浮阀塔专业课程设计样本Word下载.docx
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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
ρL(kg/m3)
气相密度
ρV(kg/m3)
液相流量
Ls(m3/s)
气相流量
Vs(m3/s)
表面张力
σ(mN/m)
819
1.01
0.0064
1.88+0.001×
n
38
其中:
n为学号
要求:
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
式中C可由史密斯关联图查出,横标的数值为
取板间距,板上液层高度,则图中参数值为
由图查得,表面张力
,则空塔气速为
则塔径D为:
按标准塔径圆整D=,则
塔截面积:
(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:
取堰长,即
2出口堰高hw:
采用平直堰,堰上液层高度可依下式计算:
近似取,则可由列线图查出值。
3弓形降液管宽度和面积:
由图查得:
,则
停留时间,故降液管尺寸合理。
4降液管底隙高度
取降液管底隙处液体流速则
(3)塔板布置及浮阀数目与排列取阀动能因子用下式求孔速即
d0=,则每层塔板上的浮阀数为
取边缘区宽度,破沫区宽度,塔板鼓泡区域面积为:
浮阀排列方式采用等腰三角形叉排。
取同一横排的孔心距,则可按下式估算排间距,即
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。
按、以三角形叉排方式作图(见附图1),排得阀数148个。
按重新核算孔速及阀孔动能因数:
浮阀动能因数变化不大,仍在范围内。
二、塔板内部结构图
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
1板阻力:
由下式计算,即
因,故按下式计算干板阻力,即
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,有
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
(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
与气体通过塔板的压强降所相当的液柱高度:
前已算出
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
板上液层高度:
前已选定板上液层高度为
可见,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
甲醇和水为正常系统,取物性系数,又查图得泛点负荷系数,将以上数值代入下式得
又按下式计算泛点率,得
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的要求。
四、塔板负荷性能图
雾沫夹带线
按泛点率为80%计算如下:
整理得
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)。
附表1
0.0020.010
3.292.98
液泛线
由上式确定液泛线。
忽略式中,则有
因物系一定,塔板结构尺寸一定,则,,,,,,及等均为定值,而与又有如下关系,即
式中阀孔数N与孔径亦为定值,因此可将上式简化为与的如下关系式:
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。
据表中数据做出液泛线
(2)
附表2
0.0010.0050.0090.013
4.233.973.723.42
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:
以作为液体在降液管中停留时间的下限,则
求出上限液体流量值(常数)。
在图上液相负荷上限线为与气体流量无关的竖直线(3)
漏液线
以作为规定气体最小负荷的标准,则
据此做出与液体流量无关的水平漏液线(4)
液相负荷下限线
取堰上液层高度作为液本负荷下限条件,依的计算式计算出的下限值,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)。
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。
由塔板负荷性能图可以看出:
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。
塔板的气相负荷上限由雾沫夹带控制,操作下限由漏液控制。
按照固定的液气比,由附图2查出塔板的气相负荷上限
五、汇总表
附表3浮阀塔板工艺设计计算结果
项目
数值及说明
备注
塔径D/m
1.4
板间距HT/m
0.5
塔板形式
单溢流弓形降液管
分块式塔板
空塔气速u/(m/s)
1.227
堰长lw/m
0.94
堰高hw/m
0.046
板上液层高度hL/m
0.07
降液管底隙高度h0/m
0.04
浮阀数N/个
148
等腰三角形叉排
阀空气速u0/(m/s)
10.69
阀孔动能因数F0
11
临界阀孔气速u0c/(m/s)
10.45
孔心距t/m
0.075
指同一横排的孔心距
排间距t`/m
0.08
两横排的中心线距离
单板压降ΔPp/pa
580
液体在将夜管内停留时间θ/s
9.38
降液管内清液层高度Hd/m
0.187
泛点率/%
48.93
气相负荷上限(Vs)max/(m3/s)
2.98
雾沫夹带控制
气相负荷下线(Vs)min/(m3/s)
0.88
漏液控制
操作弹性
3.39
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