專利名稱：臥式泡罩精餾塔的設(shè)計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種改進(jìn)的精餾塔的設(shè)計。
現(xiàn)有的精餾塔均按通用設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范來設(shè)計的，根據(jù)原液的物理及化學(xué)性質(zhì)、沸點、蒸餾過程的壓力以及塔的加熱方法的不同可設(shè)計成不同構(gòu)造的精餾裝置，一般的精餾塔都是圓塔狀裝置，這種塔一般由十余個塔節(jié)疊加而成。以泡罩塔為例，每個塔節(jié)內(nèi)設(shè)一塊塔板，塔板上按同心圓或等邊三角形排列法裝上蒸氣管，在蒸氣管上配上圓形的泡罩，泡罩的邊緣沉沒在液體中，以構(gòu)成水封，從泡罩內(nèi)出來的蒸氣必需通過仃留在塔板上的液體層。泡罩的下邊一般設(shè)有裙齒，可使蒸氣分散成小氣泡，來增加氣液的接觸面積。液體的流人、流出以及液體在塔板上的高度，是由溢流管來調(diào)節(jié)的，溢流管排列在塔板直徑的兩端，所以在相鄰的兩塊塔板上的流動方向是相反的。為了使塔板的操作效果增加，有時將塔板上的氣、液流動的方向進(jìn)行劇烈的攪拌，于是產(chǎn)生了各種不同形狀的泡罩，以求增加兩相的接觸面;設(shè)計時還要求取塔板間的距離，最終計算出精餾塔的總高度。這種規(guī)范化的設(shè)計要考慮到流體的阻力以及在分離液與氣相相互流動時所發(fā)生的起泡沫和帶走液體等現(xiàn)象，總之需要考慮與計算的關(guān)鍵較多。這種設(shè)計方法在國內(nèi)外已采用了數(shù)十年，但在實踐中發(fā)現(xiàn)由于這種塔器設(shè)計復(fù)雜、加工部件多，雖然塔的分離效果好，但塔節(jié)多，整個裝置在安裝與生產(chǎn)操作時必須向高空發(fā)展，所以只有在具備高空操作條件下方能施工、操作，這樣的裝置必須配用高達(dá)數(shù)層的廠房，那么其一次投資很大，以后的生產(chǎn)、維修費用也高。
本發(fā)明的目的是要提供一種結(jié)構(gòu)簡單，效果與經(jīng)典精餾塔相比不相上下的臥式泡罩精餾塔的設(shè)計方法，這種塔器裝置是與地面平行的，因此可以在近地面生產(chǎn)操作、安裝維修。
本發(fā)明是這樣實施的
采用原有的精餾塔設(shè)計公式，求取原圓筒形精餾塔的直徑與截面積，將此圓形截面積換算成矩形面積，求取矩形的長與寬，則可作為本實用新型所指的臥式塔的縱截面的長與寬1、塔的縱向截面積的求取引用典型公式求取有關(guān)數(shù)據(jù)，其計算公式為V＝∏D2/4×W 米3/秒式中Ⅴ-沿塔運行的原液蒸氣的體積米3/秒∏-圓周率3.1416D=4V/ПW]]>米式中W-原液蒸氣在塔的自由截面積上運行的速度，一般選擇在0.65-1.90范圍內(nèi)。米/秒D-圓塔的直徑米求取每秒種通過塔的原液蒸氣的體積為V′＝G(1+R)rVP/3600 米3/秒式中G-塔的生產(chǎn)能力，以產(chǎn)品計為公斤/時，R-操作回流比，一般選擇4-5VP-水-物料的比容米3/公斤VP＝RCPT/P式中T-為沿塔上升的原液蒸氣的絕對溫度°K;
RCP-原液蒸氣的平均氣體常數(shù);
RCP=18.4X0+47X0+47H1O/100]]>式中XD-產(chǎn)品中蒸餾物含量 %(W/W)XH1O]]>-產(chǎn)品中的含水量 %(W/W)r-在該物料濃度下產(chǎn)品的重度公斤/升將選取的圓塔直徑D計算出圓塔的截面積S，將圓面積S換算成矩形面積，折算成矩形面積的高(L)與寬(M);
設(shè)定矩形塔的高與寬的比為一般要求L可設(shè)定在3.5-5.4的范圍內(nèi)，若選定L∶M＝5.4∶3則L＝5.4M/3;
最后可求出矩形截面的高與寬的數(shù)據(jù)，單位為米。
2、蒸氣管與泡罩的設(shè)計計算蒸氣管的自由總截面積為F＝2.2V′/W′式中 V′-沿塔運行的原液蒸氣量，米3/秒W′-蒸氣在蒸氣管中的流速，米/秒蒸氣管或泡罩的數(shù)目求取n′＝F′/F個式中 F′-塔板的面積厘米2F-每個蒸氣管的截面積厘米2式中W′一般可在4.5-6.0范圍內(nèi)選定;
F′＝1.7317L1M式中1.7317為常數(shù)，L1為塔板的長度厘米蒸氣管直徑為d=4F/П]]>厘米泡罩間距為S′＝D′+dknd/nd+1 毫米式中D′-塔板寬度毫米dk-泡罩直徑毫米d-蒸氣管直徑毫米nd=4/3n＇]]>n′-排列于塔板上的泡罩總數(shù)泡罩直徑的求取dK=4F+Пd2/П]]>毫米蒸氣管與泡罩的垂直縫隙h1＝d(外徑)/4 毫米泡罩下沿與塔板間的距離h2＝d2(內(nèi)徑)/4dK泡罩周邊的周長l′＝∏dK毫米泡罩的總數(shù)z＝l′/b+t毫米式中b-長圓孔寬度毫米
t-兩個長圓孔的間隔寬度毫米泡罩長圓孔高度為h＝∏d2k/4zt+b 毫米3、塔板上的溢流管高度h''＝h′-△h毫米式中h′-塔板上液層高度，一般為35-70毫米△h-液層高出溢流管的高度，一般為5-15毫米4、溢流管直徑的求取d＇=4D＇R/3600ПW”]]>式中w”-蒸氣在溢流管中的流速，一般定為0.15-0.8米/秒5、塔板上泡罩的排列要求是取塔體的寬度線之中間線畫出塔板的縱向中心線，從塔板與隔板上葉相接處起向中心線兩側(cè)展開，以等邊三角形排列法將應(yīng)列的泡罩?jǐn)?shù)均勻地排列上。由于塔板的寬度與塔節(jié)的寬度相等，則以塔板面積與塔節(jié)寬度之比即可求得塔板之長度。
6、汽液隔板的確定隔板的上葉與下葉的寬度與塔節(jié)寬度相同，兩者的高度是相等的。即隔板高度 H＝1.8M-h3式中M-精餾塔的寬度毫米h3-塔的矩形截面高度減去氣液隔板高度，毫米7、在汽液隔板下葉的底邊中間線處開一半徑為10毫米的半圓孔。在溢流管橫管的中間線與其底線的相交處開一直徑為2毫米的圓孔，溢流管在塔板上的設(shè)置位置應(yīng)開在塔板的縱向中心線的兩端上，前后塔板間相近的兩個溢流管孔的距離為溢流管的橫管長度，其短豎管與塔板平齊，長豎管超過塔板，其超過塔板的高度為h”。
8、塔板的總數(shù)是根據(jù)經(jīng)典的計算方法求取的，一般有的16-30塊，則相應(yīng)地應(yīng)有汽液隔板15-29塊。
按上述計算確定的塔板的面積與數(shù)量，泡罩、蒸氣管的直徑與數(shù)量，隔板上、下葉的面積與數(shù)量，以及它們的相互配置關(guān)系均已說明，就可以完成整個泡罩精餾塔的構(gòu)造設(shè)計。
為完善有關(guān)部件的功能，設(shè)計要求將蒸氣管上端設(shè)三個支承，這三個支承是以蒸氣管的橫截面以120°角分割設(shè)置的，其支承的高度約為蒸氣管高度的1/3。泡罩插焊在三個支承上后，可將泡罩的頂面打光潔，在塔板上安裝好泡罩后，在塔板的左右兩端焊上汽液隔板上葉和汽液隔板下葉，其上葉是先固定在塔體的頂面上的，為一塊平板，在此板的下邊上固定信住塔板的一端，塔板的另一端與下葉相連焊接，下葉是一塊上部彎曲45°，彎曲部分高約40毫米的平板，下葉的下邊是固定在塔體的底面上的，此下邊的中間線上開有一個半徑為10毫米的半圓孔。設(shè)計定以一組汽液隔板上、下葉與一塊塔板構(gòu)成的是一個塔節(jié)。在塔板與塔板之間設(shè)一根溢流管，此溢流管是
形的，管長的一端穿過后一塔節(jié)的塔板，在塔板上保持一定的高度，而管短的一端與前一個塔節(jié)的塔板的平面平齊，用焊接方法固定，在溢流管的橫管中間線下端開一直徑為2毫米的小孔，作排液用。
根據(jù)精餾液的性質(zhì)與處理量，通過計算可設(shè)置相應(yīng)數(shù)量的塔節(jié)，一般可有16-30個塔節(jié)。第一個塔節(jié)的底部與一個蒸餾釜相接，塔板上設(shè)一根溢流管與蒸餾釜相通，倒數(shù)第二個塔節(jié)的靠近塔板部位與頂部開有出口管，靠近塔板部位的管口供接回流管用，而頂部的管口供出精餾液氣體與出不凝氣用。
這種改進(jìn)的臥式精餾塔經(jīng)過實際應(yīng)用證實具有與經(jīng)典精餾塔同樣的效果，但它具有經(jīng)典精餾塔所不具備的優(yōu)點，如設(shè)計計算簡單、另部件少、加工方便、最突出的是實現(xiàn)了整個塔體是與地面平行的，而且可在近地面處安裝，完全取消了高空安裝的條件，這樣可使精餾塔的安裝、操作費用大大下降，從而達(dá)到降低投資、降低生產(chǎn)成本之目的。
下面將結(jié)合附圖對本臥式精餾塔的結(jié)構(gòu)作一闡述。
附

圖1是本臥式精餾塔的全程示意圖;
附圖2是本臥式精餾塔的塔節(jié)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖;
附圖3是升氣管與泡罩的結(jié)構(gòu)示意圖;
附圖4是溢流管的結(jié)構(gòu)示意圖;
附圖5是汽液隔板的結(jié)構(gòu)示意圖。
結(jié)合附圖，一種改進(jìn)的臥式泡罩精餾塔，它的整個塔體是與地面平行的，與地面相距一般為2米左右。這種臥式泡罩精餾塔的縱截面為矩形，其矩形的上、下底略帶拱形，看來近似火車車廂。它是由塔體1、塔板2、汽液隔板上葉4、汽水隔板下葉5、泡罩3、溢流管6、蒸餾釜7、升氣管8構(gòu)成的。裝配時，先在成矩形縱向截面的塔體1內(nèi)將汽液隔板上葉4固定在塔體頂面上，再將汽液隔板上葉4的下邊與塔板2的右側(cè)邊相固定，再將塔板左側(cè)邊與已固定在塔體底面上的汽液隔板下葉5的中部相接，并固定;在塔板2的平面上以等邊三角形排列法均勻地設(shè)置蒸氣管8，蒸氣管8的上部有以120°分配的三個支承桿，泡罩3焊接在此三個支承桿上，泡罩3的下周邊上均勻地分布有若干個長圓孔，泡罩3的下邊與塔板2的距離保持一定的距離。在前塔板與后塔板之間設(shè)有溢流管6相連通，溢流管6是
形的，短管的一端裝在前一個塔節(jié)的塔板上，與塔板平面平齊;長管的一端裝在后一個塔節(jié)的塔板上，并高出塔板。在此溢流管的橫管的中間線的下部開一個直徑為2毫米的小孔供排液用。汽液隔板下葉5是一塊上端有一段彎曲45°角，彎曲部分高為40毫米的平板，此板的下邊中心部位開一個半徑為10毫米的半圓孔，將板固定在塔體1的底面上，此半圓孔可使各塔節(jié)間的精餾液適當(dāng)?shù)卦谒w內(nèi)流通，以免滯流。汽液隔板上葉4是一塊平板，固定在塔體的頂面上。以此類推，將設(shè)計計算確定的應(yīng)有多少個塔節(jié)，全按此方法裝配上、下隔板與塔板、升氣管、泡罩、溢流管。將第一個塔節(jié)底部開設(shè)一口與蒸餾釜7之口相連接，在其塔板2的中心線位置的一端設(shè)置一根溢流管6，其一端插入蒸餾釜中。而在倒數(shù)第二個塔節(jié)的近塔板部位與頂部各開一個出口，頂上一個口供流通精餾液氣體，而在近塔板的部位上的口是供通回流氣、液之用。
這種改進(jìn)后的臥式泡罩精餾塔具有經(jīng)典精餾塔的效果，但比經(jīng)典精餾塔具有更多的優(yōu)點，最突出的特點是整個精餾塔的塔體似一列火車車廂，其橫截面是矩形的，矩形的上、下邊也可略帶拱形。此塔體安裝后是與地面平行的。這樣就使精餾塔整體造價與安裝、操作費用大為下降，從而使生產(chǎn)費用大大下降。
現(xiàn)提出一個實施例來介紹本發(fā)明的設(shè)計方法以年生產(chǎn)食用酒精400噸的精餾裝置為例采用本發(fā)明前述的設(shè)計公式求取臥式泡罩精餾塔的主要數(shù)據(jù)，年產(chǎn)食用酒精400噸/年相當(dāng)于60公斤/時。
按前述公式計算出的數(shù)據(jù)為因該生產(chǎn)規(guī)模的圓塔直徑相當(dāng)于500毫米，則設(shè)定本矩形塔的縱向截面積折算成圓形面積應(yīng)比之略小，故定為454毫米。
1、V＝∏D2W/4＝3.1416×(0.454)2×0.65/4＝0.07米3/秒;
V′＝G(1+R)rVP/3600＝60(1+5)0.812×0.674/3600＝0.055米3/秒;
式中 0.674由VP＝RCPT/P＝19.83(78.3+273)/10333＝0.674米3/公斤式中 RCP＝18.4XD+47XH1O]]>/100＝18.4×95+47×5/100＝19.83式中 XD-精餾酒精的純度95%;
XH1O]]>-精餾酒精中的含水量5%。
矩形塔的縱向截面積
S＝LM＝3/5.4L2＝∏(0.454)2/4＝0.162米2;
則L2＝5.4∏(0.454)2/3×4塔的高度為L＝3.5/12]]>＝0.54米;
塔的寬度為M＝3/5.4L＝0.3米;
2、每個蒸氣管的自由截面積為F＝2.2×0.055/4.5＝0.027米2;
塔板上蒸氣管的總自由截面積為F′＝1.7317L1M＝1.731×0.3×0.34＝0.18米2;
蒸氣管或泡罩的數(shù)目n′＝F′/F＝7(個);
蒸氣管的直徑d＝4×F / П]]>＝18.54毫米泡罩間距為S′＝D′+dk/nd+l＝300+50×3.0/3+1＝112.5毫米式中 nd＝4/3n′]]>＝√4/3×7＝3.05，即它是塔板對角線上應(yīng)設(shè)置的泡罩?jǐn)?shù)。
dk＝4×F+П(di)2/П]]>＝53.3毫米式中di是泡罩內(nèi)徑。
蒸氣管與泡罩的垂直縫隙h1＝26/4＝6.5毫米;
式中蒸氣管的外徑為26毫米;
泡罩下沿與塔板間的距離h2＝d2/4dk＝(20)2/4×50＝2毫米;
泡罩周邊長度l′＝∏dk＝3.1416×50＝157毫米;
泡罩?jǐn)?shù)目Z＝l′/b+t＝157/6+4＝15.7取16個;
泡罩的長圓孔高度h＝∏d2k/4zt+b＝∏(50)2/4×16×6+4＝20.24，取20毫米;
3、塔板上溢流管高度為h”＝h′-△h＝60-10＝50毫米;
其中h′是塔板上液層高度，設(shè)計范圍為35-70毫米，現(xiàn)設(shè)定為60毫米;
其中△h是液層高出溢流管的高度，設(shè)計范圍為5-15毫米，現(xiàn)設(shè)定為10毫米;
4、溢流管直徑為d′＝4D＇R/3600ПW”]]>＝4×0.055×5/3600×3.1416×0.15]]>＝25.5毫米;其中w”是蒸氣在溢流管中的流速(米/秒)，其選定范圍為0.15-0.80;
5、氣液隔板的高度計算因為隔板的上、下葉的高度是相等的，而寬度也是相等的。則其高度 H＝1.8M-h3＝1.8×300-170＝370毫米;
其中h3為塔節(jié)的縱截面高度L減去隔板高度H之值。
6、塔板總數(shù)的求取方法與經(jīng)典設(shè)計方法相同，設(shè)計取為16塊塔板。
將上述數(shù)據(jù)構(gòu)成的臥式酒精泡罩精餾塔，與通用經(jīng)典的蘇式圓筒形豎的泡罩精餾塔的有關(guān)數(shù)據(jù)作比較，列表如下臥式塔經(jīng)典蘇式塔塔體截面積(毫米) 300×540 ∏(550)2/4塔體總長(高)(毫米)780012356塔板數(shù)量(塊)1666隔板數(shù)量上葉150下葉150塔體重量(公斤)50018.30塔體總散熱面積(米2) 13.104 21.69置塔廠房高度(米)3.838
精餾塔安裝時間(天)5150生產(chǎn)操作高度(米)020總投資(￥)(萬元)1238由以上臥式精餾塔全流程取得的酒精精餾的工藝數(shù)據(jù)如下蒸餾釜溫度83℃冷凝器處溫度78.3℃成品液溫度20℃待精餾酒精含量(%)93.0精餾后酒精含量(%)95.5一次精餾殘液的酒精含量(%)8.0精餾酒精回收率(%)95.0精餾成品溫度20℃低沸點排空器出口溫度40℃從以上酒精精餾數(shù)據(jù)來看，此臥式精餾塔的設(shè)計是可行的。那么這種臥式塔所具有的特點，即與地面平行且靠近地面，取消了高空操作的必要條件，對精餾塔裝置而言是一種重大改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種臥式精餾塔的設(shè)計方法，其特征是使用經(jīng)典的計算方法，求出圓塔的截面積，再按設(shè)定的矩形面積的長、寬比，求取相當(dāng)于此矩形面積的長、寬尺寸；再計算塔板的總面積、蒸氣管、泡罩的直徑與數(shù)目、溢流管直徑與長度、汽液隔板的尺寸，其計算公式為(1)、塔的縱向截面積的求取V=∏D2/4 米3D=4V/∏W 米V′=G(1+R)rVP/3600 米3VP=RCPT/PRCP=18.4XD+47X47XH1O/100]]>M∶L=3∶3.5-5.4(2)、蒸氣管與泡罩的計算F=2.2V′/W′ 米2F′=1.7317L1M 米2n′=F./F 個d=4F/П]]>毫米S′=D′+dKnd/nd+1 毫米dK=4F+Пd12/П]]>毫米nd=4/3n＇]]>h1=d(外徑)/4 毫米h2=d2(內(nèi)徑)/4dk毫米h3=L-H 毫米I′＝Πdk毫米Z=l/b+1 毫米h=Πdk2/4zt+b 毫米(3)、溢流管高度求取h″=h′-△h 毫米(4)、溢流管直徑求取d＇=4D＇R/3600ПW”]]>毫米(5)、汽液隔板的確定H=1.8M-h3毫米。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的臥式塔的設(shè)計方法，設(shè)計出的泡罩精餾塔是由蒸餾釜、塔板、升氣管、泡罩、溢流管構(gòu)成的，其特征在于其整個塔體(1)是與地面平行的，塔體與地面相距約為2米;而此塔體(1)的縱截面是矩形的，也可使矩形的上、下兩邊略帶拱形;其塔體的里面的頂面上裝有汽液隔板上葉(4)，塔內(nèi)底面上裝有汽液隔板下葉(5)，兩隔板間裝有具泡罩(3)、蒸氣管(8)的塔板(2)，前、后塔板間有溢流管(6)相通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的臥式精餾塔的設(shè)計方法，其特征在于其整個塔體是由16-30個塔節(jié)構(gòu)成的，在每個塔節(jié)內(nèi)設(shè)有一塊汽液隔板上葉(4)與一塊汽液隔板下葉(5)，一塊塔板(2);在塔板(2)上設(shè)有蒸氣管(8)與泡罩(3);在前一個塔節(jié)的塔板(2)下面與穿過后一個塔節(jié)的塔板(2)是一根溢流管(6)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的精餾塔的汽液隔板上葉(4)，其特征在于此板為一塊矩形平板，其上邊可以略帶拱形，可固定在塔體(1)的頂面上，其下邊與塔板(2)成90°角相接并固定。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的精餾塔的汽液隔板下葉(5)，其特征在于此隔板為一塊上部有一段彎曲的矩形平板，其彎曲部分的高度為40毫米，彎曲角度為45°;此平板的下邊也略帶拱形，在此下邊的中間部位開一個半徑為10毫米的半圓孔，并將下邊與塔體(1)的底面固定。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的精餾塔的溢流管(6)，其特征在于此溢流管為
形，在其橫管的中間向下部開有一個直徑為2毫米的小孔;溢流管的長管可穿過后一個塔節(jié)的塔板(2)，并在塔板上保持一定的高度，將管與塔板固定;溢流管的短管與前一個塔節(jié)的塔板(2)相接并固定，此短溢流管口是與該塔板的平面平齊的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的精餾塔的蒸氣管(8)，其特征在于此管的上部有三個支承桿，是以管的圓周按120°分布的，支承桿的高度約為管長的1/3。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的精餾塔的泡罩(3)，其特征在于此泡罩(3)的下周邊上開有均勻分布的長圓孔，將泡罩(3)焊接在蒸氣管(8)上，必須保持泡罩(3)的周邊與塔板(2)的距離不小于3毫米。
全文摘要
一種臥式泡罩精餾塔的設(shè)計方法，是將原圓柱形塔改為矩形的臥式塔，其矩形截面的上、下邊略帶拱形。安裝后塔體與地面平行，操作人可在地面上操作。塔體根據(jù)不同的精餾物可設(shè)16—30個塔節(jié)，每個塔節(jié)內(nèi)裝有隔板上葉和隔板下葉，兩隔板的中間裝有泡罩塔板，兩塊塔板間配有溢流管。這種精餾塔與經(jīng)典的精餾塔相比，具有設(shè)計簡單、零部件少，加工、施工、操作方便，不需要高層廠房等特點，則精餾生產(chǎn)成本大為降低。
文檔編號B01D3/18GK1096711SQ9311156
公開日1994年12月28日 申請日期1993年6月25日 優(yōu)先權(quán)日1993年6月25日
發(fā)明者王公寬 申請人:王公寬