浮阀塔的设计示例 - 图文

浮阀塔设计示例

设计条件

拟建一浮阀塔用以分离某种液体混合物，决定采用F1型浮阀（重阀），试按下述条件进行浮阀塔的设计计算。

气相流量 Vs = 1.27m3/s； 液相流量 Ls = 0.01m3/s； 气相密度 ρV = 3.62kg/m3；液相密度ρL = 734kg/m3；

混合液表面张力 σ= 16.3mN/m，平均操作压强 p = 1.013×105Pa。

设计计算过程

（一）塔 径

欲求出塔径应先计算出适宜空塔速度。适宜空塔速度u一般为最大允许气速uF的0.6～0.8倍

即： u＝（0.6～0.8）uF



式中C可由史密斯关联图查得，液气动能参数为：



取板间距HT =0.6m，板上液层高度hL =0.083m，图中的参变量值HT-hL=0.6-0.083 =0.517m。根据以上数值由图可得液相表面张力为20mN/m时的负荷系数C20 =0.1。由所给出的工艺条件校正得：

最大允许气速：



取安全系数为0.7，则适宜空塔速度为：

1

由下式计算塔径：



按标准塔径尺寸圆整，取D = 1.4m； 实际塔截面积：

实际空塔速度：

安全系数：

（二） 溢流装置

选用单流型降液管，不设进口堰。 1）降液管尺寸

在0.6～0.8范围间，合适。

取溢流堰长lw=0.7D，即lw/D=0.7，由弓形降液管的结构参数图查得：Af/AT=0.09,Wd/D=0.15

因此：弓形降液管所占面积:Af=0.09×1.54=0.139(m)  弓形降液管宽度:Wd=0.15×1.4=0.21(m2) 验算液体在降液管的停留时间θ，

2



由于停留时间θ＞5s，合适。

2）溢流堰尺寸

由以上设计数据可求出： 溢流堰长 lw=0.7×1.4=0.98m

采用平直堰，堰上液层高度可依下式计算，式中E近似取1，即

2

溢流堰高:hw=hL-how=0.083-0.033=0.05m

液体由降液管流入塔板不设进口堰，并取降液管底隙处液体流速u0′= 0.228m/s；

降液管底隙高度：

浮阀数及排列方式: 1）浮阀数

初取阀孔动能因数F0 = 11，阀孔气速为：

每层塔板上浮阀个数 ：

（个）

2）浮阀的排列

按所设定的尺寸画出塔板，并在塔板的鼓泡区内依排列方式进行试排，确定出实际的阀孔数。

已知Wd = 0.21m，选取无效边缘区宽区WC = 0.05m、破沫区宽度WS=0.075m，由下式计算鼓泡区面积，即：

3

浮阀的排列方式采用等腰三角形叉排。取同一横排的空心距t=75mm，则等腰三角形的高度：



由于塔直径D=1400mm，需采用分块式塔板四块（其中两块弓形板、通道板和矩形板各一块）。考虑到各分块的支承与衔接要占去一部分鼓泡区面积，因此排间距t′应小于计算值，故取t′=0.065m。现按t=75mm、t′=65mm的等腰三角形叉排方式画出浮阀排列图，可排出阀孔数180个，重新核算以下参数： 阀孔气速：

 动能因数:

塔板开孔率：

动能因数在9～12之间，合适。



开孔率在10％～14％之间，合适。

（三）塔板流体力学验算

1）塔板压降

利用下式计算： （1）干板阻力

临界孔速：

因阀孔气速u0大于其临界阀孔气速u0C，故干板阻力计算式为：

＜u0



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（2）板上充气液层阻力

本设备分离烃化液，液相为碳氢化合物，可取充气系数ε0= 0.5。 

（3）液体表面张力造成的阻力

所以:hp=0.047+0.042+0.0005=0.0895 m 单板压降:

单板压降偏高。（一般对于常压精馏塔应在260～530Pa为宜）。

2）降液管液泛校核

为了防止降液管液泛现象发生，要求控制降液管内清液层高度Hd≤φ(HT+Hw)。其中:Hd=hp+hL+hd

（1）气体通过塔板的压强降所相当的液柱高度hP前面已求出，hP=0.0895m。

（2）液体通过降液管的压头损失（不设进口堰）

（3）板上液层高度

前已选定hL=0.083m

所以Hd=0.00895+0.083+0.008=0.181m

取降液管中泡沫层相对密度φ=0.5,前已选定板间距HT=0.6m，hw=0.05m。则 φ(HT+Hw)=0.5(0.6+0.05)=0.325m

可见，Hd＜φ(HT+Hw)，符合防止降液管液泛要求。

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3）液体在降液管内停留时间

应保证液体在降液管内的停留时间大于3～5s，才能使得液体所夹带气体的释出。本设计

＞5s

可见，所夹带气体可以释出。

4）雾沫夹带量校核

依下面两式分别计算泛点率F，即

及

板上液体流径长度

板上液流面积

查得泛点负荷因数CF=0.141、物性系数K=1.0,将以上数据代入：

及

对于大塔，为避免过量雾沫夹带，应控制泛点率不超过80%。上两式计算的泛点率都在80%以下，故可知雾沫夹带量能够满足eV＜0.1kg(液)/kg(气)的要求。

5）严重漏液校核

当阀孔的动能因数F0低于5时将会发生严重漏液，前面已计出F0=11.24，可见不会发生严重漏液。

（四）塔板负荷性能图

1）气体负荷下限线（漏液线）

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对于F1型重阀，因动能因数F0＜5时会发生严重漏液，故取F0=5计算相应的气相流量(VS，min)：



2）过量雾沫夹带线

根据前面雾沫夹带校核可知，对于大塔，取泛点率F = 0.8，那么

整理得:

雾沫夹带线为直线，由两点即可确定。

当LS=0时，VS=2.035m/s；当LS=0.01时，VS=1.846m/s。由这两点便可绘出雾沫夹带线。

3）液相负荷下限线

对于平直堰，其堰上液层高度how必须要大于0.006m。取how=0.006m，可作出液相负荷下限线。

3

3



取E=1、代入lw则可求出（LS）min：



4）液相负荷上限线

液体的最大流量应保证在降液管中停留时间不低于3～5s，取θ= 5s作为液体在降液管中停留时间的下限，则：



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5）液泛线

先求出Vs与Ls的关系，就可在操作范围内任意取若干点，从而绘出液泛线。 其中：







将计算出的a、b、c、d值代入上式方程并整理可得： 

在操作范围内任意取若干Ls值，由上式可算出相应的Vs值，结果列于下表。



将以上五条线标绘在同一Vs～Ls直角坐标系中，画出塔板的操作负荷性能图。将设计点（Ls，Vs）标绘在图中，如P点所示，由原点O及P作操作线OP。操作线交严重漏液线①于点A，过量雾沫夹带线②于点B。由此可见，此塔板操作负荷上下限受严重漏液线①及过量雾沫夹带线②的控制。分别从图中A、B两点读得气相流量的下限Vmin及上限Vmax，可求得该塔的操作弹性。



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设计结果

现将以上设计计算结果列于下附表。

附表：浮阀塔板工艺设计计算结果表 

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