浮阀塔课程设计

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1、 化工原理课程设计化工原理课程设计 浮阀塔塔板设计 专业：专业：化学工程与工艺（石油加工方向）化学工程与工艺（石油加工方向） 班级：班级：化工化工 10081008 姓名姓名：邹春竹邹春竹 学号：学号：10010108091001010809 成绩：成绩： 任务书任务书 题目题目： 拟建一浮阀塔用以分离某种液体混合物， 采用 F1型浮阀 （重阀） ，试依据以下条件做出浮阀塔（精馏段）的设计计算。 气相流量 32.09smVs 液相流量 30.0059smLs 气相密度 32.73mkg V 液相密度 3108mkg L 物系表面张力 mmN6 . 91 设计要求： 1. 进行塔板工艺设计计算及

2、验算； 2. 绘出塔板负荷性能图； 3. 绘出塔板结构图； 4. 给出设计结果列表； 5. 分析与讨论。 3 设计计算及验算设计计算及验算 1.塔板工艺尺寸计算 （1）塔径 欲求塔径应先给出空塔气速u，而 maxu)( 安全系数u vvlcumax式中c可由史密斯关联图查出，横标的数值为 0.50.50.0059 810()()0.04862.092.73hlhvL V 取板间距mHT45. 0，板上液层高度0.07Lhm，则图中参数值为 0.450.070.38TLHhm 由 图53查 得200.081c。 因物 系表 面张 力19.6/mN m， 接 近2 0/mNm，故无需校正，即200

3、.081cc max8102.730.0811.393/2.73um s 取安全系数为 0.6，则空塔气速为 maxu0.6 1.3930.84m/su 安全系数 塔径44 2.091.783.14 0.84sVDmu按标准塔径圆整1.8Dm，则 塔截面积 2223.14(1.8)2.543444TADm 实际空塔气速 2.090.822/2.5434sTVum sA （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： 4 堰长Wl：取堰长DlW66. 0，即 0.66 1.81.188Wlm 出口堰高Wh：OWLWhhh 采用平直堰，堰上液层高度OWh可依下式计算： 32 )(

4、100084. 2Wh OWlLEh 近似取1E，则可由列线图查出OWh值。 3 OW0.0059 360021.24/ ,1.188h0.019mhWLmh lm，查得 因为OWLWhhh 故0.070.0190.051Wh 弓形降液管宽度dW和面积fA： 66. 0DlW由图103查得：0.078,0.13fdTAW AD，则 20.078 2.54340.198fAm 0.13 1.80.234dWm 停留时间36000.198 0.4515.10.0059fTfThsA HA HsLL s5，故降液管尺寸可用。 降液管底隙高度 0 03600ulL ulLhWsWh o 取降液管底隙处

5、液体流速,/13. 0 0smu 则 0.00590.0381.188 0.13ohm取mho04. 0 5 （3）塔板布置及浮阀数目与排列 取阀动能因子,10oF用下式求孔速,ou即 106.05/2.73o o vFum s 每层塔板上的浮阀数，即 22 02.09290 (0.039)6.0544soVN d u 取边缘区宽度mWc06. 0，破沫区宽度mWs10. 0， 1.80.060.8422cDRWm 1.8()(0.2340.10)0.56622dsDxWWm 22222222arcsin180 0.56620.566 0.840.566(0.84) arcsin1.75180

6、0.84axAx RxRRm浮 阀排 列方 式采 用等腰 三角 形叉 排。取 同一 横排 的孔 心 距mmmt075. 075，则可按下式估算排间距t，即 1.750.0880290 0.075aAtmmNt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 80mm，而应小于此值，故取mmmt065. 065。 按mmt75、mmt65以等腰三角形叉排方式作图（见附图 1） ，排得阀数 296 个。 按296 重新核算孔速及阀孔动能因数： 22.095.91/ (0.039)2964oum s 6 5.912.739.76oovFu 浮阀

7、动能因数oF变化不大，仍在129范围内。 塔板开孔率=00.822100%13.9%5.91u u 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 1.8521.85273.173.1 2.736.06/ocvum s 因oocuu，故按下式计算干板阻力，即 0.1750.175 05.9119.919.90.034810c Luhm液柱 板上充气液层阻力：本设备分离某种混合物，即液相可视为碳氢化合物，可取充气系数5 . 00，有 100.5 0.070.035Lhhm液柱 液体表面张力所造成的阻力：此阻力很小，忽略不

8、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 0.0340.0350.069phm液柱 则 单板压降0.069 810 9.81548.28ppLPhgPa （2）淹塔 为了防止淹塔现象的发生，要求控制降液管中清液层高度)(wTdhHH。 dH可用下式计算，即 dLpdhhhH 与 气 体 通 过 塔 板 的 压 强 降 所 相 当 的 液 柱 高 度ph： 前已算出 0.069phm液柱 7 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 220.00590.153()0.153 ()0.002361.188 0.04sd WoLhml h液柱 板上液层高度：前已选

9、定板上液层高度为 0.07Lhm 则 0.0690.070.002360.141dHm 取5 . 0，又已选定mHT45. 0，0.051Whm。则 ()0.5 (0.450.051)0.25TWHhm 可见)(WTdhHH，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 %10036. 1 bFLsvLvsAKCZLV泛点率 及%10078. 0TFLv sAKCV泛点率 板上液体流径长度 21.802 0.2341.332LdZDWm 板上液流面积 222.54342 0.1982.15bTfAAAm 液体 混合物为正常系统，取物性系数0 . 1K,又查图得泛点负荷系数12

10、8. 0FC，将以上数值代入下式得 2.732.091.36 0.0059 1.3328102.73100%48%1.0 0.128 2.15泛点率 又按下式计算泛点率，得 2.732.098102.73100%56.6%0.78 1.0 0.128 2.15泛点率 8 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气）液）(/(1 . 0kgkgeV的要求。 3.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 ： 2.731.361.3328102.730.800.128 2.15ssVL

11、整理得 0.05821.8120.22ssVL 或3.78 31.13ssVL （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） 。 0.001 0.010 3.75 3.47 附表 1 液泛线 9 dLocdLpWThhhhhhhhhH1)( 由上式确定液泛线。忽略式中0h,则有 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TH，Wh，0h，Wl，v，L，0及等均为定值，而

12、0u与sV又有如下关系，即 NdVsu 2 004 式中阀孔数 N 与孔径0d亦为定值， 因此可将上式简化为sV与sL的如下关系式： 3222 sssdLcLbaV 即3222/37.34 100.175 67.750.893sssVLL 或222/323.84 9230121.66sssVLL 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） 0.001 0.005 0.009 0.013 4.76 4.48 4.22 3.94 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

13、管内停留时间为 sLHAhTf533600 以s5作为液体在降液管中停留时间的下限，则 10 3 max0.198 0.45()0.017/55fT sA HLms （3） 求出上限液体流量Ls值 （常数） 。 在ssLV 图上液相负荷上限线为与气体流量sV无关的竖直线（3） 漏液线 对于1F型重阀，依500vuF计算，则vu50。又知 02 04NudVs 则得vsNdV5 42 0 以50F作为规定气体最小负荷的标准，则 22230 min0005()(0.039)2961.06/4442.73s vFVd Nud Nms （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

14、取堰上液层高度mhow006. 0作为液本负荷下限条件， 依owh的计算式计算出sL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） 。 006. 0)(3600 100084. 23/2min Ws lLE 取1E，则 3/23/2 33 min0.006 10000.006 10001.188()1.01 10/2.84 136002.843600W slLms（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上的（1） ， （2） ， （3） ，(4)及（5）共五条线，见附图 2. 11 由塔板负荷性能图可以看出：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3 max()3.50/sVms，气相负荷下限3 min()1.06/sVms 所以 操作弹性3.