浮閥塔設(shè)計(jì)示例

1、浮閥塔設(shè)計(jì)示例設(shè)計(jì)條件擬建一浮閥塔用以分離某種液體混合物，決定采用F1型浮閥（重閥），試按下述條件進(jìn)行浮閥塔的設(shè)計(jì)計(jì)算。氣相流量 Vs = 1.27m3/s； 液相流量 Ls = 0.01m3/s；氣相密度 V = 3.62kg/m3；液相密度L = 734kg/m3；混合液表面張力 = 16.3mN/m，平均操作壓強(qiáng) p = 1.013105Pa。設(shè)計(jì)計(jì)算過程（一）塔 徑欲求出塔徑應(yīng)先計(jì)算出適宜空塔速度。適宜空塔速度u一般為最大允許氣速uF的0.60.8倍即： u（0.60.8）uF 式中C可由史密斯關(guān)聯(lián)圖查得，液氣動(dòng)能參數(shù)為： 取板間距HT =0.6m，板上液層高度hL =0.083m，圖

2、中的參變量值HT-hL=0.6-0.083 =0.517m。根據(jù)以上數(shù)值由圖可得液相表面張力為20mN/m時(shí)的負(fù)荷系數(shù)C20 =0.1。由所給出的工藝條件校正得：最大允許氣速： 取安全系數(shù)為0.7，則適宜空塔速度為： 由下式計(jì)算塔徑： 按標(biāo)準(zhǔn)塔徑尺寸圓整，取D = 1.4m；實(shí)際塔截面積：實(shí)際空塔速度： 安全系數(shù)： 在0.60.8范圍間，合適。（二） 溢流裝置 選用單流型降液管，不設(shè)進(jìn)口堰。1）降液管尺寸取溢流堰長lw=0.7D，即lw/D=0.7，由弓形降液管的結(jié)構(gòu)參數(shù)圖查得：Af/AT=0.09,Wd/D=0.15 因此：弓形降液管所占面積:Af=0.091.54=0.139(m2) 弓形

3、降液管寬度:Wd=0.151.4=0.21(m2)驗(yàn)算液體在降液管的停留時(shí)間， 由于停留時(shí)間5s，合適。2）溢流堰尺寸由以上設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)可求出：溢流堰長 lw=0.71.4=0.98m 采用平直堰，堰上液層高度可依下式計(jì)算，式中E近似取1，即溢流堰高:hw=hL-how=0.083-0.033=0.05m液體由降液管流入塔板不設(shè)進(jìn)口堰，并取降液管底隙處液體流速u0= 0.228m/s； 降液管底隙高度：浮閥數(shù)及排列方式:1）浮閥數(shù)初取閥孔動(dòng)能因數(shù)F0 = 11，閥孔氣速為：每層塔板上浮閥個(gè)數(shù) ：（個(gè)）2）浮閥的排列 按所設(shè)定的尺寸畫出塔板，并在塔板的鼓泡區(qū)內(nèi)依排列方式進(jìn)行試排，確定出實(shí)際的閥孔數(shù)。

4、 已知Wd = 0.21m，選取無效邊緣區(qū)寬區(qū)WC = 0.05m、破沫區(qū)寬度WS=0.075m，由下式計(jì)算鼓泡區(qū)面積，即： 浮閥的排列方式采用等腰三角形叉排。取同一橫排的空心距t=75mm，則等腰三角形的高度： 由于塔直徑D=1400mm，需采用分塊式塔板四塊（其中兩塊弓形板、通道板和矩形板各一塊）。考慮到各分塊的支承與銜接要占去一部分鼓泡區(qū)面積，因此排間距t應(yīng)小于計(jì)算值，故取t=0.065m?，F(xiàn)按t=75mm、t=65mm的等腰三角形叉排方式畫出浮閥排列圖，可排出閥孔數(shù)180個(gè)，重新核算以下參數(shù)：閥孔氣速： 動(dòng)能因數(shù): 動(dòng)能因數(shù)在912之間，合適。塔板開孔率： 開孔率在1014之間，合適。

5、（三）塔板流體力學(xué)驗(yàn)算1）塔板壓降利用下式計(jì)算： （1）干板阻力 臨界孔速：u0因閥孔氣速u0大于其臨界閥孔氣速u0C，故干板阻力計(jì)算式為：（2）板上充氣液層阻力本設(shè)備分離烴化液，液相為碳?xì)浠衔铮扇〕錃庀禂?shù)0= 0.5。 （3）液體表面張力造成的阻力 所以:hp=0.047+0.042+0.0005=0.0895 m單板壓降: 單板壓降偏高。（一般對(duì)于常壓精餾塔應(yīng)在260530Pa為宜）。2）降液管液泛校核 為了防止降液管液泛現(xiàn)象發(fā)生，要求控制降液管內(nèi)清液層高度Hd(HT+Hw)。其中:Hd=hp+hL+hd（1）氣體通過塔板的壓強(qiáng)降所相當(dāng)?shù)囊褐叨萮P前面已求出，hP=0.0895m。（

6、2）液體通過降液管的壓頭損失（不設(shè)進(jìn)口堰）（3）板上液層高度 前已選定hL=0.083m所以Hd=0.00895+0.083+0.008=0.181m取降液管中泡沫層相對(duì)密度=0.5,前已選定板間距HT=0.6m，hw=0.05m。則(HT+Hw)=0.5(0.6+0.05)=0.325m可見，Hd(HT+Hw)，符合防止降液管液泛要求。3）液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間 應(yīng)保證液體在降液管內(nèi)的停留時(shí)間大于35s，才能使得液體所夾帶氣體的釋出。本設(shè)計(jì) 5s可見，所夾帶氣體可以釋出。4）霧沫夾帶量校核依下面兩式分別計(jì)算泛點(diǎn)率F，即 及 板上液體流徑長度 板上液流面積 查得泛點(diǎn)負(fù)荷因數(shù)CF=0.141、物

7、性系數(shù)K=1.0,將以上數(shù)據(jù)代入： 及對(duì)于大塔，為避免過量霧沫夾帶，應(yīng)控制泛點(diǎn)率不超過80%。上兩式計(jì)算的泛點(diǎn)率都在80%以下，故可知霧沫夾帶量能夠滿足eV0.1kg(液)/kg(氣)的要求。5）嚴(yán)重漏液校核當(dāng)閥孔的動(dòng)能因數(shù)F0低于5時(shí)將會(huì)發(fā)生嚴(yán)重漏液，前面已計(jì)出F0=11.24，可見不會(huì)發(fā)生嚴(yán)重漏液。（四）塔板負(fù)荷性能圖1）氣體負(fù)荷下限線（漏液線）對(duì)于F1型重閥，因動(dòng)能因數(shù)F05時(shí)會(huì)發(fā)生嚴(yán)重漏液，故取F0=5計(jì)算相應(yīng)的氣相流量(VS，min)：2）過量霧沫夾帶線 根據(jù)前面霧沫夾帶校核可知，對(duì)于大塔，取泛點(diǎn)率F = 0.8，那么 整理得:霧沫夾帶線為直線，由兩點(diǎn)即可確定。當(dāng)LS=0時(shí)，VS=2

8、.035m3/s；當(dāng)LS=0.01時(shí)，VS=1.846m3/s。由這兩點(diǎn)便可繪出霧沫夾帶線。3）液相負(fù)荷下限線 對(duì)于平直堰，其堰上液層高度how必須要大于0.006m。取how=0.006m，可作出液相負(fù)荷下限線。 取E=1、代入lw則可求出（LS）min： 4）液相負(fù)荷上限線 液體的最大流量應(yīng)保證在降液管中停留時(shí)間不低于35s，取= 5s作為液體在降液管中停留時(shí)間的下限，則：5）液泛線先求出Vs與Ls的關(guān)系，就可在操作范圍內(nèi)任意取若干點(diǎn)，從而繪出液泛線。 其中： 將計(jì)算出的a、b、c、d值代入上式方程并整理可得： 在操作范圍內(nèi)任意取若干Ls值，由上式可算出相應(yīng)的Vs值，結(jié)果列于下表。將以上五條線標(biāo)繪在同一VsLs直角坐標(biāo)系中，畫出塔板的操作負(fù)荷性能圖。將設(shè)計(jì)點(diǎn)（Ls，Vs）標(biāo)繪在圖中，如P點(diǎn)所示，由原點(diǎn)O及P作操作線OP。操作線交嚴(yán)