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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：10 成绩: 指导教师：王晓宁目录设计任务书 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 r 1 丿 j / 1/ 71 P 、，/ 4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。 / 1* （ 3）雾沫夹带 r 1 丿 j / 1/ 71 P 、
2、，/ 4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 错误!未定义书签。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PL3 (kg/m)气相密度P Vq(kg/m )液相流量Ls (m/s )气相流量Vs (m/s)表面张力(T (mN/m)8191. 01+ x 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、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停留时间5s，故降液管尺寸合理。式中C可由史密斯关联图查出，横标的数值为（T0.5 晋（需）0.5 0.0963取板间距Ht 0.5m，板上液层高度h 0.07m，则图中参数值为Ht hL0.450.070.38m由图3 5查得C200.085，表面张力38mN/mCC20（才0.085cc 0.238=0.09620umax 0.096 抨卫1max V 1.012.73m/s取安全系数为，则空塔气速为u0.6u max =0.6 2.
4、73-1.63m/s则塔径D为:4 1.89J1.22 mV3.141.63按标准塔径圆整塔截面积:AT ZD2314 （1.4）21.54m24实际空塔气速:u V. 1.891.227m/sA 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Iw :取堰长lW0.67D，即Iw 0.671.4 0.94m出口堰高hw：hWhLhOW采用平直堰，堰上液层高度hOW可依下式计算:h 2.84 _(Lh)|hOwE()OW 1000Iw近似取E 1，则可由列线图查出hOW值。Lh 0.0064 3600 23.04m3/hlW 0.94m,查得 hOW 0.024m则
5、 hW hL hOW 0.07 0.024 0.046m弓形降液管宽度Wd和面积Af :lWD0.67由图3 10查得:A 0.076,WAD0.135，则Af0.076 1.540.12m2Wd0.1351.40.189m3600AfHTAfHT0.12 0.5停留时间:9.38sLhLs0.0064降液管底隙高度LhhhLso r3600 lwU0IwU。取降液管底隙处液体流速Uo 0.16m/ s,则0.04mhoO.。0640.042m 取 h0.94 0.16取h。(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U。,即F11uo10.95m/sd0=，则每层塔板上的
6、浮阀数为Vsd0uo41.89145取边缘区宽度Wc-(0.039)2 10.950.06m，破沫区宽度Ws0.07m，塔板鼓泡区域面积为:Aa=2 xTr2-宀面RgnR1 40.0620.64m1 4Ws)-(0.189 0.07)0.44m20.447064(0.64)2 arcsi n 44 1.03m21800.64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 0.075m，则可按下式估算排间距t，即t企一竺一0.095 95mm Nt 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100m
7、m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。1.89按148重新核算孔速及阀孔动能因数:Uo10.69m/s(0.039)2 1484Fo u。厂 10.6910.74m/s浮阀动能因数Fo变化不大，仍在912范围内。塔板开孔率=100% 11.47%U010.69二、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hphchlh 板阻力：由下式计算，即Uoc 1.8空 1.82空 10.45m/sV v V1.01因U。 Uoc，故按下式计算干板阻力，即2hc 5
8、.34 vU5.341.01 10.690.038m液柱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 0.5，有h0hL 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 0.0380.035 0.073m 液柱则单板压降为:P p hp 90.073 819 9.81586Pa(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 0.0
9、71m 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(lW)2 o53 (000)2 0-0044m液柱 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。则(Ht hW) 0.5 (0.5 0.046) 0.273m可见Hd (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1.36LsZl 100%Vs泛点率 一kCfA.Vs及泛点率07時100%板上液体流经长度ZLD 2Wd 1.40 2 0.189 1.022m板上
10、液流面积A A 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Cf 0.113，将以上数值代入下式得_1.89J 1.36 0.0064 1.02泛点率 Y819 1.01 100% 62.76%1.0 0.113 1.30又按下式计算泛点率，得1.891.01 1V819 1.01泛点率S 100% 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%以下，故可知雾沫夹带量能够 满足e 0.1kg（液）/kg（气）的要求。四、塔板负荷性能图Vs泛点率 一kCfA.1.36LsZl 100%雾沫夹带
11、线按泛点率为80%+算如下：VsB?s 1.02 0.800.113 1.30整理得0.035Vs 1.38Ls 0.118或 Vs 3.160 40.8Ls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)Vs/(m3/s)液泛线(H T hW) hp n hdhe hhonhd由上式确定液泛线。忽略式中ho,则有2(Ht hw) 5.3弋2c 1 匚0 Ls/彳 I 2.84 0.153(1 0) hwEIwho1000Iw2/33600Ls因物系一定，塔板结构尺寸定，则 HT ,
12、hw , ho ,lW , v , L ,0 及等均为定值，而Uo与Vs又有如下关系，即VsUo-doN4式中阀孔数N与孔径do亦为定值，因此可将上式简化为Vs与L,的如下关系式:aVs2cL2 dL?3即0.0108Vs20.204io8l2 i.05l2/3或 Vs218.8910800L297.22L2/3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)Vs/(m3/s)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：3600AH35s5S作为液体在降液管中停留
13、时间的下限，则(Ls )max匕 01 0.012m3/s55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R型重阀，依F0=u0=5计算，则。又知Vs则得Vs *以Fo5作为规定气体最小负荷的标准，则(Vs) min-doNu0 -doF - (0.039)2 14844V v 453-F= 0.88m /s(4)V1.01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）。2/32.84 E 3600(Ls)min1000Iw0.006取E=1则3/ 20.006 1000 Iw(Ls) min小 “ _ _ _ _
