的总体结构 塔的外壳多用钢板焊接，如外壳采用铸铁铸造，则往往以每层塔板为一节，然后用法 兰连接。 板式塔除内部装有塔板、降液管及各种物料的进出口之外，还有很多附属装置，如除 沫器、人（手）孔、基座，有时外部还有扶梯或平台。此外，在塔体上有时还焊有保温材 料的支承圈。为了检修方便，有时在塔顶装有可转动的吊柱。如图 5-1 为一板式塔的总体 结构简图。一般说来，各层塔板的结构是相同的，只有最高一层，最低一层和进料层的结 构有所不同。最高一层塔板与塔顶的距离常大于一般塔板间距，以便能良好的除沫。最低 一层塔板到塔底的距离较大，以便有较大的塔底空间贮液，保证液体能有 10～15min 的停 留时间，使塔底液体不致流空。塔底大多是直接通入由塔外再沸器来的蒸气，塔底与再沸 器间有管路连接，有时则再塔底釜中设置列管或蛇管换热器，将釜中液体加热汽化。若是 直接蒸汽加热，则在釜的下部装一鼓泡管，直接接入加热蒸汽。另外，进料板的板间距也 比一般间距大。 5.2 塔体总高度 板式塔的塔高如图 5-2 所示，塔体总高度（不包括裙座）由下式决定： ' ( 2 ) H H N S H S H H H = + − − + + + D p T T F B (5-1) 式中 HD——塔顶空间，m； HB——塔底空间，m； HT——塔板间距，m； HT ’——开有人孔的塔板间距，m； HF——进料段高度，m； Np——实际塔板数； S——人孔数目（不包括塔顶空间和塔底空间的人孔）。 5.2.1 塔顶空间 HD 塔顶空间（见图 5-2）指塔内最上层塔板与塔顶空间的距离。为利于出塔气体夹带的 液滴沉降，其高度应大于板间距，通常取 HD 为（ 1.5～2.0）HT。若图 5-2 塔高示意图需 要安装除沫器时，要根据除沫器的安装要求确定塔顶空间。 5.2.2 人孔数目 人孔数目根据塔板安装方便和物料的清洗程度而定。对于处理不需要经常清洗的物 料，可隔 8～10 块塔板设置一个人孔；对于易结垢、结焦的物系需经常清洗，则每隔 4～6 块塔板开一个人孔。人孔直径通常为 450mm
汽锋出口管吊4回迹管味辣理桂平位+进料管H生&塔盘保照安气味人出科管皇盛湾益流境隆渔机汽流交流塔1图5-1板式塔总体结构简图2
2 图 5-1 板式塔总体结构简图
5.2.3塔底空间H塔底空间指塔内最下层塔板到塔底间距。其值视具体情况而定：当进料有15分钟缓冲时间的容量时，塔底产品的停留时间可取35分钟，否则需有10～15分钟的储量，0以保证塔底料液不致流空。塔底产品量大时，塔底容量可取小些，停留时间可取3～5分钟：对易结焦的物料，停留时间应短些，一般取1～1.5分钟。05.3塔板结构塔板类型按结构特点可分为整块式或分块式两种。1H般，塔径从300～900mm时采用整块式塔板：当塔径在800mm以上时，人已能在塔内进行拆装操作，无须将塔板整块装入。并且，整块式塔板在大塔中刚性也不好，结构H显得复杂，故采用分块式塔板；塔径在800～900mm之间，设计时可按便于制造、安装的具体情况选定。5.3.1整块式塔板结构小塔的塔板均做成整块式的，相应地，塔体则分成若迎0干段塔节，塔节与塔节之间用法兰连接。每个塔节中安装若干块叠置起来的塔板。塔板与塔板之间用一段管子支承并保持所需要的板间距。图5-3为整块式塔板中的定距管式塔板结构。塔节内的板数与塔径和板间距有关。如以塔径D=600～700mm的塔节为例，对应于不同的板间距，图5-2板式塔的塔高塔节内安装的塔板数NF塔板与下法兰端面的距离h以及塔节高度L如表5-1所示。表5-1塔板的有关尺寸NL,mmHr,mmhi,mm630018002005250350175044501800350第六节精馏装置的附属设备精馏装置的主要附属设备包括蒸气冷凝器、产品冷凝器、塔底再沸器、原料预热器、直接蒸汽鼓管、物料输送管及泵等。前四种设备本质上属换热器，并多采用列管式换热器，管线和泵属输送装置。下面简要介绍。6.1回流冷凝器按冷凝器与塔的位置，可分为：整体式、自流式和强制循环式。3
3 5.2.3 塔底空间 HB 塔底空间指塔内最下层塔板到塔底间距。其值视具体 情况而定：当进料有 15 分钟缓冲时间的容量时，塔底产品 的停留时间可取 3～5 分钟，否则需有 10～15 分钟的储量， 以保证塔底料液不致流空。塔底产品量大时，塔底容量可 取小些，停留时间可取 3～5 分钟；对易结焦的物料，停留 时间应短些，一般取 1～1.5 分钟。 5.3 塔板结构 塔板类型按结构特点可分为整块式或分块式两种。一 般，塔径从 300～900mm 时采用整块式塔板；当塔径在 800mm 以上时，人已能在塔内进行拆装操作，无须将塔板 整块装入。并且，整块式塔板在大塔中刚性也不好，结构 显得复杂，故采用分块式塔板；塔径在 800～900mm 之间， 设计时可按便于制造、安装的具体情况选定。 5.3.1 整块式塔板结构 小塔的塔板均做成整块式的，相应地，塔体则分成若 干段塔节，塔节与塔节之间用法兰连接。每个塔节中安装 若干块叠置起来的塔板。塔板与塔板之间用一段管子支承， 并保持所需要的板间距。图 5-3 为整块式塔板中的定距管 式塔板结构。塔节内的板数与塔径和板间距有关。如以塔 径 Dg=600～700mm 的塔节为例，对应于不同的板间距， 图 5-2 板式塔的塔高 塔节内安装的塔板数 N ˊ F 塔板与下法兰端面的距离 h1 以及塔节高度 L 如表 5-1 所示。 表 5-1 塔板的有关尺寸 HT,mm N ˊ L,mm h1,mm 300 6 1800 200 350 5 1750 250 450 4 1800 350 第六节 精馏装置的附属设备 精馏装置的主要附属设备包括蒸气冷凝器、产品冷凝器、塔底再沸器、原料预热器、 直接蒸汽鼓管、物料输送管及泵等。前四种设备本质上属换热器，并多采用列管式换热器， 管线和泵属输送装置。下面简要介绍。 6.1 回流冷凝器 按冷凝器与塔的位置，可分为：整体式、自流式和强制循环式
（1）整体式如图6-1(α)和(b)所示。将冷凝器与精馏塔作成一体。这种布局的优点是上升蒸汽压降较小，蒸汽分布均匀，缺点是塔顶结构复杂，不便维修，当需用阀门、流量计来调节时，需较大位差，须增大塔顶板与冷凝器间距离，导致塔体过高。该型式常用于减压精馏或传热面较小场合。(c)(b)(a)02(d)(e)图6-1冷凝器的型式（2）自流式如图6-1（）所示。将冷凝器装在塔顶附近的台架上，靠改变台架的高度来获得回流和采出所需的位差。（3）强制循环式如图6-1（D）、（e）所示。当冷凝器换热面过大时，装在塔顶附近对造价和维修都是不利的，故将冷凝器装在离塔顶较远的低处，用泵向塔提供回流液。需指出的是，在一般情况下，冷凝器采用卧式，因为卧式的冷凝液膜较薄，故对流传热系数较大，且卧式便于安装和维修。6.2管壳式换热器的设计与选型管壳式换热器的设计与选型的核心是计算换热器的传热面积，进而确定换热器的其它尺寸或选择换热器的型号。6.2.1流体流动阻力（压强降）的计算（1）管程流动阻力管程阻力可按一般摩擦阻力公式求得。对于多程换热器，其阻力4p等于各程直管阻力、回弯阻力及进、出口阻力之和。一般情况下进、出口阻力可忽略不计，故管程总阻4
4 （1）整体式 如图 6-1(a)和(b)所示。将冷凝器与精馏塔作成一体。这种布局的优点是上升蒸汽压降 较小，蒸汽分布均匀，缺点是塔顶结构复杂，不便维修，当需用阀门、流量计来调节时， 需较大位差，须增大塔顶板与冷凝器间距离，导致塔体过高。 该型式常用于减压精馏或传热面较小场合。 图 6-1 冷凝器的型式 （2）自流式 如图 6-1（c）所示。将冷凝器装在塔顶附近的台架上，靠改变台架的高度来获得回流 和采出所需的位差。 （3）强制循环式 如图 6-1（D）、（e）所示。当冷凝器换热面过大时，装在塔顶附近对造价和维修都是 不利的，故将冷凝器装在离塔顶较远的低处，用泵向塔提供回流液。 需指出的是，在一般情况下，冷凝器采用卧式，因为卧式的冷凝液膜较薄，故对流传 热系数较大，且卧式便于安装和维修。 6.2 管壳式换热器的设计与选型 管壳式换热器的设计与选型的核心是计算换热器的传热面积，进而确定换热器的其它尺 寸或选择换热器的型号。 6.2.1 流体流动阻力（压强降）的计算 （1）管程流动阻力 管程阻力可按一般摩擦阻力公式求得。对于多程换热器，其阻力ΣΔpi 等于各程直管 阻力、回弯阻力及进、出口阻力之和。一般情况下进、出口阻力可忽略不计，故管程总阻
力的计算式为EAp,=(Ap+Ap)FNN(6-1)式中4PI、4P2—一分别为直管及回弯管中因摩擦阻力引起的压强降，Pa：F一一结垢校正因数，对Φ25mm×2.5mm的管子取1.4；对Φ19mm×2mm的管子取1.5；Np——管程数；N一串联的壳程数。上式中直管压强降4P,可按第一章中介绍的公式计算；回弯管的压强降4P2由下面的经验公式估算，即ouAp,= 3(6-2)（2）壳程流动阻力壳程流动阻力的计算公式很多，在此介绍埃索法计算壳程压强降4Po的公式，即EApo=(Ap +Ap,) F,Ns(6-3)式中4P,一一流体横过管束的压强降，Pa;4P，一一流体通过折流板缺口的压强降，PaFs一一壳程压强降的结垢校正因数：液体可取1.15，气体可取1.0。pu.Ap, = Ffn.(Ng+1)P2(6-4)2h,pu'Ap, = Ng(3.5-3D2式中F一一管子排列方法对压强降的校正因数，对正三角形排列F=0.5，对转角三角形为0.4，正方形为0.3；fo一一壳程流体的摩擦系数：N。一一横过管束中心线的管子数：N.值可由下式估算：管子按正三角形排列：n。=1.1Vn(6-5)管子按正方形排列：n。=1.19/n(6-6)式中n一一换热器总管数。NB——折流挡板数；h——折流挡板间距；uo一一按壳程流通截面积Ao计算的流速，m/s，而Ao=h(D-nedo)。6.2.2管壳式换热器的选型和设计计算步骤(1)计算并初选设备规格5
5 力的计算式为 1 2 ( ) i t s p = + p p p F N N (6-1) 式中 ΔP1、ΔP2——分别为直管及回弯管中因摩擦阻力引起的压强降，Pa； Ft——结垢校正因数，对Φ25mm×2.5mm 的管子取 1.4；对Φ19mm×2mm 的管子 取 1.5； NP——管程数； Ns——串联的壳程数。 上式中直管压强降ΔP1 可按第一章中介绍的公式计算；回弯管的压强降ΔP2 由下面的 经验公式估算，即 2 2 3 2 u p = (6-2) （2）壳程流动阻力 壳程流动阻力的计算公式很多，在此介绍埃索法计算壳程压强降ΔP0 的公式，即 0 1 2 S = + p p p N ’ ’ （ ） S F (6-3) 式中 ΔP1 ’——流体横过管束的压强降，Pa； ΔP2 ’——流体通过折流板缺口的压强降，Pa； FS——壳程压强降的结垢校正因数；液体可取 1.15，气体可取 1.0。 2 ' 0 1 0 2 ' 0 2 ( 1) 2 2 (3.5 ) 2 c B B u p Ff n N h u p N D = + = − (6-4) 式中 F——管子排列方法对压强降的校正因数，对正三角形排列 F=0.5，对转角三角形为 0.4，正方形为 0.3； f0——壳程流体的摩擦系数； Nc ——横过管束中心线的管子数；Nc值可由下式估算： 管子按正三角形排列： 1.1 c n n = (6-5) 管子按正方形排列： 1.19 c n n = (6-6) 式中 n——换热器总管数。 NB——折流挡板数； h——折流挡板间距； u0——按壳程流通截面积 A0 计算的流速，m/s，而 A0=h(D-ncd0)。 6.2.2 管壳式换热器的选型和设计计算步骤 (1)计算并初选设备规格