化工原理课程设计浮阀塔的设计专业：化学工程与工艺班级：化工1003：皓升学号：1001010310成绩：指导教师：王晓宁目录设计任务书 (1)一、塔板工艺尺寸计算 (2)（1）塔径 (2)（2）溢流装置 (3)（3）塔板布置及浮阀数目与排列 (4)二、塔板部结构图 (6)三、塔板流体力学验算 (7)（1）气相通过浮阀塔板的压强降 (7)（2）夜泛 (7)（3）雾沫夹带 (8)四、塔板负荷性能图 (9)(1)雾沫夹带线 (9)⑵液泛线 (10)⑶液相负荷上限线 (10)⑷漏液线 (11)⑸液相负荷下限线 (11)五、汇总表 (13)设计任务书拟建一浮阀塔用以分离甲醇——水混合物，决定采用F1型浮阀（重阀），试根据以下条件做出浮阀塔的设计计算。

已知条件：其中：n为学号要求：1.进行塔的工艺计算和验算2.绘制负荷性能图3.绘制塔板的结构图4.将结果列成汇总表5.分析并讨论一 、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max u )(⨯=安全系数uvvl Cu ρρρ-=m ax式中C 可由史密斯关联图查出，横标的数值为0963.0)01.1819(89.10064.0)(5.05.0==v l h h V L ρρ 取板间距m H T 5.0=，板上液层高度m h l 07.0= ，则图中参数值为m h H L T 38.007.045.0=-=-由图53-查得085.020=c ，表面力./38m mN =σ0.20.22038()0.085=0.0962020c c σ⎛⎫=⨯=⨯ ⎪⎝⎭max0.096 2.73/u m s=⨯=取安全系数为0.6，则空塔气速为max u=0.6u =0.6 2.73=1.63m/s⨯则塔径D 为：1.22D m===按标准塔径圆整D=1.4m ，则塔截面积： 22254.1)4.1(414.34m D A T =⨯==π1.89 1.227/1.54s T V u m s A ===实际空塔气速：（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W l ：取堰长D l W 67.0=，即0.67 1.40.94W l m =⨯=② 出口堰高h w ：W L OW 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。

30.0064360023.04/h L m h =⨯=OW 0.94h 0.024m W l m ==，查得0.070.0240.046W L OW h h h m =-=-=则③ 弓形降液管宽度d W 和面积f A ：0.67Wl D =由图103-查得：135.0,076.0==DW A A dT f，则 212.054.1076.0m A f=⨯=m W d 189.04.1135.0=⨯=36000.120.59.380.0064f Tf T hsA H A H s L L θ⨯====停留时间：停留时间s 5>θ，故降液管尺寸合理。

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,/16.0'0s m u =则0.00640.0420.940.16o h m==⨯0.04o h m =取 （3）塔板布置及浮阀数目与排列 取阀动能因子,11=o F 用下式求孔速,o u 即10.95/o u m s===d 0=0.039m ，则每层塔板上的浮阀数为220 1.89145(0.039)10.9544s oV N d u ππ===⨯⨯取边缘区宽度m W c 06.0=，破沫区宽度m W s 07.0=，塔板鼓泡区域面积为：2a x =2arcsin 180A R R π⎡⎤⎢⎥⎣⎦ 1.40.060.6422c D R W m=-=-= 1.4()(0.1890.07)0.4422d s D x W W m =-+=-+=220.44(0.64)arcsin ] 1.031800.64a A m π=+=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' 1.030.095951450.075a A t mm Nt ====⨯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100mm ，而应小于此值，故取m mm t 08.080'==。

按mm t 75=、mm t 80'=以三角形叉排方式作图（见附图1），排得阀数148个。

按148=N 重新核算孔速及阀孔动能因数：21.8910.69/(0.039)1484o u m sπ==⨯10.6910.74m /o o F u s==⨯=浮阀动能因数o F 变化不大，仍在12~9围。

0 1.227=100%11.47%10.69u u =⨯=塔板开孔率二、塔板部结构图三、 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l p c h h h h σ=++① 板阻力：由下式计算，即10.45/oc u m s ===因o oc u u >，故按下式计算干板阻力，即2 1.0110.695.34 5.340.038m 228199.81v oc c l u h g ρρ⨯=⨯=⨯=⨯⨯液柱②板上充气液层阻力：本设备分离甲醇和水混合物，即液相为水，可取充气系数5.00=ε，有100.50.070.035L h h m ε==⨯=液柱③液体表面力所造成的阻力：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0.0380.0350.073p h m =+=液柱l 0.0738199.81586p p P h g Paρ∆==⨯⨯=则单板压降为：（2）夜泛 为了防止夜泛现象的发生，要求控制降液管中清液层d ()d T w H H h H φ≤+高度，。

可用下式计算，即 d p L dH 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0.071p h m =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22w 0.00640.153()0.153()0.00440.940.04s d o L h m l h ==⨯=⨯液柱③板上液层高度：前已选定板上液层高度为0.07L h m =0.0730.070.0440.187d H m =++=则w ==0.5m h =0.046m φT 取0.5，又已选定H 。

则()0.5(0.50.046)0.273T W H h m φ+=⨯+=可见)(W T d h 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100%F b=⨯泛点率100%F T=及 泛点率2 1.4020.189 1.022L d Z D W m =-=-⨯=板上液体流经长度 22 1.5420.12 1.30b T f A A A m =-=-⨯=板上液流面积甲醇和水为正常系统，取物性系数0.1=K ,又查图得泛点负荷系数113.0=F C ，将以上数值代入下式得100%62.76%=⨯=泛点率又按下式计算泛点率，得100%48.93%0.78 1.00.113 1.54=⨯=⨯⨯⨯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。

四 、塔板负荷性能图⑴雾沫夹带线100%F b=⨯泛点率按泛点率为80%计算如下 ：0.80=整理得0.035 1.380.118s s V L +=3.16040.8s s V L =-或 （1） 由式（1）知雾沫夹带线为直线，则在操作围任取两个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）。

⑵液泛线1()T W p L d c o L d H h h h h h h h h h φ+=++=++++由上式确定液泛线。

忽略式中0h ,则有22/32036002.84() 5.340.153(1)21000v os s T W W L w o w u L L H h h E g l h l ρφερ⎡⎤⎛⎫⎛⎫⎢⎥+=++++ ⎪ ⎪⎢⎥⎝⎭⎝⎭⎣⎦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0204Vsu d Nπ=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：222s s s aV b cL dL =--222/30.01080.204108 1.05s s sV L L =--即 222/318.891080097.22s s s V L L =--或 （2）在操作围任取若干个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）⑶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停留时间为:f 36003~5ThA H s L θ==以s 5=θ作为液体在降液管中停留时间的下限，则3max 0.120.5()0.012/55f T s A H L m s ⨯=== （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100=u u F F 对于型重阀，依计算，则2004s V d Nu π=204s V d Nπ=则得以50=F 作为规定气体最小负荷的标准，则2223min 000()(0.039)1480.88/444s V d Nu d Nm s πππ===⨯⨯= （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）。

2/3min 3600()2.840.006=1000s W L E l ⎡⎤=⎢⎥⎣⎦取E 1则3/23/23min0.00610000.00610000.94()0.0008/2.8413600 2.843600W s l L m s ⨯⨯⎛⎫⎛⎫==⨯= ⎪ ⎪⨯⎝⎭⎝⎭（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。