化工设备选择与设计-F1型浮阀精馏塔设计

F1型浮阀精馏塔设计

图2-1 不同分离空间下动能参数与负荷系数之间的关系

H—板距，m hL—塔板上液层深度，m Ls、Vs分别为液、气两相的负荷，m3/s ρV、ρL分别为蒸汽、液体的密度 C—表面张力为20 mN/m的物系的负荷系数

适宜空塔速度u一般为最大允许气速的0.60~0.80倍，即

u?(0.60~0.80)umax(m/s)

取u?0.60umax?0.60?1.55?0.930m/s，则塔径

DT?Vs?0.785u0.47?0.80(m)

0.785?0.9302.2 塔板层数

塔板数48层，其中提馏段16层，精馏段32层。

3 标准塔盘选择

取动量因素FO?10，则

uo?Fo???101.32?8.70(m/s)

塔盘上的阀孔直径do?0.039m，故浮阀数为

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N?4Vs4?0.47??45.22（个） 22?douo?(0.039)?8.70按N=46查表2-1，选取塔盘的主要参数列于表2-2。

表2-1 浮阀塔盘标准（摘录）

表2-2 选取的塔盘的工艺参数

塔径项目 板间距弓形降液管堰长度lw/mm 529 溢流堰高浮阀数N[个] 浮阀排列方式 等腰三800 350 25~50 46 角形 75 65 每行阀孔中心距t/mm 行间距h/mm DT/mm HT/mm hw/mm 参数 按所选浮阀个数，校正动能因数Fo，即

uo?4Vs4?0.47??8.553(m/s） 22?doN?(0.039)?463

F1型浮阀精馏塔设计

FO?uo?v?8.5531.32?9.827?10(合理）塔截面积与溢流装置：

3.1 塔截面积AT

AT??42DT??4?0.82?0.503(m2)

3.2 溢流管截面积Af及溢流管宽度Wd

lw529??0.66 DT800由此查图2-2，得Af/AT?0.066及Wd/DT?0.114，故

Af?0.066AT?0.066?0.785?0.0518(m2)

Wd?0.114DT?0.114?1?0.114(m)

3.3 溢流堰高度hW

因为是一般物系，故取液流收缩系数E近似等于1，则堰上液层高度

how2.843600LS2/33600?6.4?10-42/3?E()?0.00284()?0.0076(m) 1000lw0.529hW?hL?hOW?0.05?0.0076?0.042(m)

3.4 溢流管底与塔盘间距离ho

取液封高度(hW?hO)为12mm，故ho?hW?12?0.042?0.012?0.03(m) 校核降液出口速度u?D，即

LS6.4?10-4u???0.004（m/s) D?lwho0.529?0.03u?D之值低于0.07m/s，故认为适合。

3.5 验算液体在降液管内的停留时间?

??AfHTLS?0.0518?0.35?28.33(s) -46.4?10由以上计算认为溢流管尺寸合适。

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4 流体力学验算

4.1 单板流体阻力hp

①浮阀由部分全开转变为全部全开时的临界速度uoc

uoc?10.510.5??9.018m/s?8.553（m/s) 1/1.8251/1.825?v1.320.175uo8.5530.175?199.9??0.036(m) 此时 hc?19.9??L794②气体通过板上清液层的压强降hl

hl??ohL

对于乙醇和水的物系，取?o为0.5，故

hl?0.5?0.05?0.025(m)

③由表面张力引起的压强降h?

因为由表面张力引起的压强降h?值较小，一般略去不计，所以

hp?hc?hl?h??0.036?0.025?0.061(m)

即hp?0.061?794?9.18?444.6Pa(每块板）

4.2 泄露验算

取动能因数的下限值，即取FO?5,算出相应的气相最小负荷Vs,min，即

uo,min?FO?V?4?51.32?4.351(m/s)

故Vs,min?2doNuo,min??4(0.039)2?46?4.351?0.239(m3/s)＜0.47（m3/s)

所以不会泄露。

4.3 液泛的验算

为避免液泛，溢流管内清液层高度Hd应小于?(HT?hw)。对一般液体取泡沫层相当于清液层的密度?为0.5，故

?(HT?hw)?0.（50.35?0.042）?0.196（m) 溢流管内清液层高度为

Hd?hp?hd?hL?h?

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式中h?------------克服液面落差所需清液层的高度，其值较小，一般忽略不计； hd------------克服液体在溢流管内流动阻力所需的液层高度，可按下式计算。

Ls26.4?10-42hd?0.153()?0.153(）?0.00025（m)

lwho0.529?0.03（m) 故得 Hd?0.061?0.00025?0.05?0.111m＜0.196因此不会液泛。

4.4 雾沫夹带的验算

对直径DT?900mm的塔，泛点率＜70％时，雾沫夹带才能维持在允许范围之内。而

VS泛点??V?1.36Z1LS?L??VAACAF?100％

式中Z1?DT?2Wd?0.8?2?0.114?0.572(m)

AA?AT?2Af?0.503?2?0.0518?0.399(m2)

CAF??CAFO

其中，?为系统因素，参考表4-1，取??1；CAFO?为泛点气相负荷系数，由

?v?1.32kg/m3和HT?0.35m查图4-1，得CAFO?0.09。故

CAF?1?0.09?0.09

表4-1 系统因素β数值

系统 无泡沫正常系统 氟化物（如氟利昂） 中等泡沫系统 多泡沫系统 严重泡沫系统 稳定泡沫系统 系统因素β 1.00 0.90 0.85 0.73 0.60 0.30

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