10 气液传质塔设备.doc

第10章 气液传质设备（选讲） 例10-1 拟建一浮阀塔以分离苯-甲苯混合物，决定采用F1型浮阀（重阀），试根据以下条件作出浮阀塔的设计计算。气相流量；液相流量；气相密度；液相密度；物系表面张力。解：1.塔板工艺尺寸计算（1）塔径 欲求塔径应先求出空塔气速u，而依式知，式中C可由史密斯关联图查出，横标的数值为：取板间距，取板上液层高度，则图中参数值为：根据以上数值，由史密斯关联图查得，因物系表面张力，很接近20mN/m，故无需校正，即：则取安全系数为0.6，则空塔气速为：塔径按标准塔径圆整为则塔截面积空塔气速（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：出口堰高 依式知：采用平直堰，堰上液层高度可依式计算，即近似取，则可由列线图查出值。因，由该图查得则弓形降液管宽度和面积，用图求取和，因为：由该图查得：，则依式验算液体在降液管中停留时间，即：停留时间5s，故降液管尺寸可用。降液管底隙高度 依式可知：取降液管底隙处液体流速，则：，取（3）塔板布置及浮阀数目与排列 取阀孔动能因子，用式求孔速，即：依式求每层塔板上的浮阀数，即：取边缘区宽度泡沫区宽度依式计算塔板上的鼓泡区面积，即：浮阀排列方式采用等腰三角形叉排。取同一横排的孔心距，则可按式估算排间距，即：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80mm，而应小于此值，故取。按，以等腰三角形叉排方式作图（见本例附图1），排得阀数228个。按重新核算孔速及阀孔动能因数：阀孔动能因数变化不大，仍在912范围内。2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：干板阻力 由下式计算，即：或因，故按下式计算干板阻力，即：板上充气液层阻力 本设备分离苯和甲苯混合液，即液相为碳氢化合物，可取充气系数，依式计算：液体表面张力所造成的阻力 此阻力很小，忽略不计。因此，气体流经一层浮阀塔板的压强降所相当的液柱高度为：（单板压降）（2）淹塔 为了防止淹塔现象的发生，要求控制降液管中清液层高度。可由下式计算，即：气体通过塔板的压强降所相当的液柱高度前已算出：液体通过降液管的压头损失 因不设进口堰，故按下式计算：板上液层高度 前已选定板上液层高度为：则取，又已选定，则可见，符合防止淹塔的要求。（3）雾沫夹带 按下两式计算泛点率，即：（a）及（b）板上液体流径长度板上液流面积苯和甲苯可按正常系统按附表1取物性系数，又由图查得泛点负荷系数，将以上数值代入式（a），得：又按式（b）计算泛点率，得：对于大塔，为避免过量雾沫夹带，应控制泛点率不超过80%。根据式（a）及式（b）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。例7-1 附表1 物性系数K系统物性系数K无泡沫，正常系统氟化物（如BF3，氟里昂）中等发泡系统（如油吸收塔、胺及乙二醇再生塔）多泡沫系统（如胺及乙二胺吸收塔）严重发泡系统（如甲乙酮装置）形成稳定泡沫的系统（如碱再生塔）1.00.90.850.730.600.303.塔板负荷性能图（1） 雾沫夹带线 依式（a）作出，即：对于一定的物系及一定的塔板结构，式中、K、及均为已知值，相应于的泛点率上限值亦可确定，将各已知数代入上式，便得出的关系式，据此可作出符合性能图中的雾沫夹带线。按泛点率=80%计算如下：整理得或（1）由式（1）知雾沫夹带线为直线，则在操作范围内任取两个值，依式（1）算出相应的值列于本例附表2中。例7-1附表2 ，m3/s0.002 0.010，m3/s3.01 2.78（2）液泛线 联立以下三式：得：由上式确定液泛线。忽略式中项，将以下五式代入上式，得到：因物系一定，塔板结构尺寸一定，则、及等均为定值，而与又有如下关系，即：式中阀孔数N与孔径亦为定值。因此，可将上式简化成与的如下关系式：即或（2）在操作范围内任取若干个值，依式（2）算出相应的值列于本例附表3中。例7-3 附表3，m3/s0.001 0.005 0.009 0.013，m3/s3.76 3.52 3.29 3.03（3）液相负荷上限线 液体的最大流量应保证在降液管中停留时间不低于35s。依式知：液体在降液管内停留时间求出上限液体流量值（常数），在图上，液相负荷上限线为与气体流量无关的竖直线。以作为液体在降液管中停留时间的下限，则：（3）（4）漏液线 对于F1型重阀，依计算，则：又知则得式中、N、均为已知数，故可由此式求出气相负荷的下限值，据此作出与液体流量无关的水平漏液线。以作为规定气体最小负荷的标准，则：（4）（5）液相负荷下限线 取堰上液层高度作为液相负荷下限线，依的计算式或或计算出的下限值，依此作出液相负荷下限线，该线为与气相流量无关的竖直线。取，则（5）根据本题附表2，3及式（3）、（4）、（5）可分别作出塔板负荷性能图上的（1）、（2）、（3）、（4）及（5）共五条线，见图。由塔板负荷性能图可以看出：（1）在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。（2）塔板的气相负荷上限完全由雾沫夹带控制，操作下限由漏液控制。（3）按照固定的液气比，由本例附图2查出塔板的气相负荷上限，气相负荷下限，所以：现将计算结果汇总列于本题附表4中。例7-1附表4 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板间距HT，m塔板型式空塔气速u，m/s堰长lW，m堰高hW，m板上液层高度hL，m降液管底隙高度ho，m浮阀数N，个阀孔气速uo，m/s阀孔动能因数Fo临界阀孔气速uoc，m/s孔心距t，m排间距t，m单板压降pp，Pa液体在降液管内停留时间，s降液管内清液层高度Hd，m泛点率%气相负荷上限(Vs)max，m3/s气相负荷下限(Vs)min，m3/s操作弹性1.600.