化工原理课程设计任务书

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：

液相密度 气相密度 液相流量 气相流量 Vs（m3/s） 1.48+0.001×n=1.485 表面张力 σ(mN/m) 38 33ρ（ ρ（ Ls（m3/s） Lkg/m）Vkg/m）819 1．01 0.00084 其中：n为学号 要求： 1． 2． 3． 4．

进行塔的工艺计算和验算 绘制负荷性能图 绘制塔板的结构图 将结果列成汇总表

5． 分析并讨论

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1. 塔板工艺尺寸计算

（1）塔径 欲求塔径应先求空塔气速u,而

u?安全系数?umax 依式知 umax?c???L??V ?V式中c可由史密斯关联图查出,横标的数值为

L hVh??L????V??0.50.00084?819????1.485?1.01?0.5?0.0161

取板间距HT?0.45m，取板上液层高度 hL?0.07m，则图中参数值为

5 HT?hL?0.4?0.?070.m 3 8

0.2?38?根据以上数值，查的c20?0.084，因??38mNm，需校正c?c20???20? umax?0.096?0.096，则

819?1.01?2.72ms

1.01取安全系数为0.6，则空塔气速为

u3 s u?0.6max?1.6m塔径D?4VS4?1.485??1.08m ?u??1.63按标准塔径圆整为D?1.2m，则 塔截面积 AT??441.485 实际空塔气速 u??1.312ms

1.131D2???1.2?2?1.131m2

（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lW：取堰长lW?0.66D，即 lW?0.66?1.2?0.792m ②出口堰高hW：可知

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hW?hL?hOW

采用平直堰，近似取E?1,因lW?0.792m，lh?0.00084?3600?3.024mh，查得hOW?0.0321m，则

3? hW?0.070.03?210.m0 3 ③弓形降液管宽度Wd和面积Af： 因为

lW?0.661 D?0.0722,Wd?0.124 D

由图查得

AfATAf?0.0722?1.131?0.0817m2Wd?0.124?1.2?0.1488m 液体在降液管中停留时间，即 ??3600AfHTLh?AfHTLs?0.0817?0.45?43.7s

0.00084 停留时间?＞5s，故降液管可用 ④降液管底隙高度ho

ho?hW?0.006?0.038?0.006?0.032m

（3）塔板布置及浮阀数目与排列 取阀孔动能因子Fo?10，求孔速uo uo?Fo?V?10?9.95?10ms 1.01 求每层塔板上的浮阀数，即 N??4Vsdu2oo?1.485?4?0.039?2?125

?10 取边缘宽度Wc?0.06m,破沫区宽度Ws?0.07m，计算塔板上的鼓泡区面积，即

3

?x??Aa?2?xR2?x2?R2arcsin180R???D1.2 R? ?Wc??0.07?0.54m22 x?D1.2??Wd?Ws????0.15?022??0.?5?3?220.?7?0 38m0.2 Aa?2?0.38??0.?38?180??0.3?80.53arc?sinm ?0.?530.730 浮阀排列方式采用等腰三角形叉排。取同一横排的孔心距t?75mm?0.075m，则可估算排间距t?，即 t??Aa0.730??0.07m8?Nt125?0.075 7m8m 考虑到塔的直径较大，必须采用分块式塔板，而各分块板的支撑于衔接也要占去一部分鼓泡区面积，因此排间距不宜采用78mm，而应小于此值，故取t??65mm?0.065m。 按t?75mm,t??65mm以等腰三角形叉排方式作图（见附图1），排得阀数128个。

uo?

1.485?4Fo?9.7?1?0.03?9?2?9.71ms128

9.771.?01 阀孔动能因数变化不大，仍在9~12范围内。 塔板开孔率?u1.314??100％=13.5％ uo9.772. 塔板流体力学验算

（1） 气相通过浮阀塔板的压强将 hp?hc?h1?h? ①干板阻力： uoc?1.82573.1?V?1.82573.1?10.446ms 1.01 因uo＜uoc，计算干板阻力，即

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hc?19.90.175uo?L9.710.175?19.9??0.036m液柱

819②板上充气液层阻力：本设备分离甲醇——水混合物，即液相为碳氢化合物，可取充气系数?o?0.5。

?0.0?7 h1??ohL?0.50.m0液柱35

③液体表面张力所造成的阻力：此阻力很小，忽略不计。 因此，气体流经一层浮阀塔板的压强降所相当的液柱高度为

hp?0.036?0.035?0.071m液柱

则 单板压降?p?hp?Lg?0.071?819?9.81?570.44Pa

（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，Hd??(???hw)。

Hd可用式3-24计算，即

?d?hp?hL?hd

① 与气体通过塔板额压降所相当额液柱高度hp：前已算出hp?0.061m液柱 ② 液体通过降液管的压头损失：因不设进口堰，故按式3-25计算，即

hd?0.153(Ls20.000842)?0.153()?1.68?10?4m液柱 lwh00.792?0.032③ 板上液层高度：前已选定板上液层高度为 hL?0.07m

则 Hd?0.061?0.07?0.000168?0.131m

取??0.5，又已选定HT?0.45m，hW?0.0379m。则

??HT?hW??0.5?0.45?0.0379??0.244m

可见Hd＜??HT?hW?，符合防止淹塔的要求。 （3）雾沫夹带 计算泛点率

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