化工设备选择与设计-F1型浮阀精馏塔设计.doc

化工设备选择与设计课程设计（二）课程设计题目： F1型浮阀精馏塔设计 学 院 名 称： 化学工程学院 专 业： 化学工程与工艺 班 级： 化工11-4 姓 名： 沈杰 学 号 11402010417 任 课 教 师： 董 明 定稿日期：2014年6月10日期末课程设计题目：F1型浮阀精馏塔设计一、设计条件拟建一浮阀塔（塔板数48层，其中提馏段16层，精馏段32层），用以分离乙醇和水的混合物，采用F1型浮阀（重阀），按以下条件对该浮阀塔进行设计计算。1蒸汽流量：1692 m3/h2液体流量：2.3 m3/h3蒸汽密度：1.32 kg/m34液体密度：794 kg/m35平均操作压强：1.013105 Pa6酒精表面张力：22.27 mN/m7塔板间距：0.35m8塔板上液层深度：0.05m9塔板上降液管的液封高度：10mm二、计算内容及要求1计算下表项目栏中各内容，写出计算过程，并将计算结果填入下表数值栏中。 表 浮阀塔设计计算结果 项目 数值塔径DT，m板间距HT, m溢流形式溢流堰长度lw, m溢流堰高度hw, m板上清液层高度hi, m降液管底与塔盘间距离h0, m浮阀数N（个）阀孔速度u0，m/s阀孔动能因素F0阀孔中心距t, m行间距h, m液体在降液管中的停留时间，s降液管中当量清液层高度Hd, m泛点，%操作弹性2流体力学验算（1）单板流体阻力计算；（2）泄漏验算；（3）液泛的验算；（4）雾沫夹带的验算；（5）操作弹性计算。3. 绘制负荷性能图（1）计算并列出雾沫夹带上限线表达式；（2）计算并列出液泛线表达式；（3）计算并列出液相负荷上限线表达式；（4）计算并列出气相负荷下限线表达式；（5）计算并列出液相负荷下限线表达式；（6）列出操作负荷线表达式；（7）将以上6条线绘制在直角坐标中（可用Excel绘图），给出性能负荷图。4以上课程设计须在两个星期内完成。5. 完成的课程设计内容请用A4纸张打印、装订后交给学习委员或课代表；再由学习委员或课代表于6月23日（周一）下午2:00交给任课教师。三、参考资料1刘道德 等编著.化工设备的选择与设计（第三版，教材），p143-154；2化工原理教材中连续精馏内容及浮阀塔等相关内容；3 泛点负荷系数参考图：I目 录目 录1 设计条件12 塔径塔板12.1 塔径估算12.2 塔板层数23 标准塔盘选择23.1 塔截面积43.2 溢流管截面积及溢流管宽度43.3 溢流堰高度43.4 溢流管底与塔盘间距离43.5 验算液体在降液管内的停留时间44 流体力学验算54.1 单板流体阻力54.2 泄露验算54.3 液泛的验算54.4 雾沫夹带的验算64.5 操作弹性75 负荷性能图85.1 雾沫夹带上限线85.2 液泛线85.3 液相负荷上限线95.4 气相负荷下限线95.5 液相负荷下限线95.6 操作负荷线96 设计结果11宁波工程学院期末课程设计1 设计条件拟建一浮阀塔（塔板数48层，其中提馏段16层，精馏段32层），用以分离乙醇和水的混合物，采用F1型浮阀（重阀），按以下条件对该浮阀塔进行设计计算。蒸汽流量： 1692 m3/h=0.47 m3/s液体流量： 2.3 m3/h= 0.00064 m3/s蒸汽密度： 1.32 kg/m3液体密度： 794 kg/m3平均操作压强：1.013105 Pa酒精表面张力：22.27 mN/m塔板间距：0.35m塔板上液层深度：0.05m塔板上降液管的液封高度：10mm2 塔径塔板2.1 塔径估算取塔板间距，塔板上液层深度，故分离空间为动能参数：由图2-1查得负荷系数。由于图2-1是按液体表面张力的物系绘出的，因此，标更确切。而对物系表面张力为其他值时，须按下式校正，即最大允许空塔速度为图2-1 不同分离空间下动能参数与负荷系数之间的关系H板距，m hL塔板上液层深度，m Ls、Vs分别为液、气两相的负荷，m3/s V、L分别为蒸汽、液体的密度 C表面张力为20 mN/m的物系的负荷系数适宜空塔速度一般为最大允许气速的倍，即取，则塔径2.2 塔板层数塔板数48层，其中提馏段16层，精馏段32层。3 标准塔盘选择取动量因素，则塔盘上的阀孔直径，故浮阀数为按N=46查表2-1，选取塔盘的主要参数列于表2-2。表2-1 浮阀塔盘标准（摘录）表2-2 选取的塔盘的工艺参数项目塔径板间距弓形降液管堰长度溢流堰高浮阀数N个浮阀排列方式每行阀孔中心距t/mm行间距h/mm参数800350529255046等腰三角形7565按所选浮阀个数，校正动能因数，即塔截面积与溢流装置：3.1 塔截面积3.2 溢流管截面积及溢流管宽度由此查图2-2，得及，故3.3 溢流堰高度因为是一般物系，故取液流收缩系数近似等于1，则堰上液层高度3.4 溢流管底与塔盘间距离取液封高度为12mm，故校核降液出口速度，即之值低于0.07m/s，故认为适合。3.5 验算液体在降液管内的停留时间由以上计算认为溢流管尺寸合适。4 流体力学验算4.1 单板流体阻力浮阀由部分全开转变为全部全开时的临界速度此时 气体通过板上清液层的压强降对于乙醇和水的物系，取为0.5，故由表面张力引起的压强降因为由表面张力引起的压强降值较小，一般略去不计，所以即4.2 泄露验算取动能因数的下限值，即取,算出相应的气相最小负荷，即故所以不会泄露。4.3 液泛的验算为避免液泛，溢流管内清液层高度应小于。对一般液体取泡沫层相当于清液层的密度为0.5，故溢流管内清液层高度为式中-克服液面落差所需清液层的高度，其值较小，一般忽略不计； -克服液体在溢流管内流动阻力所需的液层高度，可按下式计算。故得 因此不会液泛。4.4 雾沫夹带的验算对直径的塔，泛点率70时，雾沫夹带才能维持在允许范围之内。而式中其中，为系统因素，参考表4-1，取；为泛点气相负荷系数，由和查图4-1，得。故表4-1 系统因素数值系统系统因素无泡沫正常系统1.00氟化物（如氟利昂）0.90中等泡沫系统0.85多泡沫系统0.73严重泡沫系统0.60稳定泡沫系统0.30图4-1 泛点负荷系数所以 因此，雾沫夹带在允许范围之内。4.5 操作弹性从雾沫夹带现象考虑气相负荷上限，并取泛点率=70，即亦即解得 (a)从液泛角度考虑负荷上限，即又因即而所以根据解得故得 （b）比较（a）、(b)之值，从安全考虑，取，因此，其弹性为5 负荷性能图5.1 雾沫夹带上限线取泛点为70，故或整理得 在图5-1中标绘上式，即得雾沫夹带上限线1。5.2 液泛线液泛线关系式为或整理得于图5-1中标绘上式，即得液泛线2。5.3 液相负荷上限线则极限值为5s,则所以在图5-1中标绘上式，即得液相负荷上限线3。5.4 气相负荷下限线由泄漏计算知在图5-1中标绘上式，即得气相负荷下限线4。5.5 液相负荷下限线取堰上液层高度为6mm，则式中 E-液流收缩系数，无因次，可由图查出，其值在1左右，故解得 在图5-1中标绘上式得液相负荷下限线5.5.6 操作负荷线依据气相负荷为，液相负荷为,在图5-1中标出点C，连接点C与原点O，即为操作负荷线。图5-1 性能负荷图6 设计结果计算结果列于表6-1。表6-1 浮阀塔设计计算结果项目数值塔径DT，m0.8板间距HT，m0.35溢流形式弓形单溢流溢流堰长度lw，m0.529溢流堰高