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.设计任务书拟建一浮阀塔用以分离甲醇水混合物，决定采用 F

2、1 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L3（kg/m3）气相密度V3（kg/m3）液相流量 Ls （m3/s ）气相流量Vs（ m3/s ）表面张力 （mN/m）8191010.00641.88+0.001×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、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0.0963Lh ( l )0.50 .0064 (819 )

3、0.5Vh ( v ) 1.89 (1.01)取板间距 HT 0.5m，板上液层高度 hl 0.07m ，则图中参数值为HT hL0.450.07 0.38m由图 3 5查得 c20 0.085，表面张力38mN / m.0.2 c c20 (20)0.20.0850.238=0.096202.73m / sumax 0.096 819 1.01 max 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=1.4m，1.22 m3.14 1.634 1.89按标准塔径圆整塔截面积：AT 4 D2 3.414 (1.4)2 1.

4、54m2Vs 1.891.227m/ s实际空塔气速：23)AT 1.54（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lW ：取堰长 lW 0.67D ，即lW 0.67 1.4 0.94m出口堰高 hw：hW hL 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 /h lW 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：lW 0.67D由图 3 10 查得： Af 0.076

5、,Wd 0.135，则ATD2Af 0.076 1.54 0.12m2Wd 0.135 1.4 0.189m 停留时间：3600Af HT AfHT 0.12 0.5LhLs0.0064停留时间5s，故降液管尺寸合理。Lh降液管底隙高度hh Ls o ' ' 3600l W u0l W u0取降液管底隙处液体流速 u0' 0.16m/ s,则0.04mho 0.0064 0.042m 取h o 0.94 0.16 取 ho3）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/ sv 1.01d0=0.039m，则每层塔板上的浮

6、阀数为uoFoVs4d0uo1.892(0.039)2 10.95145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：Aa =2 xR2-x2+R2 arcsin x180RWc1.40.0620.64m(Wd1.4Ws) 1.4(0.1890.07)D20.44m0.44 1.03m20.64Aa20.44 0.642 0.442(0.64) 2 arcsin180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' Aa1.03t'a 0.095 95mmNt 145 0

7、.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：uo1.89 10.69m/ s2(0.039)2 1484Fo uov 10.69 1.01 10.74m / s浮阀动能因数 Fo变化不大，仍在 9 12范围内。塔板开孔率 = u 1.227 100% 11.47%u0 10.69、塔板内部结构图塔板流体力学验算

8、（1）气相通过浮阀塔板的压强降降，即可根据下式计算塔板压强hp hc hl h 板阻力：由下式计算，即u1.8273.1 10.45m/ s1.01因uo uoc ，故按下式计算干板阻力，即hc5.342vu oc5.341.01 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 0.5，有h1 0hL 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

9、 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， Hd （HT 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( Ls )2 0.153 ( 0.0064 )2 0.0044m液柱dlw ho0.94 0.04 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

10、。则(HT hW ) 0.5 (0.5 0.046) 0.273m 可见 H d (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0.78KCl F AT 100%板上液体流经长度 ZL D 2Wd 1.40 2 0.189 1.022m 板上液流面积 Ab 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 C F 0.113，将以上数值代入下式得泛点率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819 1.01

11、0.78 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 eV 0.1kg（液）/kg（气）的要求。四 、塔板负荷性能图雾沫夹带线泛点率Vs1.36LsZLKCFAb100%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 /(m

12、3 / s)0.0020.010Vs /(m3 /s)3.292.989液泛线(H T hW ) hp hL hdhc h1 ho hL hd由上式确定液泛线。忽略式中 h0 ,则有(HT2 hW) 5.34 Lvu2og0.153 Lslwho2(12/32.84E 3600Ls1000Elw因物系一定，塔板结构尺寸一定，则 HT，hW ，h0，lW， v， L， 0及等均为定值，而 u0 与Vs又有如下关系，即Vsu0d02N4式中阀孔数 N 与孔径 d0亦为定值，因此可将上式简化为 Vs与 Ls的如下 关系式：aVs2 b cL2s dL2s 3即 0.0108Vs2 0.204 108

13、L2s 1.05L2s/3或 Vs2 18.89 10800L2s 97.22L2s/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 2Ls /(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10液体在降液管内停留时间为3600Af HT 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

14、 无关的竖直线（ 3）漏液线对于F1型重阀，依 F0=u0 v =5计算，则 u0= 5 。又知vVsd02Nu04以 F0 5作为规定气体最小负荷的标准，则（Vs）min d02 Nu0 d02N F0（0.039）2 148 5 0.88m3 /s（4）s min 4 0 0 4 0 v 4 1.01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）。112/ 3120.8040E 3600l(WLs)min0.006取

15、E=1则3/ 20.006 1000 3/ 2 lW2.84 1 36003/ 20.006 1000 3/ 2 0.942.84 36000.0008m3 /s5）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 2.98 3.390.8812五 、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板上液层高度 hL/m0.07降液管底隙高度 h0/