浮阀塔的设计3

1、板式塔的工艺设计主要包括两大方面：板式塔的工艺设计主要包括两大方面： (1) (1) 塔高、塔径以及塔板结构尺寸的计算；塔高、塔径以及塔板结构尺寸的计算； (2) (2) 塔板的流体力学校核以及塔板的负荷性能塔板的流体力学校核以及塔板的负荷性能 图的确定。图的确定。 浮阀塔工艺尺寸的计算浮阀塔工艺尺寸的计算 1. 塔高塔高 可根据实验数据或用经验公式估算可根据实验数据或用经验公式估算 塔高主要取决于实际塔板数和板间距。塔高主要取决于实际塔板数和板间距。 给定任务所需实际塔板数可通过求得所需的理论板给定任务所需实际塔板数可通过求得所需的理论板 数数 N，然后由全塔效率，然后由全塔效率(总板效率总

2、板效率)修正修正 T T P E N N 塔高塔高 塔径塔径D，m0.30.50.50.80.81.61.62.02.02.42.4 板距板距HT ，mm200300300350350450450600 500800600 21 1ZZHNZ TP 式中：式中：Z1 最上面一块塔板距塔顶的高度，最上面一块塔板距塔顶的高度，m； Z2 最下面一块塔板距塔底的高度，最下面一块塔板距塔底的高度，m。 HT 对塔的生产能力、操作弹性以及塔板效率均有影响对塔的生产能力、操作弹性以及塔板效率均有影响 HT ，允许的操作气速，允许的操作气速 ，塔高塔高 , 塔径塔径 。 对对D0.8m的塔，为了安装及检修需

3、要，需开设的塔，为了安装及检修需要，需开设人孔人孔。 人孔处的板间距一般不应小于人孔处的板间距一般不应小于 0.6m。 塔板效率 塔板效率反映了实际塔板的气液两相传质的完 善程度。 (1)全塔效率 全塔效率反映塔中各层塔板的平均效率，它是 理论板层数的一个校正系数，其值恒小于100%。 总板 效率 T T p 100% N E N (2)单板效率 单板效率又称默弗里（Murphree）效率，它 是以混合物经过实际板的组成变化与经过理论板 的组成变化之比来表示的，单板效率即可用气相 组成表示，也可用液相组成表示，分别称为气相 单板效率和液相单板效率。 气相单板效率 液相单板效率 单板效率分析 n

4、 1 t n t n+1 t n+1 y n y n-1 y n 1 x n x n+1 x n ()y n ()x nn+1 MV * nn 1 yy E yy n 1n ML * n 1n xx E xx (3)点效率 点效率是指塔板上 各点的局部效率。 点效率分析 n+1 y n y n x n-1 x x y)( y n+1 OV * n+1 yy E yy 溢流式塔板的塔截面分为两个部分：溢流式塔板的塔截面分为两个部分： 气体流通截面和降液管所占截面（液体下流截面）。气体流通截面和降液管所占截面（液体下流截面）。 TT f fT A A A A AAA 1或 T A D 4 求得求得

5、A与与 Af / AT 后，即可求得后，即可求得 AT ，而塔径，而塔径 AT -塔板总截面积，塔板总截面积，A-气体流道截面积，气体流道截面积，Af -降液管截面积降液管截面积 f uu85. 06 . 0 设适宜气速为设适宜气速为 u，当体积流量为，当体积流量为 Vs 时，时， A =Vs / u 求，求， A的关键在于确定流通截面积上的的关键在于确定流通截面积上的适宜气速适宜气速 u 塔板的计算中，通常是以夹带液泛发生的气速（塔板的计算中，通常是以夹带液泛发生的气速（泛泛 点气速点气速）作为上限。一般取）作为上限。一般取 A 的计算的计算 索德尔斯和布朗（索德尔斯和布朗（Souders

6、and Brown）公式）公式 L 、 V 液液、气气相的密度，相的密度，kg/m3； C 气体负荷因子，气体负荷因子，m/s。 C 由实验确定。由实验确定。 实验研究表明，实验研究表明，C 值与气、液流量及密度、板上值与气、液流量及密度、板上 液滴沉降高度以及液体的表面张力有关。液滴沉降高度以及液体的表面张力有关。 史密斯史密斯（Smith, R. B）关系曲线关系曲线 HT hL：液滴沉降高度液滴沉降高度 H T 可根据塔径选取， 可根据塔径选取， hL 为板上液层高度为板上液层高度 常压塔常压塔 hL=50100 mm； 减压塔减压塔 hL=2530 mm。 注意：注意：液相表面张力液相

7、表面张力 = 2 10-2 N/m 若实际液相表面张力不同，按下式校正若实际液相表面张力不同，按下式校正 2 . 0 20 20 C C 5 . 0 2 . 0 20 20 V VL f Cu u，A 最后进行圆整。最后进行圆整。 Af / AT 的确定的确定 Af /AT：降液管面积与塔截面积之比，与液体溢流形式有关。降液管面积与塔截面积之比，与液体溢流形式有关。 求取方法：求取方法： (1)按按D和液体流量选取溢流形和液体流量选取溢流形 式，由式，由 溢流形式确定堰长溢流形式确定堰长 lw 与与D 的比值。的比值。 单流型：单流型：lw/D =0.60.8 双流型：双流型：lw/D =0.

8、50.7 易起泡物系易起泡物系 lw/D 可高一些，可高一些， 以保证液体在降液管中的停以保证液体在降液管中的停 留时间。留时间。 (2) 由选定的由选定的 lw/D 值查图得值查图得 Af /AT 。 (3) 由确定的由确定的 A 与与 Af /AT 求求 得塔板面积得塔板面积 AT 和塔径和塔径 D ，并进行圆整。，并进行圆整。 TT f fT A A A A AAA 1或 注意：注意：塔高和塔高和D的计算涉及的参数的计算涉及的参数(HT、hL) 是按是按 经验数据在一定范围选取的，故所得塔高经验数据在一定范围选取的，故所得塔高 和和D是是初估值初估值，需根据后面介绍的流体力，需根据后面介

9、绍的流体力 学原则进行校核。学原则进行校核。 鼓泡区：鼓泡区：取决于所需浮阀数与排取决于所需浮阀数与排 列列 溢流区：溢流区：与所选溢流装置类型有与所选溢流装置类型有 关关 以上两区均需根据塔板上的流体以上两区均需根据塔板上的流体 力学状况进行专门计算力学状况进行专门计算 塔板布置塔板布置 r x Ws Af D hw AA h0 HT Af Aa Ws lw Wd Wd Wc 进口安定区进口安定区(分布区分布区)：保证进塔板保证进塔板 液体的平稳均匀分布，也防止气液体的平稳均匀分布，也防止气 体窜入降液管。体窜入降液管。Ws = 50100 mm 出口安定区出口安定区(脱气区脱气区)：避免降

10、液管避免降液管 大量气泡夹带。大量气泡夹带。Ws = 70100 mm 塔板布置塔板布置 D900mm 分块式塔板。分块式塔板。 边缘区边缘区(无效区）：无效区）：塔板支撑件塔板连接。塔板支撑件塔板连接。 D 2.5 m WC 60 mm r x Ws Af D hw AA h0 HT Af Aa Ws lw Wd Wd Wc 溢流装置溢流装置 溢流装置：溢流装置：由降液管、溢流堰和受液盘组成。由降液管、溢流堰和受液盘组成。 降液管：降液管：连通塔板间液体的通道，也是供溢流连通塔板间液体的通道，也是供溢流 中所夹带的气体分离的场所。常见的有弓形、中所夹带的气体分离的场所。常见的有弓形、 圆形和

11、矩形降液管圆形和矩形降液管 弓形降液管：弓形降液管：有较大容积，能充分利用塔板面有较大容积，能充分利用塔板面 积，一般塔径大于积，一般塔径大于 800mm 的大塔均采用弓形。的大塔均采用弓形。 溢流形式的选择：溢流形式的选择：根据塔径及流体流量等条件根据塔径及流体流量等条件 全面考虑。全面考虑。 D 2.0 m 双溢流式或阶梯流式双溢流式或阶梯流式 单溢流弓形降液管结构尺寸的计算单溢流弓形降液管结构尺寸的计算 降液管的宽度降液管的宽度 Wd 和截面积和截面积 Af 计算塔径时已根据溢流形式计算塔径时已根据溢流形式 确定了堰长与塔径的比值确定了堰长与塔径的比值 lw/D。 由由 lw/D 查图可

12、得查图可得 Wd /D 和和 Af /AT，D 和和 AT 已确定，故降已确定，故降 液管的宽度液管的宽度 Wd 和截面积和截面积 Af 也可求得。也可求得。 液体在降液管中的停留时间液体在降液管中的停留时间 为为 h Tf L HA 为降低气泡夹带，为降低气泡夹带， 一般不应小于一般不应小于 35s，对于高，对于高 压塔以及易起泡沫的物系，停留时间应更长些。压塔以及易起泡沫的物系，停留时间应更长些。 若计算出的若计算出的 过短，不满足要求，则应调整相关过短，不满足要求，则应调整相关 的参数，重新计算。的参数，重新计算。 出口溢流堰与进口溢流堰出口溢流堰与进口溢流堰 出口堰：出口堰：维持板上液

13、层高度，各种形式的降液管维持板上液层高度，各种形式的降液管 均需设置。均需设置。 出口堰长出口堰长 lw：弓形降液管的弦长，由液体负荷及弓形降液管的弦长，由液体负荷及 流形式决定。流形式决定。 单溢流单溢流 lw=(0.60.8)D 双溢流双溢流 lw=(0.50.7)D。 出口堰高出口堰高 hw：降液管上端高出板面的高度。堰高降液管上端高出板面的高度。堰高 hw 决定了板上液层的高度决定了板上液层的高度 hL和和堰堰 上液层高度上液层高度how。 owLw hhh 3 2 1000 84. 2 w h ow l L Eh 对于平堰：对于平堰： 弗朗西斯（弗朗西斯（Francis）公式）公式

14、对常压塔，板上液层高度对常压塔，板上液层高度hL可在可在0.05-0.1m范围内选择范围内选择 进口堰：进口堰：保证液体均匀进入塔板，也起液封作保证液体均匀进入塔板，也起液封作 用。一般仅在较大塔中设置。进口堰高一般与用。一般仅在较大塔中设置。进口堰高一般与 降液管底隙高度降液管底隙高度 h0 相等。相等。 进口堰与降液管间的水平距离进口堰与降液管间的水平距离 w0 h0，以保证，以保证 液体由降液管流出时不致受到大的阻力。液体由降液管流出时不致受到大的阻力。 降液管底隙高度及受液盘降液管底隙高度及受液盘 降液管底隙高度应保证溢流液顺畅并防止沉淀降液管底隙高度应保证溢流液顺畅并防止沉淀 物堵塞

15、物堵塞(不可太小不可太小) ，但也应防止气体进入降液，但也应防止气体进入降液 管管(不可太大不可太大)。 对于弓形降液管可按下式计算对于弓形降液管可按下式计算 ow h ul L h 0 uo 液体通过降液管底端出口处的流速，液体通过降液管底端出口处的流速，m/s 根据经验一般取根据经验一般取 uo = 0.070.25 m/s。 D 800 mm，h0 = 40 mm。最大时可达。最大时可达 150 mm。 受液盘：受液盘：承接来自降液管的液体。承接来自降液管的液体。 凹形受液盘：凹形受液盘：用于大塔（用于大塔（D800mm）。在液体）。在液体 流量低时仍能形成良好的液封，对改变液体流流量低

16、时仍能形成良好的液封，对改变液体流 向有缓冲作用，且便于液体的侧线抽出，但不向有缓冲作用，且便于液体的侧线抽出，但不 适于易聚合及有悬浮固体的情况。凹形受液盘适于易聚合及有悬浮固体的情况。凹形受液盘 深度一般在深度一般在 50mm 以上以上。 浮阀的数目与排列浮阀的数目与排列 阀孔直径：阀孔直径：由浮阀的型号决定。由浮阀的型号决定。 浮阀数浮阀数 N：由气体负荷量由气体负荷量 Vs 决定。可由下式计算决定。可由下式计算 0 2 0 4 ud V N s 式中：式中：Vs 气体流量，气体流量，m3/s； u0 阀孔气速，阀孔气速，m/s； d0 阀孔直径。对阀孔直径。对 F1 型浮阀，型浮阀，d

17、0 = 39 mm。 V uF 00 阀孔气速阀孔气速 u0 可根据由实验结果综合的阀孔动可根据由实验结果综合的阀孔动 能因子能因子 F0 确定确定 根据工业设备数据，对根据工业设备数据，对F1重型浮阀（约重型浮阀（约33g），当），当 塔板上的浮阀刚全开时，塔板上的浮阀刚全开时，F0 在在 812 之间。设计之间。设计 时可在此范围内选择适宜的时可在此范围内选择适宜的 F0 后计算后计算 u0 。 浮阀在塔板上常按三角形排列，可顺排或叉排。浮阀在塔板上常按三角形排列，可顺排或叉排。 液流方向液流方向 顺排顺排 t NA t a t t叉排叉排 等腰三角形叉排可使相邻的浮阀容易吹开，鼓泡更均匀

18、。等腰三角形叉排可使相邻的浮阀容易吹开，鼓泡更均匀。 通常将同一横排的阀孔中心距定为通常将同一横排的阀孔中心距定为 75 mm，而相邻两排，而相邻两排 间的距离可取间的距离可取 65、80、100 mm 等几种规格。等几种规格。 若鼓泡区面积为若鼓泡区面积为 Aa，则一个阀孔的，则一个阀孔的 鼓泡面积鼓泡面积 Aa / N 约为约为 t t，故有，故有 由由 t=75mm 及上式计算的及上式计算的 Aa 值可得值可得 t ，据此可，据此可 确定确定 t 的实际取值（的实际取值（65、80、100mm）；）； )(m 22 csd W D RWW D x )(sin 180 1222 R x R

19、xRxAa 对单溢流塔板对单溢流塔板 Aa 可按下式计算：可按下式计算： 根据已确定的孔距（根据已确定的孔距（t 与与 t），按等腰三角形），按等腰三角形 叉排方式作图，确切排出在鼓泡区内可以布置叉排方式作图，确切排出在鼓泡区内可以布置 的浮阀总数；的浮阀总数； 若作图排列与计算所得浮阀数相等或相近，则若作图排列与计算所得浮阀数相等或相近，则 按作图所得浮阀数重算阀孔气速，然后校核按作图所得浮阀数重算阀孔气速，然后校核 F0 (812) 。若。若 F0 不在该范围内，应重新调整不在该范围内，应重新调整 t 值，再作图、校核，直到满足要求为止。值，再作图、校核，直到满足要求为止。 %100%10

20、0 4 4 2 0 2 2 0 N D d D Nd 常压塔或减压塔：常压塔或减压塔： = 1014% 加压塔：加压塔： 0.9m ：Fl 80%；D0.9m：Fl 70%；减压塔：；减压塔：Fl 0.8m的大的大 塔，取塔，取 Fl = 70%）代入下式后所得的）代入下式后所得的 Vs-Ls 关系式作图而得。关系式作图而得。 此线与横轴并不完全平行，可此线与横轴并不完全平行，可 见发生液沫夹带现象与液相负见发生液沫夹带现象与液相负 荷荷 L Lh h 也有一定关系，但主要 也有一定关系，但主要 取决于气体负荷。取决于气体负荷。 %100 36. 1 bF L h VL V s l AKC ZLV F 0 Lh (m3/h) Vs (m3/h) 1 2 液相负荷下限线液相负荷下限线 此线为保证塔板上液体流此线为保证塔板上液体流 动时能均匀分布所需的最动时能均匀分布所需的最 小液量。小液量。 对平顶直堰，取对平顶直堰，取 h ow = 6 mm 作为液相负荷下限的作为液相负荷下限的 标准。标准。 3 2 1000 84. 2 006. 0 w h ow l L Eh E, lw 已知，为一垂直线已知，为一垂直线。 0 Lh (m3/h) Vs (m3/h) 3 4