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1、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 L3mkg气相密度 V3mkg液相流量 LS13sm气相流量 VS13sm表面张力 1mN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umaxu)( 安全系数uvvlcumax式中可由史密斯关联图查出，横标的数值为c06
2、25. 0)996. 29 .841(61. 1006. 0)(5 . 05 . 0vlhh VL 取板间距，板上液层高度，则图中参数值为mHT45. 0mhL05. 0mhHLT4 . 005. 045. 0由图查得，表面张力530825. 020c./9 .20mmN0832. 0)20(2 . 020cc2smu/399. 1996. 2996. 29 .8410832. 0max取安全系数为 0.6，则空塔气速为m/s84. 0399. 16 . 0umax 安全系数u塔径muVDs562. 184. 014. 361. 144按标准塔径圆整，则mD6 . 1塔截面积 22201. 2
3、)6 . 1 (414. 34mDAT实际空塔气速 smAVuTs/801. 001. 261. 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WlDlW66. 0mlW056. 16 . 166. 0出口堰高：WhOWLWhhh采用平直堰，堰上液层高度可依下式计算：OWh32 )(100084. 2Wh OWlLEh近似取，则可由列线图查出值。1EOWhm021. 0h056. 1,/6 .213600006. 0OW3，查得mlhmLWhmhhhOWLW029. 0021. 005. 0则弓形降液管宽度和面积：dWfA66. 0DlW由图查得：，则103
4、124. 0,0721. 0DW AAdTf2145. 001. 20721. 0mAfmWd199. 06 . 1124. 03停留时间sLHALHAsTfhTf88.10006. 045. 0145. 03600，故降液管尺寸可用。s5 降液管底隙高度 0 03600ulL ulLhWsWh o取降液管底隙处液体流速则,/13. 0 0smu 取mho0437. 013. 0056. 1006. 0mho04. 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,10oF,ousmFuvo o/78. 5996. 210每层塔板上的浮阀数，即234 78. 5)039. 0(46
5、1. 1422 0 osudVN取边缘区宽度，破沫区宽度，mWc06. 0mWs10. 0mWDRc74. 006. 026 . 12mWWDxsd501. 0)10. 0199. 0(26 . 1)(2222222236. 174. 0501. 0arcsin)74. 0(180501. 074. 0501. 0 2arcsin180 2mRxRxRxAa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tmmNtAta5 .770775. 0075. 023436. 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
6、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. 065按、以等腰三角形叉排方式作图（见附图 1） ，排得阀数 228 个。mmt75mmt654按重新核算孔速及阀孔动能因数：228smuo/91. 5228)039. 0(461. 12 23.10996. 291. 5voouF浮阀动能因数变化不大，仍在范围内。oF129塔板开孔率=%6 .13%10091. 5801. 00uu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hhhhcp1干板阻力：由下式计算，即5smuvoc/76.
7、5996. 21 .731 .73852. 1852. 1因，故按下式计算干板阻力，即ocouu 液柱mguhLV c034. 081. 99 .841291. 5996. 234. 5234. 522 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 . 00液柱mhhL025. 005. 05 . 001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PaghPLpp48781. 99 .841059. 0（2）淹塔 为了防止淹塔现象的发生，
8、要求控制降液管中清液层高度。)(wTdhHH可用下式计算，即dHdLpdhhhH与气体通过塔板的压强降所相当的液柱高度：前已算出ph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mhlLhoWsd00309. 0)04. 0056. 1006. 0(153. 0)(153. 022板上液层高度：前已选定板上液层高度为mhL05. 0则 mHd112. 000309. 005. 0059. 0取，又已选定，。则5 . 0mHT45. 0mhW029. 0mhHWT24. 0)029. 045. 0(5 . 0)(6可见，符合防止淹塔的要求。)(WTdhHH（3
9、）雾沫夹带 按以下两式计算泛点率，即%10036. 1bFLsvLvsAKCZLV泛点率及%10078. 0TFLv sAKCV泛点率板上液体流径长度mWDZdL202. 1199. 0260. 12板上液流面积272. 1145. 0201. 22mAAAfTb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 . 1K128. 0FC值代入下式得%2 .48%10072. 1128. 00 . 1202. 1006. 036. 1996. 29 .841996. 261. 1泛点率又按下式计算泛点率，得%9 .47%10001. 2128. 00 . 178. 0996. 2
10、9 .841996. 261. 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 . 0kgkgeV3.塔板负荷性能图 雾沫夹带线依下式做出，即%10036. 1bFLs vLv sAKCZLV泛点率按泛点率为 80%计算如下 ：780. 072. 1128. 0202. 136. 1996. 29 .841996. 2ssLV整理得1761. 0635. 10598. 0ssLV或（1）ssLV3 .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
11、出雾沫夹带线（1） 。0.002 0.0102.89 2.67附表 1液泛线dLocdLpWThhhhhhhhhH1)(由上式确定液泛线。忽略式中,则有0h 3/20223600 100084. 2)1 (153. 0234. 5)(Ws W oWsLov WTlLEhhlL guhH因物系一定，塔板结构尺寸一定，则，及等均为定值，THWh0hWlvL0而与又有如下关系，即0usVNdVsu 2 004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：0dsVsL3222 sssdLcLbaV即3/222968. 075.85197. 001293. 0sssLLV或3/222
12、965. 073480 .15sssLLV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）80.001 0.005 0.009 0.0133.80 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 35s。依下式知液体在降液管内停留时 间为sLHAhTf533600以作为液体在降液管中停留时间的下限，则s5（3）smHALTf s/013. 0545. 0145. 05)(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LsssLV sV竖直线（3）
13、漏液线对于型重阀，依计算，则。又知1F500vuFvu5002 04NudVs则得vsNdV5 42 0以作为规定气体最小负荷的标准，则50FsmFNdNudVvs/787. 0996. 25228)039. 0(444)(3202 002 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. 0owhsL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 100084. 23/2min Ws lLE9取，则1E（5）smlLW s/0009. 03600056.
14、 1 84. 21000006. 0 3600184. 21000006. 0)(32/32/3min 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smVs/787. 0)(3 min30. 3787. 06 . 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/个阀孔气速阀孔功能因数界阀孔气速孔心距排间距单板压降液体在降液管内停留时间降液管内清夜层高度泛点率/%气相负荷上限1.600.45 单溢流弓形降液管0.8011.0560.0290.050.042285.9110.235.760.
