完整版浮阀塔的设计示例

1、浮阀塔设计示例设计条件拟建一浮阀塔用以分离某种液体混合物，决定采用F1型浮阀（重阀），试按下述条件进行浮阀塔的设计计算。气相流量 Vs = 1.27m3/s； 液相流量 Ls = 0.01m3/s；气相密度 p v = 3.62kg/m3;液相密度 p l = 734kg/m3;混合液表面张力（T = 16.3mN/m，平均操作压强p = 1.013X105p&设计计算过程（一）塔径欲求出塔径应先计算出适宜空塔速度。适宜空塔速度 U 般为最大允许气速UF的0.60.8倍即：u =( 0.6 0.8 ) uf13式中C可由史密斯关联图查得，液气动能参数为:取板间距Ht =0.6m，板上液层高度h

2、L =0.083m图中的参变量值Hh l=0.6-0.083 =0.517m根据以上数值由图可得液相表面张力为 20mN/m 时的 负荷系数C20 =0.1。由所给出的工艺条件校正得：S =0.1 = 0.096汽20丿 I噩丿最大允许气速:V PvP34-3.62 q 32取安全系数为0.7，则适宜空塔速度为：m.G按标准塔径尺寸圆整，取 D = 1.4m ;实际塔截面积:尹=尹心如实际空塔速度：二L%開= 0 825财张安全系数：如偌/I知期在0.60.8范围间，合适。(二) 溢流装置选用单流型降液管，不设进口堰。1) 降液管尺寸取溢流堰长lw=0.7D ,即lw/D=0.7,由弓形降液管

3、的结构参数图查得:AAt=0.09,W d/D=0.15因此：弓形降液管所占面积：Af=0.09 Xl.54=0.139(m 2)弓形降液管宽度:Wd=0.15 Xl.4=0.21(m2)验算液体在降液管的停留时间B,0.01由于停留时间B 5s，合适。2）溢流堰尺寸由以上设计数据可求出:溢流堰长 lw=0.7 xl.4=0.98m采用平直堰，堰上液层高度可依下式计算，式中 E近似取1，即2.842.84 - （001x3600x 1UOO I 0.98 丿溢流堰高：hw=h L-h ow =0.083-0.033=0.05m液体由降液管流入塔板不设进口堰，并取降液管底隙处液体流速U0= 0.

4、228m/s ;降液管底隙高度:0.010198x0.2280.045浮阀数及排列方式1）浮阀数初取阀孔动能因数F0 = 11，阀孔气速为:呦 ll/xfj. 62 5.78m I 每层塔板上浮阀个数：1.27x4（个）2）浮阀的排列按所设定的尺寸画出塔板，并在塔板的鼓泡区内依排列方式进行试排，确定出实际的阀 孔数。已知Wd = 0.21m，选取无效边缘区宽区Wc = 0.05m、破沫区宽度 Ws=0.075m，由下式计算鼓泡区面积，即：j 心门2/ a2 I a-j A忑寸r 一 x + r sin -vvj尸二 Q/2-% =1.4/2-0.05 = 0.55z 引2_（叽+巴）=1-4/

5、2-（0,075+ 0,21）= 0.4A = 2|0.41 弭0.6宁-O4呼 + 二rO.65?= L12新L1討I 0.65 ）浮阀的排列方式采用等腰三角形叉排。取同一横排的空心距t=75mm ，则等腰三 角形的高度:A1 1一三=；=O.C1812 觀0.075AT 0.075x184由于塔直径D=1400mm ，需采用分块式塔板四块（其中两块弓形板、通道板和矩 形板各一块）。考虑到各分块的支承与衔接要占去一部分鼓泡区面积，因此排间距t应小于计算值，故取t =0.065m。现按t=75mm 、t =65mm 的等腰三角形叉排方式 画出浮阀排列图，可排出阀孔数180个，重新核算以下参数：

6、阀孔气速：动能因数:耳=5 91/162 =11,24动能因数在912之间，合适。塔板开孔率:0= =114开孔率在10 %14 %之间，合适。（三）塔板流体力学验算1）塔板压降利用下式计算：hp二女广+如+衣g（1 ）干板阻力临界孔速:因阀孔气速uo大于其临界阀孔气速uoc，故干板阻力计算式为:返42x9.six734（2）板上充气液层阻力本设备分离烃化液，液相为碳氢化合物，可取充气系数&o= 0.5hl fijAj = 0 5 x 0.083 = 0.042卿（3）液体表面张力造成的阻力叭 g 0.0085x734x9.31所以:h p=0.047+0.042+0.0005=0.0895

7、m单板压降：悸7 =亦诧=0.0895x73 x$.81 = 644F松单板压降偏高。(一般对于常压精馏塔应在 260530Pa为宜)2) 降液管液泛校核为了防止降液管液泛现象发生，要求控制降液管内清液层高度Hdw(Ht+H w)其中：Hd=h p+h L+h d(1) 气体通过塔板的压强降所相当的液柱高度hp前面已求出，hp=0.0895m(2) 液体通过降液管的压头损失(不设进口堰)* S 1% = 0.1535 5= 0.353x)0.010 98x0.04(3) 板上液层高度前已选定hL=0.083m所以 Hd=0.00895+0.083+0.008=0.181m取降液管中泡沫层相对密

8、度 =0.5,前已选定板间距HT=0.6m , hw=0.05m。则(Ht+H w)=0.5(0.6+0.05)=0.325m可见，HdV(HT+Hw)，符合防止降液管液泛要求。3) 液体在降液管内停留时间应保证液体在降液管内的停留时间大于35s，才能使得液体所夹带气体的释出本设计0.135x0 6=8. Is0.01 5s可见，所夹带气体可以释出4）雾沫夹带量校核依下面两式分别计算泛点率F，即：色+1.36AsZ及亠 0,78ZjCy板上液体流径长度3丄二门一2吧二 1.4-2x0.21 = 0.$板上液流面积Tp =一 2A = 1,54- 2x 1）.135 = L2?啲查得泛点负荷因数

9、Cf=0.141、物性系数K=1.O,将以上数据代入：1.27 x J1+ 1 一光 xO.Ol x0 .98厂1.27 x J 麗=畑-？唸=0阳及” =归2碗 =0 52?1.0 x 0.141 xl .270.7S xl .0 x 0 14L xl .54对于大塔，为避免过量雾沫夹带，应控制泛点率不超过80%。上两式计算的泛点率都在80%以下，故可知雾沫夹带量能够满足 evvO.1kg（液）/kg（气）的要求。5）严重漏液校核当阀孔的动能因数Fo低于5时将会发生严重漏液，前面已计出Fo=11.24，可见不会发生严重漏液。（四）塔板负荷性能图1）气体负荷下限线（漏液线）F0=5计算相应的气

10、对于F1型重阀，因动能因数Fov5时会发生严重漏液，故取 相流量(V S， min ):(勺窗- (0.033)2 卞 130 x耳 g 4V3.622）过量雾沫夹带线根据前面雾沫夹带校核可知，对于大塔，取泛点率F = 0.8，那么4-1.36 L x 0 .980.S1.0 x0 141 xl.Z7整理得:11-雾沫夹带线为直线，由两点即可确定。当 Ls=0 时，Vs=2.035m 3/s ； 当 Ls=0.01 时，Vs=1.846m出雾沫夹带线。3/s。由这两点便可绘3）液相负荷下限线对于平直堰，其堰上液层高度 how必须要大于0.006m。取出液相负荷下限线。h ow =0.006m，

11、可作沟叶=2.84xl0-3?=Ci.006*审取E=1、代入lw则可求出（Ls）min :(0.006 严 0.9S1.284拭1 尸丿0.00083/ls4）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 ,取8= 5s作为液体在降液管中停留时间的下限，则:=0.0162m3/ff5）液泛线先求出Vs与Ls的关系，就可在操作范围内任意取若干点，从而绘出液泛线丽;二匕一盃一曾其中:(a = 1.91xW5b二 0廿+(01 一吊)血* 二 0.5x0.6 + (0.5-l-0.5)x0.05=0.25=73 67_0.1.53_0.153- 0.9Sax0.04 = 0 +

12、 心667) =(1+ CJ 5)x 0.667 x 誌访=1.014将计算出的a、b、c、d值代入上式方程并整理可得:Vl = 81-2706.3LJ-34.88在操作范围内任意取若干Ls值，由上式可算出相应的Vs值，结果列于下表。Is. nn.占DOOlOD03O.OD8D JO 1ODO0D1JVs - ml2-的3.742S2J02-5aX42将以上五条线标绘在同一 VsLs直角坐标系中，画出塔板的操作负荷性能图。将 设计点（Ls，Vs）标绘在图中，女口 P点所示，由原点O及P作操作线OP。操作线交严 重漏液线于点A，过量雾沫夹带线于点B。由此可见，此塔板操作负荷上下限受严重漏液线及过量雾沫夹带线的控制。分别从图中A、B两点读得气相流量的下限V min 及上限 V max , 可求得该塔的操作弹性。操作弾性hlue:1.7670.5553.13(P 24681012】416 b10 nf /s图厶42塔板操作负荷性能图设计结果现将以上设计计算结果列于下附表。附表：浮阀塔板工艺设计计算结果表烦目驗也展说聃善注睹艳Dm1.4檢1可更血. 6搭板盘式单说配弓形隔蔽音分疑式俗板空塔吒速电，it也0.325O.K盗说堆隔hg m0.05战王加屋高度也0.083矗撷皆慝隠高质&ffi