浮法塔课程设计天大版化工原理.

1、化工原理课程设计u浮阀塔设计学院：石油化工学院专业班级：学号:姓名:指导教师：成绩:II目录任务书1.1设计计算及验算 2.1.1塔板工艺尺寸计算 2.1.2塔板流体力学验算 5.1.3塔板负荷性能图&2分析与讨论11参考书目13ii任务书题目：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），试根据以下条件做出浮阀塔（精馏段）的设计计算。已知条件：气相流量液相流量气相密度液相密度表面张力Vs (m3/s)Ls (m3/s)p (kg/m3)P (kg/m3)a (mN/m)1.830.00832.992842.320.6要求：1. 进行塔板工艺设计计算和验算2. 绘出制负荷性能图

2、3. 绘出塔板的结构图4. 将结果列成汇总表5. 分析并讨论211设计计算及验算1.1塔板工艺尺寸计算塔径欲求塔径应先给出空塔气速u，而u =（安全系数）umax式中C可由史密斯关联图查出，横标的数值为5（卫）5=四（8423 ）5 = 0.0691Vh P172992取板间距Ht = o.45m，板上液层高度h 0.07m，则图中参数值为：Ht -hL = 045-0.07 = 0.38m根据以上数据，由图3-5查得C2。= 0.078，因物系表面张力严206mN m ,很接近20mN m，故无需校正，即C = C20 = 0.078842.3- 2.992,umax =0.0781.306

3、m/s2992取安全系数为0.7，则空塔气速为u = 07 umax = 0.7 1.306 二 0.914m/s4 1.713.14 0.914=1.539 m按标准塔径圆整D = 16m，则塔截面积n 23.1422AtD（1.6） = 2.01m44实际空塔气速 u二1.7/2.01二0.846m s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1W :取堰长lw二0.66D，即lW = 066 16 = 1.056 m出 口堰高 hw : hw = hL - how采用平直堰，堰上液层高度how可依下式计算:how 二2.84 e(-Lh)31000lw近似取E=1

4、，则可由列线图查出how值。因 Lh =0007 3600 = 25.2m3/h,hw = 1.056m 查得 怕=0.023m贝卩= hL - how 二 0.07 - 0.023 二 0.047m弓形降液管宽度wd和面积Af :lwD0.66由图 3-10查得：比= 0.0721,=0.124，则ATDAf =0.0721 2.01 = 0.145m2% =0.124 16 = 0.199m则液体在降液管中停留时间3600 Af HtAf Ht0.145 0.459-9.3sLhLs00075s，故降液管尺寸可用。降液管底隙高度ho。取降液管底隙处流体流速Uo =0.13m/s，则Lh馆二

5、-:二 丄 0.0070.041m36OOlwUoIwU。1.056 13取 h。二 0.04 m塔板布置及浮阀数目与排列取阀动能因子F。=11 ,用下式求孔速u。，即F。11u。= = = 6.36m/s.p . 2992每层塔板上的浮阀数，即VsN 二一n 2du。417冗2(0.039 )2 6.364224取边缘区宽度 = 0.06m，破沫区宽度WS二0.10m ,D1.6RWc0.06= 0.74 m22x 二 D -(Wd Ws) = 16 -(0.199 0.1 ) = 0.501m2 2Aa = 2x、R2 - x2 -n R2 arcsin180R二 2 0501.0.742

6、 -0.5012 ( 074 )2 arcsin0501 二 1.36m21800.74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 便0.081 二 81mmNt 224 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80mm而应小于此值，故取t = 65mm = 0.065m按t = 75mm、t二65mm以等腰三角形叉排方式作图(见附图1),排得阀数228个。按、二228重新核算孔速及阀孔动能因数：uo6.24m/sn2(0.039)2 228F

7、。二 p=6.24 2992 =10.80浮阀动能因数F。变化不大，仍在912范围内塔板开孔率二UUo0846 100% = 13.6%6.241.2塔板流体力学验算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hp 二 1% hi hc 干板阻力：由下式计算，即uoc 二 182573.1 p 二 1825 731 2992 二 5.76m/s因Uo Uoc，故按下式计算干板阻力，即hc 二 534p U。2 pgi2c (2992)X6.24 = 5.34 -2 汉 842.3 汉 981二0032 m液柱 板上充气液层阻力：本设备分离某液体混合物，可取充气系数；0 = 0.5，则有

8、h| = ； h|_ = 0.5 0.07 = 0.035m 液攵柱壬。 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 = 0.032 0.035 二 0.067m液柱则单板压降 Pp二 hpg = 0.067 842.3 9.81 = 554Pa淹塔为了防止淹塔现象的发生，要求控制降液管中清液层的高度出辽(Ht hw)。Hd可用下式计算，即H 广 hp h|_ = hd 与气体通过塔板的压强降所相当的液柱高度hp:之前已算出hp二0.067m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(亘)2

9、 =0.153 (0.007 f = 0.0042m液柱Iwh。1.056 004 板上液层高度：前已选定板上液层高度为h 0.07m则 Hd =0.0670.07 0.0042 = 014lm取 仪05 ,又已选定H 丁 = 0.45m ,仏=0.047m。则 (HT hw)二 0.5 (045 0047) = 0.25m可见H： (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，即板上液体流径长度Zl = D-2妣=1.60-2 0.199= 1.202m板上液流面积代二厲- 2Af二2.01 - 2 0.145二1.72m2苯和甲苯为正常系统，取物性系数K =1.0

10、,又查图得泛点负荷系数Cf =0.127，将以上数值代入下式得1.0 0.127 1.72又按下式计算泛点率，得2992泛点率8423 2992100% =51.0%0.78咒 1.0 x 0.127 % 1.72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 : 0.1 kg (液)/kg(气)的要求。1.3塔板负荷性能图雾沫夹带线依下式做出，即按泛点率为80%+算如下：2.992842.3 - 2.9921.36Ls 1.2020.800.127 1.72整理得0.0597Vs 1.635Ls =0.1734或 Vs = 2.905 - 27.4Ls （1）由式（1）

11、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0.0020.0102.852.63液泛线（Hthw）二 hphLhd 二 hehih。nhd由上式确定液泛线。忽略式中h0 ,则有，、u(Ht hw) =534 v2-0.153 几2gLs3600 L2/3 |Qw ho 丿II 10001w因物系一定，塔板结构尺寸一定，则Ht , hw , ho , lw，匚,l ,；0及等均为定值，而uo与V又有如下关系，即Vs doN式中阀孔数N与孔径d0亦为定值，因此可将上式简化为Vs与Ls的 如下关系式：aVsbW3

12、即 0.013Vs2 = 0.175-85.75L； -0.965L；/3或 Vs2 = 13.46 - 6596.2L； - 74.23L?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）附表二Lt/(ma/s0.0010.0050.0090.0133.573.343.122.87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3600AfHT0 =Lh=3 5s以二=5s作为液体在降液管中停留时间的下限，则(Ls) maxAfHT 0145 45013m3/s(3)求出上限液体流量Ls

13、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Fo=Uo“； = 5计算，则U0 = 為。又知兀25则得仏亍化匚以F。=5作为规定气体最小负荷的标准，则n 2n 2F0 n253(Vs)min= -doNi = -d0；N 0 二(0.039)2 228 - 0787 m3/s (4)44； p 4斗 2.992F。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hw = 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）。2.84 匚；360

14、0(Ls)min31000 一 Iw二 0.006取E =1，则(Ls)min -*0.00600022.84 13600宜=|/0.0010003/ 1.0562.84 丿33600讥009 (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），及（5）共五条线，见附图2.2分析与讨论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M）max = 2.58m3/s，气相负荷下限（VJmin = 0.787m3/s，所以2 58操作弹性二一.3.280.787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塔径D/m1.60分块式塔板等腰三角形叉排指同一横排的孔心距指相邻二横排的中心线距离雾沫夹带控制漏液控制板间距Ht/血0.45塔板形式单溢流弓形降液管空塔气速u/ (m/s)0.914堰长h/m1.056堰高hw/m0.047板上液层咼度ht/m0.07降液管底隙高度h0/m0.04浮阀数N/个228阀孔气速u0/ (m/s)6.36阀孔功能因数F)10.80界阀孔气速uoc/ ( m/s)5.76孔心距t/m0.0