浮法塔課程設(shè)計(jì)天大版化工原理.

1、化工原理課程設(shè)計(jì)u浮閥塔設(shè)計(jì)學(xué)院：石油化工學(xué)院專業(yè)班級(jí)：學(xué)號(hào):姓名:指導(dǎo)教師：成績(jī):II目錄任務(wù)書1.1設(shè)計(jì)計(jì)算及驗(yàn)算 2.1.1塔板工藝尺寸計(jì)算 2.1.2塔板流體力學(xué)驗(yàn)算 5.1.3塔板負(fù)荷性能圖&2分析與討論11參考書目13ii任務(wù)書題目：擬建一浮閥塔用以分離某種液體混合物， 采用F1型浮閥（重閥），試根據(jù)以下條件做出浮閥塔（精餾段）的設(shè)計(jì)計(jì)算。已知條件：氣相流量液相流量氣相密度液相密度表面張力Vs (m3/s)Ls (m3/s)p (kg/m3)P (kg/m3)a (mN/m)1.830.00832.992842.320.6要求：1. 進(jìn)行塔板工藝設(shè)計(jì)計(jì)算和驗(yàn)算2. 繪出制負(fù)

2、荷性能圖3. 繪出塔板的結(jié)構(gòu)圖4. 將結(jié)果列成匯總表分析并討論11設(shè)計(jì)計(jì)算及驗(yàn)算2#1.1塔板工藝尺寸計(jì)算塔徑欲求塔徑應(yīng)先給出空塔氣速u，而u =（安全系數(shù)）umax#式中C可由史密斯關(guān)聯(lián)圖查出，橫標(biāo)的數(shù)值為5（衛(wèi)）°5=四（8423 ）°5 = 0.0691Vh P172992取板間距Ht = o.45m，板上液層高度h 0.07m，則圖中參數(shù)值為：Ht -hL = 045-0.07 = 0.38m根據(jù)以上數(shù)據(jù)，由圖3-5查得C2。= 0.078，因物系表面張力嚴(yán)206mN m ,很接近20mN m，故無(wú)需校正，即C = C20 = 0.078842.3- 2.992,u

3、max =0.0781.306m/s2992取安全系數(shù)為0.7，則空塔氣速為u = 07 umax = 0.7 1.306 二 0.914m/s4 1.713.14 0.914=1.539 m按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整D = 16m，則塔截面積n 23.1422AtD（1.6） = 2.01m44實(shí)際空塔氣速 u二1.7/2.01二0.846m s溢流裝置 選用單溢流弓形降液管，不設(shè)進(jìn)口堰。 各項(xiàng)計(jì)算如下： 堰長(zhǎng)1W :取堰長(zhǎng)lw二0.66D，即lW = 066 16 = 1.056 m出 口堰高 hw : hw = hL - how采用平直堰，堰上液層高度how可依下式計(jì)算:how 二2.84 e(-L

4、h)31000lw4#近似取E=1，則可由列線圖查出how值。因 Lh =0007 3600 = 25.2m3/h,hw = 1.056m 查得 怕=0.023m貝卩= hL - how 二 0.07 - 0.023 二 0.047m弓形降液管寬度wd和面積Af :lwD0.66由圖 3-10查得：比= 0.0721,=0.124，則ATDAf =0.0721 2.01 = 0.145m2% =0.124 16 = 0.199m則液體在降液管中停留時(shí)間3600 Af HtAf Ht0.145 0.459-9.3sLhLs0007"5s，故降液管尺寸可用。降液管底隙高度ho。取降液管底

5、隙處流體流速Uo =0.13m/s，則Lh館二-:二 丄 0.0070.041m36OOlwUoIwU。1.056 °13取 h。二 0.04 m塔板布置及浮閥數(shù)目與排列取閥動(dòng)能因子F。=11 ,用下式求孔速u。，即F。11u。= = = 6.36m/s.p . 2992每層塔板上的浮閥數(shù)，即VsN 二一n 2d°u。417冗2(0.039 )2 6.364224取邊緣區(qū)寬度 = 0.06m，破沫區(qū)寬度WS二0.10m ,D1.6RWc0.06= 0.74 m22x 二 D -(Wd Ws) = 16 -(0.199 0.1 ) = 0.501m2 2Aa = 2x、R2

6、- x2 -n R2 arcsin'180R二 2 0501.0.742 -0.5012 ( 074 )2 arcsin0501 二 1.36m21800.74浮閥排列方式采用等腰三角形叉排。取同一橫排的孔心距t = 75mm = 0.075m，則可按下式估算排間距t'，即t =企 便0.081 二 81mmNt 224 0.075考慮到塔的直徑較大，必須采用分塊式塔板，而各分塊的支承與銜接也要占去一部分鼓泡區(qū)面積，因此排間距不宜采用80mm而應(yīng)小于此值，故取t' = 65mm = 0.065m按t = 75mm、t'二65mm以等腰三角形叉排方式作圖(見附圖1

7、),排得閥數(shù)228個(gè)。按、二228重新核算孔速及閥孔動(dòng)能因數(shù)：uo6.24m/sn2(0.039)2 228F。二 p=6.24 '2992 =10.80浮閥動(dòng)能因數(shù)F。變化不大，仍在912范圍內(nèi)塔板開孔率二UUo0846 100% = 13.6%6.241.2塔板流體力學(xué)驗(yàn)算氣相通過(guò)浮閥塔板的壓強(qiáng)降可根據(jù)下式計(jì)算塔板壓強(qiáng)降，即hp 二 1% hi hc 干板阻力：由下式計(jì)算，即uoc 二 182573.1 p 二 1825 731 2992 二 5.76m/s因Uo Uoc，故按下式計(jì)算干板阻力，即hc 二 534p U。2 pgi2c (2992)X6.24 = 5.34 -2 漢

8、 842.3 漢 981二0032 m液柱 板上充氣液層阻力：本設(shè)備分離某液體混合物，可取充氣系數(shù)；0 = 0.5，則有h| = ； °h|_ = 0.5 0.07 = 0.035m 液攵柱壬。 液體表面張力所造成的阻力：此阻力很小，忽略不計(jì)。因此，與氣體流經(jīng)一層浮閥塔板的壓強(qiáng)降所相當(dāng)?shù)囊褐叨葹?hp = 0.032 0.035 二 0.067m液柱則單板壓降 Pp二 hpg = 0.067 842.3 9.81 = 554Pa淹塔為了防止淹塔現(xiàn)象的發(fā)生，要求控制降液管中清液層的高度出遼(Ht hw)。Hd可用下式計(jì)算，即H 廣 hp h|_ = hd 與氣體通過(guò)塔板的壓強(qiáng)降所相當(dāng)

9、的液柱高度hp:之前已算出hp二0.067m液柱 液體通過(guò)降液管的壓頭損失：因不設(shè)進(jìn)口堰，故按下式計(jì)算，即hd =0.153(亙)2 =0.153 (0.007 f = 0.0042m液柱Iwh。1.056 004 板上液層高度：前已選定板上液層高度為h 0.07m則 Hd =0.0670.07 0.0042 = 014lm取 儀05 ,又已選定H 丁 = 0.45m ,仏=0.047m。則 © (HT hw)二 0.5 (045 0047) = 0.25m可見H： (Ht hw)，符合防止淹塔的要求。(3)霧沫夾帶按以下兩式計(jì)算泛點(diǎn)率，即板上液體流徑長(zhǎng)度Zl = D-2妣=1.60

10、-2 0.199= 1.202m板上液流面積代二厲- 2Af二2.01 - 2 0.145二1.72m2苯和甲苯為正常系統(tǒng)，取物性系數(shù)K =1.0,又查圖得泛點(diǎn)負(fù)荷系數(shù)Cf =0.127，將以上數(shù)值代入下式得1.0 0.127 1.72又按下式計(jì)算泛點(diǎn)率，得2992泛點(diǎn)率8423 2992100% =51.0%0.78咒 1.0 x 0.127 % 1.72根據(jù)以上兩式計(jì)算出的泛點(diǎn)率都在80%以下，故可知霧沫夾帶量能夠滿足e : 0.1 kg (液)/kg(氣)的要求。1.3塔板負(fù)荷性能圖霧沫夾帶線依下式做出，即13#按泛點(diǎn)率為80%+算如下：2.992842.3 - 2.9921.36Ls

11、1.2020.80#0.127 1.72整理得0.0597Vs 1.635Ls =0.1734或 Vs = 2.905 - 27.4Ls （1）由式（1）知霧沫夾帶線為直線，則在操作范圍內(nèi)任取兩個(gè)Ls值, 依式（1）算出相應(yīng)的Vs值列于本例附表1中。據(jù)此，可做出霧沫夾 帶線（1）。附表0.0020.0102.852.63液泛線（Hthw）二 hphLhd 二 hehih。nhd由上式確定液泛線。忽略式中h0 ,則有，、u(Ht hw) =534 v2-0.153 幾2gLs3600 L2/3 |Qw ho 丿II 10001w因物系一定，塔板結(jié)構(gòu)尺寸一定，則Ht , hw , ho , lw，

12、匚,l ,；0及等均為定值，而uo與V又有如下關(guān)系，即Vs doN式中閥孔數(shù)N與孔徑d0亦為定值，因此可將上式簡(jiǎn)化為Vs與Ls的 如下關(guān)系式：aVsbW3即 0.013Vs2 = 0.175-85.75L； -0.965L；/3或 Vs2 = 13.46 - 6596.2L； - 74.23L?3在操作范圍內(nèi)任取若干個(gè)Ls值，依式（2）算出相應(yīng)的Vs值列于本例附表2中。據(jù)表中數(shù)據(jù)做出液泛線（2）附表二Lt/(ma/s>0.0010.0050.0090.0133.573.343.122.87液相負(fù)荷上限線液體的最大流量應(yīng)保持在降液管中停留時(shí)間不低于 35s。依下式知液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間為

13、3600AfHT0 =Lh=3 5s16以二=5s作為液體在降液管中停留時(shí)間的下限，則(Ls) maxAfHT 0145 °45013m3/s(3)求出上限液體流量Ls值（常數(shù)）。在Vs Ls圖上液相負(fù)荷上限線為與氣體流量Vs無(wú)關(guān)的豎直線（3）漏液線對(duì)于F1型重閥，依Fo=Uo“； = 5計(jì)算，則U0 = 為。又知兀25則得仏亍化匚以F。=5作為規(guī)定氣體最小負(fù)荷的標(biāo)準(zhǔn)，則n 2n 2F0 n253(Vs)min= -doNi = -d0；N 0 二(0.039)2 228 - 0787 m3/s (4)44； p 4斗 2.992F。據(jù)此做出與液體流量無(wú)關(guān)的水平漏液線（4）液相負(fù)荷下

14、限線取堰上液層高度h°w = 0.006m作為液本負(fù)荷下限條件，依how的計(jì)算式計(jì)算出Ls的下限值，依此做出液相負(fù)荷下限線，該線為與氣相流量無(wú)關(guān)的豎直線（5）。2.84 匚；3600(Ls)min31000 一 Iw二 0.006取E =1，則(Ls)min -*0.006"00022.84 13600宜=|/0.0010003/ 1.0562.84 丿33600譏009 "(5)17根據(jù)本題附表1, 2及式（3）, （4）, （5）可分別做出塔板負(fù)荷性能圖上的（1），（2），（3），及（5）共五條線，見附圖2.2分析與討論由塔板負(fù)荷性能圖可以看出： 任務(wù)規(guī)定的氣

15、，液負(fù)荷下的操作點(diǎn)P （設(shè)計(jì)點(diǎn)），處在適宜操作區(qū)內(nèi)的適中位置。 塔板的氣相負(fù)荷上限由霧沫夾帶控制，操作下限由漏液控制。 按照固定的液氣比，由附圖2查出塔板的氣相負(fù)荷上限M）max = 2.58m3/s，氣相負(fù)荷下限（VJmin = 0.787m3/s，所以2 58操作彈性二一.3.280.787現(xiàn)將計(jì)算結(jié)果匯總列于附表3中附表3 浮閥塔板工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果項(xiàng)目數(shù)值及說(shuō)明備注塔徑D/m1.60分塊式塔板等腰三角形叉排指同一橫排的孔心距指相鄰二橫排的中心線距離霧沫夾帶控制漏液控制板間距Ht/血0.45塔板形式單溢流弓形降液管空塔氣速u/ (m/s)0.914堰長(zhǎng)h/m1.056堰高h(yuǎn)w/m0.047板上液層咼度ht/m0.07降液管底隙高度h0/m0.04浮閥數(shù)N/個(gè)228閥孔氣速u0/ (m/s)6.36閥孔功能因數(shù)F)10.80界閥孔氣速uoc/ ( m/s)5.76孔心距t/m0.