醇-水二元体系浮阀精馏塔的工艺设计_化工原理课程设计(编辑修改稿)

醇-水二元体系浮阀精馏塔的工艺设计_化工原理课程设计(编辑修改稿)内容摘要：

/ D= ,查得 dWD =, fTAA = ∴ Wd= 1=, Af= = ④降液管底隙高度 23 降液管底隙高度是指降液管下端与塔板间的距离，以 oh 表示。 降液管底隙高度应低于出口堰高度 Wh ， (hwho)不应低于 6mm 才能保证降液管底端有良好的液封 . 工程上 ho一般取 2025mm。 本次设计中取 22mm。 hwho= 22 = mm 6 mm 故降液管底隙高度设计合理。 取安定区宽度 sW =， 边缘区宽度取 cW = 弓形降液管宽度 Wd= 采用 F1型重阀，孔径为 39mm。 取阀孔动能因子 FO= ① 孔速 uo= ,VmF=()= m/s ② 浮阀数 ： n=24sVdu =（ 1/4 ） ==108(个 ) ③ 有效传质区 ： 根据公式： 2 2 2 12 s i n180axA x R x R R    其中 ： R= 2 cD W = 24 x= ()2 dD W Ws= ∴ 2 2 2 12 s i n180axA x R x R R   = ④ 塔板的布置 因 D800mm 故塔板采用分块式，查表的塔块分为 3块，采用等腰三角形叉排。 浮阀塔筛孔直径取 d=39mm,阀孔按等腰三角形排列。 ⑤阀 孔的排列 ： 第一排阀孔中心距 t为 75mm，各排阀孔中心线间的距离 t’ 可取65mm,80mm,100mm. 经过精确绘图，得知，当 t’ =65mm 时，阀孔数 N 实际 =98 个 按 N=85 重新核算孔速及阀孔动能因数： 孔速 u0= VS/（π 1/4 d2 N） = m/s 25 F0=uo (ρ V,M) = 阀孔动能因数变化不大，仍在 9～ 12范围内。 ⑥ ∴ 开孔率 φ ∵空塔气速 u= VS / AT = m/s ∴ φ =u / uo = / = % ∵ 5%%15%, ∴ 符合要求 故： t=75mm , t’ =65mm, 阀 孔数 N 实际 =98 个 ∴ 则每层板上的开孔面积 AO =A a φ = %= 4）塔板流体力学的验算 气体通过浮阀塔板的压力降 (单板压降 ) 1pch h h h   ① 干板阻力 : 浮阀由部分全开转为全部全开时的临界速度为 U0,c U0,c=（ ,M） （ 1/） =∴ 2Vc Luh g = （ 2 ） = ② 液层阻力 充气系数  =,有 : h1’ =  h1=0. 06= 26 ③ 液体表面张力所造成阻力 , 此项可以忽略不计。 故气体流经一层浮阀塔塔板的压力降的液柱高度为： hp=+= ∴ 常板压降 p p LP h g = = 640Pa, 符合设计要求。 b. 液泛的校核 为了防止塔内发生液泛，降液管高度应大于管内泡沫层高度。 即： Hd≤ψ（ HT+hW） Hd=hw+how+hd+hp+△ hd=(LS/(lwho))2 甲醇 水属于一般物系，ψ取 对于浮阀塔△≈ 0 则 Hd=hw+how+hd+hp+△ =++(())2+= ψ（ HT+hW） =(+)= 因 ， 故本设计中不会出现液泛 为使液体夹带的气泡得以分离，液体在降液管内应有足够的停留时间。 由实际经验可知，液体在降液管内停留的时间不应小于 3— 5s。 ∵ lW / D= ,查得 dWD =,fTAA= ∴ Wd= 1=, Af= = 27 停留时间 θ=A fHT/LS=5s ∴符合要求 d．雾沫夹带 泛点率 = 6Vs s LLVFbV L lK C A  100% lL=D2Wd=12 = Ab=AT2Af= = 式中 : lL—— 板上液体流经长度， m。 Ab—— 板上液流面积， m2 ； CF—— 泛点负荷系数， 由图查得泛点负荷系数 取 K—— 特性系数， 查下表， 取 . 物性系数 K 系统 物性系数 K 无泡沫，正常系统 氟化物（如 BF3，氟里昂） 中等发泡系统（如油吸收塔、胺及乙二醇再生塔） 多泡沫系统（如胺及乙二胺吸收塔） 严重发泡系统（如甲乙酮装置） 形成稳定泡沫的系统（如碱再生塔） 28 由上代入数据得：泛点率 =% ∵对于大塔，为避免过量雾沫 夹带，应控制泛点率不超过 80%。 计算出的泛点率在 80%以下，故可知雾沫夹带量能够满足 ev 液 /kg(干气 )的要求。 e. 漏液验算 55m i n,000 VuFF因数对于浮阀塔，阀孔动能 smuV/ 55m i n,0   smnduV s /5 3 1 3 8 9 3220m i n,0m i n,   m3/sVs= m3/s,可 见不会产生过量漏液。 4) 塔板负荷性能图及操作弹性 ①液相下限线 因堰上液层厚度 how为最小值时，对应的液相流量为最小。 29 设 how,小 = LW= 推出 LS= m3/s ②液相上限线 当停留时间取最小时， LS为最大，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。 以 作为液体在降液管中停留时间的下限 ， 因 Af= ， HT= ∵ θ=A fHT/LS 则 LS,大 = / 5=③漏液线 5 5m i n,00 0 VuF F 因数对于浮阀塔，阀孔动能 smuV/88 55m i n,0   smnduV s /5 3 1 3 8 9 3220m i n,0m i n,   据此可作出与液体流量无关的水平漏液线。 ④雾沫夹带线 6Vs s LLVFbV L lKC A 根据经验值，因该塔径 控制其泛 点率为 80% 代入上式 ∵ lL=D2Wd=12 = Ab=AT2Af= = 30 K物性系数查表得 K=1, CF泛点负荷因素，查表得 CF= 代入计算式，整理可得： += 由上式知雾沫夹带线为直线，则在操作范围内任取两个 LS值，依式算出相应的值列于下表中。 ls vs ⑤液泛线 为了防止塔内发生液泛，降液管高度应大于管内泡沫层高度。 联立以下三式： 由上式确定液泛线。 忽略式中 项，将以下五式代入上式， 31 得到： 因物系一定，塔板结构尺寸一定，则 、 、 、 、 、 、 及φ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，可将上式简化成 与 的如下关系式： 其中 ：  3232025)3600()1()()1()(wwwTVlEdhlchHbnLβρρ  .50取 带入数据： dcba 由 222 3aV s b cLs dL s   得 3222 3 0 0 9 3 4 51 5 1 9 2 9 2 sss LLV  32 LS vs ⑥操作负荷线 由以上各线的方程式，可画出图塔的操作性能负荷图。 根据生产任务规定的气液负荷，可知操作点 P(， )在正常的操作范围内。 过圆点连接 OP作出操作线 . 由塔板负荷性能图可以看出： （ 1）在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。 （ 2）塔板的气相负荷 上限完全由雾沫夹带控制，操作下限由漏液控制。 （ 3）操作弹性 Vmax=, Vmin= 操作弹性 =Vmax/ Vmin =3 ∴此设计符合要求。 33 精馏段负荷性能图012340 lsvs操作线液相上限线漏液线液相下限线液泛线雾沫夹带 1) 提馏段汽、液相体积流率为： LS’ = m3/s VS’ = 2)塔径的计算 取塔板间距 HT =，板上液层高度 h1=，那么分离空间： HT – h1 = = 功能参数： 39。 39。 39。 39。 )(VLSSVL = 34 从史密斯关联图查得： 39。 20C = 由公式 C= 20C20校正得 C= 39。 39。 39。 39。 2039。 m a x39。 )20(  VVLcu =取安全 系数 ，则 u’=0. 7 umax’ =∴ 39。 4 39。 39。 uD V S= 为了防止精馏段塔径大于提留段，造成塔的稳定性下降，所以圆整取 D’ = ∴塔截面积 AT’ =14 D = m2 空塔气速 : u’ = VS ’ / AT’ = 3) 溢流装置的确定 单溢流又称直径流，液体自液盘横向流过塔板至溢流堰，流体流径较大，塔板效率高，塔板结构简单 ，加工方便，直径小于 的塔中广泛使用。 工业中应用最广的降液管是弓形降液管。 35 综合考虑各方面因素，本设计体系 采用单溢流、弓形降液管。 ① 堰长 lw’ ∵塔径 D’ = , ∴ 堰长 lw’=0. 7D’=0. 7m ② 出口堰高 hw’=h 1’ how’ ∵ L’ / l W’ = 3600/= l W’ / D= 查流体收缩系数图得： E=, mlLEhwsow 01 46 ) 36 0000 21 ()39。 (39。 323323   ∴ h w’ = hl’ how’ == m ③ 降液管的宽度 dW ’ 与降液管的面积 fA ’ ： 由 lW ’ /D= 查图得 查得 dWD ’=0. 15, fTAA’= ∴ Wd’=0. 15 1=, Af’= = ④ 液体在降液管中停留时间 θ = Af’ HT/Ls’ = 5s 36 故降液管设计合适 ⑤ 降液管底隙高度 h0’ 降液管底隙高度是指降液管下端与塔板间的距离，以 oh 表示。 Ho的大小应在20~25mm 之间。 降液管底隙高度应低于出口堰高度 Wh ， (hwho)6mm 才能保证降液管底端有良好的液封。 工程上 ho一般取 2025mm。 本次设计中取 22mm。 hW’ h0’ ==6mm 故降液管底隙高度设计合理。 取安定区宽度 WS’ = 边缘区宽度 WC’= 4m 弓形降液管宽度 Wd’=0. 14m 采用 F1型重阀，孔径为 39mm。 取阀孔动能因子 FO=10 ① 孔速 uo’ = ,VmF=10/()=② 浮阀数 : 37 n=24sVdu =（ 1/4 ） ==98(个 ) ③ 有效传质区 面积 ： 根据公式： 2 2 2 12 s i n180a xA x R x R R    其中 ： R= 2 cD W = x= ()2 dD W Ws= ∴ Aa’ =。