化工原理课程设计—浮阀塔塔板设计专业:化学工程与工艺班级:化工0701姓名:曾超学号：0701010101成绩:指导教师：张克铮题目: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。

已知条件见下表：（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）给出设计结果列表进行分析和讨论设计计算及验算1.塔板工艺尺寸计算塔径欲求塔径应先给出空塔气速u ，而max u )(⨯=安全系数u vvl 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m H T 45.0=，板上液层高度m h L 05.0=,则图中参数值为m h 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 c s m 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m u 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（1）实际空塔气速s m A V u T s /801.001.261.1===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W l :取堰长D l W 66.0=,即m l W 056.16.166.0=⨯=②出口堰高W h ：OW L W h h h -=采用平直堰，堰上液层高度OW h 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OW h 值。

m021.0h 056.1,/6.213600006.0OW 3===⨯=，查得m l h m L W h m h h h OW L W 029.0021.005.0=-=-=则③弓形降液管宽度d W 和面积f A :66.0=D l W 由图103-查得：124.0,0721.0==DWA A d T f ,则 2145.001.20721.0m A f =⨯=m W 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 s W h o ==取降液管底隙处液体流速,/13.0'0s m u =则 m h o 0437.013.0056.1006.0=⨯=取m h o 04.0=塔板布置及浮阀数目与排列取阀动能因子,10=o F 用下式求孔速,o u 即s m 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m W c 06.0=，破沫区宽度m W s 10.0=，m W D R c 74.006.026.12=-=-=m W 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 t a 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m mm t 065.065'==。

按mm t 75=、mm t 65'=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o F 变化不大，仍在12~9范围内。

塔板开孔率=%6.13%10091.5801.00=⨯=u u2.附图1（图中细实线为塔板分块线）塔板流体力学验算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 c p ++=1①干板阻力：由下式计算,即sm u v oc /76.5996.21.731.73852.1852.1===ρ因oc o u 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m h 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m h p 059.0025.0034.0=+=液柱（2）则单板压降Pa g h P L p p 48781.99.841059.0=⨯⨯==∆ρ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 d h H H +≤φ.d H 可用下式计算，即d L p d h h h H =+=①与气体通过塔板的压强降所相当的液柱高度p h ：前已算出m h 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m h 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 L 05.0=则m H d 112.000309.005.0059.0=++=取5.0=φ，又已选定m H T 45.0=，m h W 029.0=。

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

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⨯-=TF L v sA KC V ρρρ泛点率板上液体流径长度 m W D Z d L 202.1199.0260.12=⨯-=-=板上液流面积272.1145.0201.22m A A A f 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=F C ，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3.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。

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s s L V 3.27945.2-= （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）。

0.0020。

0102。

892。

67附表1 ⑵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T H ，W h ，0h ，W l ，v ρ，L ρ，0ε及φ等均为定值，而0u 与s V 又有如下关系，即Nd Vsu 2004π=式中阀孔数N 与孔径0d 亦为定值，因此可将上式简化为s V 与s L 的如下关系式：3222s s s dL cL b aV --=即3/222968.075.85197.001293.0s s s L L V --=或3/222965.073480.15s s s L 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。

0.0010.0050。

0090.0133。

803。

583.383。

15 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s L 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s s L V -图上液相负荷上限线为与气体流量s V 无关的竖直线（3） ⑷漏液线对于1F 型重阀，依500==v u F ρ计算，则vu ρ50=.又知0204Nu d V s π=则得vs Nd V ρπ5420=以50=F 作为规定气体最小负荷的标准,则s m 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m h ow 006.0=作为液本负荷下限条件,依ow h 的计算式计算出s L 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。