《化工設(shè)備選擇與設(shè)計》課程設(shè)計

1、 目錄 化工設(shè)備選擇與設(shè)計課程設(shè)計課程設(shè)計題目： F1型浮閥精餾塔設(shè)計 學(xué) 院 名 稱： 專 業(yè)： 班 級： 姓 名： 學(xué) 號 任 課 教 師： FI型浮閥精餾塔塔設(shè)計 目 錄一、 設(shè)計任務(wù)書11.1設(shè)計題目11.2設(shè)計任務(wù)11.3工藝操作條件11.4設(shè)計內(nèi)容要求11.5時間安排21.6參考書2二、 設(shè)計計算過程32.1塔徑估算32.2標(biāo)準(zhǔn)塔盤選擇42.2.1塔截面積52.2.2溢流管截面積及溢流管寬度52.2.3溢流堰高度52.2.4溢流管底與塔盤間距離52.2.5驗算液體在降液管內(nèi)的停留時間62.3流體力學(xué)驗算62.3.1單板流體阻力62.3.2泄漏驗算62.3.3液泛的驗算72.3.4霧

2、沫夾帶的驗算72.3.5操作彈性82.4負(fù)荷性能圖92.4.1霧沫夾帶上限線92.4.2液泛線92.4.3液相負(fù)荷上限線102.4.4氣相負(fù)荷下限線102.4.5液相負(fù)荷下限線102.4.6操作負(fù)荷線102.5計算結(jié)果11 3 / 31、 設(shè)計任務(wù)書1.1設(shè)計題目 F1型浮閥精餾塔設(shè)計 1.2設(shè)計任務(wù)擬建一浮閥塔（塔板數(shù)48層，其中提餾段16層，精餾段32層），用以分離乙醇和水的混合物，采用F1型浮閥（重閥），按以下條件對該浮閥塔進(jìn)行設(shè)計計算。1.3工藝操作條件 3 / 3蒸汽流量：1692 m3/h液體流量：2.3 m3/h蒸汽密度：1.32 kg/m3液體密度：794 kg/m3平均操作壓

3、強(qiáng)：1.013×105 Pa酒精表面張力：22.27 mN/m塔板間距：0.35m塔板上液層深度：0.05m塔板上降液管的液封高度：10mm1.4設(shè)計內(nèi)容要求1計算各內(nèi)容，寫出計算過程，并將計算結(jié)果填入數(shù)值欄中。2流體力學(xué)驗算（1）單板流體阻力計算；（2）泄漏驗算；（3）液泛的驗算；（4）霧沫夾帶的驗算；（5）操作彈性計算。3. 繪制負(fù)荷性能圖（1）計算并列出霧沫夾帶上限線表達(dá)式；（2）計算并列出液泛線表達(dá)式；（3）計算并列出液相負(fù)荷上限線表達(dá)式；（4）計算并列出氣相負(fù)荷下限線表達(dá)式；（5）計算并列出液相負(fù)荷下限線表達(dá)式；（6）列出操作負(fù)荷線表達(dá)式；（7）將以上6條線繪制在直角坐標(biāo)中

4、（可用Excel繪圖），給出性能負(fù)荷圖。1.5時間安排課程設(shè)計須在兩個星期內(nèi)完成（6月23日前上交）。1.6參考書1劉道德 等編著.化工設(shè)備的選擇與設(shè)計（第三版，教材），p143-154；2化工原理教材中連續(xù)精餾內(nèi)容及浮閥塔等相關(guān)內(nèi)容；3 泛點負(fù)荷系數(shù)參考圖 3 / 32、 設(shè)計計算過程2.1塔徑估算由題目條件可知：塔板間距H=0.35m，塔板上液層深度hL=0.05m，故分離空間為： = 0.35 - 0.05 = 0.3m ；動能參數(shù)：= 0.033 ；由圖2-1查得負(fù)荷系數(shù) 。由于圖2-1是按液體表面張力的物系繪出的，因此，標(biāo) 更確切。而對物系表面張力為其他值時，須按下式校正，即= 0.

5、0633 ；最大允許空塔速度為： = = 1.551 m/s ；圖2-1 適宜的空塔速度u一般為最大允許氣速的0.600.80倍，即： 3 / 3 m/s ；取= 0.7×1.551=01.086m/s，則塔徑： = = 0.742 m ； 按設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，將塔徑圓整為0.8m。塔板層數(shù)： 塔板數(shù)48層，其中提餾段16層，精餾段32層。2.2標(biāo)準(zhǔn)塔盤選擇取動力因素F0=10（F0的合理范圍是911），則閥孔氣速為： = = 8.704 m/s ；塔盤上的閥孔直徑d0=0.039m，故浮閥數(shù)為： = = 45.20 （個） ；按N=46查表得塔盤的主要參數(shù)列于下表2-1：表2-1 選取的塔

6、盤的工藝參數(shù)項目塔徑/mm板間距HT/mm弓形降液管堰長度/mm溢流堰高h(yuǎn)w/mm浮閥個數(shù)N/個浮閥排列方式每行閥孔中心距t/mm行間距h/mm參數(shù)80035052942*46等腰三角形7565*在2550mm范圍內(nèi)，具體數(shù)值有下面計算得出按所選浮閥個數(shù)，校核動能因數(shù)F0，即： = = 8.553 m/s ； = = 9.8310 （合理）。 4 / 132.2.1塔截面積 = = 0.628 m2 ；2.2.2溢流管截面積及溢流管寬度 = = 0.66 ；由此值查弓形溢流管的寬度與面積圖得：= 0.066和=0.114，故： = = 0.0414m2 ； = 0.114×0.8 =

7、 0.0912 m ；2.2.3溢流堰高度 因為是一般物系，故取液流量收縮系數(shù)E近似等于1，則堰上液層高度： = = 0.00757 m ； = 0.05 - 0.007570.042m ；2.2.4溢流管底與塔盤間距離 取液封高度（）為10mm，故： = 0.042 - 0.01 = 0.032 m ； 校核降液出口速度，即： = = 0.0377 m/s ； 在0.0250.07m/s之間，故認(rèn)為合適。 3 / 32.2.5驗算液體在降液管內(nèi)的停留時間 = = 22.7 s ；以上計算可認(rèn)為溢流管尺寸合適。2.3流體力學(xué)驗算2.3.1單板流體阻力（1） 浮閥由部分全開轉(zhuǎn)變?yōu)槿咳_時的臨界

8、速度 = = 9.018 m/s < 9.605 m/s ；此時： = = 0.037 m ；（2） 氣體通過板上清液層的壓強(qiáng)降 對于乙醇和水的物系，取為0.5，故： = 0.5×0.05 = 0.025 m ；（3） 由表面張力引起的壓強(qiáng)降 因為由表面張力引起的壓強(qiáng)降值較小，一般略去不計，所以： 0.037 + 0.025 = 0.062 m ；即： =482.93 Pa （每塊板） ；一般常壓和加壓塔中每層浮閥塔的壓力降為265530Pa，故合適。2.3.2泄漏驗算取動能因數(shù)的下限值，即取F0=5，算出相應(yīng)的氣相最小負(fù)荷Vt,min，即： 3 / 3 = 4.352 m/s

9、 ；故：= = 0.239 m3/s < 0.734 m3/s ；所以不會泄露。2.3.3液泛的驗算為避免液泛，溢流管內(nèi)清液層高度Hd應(yīng)小于。對于一般液體取泡沫層相對于清液層的密度為0.5，故：= 0.5×（0.35+0.042）= 0.196 m ；溢流管內(nèi)清液層高度為： 式中：克服液面落差所需清液層的高度，其值較小，一般忽略不計； 克服液面在溢流管內(nèi)流動阻力所需的液層高度，可按下式計算。 = = 2.18×10-4 m ；故：0.062+2.18×10-4+0.05 = 0.112 m < 0.196 m ；因此，不會液泛。2.3.4霧沫夾帶的驗算

10、對直徑900mm以下的塔，泛點率<70%，霧沫夾帶才能維持在允許范圍之內(nèi)。泛點率可按下面的經(jīng)驗式計算，即：泛點率=式中： = 0.8 - 2×0.0912 = 0.618 m ； = 0.628 - 2×0.0414 = 0.545 m2 ； 8 / 17其中為系統(tǒng)因素，參考下表2-2，取=1；為泛點負(fù)荷系數(shù)，由=1.32kg/m3和HT=0.35m查泛點負(fù)荷系數(shù)圖可得=0.09，故：=1×0.09=0.09表2-2系統(tǒng)因素數(shù)值系統(tǒng)系統(tǒng)因素?zé)o泡沫正常系統(tǒng)1.00氟化物（如氟利昂）0.90中等泡沫系統(tǒng)0.85多泡沫系統(tǒng)0.73嚴(yán)重泡沫系統(tǒng)0.60穩(wěn)定泡沫系統(tǒng)0

11、 所以：泛點率= = 40.2% < 70% 因此，霧沫夾帶在允許范圍之內(nèi)。2.3.5操作彈性 從霧沫夾帶現(xiàn)象考慮氣相負(fù)荷上限，并取泛點70%，即：70% = ； 亦即：70% = 解得：=0.828 m3/s ； （a）從液泛角度考慮負(fù)荷上線，即： = = 0.5×（0.35+0.042）= 0.196 m ；又因 =0.196 m ； 3 / 3即： 0.196 - 2.18×10-4 - 0.05 = 0.146 m ；而： = 0.146 m ；所以： 0.146 - 0.025 = 0.121 m ；又根據(jù) = = 0.121 m ；解得： =16.35m/

12、s故： = =0.898 m3/s ；（b）比較（a）、（b）之值，從安全考慮，取0.828 m3/s ，則其操作彈性為： = 3.464 ；2.4負(fù)荷性能圖2.4.1霧沫夾帶上限線取泛點為70%，故：70% = ； 即：70% = ；整理得：；在圖2-2中繪上式，即霧沫夾帶上限線1。2.4.2液泛線 液泛線關(guān)系式為：= ；即： 11 / 17=0.196； 整理得：=0.887 ； 于圖2-2中繪出上式，即得液泛線2。2.4.3液相負(fù)荷上限線則極限值其 10s，則： = = 0.0014 m3/s ； 在圖2-2中繪出上式，即可得到液相負(fù)荷上限線3。2.4.4氣相負(fù)荷下限線 由漏液計算可知：= 0.239 m3/s ； 在圖2-2中繪出上式，即可得到氣相負(fù)荷上限線。2.4.5液相負(fù)荷下限線 取堰上液層高度為6mm（0.006m < <0.07m），則： ； 即： ； 解得： =0.000451 m3/s ； 在圖2-2中繪出上式可得氣相負(fù)荷下限線52.4.6操作負(fù)荷線根據(jù)氣相負(fù)荷=0.0533 m3/s ；液相負(fù)荷=0.000639 m3/s ，在圖中標(biāo)出點C，連接C與原點O，即為操作負(fù)荷線。 3 / 3圖2-22.5計算結(jié)果表2-3 浮閥塔設(shè)計計算