【正文】 塔，泛點(diǎn)率應(yīng)小于 ； 或 其中液體流經(jīng)長(zhǎng)度 由《板式精餾塔設(shè)計(jì)》圖 227 查得泛點(diǎn)負(fù)荷系數(shù)為 ， ， 則精餾段 或 取泛點(diǎn)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(jì)算閥孔數(shù) 每層塔板上的閥孔數(shù)按下式計(jì)算 取閥孔動(dòng)能因子 已知 ② 計(jì)算開孔區(qū)面積 得： 單流型塔盤 雙流型塔盤 （ 2）計(jì)算浮閥并設(shè)計(jì) 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(jì)算氣體實(shí)際通過閥孔的氣速為： 驗(yàn)算 浮閥板 流體力學(xué) 性能 驗(yàn)算 塔板 的 壓降 ① 計(jì)算干板阻力 干板阻力 由 閥孔氣速為： 臨界孔速為： ② 計(jì)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(jì)。 浮閥塔直徑計(jì)算公式為： 最大空塔氣速 計(jì)算公式為： ① 計(jì)算系數(shù) C 系數(shù) 由圖 ： 已知： 精餾段由： 得： 提餾段由： 得： 計(jì)算 精餾段與提餾段 系數(shù) 得： ② 計(jì)算精餾段和提餾段最大空塔氣速得： ③ 計(jì)算空塔氣速，其中安全系數(shù)為 ，得： ④ 計(jì)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(shí)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(jù)精餾原理由甲酚和水的相對(duì)揮發(fā)度求取甲酚 水物系的平衡方程 相對(duì)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(jù)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(lái)，故設(shè)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(jù)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(jié)果繪成圖 ⑤ 由圖 得理論板層數(shù) 不 包括再沸器 的 總理論板層數(shù) NT=91=8 進(jìn)料板 所在的位置 NF=6 浮閥塔的實(shí)際板層數(shù)計(jì)算 ① 全塔 效率計(jì)算 ， 計(jì)算采用的公式為奧康奈爾法，首先計(jì)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(jì)算方法是根據(jù)老式工業(yè)塔及試驗(yàn)塔數(shù)據(jù)做出的關(guān)聯(lián)，因此對(duì)于目前的浮閥板式塔總塔板效率要適當(dāng)提高，參考《板式精餾塔設(shè)計(jì)》表 21 浮閥塔實(shí)測(cè)板效率，取 。各項(xiàng)計(jì)算如下： ① 計(jì)算塔盤堰長(zhǎng)得： ② 計(jì)算 精餾段和提餾段的 堰上液流強(qiáng)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(jì)算溢流堰高度 ，計(jì)算公式為： 計(jì)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(jì)算 弓形降液管寬度 ，其計(jì)算公式為： 得： 取 取 ⑤ 計(jì)算降液管截面積 ⑥ 計(jì)算雙流型的中心降液管的寬度 取 ⑦ 計(jì)算流體通過降液管的流速和停留時(shí)間 液體通過降液管的流速 通常取值范圍為 ,對(duì)于處理物系與水相近的液體， 取可適當(dāng)提高，而所求流速過小，由于無(wú)法通過調(diào)節(jié)塔徑和延長(zhǎng)來(lái)達(dá)到要求，所以借助一定輔助設(shè)備來(lái)調(diào)節(jié)降液管流速。因此，氣體經(jīng)過一層浮閥塔板的壓強(qiáng)將所相當(dāng)?shù)囊褐叨葹椋? 氣體通過每層塔板的壓降為 ： 淹塔校核 為防止淹塔現(xiàn)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(diǎn)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(shí)，取極限值，即 根據(jù)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(guān)系 將上式整理得 由 得 由公式計(jì)算得的 L 和 V數(shù)據(jù)可以作降液管液泛線 ② 。由由 圖 故操作彈性 計(jì)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(fù)荷下限控制。 ② 單溢流塔盤分塊：中間設(shè)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(gè)間隙的長(zhǎng)度，一般取 1535mm，塔徑小時(shí)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(lái)，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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：降液板的傾斜角為 左右， M10 螺栓緊固時(shí)，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(jì)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(shè)計(jì) 進(jìn)料管 設(shè)計(jì) ① 進(jìn)料管型式： 回流或液體進(jìn)料時(shí)，要求均勻流過塔盤，液體進(jìn)料管的結(jié)構(gòu)形式有直管、兩頭開口 T 型、兩端封死 T 型。其中 。 設(shè)計(jì) ① 塔釜出料管直徑確定： 取 ， 圓整為 ，采用 10 號(hào)鋼管，結(jié)構(gòu)尺寸為 A=500， B=250， t=6。向下斜切 。 ② 溫度計(jì)接管設(shè)計(jì)： 本設(shè)計(jì)中采用 的 10 號(hào)無(wú)縫鋼管。設(shè)計(jì)內(nèi)容包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、開孔設(shè)計(jì)焊縫設(shè)計(jì)、材料設(shè)計(jì)等。 ④ 筒體名義厚度確定： 。 ② 排氣孔設(shè)計(jì)： 塔釜出料管有可能逸出氣體，較長(zhǎng)時(shí)間就有會(huì)聚集在裙座與塔體連接處，如果氣體具有腐蝕性會(huì)使設(shè)備產(chǎn)生腐蝕裂紋，或者氣體有毒使檢查工作無(wú)法進(jìn)行。 本設(shè)計(jì)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(shè)計(jì) 除沫器設(shè)計(jì) 本此設(shè)計(jì)中采用標(biāo)準(zhǔn)化的上裝式絲網(wǎng)除沫器，固定式網(wǎng)塊（ HGT/21618），形式代號(hào)為 DP（容積質(zhì)量 186 ，比表面積 ，空隙率 ），除沫網(wǎng)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(wǎng)底面的距離為 。塔體上人孔根據(jù)設(shè)計(jì)要求取公稱直徑為 500mm，采用 的 垂直吊蓋人孔，設(shè)置人孔處塔板間距為 700mm。結(jié)構(gòu)參數(shù)如下：。 ② 操作平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： 本設(shè)計(jì)平臺(tái)在進(jìn)氣口處、進(jìn)料管口處、第 6 層塔板人孔處、塔頂?shù)踔幑灿?jì)4 層平臺(tái)。 GB150 規(guī)定，在一定條件下可以不用補(bǔ)強(qiáng)： 接管外徑在 89mm 以下； 設(shè)計(jì)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(qiáng)度削弱系數(shù)： 管區(qū)焊縫金屬截面積： 其中焊腳取 接管焊接接頭系數(shù)： 進(jìn)料管 補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 ① 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計(jì)算 開孔直徑為： 接管有效厚度為： 接管計(jì)算厚度為： 有效寬度按下式計(jì)算： 取其中較大值為： B=308mm 外側(cè)有效高度按下式計(jì)算： 取其中較小值： 內(nèi)側(cè)有效高度按下式計(jì)算： 取其中較小值為： ② 所需另行補(bǔ)強(qiáng)面積計(jì)算 開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積為： 筒體多余金屬面積為： 接管多余金屬面積為： 有效補(bǔ)強(qiáng)面積為： 所需另行補(bǔ)強(qiáng)面積為： ③ 補(bǔ)強(qiáng)圈設(shè)計(jì) 根據(jù)補(bǔ)強(qiáng)圈標(biāo)準(zhǔn) JB/T4736 取補(bǔ)強(qiáng)圈外徑 ，故內(nèi)徑 。因 B=168mm，補(bǔ)強(qiáng)圈部分沒有在有效補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)。 補(bǔ)強(qiáng)圈厚度為 考慮鋼板負(fù)偏差并經(jīng)圓整，取補(bǔ)強(qiáng)圈名義厚度為 8mm。 ④ 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計(jì)算 開孔直徑為： 接管有效厚度為： 接管計(jì)算厚度為： 有效寬度按下式計(jì)算： 取其中較大值為： B=908mm 外側(cè)有效高度按下式計(jì)算： 故 取其中較小值： 內(nèi)側(cè)有效高度按下式計(jì)算： 取其中較小值為： ⑤ 所需另行補(bǔ)強(qiáng)面積計(jì)算 開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積為： 筒體多余金屬面積為： 接管多余金屬面積為： 有效補(bǔ)強(qiáng)面積為： 所需另行補(bǔ)強(qiáng)面積為： ⑥ 補(bǔ)強(qiáng)圈設(shè)計(jì) 根據(jù)補(bǔ)強(qiáng)圈標(biāo)準(zhǔn) JB/T4736 取補(bǔ)強(qiáng)圈外徑 ，補(bǔ)強(qiáng)圈形式選 A 型，故內(nèi)徑 。因 B=1008mm，補(bǔ)強(qiáng)圈在有效補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)。則底部空間高度為： 取塔底空間 。 ② 確定地震影響系數(shù) 由下圖 確定： 其中對(duì)應(yīng)于設(shè)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(jì)算截面 11 處（即塔體與裙座連接的焊縫截面）的拉應(yīng)力： ② 計(jì)算焊縫的最大許用應(yīng)力為： ③ 應(yīng)力校核 校核滿足要求。 制造工藝要求 ① 材料檢驗(yàn)： 本次設(shè)計(jì)多采用 16MnR 和 Q235 兩種鋼材，須根據(jù)設(shè)計(jì)中的厚度和工藝要求的壓力、溫度判斷是否進(jìn)行無(wú)損檢驗(yàn)。設(shè)備的裝配最主要得的是焊縫組對(duì)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(huì)使塔盤水平度產(chǎn)生較大偏差。塔設(shè)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(duì)強(qiáng)度校核的要求也不同。塔盤在塔內(nèi)進(jìn)行逐層安裝，每次安裝都要及時(shí)校 正塔盤的水平偏差， ② 測(cè)量要求 對(duì)于安裝在室外的大塔，因受日照的影響，會(huì)使測(cè)定的安裝數(shù)據(jù)產(chǎn)生較大的誤差，因此無(wú)論是校正支持圈或安裝塔盤水平度，還是整體測(cè)量塔體的高度、垂直度等，最好都在無(wú)日照或日照強(qiáng)度較弱的條件下進(jìn)行。 ② 明確運(yùn) 輸要求 其次明確運(yùn)輸要求，例如要求距離路兩邊的肩寬都要大于 1m；運(yùn)輸中塔設(shè)備的最高點(diǎn)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(jié) 本次設(shè)計(jì)是作為畢業(yè)設(shè)計(jì)的重要任務(wù)，從一開始老師的講解到初步完成翻譯，小論文的整理，對(duì)設(shè)計(jì)的主題詞化工塔設(shè)備有了一個(gè)初步的了解。由于設(shè)計(jì)原料含有 95%的水，所以物料進(jìn)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(dǎo)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(jī)械設(shè)計(jì)內(nèi)容基本包含了一個(gè)完整的浮閥塔的每一個(gè)結(jié)構(gòu)，對(duì)材料、尺寸、型號(hào)都與嚴(yán)格的規(guī)定。校核結(jié)果是所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)均滿足校核要求。造成這樣的結(jié)果是因?yàn)?，橫 逆流式填料默克爾數(shù)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(jù)隨氣流角變化的完全橫流默克爾數(shù)和完全逆流默克爾數(shù)進(jìn)行計(jì)算的。 關(guān)鍵詞：冷卻塔，填料，填充，默克爾數(shù)，性能，模擬， CFD 1 引言 濕式冷卻塔中點(diǎn)滴式填料和薄膜式填料具有各向異性的流動(dòng)阻力，這意味著它們?cè)谒械牧飨蚨际强闪魍ǖ?，并且雖然這些差異可能很小，但損失系數(shù)隨流動(dòng)方向不同是變化的。因此橫 逆流式填料的默克爾數(shù)和損失系數(shù)的值就會(huì)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(píng)估，并且提出了一個(gè)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(fēng)濕式冷卻塔的性能。導(dǎo)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(jì)算軟件編程得到的一個(gè)計(jì)算模型，采用用戶自定義函數(shù)（ UDF）程序得到計(jì)算傳熱傳質(zhì)的歐拉 FLUENT 模型，開發(fā)這兩個(gè)模型來(lái)模擬填料性能。對(duì)于歐拉 FLUENT 模型，建立 UDF 來(lái)計(jì)算水溫，能量源項(xiàng)，以及計(jì)算