化工原理課程設(shè)計(jì)之甲醇水連續(xù)篩板塔設(shè)計(jì)

1、化工原理課程設(shè)計(jì)之甲醇水連續(xù)篩板塔設(shè)計(jì)化工原理課程設(shè)計(jì)題目甲醇水連續(xù)精鐳塔的設(shè)計(jì)姓名胡士彭學(xué)號(hào)200907120237年級(jí)2009級(jí)專 業(yè)化學(xué)工程與工藝系（院） 化學(xué)化工學(xué)院指導(dǎo)教師楊蘭2012年5月（一）設(shè)計(jì)題目甲醇水連續(xù)精鐳塔的設(shè)計(jì)（二）設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件1）進(jìn)料：甲醇含量為42 % （質(zhì)量百分率，下同） 的常溫液體;2）產(chǎn)品的甲醇含量為90%； 3）殘液中甲醇含量為1%;4）年處理 甲醇水混合液：30000噸（開工率300 天/年）；5）操作條件a）塔頂壓力：常壓 b）進(jìn)料熱狀態(tài)：泡點(diǎn)進(jìn)料C）回流比：R=2.7Rmin d）加熱方式：間接蒸汽 e）單板壓降：0.7kPa（三）板類型篩板塔

2、（四）廠址臨沂地區(qū)（五）設(shè)計(jì)內(nèi)容1）精鐳塔的物料衡算;2）塔板數(shù)的確定;3)4)5)6)精儲(chǔ)塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算;精像塔的塔體工藝尺寸計(jì)算;塔板主要工藝尺寸的計(jì)算;塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算;7)8)精儲(chǔ)塔接管尺寸計(jì)算;9）對(duì)設(shè)計(jì)過程的評(píng)述和有關(guān)問題的討論。本設(shè)計(jì)主要符號(hào)說明：英文字母Aa- 塔板的開孔區(qū)面積，m2Pp-氣體通過每層篩板的壓降A(chǔ)f- 降液管的截面積，m2t-篩孔的中心距Ao- 篩孔區(qū)面積，m2At- 塔 的截面Wl-邊緣無效區(qū)寬度C負(fù)荷因子Wd-弓形降液管的寬度C2o-表面張力為20mN/mWs破沫區(qū)寬度do-篩孔D- 塔 徑希臘字母ev-液沫夾帶量 kg0 -液體在降液管

3、內(nèi)停留時(shí)間Et總 板p.-粘度降 液 管 底 隙 的 速 度積 m2無因次的負(fù)荷因子直 徑m液/kg 氣效 率1R-P -密度Rmin- 最質(zhì)量 開孔率溫 度M-平均博。一表面張力 6 一液體密度校正系數(shù)、tm- 平 均下標(biāo)g一.重力加速度 max 一最大的比流 比kg/kmol9.81m/s2kg1/2/(s.m1/2)hc與干板壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨菷o-篩孔氣相動(dòng)能因子 min-最小的 hl一進(jìn)口堰與降液管間的水平距離m L 精 儲(chǔ)段液相的 氣相的、hd 一與液體流過降液管的壓降相當(dāng)?shù)囊鹤⒏叨蓉翁徼D段液相的hf.塔板上鼓層高度mV：一提餌段氣相的 11L板上清液層高度與板上液層阻力相當(dāng)?shù)囊鹤?/p>

4、高度ho.一降液管的義底隙高度mhow堰上液層高度 hw出口堰高度 h、v進(jìn)口堰高度 h0一與克服表面張力的壓降相當(dāng)?shù)囊鹤⒏叨菻板式塔高度m 4.一降液管內(nèi)清液層高度Hd 塔頂空間高度Hf.進(jìn)料板處塔板間距Hr塔板間距K穩(wěn)定系數(shù)堰q%L,h液體體積流量m3/h qv,v,h-一氣體體積流量m3/h目錄一、設(shè)計(jì)方案的確定5二、精儲(chǔ)塔的物料衡算5三、塔板數(shù)的確定5四、精館塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)的計(jì)算7五、精儲(chǔ)塔的塔體工藝尺寸計(jì)算9六、塔板主要工藝尺寸的計(jì)算11七、篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算13八、塔板負(fù)荷性能圖15十、精儲(chǔ)塔接管尺寸計(jì)算20±=對(duì)設(shè)計(jì)過程的評(píng)述和有關(guān)問題的討論21十二、參

5、文獻(xiàn)考21一、設(shè)計(jì)方案的確定本設(shè)計(jì)任務(wù)為分離苯一甲苯混合物。對(duì)于二元混合物的分離，應(yīng)采用連續(xù)精儲(chǔ)流程。設(shè)計(jì)中 1采用泡點(diǎn)進(jìn)料，將原料液通過預(yù)熱器加熱至泡點(diǎn) 后送入精館塔內(nèi)。塔頂上升蒸氣采用全凝器冷 凝，冷凝液在泡點(diǎn)下一部分回流到塔內(nèi)，其余部 分經(jīng)產(chǎn)品冷卻器冷卻后送至儲(chǔ)罐。塔釜采用間接 蒸氣加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲(chǔ)罐。二、精儲(chǔ)塔的物料衡算原料液及其塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率甲醇（A ）的摩爾質(zhì)量為：MA=32>04kg/kmol的摩爾質(zhì)量為：MB=18.02kg/kmolxf=(0.42/32.04)/(0.42/32.04+0.58/18.02)=0.289 xd=(0.90/32.0

6、4)/(0.90/32.04+0.10/18.01)=0.835 xw=(0.01/32.04)/(0.01/32.04+0.99/18.01)=0.00565原料液及其塔頂與塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量Mf=32.04X0.289+18.02X(l-0.289)=22.07kg/kmolMd=32.04X0.835+18.02X(l0.835)=29.73kg/kmolMw=32.04 X 0.00565+18.02 X(l-0.00565)=18.10kg/kmol物料衡算原料處理量qn,F =30000000/(300 X 24 X22.07)=188.79kmoVh總物料衡算qn,F =qn

7、,D + q%w 即188.79= qn,D+ qn,w甲醇 的物料衡算qn,FXF =qn,DXD +qn,wXw 即188.89 X0.289=0.835qn,D+0.00565qn,w聯(lián)立解得qn,D =64.50kmoVhqn,w=124.29kmol/h（4）物料衡算結(jié)果（5）表1物料衡算結(jié)果表塔頂出料質(zhì)量分?jǐn)?shù) /%90摩爾分?jǐn)?shù) /%83.5摩爾流量 /（kmol/h）64.5塔底出料進(jìn)料1420.56528.9124.29188.79三、塔板數(shù)的確定（1）平均相對(duì)揮發(fā)度a取x-y曲線上兩端點(diǎn)溫度下a的平均值。查甲醇的氣液平衡關(guān)系表可得:t=92.9 時(shí)：a i=yaxb / yBX

8、A=y(l x) / (1 y)x=28.34X (100-5.31)/ (100-28.34)X5.31=7.05t=66.9 時(shí)：a 2=y(l-x) / (1- y)x=91.94 X (100-87.41) / (100-91.94) X87.41=1.64所以 a=(a1+a2) / 2=(7.05+1.64)/2=4.35（2）回流比的確定泡點(diǎn)進(jìn)料：Rmin = XD/XF a (1 XD)/(1 XF)/( a 1)=0.835/0.289 一 4.35(1 一 0.835)/(l 一0.289)/(4.35-1)=0.561R=2.7Rmin =2.7 X 0.561=1.52

9、(3)塔頂氣相、液相，進(jìn)料和塔底的溫度分別 為：tVD> tLD> tp> tw查氣液平衡關(guān)系表，用內(nèi)插法算得：塔頂：(83.5 - 68.49)/(85.62 一68.49)=(tLD-70.0)7(68.0 一 70.0)tLD=68.25(84.92-83.5)/(84.92 一81.83)=(70.0-tVD)/(70.071.3)tVD=70.59(0 - 0.565)/(0 - 5.31)=(100 一tw=99.24tw)/(100-92.9)進(jìn)料：(33.33 - 28.18)/(28.9 一28.18)=(76.778.0)/(tF-78.0)tF=77.8

10、2精鐳段平均1tm=( 70.59+77.82)/2=74.20均 溫 度tm=(99.24+77.82)/2=88.53(4)塔板效率Et溫度()20406080100120密度 (kg/m3)804.8783.5761.1737.4712.0684.7黏度(mPa s)0.5800.4390.3440.2770.2280.196表面張 力22.0719.6717.3315.0412.8 010.63表2甲醇的物性數(shù)據(jù)(mN/m)表3水的物性數(shù)據(jù)塔頂與塔底平均溫度t=(68.25+99.24)/2=83.74(83.74-80)/(100-80)=( u A-0.277)/(0.228一0.

11、277) u a=0.268(83.74-80)/(85-80)=( P B - 0.3565)/(0.3355-0.3565) u b=0.3408(83.74 - 81.6)/(85.0 一 81.6)=(xa 一 20.83)/(13.15-20.83)xa=0.1599可得：U l= U aXa+ P b(1xa)=0.3292Et=0.49( a U l產(chǎn)45=0.449(5)理論板層數(shù)Nt的求取、精館塔的氣、液相負(fù)荷qn,L=Rqn,D=1.52 X 64.50=98.04kmol/hqn,v=qn,L+qn,D=98.04+64.50=162.54kmol/h=98.04+188

12、.79qn,L =qn,L+qn,F =286.83kmol/hqn,v* = qn,v = 162.54kmol/h精儲(chǔ)段、提館段操作線方程鐳操yn+i=Rxn/(R+l)+XD/(R+l)=0.603xn + 0331提饋段操作線:y m+l=qn,L'X m/qn,v'qn,wXv/qn,v， l.76xm 0.00432C、氣液平衡方程x=y/y+ a (1y)=y/y+4.35(ly) d、逐板計(jì)算法求理論塔板層數(shù)y1=xD=0.835 xi=0.538X2=0.304X3=0.196=x ix 2=0.106x 3=0.0487x 4=0.0200x 5=0.007

13、25x 6=0.00195yi=0.655y 3=0.534y 2=0.340y 3=0.182y 4=0.0814y 5=0.0308y 6=0.00844所以精鐳段所需理論板層數(shù)為2；提鐳段所需理論板層數(shù)為5； 總理論塔板數(shù)Nt為7,進(jìn)料板位置Nf為自塔頂數(shù)起第3塊。（6）實(shí)際塔板數(shù)的確定精饋段實(shí)際塔板數(shù)N精=2/0.449=5塊 提福段實(shí)際塔板數(shù)N提=5/0.449=12塊四、精館塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算（1）操作壓力的計(jì)算設(shè)每層塔壓降：P=0.7KPa進(jìn)料板壓力：Pf=101.3+5 X0.7=104.8 KPa精儲(chǔ)段平均壓力Pm=(101.3+104.8)/2=103.05

14、KPa塔釜板壓力:Pw=101.3+17 X0.9=113.2 KPa提福段平均P m=(105.8+113.9)/2=109 KPa（2）操作溫度計(jì)算由上可知： tD=70.59塔頂溫度進(jìn)料板溫度tF=77.82塔釜溫度tw=99.24精鐳段平均溫tm=( 70.59+77.82)/2=74.20提儲(chǔ)段平均溫tm=(99.24+77.82)/2=88.53（3）平均摩爾質(zhì)量的計(jì)算塔頂平均摩爾質(zhì)量計(jì)算由 XD=y1=0.835 得MvDm=0.8351802=29.73kg/kmolMLDm=0.53818.02=25.56kg/kmolXi=0.53832.04+(1-0.835)32.04

15、+(1-0.538)b.進(jìn)料板平均摩爾質(zhì)量計(jì)算由yF=0.514得MvFm=0.514 X18.02=25.23kg/kmolMLFm=0.196 X18.02=20.77kg/kmolX3=0.19632.04+(1-0.514)32.04+(1-0.196)c.塔釜平均摩爾質(zhì)量計(jì)算由 y 5=0.0308 得 x 5=0.00725Mvwm=0.0308 X 32.04+(1-0.0308)度度XXXXX11802=18.45kg/kmolMLwm=0.00725 X 32.04+(1-0.00725) X18.02=18.12kg/kmold.精儲(chǔ)段平均摩爾質(zhì)量MVm=(29.73+25

16、.23)/2=27.48kg/kmoIMLm=(25.56+20.77)/2=23.16kg/kmol.提饋段平均摩爾質(zhì)量MVm=(25.23+18.45)/2=21.84kg/kmolMl m=(20.77+1812)/2=19.44kg/kmol (4)平均密度的計(jì)算精儲(chǔ)段平均密度的計(jì)算I氣相由理想氣體狀態(tài)方程得pVm=PmMvw/Rtm=(103.05X27.48)/8.314 X (273.15+74.20)=0.98kg/m3II液相 查表2、表3并用內(nèi)差法 可得：tLD=68.25 時(shí):(68.25-60)/(80-60)=( p a-761.1)/(737.4-761.1)解之得

17、P=751.3kg/m3(68.25 - 60)7(70-60)=( P lb -983.2)/(977.8- 983.2)解之得 pLB=978.7kg/m3tF=77.82 時(shí)：(77.82一 60)/(80-60)=( P fa-761.1)/(737.4-761.1)解之得pFA=740.0kg/m3(77.82-70)/(80-70)=( p fb - 977.8)/(971.8-977.8) 解之得pFB=973.1kg/m3PLDm=l/(0.90/751.3+0.10/978.7)=769.2kg/m3LFm=l/(0.1/740.0+0.3/978.7)=798.4kg/m3

18、精鐳段液相平均密度為PLm=(769.2+798.4)/2=783.8 kg/m3b.提儲(chǔ)段平均密度的計(jì)算I氣相由理想氣體狀態(tài)方程得P Vm=P mM vw/Rt m=(109 X18.45)/8.314 X (273.15+99.24)=0.65kg/m3II查表2、表3并用內(nèi)差法可得:tw=99.24 時(shí)：(99.24 -80)7(100-80)=( p wa-737.4)/(712-737.4)解之得P WA1=956.1kg/m3(99.2490)/(100-90)=( P wb -965.3)/(958.4- 965.3)解之得 PwB=720.0kg/m3LWm=l/(0.01/7

19、13+0.99/958.9)=955.6kg/m3提鐳段平均密度PL,m=(798.4+955.6)/2=877 kg/m3平均粘度的計(jì)算a.塔頂液相平均粘度的計(jì)算查表2、表3并用內(nèi)差法可得：tD=68.25 (68.25 一 60)/(80 一60)=( u DA -0.344)/(0.277 -0.344)解之得UDA=0.4233mPa s(68.25 - 65)/(70 一65)=( u db -0.4355)/(0.4061 - 0.4355)解之得 UDB=0.3110mPa s(68.25 - 68)/(70 一68)=(xa -85.62)/(68.49 85.62)解之得 x

20、a=0.8348U LDm= U DAXa+ U DB(1XA)=0>332mPa sb.進(jìn)料板平均粘度的計(jì)算 查表2、表3并用內(nèi)差法可得:tF=77.82 (77.82 一 60)7(80 一60)=( u fa -0.344)/(0.277 -0.344)解之得FA=0.284mPa s(77.82 - 75)/(80 一75)=( u fb -0.3799)/(0.3565 - 0.3799)解之得 uFB=0.367mPa s(77.82 - 76.7)/(78 一76.7)=(xa-33.33)/(28.18-33.33)解之得 xa=0.2889U LFm= U FAXA+

21、U FB(1XA)=0.343mPa s 精館段平均粘度 pLm=(0332+0.343)/2=0.338mPa sC.塔底液相平均粘度的計(jì)算查表2、表3并用內(nèi)差法可得：tw=99.24 (99.24 一 80)/(100 一80)=( u wa - 0.277)/(0.228 -0.277)解之得 UwA=0.230mPa s(99.24 - 95)/(100 一95)=( u wb - 0.2994)/(0.2838 -0.2994)解之得 UwB=0.286mPa s(99.24 - 92.9)/(100 一92.9)=(xa - 5.31)/(0-5.31)解 之 得xa=0.0056

22、8U LWm= U WAXa+ U WB(1 一XA)=0.286mPa s提館段平均粘度l m=(0.343+0.286)/2=0.314mPa s(6)平均表面張力的計(jì)算a.塔頂液相平均表面張力的計(jì)算 查表2、表3并用內(nèi)差法可得：tD=68.25 (68.25 一 60)/(80 一60)=(。DA -17.33)/(15.04-17.33)解之得。DA=64.91mN/m(68.25 - 67)/(70 一67)=( O DB - 64.91)/(64.3 - 64.91)解之得 。DB=18.30mN/m° LDm= ° DAXa+ 0db(1Xa)=24.36 m

23、N/mb.進(jìn)料板液相平均表面張力的計(jì)算 查表2、表3并用內(nèi)差法可得：tF=77.82 (77.82 一 60)/(80 一60)=( 。 fa -17.33)/(15.04 -17.33)解之得 。FA=15.29mN/m(77.82 - 70)7(80 一70)=( o fb-643)/(62.6-64.3)解之得。FB=63.0N/m。LFm=。FAXA+。FB(1Xa)=49.2 mN/mc.塔底液相平均表面張力的計(jì)算 查表2、表3并用內(nèi)差法可得：tw=99.24 (99.24 一 80)/(100 一80)=( 。 wa -15.04)/(12.8 -15.04)解之得。wA=12.9

24、mN/m(99.24 - 90)/(100 - 80)=( o wb-60.7)/(58.8-60.7)解之得 。WB=14.40N/m° LWm= ° WAXa+ 0wb(1xa)=58.6 mN/m精鐳段液相平均表面張力。Lin=(24.36+49.2)/2=36.78mN/m提情段液相平均表面張力。L,m=(49.2+58.2)/2=53.9 mN/m五、精用塔的塔體工藝尺寸計(jì)算(1)精儲(chǔ)段塔徑的計(jì)算由上面可知精儲(chǔ)段qn,L=98.04kmoVhqn,v=162.54kmol/h精儲(chǔ)段的氣、液相體積流率為qv,v=qn,vMvm/3600 p vm=(162.54 X

25、27.48)/(3600 X 0.98)=1.27m3/sq、,L=qn,LMLm/3600 P Lm=(98.04 X23.16)/(3600 X 783.8)=0.0008m3/s=C產(chǎn)|瓦式中，負(fù)荷因子CF°(懸。2由史密斯關(guān)聯(lián)圖查得C2。再求圖的橫 坐標(biāo)為 qvj/qy,vX( P Lm/ PVm)0,5=0.0178取板間距，Hr=0.40m,板上清液層高度取 hL=0.05m,貝!| HT-hL=0.35 m史密斯關(guān)聯(lián)圖如下由上面史密斯關(guān)聯(lián)圖，得知C2o=O.O7m/s氣體負(fù)荷因子 C= C20X( OLm/20)°-2=0.079m/sUmax=223m/s取

26、安全系數(shù)為0.8,則空塔氣速為u=0.8umax=0.8x2.43=1.79m/sDf=(4qv,v/ 冗 u)=0.95m按標(biāo)準(zhǔn)塔徑整后為D=1.0m塔截面積為 Ar=(3.14xlxl)/4=0.785m2實(shí)際空塔氣速為 u實(shí)際=1.27/0.785=1.618 m/sU實(shí)際/Umax=1.618/2.23=0.725(安全系數(shù)在充許的范圍內(nèi)，符全設(shè)計(jì)要求）提儲(chǔ)段塔徑的計(jì)算由上面可知提鐳段qn,L=286.83kmol/h 162.54kmoVh提館段的氣、液相體積流率為qv,v,=qn,v,Mv,m/3600 p v,m=(162.54 X 21.84)/(3600 X 0.65)=1.

27、52m3/sqv,L=qn,L MLrn/3600 P L m=(286.83 X 19.44)/(3600 X 877)=0.0023m3/sV Pv斯關(guān)聯(lián)圖查得C2。再求式中，負(fù)荷因子c = g0（亮產(chǎn)由史密U J 乙圖的橫坐標(biāo)為qv,L'/qv,vX( p L'm/ Pv，m)05=0.056取板間距，Hr=0.40m,板上清液層高度取 hL=0.05m,貝!| HT-ht=0>35 m由史密斯關(guān)聯(lián)圖，得知C= CzoX(。C2o=O.O7m/s氣體負(fù)荷因子L，m/20 嚴(yán)=0.085m/su' max=3 *12in/s取安全系數(shù)為0.7,則空塔氣速為u,

28、=0.7u,max=0.7x3.12=2.18m/sD,=(4qv,v7 n u)=0.94m按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為D=1.0m塔截面積為 At=(3.14x1x1)/4=0.785m2實(shí)際空塔氣速為U'實(shí)際=1.52/0.785=1.94 m/su，實(shí) 磯山=1.94/312=058(安全系數(shù)在充許的范圍內(nèi)，符全設(shè)計(jì)要求)精播塔有效高度的計(jì)算精儲(chǔ)段有效高度為Z精=(N精Hr= (5-1) x0.40=1.6 m提儲(chǔ)段有效高度為 z提=(N提Hr= (12-1) x0.40=4.4 m在進(jìn)料板上方開一個(gè)人孔，其高度為0.8 m故精饋塔有效高度為Z=z精+Z+08=l6+44+08=6.8m

29、六、塔板主要工藝尺寸的計(jì)算精儲(chǔ)段溢流裝置計(jì)算因塔徑D=l.Om,所以可選取單溢流弓形降液管，采用凹形受液盤。各項(xiàng)計(jì)算如下:1）堰長Iw可取 lw=0.60D=0e60m2）溢流堰高度hw由 hw=hL-hOW,選用平直堰，堰上層液高度hOw=2.84/1000xEx（qv,i71w）（2/3）近似取用 E= 1.0 ,則 how=0.008m取板上清液層高度hL=0.05 m故 hw=0.042m3）弓形降液管的寬度Wd和截面積Af由lw/D=0.6 m查弓形降液管的參數(shù)圖可求得Af/Ar=0.055Wd/D=0.11At=0.055x0.785=0.0432 m2Wd=0.11xl.0=0.

30、11 m并依據(jù)下式驗(yàn)算液體在降液管中的停留時(shí) 間，即e =3600 AfHr/qv,L= 3600 x0.0432x0.40/(3600x0.0008)=21.6s>5s故降液管設(shè)計(jì)符合要求。4）降液管底隙高度h。ho= qW (3600xlwxufo)取 u'o=0.08m/s貝!jho=0.0008x3600/(3600x0.6x0.07) =0.017mhw-ho=0.042-0.017=0.025 > 0.013m故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理選用凹形受液盤，深度hw=50mm。 b.塔板布置1）塔板的分塊因?yàn)镈2 800mm,所以選擇采用分塊式,查“塔板分塊數(shù)表”可得，

31、塔板可分為3 塊。2）邊緣區(qū)寬度確定取 Ws=W's= 65mm , Wc=35mm3）開孔區(qū)面積計(jì)算開孔區(qū)面積A,按下面式子計(jì)算，則有Aa=2【x(r2x2 )°-5+7t i/lSOxsin-Kx/r) 其中x=D/2 - (Wd+Ws)=0.325mr= D/2-Wc=0.465m由上面推出Aa=0.55m24）篩孔計(jì)算與排列本設(shè)計(jì)所處理的物系基本上沒有腐蝕 性，可選用5 = 3mm碳鋼板，取篩孔直徑 do=5mmo篩孔按正三角形排列，取孔中心距t為t=3do=15mm篩孔的數(shù)目n為n=1.155Aa/t2=2823 個(gè)開孔率為 6=0.907 （do/t） 2=10.

32、1%氣體通過閥孔的氣速為Uo=qv,v/Ao=1.27/ （Aax 4） =22.86m/s提鐳段（計(jì)算公式和原理同精鐳段）.溢流裝置計(jì)算因塔徑D=1.0m, 所以可選取單溢流弓形降液管，采用凹形受液盤。各項(xiàng)計(jì)算如下:1）堰長Iw可取 lw=0.60D=0.60m2）溢流堰高度hw由hw=hLh°w可選取平直堰，堰上層液高度h°w由下列公式計(jì)算，即有 how=2.84/1000xEx(qv,L/lw)(2/3)近似取用 E= 1.0 ,則 how=0.016m取板上清液層高度hL=0.05 m故 hw=0.05-0.016=0.034 m3）弓形降液管的寬度Wd和截面積Af

33、由Iw/D=0.6查弓形降液管的參數(shù)圖可求得Af/Ar=0.055Wd/D=0.11At=0.055x0.785=0.0432 m2Wd=0.11xl.0=0.11 m并依據(jù)下式驗(yàn)算液體在降液管中的停留時(shí) 間，即0 =3600 AfHr/qv,L= 3600 x0.0432x0.40/ (3600x0.0023)=7.51s>5s其中Hr即為板間距0.40m, qv,L即為每小時(shí) 的體積流量驗(yàn)證結(jié)果為降液管設(shè)計(jì)符合要求。4)降液管底隙高度幾ho=q、,L/ (3600xlwxufo)取 u，o=0.17m貝!| ho=0.0023x3600/(3600x0.6x0.17) =0.022

34、m> 0.02mHw-ho=0.034-0.022=0.012m >0.006 m故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理選用凹形受液盤,深度 h w=55mmob塔板布置1）塔板的分塊因?yàn)镈，800mm,所以選擇采用分塊式, 查“塔板分塊數(shù)表”可得，塔板可分為3 塊。2）邊緣區(qū)寬度確定取 Ws=W's= 65mm , Wc=35mm3）開孔區(qū)面積計(jì)算開孔區(qū)面積Aa按式子512計(jì)算，則有Aa=2【x (r2x2) 05+n rlSOxsin1 (x/r)其中x=D/2 - (Wd+Ws)=0.325mr= D/2-Wc=0.465m由上面推出Aa=0.55m24）篩孔計(jì)算與排列本設(shè)計(jì)所處理

35、的物系基本上沒有腐蝕性,可選用8 = 3mm碳鋼板取篩孔直徑do=5mmo篩孔按正三角形排列，取孔中心距t為t=3d0=15mm篩孔的數(shù)目n為n=1.155Aa/t2=2823 個(gè)開孔率為6=0.907 (do/t) 2=101氣體通過閥孔的氣速為Uo=q、,v'/Ao=l52/ (0.101x0.55) =27.36m/s七、篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算精饋段1)塔板壓降干板阻力he計(jì)算 干板阻力he計(jì)算由公式hc=0.051(llo/Co)X ( P Vm/ P Lm)并取do/ 8 = 5/3=1.67 ,可查"干篩板的流量系數(shù)圖”得，。=0.772所 以 hc=0.051(22

36、.86/0.772)2x(0.98/783.8)=0.056m 液柱b氣體通過液層的阻力顯的計(jì)算氣體通過液層的阻力hL由公式hL= B hLUa=(jv,v/ ( AtA.f )=1.27/(0.785.0.0432)=1.71m/sFo=1.71 X (0.98)1/2=1.69kg1/2/(s m1/2)可查“充氣系數(shù)關(guān)聯(lián)圖”得，得6=0.58 所以 hL= B hL=0.58x0.05=0.029m 液柱c液體表面張力的阻力h。計(jì)算液體表面張力的阻力h。由公式ho=4oLm/ ( P Lmgdo)計(jì)算，則有 =(4x36.78x10-3)/(783.8x9.81x0.005)=0.003

37、8 m 液柱氣體通過每層塔板的液柱高度hp,可按F面公式計(jì)算hp=hc+ht+h=0.056+0.029+0.0038=0.089m 液柱氣體通過每層塔板的壓降為A Pp= hp P Lmg =0.089x783.8x9.81=683.0Pa<0.7KPa (設(shè)計(jì)允許值)2)液面落差對(duì)于篩板塔，液面落差很小，由于塔徑 和液流量均不大，所以可忽略液面落差 的影響。3)液沫夾帶液沫夾帶采用公式ev=5.7xl06/oLxua/(HT-hf)3-2由 hf=2.5hL=2.5x005=0.125m 所以:ev=5.7xl0-6/(36.78xl0-3) 1.71/(0.4-0.125)32=0

38、.054kg 液/kg 氣 VOlkg 液/kg 氣可知液沫夾帶量在設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)。4）漏液對(duì)于篩板塔，漏液點(diǎn)氣速11。,min可由公 式Uo,min=4.4co(0.0056+0.13 ht-h0)/P l /P v1/2=8.75m/s實(shí)際孔速為Uo>Uo,min穩(wěn) 定 系 數(shù) 為K=Uo/uo,iiiin=22.86/8.75=2.61 > 1.5故在本設(shè)計(jì)中無明顯漏液。5）液泛為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液高度Hd應(yīng)服從式子Hd4)(HT+hw)甲醇與水屬于般物系，取6 = 0.5,貝!4> (Hr+hw)=0.5 X (0.40+0.042)=0.41m而 Hd=hp

39、+hL+hd板上不設(shè)進(jìn)口堰，則有hd=0.153(u,o)2=0.153x(0.08)2=0.001m液柱Hd=hp+hL+hd=0>08+0e05+0>001=0e221m液柱則有：Hd4>(HT+hw)于是可知本設(shè)計(jì)不會(huì)發(fā)生液泛提饋段1)塔板的壓降干板的阻力he計(jì)算 干板的阻力he計(jì)算由公式hc=0.051(llo/Co)2x ( P Vm/ P Lm)并取 do/5= 5/3=1.67，可查“干篩板的流量系數(shù)圖”得，。=0.78所以h c= 0.046m液柱b氣體通過液層的阻力h,L計(jì)算 氣體通過液層的阻力h,L由公式 h L= B hLua=qv,v/ (At-Af)

40、 =2.05m/s Fo=2.05x0.6505=1.68kg1/2/s m1/2 可查“充氣系數(shù)關(guān)聯(lián)圖”得8=0.59所以 h L= B hL=0.0295m 液柱C液體表面張力的阻力h 0計(jì)算液體表面張力的阻力ho由公式h O=4o Um/ ( P Lfmgdo)計(jì)算，則有 h =0.005m 液柱氣體通過每層塔板的液柱高度hp,可按公式h P=h c+h L+h o =0.087m 液柱氣體通過每層塔板的壓降為P p= h'p P Lmg = 691Pa<0.7kPa 計(jì) 算結(jié)果在設(shè)計(jì)允許值內(nèi)2）液面落差對(duì)于篩板塔，液面落差很小，因塔徑和 液流量均不大，所以可忽略液面落差的

41、 影響。3）液沫夾帶液沫夾帶量，采用公式ev=5.7x10-6/ 0Lxua/(HT-hf)3-2 由hf=2.5h'L=0.125m所ev=5.7xl0-6/(53.9xl0-3)1.879/(0.40-0.125)3-2=0.065kg 液/kg 氣 VO.1 kg 液/kg 氣可知液沫夾帶量在設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)。4)漏液對(duì)于篩板塔，漏液點(diǎn)氣速Uo,min可由公式Uo,min=4.4co(0.0056+0.13 ht-h。)/ P l / P v1/2=10.6m/sU o > U o,min穩(wěn)定系數(shù)為 K= Uo / Uo,inin=27.38/10.6=2.58 >1.5

42、故在本設(shè)計(jì)中無明顯漏液。5）液泛為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液高度 Hd應(yīng)服從式子Hd4>(Hr+hw)甲醇與水屬于一般物系，取6 = 0.54> (H T+h w)=0.5X ( 0.40+0.034 )=0.217m而 Hd=hp+hL+hd板上不設(shè)進(jìn)口堰，則有h d=0.153(u o)2=0.001m 液柱Hd=hp+hL+hd=0.087+0.05+0.001=0.138 m液柱則有：H'dW6(H'T+hw) 于是可知本設(shè)計(jì)不會(huì)發(fā)生液泛。八、塔板負(fù)荷性能圖精鐳段a漏液線Uo,min=4.4co(0.0056+0.13 ht-h )/ P l /Pv1/2

43、Uo,min=qV,V, min/A。11l= h w +h0whow=2.84/1000xEx(qv,L,h/lw)(2/3)qV,V,min=4.4CoAo0.0056+0.13( hw+2.84/1000xEx(qv,L,h/lw)(2/3)- ha P Lin / P Vol”?=5.34 (0.00726+0.121qv,L/3)1/2在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)qv,“值，依上式計(jì)算出qv,v,s值計(jì)算結(jié)果列于下表qv,L,s(m3/s)0.00050.00150.00300.0045qv,v,s (m3/s)0.4780.5020.5270.548b液沫夾帶線ev=0.lkg 液/kg

44、 氣為限，求 qv,v,s qv,L,s 關(guān)系如下：ev=5.7xl0-6/a LxUa/(HT-hf)3-2Ua=qv,v, / (AT-Af)=1.348 Vs hf=2.5hL=2.5(hw+ how) hw=0.042ihow=2.84/1000xEx(qv,L,s /lw)(2/3) hf=2.5(0.042+ 0.94qv,L,s2/3)=0.105+2.35qv,L,s2/3Hthf=0.40-(0.105+2.35qv,L,s2/3)=0.95.2.35qv,L,s2/3 ev=5.7xl0-6/(36.78xl0-3) l.348qv,v,J(0.29 5-2.35 qv,L

45、/3)3-2 =0.1 整理得 qv,VQ=L6513.1 qv,L,s2/3在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)Ls值，依上式計(jì)算出qv,v,s值計(jì)算結(jié)果列于下表qv,L,s m3/s0.00050.00150.00300.0045qv,v,s m3/s1.5671.4781.3781.293c液相負(fù)荷下限線對(duì)于平流堰，取堰上液層高度how=0.005m作為最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)，由式 hOw=2.84/1000xEx(qv,L,s/lw)(2/3) =0.006 qv,L,s,inin=0«00051m/s據(jù)此可做出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負(fù)荷下限線1d液相負(fù)荷上限線以e =4s作為液體在降液管中停

46、留時(shí)間的下限，由下式0 =AfxHT/qv,L=4故 qv,L,s,max=AfxHt/4= ( 0.0432x0.40 ) /4=0.00432 m3/s據(jù)此可以作出與氣體流量無關(guān)的垂直液 相負(fù)荷上限e液泛線令 Hd= 6 (Hr+hw)Hd=hp+ht+hdhp=hc+ht+h a hL= B hL 11l= h w +how聯(lián)立得 6 Ht + ( 6 B -l)hw=( B +1)how4" he + h(i + h 0將 how 與 qv,L,s、hd 和 qv,L,s> he與Vs的關(guān)系代入上式,a' V2s=b'c' qv,L,s2d qv

47、,L,s2/3 式中 a'=0.051/(AoCo)2x (Pv/Pi)b'=6HT+(6Bl)hw c=0.153/(lwho)21d,=2.84xX0 3xEx( 1+ B )(3600/lw)(2/3) 將有關(guān)數(shù)據(jù)代入，得a,=0.051/(0.101x0.55x0.772)2x(0.98/783.8) =0.0347b,=0.5x0.4+(0.5.0.58-l)x0.042=0.155 cf=0.153/(0.6x0.017)2=1470.6 d'=2.84xl03xix( l+0.58)(3600/0.6)(2/3)=l.482 故qv,v,s2=4.24.2

48、8716.22 qv,L,s2-39.03 qv,t/3在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)qv”值，依上式計(jì)算出qv,v,s的值，計(jì)算結(jié)果如下表qv,L,s m3/s0.00050.00150.00300.0045qv,v,s m3/s2.051.951.7881.5611精福段負(fù)荷性能圖00.0010.0020.0030.0040.005液相流員3 102 5 12.L氣相流量在負(fù)荷性能圖上，作出操作點(diǎn)A,連接OA,即作出操作線。由圖二可看出，該篩板的操作上 限為霧沫夾帶線控制，下限為漏液線控制。由圖 查得le51m3/sqV,V,s,max二CjV,V,s,min=0.780 ID/S故操作彈性為qv

49、,v,s,max/ qv,v,s,min=1*51/0.780=1.94提鐳段a漏液線Uo,min=4.4co(0.0056+0.13 ht-h 0)/ P l /Pvl1/2Uo,min=qV,V, min/A。1hb= h w +how how =2.84/1000xEx(qv,L,h/lw)(2/3)qV,V；min=4.4C0Ao0.0056+0.13( h'w+2.84/1000xEx(qv,L,h/lw)(2/3) )-ho P L,m / P Mm”?=7 (0.00502+0.12qv,Ls2/3)1/2在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)qv,“值，依上式計(jì)算出Vs值計(jì)算結(jié)果列于下

50、表qv,L,s (m3/s)0.00050.00150.00300.0045qv,v,s (m3/s)0.5320.5680.6070.637b液沫夾帶線ev=0.1kg 液/kg 氣為限，求 qv,v ,s qv,L,s 關(guān)系如下：ev=5.7xlO-6/0 LxUa/(HT-hf)3-2 ua=qv,v ,s /(AT-Af)=1.348qv,vs hf=2.5hL=2.5(hw+ how) hw=0.034how=2.84/1000xEx(qv,Lh4w)(2/3)hf=0.085+2.35qv,L ,s2/3HT-hf=0.315-2.35qv,L,h2/3ev=5.7xl0-6/(5

51、3.9xl0-3) 1.348qv,v ,s/(0.315-2.35 qv,L Z3)3 2 =0.1qv,v,s=1.99-14.8qv,L,s2/3在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)qv,w值，依上式計(jì)算出qvy,s值計(jì)算結(jié)果列于下表qv,L,s m3/s0.00050.00150.00300.0045qv,v,s m3/s1.8971.7961.6821.586c液相負(fù)荷下限線對(duì)于平流堰，取堰上液層高度how=0.005m作為最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)，由式h'ow=2.84/1000xEx(qv,L ,s/lw)(2/3) =0.006 qv,L,s,min=0.00051m/s據(jù)此可做出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負(fù)荷下限線d液相負(fù)荷上限線以e =4s作為液體在降液管中停留時(shí)間的下限，由下式10 =AfxH