苯甲苯浮閥塔設(shè)計(jì)

1、內(nèi)蒙古科技大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書題 目：年產(chǎn)3.0萬(wàn)噸純度為99.8%的苯浮閥精餾塔學(xué)生姓名： xxxx學(xué) 號(hào)： 09xxxxx專 業(yè)：化學(xué)工程與工藝班 級(jí)：化工2009-1班指導(dǎo)教師： 赫文秀摘要精餾是分離液體混合物的典型單元操作，在化工，煉油，石油化工等工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。本設(shè)計(jì)的題目是年產(chǎn)3.0萬(wàn)噸純度為99.8%的苯浮閥精餾塔設(shè)計(jì)，即需設(shè)計(jì)一個(gè)浮閥精餾塔用來(lái)分離易揮發(fā)的苯和不易揮發(fā)的甲苯。通過(guò)精餾塔的工藝計(jì)算、塔板設(shè)計(jì)、管路及附屬設(shè)備的計(jì)算與選型等步驟，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)此浮閥精餾塔，并繪制出圖。精餾塔的實(shí)際板數(shù)為32塊，實(shí)際浮閥數(shù)為222，塔板間距40

2、0mm，塔徑為1600mm，塔底空間為2000mm，塔高16.4m。本設(shè)計(jì)采用間接蒸汽加熱，常壓操作，其進(jìn)料狀態(tài)選擇泡點(diǎn)進(jìn)料，在可能的情況下，使生產(chǎn)達(dá)到技術(shù)上最先進(jìn)、最經(jīng)濟(jì)、最合理的要求。符合優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、安全、低耗的原則。關(guān)鍵詞：精餾塔 、苯甲苯、塔板、浮閥目錄摘要II前言 . 1第一章 物料衡算與操作線方程31.1間接蒸汽加熱方式下的物料衡算31.2精餾段操作線方程41.2.1最小回流比的確定41.2.2適宜回流比的確定41.2.3操作線方程5第二章 理論塔板數(shù)的確定6第三章 實(shí)際板層數(shù)的確定73.1 塔板總效率的估計(jì)73.2層數(shù)的確定8第四章 塔和塔板主要的工藝尺寸的設(shè)計(jì)94.1設(shè)計(jì)中所用

3、參數(shù)的確定. 94.1.1定性溫度的確定9 4. 1. 2 壓強(qiáng)的確定 . 94.1.3精餾段參數(shù)94.1.4提餾段參數(shù)的確定114.2初選塔板間距134.3塔徑的計(jì)算：（以精餾段數(shù)據(jù)為準(zhǔn)）134.3.1初步計(jì)算塔徑134.3.2塔徑圓整154.4溢流裝置與流體流型154.4.1溢流堰（出口堰）164.4.2降液管174.5塔板設(shè)計(jì)194.5.1塔板布置194.5.2浮閥塔的開孔率及閥孔排列204.6浮閥塔板的液體力學(xué)驗(yàn)算234.6.1氣體通過(guò)浮閥塔板時(shí)的壓強(qiáng)降234.6.2液泛254.6.3霧沫夾帶264.7塔板負(fù)荷性能圖274.7.1霧沫夾帶上限線274.7.2液泛線. 284.7.3液相

4、負(fù)荷上限線284.7.4泄露線氣相負(fù)荷下限線294.7.5液相負(fù)荷下限線29 4. 7. 6 塔的操作彈性 .29 第五章 塔體結(jié)構(gòu)305.1塔頂空間305.2塔底空間305.3人孔305.4塔高30參考文獻(xiàn)33致謝34IV內(nèi)蒙古科技大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書前言精餾是分離液體混合物的典型單元操作。它利用各組分揮發(fā)度的不同以實(shí)現(xiàn)分離目的。這種分離通過(guò)通過(guò)液相和氣相之間的傳質(zhì)實(shí)現(xiàn)，而作為其、液兩相傳質(zhì)用的塔設(shè)備，首先必須要能使氣、液兩相得到充分的接觸，以達(dá)到較高的傳質(zhì)效率。常用的精餾塔有板式塔和填料塔兩類，通稱塔設(shè)備，和其他傳質(zhì)過(guò)程一樣，精餾塔對(duì)塔設(shè)備的要求大致如下： 一：生產(chǎn)能力大：即單位塔截面大的氣

5、液相流率，不會(huì)產(chǎn)生液泛等不正常流 動(dòng)。 二：效率高：氣液兩相在塔內(nèi)保持充分的密切接觸，具有較高的塔板效率或傳質(zhì)效率。 三：流體阻力?。毫黧w通過(guò)塔設(shè)備時(shí)阻力降小，可以節(jié)省動(dòng)力費(fèi)用，在減壓操作是時(shí)，易于達(dá)到所要求的真空度。 四：有一定的操作彈性：當(dāng)氣液相流率有一定波動(dòng)時(shí)，兩相均能維持正常的流動(dòng)，而且不會(huì)使效率發(fā)生較大的變化。 五：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，安裝檢修方便。 六：能滿足某些工藝的特性：腐蝕性，熱敏性，起泡性等。 而浮閥塔的優(yōu)點(diǎn)正是： 而浮閥塔的優(yōu)點(diǎn)正是： 1生產(chǎn)能力大，由于塔板上浮閥安排比較緊湊，其開孔面積大于泡罩塔板，生產(chǎn)能力比泡罩塔板大 20%40%，與篩板塔接近。 2操作彈性大，由于閥片

6、可以自由升降以適應(yīng)氣量的變化，因此維持正常操作而允許的負(fù)荷波動(dòng)范圍比篩板塔，泡罩塔都大。 3塔板效率高，由于上升氣體從水平方向吹入液層，故氣液接觸時(shí)間較長(zhǎng)，而霧沫夾帶量小，塔板效率高。 4氣體壓降及液面落差小，因氣液流過(guò)浮閥塔板時(shí)阻力較小，使氣體壓降及液面落差比泡罩塔小。 5塔的造價(jià)較低，浮閥塔的造價(jià)是同等生產(chǎn)能力的泡罩塔的 50%80%，但是比篩板塔高 20%30。課程設(shè)計(jì)是化工原理課程中綜合性和實(shí)踐性較強(qiáng)的一個(gè)環(huán)節(jié)，它是理論聯(lián)系實(shí)際的橋梁是使學(xué)生體察工程實(shí)際問(wèn)題的復(fù)雜性的初次嘗試。通過(guò)化工原理課程設(shè)計(jì)，要求學(xué)生能綜合運(yùn)用所學(xué)課程的基本知識(shí)，進(jìn)行融會(huì)貫通、獨(dú)立思考，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成指定的化

7、工設(shè)計(jì)任務(wù)，具有初步進(jìn)行工程設(shè)計(jì)的能力；達(dá)到熟悉工程設(shè)計(jì)的的基本內(nèi)容，掌握化工設(shè)計(jì)的主要程序和方法；提高和進(jìn)一步培養(yǎng)分析和解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力；樹立正確的設(shè)計(jì)思想，培養(yǎng)實(shí)事求是、嚴(yán)肅認(rèn)真、高度負(fù)責(zé)的科學(xué)工作精神。 2012年7月2日第一章 物料衡算與操作線方程1.1間接蒸汽加熱方式下的物料衡算 總物料衡算 易揮發(fā)組分的物料衡算 式中：，,進(jìn)料、餾出液和釜?dú)堃旱牧髁浚?進(jìn)料中易揮發(fā)組分的組成，摩爾分率 餾出液中易揮發(fā)組分的組成，摩爾分率 釜?dú)堃褐幸讚]發(fā)組分的組成，摩爾分率 連續(xù)精餾時(shí)間：一年按300天計(jì)算 苯的摩爾質(zhì)量為，甲苯的摩爾質(zhì)量為 進(jìn)料組成 =0.3884 釜?dú)堃航M成 餾出液組成 進(jìn)料

8、液的平均摩爾質(zhì)量 進(jìn)料液的流量 全塔物料衡算 代入相關(guān)數(shù)據(jù)得：，1.2精餾段操作線方程1.2.1最小回流比的確定 平均相對(duì)揮發(fā)度：取=2.46 飽和液體進(jìn)料時(shí)，=1，0.3884 由公 1.2.2適宜回流比的確定根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，一般物系的適宜回流比為 (1.1-2.0) 得10.22 圖1.1 吉利蘭圖由上圖得表 表1.1 R與N的關(guān)系1. Rmin1.1Rmin1.2Rmin1.3Rmin1.4Rmin1.5Rmin1.6Rmin1.7Rmin1.8Rmin1.9Rmin2Rmin R1.93162.10722.28282.45842.6342.80962.98523.16083.33643.

9、5120.059900.11300.16050.20310.24160.27660.30840.33760.36440.38920.580.510.480.450.420.400.380.360.340.33 N27.102422.944921.5058820.223619.074118.371717.714517.098416.671216.2433 然后由上數(shù)據(jù)得出圖1.2 -圖,并由圖取適宜回流比，. 1.2.3操作線方程 精餾段操作線方程： 提餾段操作方程：其中 則 所以 第二章 理論塔板數(shù)的確定 本次設(shè)計(jì)采用逐板計(jì)算法精餾段： 由=0.9983 ， （精餾段方程） 計(jì)算到。 =0.9

10、958， =0.9968； =0.9922， =0.9941； =0.9856， =0.9891； =0.9736， =0.9799； =0.9520， =0.9635； =0.9148， =0.9352； =0.8544， =0.8893； =0.7656， =0.8219； =0.6523， =0.7357； =0.5308，=0.6434； =0.4231， =0.5616； =0.3424=0.3824。此處得n=12 第12層為進(jìn)料板，精餾段11層。提餾段： 令=0.3425， 由（提餾段方程） ， 計(jì)算直到 。 =0.4707， =0.2653； =0.3628， =0.1881；

11、 =0.2542， =0.1219； =0.1623，=0.08021； =0.1016；=0.03969； =0.04607， =0.02013=0.0235 此處得m=7 則提餾段6層 所以共需17層理論板（不包括再沸器），第三章 實(shí)際板層數(shù)的確定3.1 塔板總效率的估計(jì)在求出理論塔板數(shù)后，要先確定塔板總效率才可求出實(shí)際板數(shù)。一般用下面方法確定： 采用“奧康奈爾的蒸餾塔效率關(guān)聯(lián)圖”或“奧康奈爾關(guān)聯(lián)式”來(lái)估算全塔效率。式中： 必須注意此關(guān)聯(lián)式的適用范圍是：（1）（2）液體在板長(zhǎng)流程長(zhǎng)度<1.0m，超過(guò)1m時(shí)，實(shí)際可達(dá)到的全塔效率比由此式解出的值大。圖3.1 苯甲苯混合液的t-x-y圖

12、由，從圖3.1上查得 =80.0 =108.0 查化工原理（上冊(cè)）【4】附表的苯和甲苯在時(shí)粘度分別為和故0.10.75，符合要求則，全塔效率為3.2層數(shù)的確定實(shí)際板層數(shù) （塊）則實(shí)際板層數(shù)為32塊， 其中應(yīng)為不包含再沸器的理論板層數(shù)實(shí)際精餾板層數(shù)為（塊），即實(shí)際進(jìn)料位置在從塔頂往下的第21層第四章 塔和塔板主要的工藝尺寸的設(shè)計(jì)4.1設(shè)計(jì)中所用參數(shù)的確定4.1.1定性溫度的確定 定性溫度分為精餾段溫度和提餾段溫度，兩個(gè)參數(shù) 由從圖3.1查得T進(jìn)=95.0； ； ；4.1.2壓強(qiáng)確定 塔頂壓強(qiáng) 塔底壓強(qiáng) 精餾段實(shí)際板數(shù)21層 ，單板壓降：進(jìn)料板處壓強(qiáng) 精餾段平均壓強(qiáng) 提餾段平均壓強(qiáng) 4.1.3精餾

13、段參數(shù) 精餾端參數(shù)以精餾段的定性溫度為依據(jù)確定1. 平均組成：據(jù)參考平衡數(shù)據(jù)（一般為數(shù)據(jù)）即圖3.1可確定出精段的平均氣、液組成，。 查圖3.1得時(shí)，2. 精餾段氣相體積流率及密度的確定 其中 3. 精餾段液相體積流率及密度的確定 其中 為苯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，根據(jù)摩爾分?jǐn)?shù)與質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系=0.642解得 根據(jù)化工原理課程設(shè)計(jì)書【5】查得時(shí)苯和甲苯的密度分別是和 ，時(shí)苯和甲苯的密度分別是和 ，用內(nèi)插法求得時(shí)苯和甲苯的密度分別是和，因此4. 精餾段液體表面張力的確定通過(guò)化工原理課（上冊(cè)）內(nèi)插法得時(shí)，塔頂液相表面張力 同樣可得時(shí)，進(jìn)料板液相表面張力 則精餾段液相平均表面張力 4.1.4提餾段參數(shù)的確定 提

14、餾端參數(shù)以提餾段的定性溫度為依據(jù)確定1. 平均組成：據(jù)參考平衡數(shù)據(jù)（一般為數(shù)據(jù)）可確定出精餾段平均液、氣組成，。查圖3.1得時(shí)，2.提餾段氣相體積流率及密度的確定 其中 3.提餾段液相體積流率及密度的確定 其中 為質(zhì)量分?jǐn)?shù)，根據(jù)摩爾分?jǐn)?shù)與質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系解得根據(jù)化工原理課程設(shè)計(jì)書查得時(shí)苯和甲苯的密度分別是和 ，時(shí)苯和甲苯的密度分別是和 ，用內(nèi)插法求得時(shí)苯和甲苯的密度分別是和，因此4.提餾段液體表面張力的確定通過(guò)化工原理課（上冊(cè)）附表查得時(shí)， 塔底液相表面張力 進(jìn)料板液相表面張力 提餾段液相平均表面張力 4.2初選塔板間距塔板間距的選定很重要，它與塔高、塔徑、物系性質(zhì)、分離效率、塔的操作彈性以及塔

15、的安裝、檢修等都有關(guān)，可參照下表所示經(jīng)驗(yàn)關(guān)系選取。表4.1 板間距與塔徑關(guān)系塔徑，0.3-0.50.5-0.80.8-1.61.6-2.42.4-4.0板間距，200-300250-350300-450450-600400-600選定板間距時(shí)，應(yīng)考慮各種不同的實(shí)際請(qǐng)況。塔板層數(shù)很多時(shí)，可選用較小的板間距，適當(dāng)加大塔徑以降低塔的高度.此外，考慮安裝檢修的需要，在塔體人孔處的板間距不應(yīng)小于600-700，以便有足夠的工作空間，對(duì)只需開手孔的小型塔，開手孔處的板間距可取為450以下。塔板間距初步選定之后，才能進(jìn)行后續(xù)的計(jì)算空塔氣速，估算塔徑等工作。對(duì)于所選板間距尺寸是否合理，還需在對(duì)塔板布置進(jìn)行設(shè)計(jì)

16、后，進(jìn)行流體力學(xué)驗(yàn)算。如不能滿足流體力學(xué)要求，則還需適當(dāng)?shù)卣{(diào)整板間距或塔徑，至滿足為止。本次設(shè)計(jì)板間距。4.3塔徑的計(jì)算：（以精餾段數(shù)據(jù)為準(zhǔn)）4.3.1初步計(jì)算塔徑 根據(jù)流量公式有： 式中：塔內(nèi)的氣相流量， 空塔氣速，一般適宜的空塔氣速為極限空塔氣速的0.60.8倍，即而 （4-7）式中：極限空塔氣速， 、分別為液相和氣相的密度， 負(fù)荷系數(shù)，負(fù)荷系數(shù)可由Smith關(guān)聯(lián)圖查得化工原理課（下冊(cè)）【2】，即圖4.2橫坐標(biāo)是量綱為1的比值，稱為液氣動(dòng)能參數(shù)，它反映液、氣兩相的流量與密度的影響，而反映液滴沉降空間的高度對(duì)負(fù)荷參數(shù)的影響。板上液層高度應(yīng)由設(shè)計(jì)者首先選定。對(duì)于常壓塔一般取為0.050.1（通

17、常取0.050.08）；對(duì)于減壓塔應(yīng)取低些，可低至0.0250.03。由于本次設(shè)計(jì)是在常壓下操作，故取 =0.07m。圖4.1 史密斯關(guān)聯(lián)圖Smith關(guān)聯(lián)圖是按液體表面張力的物系繪制的，若所處理的物系表面張力為其他值，則須按下式校正查出的負(fù)荷系數(shù)，即式中：操作物系的液體表面張力，； 操作物系的負(fù)荷系數(shù)，。，查圖4.2得 極限空塔氣速 空塔氣速 初算塔徑為 4.3.2塔徑圓整初步算出塔徑后，應(yīng)按化工機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)圓整并核算實(shí)際氣速。一般塔徑在1以內(nèi)時(shí)，按100增值圓整。塔徑超過(guò)1時(shí)，按200增值圓整。常用的標(biāo)準(zhǔn)塔徑為400、500、600、700、800、1000、1200、1400、1600、200

18、0、2200等。塔徑圓整后，計(jì)算圓整塔徑下的空塔氣速，即校核安全系數(shù) ，在的范圍以內(nèi)。4.4溢流裝置與流體流型板式塔的溢流裝置包括溢流堰、降液管及受液管。溢流裝置的布置應(yīng)考慮液流在塔板上的途徑。一般根據(jù)塔徑與液體流量，本設(shè)計(jì)采用單流型，液體流徑長(zhǎng)、板面利用好，塔板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，直徑2.2以下的塔普遍采用此型。一般可根據(jù)初估塔徑和液體流量，選塔板的液流型式。降液管有圓形與弓形兩類。本設(shè)計(jì)采用內(nèi)弓形降液管，其在直徑較小的塔板中均適用。4.4.1溢流堰（出口堰） 為維持塔板上一定高度的均勻流動(dòng)的液層，一般采用平直溢流堰（出口堰）。1. 堰長(zhǎng)依據(jù)溢流型式及液體負(fù)荷決定堰長(zhǎng)。單溢流型塔板堰長(zhǎng)一般為；雙溢流型

19、塔板，兩側(cè)堰長(zhǎng)取為，其中為塔徑。堰長(zhǎng)也可以由溢流強(qiáng)度計(jì)算。溢流強(qiáng)度即通過(guò)單位堰長(zhǎng)的液體流量，一般篩板及浮閥塔的堰長(zhǎng)溢流強(qiáng)度應(yīng)為：式中： 溢流堰長(zhǎng)， 液體流量，對(duì)于少數(shù)液氣比較大的過(guò)程堰上溢流強(qiáng)度可允許超過(guò)此范圍，有時(shí)為增加堰長(zhǎng)也可增設(shè)輔助堰，由于此設(shè)計(jì)選用單溢流型塔板，故選取，符合要求。2. 堰高堰高與板上液層高度及堰上液層高度的關(guān)系如下 式中：板上液層高度， 堰上液層高度，取0.07 ，=0.070.0171=0.05293. 堰上液層高度堰上液層高度應(yīng)適宜，太小則堰上的液體均布差，太大則塔板壓降增大，霧沫夾帶增加。對(duì)平直堰，設(shè)計(jì)時(shí)一般應(yīng)大于0.006，若低于此值或液流強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)改用齒形堰。

20、也不宜超過(guò)，否則可改用雙溢流型塔板。平直堰按下式計(jì)算： 式中：堰長(zhǎng)， 塔內(nèi)液體流量， 液流收縮系數(shù)，可根據(jù)4.3圖查取，取E=1.0圖4.2 液流收縮系數(shù)計(jì)算圖因此 一般篩板、浮閥塔板的板上液層高度在范圍內(nèi)選取。故依以上關(guān)系計(jì)算堰上液層高度后，可依下式?jīng)Q定堰高，即。將值代入上式得， ，滿足要求.4.4.2降液管1.降液管的寬度與截面積弓形降液管的寬度與截面積可根據(jù)堰長(zhǎng)與塔徑的比值，由圖4.4【1】查取。，查圖4.4 得，查化工原理課（下冊(cè)）塔板結(jié)構(gòu)系數(shù)系列化標(biāo)準(zhǔn)（單溢流型）得塔徑為1600時(shí)，塔截面積 ，因此 ，降液管的截面積應(yīng)保證溢流液中夾帶的氣泡得以分離，液體在降液管內(nèi)的停留時(shí)間一般等于或

21、大于3-5秒，對(duì)低發(fā)泡系統(tǒng)可取低值，對(duì)高發(fā)泡系統(tǒng)及高壓操作的塔，停留時(shí)間應(yīng)加長(zhǎng)些。故在求得降液管的截面積之后，應(yīng)按下式驗(yàn)算在液體降液管內(nèi)的停留時(shí)間，即：=15.72s> 5s式中：液體在降液管中的停留時(shí)間， 降液管的截面積，圖4.3 弓形降液管的寬度和面積 2. 降液管底隙高度降液管底隙高度即降液管下端與塔板間的距離，以表示。為保證良好的液封，又不一致使液流阻力太大，一般取為：也可按下式計(jì)算： 式中：一液體通過(guò)降液管底隙的流速，一般，不宜超過(guò)。也不宜小于，以免引起堵塞。取， 符合要求。 3.受液盤及進(jìn)口堰一般情況多采用平行受液盤，有時(shí)為使液體進(jìn)入塔板時(shí)平穩(wěn)并防止塔板液流進(jìn)口處頭幾排閥孔因

22、沖擊而漏液，對(duì)直徑為800以上的塔板，也推薦使用凹形受液盤，此種結(jié)構(gòu)也便于液體側(cè)線抽出，但不宜用于易聚合或有懸浮物的料液。當(dāng)大塔采用平形受液盤時(shí)，為保證降液管的液封并均布進(jìn)入塔板的液流，也可設(shè)進(jìn)口堰。4.5塔板設(shè)計(jì)4.5.1塔板布置塔板的板面一般分為四部分即：1. 開孔區(qū)為布置篩孔、浮閥等部件的有效傳質(zhì)區(qū)，亦稱鼓泡區(qū)。其面積可以在布置板面上的開孔后求得，也可直接計(jì)算。對(duì)垂直弓形降液管的單流型塔板可按下式計(jì)算，即： 式中：開孔區(qū)面積， ， ， 參數(shù)計(jì)算： 開孔區(qū)面積： 2 .溢流區(qū)溢流區(qū)面積為降液管面積， 3 .安定區(qū)開孔區(qū)與溢流區(qū)之間的不開孔區(qū)域?yàn)榘捕▍^(qū)（破沫區(qū)），其作用為使自降液管流出液體在

23、塔板上均布并防止液體夾帶大量泡沫進(jìn)入降液管。其寬度可參考下列經(jīng)驗(yàn)值選定：時(shí) 時(shí) 直徑小于1的塔可適當(dāng)減小。 在設(shè)計(jì)中，故選 4 .無(wú)效區(qū)在靠近塔壁的塔板部分需留出一圈邊緣區(qū)域供支撐塔板的邊梁之用，稱為無(wú)效區(qū)。其寬度視需要選定，小塔為，大塔可達(dá)。為防止液體經(jīng)邊緣區(qū)流過(guò)而產(chǎn)生“短路”現(xiàn)象，可在塔板上沿塔壁設(shè)置旁流擋板。設(shè)計(jì)中選定4.5.2浮閥塔的開孔率及閥孔排列 1.閥孔孔徑孔徑由所選定浮閥的型號(hào)決定。型（即V-1型）【7】浮閥使用得很普遍，已定為部頒標(biāo)準(zhǔn)。型浮閥的孔徑為39，故 2.浮閥數(shù)目的確定為確定浮閥數(shù)，先要求操作時(shí)閥孔氣速。對(duì)塔板效率、塔板壓降及生產(chǎn)能力作綜合考慮后，一般希望浮閥在剛剛?cè)?/p>

24、開時(shí)操作。浮閥全開時(shí)的閥孔氣速稱為閥孔臨界氣速。工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果表明：浮閥臨界動(dòng)能因數(shù)一般為： 由此關(guān)系可決定。式中：氣相密度，取，得，通常，閥孔臨界氣速是操作中最適宜的閥孔速度。但在實(shí)際操作中，則視具體情況，可在等于、小于或大于閥孔臨界氣速下進(jìn)行操作。如常壓和加壓操作時(shí)，??；負(fù)壓操作時(shí)，取，在特殊情況下（如氣體或蒸汽密度很?。?，可取得更低一些，以滿足塔板壓強(qiáng)降嚴(yán)格限制的要求。因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)是在常壓下操作，所以浮閥數(shù)可根據(jù)上升蒸汽量，閥孔氣速和孔徑用下式算出：3. 浮閥塔板的開孔率浮閥塔板的開孔率是指閥孔面積與板截面積之比，即：式中： 塔板面積， 閥孔總面積， 適宜的空塔氣速，其余符號(hào)同前。在常壓塔

25、、減壓塔中開孔率為；在加壓塔中，開孔率小于，常見的為；在小直徑塔中開孔率較低；一般為。開孔率的計(jì)算： 在內(nèi)，滿足要求。為了適應(yīng)塔中的各板或各段汽（氣）相負(fù)荷的不同要求，設(shè)計(jì)時(shí)往往改變各板或各段塔板的開孔率。4 .閥孔的排列閥孔的排列應(yīng)使絕大部分液體內(nèi)部有汽（氣）泡透過(guò)，一般按三角形排列。在三角形排列中又有順排和叉排兩種方式，采用叉排時(shí)，相鄰閥孔中吹出的氣流攪動(dòng)液層的作用較順排顯著，鼓泡均勻，故一般采用叉排并且本設(shè)計(jì)中采用叉排。在整塊式塔板中，浮閥常以等邊三角形排列，其空心距一般為75，100，125，150等幾種。取同橫排的孔心距t=75mm=0.075m在分塊式塔板中，為便于塔板分塊，浮閥一

26、般按等腰三角形排列，三角形的底邊固定為75，三角形高度為65，70，80，90，100，110幾種，必要時(shí)還可以調(diào)整。塔板上浮閥得排列，在繪圖布置前，還需要計(jì)算或來(lái)進(jìn)行排列。先確定，（），和，算出鼓泡區(qū)面積和浮閥數(shù)，則t或可由下列兩式之一確定：按等腰三角形布置時(shí)：對(duì)于分塊式塔板，由于塔板搭接要占用一部分鼓泡區(qū)面積，所以實(shí)際布置閥孔時(shí)值應(yīng)比計(jì)算值小，因此取按h=75mm =80mm .以等腰三角形叉排方式作圖，拍得閥數(shù)222個(gè)。5 .核算閥孔動(dòng)能因數(shù)及開孔率根據(jù)作塔板布置圖得，閥孔氣速：浮閥動(dòng)能因數(shù)： 在要求的范圍（912）內(nèi)；開孔率： 也在范圍內(nèi)。4.6浮閥塔板的液體力學(xué)驗(yàn)算塔板液體力學(xué)驗(yàn)算的

27、目的是為了檢驗(yàn)以上初算塔徑及塔各相工藝尺寸的計(jì)算是否合理，塔板能否正常操作，驗(yàn)算項(xiàng)目如下：4.6.1氣體通過(guò)浮閥塔板時(shí)的壓強(qiáng)降 氣體通過(guò)一層浮閥塔板時(shí)的壓強(qiáng)降為： 式中： 氣體通過(guò)每一層浮閥塔板的壓強(qiáng)降， 氣體克服干板阻力所產(chǎn)生的壓強(qiáng)降， 氣體克服板上充氣液層的靜壓強(qiáng)所產(chǎn)生的壓強(qiáng)降， 氣體克服液體表面張力所產(chǎn)生的壓強(qiáng)降，習(xí)慣上，常把這些壓強(qiáng)降折合成塔內(nèi)液體的液柱高度表示，故上式又可寫成： 式中： 與相當(dāng)?shù)囊褐叨龋?與相當(dāng)?shù)囊褐叨龋?與相當(dāng)?shù)囊褐叨龋?與相當(dāng)?shù)囊褐叨龋?. 干板壓降由于浮閥全部開啟前后，其干板阻力的計(jì)算規(guī)律不同，故在計(jì)算干板壓降前，首先需確定臨界孔速。臨界孔速是板上所有浮

28、閥全部開啟時(shí)，氣體通過(guò)閥孔的速度，以表示。對(duì)型重閥：當(dāng) （閥未全開）當(dāng) （閥已全開）式中： 閥孔氣速， 液體密度， 氣體密度，臨界孔速： 由于， 符合要求。2 . 板上充氣液層阻力一般以經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算 式中： 板上液層高度， 反映板上液層充氣程度的因數(shù)，稱為充氣因數(shù)，無(wú)因次。液相為水時(shí)，；為油時(shí)；為碳?xì)浠衔飼r(shí)，。由于本設(shè)計(jì)體系為苯和甲苯，故取。板上充氣液層阻力 3 . 液體表面張力所造成的阻力 式中： 液體的表面張力， 浮閥的開度，由于浮閥塔的值通常很小，計(jì)算時(shí)可以從略。一般地說(shuō)，浮閥塔壓降比篩板塔的大，而比泡罩塔的小，因此設(shè)計(jì)中將其忽略。對(duì)常壓或加壓塔，允許的壓降范圍為：265530，減壓塔

29、為200左右。塔內(nèi)液體的液柱高度 4.6.2液泛為使液體能由上層塔板穩(wěn)定地流入下層塔板，降液管內(nèi)必須維持一定高度的液柱。降液管內(nèi)的清液及高度用來(lái)克服相鄰兩層塔板間的壓強(qiáng)降、板上液層阻力和液體流過(guò)降液管的阻力。因次，可用下式表示： 式中： 上升氣體通過(guò)一層塔板所相當(dāng)?shù)囊褐叨龋?板上液層高度， 與液體流過(guò)降液管的壓強(qiáng)降相當(dāng)?shù)囊褐叨?，可按下式?jì)算：當(dāng)板上不設(shè)進(jìn)口堰時(shí) 式中： 液體體積流量， 堰長(zhǎng)， 降液管底隙高度， 液體通過(guò)降液管底隙時(shí)的流速，為防止液泛發(fā)生，應(yīng)保證降液管中當(dāng)量清液層高度不超過(guò)上層塔板的出口堰。為此，應(yīng)使 式中： 系數(shù)，是考慮到降液管內(nèi)充氣及操作安全兩種因素的校正系數(shù)。 對(duì)一般物

30、系，可取為0.30.4；對(duì)不易發(fā)泡物系，可取0.60.7.取，符合防止淹塔要求，不發(fā)生液泛。4.6.3霧沫夾帶通常，用操作時(shí)的空塔氣速與發(fā)生液泛時(shí)的空塔氣速的比值為估算霧沫夾帶量的指標(biāo)，此比值稱為泛點(diǎn)百分?jǐn)?shù)，或稱泛點(diǎn)率。在下列泛點(diǎn)率數(shù)值范圍內(nèi)，一般可保證霧沫夾帶量達(dá)到規(guī)定指標(biāo)。即大塔 泛點(diǎn)率<80%直徑0.9以下塔 泛點(diǎn)率<70%減壓塔 泛點(diǎn)率<75%泛點(diǎn)率的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算式如下：泛點(diǎn)率 或泛點(diǎn)率 式中： 板上液體的流徑長(zhǎng)度，。對(duì)于單溢流塔板，其中， 為塔徑，為弓形降液管高度 板上液流面積，。對(duì)于單溢流塔板，其中 為塔截面積。為弓形降液管截面積 泛點(diǎn)負(fù)荷系數(shù)。據(jù)氣相密度及板間距 物

31、性系數(shù)，對(duì)無(wú)泡正常系統(tǒng)，一般按以上兩式分別計(jì)算泛點(diǎn)率，而取其中大者為驗(yàn)算依據(jù)。若二式之一的計(jì)算結(jié)果不在規(guī)定范圍內(nèi)，則應(yīng)適當(dāng)調(diào)整有關(guān)參數(shù)，更新計(jì)算。根據(jù)化工原理課（下冊(cè)）泛點(diǎn)負(fù)荷系數(shù)表查得，泛點(diǎn)率4.7塔板負(fù)荷性能圖當(dāng)塔板的各項(xiàng)結(jié)構(gòu)參數(shù)均已確定后，應(yīng)將極限條件下【3】的關(guān)系標(biāo)繪在直角坐標(biāo)系中，從而得到塔板的適宜氣、液相操作范圍，此即塔板的負(fù)荷性能圖。負(fù)荷性能圖由以下五條線組成。4.7.1霧沫夾帶上限線當(dāng)氣相負(fù)荷超過(guò)此線時(shí)，霧沫夾帶量將過(guò)大，使板效率嚴(yán)重下降，塔板適宜操作區(qū)應(yīng)在霧沫夾帶線以下。對(duì)常壓，塔徑>900 的大塔，取泛點(diǎn)率=80%為其霧沫夾帶量上限，則：按泛點(diǎn)率為80%計(jì)算如下可整理

32、出 依式算出相應(yīng)的值列與下表中。據(jù)此，可做出霧沫夾帶線（1）0.0000.0102.622.364.7.2液泛線指降液管內(nèi)泡沫層允許達(dá)到最大值時(shí)的關(guān)系。塔板的適宜操作區(qū)應(yīng)在此線以下，否則將會(huì)發(fā)生液泛，使塔不能正常操作。時(shí)可整理出的曲線方程。其中： 得出曲線方程為 在操作范圍內(nèi)任取若干個(gè)值，算出相應(yīng)的值列于下表中0.0010.0050.010.0153.593.272.892.55 據(jù)表中數(shù)據(jù)做出液泛線（2）。4.7.3液相負(fù)荷上限線當(dāng)降液管尺寸一定時(shí)，若液體流量超過(guò)某一限度使液體在降液管的停留時(shí)間過(guò)短，則其中氣泡來(lái)不及釋放就帶入下一層塔板，造成氣相返混，降低塔板效率。要求液體在降液管內(nèi)的停留時(shí)

33、間秒，取秒計(jì)算，則求出上限液體流量值。在圖上做出液相負(fù)荷上限線為與氣體流量無(wú)關(guān)的豎直線（3）。4.7.4泄露線氣相負(fù)荷下限線（為不發(fā)生嚴(yán)重漏液現(xiàn)象時(shí)的最低氣相負(fù)荷）對(duì)型重閥，當(dāng)時(shí)，泄漏量接近10%為確定氣相負(fù)荷下限的依據(jù)。當(dāng)時(shí)，據(jù)此做出與液體流量無(wú)關(guān)的水平漏液線（4）.4.7.5液相負(fù)荷下限線為保證板上液流分布均勻，提高接觸效果，取堰上液層高度作為液相負(fù)荷下限。由于可以推出：所以：由以上五條線在直角坐標(biāo)上作圖，五條線所圍成的區(qū)域即為適宜操作區(qū)。根據(jù)以上五個(gè)方程可分別做出塔板負(fù)荷性能圖上的（1）、（2）、（3）、（4）及（5）共五條線，見附圖。4.7.6塔的操作彈性在塔的操作液氣比下，在附圖上作出操作線OP（操作點(diǎn)與坐標(biāo)原點(diǎn)的連線），操作線OP與負(fù)荷性能圖交點(diǎn)的氣相負(fù)荷與之比，稱為操作彈性。操作彈性 在34范圍內(nèi)。設(shè)計(jì)塔板時(shí)，適當(dāng)調(diào)整塔板結(jié)構(gòu)參數(shù)，使操作點(diǎn)在圖中位置適中，以提高塔的操作彈性。第五章 塔體結(jié)構(gòu)板式塔內(nèi)部裝有塔板、降液管、各物流的進(jìn)出口管及人孔（手孔）、基座、除沫器等附屬裝置。除一般塔板按設(shè)計(jì)板間距安裝外，其它處根據(jù)需要決定其間距。5.1塔頂空間塔頂空間是指塔內(nèi)最上層塔板與塔頂?shù)拈g距。為利于出塔氣體夾帶的液滴沉降，此段遠(yuǎn)高于板間距（甚至高出一倍以上），或根據(jù)除沫器要求高度決定。因板間距，故選取塔頂間距5.2塔底空間塔底空間是指塔內(nèi)最下層塔板到塔底間距