年产3.8万吨乙醇浮阀塔设计

12.3.3提馏段参数的确定（1）由91.175℃查乙醇水物系气液平衡数据：（内插法'x=0.0416'y=0.2992（2）提馏段气相体积流量'Vs及'v的确定'300(1)22.491.175273.15100012.2841117.282522.42.9784/20273.1536001000mRDTPVsmsTP精(1)460.299218(10.2992)26.378mAABAMMyMy3'3m101.331026.3780.882/8.31591.175273.15mVPMKgmRT提（3）提馏段液相体积流率及的确定'''1460.04161810.041619.1684/mAABAMMxMxgmol'''3'111955.2/0.041610.0416789964AALLABaakgm'''333''RD2.284117.282519.16845.3755/1.4910/955.2mmLLLMMLsmhms2.3.4塔径的计算：（1）初选塔板间距塔板间距TH的选定很重要，它与塔高、塔径、物系性质、分离效率、塔德操作弹性以及塔的安装、检修等有关，可参照下表选取经验数。塔径,TDm0.3—0.50.5—0.80.8—1.61.6—2.42.4—4.0板间距,THmm200—300250—350300—450450—600400—600根据经验数据可选取塔板间距TH=450mm(2)塔径的计算2○1初步计算塔径根据流量公式：4VsDusV----塔内的气相流量，3mu----空塔气速，/ms一般适宜的空塔气速为极限空塔气速的0.6~0.8倍，即max()uu安全系数，而maxLVVuC因物系液体表面张力38.192/mmNm精，,由史密斯关联图查得200.064C故0.220()0.075420mCC精取板间距HT=0.45m,取上板液层高度hL=0.05m，则图中参数值为0.450.050.40TLHhm根据以上数据max863.811.1780.07542.04/1.178LVVuCms取安全系数为0.6,则空塔气速为：0.62.041.224/ums故塔径442.89931.74/3.141.224VsDmsu○2塔径圆整值3初步算出D后，应按化工机械标准圆整并核算实际的气速。一般塔径在1m以内时，按100mm增值圆整。塔径超过1m时，按200mm增值圆整。常用的标准塔径为400、500、600、700、800、1000、1200、1400、1600、2000、2200mm等等。所以圆整到圆整后D=1.8m，计算圆整后下的实际空塔气速：22442.89931.29/1.8sVUmsD安全系数：max1.290.6322.04UU在0.6-0.8之间的范围内。2.3.5溢流装置与流体流型板式塔的溢流装置包括溢流堰，降液管及受液盘，本设计采用单流型具有弓形降液管塔板的溢流装置，单流型，液体流径较长，板面利用好，塔板结构简单，直径是在2.2m以下的塔径普遍采用此型。而方形降液管能充分利用塔内空间，提供较大降液面积及两相分离空间。（1）.溢流堰为维持塔板上一定高度的均匀流动液层，一般采用平直流堰（出口堰）（2）堰长lw根据溢流形式及液体负荷决定堰长。单溢流型塔板一般堰长lw=（0.6~0.8）D取堰长lw=0.6D=0.6×1800=1080mm=1.08m33360036002.31108.316/hsLLmh38.316/7.7100130/1.08hwLLmmh（3）出口堰高hwLwowhhh式中：Lh---塔板上液层高度，mowh---堰上液层高度，mwhm堰上液层高度，（3）堰上液层高度wh采用平直堰，堰上液层高度高可按2'32.84()1000howwLhEl计算，式中：wl---堰长，m4hl---塔内液体流量，3/mhE---液体收缩系数，可查得液体收缩系数图得E=1.03所以：2232.841.03(7.7)11.41000owhmmhw=0.05-0.0114=0.0386m2.3.6降液管（1）降液管宽度Wd和面积Af51.080.61.8wlD，由弓型降液管的宽度与面积图查得：0.053fTAA，0.11dWD则Af=0.053×AT=0.1348m2Wd=0.11D=0.198m按f'A=TsHL验算降液管内液体停留时间30.13480.45=26.262.3110s停留时间5s，故降液管尺寸可用(1)降液管底隙高度降液管底隙高度及降液管下端与塔板间的距离，以0h表示。为了保证良好的液封又不致使阻力太大，一般可取降液管底隙处液体流速00.00060.012whhm，所以取00.0060.03860.0060.0326whh2.3.7塔板设计塔板布置塔板的板面一般分四部分，即：（1）开孔区为布置筛孔，浮阀等部件的有交叉传质区，亦称鼓泡区。6塔板上的鼓泡面积2222arcsin180axAxRxRR式中：aA---开孔区面积，m22,2dsDxWWm,2cDRWm取边缘区域宽度：0.198dWm0.07Wsm0.04WcmX=0.632mR=0.86m将X，R代入公式中的22220.63220.632(0.86)(0.632)(0.86)arcsin1.9581800.86aAm（2）溢流区溢流区面积Af=0.1348m2（3）安定区开孔区与溢流区之间的不开孔区域为安定区，其作用为使自降液管流出液体在塔板上均匀分布并防止液体夹带泡沫进入降液管。宽度为0.07Wsm（4）无效区在靠近塔壁的塔板部分需要留出圈边缘区域或供支撑塔板的边梁之用，称之为无效区。其宽度:0.04Wcm2.3.8浮阀塔的开孔率级阀孔排列（1）阀孔孔径孔径由所选浮阀的型号决定。1F型浮阀使用得很普遍，已定为部颁标准。F1型浮阀的孔径为39mm。1F型浮阀的孔径为39mm。（2）塔板布置与浮阀数目及排列为确定浮阀数n，先要求得操作室阀孔气速0u。浮阀全开时的阀孔气速为阀孔临界气速0cu。工业试验结果表明：浮阀临界动能因数一般为：7009~12cvcFu，在实际操作中，当条件是常压和加压操作时，取0u=0cu，于是取0vcu=110cu=10.14m/s。每层塔板上浮阀数22002.8993239(0.039)10.1444SVNdu浮阀排列方式采用等腰三角形叉排，取同一排的孔心距t=75mm=0.075m按t=75mm，h=100mm，以等腰三角形叉排方式作图，排得阀数210个按N=210重新核算孔速及阀孔动能因数022.899310.6/(0.039)2284ums010.61.17811.512F阀孔动能因数F0变化不大，符合要求塔板开孔率20(/)10.7%NdD在10%~14%之间，符合要求2.3.9塔板流体动力学验算塔板液体力学验算的目的是为了检验以上初算塔径及各项工艺尺寸的计算是否合理，塔板能否正常操作，验算项目如下：（1）气相通过浮阀塔板的压强降气体通过浮阀塔板时的压强降为：pcLaPPPP式中：pP---气体通过每一层浮阀塔板的压强降，pacP---气体克服干板阻力所产生的压强降，paLP---气体克服板上充气液层的静压强所产生的压强降，paaP---气体克服液体表面张力所产生的压强降，pa习惯上，常把这些压强降折合成塔内液体的液柱高度表示，故上式可写成：pCIHhhh①干板阻力ch8对于1F型重阀1.8251.82573.173.19.6/1.178ocvumsu0=10.6m/s＞uoc（故阀以全开）故2201.17810.65.345.340.04222863.819.8vcLuhmg②板上充气液层阻力取充气系数ξ0=0.5hI=ξ0hL=0.5×0.05=0.025m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为故hp=0.042+0.025=0.067m(2)液泛为了使液体能由上层塔板稳定的流入下层塔板，降液管必须维持一定高度的液柱。降液管内的清液及高度Hd用来克服相邻两塔板的压强降。板上液层阻力和液体流过降液管的阻力。为了防止液泛发生，应保证降液管中当量清液层高度不超过上层塔板的出口堰，为此，应使Hd≤φ(HT+hw)Hd=hp+hl+hd①气体通过塔板的压强降所相当的液体高度hp，前已算hp=0.067m②液体通过降液管的压头损失，因不设进口堰故32202.31100.153()0.153()0.0006591.080.0326sdwLhmLh③板上液层高度，前已选定hl=0.05m则Hd=0.067+0.025+0.000659=0.09266m取φ=0.3又已选定HT=0.45m，hw=0.0386m，则φ(HT+hw)=0.3×（0.45+0.0386）=0.147m可见Hd＜φ(HT+hw),符合防止淹塔的要求(3)雾沫夹带9通常，用操作时的空塔气速与发生液泛时的空塔气速的比值作为估算雾沫夹带的指标，此比值称为泛点率在下列泛点率数值范围内，一般可保证雾沫夹带达到规定指标，即ev＜0.1kg液/kg气大塔泛点率80%直径0.9m以下的塔泛点率70%减压塔泛点率75%泛点率001.36100vssLLvFbVLZKCA板上液体流经长度ZL=D-2Wd=1.8-2×0.198=1.404m板上液体面积Ab=AT-2Af=223.141.820.13482.27384m苯和甲苯按正常系统取物性系数K=1.0，由泛点负荷系数图查得CF=0.105泛点率1.1782.89931.360.002311.404863.811.17846.27%80%1.00.1052.2738或泛点率001000.78vsLvFTVKCA0021.1782.8993863.811.17810050.97%46.27%0.781.00.1053.141.80.25故泛点率50.97%泛点率在80％以下，故知雾沫夹带量能满足ev＜0.1kg液/kg气的要求（4）漏液验算取阀孔动能因数05F作为控制漏液流量的操作下限。此时漏液量接近10%102.4塔板的负荷性能图当塔板的各项结构参数均已确定后，应将极限条件下sV—sL的关系标绘在直角坐标系中，从而得到塔板的适宜气液相操作范围，此即塔板的负荷性能图。负荷性能图由以下五条线组成。(1)雾沫夹带上限线当气相负荷超过此线时，雾沫夹带量将过大，使效率严重下降，塔板适宜操作区应在雾沫夹带线以下。对常压，塔径大于900mm的大塔，泛点率=80%为其雾沫夹带上限，则：依据泛点率001.3610080%vssLLvFbVLZKCA001.1781.361.248863.811.17810080%0.1061.7966ssVL整理得ssV=5.218-51.67L(2)液泛线指降液管内泡沫层允许达到最大值时的sV—sL关系塔板的适宜操作区应在此线以下，否则将会发生液泛使塔不能正常操作。φ(HT+hw)=dpLdHhhh时，由上式确定液泛线，忽略hσ项，液泛线方程为222/3SSSaVbcLdL的曲线方程其中，55221.1781.91101.91100.00379863.81262VLaN0(1)0.30.45(0.310.5)0.03860.0887TwbHh