cuptower用户手册

CUP-TOWER用户手册CUP-TOWER User Manual

中国石油大学（华东）

2010-12

序言

塔设备是炼油、石化、化工等部门广泛应用的工艺设备，其主要功能是通过汽（或气）液或液液两相的接触，实现物料的提纯和分离，达到流体间传质与传热的目的。塔器通过壳体和壳体内的内件实现物料分离，具有结构简单、效率高、操作方便和稳定可靠等特点。蒸馏、吸收、解吸、汽提、萃取等过程一般均在塔设备中进行。

塔设备的设计过程不仅受到具体参数、工艺要求等的制约，还受到设计人员实际经验和研发手段的制约。传统的设计过程存在对人员要求高、工作量大、效率低、难以保证数据的准确性、信息不能共享等诸多不利因素。目前常用的设计软件虽然较好地解决了传统设计的缺陷，但仍然存在一些缺点，如平台老、塔板类型较少、图形化功能较差、人机对话不方便、设计过程中无法干预及通用性不强等。

针对上述问题，我们对各类板式塔、筛板萃取塔、散装填料塔、规整填料塔、和填料萃取塔的设计进行全面分析，通过工程经验与实验总结规律，开发了一种全新的塔设备计算软件CUP-TOWER。该软件具有设计和校核的功能，支持多种方式的输入、输出，支持负荷性能图和塔板布置图（CAD）的自动生成，能够帮助用户直观的分析塔设备的操作情况，具有较高的实用价值。

CUP-TOWER 用户手册

目录

第1章系统安装和启动 (1)

1.1 软件环境 (1)

1.2 使用许可 (1)

1.3 安装 (2)

第2章功能概览 (3)

第3章组件分类介绍 (7)

3.1 板式塔 (7)

3.2 筛板萃取塔 (15)

3.3 规整填料塔 (19)

3.4 散装填料塔 (23)

3.5 填料萃取塔 (26)

第4章其它 (31)

4.1 软件升级 (31)

4.2 软件版本和非法破解 (31)

4.3 联系方式 (32)

第1章系统安装和启动

1.1 软件环境

CUP-TOWER 适用于MS Win7/XP/2000/2003/Vista，每当OS 升级时，如果有兼容性问题，CUP-TOWER 会进行兼容性升级。

1.2 使用许可

本软件由中国石油大学（华东）版权所有。

用户必须取得CUP-TOWER的使用许可方可获得使用权，任何在未获得使用许可的情况下使用CUP-TOWER将被视作非法使用，使用者承担非法使用软件的法律责任和错误计算结果的技术风险。

软件默认提供一定的试用期，目前提供100次或50天试用期。超过有效期后，用户必须输入注册码（激活码）后方可使用，如图1-1。用户通过将机器码发送至sunlanyi@https://www.360docs.net/doc/c19893236.html,来获得注册码（激活码）。

注意：生成的密钥Key文件保存在系统“我的文档”文件夹下，文件名为CUP-TOWER.key，用户可通过保存该文件来备份注册信息。

图1-1 CUP-TOWER的密钥生成器

1.3 安装

CUP-TOWER 是绿色的软件系统，包括其安装程序，安装过程不在用户系统安装任何插件。所有的安装文件都安装在软件目录下，不在用户系统目录Windows，System32 之下安装任何文件。运行安装程序Setup.exe 完成安装过程。在“开始|程序”中同时安装了反安装系统，利用它可以轻松、干净删除CUP-TOWER。

在软件安装时，用户可根据自己的需要，选择所需组件，每一组件所占用空间及软件需要的全部空间均已列出，如图1-2所示。运行安装程序Setup.exe 完成安装过程。在“开始|程序”中同时安装了反安装系统，利用它可以轻松、干净删除CUP-TOWER。

图1-2 安装包组件选择

第2章功能概览

CUP-TOWER软件是一款可靠、易用、通用的塔设备水力学综合计算软件，它将工业上常见的板式塔、筛板萃取塔、散装填料塔、规整填料塔和填料萃取塔等多种类型的塔内件集合在一起，是一款功能强大、综合性很强的全新软件。其借鉴了国内外相关软件的特点，在可靠性、易用性、通用性等方面更胜一筹。

其主要功能如下：

1可用于板式塔、筛板萃取塔、散装填料塔、规整填料塔和填料萃取塔的计算，具有设计和校核的功能。

2塔板类型包括浮阀（圆阀，条阀）、固阀、垂直筛板、固舌、浮舌、斜孔、筛板、泡罩、穿流筛板、折流挡板、多降液管塔板以及FRI系列塔板。

3塔板的溢流形式包括单溢流、双溢流、四溢流，可以实现四溢流塔板的布置。4散堆填料包括各种材质与型号的拉西环、鲍尔环、环矩鞍、阶梯环等。

5规整填料包括各种材质与型号的波纹板、丝网、格栅等。

6设计方面：能够根据工艺条件和设计要求计算出合适的塔设备结构

7校核方面：能够根据已知的塔设备结构和工艺条件，获得塔设备水力学计算结果，给出最终的负荷性能图。

8输入部分：与Aspen Plus，PRO/II连接，实现数据的一次性输入，避免数据传输错误；输入数据以文件的形式存储，方便调用。

9输出部分：计算结果以表格的形式输出到Excel和Word中。

10塔板类型及塔内件种类如下表所示。

表2-1 塔内件种类一览表

塔设备类型塔内件种类

板式塔浮阀（圆阀，条阀）、固阀、垂直筛板、固舌、浮舌、斜孔、筛板、泡罩、穿流筛板、折流塔板、多降液管塔板以及FRI系列塔板。

筛板萃取塔筛板塔

散装填料塔拉西环、阶梯环、鲍尔环、矩鞍环

规整填料塔Mellapak、Mellagrid金属格栅板、金属丝网波纹、BX、CY

填料萃取塔拉西环、鲍尔环、阶梯环、环矩鞍等散堆填料丝网、板波纹等规整填料。

1.塔板种类繁多，计算模型准确

CUP-TOWER塔板部分包含浮阀型、筛孔型、泡罩型、斜喷型、无溢流型、多降液管型、垂直筛板、旋流板和固阀型九类二十多种塔板的设计计算，填料部分包含常见的散装填料和规整填料，遴选了许多文章和书籍中的研究成果，借助电算程序，高效、省时地设计和校核塔设备。

2.界面友好，人机对话方便

软件程序系统整体功能的好坏与软件界面有很大的关系，一个良好的程序系统必须有友好的人机对话界面，否则即使内部功能非常优秀也不能为人所知晓。为此，CUP-TOWER对界面进行了一番精心的设计，界面具有良好的引导操作功能。软件采用Visual Basic 6.0作为开发工具，利用VB丰富的控件，对其窗体、菜单栏和工具栏等界面进行设计，如图2-1所示。

图2-1菜单和工具栏

3.塔板程序独立性强

每种塔板都单独作为一个子窗体，调用时只需要选择相应的塔板类型即可，每种塔板的计算程序都放在相应的标准模块中，当对各种塔板进行计算时，只需要调用相应的塔板计算程序，因此具有多任务的优点。用户可以同时打开多个不同的塔板类型进行设计，并显示不同的设计结果，进行直观的比较，选择最优的设计结果。

4.数据输入

由于气液相流量、气液相密度、粘度、表面张力等数据很多是通过模拟软件Aspen Plus和PRO/II获得，CUP-TOWER可以把PRO/II和Aspen Plus的模拟结果输入到软件相应界面中，这样就减少了数据的输入误差，使繁琐的数据输入过程变得简单，提高工作效率。在计算过程中我们可以应用单击菜单系统中的“文件-输入数据-来自Aspen Plus（或来自PROII）”或单击工具栏中的（或）图标从Aspen Plus（或PRO/II）数据文件中获得所需要的数据，导入到CUP-TOWER 中，如图2-2所示。

图2-2 数据输入

5.结果输出

CUP-TOWER利用预先编制的EXCEL和WORD模板，应用VBA技术输出各种塔板的计算参数表，同时方便用户对数据结果的编辑和修改。通过单击菜单系统中的“文件-输出结果-输出到EXCEL（或输出到WORD）”或单击工具栏中的（或）图标来实现。如图2-3所示。

图2-3 输出操作

得到的Excel文件和Word文件可以保存和修改，其结果包括设计基本信息、

工艺条件、塔的结构参数、水力学参数、负荷性能图等。其样式如图2-4所示。

图2-4 word结果输出

6.人性化的参数提示

在塔板设计或校核中需要用户自行输入某些参数，设计结果需要判断有关参数的值是否符合设计要求，这些参数都有一定的取值标准，如安全因子的选择标准等，CUP-TOWER在输入界面都有提示，如图2-5所示。

图2-5 参数提示

第3章组件分类介绍

3.1 板式塔

3.1.1 板式塔组件概述

图3-1 CUP-TOWER板式塔结构

CUP-TOWER的总体结构如图3-1所示。任务管理包括任务的新建、打开和保存；工具包含计算器、单位换算表和降液管设计；数据输入包括工艺条件、结构参数和项目描述的输入；结果输出包括塔板结构参数、工艺参数和负荷性能图的输出；选项包括塔板种类、计算类型和计算单位选择；帮助包括用户使用手册和程序的关于信息。

1.设计新塔

输入塔板上气液相负荷、密度、粘度、表面张力等数据，并给定某些控制参数和结构要求，程序便可进行设计计算，输出下列计算结果：

A.塔板结构参数：塔径、板间距、开孔率、堰的形式、降液管面积、降液

管长度、受液盘宽度、堰高、降液管底隙等。还有某些塔板的特殊结构

参数，如多降液管塔板的降液孔数目，旋流板的布液板直径等。利用降

液管设计功能可以很方便的对溢流区结构进行设计，图3-2为四溢流塔

板的设计的界面。

图3-2 四溢流降液管设计

B.塔板工艺参数：空塔气速、孔速、漏点气速、溢流强度、板上液层高度、

干板压降、总板压降、雾沫夹带、降液管液泛百分比、降液管停留时间、

降液管底隙速度等。如图3-3所示。

图3-3塔板工艺参数结果

2.校核旧塔

校核旧塔，除了需要输入上述设计参数外，还需要输入部分塔板结构参数，之后软件便可以计算塔板其他结构参数和塔板工艺参数以及绘制负荷性能图。

3.负荷性能图绘制

在板式塔的设计过程中，负荷性能图是可以直观的检验板式塔设计是否合理。CUP-TOWER绘制的负荷性能图能够直观地反映出塔板的操作状况，并清晰地显示出操作点、操作上下限点的位置以及操作弹性和塔板操作的控制因素，免去了手工绘图的繁琐。这些曲线从水力学的角度表示了不同气液条件下的操作极限，说明了所设计塔板结构参数是否合理，同时对生产操作有一定的指导作用。用户可以根据曲线的位置动态的缩放图形，动态地调节坐标系的刻度和最值，方便地观察7条曲线的位置，不会出现图形比例失调的情况，故所绘负荷性能图美观、协调。如图3-4所示。

图3-4 负荷性能图

4.塔板结构图AutoCAD输出

目前可以输出浮阀和筛板两种类型塔板结构图。如图3-5所示。

图3-5塔板结构图输出到AutoCAD

5.便捷的多塔段同时计算功能

A.首先填写项目信息，如下图所示；

图3-6 项目信息

B.填写该塔段对应的塔号和板数，菜单栏中的“窗口—层叠”按钮可以对

已有窗口按照板号排序，方便用户查看，如图3-7所示。

图3-7 多窗口管理

C.批量输出前，首先单击“设置”按钮，对输出的语言和路径设置，

如图3-8所示。

图3-8 设置选项

D.单击工具栏“word输出”按钮，弹出如所示的对话框，如图3-9所示。仅输出当前窗口：只输出在最前面的窗口

所有窗口：勾选需要输出的塔的名称

图3-9 word批量输出功能

3.1.2 板式塔设计/校核实例

某厂常压气提塔——固舌塔板工艺条件，如表3-1所示。

表3-1 固舌塔板工艺条件

名称数值单位

温度288 ℃

压力 1.52 atm

汽相密度45.5 kg/m3

汽相体积流量0.114 m3/s

液相密度450 kg/m3

液相体积流量0.0086 m3/s

液相粘度0.34 cp

液相表面张力 6 dyn/cm

塔径 1.2 m

板间距0.45 m

开孔率7.79 %

降液管面积与塔截面积之比 14.063 %

降液管底隙0.03 m

1.打开板式塔组件，进入主界面，选择塔板类型为“斜喷型”，计算类型为

“校核”，单击确定按钮。

2.根据已知输入塔板信息、工艺条件、塔板结构参数等。注意：在“设置

选项”中可以选择流量的输入方式——质量流量或者体积流量。

3.单击“降液管尺寸”按钮，在降液管尺寸界面中，输入降液管面积百分比，

选择降液管形式为直降液管，输入塔径、底隙和受液盘深度，如图3-10。

图3-10 降液管设计

4.得到降液管尺寸数值，单击确定按钮，返回主界面。

5.单击检验按钮，检验输入的数据是否完整和正确。

6.单击“开始校核”按钮，得到计算结果。

7.单击“负荷性能图”按钮，得到塔板负荷性能图，可以实现自由缩放和

图上取点，如图3-11所示。

图3-11 负荷性能图绘制

8.点击工具栏里的图标即可输出数据。

3.2 筛板萃取塔

3.2.1 筛板萃取塔组件概述

筛板萃取塔主要由筛板和溢流管组成。分散相经筛板的小孔分散为液滴群，与流经溢流管的连续相接触实现传质。一个筛板萃取柱一般有十几块或几十块筛板，分散相在筛板上(下)形成一层凝聚层，然后以一定的孔速经过筛板，分散为大小不等的液滴，经过一定高度的板间距，在下一块筛板上(下)再聚结成凝聚层，因此，筛板萃取塔是一种逐板接触式逆流萃取设备。因为每两块筛板间均有分散和聚结，故连续相的轴向返混被限制在筛板之间的范围内，而不会扩展至整个塔内，同时分散相液滴在每一块筛板上进行凝聚和再分散，使液滴的表面不断更新，因此，筛板萃取柱的效率较高。而且，由于筛板萃取柱的结构简单，造价低廉，在许多工业过程中得到应用，尤其是在萃取过程所需理论级数少，处理量大及物系具有腐蚀性的场合，效果良好。

图3-12 筛板萃取塔结构图

筛板(多孔板)塔与孔板蒸馏塔的结构相似，但是孔径要比蒸馏塔的小，孔板

间距也和蒸馏塔稍有不同。如果轻液为分散相，经孔板分散成液滴，在塔板上与连续相密切接触后，轻液由底部的下面，然后借助压力的推动，再经孔板分散，分层凝聚，并积聚在上一层筛板最后由塔顶排出。重液连续相由上部进入经降液管至筛板，水平流动横过筛板后，经溢流堰流入降液管进入下面一块筛板。依次反复，最后由塔底排出。如果重液是分散相，则塔板上的降液管须改为升液管，连续相(轻液)通过升液管进入上一层塔板。

因为连续相的轴向混和被限制在板与板之间范围内，相液滴在每一块塔板上进行凝聚和再分散，而没有扩展至整个塔内，同时分散率比填料塔有所提高，使液滴的表面得以更新，因此筛板塔的萃取效率比填料塔有所提高。由于筛板塔结构简单，价格低廉，尽管级效率较低，仍在许多工业萃取过程中得到应用，尤其是在萃取过程所需理论级数少、处理量较大及物系具有腐蚀性的场合。国内在芳烃抽提中，应用筛板塔，效果良好。

为了提高板效率，使分散相在孔板上易于形成液滴，筛板材料必须优先为连续相所润湿，因此有时需应用塑料板或将塔板涂以塑料，或者分散相由板上的喷嘴形成液滴。同时选择体积流量大的流体为分散相。

为了保证筛板塔的正常操作，在设计中，应考虑以下几点:

●分散相应均匀地通过全部筛孔，防止因连续相短路而导致板效率降低。

●选择适当的筛孔流速。筛孔流速过低，易形成分散相滴状流出；筛孔流速

过高，易产生分散相喷射，对传质均不利。

●两相在板间明显分层，并且要有一定高度的分散相积累层。

●连续相经降液管(或溢流管)流动时，所来带的分散相液滴要少，以避免过大

的轴向混合。

1.筛板萃取塔塔径的计算

筛板塔的设计方法有很多，CUP-TOWER设计给出三种设计方法：

●化学工程手册中给出的计算方法

●Prubhu法（特性速度法）

●Rocha法（直接计算法）

2.筛板萃取塔塔高的计算

3.板间距的确定

板间距由分散相的液层高度和连续相液层高度所决定，为了保证塔的正常操

作，必须保证一定的分散相液层高度。分散相液层高度由两相流动所需的压头决定。为了使两相在筛板上良好接触，并获得较大的接触面积，一般取板间距为分散相液层高度的三倍以上。实际上，筛板塔板间距一般根据经验选取。通常不超过300mm，特殊情况，板间距可以高达600mm，为了使两相能在筛板上分层，工业萃取塔的板间距最好不要小于150mm。

3.2.2 筛板萃取塔设计/校核实例

某厂筛板萃取塔工艺条件，如表3-1所示。

表3-2 筛板萃取塔工艺条件

名称数值单位

塔径0.5 m

塔板数95 层

板间距0.2 m

开孔率 3 %

降液管面积比17 %

降液管高度0.1 m

连续相相密度 1.8 kg/m3

连续相体积流量860 m3/h

连续相粘度0.59 cp

分散相密度 3.5388 kg/m3

分散相体积流量966 m3/h

分散相粘度 1.08 cp

1.打开筛板萃取塔组件，进入主界面，计算类型选择“校核计算”，单位选

择“公制”，计算方法选择“通用算法”，如图3-13所示。