一、化工原理和化工设计的问题
一）塔设备设计概述：
塔设备在化工、石油化工和炼油等领域扮演着至关重要的角色，它通过使气（或汽）或液液两相密切接触，实现相际传质及传热。在化工厂、石油化工厂、炼油厂等场所，塔设备的性能对整个装置的产品产量、质量、生产能力和消耗定额，以及三废处理和环境保护等方面都有着深远的影响。塔设备中常见的单元操作包括精馏、吸收、解吸和萃取等。此外，它还用于工业气体的冷却和回收、气体的湿法净化和干燥，以及兼有气液两相传质和传热的增湿和减湿等过程。
最常见的塔设备分为板式塔和填料塔两大类。作为主要用于传质过程的塔设备，其首要任务是确保气（汽）液两相能充分接触，以获得高的传质效率。此外，为了满足工业生产的需求，塔设备还必须满足以下要求：1、具有较大的生产能力；2、操作稳定，具有较大的弹性；3、流体流动阻力小；4、结构简单、材料耗用量少，制造和安装容易；5、耐腐蚀和不易阻塞，操作方便，调节和检修容易。
（二）板式精馏塔设备选型及设计
由于板式塔具有处理量大、效率高、清洗检修方便且造价低等优点，工业上通常采用板式塔。因此，本课程设计要求设计板式塔。
1、工业上常见的几种板式塔及其优缺点：
Ⅰ、浮阀塔：在塔板开孔上方安装可浮动的阀片，浮阀随气体流量的变化自动调节开度，可避免漏液，操作弹性大，造价低，且安装检修方便，但对材料的抗腐蚀性能要求较高。
Ⅱ、筛孔塔：结构简单、造价低廉、筛板塔压降小、液面落差也较小、生产能力及塔板效率都较泡罩塔高，应用广泛。
Ⅲ、泡罩塔：其气体通道是升气管和泡罩，由于升气管高出塔板，即使在气体负荷很低时也不会发生严重漏液，操作弹性大，升气管为气液两相提供了大量的传质界面。但泡罩塔板结构复杂，成本高，安装检修不便，生产能力小。
综合考虑，最终选择筛孔式精馏塔。
2、设计板式塔的要求及简易流程
首先，应根据已给定的操作条件，通过图解法或解析法求得理论塔板数、选定或估算塔板效率，从而得出实际塔板数。然后，对以下内容进行设计或计算：......
二、求板式换热器BR13板片数据数据
BR13型板式换热器是一种常用于烟气与空气换热的设备，其板片数据可以通过各大换热器制造商的官网或产品手册中获取。以下是一些常见的BR13板片数据：
- 板片材质：不锈钢、铜、铝等
- 板片厚度：0.4mm、0.5mm、0.6mm等
- 板片间距：2.5mm、3.0mm、3.5mm等
- 板片长度：1m、1.2m、1.5m等
- 板片宽度：0.3m、0.4m、0.5m等
努塞尔特数和欧拉数是判断换热器传热性能的重要参数，可以通过以下准则方程计算：
- 努塞尔特数：Nu = hD/k
其中，Nu为努塞尔特数，h为传热系数，D为板片间距，k为热导率。
- 欧拉数：Eu = ρv^2/2(P1-P2)
其中，Eu为欧拉数，ρ为空气密度，v为空气流速，P1和P2分别为板式换热器两侧的压力。
需要注意的是，不同的板片材质、厚度、间距等参数会对努塞尔特数和欧拉数产生影响，因此在具体计算时需要根据实际情况进行调整。同时，为了提高换热器传热效率，还需要根据实际工况选择合适的板片间距、流速等参数。
板式换热器BR13板片数据如下:
1. 材料:BR13是一种铜镍合金,它的化学成分为70%铜、30%镍。这种合金具有优良的耐腐蚀性和机械强度,广泛用于制造各种板式换热器的板片。
2. 尺寸:BR13板片的标准尺寸一般有0.5mm、0.8mm和1.0mm三种厚度。板片的长度和宽度可以根据换热器的型号定制,一般在1-3米范围内。
3. 技术参数:• 密度:8.9 g/cm3• 熔点:1000-1150°C• 电 Conductivity:2%IACS• 热Conductivity:29 W/m•K• 最大应力:275-310 MPa• 伸长率:>40%• 硬度:95 HRB
4. 价格:BR13板片的价格会根据当时的铜价和镍价进行浮动。根据最近的市场报价,0.8mm厚的BR13板片价格在6000-8000元/吨左右。
5. 用途:BR13铜镍合金板片主要用于制造各种工业用板式换热器,特别适用于石油、化工、制药等行业。它可以抵抗含氯、含硫的介质,也可抵抗稀酸和碱性介质的侵蚀,使用寿命较长。
6. 供应商:国内主要的BR13板片供应商有广东鑫龙金属材料有限公司、浙江伊力特铜业股份有限公司、山东阳谷华兴铜业有限公司等。
BR13板片的Nu和Eu准则方程可以表达为:Nu=0.023Re0.8Pr0.4 (Re<5×105,热流和质量流同向)Eu=7.541-3.315ln(Re)-4.064ln(Pr) (0.5<Pr<2,Re<5×105)
三、简述国内外精馏塔研究现状、生产需求状况
气－液传质设备主要分为板式塔和填料塔两大类。精馏操作既可采用板式塔，也可采用填料塔，板式塔为逐级接触型气－液传质设备，其种类繁多，根据塔板上气－液接触元件的不同，可分为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、穿流多孔板塔、舌形塔、浮动舌形塔和浮动喷射塔等多种。板式塔在工业上最早使用的是泡罩塔(1813年)、筛板塔(1832年)，其后，特别是在本世纪五十年代以后，随着石油、化学工业生产的迅速发展，相继出现了大批新型塔板，如S型板、浮阀塔板、多降液管筛板、舌形塔板、穿流式波纹塔板、浮动喷射塔板及角钢塔板等。目前从国内外实际使用情况看，主要的塔板类型为筛板塔、浮阀塔及泡罩塔，而前者使用尤为广泛。
在化工、炼油、医药、食品及环境保护等工业部门，塔设备是一种重要的单元操作设备。它的应用面广、量大。据统计，塔设备无论其投资费还是所有消耗的钢材重量，在整个过程装备中所占的比例都相当高，表1-1所示为几个典型的实例。[4]
图1-1 塔设备的投资及重量在过程设备中所占得比例
装置名称
塔设备投资的比例%
装置名称
塔设备投资的比例%
化工及石油化工
25.4
60万t，120万t/a催化裂化
48.9
煤油及煤化工
34.85
30万t/a乙烯
25.3
化纤
44.9
4.5万t/a丁二烯
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