浮阀塔设计

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1、化工原理课程设计II浮阀塔的选型设计专业班级:姓名：学号： 指导教师 成绩：目录前言1设计任务书2设计计算及验算3塔板工艺尺寸计算3塔的流体力学验算7塔板负荷性能图9分析与讨论13结果列表14化工原理课程设计任务书拟建一浮阀塔用以分离甲醇一水混合物，决定采用F1型浮阀(重阀)，是根据以下条件做出浮阀塔的设计计算。已知条件：液相密度P (kg/m3)气相密度P (kg/m3)液相流量L(m3/s)气相流量V(m3/s)表面张力 工(mN/m)8191.010. 000841. 48438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

2、讨论浮阀塔结构简单，有两种结构型式，即条状浮阀和盘式浮阀，它们的操 作和性能基本是一致的，只是结构上有区别，其中以盘式浮阀应用最为普遍。 盘式浮阀塔板结构，是在带降液装置的塔板上开有许多升气孔，每个孔的上 方装有可浮动的盘式阀片。为了控制阀片的浮动范围，在阀片的上方有一个 十字型或依靠阀片的三条支腿。前者称十字架型，后者称V型。目前因V型 结构简单，因而被广泛使用，当上升蒸汽量变化时，阀片随之升降，使阀片 的开度不同，所以塔的工作弹性较大。浮阀塔总的原则是尽可能多地采用先进的技术，使生产达到技术先进、 经济合理的要求，符合优质、高产、安全、低能耗的原则，具体考虑以下几 点。 满足工艺和操作的要

3、求 所设计出来的流程和设备能保证得到质量稳 定的产品。设计的流程与设备需要一定的操作弹性，可方便地进行流量和传 热量的调节。设置必需的仪表并安装在适宜部位，以便能通过这些仪表来观 测和控制生产过程。 满足经济上的要求 要节省热能和电能的消耗，减少设备与基建的费 用，回流比对操作费用和设备费用均有很大的影响，因此必须选择合适的回 流比。设计时应全面考虑，力求总费用尽可能低一些。 保证生产安全 生产中应防止物料的泄露，生产和使用易燃物料车间 的电器均应为防爆产品。塔体大都安装在室外，为能抵抗大自然的破坏，塔 设备应具有一定刚度和强度。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

4、空塔气速u，而u = （安全系数） x umax 塔截面积 A =兀 D2 = 3.14 x (1.2)2 = 1.13m2U = CmaxP -Pl vpv式中c可由史密斯关联图查出，横标的数值为L （ p ）0.00084 （819）00161h （ l-）0.5 =（）0.5 = 0.0161V p1.4841.01hv取板间距J = 045m，板上液层高度件=0.5m，则图中参数值为H -h = 0.45 - 0.05 = 0.40mTL由图3-5查得c = 0.072，表面张力b= 38mN/m.2038C = C20 X（十=0072X（20）。2 = 008186u= 0.081

5、86 xmax气护=2330m / S取安全系数为 0.6，则空塔气速为u = xu= 0.6 x 2.330 = 1.398m/smax塔径D =4V: 4 x 1.484“ *s = 1.16m兀 u3.14X1.398按标准塔径圆整D = 1.2 m ， 则T 44实际空塔气速 u = 1.484 /1.13 = 1.313m / s2）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1 :取堰长1 = 0.66D，即WWl = 0.66 x 1.2 = 0.792mW出口堰高 h : h = h - hWW L OW采用平直堰，堰上液层高度h可依下式计算:OWh =e

6、（仕）3OW 10001W近似取E = 1.02，则可由列线图查出h值。OWL = 0.00084x 3600 = 3.024m3 / h,l = 0.792m口 h = 0.00708mhWOW贝Uh = h - h= 0.05 - 0.007 = 0.043mW L OW弓形降液管宽度W和面积A :df玉=66由图 3 -10 查得：A = 0.075, Wd = 0.13，则TA = 0.075x1.13 = 0.08475m2W 二 0.13 x1.2 二 0.156md停留时间 e = 3600人宀=化=.8475 x 45 = 40.40s LL 0.00084hs0 5s，故降液

7、管尺寸可用。降液管底隙高度为简便起见，才用下式计算：h 二 hw0.006 二 0.043 0.006 二 0.037mo(3)塔板布置及浮阀数目与排列取阀动能因子F = 10,用下式求孔速u 二 匚二 10 二 9.95m / s o VP v1.01* v每层塔板上的浮阀数，即取 N=126V1.484N =s一 二二 125兀兀d 2ux (0.039)2 x 9.954 0 o 4取边缘区宽度W二0.05m，破沫区宽度W二0.065m， csD 1.2R 二 W 二 0.05 二 0.55m2 c 2D 1.2x 二(W + W ) = (0.156 + 0.065)二 0.379m2

8、 d s 2A = 2心 R2 - x2 + R2 arcsin 兰 a180R=迪379552 一 3792 + 盒(55)2 曲inH = 762m2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二0.075m，则可按下式估算排间距t，即t二 二 0.762二 0.081 二 81mmNt 125 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、二65mm以等腰三角形叉排方式作图(见图1)，排得阀 数 126 个。

9、按N二126重新核算孔速及阀孔动能因数:u = 9.86m / s扌(0.039)2 x126F = u x . p = 9.86x v 1.01 = 9.91o o % v浮阀动能因数f变化不大，仍在912范围内。o塔板开孔率二上=u01313 x100% = 13.3%9.862. 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：h = h + h +hp c 1 b 干板阻力：由下式计算，即u = i.82573.1/p = 1.82/73.1/1.01 = 10.45m / socv因u u，故按下式计算干板阻力，即o och = 19.9 x 9.860.

10、175 = 0.036m 液柱c819 板上充气液层阻力：本设备分离甲醇和水混合物，即液相为碳氢化 合物，可取充气系数e = 0.5，有0h = h = 0.5 x 0.05 = 0.025m 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 = 0.036 + 0.025 = 0.061m 液柱p贝U单板压降AP = h p g = 0.061x819x9.81 = 490Pap p L2)淹塔为了防止淹塔现象的发生，要求控制降液管中清液层咼度H(H + h )。d T wH 可用下式计算，即dH 二 h +h +hd

11、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 二 0.061m 液柱p 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 = 0.153 x ()2 = 0.153 x (0.00084)2 = 0.00013m 液柱dl h0.792x 0.037wo 板上液层高度：前已选定板上液层高度为h = 0.05 mL贝 UH = 0.061 + 0.05+0.00013 = 0.111md取0= 0.5，又已选定 H = 0.45m， h = 0.043m。则TW9 (H + h ) = 0.5 x (0.45 + 0.043) = 0.25m TW可见H 0 (

12、H + h )，符合防止淹塔的要求。d T W3)雾沫夹带按以下两式计算泛点率，即VPv+ 1.36LZ泛点率=q(PL _ PV)x100%KC A0.78KC A FT 板上夜体流径长度 ZL板上夜流面积 A A bT100%D 2W 1.20 2 0.156 0.888m d2A 1.13 2 0.8475 0.9605m 2f苯和甲苯为正常系统，取物性系数 K 1.0 ,又查图得泛点负荷系数C0.104，将以上数值代入下式得F1.48町一1.011.36 0.00084 0.888泛点率819 1.01100%56.89%1.0 0.104 0.9605又按下式计算泛点率，得_,1.4

13、8#泛点率819 1.01100% 53.22%0.78 1.0 0.104 1.13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ey 0.1kg（夜）/kg（气）的要求。3.塔板负荷性能图雾沫夹带线依下式做出，即V 一 1.36L Z泛点率ss LL v100%KC AFb按泛点率为 80%计算如下+1.36L x 0.888819 - I s 二 0.800.104x0.9605整理得0.035V + 1.208L 二 0.080ss或 V 二 2.28 - 34.51L（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

14、于本例附表1中。据此，可做出雾沫夹带线（1）。附表 1L (m3 / s)S0.000800.0010V Cn 3 / s )S2.252.24液泛线0 (H + h ) = h + h + h = h + h + h + h + hT W p L d c 1 o L d 由上式确定液泛线。忽略式中 h ,则有r l22.84Er 3600L2/3+ (1 + s )h+lwho J0W1000I 1W ；0P u 20（H + h ） = 5.3-v- + 0.153T WP 2 gh，0l ， P ，WvL因物系一定，塔板结构尺寸一定，贝LIh ， h，TW0等均为定值，而-与V又有如下关

15、系，即0sVsu =0 兀d 2 N4 0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0s s关系式：aV2 二 b cL dL 3s s s即 V2 二 12.297 12039L2 80.57Es 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)S0.00020.00060.00080.0010V (m 3 / s )S3.4673.4233.4053.388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3600 A H0= f t 二

16、 35sLh以0= 5s作为液体在降液管中停留时间的下限，贝U(L )s maxAH0.08475 x 0.455= 0.0076m3 / s3)求出上限液体流量Ls值（常数）。在V -L图上液相负荷上限线为与气ss体流量V无关的竖直线（3）s漏液线对于F1型重阀，依F = u= 5计算，则u =-。又知00丫 v0 M十P vV 二 d 2 Nus 4 0 0则得V = d2Ns 4 0 Fv以F = 5作为规定气体最小负荷的标准，则0(V)二 d 2 Nu s min 4 004） F5二 d 2 N4 二 x (0.039)2 x126 x二 0.748m3 / s4 0/p4J1.01

17、 v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h二0.006m作为液本负荷下限条件，依h的计算式计 ow ow算出l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 s的竖直线（5）。2.84 和 3600(L )min2/31000二 0.006取 E 二 1.02，则3/2(L)=s min(0.006 x1000 3/22.84 x1 丿lW36000.006x10002.84x1.020.792x= 0.000656m3 / s3600(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（

18、5）共五条线，如下图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，操作的下限由液相负荷下限 控制。 按照固定的液气比， 由图 2 查出塔板的气相负荷上限(V)max 二2.25m3/s，气相负荷下限(V )二 1.05m3/s，所以ss min1.05操作弹性二225二2.14图 3. 设计结果列表项目数值及说明备注塔径D/m1.2板间距H“m0.45塔板形式单溢流弓形降液管分块式塔板空塔气速u/ ( m/s )1.398堰长0伽0.792堰咼hw/m0.043板上液层咼度叽伽0.05降液管底隙高度叽加0.037浮阀数N/个126等腰二角形叉排阀孔气速u。/ ( m/s)9.86阀孔功能因数珀9.91界阀孔气速J ( m/s)10.45孑L心距t/m0.075指同一横排的空心距排间距T/m0.065指相邻二横排的中心线距离单板压降叽仏490液体在降液管内停留时间0/s40.40降液管内清夜层咼度H/m0.111泛点率/%56.89气相负荷上限/訂2.25雾沫夹带控制气相负荷下限1.05液相负荷下限控制操作弹性2.14