浮阀塔专业课程设计样本

1、浮阀塔专业课程设计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：成绩：指导教师：王睦宁目录设计任务书错误!未定义书签一、塔板工艺尺寸计算错误!未定义书签(1) 塔径 错误!未定义书签(2)溢流装置错误!未定义书签(3)塔板布置及浮阀数目与排列 错误！未定义书签二、塔板内部结构图 错误!未定义书签三、塔板流体力学验算 错误!未定义书签(1)气相通过浮阀塔板的压强降 错误！未定义书签(2) 夜泛 错误!未定义书签(3) 雾沫夹带错误!未定义书签四、塔板负荷性能图 错误!未定义书签(1)雾沫夹带线 错误!未定义书签液泛线错误!未定义书签液相负荷上限线错误!未定义

2、书签漏液线错误!未定义书签液相负荷下限线错误!未定义书签五、汇总表 4昔误!未定义书签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 L(kg/m3)气相密度p V(kg/m3)液相流量Ls (nm/s )气相流量vs（ m/s）表面张力er （mN/m）8191. 010.00641.88+0.001x n38其中：n为学号要求:、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=(安全系数/Umax式中C可由史密斯关联图查出，横标的数值为Lh "。50.0064h10.5() 二Vhv1

3、.89819 05()01.01=0.0963取板间距Ht = 05m,板上液层高度h = 0.07m ,则图中参数值为Ht - hL = 0.45- 0.07 = 0.38m由图3-5查得C20 = 0.085 ,表面张力仃=38mN/m.c = c20 ()0.2 : 0.08520陷=0.09620819 1 1.01 ,umax = 0.096、= 2.73m/s:1.01,则空塔气速为u=0.6u=0.6 2.73=1.63m/smax则塔径D为:4 1.893.14 1.63=1.22 m按标准塔径圆整D=,则23.1422塔截面积：at-d =T(1.4)=1.54m实际空塔气速

4、：u =班=189 = 1.227m/sAt 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hwhLhow采用平直堰，堰上液层高度hOW可依下式计算:h 2.84 E Lh IhOWE (. )10001w近似取E =1 ,则可由列线图查出h°W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 :=0.6

5、7 D由图 3-10 查得： 3 = 0.076,% = 0.135 则AD,2Af = 0.076 1.54 = 0.12m2Wd = 0.135 1.4 = 0.189m停留时间:3600AfHTLhAMLs0.12 0.50.0064=9.38s停留时间0 >5s,故降液管尺寸合理。降液管底隙高度LhLs36001wUoIwUo取降液管底隙处液体流速u0 = 0.16m/s,贝 U0.0064ho-0.042m0.94 0.16取 ho = 0.04m(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Fc11 一uo10.95m/ s1101d°=

6、,则每层塔板上的浮阀数为VsN 二douo41.89:12-(0.039)2 10.95=145取边缘区宽度Wc = 0.06m ,破沫区宽度Ws = 0.07m ,塔板鼓泡区域面积为:Aa=2 x R2-x2 +180R2 arcsin RR = D - W = - - 0.06 = 0.64m2 c 2x = D - (Wd Ws) = 1.4 - (0.189 0.07) = 0.44m2 d s 2Aa = 20.44 0.642 -0.44218020.442(0.64) arcsin = 1.03m0.64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.

7、075m ,则可按下式估算排间距t',即A 1.03 t a = 0.095 = 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而应小于止匕值，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N =148重新核算孔速及阀孔动能因数： uo :189二 10.69m/s:,二2-(0.039)2 148Fo=uo ： =10.69、面=10.74m/s浮阀动能因数Fo变化不大，仍在912范围内。塔板

8、开孔率=» = 经7 100% = 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可根据下式计算塔板压强 降，即h = hchlhp c板阻力：由下式计算，即因uo > uoc ,故按下式计算干板阻力，即:u21 01 10 69、，h = 5.34 jc = 5.34 一2一二 0.038m液枉2：lg2 819 9.81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 =。5,有几=；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

9、塔板的压强降所相当的液柱高度为h0 = 0.038 0.035 = 0.073m液柱p则单板压降为： P hjlg = 0.073 819 9.81 = 586Pa p p l(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，HdEHMhw)。&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phD = 0.071m 液柱p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(上)2 = 0.153 ( 0.0064 )2 = 0.0044m液柱lwh/0.94 0.04，板上液层高度：前已选定板上

10、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。则(HT hW)=0.5 (0.5 0.046)= 0.273m可见Hd<®(HT十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，即泛点率=1.36LsZl s100%及泛点率=KCfA0.78KCfAt100%板上液体流经长度ZL = D-2Wd = 1.40-2 0.189= 1.022m板上液流面积人=Ar -2Af = 1.54-2 0.12 = 1.30m2甲醇和水为正常系统，取物性系数K =1

11、.0,又查图得泛点负荷系数Cf = 0.113,将以上数值代入下式得1.89、1.011.36 0.0064 1.02泛点率=,819 二 L01100% = 62.76%1.0 0.113 1.30又按下式计算泛点率，得1.89泛点率=1.01819 - 101819-1.01100% = 48.93%0.78 1.0 0.113 1.54根据以上两式计算出的泛点率都在80%Z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Vs泛点率=Pv M.36LsZl s LL v100%KCfA按泛点率为80尔算如下：Vs1.011.36LS

12、 1.02819 二 1.01s=0.800.113 1.30整理得0.035VS 1.38LS =0.118ss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/(m3/s)0.0020.010Vs/(m3/s)3.292.98液泛线(Ht hW) = hp 儿 1% ; 1% 几 1 儿 1%由上式确定液泛线。忽略式中ho，则有:u2(Ht hW) =5.34- 0.153T：l2g2L sJ w ho )+ (1+%) hw +2.84 E10002/

13、33600Ls1 wi因物系一定，塔板结构尺寸一定，则Ht, hW, h。，1w, Pv, Pl, %及 e等均为定值，而u0与Vs又有如下关系，即VsUq 二二 .2 一 d。N4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Ls的如 下关系式：aVs2 = b - cL： - dL23 ss s即 0.0108V? = 0.204-108L2-1.05L2/3 sss222/3或 Vs =18.89-10800Ls-97.22Ls(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)0.0010.00

14、50.0090.013Vs/(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3600AHtLh以=5s作为液体在降液管中停留时间的下限，则Af Ht0.12 0.53（Ls）max =- = - = 0.012m3/s（3）55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无关的竖直线（3）漏液线对于F1型重阀，依F0=u0/；=5计算，则二 2Vs = ：d；Nu045则得 Vs=一d；N s 40以Fo= 5作为规定气体最小负荷的标准，则(Vs)min = -d(2

15、NU0 = _d(2N _0-=44： v二2-(0.039)2 14853, 、0= 0.88m /s(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)2/3=0.006取E=1则2.84 匚 3600(Ls)min1000 1W一(Ls)min0.006 / 1000 82 lWV 2.84x13 3600/0.006父1000 "3/20.94 6Mee 3, m= 0.0008m3 / sI 2.84

16、33600(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=仝8 = 3.390.88五、汇总表附表3 浮阀塔板工艺设计计算结果塔径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堰局hw/m0.046板上液层局度 hL/m0.