【文章內(nèi)容簡介】 氣速 ① Smith 法 a、精餾段 由 _ 1 / 2 1 / 2_1. 91 93 .2 2 3. 10( ) ( ) 0. 04 20(1. 91 1 ) 93 .2 2 80 4. 43VLLV?? ?????，結(jié)合 h m?? ，讀史密斯圖 [9]，可得 0 ? 。 表面張力校正系數(shù) 0 .2 0 .22 0 .3 9( ) ( ) 1 .0 0 3 82 0 2 0m?? ? ? ?，得 0 8 4CC ?? ? ? ?，可得 m a x 08 0 4 .4 3 3 .1 00 .0 9 1 4 1 .4 6 9 /3 .1 0LVVu C C m s???? ?? ? ?。 對不易起泡體系，可取 max( )uu?? ，不防取 m a 9 5 /u u m s? ? ? ?，可得精餾段的塔徑 1 6 8 7 4 .4 7 / 3 6 0 0 / 3 .1 4 / 1 .4 1/ 4 1 .4 475D V u m?? ? ? ? b、提餾段 由 _ 1 / 2 1 / 2_19 6 1 93 .22 2( ) ( ) 94 5(1. 78 391 1 ) 93 .22VLLV?? ??????，結(jié)合 h m?? ，查史密斯圖得 0 ? ，表面張力校正系數(shù) 0 . 2 0 . 21 8 . 4 8( ) ( ) 0 . 9 8 4 32 0 2 0m?? ? ? ?，故0 0 .0 9 4 5 0 .9 8 4 3 0 .0 7 9 7CC ?? ? ? ?，可得 m a x 7 8 1 .1 3 3 .4 20 .0 7 9 7 1 .2 0 2 /3 .4 2LVVu C m s???? ?? ? ? 取 m a x0 .8 0 .8 1 .2 0 2 0 .9 6 2 /u u m s? ? ? ?，可算得塔徑 2 6 2 2 2 .4 9 / 3 6 0 0 / 3 .1 4 /4 / 4 1 .2 0 2 1 .5 1D V u m?? ? ? ? ② 波津法 a、精餾段 對浮閥塔，由前蘇聯(lián)學(xué)者波津推薦的公式 m a x0 .0 5 512T LVVs LsVgHuLV???????? 代入數(shù)據(jù)，可得m a x17. 37 80 55 1 5 0 15 / 0u m s????? 查化工原理課程設(shè)計表 24，得系統(tǒng)因數(shù) ? ，取安全系數(shù) ? ，可得適宜的流 通截面上的氣速 m a x /nau K K u m s? ? ? ? ? ? ?，適宜的空塔氣速 /n msuu? ? ? ?。可得塔徑 3 6 8 7 4 .4 7 / 3 6 0 0 / 3 .1 4 / 1 .4 2/ 4 1 .3 868D V u m?? ? ? ? b、提餾段 代入數(shù)據(jù)，得最大允許氣速 m a x 39. 65 781 55 1 5 2 /.1346u m s????? 與精餾段相同，取 ? ， ? ，得適宜的流通截面上的氣速 m a x 0. /nau K K u m s? ? ? ? ? ? ? 取 8 8/0. 07nuu ms? ? ? ?，可得塔徑 4 6 2 2 2 .4 9 / 3 6 0 0 / 3 .1 4 / 1 .4 0/ 4 1 .4 378D V u m?? ? ? ? 綜上，兩種方法分別對精餾段和提餾段計算，得到 4 個不同的塔徑，應(yīng)取其中較大者，進(jìn)行圓整，即 ? ，圓整后為 ，此時，塔內(nèi)的氣速為 2 26 8 7 4 .4 7 / 3 6 0 0 / 0 .7 8 5 / 1 .6 0 9) .4 // 5( muV sD?? ?? 三、塔板設(shè)計 溢流裝置的設(shè)計計算 溢流裝置包括降液管、溢流堰和受液盤等幾部分，其結(jié)構(gòu)和尺寸對塔的性能有重要影響，是決定塔板負(fù)荷能力的一個重要因素。在設(shè)計中應(yīng)使降液管面積及溢流周邊具有一定的彈性，否則在改變處理量或調(diào)節(jié)回流比時，很可能發(fā)生降液管液泛，特別是加壓操作的場合。 （ 1）板上液流型式的選擇 對有溢流的板式塔，常用的塔板流動型式有單流型、雙流型、回流型及其他流型。結(jié)合塔徑及液相負(fù)荷，可根據(jù)經(jīng)驗進(jìn)行板上液流型式的選擇。塔徑為 1600mm，提餾段液相負(fù)荷為 ，板上液流可選用單流型。 （ 2）溢流堰 溢流堰又稱出口堰或外堰，其作用是維持塔板上有一定的液層厚度并使液體能較均勻地橫過塔板流動，它的主要尺寸是堰高 hw和堰長 lw。 ①堰長 wl ：單流式塔板的堰長一般為塔徑的 60%80%，可取 D m? ? ? ?； ② 堰高 wh ：常壓和加壓塔，一般取堰高為 40 60wh mm?? ，可選堰高 50wh mm? ； ③ 溢流堰的形式：一般采用平口堰，只有當(dāng)堰上液層高度 owh 很小時，才改用齒行堰。本塔選用平口堰。 （ 3）降液管面積 dA 及寬度 dW 對于弓形降液管，由前面選取的 / ? ，查化工原理課程設(shè)計附錄七弓形函數(shù)表，可得 / ? ， / ? ，可分別求得降液 管寬度 ? ，降液管面積 ? 。 （ 4）受液盤 塔板上用于接收降液管流下液體的那部分區(qū)域稱為受液盤，有凹行和平行兩種。對于直徑較大的塔，特別是有測線抽出時，則須選用凹形受液盤，這樣可以保證測線抽出的連續(xù)、均勻性，還可以造成正液封，且有利于起泡的分離。凹形受液盤的深度一般取為 50mm。此外，停工時，為排進(jìn)板上的存液，在受液盤上應(yīng)開有淚孔。本塔塔徑大于 1400mm，應(yīng)開兩個 Φ 10 的淚孔，且都開在受液盤的中心線上。 （ 5）降液管底隙高度 bh 為了使液體順利地流到下層塔板，防止沉積物及堵塞，降液管的底隙必須足夠大。對于凹形受液盤，一般底隙高度等于盤深，故取 50bh mm? 。 浮閥塔板結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定 （ 1）浮閥形式的選擇 浮閥的形式很多，可分為圓盤形及條形兩種，其中前者的使用叫廣泛，本塔選用圓盤形浮閥中的 F1 型浮閥。它具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝制造方便、節(jié)省材料等優(yōu)點。常用材料為1Cr13Ni9Ti 合金鋼。 F1 浮閥有輕重之分，輕閥采用厚 的薄板充成，質(zhì)量約 25g；重閥用厚 2mm 的薄板沖壓而成，質(zhì)量約 33g。由于輕閥慣性小，振動頻率高，滯后時間長，故本塔選用重閥。 最小開度 閥孔 Φ 39mm 最大開度 閥徑 48mm （ 2）浮閥的排列 浮閥的排列方式多采用三角形排列，又分為順排和叉排。由于叉排時，塔板上氣液兩相的接觸較為理想，鼓泡均勻，因此，本塔選用叉排形式。 由于塔徑較大，塔板需要分塊，塔板寬度要符合一定的規(guī)范，因此，本塔選用等腰三角形排列，其底邊固定為 75mm，三角形的高（排間距）根據(jù)開孔率進(jìn)行變更。 （ 3）開孔率 浮閥塔板的開孔率 Φ 是指閥孔總面積與塔板總面積之比，即： 0 100%T? ??閥 孔 總 面 積 （ A ）塔 板 總 面 積 （ A ） 開孔率是浮閥塔板的一項重要參數(shù)：開孔率過大，則容易產(chǎn)生漏液；過小則壓降過高，且不利于兩相均勻接觸。 ① 根據(jù)經(jīng)驗直接選取 根據(jù)經(jīng)驗，在常壓及減壓塔中，開孔率一般可取 10%15%；在加壓塔中則取得較小，一般為 6%9%?？扇”舅拈_孔率為 14%，則閥孔總面積 220 14 % 85 81 3Am? ? ? ?，塔頂?shù)谝粔K板的氣相密度為 31 1 1 .3 2 5 7 8 .5 3 2 .9 5 /8 .3 1 4 ( 8 4 2 7 3 .1 5 )V K g m? ?????，對塔頂?shù)谝粔K板 做 物 料 衡 算 ， 可 得 1 DV L D??， 故 塔 頂 第 一 塊 板 的 氣 相 流 量 為31 ( ) / (1 5 1 .2 1 9 3 .2 2 ) 7 8 .5 3 / 2 .9 5 6 5 1 6 .6 7 /D m VV L D M m h?? ? ? ? ? ?，進(jìn)而可得閥孔氣速為 0 651 7 / 360 0 / 813 3 /u m s??。 ② 由閥孔動能因數(shù)的經(jīng)驗值推算開孔率 浮閥塔板正常操作時，閥孔動能因數(shù) 00VFu?? 一般在 817之間，當(dāng)閥孔動能因數(shù)在 912之間時，浮閥剛剛?cè)_，工作狀態(tài)最好。假定閥孔動能因數(shù)為 0 10F? ，可得適宜閥孔氣速為 00 / 1 0 / 2 .9 5 5 .8 3 /Vu F m s?? ? ?， 閥 孔 總 面 積20 6 5 1 6 .6 7 / 3 6 0 0 / 6 .9 6 0 .3 1 0 6Am??，開孔率 0 / 0 .3 1 0 6 / 2 .0 0 9 6 1 5 .5 %TAA? ? ? ?，大于經(jīng)驗值的上限，不合適。 另假設(shè)閥孔動能因數(shù)為 12，采用與上面相同的步驟，可得適宜閥孔氣速 0 /u m s? ，閥孔總面積 20 ? ，開孔率 / %? ??，處于經(jīng)驗范圍內(nèi)。 ③由適宜閥孔氣速求得開孔率 適宜的閥孔氣速應(yīng)當(dāng)?shù)扔诨虼笥谂R界閥孔氣速。所謂臨界閥孔氣速就是使閥剛剛?cè)_時的閥孔氣速。對于 F1重閥，臨界閥孔氣速為 ( ) ( )cVu ?? 同樣以塔頂?shù)谝粔K板為例，可得臨界閥孔氣速為 0 /u m s? ，則閥孔總面積為20 ? ，進(jìn)一步可得開孔率為 / %? ??。 由上面的分析，可初步選定塔頂?shù)谝粔K塔板的開孔率為 %?? ，此時，閥孔氣速0 /u m s? 。 塔板布置 （ 1）區(qū)域的劃分初步選定了塔板的結(jié)構(gòu)參數(shù)之后，便可以進(jìn)一步作出塔板的布置圖。塔板的兩側(cè)是降液管區(qū)和受液盤區(qū)，其寬度相等；中央為鼓泡區(qū)，從進(jìn)口堰到離它最近的一排浮閥之間為液體分布區(qū)，其寬度為 1Z ，一般在 80110mm 之間；從 出口堰到鼓泡區(qū)之間的區(qū)域為破沫區(qū)，其寬度為 2Z ，一般與 1Z 相等；塔壁由于安裝有支撐圈，所以要求塔壁與離它最近的閥孔中心線有一定的距離，為 3Z ，對分塊式塔板，一般 3 80 ~ 90Z mm? 。如果有幾排浮閥離塔壁過遠(yuǎn)，以致會造成液體走短路，則可適當(dāng)設(shè)置擋板。 塔板各區(qū)域的初步排布情況如圖 7。 圖 7 塔板各區(qū)域的分布情況 （ 2）浮閥數(shù)的確定 由浮閥的開孔率及閥孔氣速，可得浮閥總數(shù) 0 2 3 200687 7 / 360 0 ( 48 10 ) 944aVNdu? ?? ? ?? ? ? 圓整為 152。 對浮閥塔板，塔板上的有效面積為 2 2 2 12 [ si n ( ) ]180a xA x r x r r? ?? ? ? 其中， ( ) 1 6 0 0 / 2 ( 2 2 8 .8 1 0 0 ) 4 7 1 .22 dDx W Z m m? ? ? ? ? ? ?； 1 6 0 0 / 2 1 0 0 7 0 02 cDr W m m? ? ? ? ?。 代入，得塔板有效面積 2 2 2 1 24 7 1 . 22 [ 4 7 1 . 2 7 0 0 4 7 1 . 2 7 0 0 s in ( ) ] 1 2 1 1 5 2 3 . 0 9 2700aA m m?? ? ? ? ? ? 取等腰三角形的底邊長 75S mm? ，則可得排間距（等腰三角形的高）為 01211523. 092 7 4 .7 91 5 2 7 5aAt m mNS? ? ?? 可進(jìn)一步求得與液流垂直方向的浮閥排數(shù) ( 2 2 ) 1 6 0 0 ( 2 2 2 8 . 8 2 1 0 0 )1 1 1 3 . 6 07 4 . 7 9dD W Zn t?? ? ? ? ?? ? ? ? ? 由上述數(shù)據(jù)，可在方格紙上繪制塔板布置草圖，從而確定塔板上的實際閥孔總數(shù) 0N 。 典型塔板的設(shè)計 （ 1）塔頂?shù)诙K板 ①塔頂?shù)诙K板的基本物性計算 塔頂?shù)诙K板和塔頂?shù)谝粔K板的相對揮發(fā)度近似相等，即 ???? ，塔頂?shù)谝粔K板的氣相組成 1 ? ，由 11 11 ( 1)xy x??? ??，可得塔頂?shù)诙K板的液相組成為 1 ? ，又由精餾段操作線方程，可得塔頂?shù)诙K板氣相組成 2 ? 。故第二塊塔板的氣相平均摩爾質(zhì)量 0 .9 5 3 7 8 .1 1 (1 0 .9 5 3 ) 9 2 .1 3 7 8 .7 7 /VM Kg Km o l? ? ? ? ? ?，塔頂?shù)诙K板的液相組成為 0 .9 2 8 7 8 .1 1 (1 0 .9 2 8 ) 9 2 .1 3 7 9 .1 1 /LM Kg Km o l? ? ? ? ? ?。 塔頂?shù)诙K板的壓力為 2 111 .32 5 1 665 111 .99 2p Kpa? ? ? ?，由 Txy 相圖可讀得塔頂 第 二 塊 板 的 溫 度 近 似 為 84 ℃ ， 故 塔 頂 氣 相 的 平 均 密 度 為3221 1 1 .9 9 2 7 8 .7 7 2 .9 7 2 /8 .3 1 4 ( 2 7 3 .1 5 8 4 )VV pM K g mRT? ?? ? ???，塔頂?shù)诙K板的氣相流量為32 ( 1 ) / (1 .9 1 1 ) 7 3 2 0 .3 1 1