【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 速為 精餾塔有效高度計(jì)算精餾段有效高度為 提餾段有效高度為 在進(jìn)料板上方開1個(gè)人孔，在提餾段開1個(gè)人孔。故精餾塔有效高度為第六章 塔板主要工藝尺寸計(jì)算溢流裝置包括降液管、溢流堰、受液盤等幾個(gè)部分，它們都是液體的通道，其結(jié)構(gòu)和尺寸對(duì)塔的性能有著非常重要的影響，因此它的設(shè)計(jì)就顯得極為重要。 溢流堰溢流堰（外堰）又稱出口堰，它設(shè)置在塔板上的液體出口處，為了保證塔板上有一定高度的液層并使液流在板上能均勻流動(dòng)，降液管上端必須超出塔板板面一定高度，這一高度稱為堰高，以表示。弓形降液管的弦長(zhǎng)稱為堰長(zhǎng)，以表示。為使上一層板流入的液體能在板上均勻分布，并減少進(jìn)入處液體水平?jīng)_擊，常在液體的進(jìn)入口處設(shè)置內(nèi)堰，當(dāng)降液管為圓形時(shí)，應(yīng)有內(nèi)堰，當(dāng)采用弓形降液管時(shí)可不必設(shè)置內(nèi)堰。堰長(zhǎng)根據(jù)液體負(fù)荷和溢流型式而定。對(duì)單溢流，一般取為（～）D，其中D為塔徑。板上液層高度為堰高與堰上液層高度之和，即： =+式中——板上液層高度，m——堰高，m——堰上液層高度，m。堰高則由板上液層高度及堰上液層高度而定。溢流堰的高度直接影響塔板上的液層厚度。過(guò)小，液層過(guò)低使相際傳質(zhì)面積過(guò)小不利于傳質(zhì)；但過(guò)大，液層過(guò)高將使液體夾帶量增多而降低塔板效率，且塔板阻力也增大。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)常壓和加壓塔，一般采取=50～80mm。對(duì)減壓塔或要求塔板阻力很小的情況，可取為25mm左右。堰長(zhǎng)的大小對(duì)溢流堰上方的液頭高度有影響，從而對(duì)塔板上液層高度也有明顯影響。對(duì)于塔徑大于800mm的大塔，常采用傾斜的降液管及凹形受液盤結(jié)構(gòu)，但不適宜用于易聚合及有懸浮固體的情況，此時(shí)比較適宜用平直堰結(jié)構(gòu)。 因此，在本設(shè)計(jì)中選擇了平直堰結(jié)構(gòu)。 溢流裝置計(jì)算因塔徑D1=，可選用單溢流弓形降液管，采用凹型受液盤。各項(xiàng)計(jì)算如下：堰長(zhǎng) 取溢流堰高度 由。選用平直堰，堰上液層高度依下式算，即 式中，為塔內(nèi)液體流量，m3/h；為堰長(zhǎng)，m；E為液流收縮系數(shù)。查液流收縮系數(shù)圖（圖51），得 E=圖61 液流收縮系數(shù)圖取板上液層高度，故弓形降液管寬度與降液管面積 由，查弓形降液管的寬度與降液管面積圖（圖52）得：，圖62弓形降液管的寬度與降液管面積圖故 液體在降液管中停留時(shí)間 經(jīng)檢驗(yàn)，降液管設(shè)計(jì)符合要求。降液管底隙高度取降液管的流速 ，則 故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理。 塔板布置及浮閥數(shù)目與排列1. 閥孔數(shù)工業(yè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：閥孔臨界動(dòng)能因數(shù)一般為。取，閥孔氣速為：精餾段 閥孔氣速與每層板上的閥孔數(shù)N的關(guān)系如下：（為閥孔直徑，F(xiàn)1型浮閥的閥孔直徑，求每層塔板上的浮閥數(shù)，即2. 塔板布置由上知選取邊緣區(qū)寬度，破沫區(qū)寬度計(jì)算鼓泡區(qū)有效面積，即浮閥閥孔的排列方式采用等腰三角形叉排。等腰三角形高取，相鄰兩排間的中心距t′可按下式進(jìn)行估算。 考慮到塔的直徑較大，必須采用分塊式塔板，而各分塊的支承與銜接也要占去一部分鼓泡區(qū)面積，因此排間距不宜采用91mm，而應(yīng)小于此值，故取。按，以等腰三角形叉排方式作圖（見圖53），分成3塊，共安排浮閥個(gè)數(shù)。圖63 塔孔布置圖因此，實(shí)際中閥孔氣體速度為由于閥孔實(shí)際排列的個(gè)數(shù)不等于理論計(jì)算個(gè)數(shù)，因此須重新核算孔速及閥孔動(dòng)能因數(shù)：閥孔動(dòng)能因素變化不大，仍在9~12范圍內(nèi)。因此閥孔數(shù)適宜。塔板開孔率=通常，常壓操作的塔開孔率在10%~14%之間，因此該設(shè)計(jì)符合要求。 溢流裝置計(jì)算因塔徑D=，可選用單溢流弓形降液管，采用凹型受液盤。各項(xiàng)計(jì)算如下：堰長(zhǎng) 取溢流堰高度 由。選用平直堰，堰上液層高度依下式算，即查液流收縮系數(shù)圖（圖51），得 E=取板上液層高度，故弓形降液管寬度與降液管面積 由，查弓形降液管的寬度與降液管面積圖（圖52）得：，故 液體在降液管中停留時(shí)間 經(jīng)檢驗(yàn)，降液管設(shè)計(jì)符合要求。降液管底隙高度取降液管的流速 ，則故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理。 塔板布置及浮閥數(shù)目與排列1. 閥孔數(shù)工業(yè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：閥孔臨界動(dòng)能因數(shù)一般為。取，閥孔氣速為：提餾段 根據(jù)式（為閥孔直徑，F(xiàn)1型浮閥的閥孔直徑，求每層塔板上的浮閥數(shù)，即2. 塔板布置由上知選取邊緣區(qū)寬度，泡沫區(qū)寬度計(jì)算鼓泡區(qū)有效面積，即浮閥閥孔的排列方式采用等腰三角形叉排。等腰三角形高取。則可按下式估算間距t′?？紤]到塔的直徑較大，必須采用分塊式塔板，而各分塊的支承與銜接也要占去一部分鼓泡區(qū)面積，因此排間距不宜采用78mm，而應(yīng)小于此值，故取。按，以等腰三角形叉排方式作圖（見圖54），分成4塊，共安排浮閥個(gè)數(shù)。圖64 塔孔布置圖因此，實(shí)際中閥孔氣體速度為由于閥孔實(shí)際排列的個(gè)數(shù)不等于理論計(jì)算個(gè)數(shù)，因此須重新核算孔速及閥孔動(dòng)能因數(shù)：閥孔動(dòng)能因素變化不大，仍在9~12范圍內(nèi)。因此閥孔數(shù)適宜。塔板開孔率通常，常壓操作的塔開孔率在10%~14%之間，因此該設(shè)計(jì)符合要求。第七章 塔板流體力學(xué)驗(yàn)算 精餾段流體力學(xué)驗(yàn)算 氣相通過(guò)浮閥塔的壓降氣體通過(guò)每層浮閥塔板的壓降應(yīng)為：其中為氣體通過(guò)一層浮閥塔板的壓強(qiáng)降，Pa；為氣體通過(guò)干板阻力所產(chǎn)生的壓強(qiáng)降，Pa；為氣體克服板上充氣液層的靜壓強(qiáng)所產(chǎn)生的壓強(qiáng)降，Pa；為氣體克服液體表面張力所產(chǎn)生的壓強(qiáng)，Pa。習(xí)慣上，常把這些壓強(qiáng)降折合成塔內(nèi)液體的液柱高度表示，故上式又可寫成 式中，是與相當(dāng)?shù)囊褐叨龋?，m是與相當(dāng)?shù)囊褐叨龋?=，m是與相當(dāng)?shù)囊褐叨龋?=，m是與相當(dāng)?shù)囊褐叨龋?，m 干板阻力計(jì)算： 氣體通過(guò)浮閥塔板的干板阻力，在浮閥全部開啟前后有著不同的規(guī)律。板上所有浮閥剛好全部開啟時(shí)，氣體通過(guò)閥孔的速度稱為臨界速度，以表示。 閥全開前（） =（a）閥全開后（） =（b）式中 —閥孔氣速，m/s； —液體密度，kg/ —?dú)怏w密度，kg/計(jì)算時(shí)，可先將上二式聯(lián)立而解出臨界孔速，即令： =將g=，解得：因?yàn)?，故按下式?jì)算，即濕板阻力計(jì)算：液柱 液體表面張力所造成的阻力很小，可忽略不計(jì)。因此，氣體流經(jīng)一層浮閥塔板的壓強(qiáng)降相當(dāng)?shù)囊褐叨葹椋阂虼?，單板壓降為：故滿足要求。 淹塔校核為了防止淹塔現(xiàn)象的發(fā)生，要求控制降液管中清液高度層?？捎孟率接?jì)算，即與氣體通過(guò)塔板的壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?。液體通過(guò)降液管的壓頭損失 因不設(shè)進(jìn)口堰，故可按下式計(jì)算，即板上液層高度 取，則取，前已選定及求得， 因此，計(jì)算結(jié)果表明：設(shè)計(jì)的塔板結(jié)構(gòu)在給定的操作條件下，降液管不會(huì)發(fā)生液泛，即符合防止淹塔的要求。 霧沫夾帶校核計(jì)算泛點(diǎn)百分率校核霧沫夾帶 按下式計(jì)算泛點(diǎn)率或板上液流徑長(zhǎng)度 板上流液面積 正戊烷和正己烷為正常系統(tǒng)，可按表61，查取物性系數(shù)K0=1。將以上數(shù)值代入上式得：計(jì)算出的泛點(diǎn)率都在80%以下，故可知霧沫夾帶量能夠滿足的要求。表71 物性系數(shù)表系統(tǒng)物性系數(shù)K0系統(tǒng)物性系數(shù)K0無(wú)泡沫，正常系統(tǒng)多泡沫系統(tǒng)氟化物嚴(yán)重發(fā)泡系統(tǒng)中等發(fā)泡系統(tǒng)形成溫度泡沫的系統(tǒng)圖71 泛點(diǎn)負(fù)荷系數(shù)圖 提餾段流體力學(xué)驗(yàn)算氣體通過(guò)塔壓降可根據(jù)下式計(jì)算：干板阻力計(jì)算：因?yàn)?，故按下式?jì)算，即濕板阻力計(jì)算：液體表面張力所造成的阻力很小，可忽略不計(jì)。因此，氣體流經(jīng)一層浮閥塔板的壓強(qiáng)降所相當(dāng)?shù)囊褐叨葹椋阂虼耍瑔伟鍓航禐椋汗蕽M足要求。 淹塔校核為了防止淹塔現(xiàn)象的發(fā)生，要求控制降液管中清液高度層。可用下式計(jì)算，即與氣體通過(guò)塔板的壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?。液體通過(guò)降液管的壓頭損失 因不設(shè)進(jìn)口堰，故可按下式計(jì)算，即板上液層高度 取，則取，前已選定及求得因此計(jì)算結(jié)果表明：設(shè)計(jì)的塔板結(jié)構(gòu)在給定的操作條件下，降液管不會(huì)發(fā)生液泛，即符合防止淹塔的要求。 霧沫夾帶校核 計(jì)算泛點(diǎn)百分率校核霧沫夾帶 板上液流徑長(zhǎng)度 板上流液面積 正戊烷和正己烷為正常系統(tǒng)，可按表61，查取物性系數(shù)K0=1，又由（圖61）。將以上數(shù)值代入上式得： 計(jì)算出的泛點(diǎn)率都在80%以下，故可知霧沫夾帶量能夠滿足的要求。第八章 塔板負(fù)荷性能圖 精餾段塔板負(fù)荷性能圖對(duì)于一定物系及一定的塔板結(jié)構(gòu)，式中均為已知值，相應(yīng)于的泛點(diǎn)率上限值亦可確定，將各數(shù)據(jù)代入上式，便得出，可作出負(fù)荷性能圖中的霧沫夾帶線。按泛點(diǎn)率=80%計(jì)算如下：整理得： 或 由上式可知：霧沫夾帶線為直線，則在操作范圍內(nèi)任選兩個(gè)值，代入上式算出相應(yīng)的值，并列于下表表81 霧沫夾帶線數(shù)據(jù) 液泛線由確定液泛線。忽略式中的項(xiàng)，代入數(shù)據(jù)得： 因物系一定，塔板尺寸一定，則等均為定值，而又有如下關(guān)系，即式中閥孔數(shù)亦為定值，因此可將上式簡(jiǎn)化成VS與LS的關(guān)系：在操作范圍內(nèi)任選若干個(gè)值，代入上式算出相應(yīng)的值，并列于下表表82 液泛線數(shù)據(jù) 液相負(fù)荷上限線液體的最大流量應(yīng)保證在降液管中停留時(shí)間不低于3~5s，依下式得：液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間 求出上限液體流量值（常數(shù)），在圖上，液相負(fù)荷上限線為與氣體流量無(wú)關(guān)的豎直線。以作為液體在降液管中停留時(shí)間的下限，則 漏液線此線表示不發(fā)生嚴(yán)重漏夜現(xiàn)象地最底氣相荷，對(duì)于F1型重閥，因動(dòng)能因數(shù)時(shí)，會(huì)發(fā)生嚴(yán)重漏夜，故取計(jì)算相應(yīng)的氣相流量由下式可以求得： 液相負(fù)荷下限線 對(duì)于平直堰。取，就可作出液相負(fù)荷下限線。求出的下限值（常數(shù)），依次作出液相負(fù)荷下限線，該線與氣體流量無(wú)關(guān)的豎直線。因E=，則 根據(jù)以上計(jì)算的數(shù)據(jù)，可分別作出(1)、(2)、(3)、(4)、(5)共五條線（見圖9）由塔板負(fù)荷性能圖可以看出：①任務(wù)規(guī)定的氣、液負(fù)荷下的操作點(diǎn)P（設(shè)計(jì)點(diǎn)），處在適宜操作區(qū)內(nèi)的適中位置。②塔板的氣相負(fù)荷上限由霧沫夾帶控制，操作下限由漏液控制。③按照固定的液氣比，由圖71查出塔板的氣相負(fù)荷上限， ，氣相負(fù)荷下限，所以操作彈性=圖81 精餾段操作彈性圖1—霧沫夾帶線；2—降液管液泛線；3—液相負(fù)荷上限線4—漏液線；5—液相負(fù)荷下限線 提餾段塔板負(fù)荷性能圖 霧沫夾帶線對(duì)于一定物系及一定的塔板結(jié)構(gòu)，式中均為已知值，相應(yīng)于的泛點(diǎn)率上限值亦可確定，將各數(shù)據(jù)代入上式，便得出，可作出負(fù)荷性能圖中的霧沫夾帶線。按泛點(diǎn)率=80%計(jì)算如下：整理得： 或 由上式可知：霧沫夾帶線為直線，則在操作范圍內(nèi)任選兩個(gè)值，代入上式算出相應(yīng)的值，并列于表73表83 霧沫夾帶線數(shù)據(jù) 液泛線由確定液泛線。忽略式中的項(xiàng)，代入數(shù)據(jù)得： 因物系一定，塔板尺寸一定，則等均為定值，而又有如下關(guān)系，即式中閥孔數(shù)亦為定值，因此可將上式化為：在操作范圍內(nèi)任選若干個(gè)值，代入上式算出相應(yīng)的值，并列于表74。表84 液泛線數(shù)據(jù) 液相負(fù)荷上限線液體的最大流量應(yīng)保證在降液管中停留時(shí)間不低于3~5s，依下式得：液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間 求出上限液體流量值（常數(shù)），在圖上，液相負(fù)荷上限線為與氣體流量無(wú)關(guān)的豎直線。以作為液體在降液管中停留時(shí)間的下限，則 漏液線此線表示不發(fā)生嚴(yán)重漏夜現(xiàn)象地最底氣相荷，對(duì)于F1型重閥，因動(dòng)能因數(shù)時(shí)，會(huì)發(fā)生嚴(yán)重漏夜，故取計(jì)算相應(yīng)的氣相流量由下式可以求得： 液相負(fù)荷下限線 對(duì)于平直堰。取，就可作出液相負(fù)荷下限線。求出的下限值（常數(shù)），依次作出液相負(fù)荷下限線，該線與氣體流量無(wú)關(guān)的豎直線。取E=，則根據(jù)以上計(jì)算的數(shù)據(jù)，可分別作出(1)、(2)、(3)、(4)、(5)共五條線（見圖10）由塔板負(fù)荷性能圖可以看出：①任務(wù)規(guī)定的氣、液相負(fù)荷下的操作點(diǎn)P（設(shè)計(jì)點(diǎn)），處在適宜操作區(qū)內(nèi)的適中位置。②塔板的氣相負(fù)荷上限由霧沫夾帶控制，操作下限由漏液控制。③按照固定的液氣比，由圖72查出塔板的氣相負(fù)荷上限， ，氣相負(fù)荷下限，所以操作彈性=圖82 提餾段操作彈性圖1—霧沫夾帶線；2—降液管液泛線；3—液相負(fù)荷上限線4—漏液線；5—液相負(fù)荷下限線精餾段浮閥塔板工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總表1項(xiàng)目數(shù)值及說(shuō)明備注塔徑D/m板間距HT/m塔板形式單溢流弓形降液管分塊式塔板空塔氣速u/(m/s)堰長(zhǎng)lW/m堰高h(yuǎn)W/m板上液層高度hL/m降液管底隙高度h0浮泛數(shù)N/個(gè)105等腰三角形交叉閥孔氣速u0/(m/s)閥孔動(dòng)能因數(shù)F0臨界閥孔氣速uoc/(m/s)孔心距t/m指同一橫排孔心距排間距t′/m指相鄰二橫排的中心線距離單板壓降△p/Pa液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間θ/s降液管內(nèi)清液層高度Hd/m泛點(diǎn)率%