浮阀(F1)塔的设计计算

浮阀（F1）塔的设计计算

板式塔设计中，一般按防止出现过量雾沫夹带液泛的原则，首先确定液泛气速，然后根据它选取一适宜的设计气速来计算所需的塔径。关于液泛气速这一极限值，理论上由悬浮于气流中的液滴的受力平衡关系导出如下：()2

4

6

223f

v p

V L p

u d

g d ρπ

ξ

ρρπ=-

式中：f u --液泛气速，m/s ；

p d --液滴直径，m ；

l v ρρ、 --气、液相密度，kg/m 3

ξ

---阻力系数 得： v

v l p f g d u ρξρρ.3)

(4-=

但实际上，气液两相在塔板接触所形成的液滴直径、阻力系数均

为未知，所以又将这些难以确定的变量和常数合并，使上式变为：

V

V

L f c

u ρρρ-= m/s 对于筛板塔、浮阀塔、及泡罩塔，式中的C 值可从Smith 图查得。此图是按液体表面张力20=σN/m 时的经验数据绘出的，若塔内液体表面张力为其他数值时，应在图上查出的C 值后，按下式进行校正：

2.020)20

(σ

σ=C C C 20---表面张力为20mN/m 时的C 值，从Smith 图查得；

σC --表面张力为σ时的C 值； σ --物系的表面张力，mN/m 。

求出U f 后，按u=(0.6～0.8)U f 确定设计的空塔气速。按下式求出塔径：u

V D S

π4=

Vs —设计条件下的气相流量；

D---塔径

u---空塔气速，m/s 。

浮阀塔的设计、计算是在半个多世纪大量的实验、工业化应用总结的基础上形成的标准化设计。

1、对于浮阀塔，根据四十多种物系在不同操作条件下的工业实验结果，得出阀孔动能因子F 0与操作状况的关系如下：

阀孔动能因子：

G o O u F ρ=

F 0—阀孔动能因子，Pa 0.5 U 0---阀孔气速，m/s

v ρ--气相密度，kg/m 3

F 0反映密度为v ρ的气体以U 0速度通过阀孔时动能的大小。综

合考虑了F 0对塔效率、阻力降和生产能力的影响，根据经验可取

F 0=8～12，即阀孔刚全开时作为设计点。

2、浮阀数 确定适宜的阀孔气速后，用下式计算浮阀数N ：

2

00

4

d U V N S

π

=

Vs —设计条件下的气相流量

d 0—阀孔直径，对于标准浮阀，直径为39mm 。

3、塔板开孔率 以塔截面积为基准，浮阀塔盘的开孔率

φ，按下式计算：2

0)(

D

d N =φ，D---塔直径，m 。 4、浮阀的排列 浮阀以三角形排列为好，各排浮阀垂直于液流方向，使气液两相均匀接触。在垂直于液流方向上，浮阀的中心距固定不变为75mm ，平行于液流方向上的排中心距，根据开孔率的要求，可在65mm ～110mm 的范围内选取。在排列浮阀时，要使外围浮阀与塔壁和堰之间保持适当的距离，以利于安装和操作。分块式塔盘外围浮阀的中心至塔壁的距离一般为 70mm ～90mm 。塔盘外围浮阀的中心与进口堰、溢流堰的距离一般为80mm ～110mm 。

５、溢流堰高度 溢流堰高度直接关系到塔盘上的清液层高度和塔盘的阻力降。它又影响气液接触时间，对气膜效率有较大影响。一般情况下可取h w =50mm ，如果液流强度较大，可取h w =25～40mm ；若用于真空精馏操作可取h w =20～30mm ，要求液体停留时间较长的特殊情况可取h w =150mm 。

６、降液管停留时间：对于一般的物系，液体在降液管的停留时间≥5s ，对于易发泡物系，可根据具体情况增加停留时间；根据初选的塔径，选取塔板间距和降液管截面，在根据液相负荷计算液体在降液管内的停留时间。

７、雾沫夹带 浮阀塔板的雾沫夹带可按下式计算：

2

.056.173.042.3)073.0()(14.2σφεK

c e v =

及 ρ

ρ∆=v

u

c

及 Ｋ=[H T -5(h ow +0.35 h w )](h ow +0.35 h w )

式中：e v —雾沫夹带量，kg 液体/kg 气体； H T ――塔板间距，m ； h w ――堰高，m ；

h ow ――堰上清液层高度，m ； u----空塔气速；

ε――空塔截面积与有效空塔截面积之比，即

d

T T

A A A -=ε v ρ

--气相密度，kg/m 3

；

ρ∆ ――气、液相密度差，kg/m 3

；

σ --液体表面张力，mN/m ；

φ――以塔截面为基准的塔板开孔率，％；

上述浮阀塔的设计步骤，即初步计算塔径、在塔板上安排降液区、受液区、安定区，在开孔区内排布浮阀。若板面排布不当，可根据具体情况调整塔径、塔板间距，再重新核算。

CTST 塔板的设计计算

CTST 塔板属于气液并流式塔板，它与筛板塔、浮阀塔及泡罩塔板的本质区别在于气、液两相操作相态的转换。常用的筛板塔、浮阀塔及泡罩塔气、液两相以鼓泡的形式进行传质、传热，即液体将气体分割成气泡，气、液两相靠气泡表面进行质、热传递，气体为分散相，液体为连续相；CTST 塔板的操作原理是气体将液体从喷射单元的底隙吸入到帽罩内，经历提升、拉膜、破碎、喷射步骤，在上述过程中，气体将液体破碎成液滴，气、液两相在液滴表面进行质、热传递，气相为连续相，液相为分散相；与浮阀塔盘一样，也是经三十余年的实验、工业化应用的基础上，根据不同的分离物系采取不同的设计。 设计步骤与浮阀塔相同。