塔的水力學(xué)計(jì)算手冊(cè)

塔的水力學(xué)計(jì)算手冊(cè)1.目的與適用范圍.................................................錯(cuò)誤!未指定書(shū)簽。2.塔設(shè)備特點(diǎn).....................................................錯(cuò)誤!未指定書(shū)簽。3.名詞術(shù)語(yǔ)和定義.................................................錯(cuò)誤!不決義書(shū)簽。4.浮閥/篩孔板式塔盤的設(shè)計(jì)........................................錯(cuò)誤!未指定書(shū)簽。5.填料塔的設(shè)計(jì)...................................................錯(cuò)誤!未指定書(shū)簽。1.目的與適用范圍為提高工藝工程師的設(shè)計(jì)質(zhì)量,實(shí)行計(jì)算機(jī)應(yīng)用而編寫(xiě)本手冊(cè)。本手冊(cè)是針對(duì)氣液傳質(zhì)塔設(shè)備中的寬泛性問(wèn)題而編寫(xiě)。對(duì)于某些詳盡塔設(shè)備的數(shù)據(jù)(比方:某生產(chǎn)流程中針對(duì)某塔設(shè)備的板效率而采用的計(jì)算關(guān)系式,也許對(duì)于某吸取填料塔的傳質(zhì)單元高度或等板高度而采用的詳盡計(jì)算公式)則未予收入。本設(shè)計(jì)手冊(cè)以應(yīng)用為主，主假如指導(dǎo)性的計(jì)算方法和步驟，并配合相應(yīng)的計(jì)算程序，詳盡公式及理論推闡可參照有關(guān)文件。2.塔設(shè)備特點(diǎn)作為氣(汽)、液兩相傳質(zhì)用的塔設(shè)備，第一必定能賭氣(汽)、液兩相獲取充分的接觸，以獲取較高的傳質(zhì)分別效率。其他，塔設(shè)備還應(yīng)擁有以下一些特點(diǎn)：(1)當(dāng)氣(汽)、液辦理量過(guò)大(高出設(shè)計(jì)值)時(shí)，仍不致于發(fā)生大量的霧沫挾帶或液泛等影響正常操作的現(xiàn)象。(2)當(dāng)操作顛簸(設(shè)計(jì)值的50％～120％)較大時(shí)，還可以保持在較高的傳質(zhì)效率下牢固操作，并擁有長(zhǎng)遠(yuǎn)連續(xù)操作所必定具備的可靠性。(3)塔壓力降盡量小。(4)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、耗材少、制造和安裝簡(jiǎn)單。(5)耐腐化、不易擁堵。(6)塔內(nèi)的滯留液量要小。3.名詞術(shù)語(yǔ)和定義3.1塔徑(towerdiameter)，DT塔筒體內(nèi)壁直徑，見(jiàn)圖3.1-(a)。3.2板間距(trayspacing)，HT塔內(nèi)相鄰兩層塔盤間的距離，見(jiàn)圖3.1-(a)。3.3降液管(downcomer)，DC各層塔盤之間專供液相流體經(jīng)過(guò)的組件，單溢流型塔盤為側(cè)降液管，雙溢流型塔盤有側(cè)降液管和中央降液管，三或多溢流型塔盤有側(cè)降液管、偏側(cè)降液管、偏中央降液管及中央降液管。3.4降液管頂部寬度(DCtopwidth)，Wd弓形降液管面積的弦高。掠堰還有算法，見(jiàn)圖3.1-(a),-(b)。3.5降液管底縫隙(DCclearance)，ho降液管底部邊緣至塔盤(或受液盤)之間的距離，見(jiàn)圖3.1-(a)。3.6溢流堰高度(weirheight)，hw降液管頂部邊緣高出塔板的距離，見(jiàn)圖3.1-(a)。3.7總的塔盤橫截面積(totaltowercross-sectionarea)，AT以塔內(nèi)徑計(jì)算的橫截面積，AT=(DT/2)23.8降液管截面積(DCarea)，AD側(cè)降液管、偏側(cè)降液管、偏中央降液管及中央降液管的橫截面積。其面積多為弓形，但對(duì)于小塔也有采用圓形。對(duì)于斜降液管，頂部和底部的橫截面積是不相同的。3.9凈面積(netarea

，freearea)

，AN、Af氣相流體經(jīng)過(guò)塔板間的最小橫截面積，即總的塔盤橫截面積

AT減去總的降液管頂部橫截面積

AD(包括多流程的中央、偏側(cè)、偏中央降液管的橫截面積

)，也稱自由面積。(a)

(b)圖3.1

塔盤部署表示圖3.10開(kāi)孔面積(holearea)，Ah塔盤上總的開(kāi)孔的面積，即贊同氣相流體經(jīng)過(guò)的面積。Ah=篩孔數(shù)目單孔面積3.11鼓泡面積(bubblingarea，activearea)，AB用于湊近塔盤平板上氣相流動(dòng)的面積，即總的塔盤橫截面積AT減去總的降液管截面積、降液管密封面積(不安裝閥件、篩孔的地域)，也稱活動(dòng)面積。A=A-ADiBT3.12閥縫隙面積(slotarea)，AS總的(全部浮閥)垂直開(kāi)縫面積，即氣相走開(kāi)浮閥時(shí)以水平方向流經(jīng)的面積，AS=Ndvhv(N、dv、hv分別為閥數(shù)目、閥徑、升程)3.13最大閥縫隙面積(openslotarea)，ASO當(dāng)全部浮閥全部開(kāi)啟時(shí)的閥縫隙面積。A=Ndhv,max(式中N、d、h為閥數(shù)目、閥徑、最大升程)SOvvv,max3.14開(kāi)孔率(fractionalholearea)，對(duì)于浮閥塔盤：為閥縫隙面積與鼓泡面積之比，Af=ASO/AB對(duì)于篩孔塔盤：為開(kāi)孔面積與鼓泡面積之比，Af=Ah/AB3.15氣相流率(vaporflowrate)，CFS在塔內(nèi)操作條件下氣體的實(shí)質(zhì)體積流量。3.16密度(vapordensity，liquiddensity)，V，L在塔內(nèi)操作條件下氣體、液體單位體積的質(zhì)量。3.17氣相負(fù)荷(vaporload)，VloadVload=CFS(V/(L-V))1/23.18表觀氣相流速(superficialvaporvelocity)，ss=Vload/A(式中A為AB或AN)3.19液相負(fù)荷(liquidload)，QLQL=GPM/Lweir式中GPM為每分鐘流過(guò)的加侖，即液相流率；Lweir為堰的長(zhǎng)度，以英寸表示液相流經(jīng)塔盤的通量，單位長(zhǎng)度出口堰上的液體體積流率(gal/min/in)。3.20降液管液相負(fù)荷(downcomerliquidload)，QDQD=GPM/AD在降液管頂部入口處，單位截面積上的清液流率(gal/min/ft2)。3.21液泛(flooding)在塔內(nèi)部液相超限地積累。噴霧挾帶液泛(sprayentrainmentflooding)液相流率很小，塔盤操作在噴霧狀態(tài)，即塔盤上大部分液體呈液滴形式。當(dāng)氣相流速上升時(shí)，這些液滴多半被挾帶到上一層塔盤，積累在上一層塔盤而不是流到下一層塔盤。霧沫挾帶液泛(frothentrainmentflooding)液相流率很大，液相以泡沫形式分別在塔盤上，當(dāng)氣相流速上升時(shí)，泡沫高度增加。當(dāng)塔盤間距較小時(shí)，氣液兩相的泡沫趨近于上一層塔盤，隨著這一表層湊近上一層塔盤，挾帶則迅速增加，引起在上一層塔盤液相積累。降液管返混液泛(downcomerbackupflooding)由于塔盤壓降、塔盤上泡沫層高度、降液管入口處摩擦阻力等原因，充氣的液體返回流進(jìn)降液管內(nèi)。當(dāng)液相流率增大時(shí)，全部這些因素也隨著加強(qiáng)，當(dāng)氣相流率增大時(shí)，塔盤壓降也隨著增大。當(dāng)充氣液體返流回降液管內(nèi)高出塔盤間距時(shí)，液相就會(huì)積累在上一層塔盤，引起降液管返混液泛。降液管擁堵液泛(downcomerchokeflooding)當(dāng)液相流率增大時(shí)，降液管中充氣液體的流速也增大。高出必然極限后，降液管里和入口處的摩擦阻力就變得過(guò)大，混雜的泡沫液相不能夠由此輸送到下一層塔盤，則在上一層塔盤引起液相的積累。3.22徑比(diameterratio)塔徑與填料直徑之比。3.23填料種類(packingtype)填料能夠分為亂堆填料、規(guī)整填料和高效填料，其中每種填料里又依照其形狀不相同，而分為各種型式填料，詳見(jiàn)表3.23－1，3.23－2，3.23－3。3.24最小潤(rùn)濕率(minimumwettedrate)當(dāng)填料充分潤(rùn)濕所需的最小噴淋量時(shí)，單位填料體積的表面積上液體流量。3.25持液量(liquidholdup)填料塔操作時(shí)在填料縫隙中及填料表面上所存儲(chǔ)的液體總量。表3.23－1亂堆填料(randompacking)：以亂堆的方式進(jìn)行裝填。環(huán)形填料鞍形填料其他填料拉西環(huán)倍爾(弧)鞍球形RaschingRingBerlSaddleI-Ball,TRI勒辛環(huán)英特洛克斯(矩)鞍泰勒花環(huán)形LessingRingIntaloxSaddleTellerRosett十字隔環(huán)超級(jí)矩鞍(Norton)多角螺旋形Cross-PatitionRingSuperIntaloxSaddle螺旋環(huán)改進(jìn)矩鞍(Glitsch)SpiralRingBallastSaddle鮑爾(開(kāi)孔)環(huán)改進(jìn)矩鞍(Koch)Pall(Slotted)RingFlexiSaddle哈埃派克(Norton)改進(jìn)矩鞍(Hydronyl)Hy-PakHydronyl半環(huán)(Leva公司)金屬環(huán)矩鞍(Norton)Levapak,ChempakIMTP階梯環(huán)(傳質(zhì)公司)CascadeRing表3.23－2規(guī)整填料(structuredpacking)：排列整齊。繞卷型水平漣漪板型垂直漣漪板型格柵型其他形式古德洛帕納帕克蘇爾壽格里奇斯特曼GoodloePanapakSulzerGlitschStedman海泊菲爾斯普雷帕克墨拉帕克鉆石壓延HyperfilSpraypakMellapakDiamondExpanded新克洛斯坎農(nóng)凱雷帕克網(wǎng)孔脈沖New-KlossCannonKerapakPerform(PFG)Impulse表3.23－3高效填料(effectivepacking)：有較大的比表面積和自由空間。絲網(wǎng)薄金屬片金屬絲彈簧形絲網(wǎng)坎農(nóng)方形彈簧FenskeCannonHeli-pak麥克馬洪絲網(wǎng)McMahon狄克松環(huán)Dixon3.26干填料因子(packingfactor)表征填料流體力學(xué)特點(diǎn)的數(shù)群，a/3。23其中a為填料的比表面積，以m/m表示；為濕填料的縫隙率，以％表示。3.27載點(diǎn)(loadingpoint)在逆流操作的填料塔內(nèi)，壓降隨著氣相流速的上升而顯著變化，表示塔內(nèi)持液量不斷增大的過(guò)程轉(zhuǎn)折點(diǎn)。有時(shí)這一變化規(guī)律在局部上看不到一個(gè)點(diǎn)，而是一個(gè)曲率漸變的曲線。其壓降～氣相流速變化曲線，由二次冪的關(guān)系漸變?yōu)槿蝺绲年P(guān)系。3.28泛點(diǎn)(floodingpoint)在逆流操作的填料塔內(nèi)，壓降突然直線上升，表示塔內(nèi)已發(fā)生液泛現(xiàn)象的過(guò)程轉(zhuǎn)折點(diǎn)，或在不影響精餾效率前提下的最大操作負(fù)荷。3.29漏液(淚)點(diǎn)(weepingpoint)上升氣速增大到使液體不從篩孔泄漏的操作點(diǎn)。3.30單位制本手冊(cè)在未加專門注明的情況下，各參數(shù)以SI單位制為基準(zhǔn)。3.31參照文件Glitsch,Inc,BallastTrayDesignManual,BulletinFractionationResearchInc."SIEVETRAYDESIGN"ErnestE.Ludwig,"AppliedProcessDesignPetrochemicalPlants"

for

No.4900,3rdChemical

Ed.and蘭州石油機(jī)械研究所“現(xiàn)代塔器技術(shù)”，(1984)化學(xué)工業(yè)初版社“化學(xué)工程手冊(cè)－氣液傳質(zhì)設(shè)備”,(1979)中國(guó)石化第一版社“現(xiàn)代填料塔技術(shù)指南”,(1998)4.浮閥/篩孔板式塔盤的設(shè)計(jì)4.1設(shè)計(jì)原則為滿足塔盤水力學(xué)性能要求，設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)可參照以下幾何參數(shù)：出口堰長(zhǎng)度應(yīng)大于塔徑的一半。堰上的液流高度應(yīng)大于6mm，小于100mm。堰高一般為25～100mm，或?yàn)榘彘g距的15％，Glitsch取50mm。對(duì)粘度大的液體取25～75mm；對(duì)要求壓降小的真空減壓塔，堰高可降低到12mm;對(duì)要求液體在塔盤上有較長(zhǎng)停留時(shí)間的反應(yīng)塔，可高達(dá)150mm。降液管下端至受液盤間的距離(降液管底縫隙)應(yīng)大于堰上液流高度的1.5倍。一般情況下，液流經(jīng)過(guò)該縫隙時(shí)流速不大于降液管內(nèi)流速，平時(shí)縫隙不小于20～25mm。降液管面積應(yīng)大于塔截面積的10％。篩孔中心距為(2.5～5)d0，浮閥間距可參照篩孔正三角形排列計(jì)算，開(kāi)孔率一般在4～15%。塔盤上氣液接觸單元的部署地域(發(fā)泡區(qū))與堰之間需要有平定過(guò)渡區(qū)域：距相鄰排篩孔

距相鄰排浮閥溢流堰(外堰或出口堰)前平定區(qū)寬度，內(nèi)堰(入口堰)前平定區(qū)寬度，mm

mm

76127

70～10050～100系統(tǒng)因數(shù)

(systemfactor)

表征物系的發(fā)泡趨勢(shì)，取值

0.15～1.0。不相同模型、計(jì)算程序中的選值范圍不盡相同，略有出入。依照機(jī)械安裝/檢修的要求，板間距平時(shí)大于460mm。但隨塔徑變化也可取不相同值。標(biāo)準(zhǔn)塔徑，mm最小板間距，mm<800300<1600350>1600450該值且隨著塔盤辦理能力增大而增加，素來(lái)取到極限值：氣相密度小于32kg/m3(2lb/ft3)時(shí)，極限值為1224mm(48in)；氣相密度很高時(shí)，極限值<1224mm(48in)；33當(dāng)氣相密度V=8kg/m(5.5lb/ft)時(shí)，板間距大于300mm的負(fù)荷系數(shù)為0.27。降液管內(nèi)澄清液層高度

(downcomerbackup)

應(yīng)小于板間距的一半。干板壓降一般小于

50mm水柱，假如降液管內(nèi)清液柱高度小于板間距的一半

,則可取至85mm水柱。塔盤上液相流動(dòng)形式(flowpaths)取決于液相負(fù)荷的范圍，單流型(SXF)是最常用的；當(dāng)塔徑較大，或液相負(fù)荷較大時(shí)，宜采用雙流型(DXF)，甚至三、四流型(TXF、QXF)或階梯型(Cascade)；在液氣比很小時(shí)才采用U形流型。液相負(fù)荷(m3/h)與板型的關(guān)系：塔徑，mmU形流型單流型雙流型階梯型1000<7<451400<9<702000<11<90901603000<11<1101102002003004000<11<1101102302303505000<11<1101102502504006000<11<110110250250450降液管下端出口處液流速度(velocityunderDC)一般小于0.3～0.4米/秒，降液管內(nèi)液流速度依照物系發(fā)泡趨勢(shì)在0.05～0.12m/sec之間采用，發(fā)泡嚴(yán)重物系取小者(降液管內(nèi)液流速度=液相負(fù)荷/降液管橫截面積)。液流在降液管內(nèi)的停留時(shí)間

(DCresidencetime)

平時(shí)大于4秒，平時(shí)對(duì)于低發(fā)泡及中等發(fā)泡物系，

>3

～4

秒對(duì)于較高發(fā)泡及嚴(yán)重發(fā)泡物系，>5～7秒33塔盤上液面梯度(堰上溢流強(qiáng)度)取90m/mhr，一般在50～130m/mhr之間。當(dāng)液量過(guò)小時(shí)，可采用齒型堰

(notchedweir)

；當(dāng)堰上溢流強(qiáng)度大于8～10GPM/Lweir時(shí)，則應(yīng)使用凹形受液盤(inletpot)；當(dāng)堰上溢流強(qiáng)度大于15GPM/Lweir時(shí)，則宜增加溢流程數(shù)(Numberofflowpathsorpass)或增加堰長(zhǎng)(weirlenght)或改為后掠式堰(swept-backweir)

。閥孔氣速太低會(huì)以致漏液，塔盤操作下限即漏液氣速。最低閥孔動(dòng)能因子(閥孔氣速

(氣相密度

)1/2)應(yīng)大于5～6米/秒。Glitsch

規(guī)定閥孔氣速必定大于

C1/(

V/(

L-

V))

1/2對(duì)于V-1型浮閥C1=0.0915

；V-4型浮閥C1=0.183;當(dāng)堰高為25mm時(shí)，V-1型浮閥C1=0.122；V-4型浮閥C1=0.213對(duì)于新塔設(shè)計(jì)，建議按設(shè)計(jì)負(fù)荷不大于泛點(diǎn)負(fù)荷的82%來(lái)設(shè)計(jì)塔徑。若要求塔盤能夠在設(shè)計(jì)負(fù)荷的

110%下操作，就要以

0.82/1.1=0.75

的液泛系數(shù)

(floodfactor)

做為最大值來(lái)設(shè)計(jì)塔徑。減壓真空塔的液泛系數(shù)一般小于

0.77，霧沫挾帶量不大于10%。較高的液泛系數(shù)能夠計(jì)算出較小的塔，但會(huì)造成過(guò)多的霧沫挾帶(e=氣相中液滴霧沫量/總的液相量)，對(duì)于實(shí)質(zhì)操作，塔徑偏小。對(duì)于塔徑小于900mm的塔盤，液泛系數(shù)取0.65～0.75。4.2設(shè)計(jì)步驟塔徑初估Smith法歸納了工業(yè)塔數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)化關(guān)系，可做為初步估計(jì)塔徑之用。由Smith初估塔徑圖中查得C值(表面張力為20dyn/cm時(shí)的經(jīng)驗(yàn)系數(shù))，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)表面張力修正后,算出塔盤上贊同的有效空塔速度及塔徑。有效截面積法的基本出發(fā)點(diǎn)是分別估計(jì)氣相通道及液相通道的橫截面積；按總的塔盤橫截面積減去總的降液管截面積計(jì)算有效空塔速度，依照液相負(fù)荷及分界粘度計(jì)算贊同液流最大速度。塔截面積為這兩部分截面積之和，以此初估塔徑。塔盤部署依照塔徑及流體負(fù)荷量而確定流動(dòng)形式(溢流程數(shù))。依照塔徑、氣液相負(fù)荷而確定降液管型式，液流在降液管內(nèi)的停留時(shí)間(經(jīng)計(jì)算得出)也是塔盤設(shè)計(jì)中重要指標(biāo)之一。溢流堰起著保持塔盤上液位、使液體平均分布的作用。單溢流型塔盤的堰長(zhǎng)可取塔徑的0.6～0.8倍，對(duì)于雙溢流型的塔盤，堰長(zhǎng)可取塔徑的0.5～0.7倍，并盡量使中央降液管面積等于兩側(cè)降液管面積之和；為保證堰上溢流強(qiáng)度不致過(guò)大，堰的高度可合適降低；當(dāng)堰的上邊沿各點(diǎn)水平度偏差過(guò)大或堰上溢流強(qiáng)度過(guò)小時(shí)，可采用齒型堰；為保證上一層塔盤的液相經(jīng)過(guò)降液管流入的液體能在塔盤上平均分布，并減少降液管底部出口處的水平?jīng)_擊，可設(shè)置內(nèi)堰，堰高必定保證液封；當(dāng)液相流量很大時(shí)，設(shè)置凹形受液盤應(yīng)防備壓降過(guò)大。設(shè)置塔盤上其他非鼓泡地域是為了除掉泡沫挾帶外堰前平定區(qū)寬度取70～100mm，內(nèi)堰前平定區(qū)寬度取50～100mm，小塔徑中的平定地域酌減；為支撐塔盤及內(nèi)件，塔壁邊緣區(qū)寬度一般取50mm，大塔徑邊緣區(qū)寬度一般取60mm以上；計(jì)算塔盤的操作能力的準(zhǔn)則氣相負(fù)荷泛點(diǎn)率＝最小鼓泡面積/鼓泡面積。以能夠贊同的氣速為判據(jù)設(shè)計(jì)塔盤。恒定氣液比情況下的泛點(diǎn)率。以漏液點(diǎn)做為氣相負(fù)荷下限。以霧沫挾帶量e<0.1kg液體/kg氣體做為氣相負(fù)荷上限。以堰上最小溢流強(qiáng)度做為液相負(fù)荷下限。以板上最高清液層做為液相負(fù)荷上限。計(jì)算降液管的操作能力的準(zhǔn)則氣體穿過(guò)塔盤的總壓降=干板壓降＋穿過(guò)液層的壓降4.3設(shè)計(jì)模范格里奇(Glitsch)重盤式浮閥(Ballasttray)設(shè)計(jì)模范：設(shè)計(jì)一個(gè)雙溢流型塔盤，板間距(HT)為20英寸。主要數(shù)據(jù)以下，實(shí)質(zhì)板數(shù)為75塊，V-1閥型。氣相負(fù)荷為271500磅/小時(shí)，密度V為2.75磅/英尺33按最大負(fù)荷設(shè)計(jì)相應(yīng)的降液管截面積，用戶規(guī)定在小于70%泛點(diǎn)率(FF)的要求下做塔盤設(shè)計(jì)，即液泛系數(shù)FF=0.7。本系統(tǒng)物系為不發(fā)泡，系統(tǒng)發(fā)泡因數(shù)取1.0。液相流率GPM=259100/29.33=8834英尺3/小時(shí)=1100(美)加侖/分采用雙流型塔盤，NP=2氣相流率CFS=271500/2.75/3600=27.4英尺3/秒氣相負(fù)荷Vload=CFS(V/(L-V))1/2=27.4(2.75/(29.33-2.75))1/2=8.86英尺3/秒設(shè)計(jì)氣速VDdsg=7.5(TS)1/2(L-V)1/2systemfactor=7.5(20)1/2(29.33-2.75)1/21.0=170加侖/分/英尺2由附圖5a查得CAF=0.395英尺/秒O負(fù)荷因子CAF=CAFOsystemfactor=0.3951.0=0.395英尺/秒由附圖6查得塔徑DT(初估值)=7英尺5英寸(基于24英寸板間距和80%泛點(diǎn)率)流程長(zhǎng)度FPL(初估值)=9DT(初估值)/NP=97.5/2=33.7英寸最小鼓泡區(qū)面積AAM=(V+GPMFPL/13000)/(CAFFF)load=(8.86+110033.7/13000)/(0.3950.7)=42.5英尺2最小降液管截面積ADM=GPM/(VDdsgFF)=1100/(1700.7)=9.25英尺2最小塔截面積ATMIN=ABMIN+2ADMIN=42.5+29.25=61英尺2塔徑DT=(ATMIN/(/4))1/2=(61/0.7854)1/2=8.8英尺(取9英尺或108英寸)Tr2=T2/4=0.785422塔截面積A=D9=63.62英尺總的降液管截面積AD=ATADMIN/ATMIN=63.629.25/61=9.9英尺2降液管截面積大于塔截面積10%(AD>10%AT)，吻合設(shè)計(jì)原則。中央降液管寬度H3=WFAD/DT=129.9/9=13.2英寸其中由下表查得WF=12降液管面積比率，％寬度系數(shù)，WF程數(shù)AAAAHHHD1D3D5D735720.51--12--30.34-0.66--8.63-40.250.50.5-66.78-50.2-0.40.4-5.665.5側(cè)降液管截面積AD1=9.9/2=4.95英尺2AD1/AT=4.95/63.62=0.0777，既而由附表4查得H1/DT=0.1315側(cè)降液管寬度H1=0.1315DT=0.1315108=14.2英寸流程長(zhǎng)度FPL模數(shù)=(WFDT-(2H+H3+2H+2H))/NP157=(129-(214.2+13.2))/2=33.2英寸其中NP=2，所以H5=0；H7=0。經(jīng)計(jì)算FPL模數(shù)為32.5或34英寸，取32.5英寸。取整后，H1=14.5英寸；H3=14英寸。側(cè)降液管(弓形)截面積AD1=扇形面積-三角形面積扇形面積=/360r2=/360DT2/4其中弧心角=2cos-1((r-H1)/r)=2cos-1(1-H/D)1T三角形面積=(r-H1)(r2-(r-H1)2)1/2=(DT/2-H1)(DT2/4-(DT/2-H1)2)1/2計(jì)算得AD1=5.09英尺2；2AD1=10.18英尺2。中央降液管(雙圓缺形)截面積AD3=矩形面積+2弓形面積矩形面積=2(r2-(H3/2)2)1/2H3=2(DT2/4-(H3/2)2)1/2H3弓形面積=扇形面積-三角形面積扇形面積=/360r2=/360DT2/4其中弧心角=2sin-1((H3/2)/r)=2sin-1(H3/DT)三角形面積=(H3/4)(DT2-H32)1/2當(dāng)2H3/DT很小時(shí)，AD3=矩形面積=DTH3=10.5英尺2平均降液管面積A=(2A+A)/2=10.342英尺DD1D3鼓泡區(qū)面積AB=AT-(2AD1+AD3+2AD5+2AD7)B=AT-2D英尺2或AA=63.62-20.68=42.94其中NP=2，為雙流型塔盤，AD5=0；AD7=0。泛點(diǎn)率%=100(Vload+GPMFPL/13000)/(ABCAF)=100(8.86+110032.5/13000)/(42.940.395)=68.6%或泛點(diǎn)率%=100Vload/(ATCAF(/4))=(100)(8.86)/(63.620.3950.7854)=45.2%取兩式較大值，泛點(diǎn)率為68.6%，小于80%，吻合設(shè)計(jì)原則。精餾研究公司(FRI)篩孔塔盤(RSVP)設(shè)計(jì)模范：本例為一真空精餾塔，塔的贊同壓降為

105mmHg。理論板數(shù)為45，假設(shè)板效率為40%，對(duì)于進(jìn)料地址有為120塊。若設(shè)計(jì)為一個(gè)單塔，則壓力降為0.55英寸液柱

10塊附加板，則總板數(shù)/板，對(duì)于實(shí)質(zhì)設(shè)計(jì)，就太低了。若設(shè)計(jì)為兩個(gè)塔(分為提餾塔和精餾塔)，每個(gè)塔60塊板，則壓力降為1.1英寸液柱/板，設(shè)計(jì)塔徑為8英尺左右。本設(shè)計(jì)為三個(gè)塔，每個(gè)塔40塊板，則壓力降pdsg為1.65英寸液柱/板。精餾段塔氣相負(fù)荷為29000磅/小時(shí)，密度V為0.018磅/英尺3，液相負(fù)荷為24000磅/小時(shí)，密度L為52磅/英尺3。氣相流率CFS=29000/0.018/3600=447.53英尺3/秒Vload=CFS(V/(L-V))1/2=8.33英尺3/秒液相流率GPM=24000/52=461.54英尺3/小時(shí)=58加侖/分=24000/52/3600=0.13英尺3/秒S7=Vload/GPM=8.33/0.13=64DT=((4.7Vload)/(Pdsg-0.7)1/2)1/2=((4.78.33)/(1.65-0.7)1/2)1/2=6.34英尺進(jìn)料段塔氣相負(fù)荷為30000磅/小時(shí)，密度V為0.029磅/英尺3，液相負(fù)荷為33000磅/小時(shí)，密度L為53磅/英尺3。氣相流率CFS=30000/0.029/3600=287.36英尺3/秒Vload=CFS(V/(L-V))1/2=6.71英尺3/秒液相流率GPM=33000/53=622.64英尺3/小時(shí)=78加侖/分=33000/53/3600=0.17英尺3/秒S=Vload/GPM=6.71/0.17=407D=((4.7Vload)/(P-0.7)1/2)1/2Tdsg=((4.76.71)/(1.65-0.7)1/2)1/2=5.69英尺提餾段塔氣相負(fù)荷為31000磅/小時(shí)，密度V為0.042磅/英尺3，液相負(fù)荷為34000磅/小時(shí)，密度L為54磅/英尺3。氣相流率CFS=31000/0.042/3600=205.03英尺3/秒Vload=CFS(V/(L-V)1/2=5.71英尺3/秒液相流率GPM=34000/54=629.63英尺3/小時(shí)=79加侖/分=34000/54/3600=0.18英尺3/秒S7=Vload/GPM=4.71/0.18=32DT=((4.7Vload)/(Pdsg-0.7)1/2)1/2=((4.75.71)/(1.65-0.7)1/2)1/2=5.25英尺三段塔徑圓整后一致取6.5英尺。塔盤部署設(shè)計(jì)精餾段塔進(jìn)料段塔提餾段塔塔徑，英尺6.56.56.5板間距，英尺2.01.51.5塔截面積，英尺233.233.233.2堰長(zhǎng)，英寸787878降液管弦長(zhǎng)，英寸505050降液管弦長(zhǎng)/塔徑0.6410.6410.641降液管面積，英尺22.142.142.14降液管受液盤面積，英尺22.142.142.14降液管受液盤高度，英寸0.50.50.5降液管底縫隙，英寸0.50.50.5降液管底面積，英尺20.170.170.17不開(kāi)孔面積，英尺20.920.920.92鼓泡面積，英尺2282828流路寬度，英寸696969流路長(zhǎng)度，英寸606060孔徑，英寸???板厚，英寸1/81/81/8孔徑/板厚222孔面積，英尺24.293.63.07開(kāi)孔率，%15.312.911液泛的氣相負(fù)荷，英尺3/秒10.098.718.62安全系數(shù)1.211.31.515.填料塔的設(shè)計(jì)5.1設(shè)計(jì)原則對(duì)于一般亂堆填料，壓降應(yīng)小于200～250mm水柱/米填料層,才不會(huì)發(fā)生液泛。(1)對(duì)于操作壓力降在125～167mm水柱/米填料層的低中壓填料塔，應(yīng)選擇壓力降在63～83mm水柱/米填料層的填料；對(duì)于吸取和相似系統(tǒng)，應(yīng)選擇壓力降在17～63mm水柱/米填料層的填料；對(duì)于常壓或加壓蒸餾，應(yīng)選擇壓力降在42～83mm水柱/米填料層的填料；(4)對(duì)于真空蒸餾，隨物系而定，選擇壓力降在8～21mm水柱/米填料層的填料；對(duì)于泡沫物系，應(yīng)選擇壓力降在8～21mm水柱/米填料層的填料；對(duì)于無(wú)泡沫物系，辦理能力與表面張力沒(méi)關(guān)。但在有泡沫的條件下，處理能力將碰到表面張力顯著影響，所以設(shè)計(jì)必定采用正常無(wú)泡沫液體的50%操作壓力降；對(duì)于粘度L<30cp的液體，粘度辦理能力的影響甚微，而對(duì)于高粘度的液體，應(yīng)選擇較大的填料以減少壓力降。填料層持液量應(yīng)小于塔釜持液量的5%，以保證塔效率。填料塔蒸餾過(guò)程中的氣液容積比相對(duì)于吸取過(guò)程要小得多，設(shè)計(jì)塔徑一般小于800mm，填料層高度一般小于6～7米，以保證液體噴淋平均。拉西環(huán)的“徑比”為20～30；鮑爾環(huán)等一類環(huán)形填料的“徑比”為10～15；鞍形填料的“徑比”下限為15；當(dāng)DT300mm時(shí)，填料公稱尺寸20～25mm;當(dāng)300mmDT900mm時(shí)，填料公稱尺寸25～38mm；當(dāng)DT900mm時(shí)，填料公稱尺寸50～80mm。填料的負(fù)荷上限表征了其相對(duì)生產(chǎn)能力，一些填料的負(fù)荷上下限以下：25mm38mm50mm拉西環(huán)1.001.001.00矩鞍環(huán)1.321.201.23鮑爾環(huán)1.551.601.50階梯環(huán)1.701.761.65鞍環(huán)2.052.021.95SV)1/2也表征了設(shè)計(jì)氣體負(fù)荷，某些填料的S以下：填料的負(fù)荷因子F=W(F25mm38mm50mm矩鞍環(huán)1.191.451.70鮑爾環(huán)1.351.832.00鞍環(huán)1.761.972.20部分填料的等板高度HETP表征了其相對(duì)分別效率，部分填料的HETP如下：25mm38mm50mm矩鞍環(huán)430550750鮑爾環(huán)420540710鞍環(huán)430530650部分填料在相同氣速下的相對(duì)壓降：25mm38mm50mm矩鞍環(huán)1.001.001.00鮑爾環(huán)1.693.062.64鞍環(huán)0.500.520.43常用填料的噴淋點(diǎn)密度：當(dāng)DT1200mm時(shí)，每230cm2塔截面積內(nèi)設(shè)置一個(gè)噴淋點(diǎn)；當(dāng)DT=750mm時(shí)，每60cm2塔截面積內(nèi)設(shè)置一個(gè)噴淋點(diǎn)；當(dāng)DT=400mm時(shí)，每30cm2塔截面積內(nèi)設(shè)置一個(gè)噴淋點(diǎn)。對(duì)于漣漪填料，