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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：学号：成绩：指导教师：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10液相负荷上限线 10漏液线11液相负荷下限线 11五 、汇总表13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 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PL(kg/m3)气相密度PV(
2、kg/m3)液相流量L (ms/s)s气相流量V (ms/s)s表面张力o (mN/m)8191. 010.00641.88+0.001Xn38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)X Umaxum ax常加=0-0963式中 C 可由史密斯关联图查出，横标的数值为L ( P ) 旷(矿川hv取板间距Ht = 5m，板上液层高度h广007m，则图中参数值为H - h = 0.45 - 0.07 = 0.38mTL由图3-5查得C2
3、0 = 085，表面张力-=38mN/mC = C20 X(A = 0085 X厂 38 丫.2 5s，故降液管尺寸合理。降液管底隙高度h 二h o 36001 u l uW 0 W 0取降液管底隙处液体流速u 0.16m / s,则h = 0.0064 = 0.042mo 0.94 x 0.163）塔板布置及浮阀数目与排列取h 0.04mo取阀动能因子 F 11,用下式o求孔速u ,即oFuo1110.95m / svd0=0.039m，则每层塔板上的浮阀数为VN 145兀兀d2ux (0.039)2 x 10.9540 o 41.89取边缘区宽度Wc = 0.06m，破沫区宽度叮007m，
4、塔板鼓泡区域面积为：A =2 xJR2-X2 +R2 arcsin_却180RR = D - W =14 - 0.06 = 0.64m2c 2x = D - (W + W ) =14 - (0.189 + 0.07) = 0.44m2 d s 2A = 20.44J0.642 0.442 +(0.64)2 arcsin044 = 1.03m2a1800.64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A 1.03t = a = 0.095 = 95mmNt 145 x 0.075考虑到塔的直径较大，必须采用分块式塔板，而各分块
5、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N = 148重新核算孔速及阀孔动能因数:1.89uo=10.69m / s兀_ (0.039)2 x 148F = u x ,;p = 10.69X：1.01 = 10.74m/so ov浮阀动能因数f变化不大，仍在912范围内。o塔板开孔率=1.227 x 100% = 11.47%u 10.690二、塔板内部结构图三、 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
6、算塔板压强降，即h = hpc由下式计算，即 板阻力：uoc = 1.8oc731 = 10.45m / s1.0173.1=1.8因Uo Uoc，故按下式计算干板阻力，即P u 21.01X 10.69c 、/h = 5.34 x_v_oc = 5.34 x= 0.038m液柱c2P g2 x 819 x 9.81l 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h = h = 0.5 x 0.07 = 0.035m液柱1 0 L 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h = 0.038
7、 + 0.035 = 0.073m 液柱p则单板压降为：AP = h p g = 0.073 x 819 x 9.81 = 586Pap 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，H 9 （H + h ）。H可用下式计算，即d T w dH = h + h = hd p L d 与气体通过塔板的压强降所相当的液柱高度h :前已算出ph = 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h 二 0.153()2 二 0.153 x ( 0.0064 )2 二 0.0044m液柱dl h0.94 x 0.04wo 板上液层高度：前已选定板上液
8、层高度为h = 0.07mL则 H = 0.073 + 0.07 + 0.044 = 0.187md取0 =0.5，又已选定H =0.5m h =0.046m。贝VTw0 (H + h ) = 0.5 x (0.5 + 0.046) = 0.273mTW可见H 0 (H + h )，符合防止淹塔的要求。dT W(3)雾沫夹带按以下两式计算泛点率，即V 匕 +1.36 LZM 00s L泛点率= L vx 100%KC AFb及 泛点率=0.78KC AFTx100%板上液体流经长度 Z = D2W =1.402x0.189=1.022m Ld板上液流面积 A = A 2A = 1.54 2 x
9、 0.12 = 1.30m2b T f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 = 0.113，将以上数值代入下式得 F1011.89 _ +1.36 x 0.0064 x 1.02泛点率=819 1.01x 100% = 62.76%1.0 x 0.113 x 1.30又按下式计算泛点率，得泛点率=:1.01819 -1.010.78 x 1.0 x 0.113 x 1.54x 100% = 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备 0.1kg （液）/ kg （气）的要求。、塔板负荷性能图雾沫夹带线V+1.36 LZ-亠
10、s p -ps L泛点率= L vX100%KC AFb按泛点率为80%计算如下 ：+1.36L x 1.02s0.113x1.30= 0.80整理得0.035V + 1.38L = 0.118ss或 V = 3.160 - 40.8L（1）ss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 1L /(m3 / s)s0.0020.010V /(m3 / s)s3.292.98液泛线0 (H + h ) = h + h + h = h + h + h + h + hT W p L d c 1 o L d
11、 由上式确定液泛线。忽略式中 h ,则有00(H + h ) = 5.34 PvUOT Wp 2 gL(L + 0.153 U h丿wo+ (Z 0)2.841WJ 3600LE I 1wA 2/3丿因物系一定，塔板结构尺寸一定，贝，h，h，1，p，p，8及 T W 0 W v L 00等均为定值，而u与V又有如下关系，即0sVsd2N0式中阀孔数N与孔径d亦为定值,因此可将上式简化为V与L的如下0 s s关系式：aV2 = b 一 cL 一 dL 3s s s即 0.0108V2 = 0.204 - 108L2 -1.053s s s或 V2 = 18.89一 10800L 一97.22/3（2）s s s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2L /(m3 / s)s0.0010.0050.0090.013V /(m3 /
