浮阀塔课程设计说明书题目：拟建一浮阀塔用以分离苯-氯苯混合物（不易气泡），决定采用F1型浮阀，试根据以下条件做出浮阀塔（精馏段）的设计计算。

（1）进行塔板工艺设计计算及验算 （2）绘制负荷性能图 （3）绘制塔板结构图 （4）给出设计结果列表 （5）进行分析和讨论设计计算及验算1.塔板工艺尺寸计算（1）塔径 欲求塔径应先给出空塔气速u ，而 maxu )(⨯=安全系数uvvl cu ρρρ-=max式中c 可由史密斯关联图查出，横标的数值为0625.0)996.29.841(61.1006.0)(5.05.0==v l h h V L ρρ取板间距mH T45.0=，板上液层高度mhL05.0=，则图中参数值为mh H L T 4.005.045.0=-=-由图53-查得0825.020=c，表面张力./9.20m mN =σ0832.0)20(2.020=⨯=σc csm u /399.1996.2996.29.8410832.0max =-⨯=取安全系数为0.6，则空塔气速为 m /s 84.0399.16.0u max=⨯=⨯=安全系数u塔径mu V D s562.184.014.361.144=⨯⨯==π按标准塔径圆整m D 6.1=，则 塔截面积22201.2)6.1(414.34m D A T =⨯==π实际空塔气速 s m A V u T s /801.001.261.1===（2）溢流装置 选用单溢流弓形降液管，不设进口堰。

各项计算如下： ①堰长Wl ：取堰长D l W66.0=，即 m l W056.16.166.0=⨯=②出口堰高Wh ：OWL Wh h h-=采用平直堰，堰上液层高度OWh 可依下式计算：32)(100084.2Wh OWl L E h =近似取1=E ，则可由列线图查出OWh 值。

m021.0h 056.1,/6.213600006.0OW 3===⨯=，查得m l h m L W hmh h h OW L W 029.0021.005.0=-=-=则③弓形降液管宽度dW 和面积fA ： 66.0=DlW由图103-查得：124.0,0721.0==DW A A dTf，则2145.001.20721.0m A f =⨯=mW d 199.06.1124.0=⨯=停留时间sL H A L H A sT f hTf 88.10006.045.0145.03600=⨯===θs 5>θ，故降液管尺寸可用。

④降液管底隙高度''03600u l L u l L h W sW h o ==取降液管底隙处液体流速,/13.0's m u=则mh o 0437.013.0056.1006.0=⨯=取mho04.0=（3）塔板布置及浮阀数目与排列 取阀动能因子,10=oF用下式求孔速,ou 即sm F u voo /78.5996.210===ρ每层塔板上的浮阀数，即23478.5)039.0(461.14220=⨯⨯==ππosu d V N取边缘区宽度mWc06.0=，破沫区宽度mWs10.0=，m W D R c 74.006.026.12=-=-=mW W D x s d 501.0)10.0199.0(26.1)(2=+-=+-=222222236.1]74.0501.0arcsin )74.0(180501.074.0501.0[2]arcsin 180[2m RxR x R x A a =+-=+-=ππ浮阀排列方式采用等腰三角形叉排。

取同一横排的孔心距m mm t 075.075==，则可按下式估算排间距't ，即 mm Nt A ta 5.770775.0075.023436.1'==⨯==考虑到塔的直径较大，必须采用分块式塔板，而各分块的支承与衔接也要占去一部分鼓泡区面积，因此排间距不宜采用77.5mm ，而应小于此值，故取mmm t065.065'==。

按mm t 75=、mmt65'=以等腰三角形叉排方式作图（见附图1），排得阀数228个。

按228=N 重新核算孔速及阀孔动能因数：s m u o/91.5228)039.0(461.12=⨯=π23.10996.291.5=⨯=⨯=v o o u F ρ浮阀动能因数oF 变化不大，仍在12~9范围内。

塔板开孔率=%6.13%10091.5801.00=⨯=u u附图1(图中细实线为塔板分块线）2.塔板流体力学验算（1）气相通过浮阀塔板的压强降 可根据下式计算塔板压强降，即 σh h h h cp++=1①干板阻力：由下式计算，即 s m u voc/76.5996.21.731.73852.1852.1===ρ因ocou u>，故按下式计算干板阻力，即m g u h L V c 034.081.99.841291.5996.234.5234.5220=⨯⨯⨯⨯=⨯=ρρ液柱 ②板上充气液层阻力：本设备分离苯和甲苯混合物，即液相为碳氢化合物，可取充气系数5.00=ε，有mh h L 025.005.05.001=⨯==ε液柱③液体表面张力所造成的阻力：此阻力很小，忽略不计。

因此，与气体流经一层浮阀塔板的压强降所相当的液柱高度为mh p 059.0025.0034.0=+=液柱则 单板压降Pag h P L p p48781.99.841059.0=⨯⨯==∆ρ（2）淹塔 为了防止淹塔现象的发生，要求控制降液管中清液层高度)(w T dh H H+≤φ。

dH 可用下式计算，即 dLpdh h h H =+=①与气体通过塔板的压强降所相当的液柱高度ph ：前已算出mh p 059.0=液柱②液体通过降液管的压头损失：因不设进口堰，故按下式计算，即mh l L h oW sd 00309.0)04.0056.1006.0(153.0)(153.022=⨯⨯==液柱③板上液层高度：前已选定板上液层高度为m h L05.0=则mH d 112.000309.005.0059.0=++=取5.0=φ，又已选定mHT45.0=，mhW029.0=。

则m h H W T 24.0)029.045.0(5.0)(=+⨯=+φ可见)(W T dh H H +<φ，符合防止淹塔的要求。

（3）雾沫夹带 按以下两式计算泛点率，即%10036.1⨯+-=bF Ls v L vsA KC Z L V ρρρ泛点率及%10078.0⨯-=TFL vsAKCV ρρρ泛点率板上液体流径长度 mW D Z d L202.1199.0260.12=⨯-=-=板上液流面积 272.1145.0201.22m A A Af T b=⨯-=-=苯和甲苯为正常系统，取物性系数0.1=K ,又查图得泛点负荷系数128.0=FC，将以上数值代入下式得%2.48%10072.1128.00.1202.1006.036.1996.29.841996.261.1=⨯⨯⨯⨯⨯+-=泛点率又按下式计算泛点率，得%9.47%10001.2128.00.178.0996.29.841996.261.1=⨯⨯⨯⨯-=泛点率根据以上两式计算出的泛点率都在80%以下，故可知雾沫夹带量能够满足气）液）(/(1.0kg kg e V<的要求。

3.塔板负荷性能图 ⑴雾沫夹带线 依下式做出，即%10036.1⨯+-=bF Ls vL vsA KC Z L V ρρρ泛点率按泛点率为80%计算如下 ：80.072.1128.0202.136.1996.29.841996.2=⨯⨯+-s sL V整理得1761.0635.10598.0=+s s L V或ssL V3.27945.2-= （1）由式（1）知雾沫夹带线为直线，则在操作范围内任取两个Ls 值，依式（1）算出相应的Vs 值列于本例附表1中。

据此，可做出雾沫夹带线（1）。

附表1⑵液泛线d L o c d L p W T h h h h h h h h h H ++++=++=+1)(φ由上式确定液泛线。

忽略式中0h ,则有⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+++⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=+3/20223600100084.2)1(153.0234.5)(W s W oW s L o v W T l L E h h l L g uh H ερρφ因物系一定，塔板结构尺寸一定，则TH ，Wh ，0h ，Wl ，vρ，Lρ，0ε及φ等均为定值，而0u 与sV 又有如下关系，即Nd Vs u 2004π= 式中阀孔数N 与孔径0d 亦为定值，因此可将上式简化为sV 与sL 的如下关系式：222ss s dL cL b aV --=即3/222968.075.85197.001293.0ss s L L V --= 或3/222965.073480.15ss sL L V--=在操作范围内任取若干个Ls 值，依式（2）算出相应的Vs 值列于本例附表2中。

据表中数据做出液泛线（2）附表2⑶液相负荷上限线液体的最大流量应保持在降液管中停留时间不低于3~5s 。

依下式知液体在降液管内停留时间为sL H A hTf 5~33600==θ以s 5=θ作为液体在降液管中停留时间的下限，则s m H A L T f s /013.0545.0145.05)(3max =⨯==（3）求出上限液体流量Ls 值（常数）。

在ssL V-图上液相负荷上限线为与气体流量sV 无关的竖直线（3）⑷漏液线 对于1F 型重阀，依500==v u Fρ计算，则vuρ5=。

又知204Nu d V s π=则得vsNd V ρπ5420=以5=F作为规定气体最小负荷的标准，则sm F Nd Nu d V vs /787.0996.25228)039.0(444)(32020020min =⨯⨯⨯===πρππ（4）据此做出与液体流量无关的水平漏液线（4）⑸液相负荷下限线 取堰上液层高度mhow006.0=作为液本负荷下限条件，依owh 的计算式计算出sL 的下限值，依此做出液相负荷下限线，该线为与气相流量无关的竖直线（5）。

006.0)(3600100084.23/2min =⎥⎦⎤⎢⎣⎡W s l L E取1=E ，则s m l L W s /0009.03600056.184.21000006.03600184.21000006.0)(32/32/3min=⨯⎪⎭⎫⎝⎛⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯= （5）根据本题附表1，2及式（3），（4），（5）可分别做出塔板负荷性能图上的（1），（2），（3），(4)及（5）共五条线，见附图2.附图2由塔板负荷性能图可以看出：①任务规定的气，液负荷下的操作点P （设计点），处在适宜操作区内的适中位置。