【正文】 塔，泛點率應小于 ； 或 其中液體流經長度 由《板式精餾塔設計》圖 227 查得泛點負荷系數為 ， ， 則精餾段 或 取泛點率最大值 ，滿足 ，故在精餾段給定操作條件 下，霧沫夾帶量能夠滿足要求。 ① 計算閥孔數 每層塔板上的閥孔數按下式計算 取閥孔動能因子 已知 ② 計算開孔區(qū)面積 得： 單流型塔盤 雙流型塔盤 （ 2）計算浮閥并設計 其排列 浮 閥 的 排 列 方 式 采 用 等 腰 三 角 形 叉 排 ， 等 腰 三 角 形 高 取,按下式估算排列間距 取 t=110mm 等腰三角形高取 ,按下式估算排列間距間距 取 =75mm 開孔率 ③ 計算氣體實際通過閥孔的氣速為： 驗算 浮閥板 流體力學 性能 驗算 塔板 的 壓降 ① 計算干板阻力 干板阻力 由 閥孔氣速為： 臨界孔速為： ② 計算氣體通過液層的阻力 氣體通過液層的阻力 為： 液體表面張力所造成的阻力很小，可忽略不計。 浮閥塔直徑計算公式為： 最大空塔氣速 計算公式為： ① 計算系數 C 系數 由圖 ： 已知： 精餾段由： 得： 提餾段由： 得： 計算 精餾段與提餾段 系數 得： ② 計算精餾段和提餾段最大空塔氣速得： ③ 計算空塔氣速，其中安全系數為 ，得： ④ 計算浮閥塔直徑，取兩者中較大值，得： 取較大值 圓整塔徑得： 塔截面積為 ⑤ 精餾段和提餾段的實際空塔氣速為 尺寸 塔徑為 R=,采用 單溢流 塔盤或雙溢流塔盤與 弓形降液管，采用凹形受液盤 ，溢流堰采用初步平直堰 。 ① 根據精餾原理由甲酚和水的相對揮發(fā)度求取甲酚 水物系的平衡方程 相對揮發(fā)度為： = 由于隨溫度沿著相同方向變化，因而 隨溫度變化不大，一般將。精餾物料是甲酚 水的液相混合物，根據所給密度是 ，知物料含甲酚 5%。由于甲酚是珍貴化工原料所以須盡可能全部精餾出來，故設釜液中甲酚的回收率為 ，餾液中甲酚含量不高于 。則平衡方程為： ② 確定回流比 已知最小最小回流為 ： 一般情況綜合考慮塔效率與收益，取回流比 R 取 ③ 確定精餾段和提餾段的氣液相摩爾流量為 ④ 根據操作線方程繪制 McCabeThiele 圖 精餾段 的 操作線方程 可以表示為： 提餾段 的 操作線方程 可以表示為： 將其結果繪成圖 ⑤ 由圖 得理論板層數 不 包括再沸器 的 總理論板層數 NT=91=8 進料板 所在的位置 NF=6 浮閥塔的實際板層數計算 ① 全塔 效率計算 ， 計算采用的公式為奧康奈爾法，首先計算全塔 平均 溫度，塔頂與塔釜溫度分別為 110 和 130 ，則 讀表 1 甲酚和水在 的飽和蒸汽壓 得 ： = 由 ，查 表 4 得甲酚與水的液相黏度為： 該計算方法是根據老式工業(yè)塔及試驗塔數據做出的關聯，因此對于目前的浮閥板式塔總塔板效率要適當提高，參考《板式精餾塔設計》表 21 浮閥塔實測板效率，取 。各項計算如下： ① 計算塔盤堰長得： ② 計算 精餾段和提餾段的 堰上液流強度 故精餾段采用 單溢流 塔盤 故提餾段采用雙 溢流 塔，則取 ③ 計算溢流堰高度 ，計算公式為： 計算 堰上液層高度 ，取 E=1，得： 不滿足要求，改為齒形堰，取 滿足要求 滿足要求 得溢流堰高度為： ④ 計算 弓形降液管寬度 ，其計算公式為： 得： 取 取 ⑤ 計算降液管截面積 ⑥ 計算雙流型的中心降液管的寬度 取 ⑦ 計算流體通過降液管的流速和停留時間 液體通過降液管的流速 通常取值范圍為 ,對于處理物系與水相近的液體， 取可適當提高，而所求流速過小，由于無法通過調節(jié)塔徑和延長來達到要求，所以借助一定輔助設備來調節(jié)降液管流速。因此，氣體經過一層浮閥塔板的壓強將所相當的液柱高度為： 氣體通過每層塔板的壓降為 ： 淹塔校核 為防止淹塔現象發(fā)生，要求控制降液管中清液層高度滿足下列要求： 由下式確定為： ① 降液管的壓頭損失為 。 提餾段 或 取泛點率最大值 ，滿足 ，故在提餾段給定操作條件下，霧沫夾帶量能夠滿足要求。已知 ，故滿足要求。 液泛線 降液管液泛時，取極限值，即 根據降液管與堰高、堰上清液層告訴、干板壓降、濕板壓降和液體流過降液管的阻力的關系 將上式整理得 由 得 由公式計算得的 L 和 V數據可以作降液管液泛線 ② 。由由 圖 故操作彈性 計算如下 該 浮閥塔 提餾段的操作上限 是 液沫夾帶控制， 汽 相負荷下限控制。 ② 單溢流塔盤分塊：中間設置主梁，分塊方式如圖 所示。 選用 16MnR 材料，塔板厚度 4mm，受液盤和降液板厚度為 4mm。這個間隙的長度，一般取 1535mm，塔徑小時塔體橢圓度及塔板安裝偏差比較小，可取小值。 ③ 鏈接緊固件的安裝間距的確定 為了將分塊的塔盤板連接起來，塔盤上必須有若干緊固件，將塔盤固定在支持圈上。 ④ 塔盤板沖壓部分的尺寸的確定 自身梁式塔盤板沖壓部分的尺寸如圖 所示， ， 。 ③ 降液管結構設計：降液板的傾斜角為 左右， M10 螺栓緊固時，在降液板的連接處均用 圓孔。 ③ 雙溢流塔盤受液盤深度確定：由工藝計算知精餾段為受液盤深度為 150mm，滿足小于塔板間距的 1/3 的要求。 接管設計 進料管 設計 ① 進料管型式： 回流或液體進料時，要求均勻流過塔盤，液體進料管的結構形式有直管、兩頭開口 T 型、兩端封死 T 型。其中 。 設計 ① 塔釜出料管直徑確定： 取 ， 圓整為 ，采用 10 號鋼管，結構尺寸為 A=500， B=250， t=6。向下斜切 。 ② 溫度計接管設計： 本設計中采用 的 10 號無縫鋼管。設計內容包括結構設計、開孔設計焊縫設計、材料設計等。 ④ 筒體名義厚度確定： 。 ② 排氣孔設計： 塔釜出料管有可能逸出氣體，較長時間就有會聚集在裙座與塔體連接處，如果氣體具有腐蝕性會使設備產生腐蝕裂紋，或者氣體有毒使檢查工作無法進行。 本設計采用 φ40014 的 卷焊管為 引出管通道。 ③ 材料選?。旱啬_螺栓材料為 Q235A。 附件設計 除沫器設計 本此設計中采用標準化的上裝式絲網除沫器，固定式網塊（ HGT/21618），形式代號為 DP（容積質量 186 ，比表面積 ，空隙率 ），除沫網材料為 Q235A，安裝在塔頂，查表得塔頂分離空間總高度 ，第一層塔盤與至絲網底面的距離為 。塔體上人孔根據設計要求取公稱直徑為 500mm，采用 的 垂直吊蓋人孔，設置人孔處塔板間距為 700mm。結構參數如下：。 ② 操作平臺結構設計： 本設計平臺在進氣口處、進料管口處、第 6 層塔板人孔處、塔頂吊柱處共計4 層平臺。 GB150 規(guī)定，在一定條件下可以不用補強： 接管外徑在 89mm 以下； 設計壓力在 以下； 接管厚度滿足大于表 所示的最小厚度； 要求兩相鄰開孔中心的間距大于兩孔直徑之和的兩倍。 接管厚度附加量： C=2mm 強度削弱系數： 管區(qū)焊縫金屬截面積： 其中焊腳取 接管焊接接頭系數： 進料管 補強計算 ① 基礎數據計算 開孔直徑為： 接管有效厚度為： 接管計算厚度為： 有效寬度按下式計算： 取其中較大值為： B=308mm 外側有效高度按下式計算： 取其中較小值： 內側有效高度按下式計算： 取其中較小值為： ② 所需另行補強面積計算 開孔所需補強面積為： 筒體多余金屬面積為： 接管多余金屬面積為： 有效補強面積為： 所需另行補強面積為： ③ 補強圈設計 根據補強圈標準 JB/T4736 取補強圈外徑 ，故內徑 。因 B=168mm，補強圈部分沒有在有效補強范圍內。 補強圈厚度為 考慮鋼板負偏差并經圓整，取補強圈名義厚度為 8mm。 ④ 基礎數據計算 開孔直徑為： 接管有效厚度為： 接管計算厚度為： 有效寬度按下式計算： 取其中較大值為： B=908mm 外側有效高度按下式計算： 故 取其中較小值： 內側有效高度按下式計算： 取其中較小值為： ⑤ 所需另行補強面積計算 開孔所需補強面積為： 筒體多余金屬面積為： 接管多余金屬面積為： 有效補強面積為： 所需另行補強面積為： ⑥ 補強圈設計 根據補強圈標準 JB/T4736 取補強圈外徑 ，補強圈形式選 A 型，故內徑 。因 B=1008mm，補強圈在有效補強范圍內。則底部空間高度為： 取塔底空間 。 ② 確定地震影響系數 由下圖 確定： 其中對應于設防烈度 值由表 取得為 。則有效直徑取下兩式中較大者 。 滿足校核要求。 取 滿足校核要求。 裙座與圓筒塔殼連接焊縫校核 ① 計算截面 11 處（即塔體與裙座連接的焊縫截面）的拉應力： ② 計算焊縫的最大許用應力為： ③ 應力校核 校核滿足要求。 制造工藝要求 ① 材料檢驗： 本次設計多采用 16MnR 和 Q235 兩種鋼材，須根據設計中的厚度和工藝要求的壓力、溫度判斷是否進行無損檢驗。設備的裝配最主要得的是焊縫組對用的工具、方法。如果塔盤的支 持圈與塔體的焊接不正確，就會使塔盤水平度產生較大偏差。塔設備的安裝方法分為分段吊裝法和整體吊裝法兩類，方法不同對強度校核的要求也不同。塔盤在塔內進行逐層安裝，每次安裝都要及時校 正塔盤的水平偏差， ② 測量要求 對于安裝在室外的大塔，因受日照的影響，會使測定的安裝數據產生較大的誤差，因此無論是校正支持圈或安裝塔盤水平度，還是整體測量塔體的高度、垂直度等，最好都在無日照或日照強度較弱的條件下進行。 ② 明確運 輸要求 其次明確運輸要求，例如要求距離路兩邊的肩寬都要大于 1m；運輸中塔設備的最高點距低壓線的距離要大于 1m，距高壓線大于 2m，如不能滿足要求就必須安排停電或者采取其他絕緣隔離措施。 7 總結 本次設計是作為畢業(yè)設計的重要任務，從一開始老師的講解到初步完成翻譯，小論文的整理，對設計的主題詞化工塔設備有了一個初步的了解。由于設計原料含有 95%的水，所以物料進入提餾段后基本上全部通過再沸器被 加熱汽化，而回流量很小，所以導致精餾段液相流量較小，而提餾段液相流量較大。由于浮閥塔的直徑較大，所以塔盤加主梁以增加穩(wěn)定性。機械設計內容基本包含了一個完整的浮閥塔的每一個結構，對材料、尺寸、型號都與嚴格的規(guī)定。校核結果是所設計的結構均滿足校核要求。造成這樣的結果是因為，橫 逆流式填料默克爾數或傳輸特性處于完全逆流填料和完全橫流填料之間。這兩種方法是依據隨氣流角變化的完全橫流默克爾數和完全逆流默克爾數進行計算的。 關鍵詞：冷卻塔，填料，填充，默克爾數，性能，模擬， CFD 1 引言 濕式冷卻塔中點滴式填料和薄膜式填料具有各向異性的流動阻力，這意味著它們在所有的流向都是可流通的，并且雖然這些差異可能很小，但損失系數隨流動方向不同是變化的。因此橫 逆流式填料的默克爾數和損失系數的值就會在完全的逆流式填料和完全的橫流式填料之間。gener[5]，還有 eNTU[6]分析法的逆流式填料模型的批判性評估，并且提出了一個由波佩 和 Ro168。 gener的分析方法，使用商業(yè) CFD代碼能模擬自然通風濕式冷卻塔的性能。導出控制基本偏微分方程，確定冷卻水的溫度，水蒸發(fā)率，空氣溫度，飽和及過飽和空氣在二維橫流 逆流填料中的空氣濕度比。 用 MathCAD 工程計算軟件編程得到的一個計算模型，采用用戶自定義函數（ UDF）程序得到計算傳熱傳質的歐拉 FLUENT 模型，開發(fā)這兩個模型來模擬填料性能。對于歐拉 FLUENT 模型，建立 UDF 來計算水溫，能量源項，以及計算