浮阀塔课程设计

u (安全系数) u max
umax c
l v v
式中 c 可由史密斯关联图查出，横标的数值为
Lh l 0.5 0.0059 810 0.5 ( ) ( ) 0.0486 Vh v 2.09 2.73
取板间距 H T 0.45m ，板上液层高度 hL 0.07m ，则图中参数值为

0.198 0.45 15.1s 0.0059
5s ，故降液管尺寸可用。
④降液管底隙高度
ho Lh L s' ' 3600lW u0 lW u0
' 0.13m / s, 则 取降液管底隙处液体流速 u0
ho
0.0059 0.038m 1.188 0.13
取 ho 0.04m

3600 A f H T Lh 3 ~ 5s
0.009 4.22
0.013 3.94
以 5s 作为液体在降液管中停留时间的下限，则
9
( Ls )max
Af H T 5

0.198 0.45 0.017m3 / s 5
（3）
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） ⑷漏液线 对于 F1 型重阀，依 F0 u0 v 5 计算，则 u0
②板上充气液层阻力：本设备分离某种混合物，即液相可视为碳氢化 合物，可取充气系数 0 0.5 ，有
h1 0 hL 0.5 0.07 0.035m 液柱
③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 0.034 0.035 0.069m 液柱
Vs 泛点率
v 1.36 Ls Z L Lv
KC F Ab
100%
按泛点率为 80%计算如下 ：
Vs 2.73 1.36 Ls 1.332 810 2.73 0.80 0.128 2.15
整理得
0.0582Vs 1.812Ls 0.22
或 Vs 3.78 31.13Ls
hp hc h 1 h
可根据下式计算塔板压强降，
①干板阻力：由下式计算，即
uoc 1.852 73.1 v 1.852 73.1 2.73 6.06m / s
因 u o uoc ，故按下式计算干板阻力，即
hc 19.9
0.175 u0
L
19.9
5.910.175 0.034m 液柱 810

180
(0.84) 2 arcsin
0.566 ] 1.75m2 0.84
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' Aa 1.75 0.08 80mm Nt 290 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 ' 65mm 以等腰三角形叉排方式作图（见附图 1） ，排 得阀数 296 个。 按 296 重新核算孔速及阀孔动能因数：
KC F Ab
v
泛点率
100%
Vs
v L
100%
及 泛点率
0.78KC F AT
板上液体流径长度 板上液流面积
Z L D 2Wd 1.80 2 0.234 1.332m
Ab AT 2 Af 2.5434 2 0.198 2.15m2
4
（3）塔板布置及浮阀数目与排列 取阀动能因子 Fo 10, 用下式求孔 速 uo , 即
uo Fo
v

10 6.05m / s 2.73
每层塔板上的浮阀数，即
N

4
Vs d u
2 0 o


4
2.09 (0.039) 6.05
2
290
取边缘区宽度 Wc 0.06m ，破沫区宽度 Ws 0.10m ，
取 0.5 ，又已选定 HT 0.45m ， hW 0.051m 。则
( HT h W ) 0.5 (0.45 0.051) 0.25m
可见 H d ( HT hW ) ，符合防止淹塔的要求。 （3）雾沫夹带
Vs
按以下两式计算泛点率，即
L v 1.36 Ls Z L
液体 混合物为正常系统，取物性系数 K 1.0 ,又查图得泛点负荷系数
C F 0.128 ，将以上数值代入下式得
2.09 泛点率
2.73 1.36 0.0059 1.332 810 2.73 100% 48% 1.0 0.128 2.15
又按下式计算泛点率，得
uo
Байду номын сангаас
4
2.09 (0.039) 296
2
5.91m / s
5
Fo uo v 5.91 2.73 9.76
浮阀动能因数 Fo 变化不大，仍在 9 ~ 12 范围内。 塔板开孔率=
u 0.822 100% 13.9% u0 5.91
2.塔板流体力学验算 （1）气相通过浮阀塔板的压强降 即
HT hL 0.45 0.07 0.38m
由 图 3 5 查 得 c20 0.081 。 因 物 系 表 面 张 力 19.6mN / m ， 接 近
20 mN /m ，故无需校正，即 c20 c 0.081
umax 0.081 810 2.73 1.393m / s 2.73
2.84 3600( Ls ) min E 1000 lW
R D 1.8 Wc 0.06 0.84m 2 2 D 1.8 x (Wd Ws ) (0.234 0.10) 0.566m 2 2
Aa 2[ x R 2 x 2
x R 2 arcsin ] 180 R

2[0.566 0.842 0.5662
化工原理课程设计 —浮阀塔塔板设计
专业：化学工程与工艺（石油加工方向） 班级：化工 1008 姓名：邹春竹 学号：1001010809 成绩：
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） ， 试依据以下条件做出浮阀塔（精馏段）的设计计算。 气相流量 液相流量 气相密度 液相密度
③弓形降液管宽度 Wd 和面积 A f ：
lW 0.66 D
由图 3 10 查得：
Af AT
0.078,
Wd 0.13 ，则 D
Af 0.078 2.5434 0.198m2
Wd 0.13 1.8 0.234m
停留时间
3600 Af HT Lh

Af H T Ls
实际空塔气速 u （2）溢流装置 下：
Vs 2.09 0.822m / s AT 2.5434
选用单溢流弓形降液管，不设进口堰。各项计算如
3
①堰长 lW ：取堰长 lW 0.66D ，即
lW 0.66 1.8 1.188m
②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：
2.73 810 2.73 泛点率 100% 56.6% 0.78 1.0 0.128 2.15 2.09
7
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 eV 0.1kg(液） 的要求。 / kg(气） 3.塔板负荷性能图 ⑴雾沫夹带线 依下式做出，即
hp 0.069m 液柱
6
②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( Ls lW ho )2 0.153 (0.0059 ) 2 0.00236m 液柱 1.188 0.04
③板上液层高度：前已选定板上液层高度为
hL 0.07m
则
H d 0.069 0.07 0.00236 0.141 m
Vs
5
v
。又知

4
d 02 Nu 0
则得 Vs

4
d 02 N
5
v
以 F0 5 作为规定气体最小负荷的标准，则
(Vs )min

4
d02 Nu0

4
d02 N
F0
v


4
(0.039)2 296
5 1.06m3 / s 2.73
（4）
据此做出与液体流量无关的水平漏液线（4） ⑸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） 。
因物系一定，塔板结构尺寸一定，则 H T ，hW ，h0 ，lW ， v ， L ， 0 及
等均为定值，而 u0 与 Vs 又有如下关系，即
u0

4
Vs d 02 N
式中阀孔数 N 与孔径 d 0 亦为定值， 因此可将上式简化为Vs 与 Ls 的如下 关系式：
23 aVs2 b cL2 s dLs
由上式确定液泛线。忽略式中 h0 ,则有
Ls u ( H T hW ) 5.34 v o 0.153 l h L2 g W o
2 2 2/3 2.84 3600 Ls (1 0 ) hW 1000 E l W
Vs 2.09 m
3
s
3
Ls 0.0059 m
s
V 2.73 kg
m3
L 810 kg
m3
物系表面张力 设计要求：
19.6 mN m
1. 进行塔板工艺设计计算及验算； 2. 绘出塔板负荷性能图； 3. 绘出塔板结构图； 4. 给出设计结果列表； 5. 分析与讨论。
设计计算及验算 1.塔板工艺尺寸计算 （1）塔径 欲求塔径应先给出空塔气速 u ，而
2/3 即 7.34 103Vs2 0.175 67.75L2 s 0.893Ls
2/3 或 Vs2 23.84 9230L2 s 121.66Ls
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） 0.001 4.76 0.005 4.48 附表 2 ⑶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 3~5s。依下式知 液体在降液管内停留时间为
则
单板压降 P p hp L g 0.069 810 9.81 548.28Pa 为了防止淹塔现象的发生，要求控制降液管中清液层
H d 可用下式计算，即
（2）淹塔
高度 H d ( HT hw ) 。
H d hp hL hd
① 与 气 体 通 过 塔 板 的 压 强 降 所 相 当 的 液 柱 高 度 hp ： 前已算出
hOW 2.84 Lh 3 E( ) 1000 lW
2
近似取 E 1 ，则可由列线图查出 hOW 值。
Lh 0.0059 3600 21.24m3 / h, lW 1.188m，查得h OW 0.019m
因为 hW hL hOW
故 hW 0.07 0.019 0.051
（1）
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） 。
0.001 3.75 附表 1
0.010 3.47
⑵液泛线
8
( HT hW ) hp hL hd hc h1 ho hL hd
取安全系数为 0.6，则空塔气速为
u 安全系数 u max 0.6 1.393 0.84m/s
塔径 D
4Vs 4 2.09 1.78m u 3.14 0.84
按标准塔径圆整 D 1.8m ，则 塔截面积 AT D2
4

3.14 (1.8)2 2.5434m2 4