浮阀塔课程设计说明书

题目 拟建一浮阀塔用以分离苯 氯苯混合物 不易气泡 决定采用 F1 型浮阀 试根据以下条件做出浮阀塔 精馏段 的设计计算 已知条件见下表 物系 液相密度 L 3 mkg 气相密度 V 3 mkg 液相流量 LS 13 sm 气相流量 VS 13 sm 表面张力 1 mN 苯 氯苯 841 92 9960 0061 610 0209 要求 1 进行塔板工艺设计计算及验算 2 绘制负荷性能图 3 绘制塔板结构图 4 给出设计结果列表 5 进行分析和讨论 设计计算及验算 1 塔板工艺尺寸计算 1 塔径 欲求塔径应先给出空塔气速 而u max u 安全系数u v vl cu max 式中可由史密斯关联图查出 横标的数值为c 0625 0 996 2 9 841 61 1 006 0 5 05 0 v l h h V L 取板间距 板上液层高度 则图中参数值为mHT45 0 mhL05 0 mhH LT 4 005 0 45 0 由图查得 表面张力53 0825 0 20 c 9 20mmN 0832 0 20 2 0 20 cc 2 smu 399 1 996 2 996 2 9 841 0832 0 max 取安全系数为 0 6 则空塔气速为 m s84 0 399 16 0umax 安全系数u 塔径m u V D s 562 1 84 014 3 61 1 44 按标准塔径圆整 则mD6 1 塔截面积 222 01 2 6 1 4 14 3 4 mDAT 实际空塔气速 sm A V u T s 801 0 01 2 61 1 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 W lDlW66 0 mlW056 16 166 0 出口堰高 W h OWLW hhh 采用平直堰 堰上液层高度可依下式计算 OW h 3 2 1000 84 2 W h OW l L Eh 近似取 则可由列线图查出值 1 E OW h m021 0 h056 1 6 213600006 0 OW 3 查得mlhmL Wh mhhh OWLW 029 0 021 005 0 则 弓形降液管宽度和面积 d W f A 66 0 D lW 由图查得 则103 124 0 0721 0 D W A A d T f 2 145 0 01 20721 0 mAf mWd199 0 6 1124 0 3 停留时间s L HA L HA s Tf h Tf 88 10 006 0 45 0 145 0 3600 故降液管尺寸可用 s5 降液管底隙高度 0 0 3600ul L ul L h W s W h o 取降液管底隙处液体流速则 13 0 0 smu 取mho0437 0 13 0 056 1 006 0 mho04 0 3 塔板布置及浮阀数目与排列 取阀动能因子用下式求孔速即 10 o F o u sm F u v o o 78 5 996 2 10 每层塔板上的浮阀数 即 234 78 5 039 0 4 61 1 4 22 0 o s ud V N 取边缘区宽度 破沫区宽度 mWc06 0 mWs10 0 mW D R c 74 0 06 0 2 6 1 2 mWW D x sd 501 0 10 0 199 0 2 6 1 2 2222 222 36 1 74 0 501 0 arcsin 74 0 180 501 0 74 0 501 0 2 arcsin 180 2 m R x RxRxAa 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mmmt075 075 式估算排间距 即 t mm Nt A t a 5 770775 0 075 0 234 36 1 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 77 5mm 而应小于此值 故取 mmmt065 0 65 按 以等腰三角形叉排方式作图 见附图 1 排得阀数 228 个 mmt75 mmt65 4 按重新核算孔速及阀孔动能因数 228 smuo 91 5 228 039 0 4 61 1 2 23 10996 2 91 5 voo uF 浮阀动能因数变化不大 仍在范围内 o F12 9 塔板开孔率 6 13 100 91 5 801 0 0 u u 附图 1 图中细实线为塔板分块线 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 hhhh cp 1 干板阻力 由下式计算 即 5 smu voc 76 5 996 2 1 731 73 852 1 852 1 因 故按下式计算干板阻力 即 oco uu 液柱m g u h L V c 034 0 81 9 9 8412 91 5 996 2 34 5 2 34 5 22 0 板上充气液层阻力 本设备分离苯和甲苯混合物 即液相为碳氢化合物 可取充气系数 有5 0 0 液柱mhh L 025 005 05 0 01 液体表面张力所造成的阻力 此阻力很小 忽略不计 因此 与气体流经一层浮阀塔板的压强降所相当的液柱高度为 液柱mhp059 0025 0034 0 则 单板压降PaghP Lpp 48781 9 9 841059 0 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 wTd hHH 可用下式计算 即 d H dLpd hhhH 与气体通过塔板的压强降所相当的液柱高度 前已算出 p h 液柱mhp059 0 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 液柱m hl L h oW s d 00309 0 04 0056 1 006 0 153 0 153 0 22 板上液层高度 前已选定板上液层高度为 mhL05 0 则 mHd112 000309 0 05 0 059 0 取 又已选定 则5 0 mHT45 0 mhW029 0 mhH WT 24 0 029 0 45 0 5 0 6 可见 符合防止淹塔的要求 WTd hHH 3 雾沫夹带 按以下两式计算泛点率 即 100 36 1 bF Ls vL v s AKC ZLV 泛点率 及 100 78 0 TF L v s AKC V 泛点率 板上液体流径长度mWDZ dL 202 1 199 0 260 1 2 板上液流面积 2 72 1 145 0 201 2 2mAAA fTb 苯和甲苯为正常系统 取物性系数 又查图得泛点负荷系数 将以上数0 1 K128 0 F C 值代入下式得 2 48 100 72 1 128 00 1 202 1 006 036 1 996 2 9 841 996 2 61 1 泛点率 又按下式计算泛点率 得 9 47 100 01 2128 00 178 0 996 2 9 841 996 2 61 1 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 0kgkgeV 3 塔板负荷性能图 雾沫夹带线 依下式做出 即 100 36 1 bF Ls vL v s AKC ZLV 泛点率 按泛点率为 80 计算如下 7 80 0 72 1 128 0 202 1 36 1 996 2 9 841 996 2 ss LV 整理得 1761 0635 10598 0 ss LV 或 1 ss LV 3 27945 2 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 0 002 0 010 2 89 2 67 附表 1 液泛线 dLocdLpWT hhhhhhhhhH 1 由上式确定液泛线 忽略式中 则有 0 h 3 2 0 2 2 3600 1000 84 2 1 153 0 2 34 5 W s W oW s L ov WT l L Eh hl L g u hH 因物系一定 塔板结构尺寸一定 则 及等均为定值 T H W h 0 h W l v L 0 而与又有如下关系 即 0 u s V Nd Vs u 2 0 0 4 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下关系式 0 d s V s L 3222 sss dLcLbaV 即 3 222 968 075 85197 0 01293 0 sss LLV 或 3 222 965 0 7348 0 15 sss LLV 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 8 0 001 0 005 0 009 0 013 3 80 3 58 3 38 3 15 附表 2 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 3 5s 依下式知液体在降液管内停留时 间为 s L HA h Tf 5 3 3600 以作为液体在降液管中停留时间的下限 则s5 3 sm HA L Tf s 013 0 5 45 0145 0 5 3 max 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Ls ss LV s V 竖直线 3 漏液线 对于型重阀 依计算 则 又知1F5 00 v uF v u 5 0 0 2 0 4 NudVs 则得 v s NdV 5 4 2 0 以作为规定气体最小负荷的标准 则5 0 F sm F NdNudV v s 787 0 996 2 5 228 039 0 444 3202 00 2 0min 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 依的计算式计算出的下限值 mhow006 0 ow h s L 依此做出液相负荷下限线 该线为与气相流量无关的竖直线 5 006 0 3600 1000 84 2 3 2 min W s l L E 9 取 则1 E 5 sm l L W s 0009 0 3600 056 1 84 2 1000006 0 3600184 2 1000006 0 3 2 32 3 min 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上的 1 2 3 4 及 5 共五条线 见附图 2 附图 2 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 气相负荷smVs 6 2 3 min 下限 所以smV s 787 0 3 min 30 3 787 0 6 2 操作弹性 现将计算结果汇总列于附表 3 中 附表 3 浮阀塔板工艺设计计算结果 项目 数值及说明 备注 10 塔径 板间距 塔板形式 空塔气速 堰长 堰高 板上液层高度 降液管底隙高度 浮阀数 N 个 阀孔气