浮阀塔的设计示例

1浮阀塔设计示例设计条件拟建一浮阀塔用以分离某种液体混合物，决定采用F1型浮阀（重阀），试按下述条件进行浮阀塔的设计计算。Vs=1.27m3/s；液相流量Ls=0.01m3/s；ρV=3.62kg/m3；液相密度ρL=734kg/m3；σ=16.3mN/m，平均操作压强p=1.013×105Pa。设计计算过程（一）塔径u一般为最大允许气速uF的0.6～0.8倍u＝（0.6～0.8）uFC可由史密斯关联图查得，液气动能参数为：取板间距HT=0.6m，板上液层高度hL=0.083m，图中的参变量值HT-hL=0.6-0.083=0.517m。根据以上数值由图可得液相表面张力为20mN/m时的负荷系数C20=0.1。由所给出的工艺条件校正得：取安全系数为0.7，则适宜空塔速度为：2D=1.4m；在0.6～0.8范围间，合适。（二）溢流装置1）降液管尺寸lw=0.7D，即lw/D=0.7，由弓形降液管的结构参数图查得：Af/AT=0.09,Wd/D=0.15因此：弓形降液管所占面积:Af=0.09×1.54=0.139(m2)弓形降液管宽度:Wd=0.15×1.4=0.21(m2)5s，合适。2）溢流堰尺寸由以上设计数据可求出：lw=0.7×1.4=0.98m采用平直堰，堰上液层高度可依下式计算，式中E近似取1，即3溢流堰高:hw=hL-how=0.083-0.033=0.05mu0′=0.228m/s；降液管底隙高度：浮阀数及排列方式:1）浮阀数初取阀孔动能因数F0=11，阀孔气速为：每层塔板上浮阀个数：（个）2）浮阀的排列按所设定的尺寸画出塔板，并在塔板的鼓泡区内依排列方式进行试排，确定出实际的阀孔数。Wd=0.21m，选取无效边缘区宽区WC=0.05m、破沫区宽度WS=0.075m，由下式计算鼓泡区面积，即：4浮阀的排列方式采用等腰三角形叉排。取同一横排的空心距t=75mm，则等腰三角形的高度：由于塔直径D=1400mm，需采用分块式塔板四块（其中两块弓形板、通道板和矩形板各一块）。考虑到各分块的支承与衔接要占去一部分鼓泡区面积，因此排间距t′应小于计算值，故取t′=0.065m。现按t=75mm、t′=65mm的等腰三角形叉排方式画出浮阀排列图，可排出阀孔数180个，重新核算以下参数：阀孔气速：动能因数:动能因数在9～12之间，合适。塔板开孔率：开孔率在10％～14％之间，合适。（三）塔板流体力学验算1）塔板压降利用下式计算：（1）干板阻力临界孔速：＜u0因阀孔气速u0大于其临界阀孔气速u0C，故干板阻力计算式为：5（2）板上充气液层阻力本设备分离烃化液，液相为碳氢化合物，可取充气系数ε0=0.5。（3）液体表面张力造成的阻力所以:hp=0.047+0.042+0.0005=0.0895m单板压降:单板压降偏高。（一般对于常压精馏塔应在260～530Pa为宜）。2）降液管液泛校核为了防止降液管液泛现象发生，要求控制降液管内清液层高度Hd≤φ(HT+Hw)。其中:Hd=hp+hL+hd（1）气体通过塔板的压强降所相当的液柱高度hP前面已求出，hP=0.0895m。（2）液体通过降液管的压头损失（不设进口堰）（3）板上液层高度前已选定hL=0.083m所以Hd=0.00895+0.083+0.008=0.181m取降液管中泡沫层相对密度φ=0.5,前已选定板间距HT=0.6m，hw=0.05m。则φ(HT+Hw)=0.5(0.6+0.05)=0.325m可见，Hd＜φ(HT+Hw)，符合防止降液管液泛要求。63）液体在降液管内停留时间应保证液体在降液管内的停留时间大于3～5s，才能使得液体所夹带气体的释出。本设计＞5s可见，所夹带气体可以释出。4）雾沫夹带量校核依下面两式分别计算泛点率F，即及板上液体流径长度板上液流面积查得泛点负荷因数CF=0.141、物性系数K=1.0,将以上数据代入：及对于大塔，为避免过量雾沫夹带，应控制泛点率不超过80%。上两式计算的泛点率都在80%以下，故可知雾沫夹带量能够满足eV＜0.1kg(液)/kg(气)的要求。5）严重漏液校核当阀孔的动能因数F0低于5时将会发生严重漏液，前面已计出F0=11.24，可见不会发生严重漏液。（四）塔板负荷性能图1）气体负荷下限线（漏液线）7对于F1型重阀，因动能因数F0＜5时会发生严重漏液，故取F0=5计算相应的气相流量(VS，min)：2）过量雾沫夹带线根据前面雾沫夹带校核可知，对于大塔，取泛点率F=0.8，那么:LS=0时，VS=2.035m3/s；当LS=0.01时，VS=1.846m3/s。由这两点便可绘出雾沫夹带线。3）液相负荷下限线对于平直堰，其堰上液层高度how必须要大于0.006m。取how=0.006m，可作出液相负荷下限线。取E=1、代入lw则可求出（LS）min：4）液相负荷上限线液体的最大流量应保证在降液管中停留时间不低于3～5s，取θ=5s作为液体在降液管中停留时间的下限，则：85）液泛线先求出Vs与Ls的关系，就可在操作范围内任意取若干点，从而绘出液泛线。其中：将计算出的a、b、c、d值代入上式方程并整理可得：在操作范围内任意取若干Ls值，由上式可算出相应的Vs值，结果列于下表。将以上五条线标绘在同一Vs～Ls直角坐标系中，画出塔板的操作负荷性能图。将设计点（Ls，Vs）标绘在图中，如P点所示，由原点O及P作操作线OP。操作线交严重漏液线①于点A，过量雾沫夹带线②于点B。由此可见，此塔板操作负荷上下限受严重漏液线①及过量雾沫夹带线②的控制。分别从图中A、B两点读得气相流量的下限Vmin及上限Vmax，可求得该塔的操作弹性。9设计结果附表：浮阀塔板工艺设计计算结果表10