板式精馏塔筛板的流体力学验算

．筛板的流体力学验算
(一) 气体通过筛板压降相当的液柱高度p
h
1、根据 p
c l h
h h h σ
=++
干板压降相当的液柱高度c h 2、根据0/5/4 1.25d δ
==，查干筛孔的流量系数图00.89
c =
①精馏段由下式得
c h =2
2
0015.16 3.780.0510.0510.03010.891394.3v l u m
C ρρ⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫
== ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭
②提馏段由下式得
2
2
0015.16 5.140.0510.0510.04830.891574.8v c l u h m
C ρρ⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫
'=== ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭
3、①精馏段气流穿过板上液层压降相当的液柱高度l h
1.040.20/1.3270.1062
s
v u m
s
A A α=
=
=--
0.389F u α===
由图充气系数0ε与a F 的关联图查取板上液层充气系数0
ε为0.57 则l h =0
εL
h =0ε()0.570.070.0399w ow h h m +=⨯=
②提馏段气流穿过板上液层压降相当的液柱高度l h '
0.956
0.783/1.3270.1062
s
t
v u m
s
A A α'=
=
=--
1.775a F u α'===
由图充气系数0ε与a F 的关联图查取板上液层充气系数0
ε为0.58
则l h '=0
εL
h =0ε()0.580.070.0406w ow h h m +=⨯=
3、①精馏段克服液体表面张力压降相当的液柱高度h σ
由 h σ=3
4426.0610
0.001521384.39.810.005
L m
gd σ
ρ-⨯⨯=
=⨯⨯
②提馏段克服液体表面张力压降相当的液柱高度h σ'
由 h σ'=3
4422.09100.001441574.89.810.005
L m
gd σ
ρ-⨯⨯=
=⨯⨯
故①精馏段 p
h
=0.0301+0.0399+0.00152=0.07152m
单板压降
p L P h g
ρ∆==0.071521394.39.819710.971( 1.0)pa kpa kpa ⨯⨯==<（设计允许值）
故②提馏段 0.00483+0.0406+0.00144=0.0903m
p
h
'=
单板压降
p L P h g
ρ'∆==0.09031574.89.819890.989( 1.0)pa kpa kpa ⨯⨯==<（设计允许值）
（二）①精馏段雾沫夹带量v e 的验算
由式v e = 3.2
6
5.710T
f u H h ασ-⎛
⎫⨯ ⎪ ⎪-⎝⎭ = 3.2635.7100.226.06100.4 2.50.07--⨯⎛⎫
⎪⨯-⨯⎝⎭
=4
1.510-⨯kg 液/kg 气<0.1kg
液/kg 气
故在设计负荷下不会发生过量雾沫夹带 ②提馏段雾沫夹带量v e 的验算
由式v e = 3.2
6
5.710T f u H h α
σ-⎛⎫⨯ ⎪ ⎪-⎝⎭
= 3.2635.7100.78322.09100.4 2.50.07--⨯⎛⎫
⎪⨯-⨯⎝⎭
=0.0239kg 液/kg 气<0.1kg
液/kg 气
故在设计负荷下不会发生过量雾沫夹带
（三）①精馏段漏液的验算
4.4ow
u
C =
= 4.4x =8.6 /m s 筛板的稳定性系数 015.16 1.76( 1.5)
8.9
ow
u k u =
==>
故在设计负荷下不会产生过量漏液
②提馏段漏液的验算
4.4ow
u
C =
4.4=⨯
=8.6 /m s 筛板的稳定性系数 015.16 1.92( 1.5)
7.89
ow
u k u =
==>
故在设计负荷下不会产生过量漏液
（四）①精馏段液泛验算
为防止降液管液泛的发生，应使降液管中清液层高度
()d T w H H h ≤Φ+
由d
p L d H
h h h =++计算 d H 22
03
0.00230.1530.1530.910.0251.56100.00156S d w L h l h m -⎛⎫⎛⎫
== ⎪ ⎪⨯⎝⎭⎝⎭
⨯=
d H =0.082+0.06+0.00098=0.143m
取Φ=0.5，则()
T
w H h Φ+=0.5（0.4+0.057）=0.229m
故d
H ()T w H h ≤Φ+，在设计负荷下不会发生液泛
②提馏段液泛验算
为防止降液管液泛的发生，应使降液管中清液层高度
()d T w H H h ≤Φ+
由d
p L d H
h h h =++计算 d H 22
03
0.002770.1530.1530.910.03041.534100.00153S d w L h l h m -⎛⎫⎛⎫
== ⎪ ⎪⨯⎝⎭⎝⎭
⨯=
=0.0903+0.07+0.00153=0.162m
d
H = 取Φ=0.5，则()=0.5(0.4+0.0554)=0.2272m
T w H h Φ+⨯ 故
d H ()T w H h ≤Φ+，在设计负荷下不会发生液泛
八．塔板负荷性能图 ①提馏段
(一) 雾沫夹带线（1） v
e 3.2
6
5.710
T f u x H h
α
σ
-⎛⎫=
⎪ ⎪-⎝⎭
式中0.8191.3270.1062s
s
s T f
v v u v A A α
=
=
=-- （a ） f h =()2/3
336002.5 2.5 2.8410s
w ow w w L h h h E l -⎡⎤⎛⎫⎢⎥+=+⨯ ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦
近似取E ≈1.0，w h =0.057m ，w l =0.91m
故f h =2/3
336002.50.057 2.84100.91S L x -⎡⎤⎛⎫+⎢⎥ ⎪⎝⎭⎢⎥⎣
⎦
=0.1425+1.7762/3
S
L
（b ）
取雾沫夹带极限值v e 为0.1Kg 液/Kg 气，已知σ=20.06/m N m ， T H =0.4m ，并将（a ），（b ）式代入 3.2
6
5.710
v
T
f u e H h α
σ
-⎛⎫⨯=
⎪ ⎪
-⎝⎭
得 3.2
63
2/30.8195.710
1.026.0610
0.40.1425 1.776s
S v L --⎛⎫⨯=
⎪⨯--⎝⎭
整理得 s v =2/32.13214.70S
L - （1）
此为雾沫夹带线的关系式，在操作控制范围内去几个Ls,计算出
相应的Vs 值。

列于表４中 表 ４
（二）液泛线 令()d T w H H h ϕ=+ d p L d H h h h =++ p
c L h
h h h σ
=++
L
w ow h h h =+
联立得 ()T
w p w ow d
H
h h h h h Φ+=+++
近似的取E=1.0, 0.91w
l
=
3
2/3
32/336002.8410(
)
36002.8410()0.91s
ow w
s l h l l --=⨯=⨯
整理得2/3
0.7104ow s h l = (c) 220000
2
20.51()()0.51()()3.780.51(
)(
)
0.890.0686
1394.3
0.0371v s v c l l s
s
u V h C C A V V ρρρρ===⨯=
取0
0.6
ε=,近似的有 2/3
02/3
()0.6(0.0570.7104)
0.30420.426c w ow s s
h h h L L ε=+=⨯+=+
0.00152
h σ=
故: 22/3
0.30710.30420.4260.00152
p s s
h V L =+++ (d)
由式2
2
0.153(
)0.153(
)
0.910.025
s s
d
w L L h l h ==-⨯
2
296.6s
L = (e)
将0.4,0.057,0.5
T
H
m hw ==Φ=,及(c),(d),(e)代入得
2
2/3
2/3
2
0.5(0.40.057)0.03570.03710.4260.057
0.7104296.6s s
s
s
V L L L +=+++++
整理得:
2
2/3
2
3.660.7104779
4.6s s
S V L L =--
此为液泛线的关系式，在操作控制范围内去几个Ls,计算出相应的Vs 值。

列于表５中 表 ５
（三）液相负荷上限线 以5s θ
=作为液体在降液管中停留时间的下限5f T s
A H L θ=
=
则 .max
0.40.1062
0.0084965
5
f T
s A H L
⨯=
=
=3
/m s
据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷上限 (四)漏液线（气相负荷下限线） 由,m in
o u
=4.4o
C ,m in
o u =
,m in
s o
V A L h =w h -ow h ow h =2
3
2.84
1000h w L E l ⎛⎫ ⎪
⎝⎭
2
00.686A m
=得
,m in
4.40.686
s V =⨯ 整理
得:,min
s V
=此为液相负荷上限线的关系式，在操作控制范围内去几个Ls,计算出相应的Vs 值。

列于表６ 表 ６
(五)液相负荷下限线
S V .m ax
S V 3
3
10/S L m s
-⋅图3 精馏段负荷性能图
对于平直堰，取堰上液层告诉ow h =0.006m ，化为最小液体负荷标准, 取E ≈1.0。

由
ow h =2/3
36002.84
0.0061000s w
L E l ⎛⎫
= ⎪
⎝⎭ 即:0.006=2/3,min 36002.840.00610000.91s L ⎛⎫
= ⎪⎝⎭
则4
3
,min 7.7610
s L m
s
-=⨯
据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷下限线
可知设计供板上限有雾沫夹带线控制，下限由漏夜线控制 精馏段操作弹性=,m ax
,m in
1.243
2.372
0.524
s s V V =
=
②提馏段
(一) 雾沫夹带线（1）
v e 3.2
6
5.710T
f u x H h ασ-⎛⎫= ⎪ ⎪-⎝⎭
式中0.8121.3270.1062
s s
s T f v v u v A A α=
==-- （a ）
f h =()2/3
3
36002.5 2.5 2.8410s w ow w w L h h h E l -⎡⎤⎛⎫⎢⎥+=+⨯ ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦ 近似取E ≈1.0，w h =0.057m ，w l =0.91m 故f h =2/3
336002.50.0544 2.84100.91S
L -⎡⎤⎛⎫+⨯⎢⎥
⎪⎝⎭⎢⎥⎣⎦
=0.136+1.7762/3
S
L
（b ）
取雾沫夹带极限值
v
e 为0.1Kg 液/Kg 气，已知
σ
=22.09/m N m ，
T H =0.4m ，并将（a ），（b ）式代入 3.2
6
5.710
v
T
f u e H h ασ
-⎛⎫⨯=
⎪ ⎪
-⎝⎭
得 3.2
63
2/30.8125.710
1.02
2.0910
0.40.136 1.776s
S v L --⎛⎫⨯=
⎪⨯--⎝⎭
整理得 s v =2/34.30328.94S
L - （1）
此为雾沫夹带线的关系式，在操作控制范围内去几个Ls,计算出
相应的Vs 值。

列于表８中。

表 ８ Ls. 3
/m s
-3
0.610
⨯
-3
1.510
⨯
-3
3.010
⨯
-3
4.510
⨯
Vs. 3
/m
s
4.097 3.924 3.701 3.514
（二）液泛线 令()d T w H H h ϕ=+ d p L d H h h h =++ p
c L h
h h h σ
=++
L
w ow h h h =+
联立得 ()T
w p w ow d
H
h h h h h Φ+=+++
近似的取E=1.0, 0.91w
l
=
3
2/3
32/336002.8410(
)
36002.8410()0.91s
ow w
s l h l l --=⨯=⨯
整理得2/3
0.7104ow s h l = (c) 2200
002
20.51()()0.51()()5.140.51(
)(
)
0.890.0686
1574.8
0.0501v s v c l l s
s
u V h C C A V V ρρρρ===⨯=
取0
0.6ε=,近似的有
2/3
02/3
()0.6(0.05540.7104)
0.03320.426l w ow s s
h h h L L ε=+=⨯+=+
0.00141
h σ=
故: 22/3
0.05010.03320.4260.00144
p s s
h V L =+++ (d)
由式2
2
0.153(
)0.153(
)
0.910.0304
s s
d
w L L h l h ==-⨯
2
1999.9s
L = (e)
将0.4,0.057,0.5
T
H
m hw ==Φ=,及(c),(d),(e)代入得
2
2/3
2/3
2
0.5(0.40.0554)0.03460.05010.4260.0544
0.7104199.9s s
s
s
V L L L +=+++++
整理得:
2
2/3
2
2.7522.683990.0s s
S
V L L =--
此为液泛线的关系式，在操作控制范围内去几个Ls,计算出相应的Vs 值。

列表９ 表 ９
（三）液相负荷上限线 以5s θ
=作为液体在降液管中停留时间的下限5f T s
A H L θ=
=
则 .max
0.40.1062
0.0084965
5
f T
s A H L
⨯=
=
=3
/m s
据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷上限 (四)漏液线（气相负荷下限线） 由,m in
o u
=4.4o
C ,m in
o u =
,m
in
s o
V A L h =w h -ow h ow h =2
32.84
1000h w L E l ⎛⎫ ⎪⎝⎭
2
00.686A m
=
得
,min
4.40.686
s V =⨯ 整理
得:,min
s V
=此为液相负荷上限线的关系式，在操作控制范围内去几个Ls,计算出相应的Vs 值。

列表10中。

表 10
(五)液相负荷下限线
对于平直堰，取堰上液层告诉ow h =0.006m ，化为最小液体负荷标准, 取E ≈1.0。

由ow h =2/3
36002.84
0.0061000s w
L E l ⎛⎫
= ⎪
⎝⎭
即:2/3
,min 36002.840.00610000.91s L ⎛⎫
= ⎪⎝⎭
则4
3
,min
7.7610
s L m
s
-=⨯
据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷下限线
可知设计供板上限有雾沫夹带线控制，下限由漏夜线控制 精馏段操作弹性=,m ax
,m in
1.252
2.385
0.525
s s V V =
=
图4 提馏段负荷性能图
.m i n
S V .m in
S V 3
3
10
/S L m
s
-⋅⋅。