1、化工原理课程设计浮阀塔的设计专业：化学工程与工艺班级：化工 1003姓名：孙皓升学号：1001010310成绩： 指导教师：王晓宁I目录设计任务书 1一 、塔板工艺 尺寸计算 2（1） 塔径 2（2） 溢流装置 3（3） 塔板布置及浮阀数目与排列 4二、塔板内部结构图 6三、 塔板流体力学验算 7（1） 气相通过浮阀塔板的压强降 7（2） 夜泛 7（3） 雾沫夹带 8四 、塔板负荷性能图 9(1)雾沫夹带线 9液泛线 10液相负荷上限线 10漏液线 11液相负荷下限线 11五 、汇总表 131设计任务书拟建一浮阀塔用以分离甲醇水混合物，决定采用 F1 型浮阀（重阀） ，试根据以下条件做出浮阀塔
2、的设计计算。已知条件：液相密度 L（kg/m3）气相密度 V（kg/m3）液相流量Ls（m 3/s）气相流量Vs（m 3/s）表面张力(mN/m)819 101 0.00641.88+0.001n38其中：n 为学号要求：1.进行塔的工艺计算和验算2.绘制负荷性能图3.绘制塔板的结构图4.将结果列成汇总表5.分析并讨论2一 、塔板工艺尺寸计算（1）塔径 欲求塔径应先给出空塔气速 u，而max)(安 全 系 数uvlCmax式中 C 可由史密斯关联图查出，横标的数值为 0963.)1.8(9.064)( 5.05.0 vlhVL取板间距 ，板上液层高度 ，则图中参数值为mHT. mhl7.hL3
3、807.45.0由图 查得 ，表面张力5382c ./N0.20.220 38().5=96max81962.73/0u ms取安全系数为 0.6，则空塔气速为 maxu=0.6.62.73=1.6/s则塔径 D 为： 44.891.2316sVmu按标准塔径圆整 D=1.4m，则塔截面积： 222 54.1).(4.DAT 31.89.27/54sTVumsA实 际 空 塔 气 速 ： （2）溢流装置 选用单溢流弓形降液管，不设进口堰。各项计算如下： 堰长 ：取堰长 ，即Wl DlW67.0.149m 出口堰高 hw：WLOW 采用平直堰，堰上液层高度 可依下式计算：h32)(1084.2W
4、OWlEh近似取 ，则可由列线图查出 值。EOh3.642.04/hLmOW0.94.Wlm， 查 得 07.6L则 弓形降液管宽度 和面积 ：dfA.6WlD由图 查得： ，则103135.0,7.dTf246mAfd 89.35.00.159.3864fTfThsHAsL停 留 时 间 ：停留时间 ，故降液管尺寸合理。s54 降液管底隙高度 0036ulLlhWsho取降液管底隙处液体流速 则,/16. m0.4.291o.4oh取（3）塔板布置及浮阀数目与排列 取阀动能因子 用下式求,1oF孔速 即,ou10.95/.vFmsd0=0.039m，则每层塔板上的浮阀数为 220.8145(
5、39)0.4soVNu取边缘区宽度 ，破沫区宽度 ，塔板鼓泡区域mWc6.mWs7.面积为： 22a x=x-+arcsin180ARR.46.4cDm()(0.189.7)0.422dsxW220.46.4.6arcsin1.03.aA m浮阀排列方式采用等腰三角形叉排。取同一横排的孔心距，则可按下式估算排间距 ，即mt075.t5 1.03.95457aAt mN考虑到塔的直径较大，必须采用分块式塔板，而各分块的支承与衔接也要占去一部分鼓泡区面积，因此排间距不宜采用 100mm，而应小于此值，故取 。t08. 按 、 以三角形叉排方式作图（见附图 1） ，排得阀数mt758148 个。按
6、重新核算孔速及阀孔动能因数：142.8910.69/(03)4oums.74/ovF浮阀动能因数 变化不大，仍在 范围内。o 12901.27=0%.6u塔 板 开 孔 率6二、塔板内部结构图7三、 塔板流体力学验算（1）气相通过浮阀塔板的压强降 可根据下式计算塔板压强降，即 lpch 板阻力：由下式计算，即 1.8251.825v730.4/ocums因 ，故按下式计算干板阻力，即2.1.69.34.30.388voccluhg液 柱板上充气液层阻力：本设备分离甲醇和水混合物，即液相为水，可取充气系数 ，有5.0107.3Lhm液 柱液体表面张力所造成的阻力：此阻力很小，忽略不计。因此，与气
7、体流经一层浮阀塔板的压强降所相当的液柱高度为 0.38.50.73ph液 柱l.819.586pPhgPa则 单 板 压 降 为 ：（2）夜泛 为了防止夜泛现象的发生，要求控制降液管中清液层 d()dTwHh高 度 ， 。 可 用 下 式 计 算 ， 即pLh与气体通过塔板的压强降所相当的液柱高度 ：前已算出ph80.71phm液 柱液体通过降液管的压头损失：因不设进口堰，故按下式计算，即 2 2w0.64.53().53()0.49sdoLmlh液 柱板上液层高度：前已选定板上液层高度为 0.7Lm3.04.187dH则 w=5h06mT取 .5， 又 已 选 定 。 则().(.).23T
8、Wh可见 ，符合防止淹塔的要求。(TdH（3）雾沫夹带 按以下两式计算泛点率，即 1.360%vssLLFbVZKCA泛 点 率 vl10.78sFT及 泛 点 率 2.40.189.02LdZDWm板 上 液 体 流 经 长 度 53bTfA板 上 液 流 面 积甲醇和水为正常系统，取物性系数 ,又查图得泛点负荷系数.1K，将以上数值代入下式得13.0FC1.0.89.3604.210%6.71泛 点 率又按下式计算泛点率，得91.0.89%48.930735泛 点 率根据以上两式计算出的泛点率都在 80%以下，故可知雾沫夹带量能够满足 的要求。气 ）液 ） (/1.kgeV四 、塔板负荷性
9、能图雾沫夹带线 1.360%vssLLFbVZKCA泛 点 率按泛点率为 80%计算如下 ：1.0.361.0289.8s sVL整理得 0.351.0.ss648VL或 （ 1）由式（1）知雾沫夹带线为直线，则在操作范围内任取两个 Ls 值，依式（1）算出相应的 Vs 值列于本例附表 1 中。据此，可做出雾沫夹带线（1） 。附表 13s/()Lm0.002 0.010V3.29 2.9810液泛线 1()TWpLdcoLdHhhh由上式确定液泛线。忽略式中 ,则有02 2/320602.84()5.34.53()1vos sTWWLwo wu LEglhl因物系一定，塔板结构尺寸一定，则 ，
10、 ， ， ， ， ，TH0hlvL及 等均为定值，而 与 又有如下关系，即00usV204sudN式中阀孔数 N 与孔径 亦为定值，因此可将上式简化为 与 的如0 sVL下关系式： 223ssaVbcLd22/30.18.0418.05ssL即 2 /97ss或 （ 2）在操作范围内任取若干个 Ls 值，依式（2）算出相应的 Vs 值列于本例附表 2 中。据表中数据做出液泛线（2）附表 23s/()Lm0.001 0.005 0.009 0.013V4.23 3.97 3.72 3.42 液相负荷上限线液体的最大流量应保持在降液管中停留时间不低于 35s。依下式11知液体在降液管内停留时间为:
11、 f3605ThAHsL以 作为液体在降液管中停留时间的下限，则s5 3max0.12()./5fTs ms （ 3）求出上限液体流量 值（常数） 。在 图上液相负荷上限线为与LssLV气体流量 无关的竖直线（3）sV漏液线10v0v5=u5u=F对 于 型 重 阀 ， 依 计 算 ， 则 。 又 知204sVdN5sv则 得 以 作为规定气体最小负荷的标准，则50F22230min0 5() (.39)1480./4s vFVdNu ms （ 4）据此做出与液体流量无关的水平漏液线（4）液相负荷下限线取堰上液层高度 作为液本负荷下限条件，依 的计算mhow06. owh式计算出 的下限值，依
12、此做出液相负荷下限线，该线为与气相流sL量无关的竖直线（5） 。122/3min360()2.840.6=1sWLEl 取 E1则3/23/23min. .0.94() 8/8sL ms （ 5）根据本题附表 1，2 及式（3） ， （4） ， （5）可分别做出塔板负荷性能图。由塔板负荷性能图可以看出：任务规定的气，液负荷下的操作点 P（设计点） ，处在适宜操作区内的适中位置。塔板的气相负荷上限由雾沫夹带控制，操作下限由漏液控制。按照固定的液气比，由附图 2 查出塔板的气相负荷上限3 3min smin()2.98/()0.8/sVsVs， 气 相 负 荷 下 线 ， 所 以132.983.0
13、操 作 弹 性五 、汇总表附表 3 浮阀塔板工艺设计计算结果项目 数值及说明 备注塔径 D/m 1.4板间距 HT/m 0.5塔板形式 单溢流弓形降液管 分块式塔板空塔气速 u/（m/s） 1.227堰长 lw/m 0.94堰高 hw/m 0.046板上液层高度 hL/m 0.07降液管底隙高度 h0/m 0.04浮阀数 N/个 148 等腰三角形叉排阀空气速 u0/(m/s) 10.69阀孔动能因数 F0 11临界阀孔气速 u0c/(m/s) 10.45孔心距 t/m 0.075 指同一横排的孔心距排间距 t/m 0.08 两横排的中心线距离单板压降 P p/pa 580液体在将夜管内停留时间 /s 9.38降液管内清液层高度 Hd/m 0.187泛点率/% 48.93气相负荷上限（Vs） max/(m3/s) 2.98 雾沫夹带控制14气相负荷下线（Vs ）min /(m3/s) 0.88 漏液控制操作弹性 3.39
