完整版浮阀塔课程设计

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 1.0.液相负荷上限线 1.0.漏液线 1.1.液相负荷下限线 1.1.五 、汇总表 1.3.II设计任务书拟建一浮阀塔用以分离甲醇一一水混合物，决定采用F1

2、型浮阀（重阀），试根据以下条件做出浮阀塔的设计计算已知条件：液相密度P L3 (kg/m )气相密度P V3 (kg/m )液相流量Ls ( RT/S )气相流量Vs（ R/s）表面张力（T （mN/m）8191. 010.00641.88+0.001x n38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15、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u（安全系数）u maxU m axC式中C可由史密斯关联图查出，横标的数值为0.0963L h ( l ) 0.50.0064 ( 819 ) 0.5

3、Vh ( v1.89 (1.01)取板间距Ht 0.5m，板上液层高度h 0-07m，则图中参数值为Ht hL0.450.070.38m由图3 5查得C200.085，表面张力38mN/m0.2c c20(20)0.0850.238=0.096202.73m/sumax 0.096 严 Wmax : 1.01取安全系数为0.6，则空塔气速为u=0.6u max =0.6 2.73=1.63m/s则塔径D为:D=i.4m4 1.891.22 m3.141.63按标准塔径圆整塔截面积:AT汙2誉（曲曲Vs1.891.227m/s实际空塔气速:OWX00OA 1.54(2)溢流装置选用单溢流弓形降液

4、管，不设进口堰。各项计算如下: 堰长Iw :取堰长Iw 0.67D，即lW 0.67 1.4 0.94m 出口堰高hw:hWhL hOW采用平直堰，堰上液层高度hOw可依下式计算：近似取E 1，则可由列线图查出how值。Lh 0.0064 3600 23.04m3/hlw 0.94m,查得 how 0.024m则 hw hL how 0.07 0.024 0.046m弓形降液管宽度Wd和面积Af :血 0.67D由图3 10查得：A 0.076，叫 0.135，贝卩 ADAf 0.076 1.540.12m2Wd 0.1351.40.189m停留时间：36空吐 施 01SLhLs 0.0064

5、停留时间5s，故降液管尺寸合理。Lh降液管底隙高度hnL so；厂3600 1W U 01 W U 0取降液管底隙处液体流速u00.16m/ s,则0.04mho0.042m 取 ho 0.94 0.16取ho(3)塔板布置及浮阀数目与排列取阀动能因子Fo 11用下式求孔速uo,即1110.95m/s J v 1.01d=0.039m,则每层塔板上的浮阀数为UoFoVs4d0Uo1.89145-(0.039)2 10.95取边缘区宽度 Wc 0.06m，破沫区宽度Ws0.07m，塔板鼓泡区域面积为:4=2 x、R -x +R arcs in180RWc1 40.0620.64m(Wd1 4Ws

6、).(0.1890.07)D20.44m0.44 1.03m20.6420.44、0.642 0.442(0.64)2 arcs in180浮阀排列方式采用等腰三角形叉排。取同一横排的孔心距t 75mm 0.075m，则可按下式估算排间距t，即 A 1.03t a0.095 95mmNt 145 0.075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 t 80mm 0.08m。按t 75mm、t 80mm以三角形叉排方式作图(见附图1)，排得阀数148 个。按148重新核算孔速及阀孔动能因数：uo 1

7、89 10.69m/s(0.039)2 1484Fo uo 二 10.69、市 10.74m/s浮阀动能因数Fo变化不大，仍在912范围内。塔板开孔率=比 27 100% 11.47%Uo 10.69、塔板内部结构图塔板流体力学验算（1）气相通过浮阀塔板的压强降降，即卩可根据下式计算塔板压强hphchih 板阻力：由下式计算，即u1.8273.110.45m/s1.01因uo uoc，故按下式计算干板阻力，即hc5.342vU oc2 ig5.341.01 10.692 819 9.810.038m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0 Q5，有h10h

8、L 0.5 0.07 0.035m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，与气体流经一层浮阀塔板的压强降所相当的液柱高度为hp 0.038 0.035 0.073m液柱则单板压降为：P p hp lg 0.073 819 9.81 586Pa（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高度，叫 （击 hw）。Hd可用下式计算，即H d hp hL hd与气体通过塔板的压强降所相当的液柱高度hp :前已算出hp 0.071m 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hd 0.153(丄)20.153 ( 0.0064 )20.0044m液柱I

9、wh/0.94 0.047 板上液层高度：前已选定板上液层高度为hL 0.07m则 Hd 0.073 0.07 0.044 0.187m取=0.5，又已选定 HT=0.5m hw =0.046m。贝U(Ht hW) 0.5 (0.5 0.046) 0.273m可见Hd (Ht hw),符合防止淹塔的要求。(3)雾沫夹带按以下两式计算泛点率，即及泛点率而工100%板上液体流经长度ZLD 2Wd1.40 2 0.189 1.022m板上液流面积A At 2Af 1.54 2 0.12 1.30m2甲醇和水为正常系统，取物性系数K 1.0,又查图得泛点负荷系数CF 0.113,将以上数值代入下式得泛

10、点率0.0064 1.02100% 62.76%1.0 0.113 1.30又按下式计算泛点率，得1.891.01泛点率Y819 1.010.78 1.0 0.113 1.54100%48.93%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e 0.1kg（液）/kg（气）的要求。四、塔板负荷性能图雾沫夹带线泛点率Vs1.36LsZl100%按泛点率为80%计算如下Vs1.01819 1.011.36Ls 1.020.800.113 1.30整理得0.035Vs 1.38Ls 0.118或 Vs 3.160 40.8Ls（ 1）由式（1）知雾沫夹带线为直线，则在操作范围

11、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1Ls/(m3/s)0.0020.010Vs/(m3/s)3.292.98液泛线(Ht hW) hp hL hdhc hi h hL hd由上式确定液泛线。忽略式中ho,则有(Ht0.153 -Ls-1 w ITq2(12/32.84 E 3600Ls1000lw因物系一定，塔板结构尺寸一定，则Ht , hW , h, lw , v , L ,0及等均为定值，而U。与Vs又有如下关系，即VsU0-doN4式中阀孔数N与孔径d。亦为定值，因此可将上式简化为Vs与L.的如下 关系式：aVs2 b cL

12、2 dL23即 0.0108Vs20.204 108L2 1.05L?3或 Vs2 18.89 10800L； 97.22L?3（ 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2J/(m3/s)0.0010.0050.0090.013Vs/(m3/s)4.233.973.723.42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。依下式知液体在降液管内停留时间为360AHt 35s以5s作为液体在降液管中停留时间的下限，则求出上限液体流量Ls值（常数）。在Vs Ls图上液相负荷上限线为与气 体流量Vs无关的竖直

13、线（3）漏液线对于戸型重阀，依Fo=u0 v =5计算，则u0=二。又知y v4Vs -dNUo以Fo 5作为规定气体最小负荷的标准，则（Vs）min -doNuo -doN Fo（0.039）2 148 L 0.88m3/s（ 4）44 v 41.01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how 0.006m作为液本负荷下限条件，依how的计算式计算出Ls的下限值，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）。2/3箒型0严。.6取E.则3/ 20.006 1000lw2.84 136003/ 20.006 10000.9428436000.000

14、8m3/s(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(Vs)min 2.98m3/s,气相负荷下线(Vs)min 0.88m3/s,所以2 98操作弹性空8 3.390.88五、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/m1.4板间距HT/m0.5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/m0.94堰高hw/m0.046板上液层咼度hL/m0.07降液管底隙高度ho/m0.04浮阀数N/