塔的水力学计算手册

塔的水力学计算手册

1.目的与适用范围 (1)

2.塔设备特性 (1)

3.名词术语和定义 (1)

4.浮阀/筛孔板式塔盘的设计 (1)

5.填料塔的设计 (1)

1.目的与适用范围

为提高工艺工程师的设计质量,推广计算机应用而编写本手册。

本手册是针对气液传质塔设备中的普遍性问题而编写。对于某些具体塔设备的数据(比如:某生产流程中针对某塔设备的板效率而采用的计算关联式,或者对于某吸收填料塔的传质单元高度或等板高度而采用的具体计算公式)则未予收入。本设计手册以应用为主，主要是指导性的计算方法和步骤，并配合相应的计算程序，具体公式及理论推阐可参考有关文献。

2.塔设备特性

作为气(汽)、液两相传质用的塔设备，首先必须能使气(汽)、液两相得到充分的接触，以得到较高的传质分离效率。

此外，塔设备还应具有以下一些特点：

(1)当气(汽)、液处理量过大(超过设计值)时，仍不致于发生大量的雾

沫挟带或液泛等影响正常操作的现象。

(2)当操作波动(设计值的50％～120％)较大时，仍能维持在较高的传

质效率下稳定操作，并具有长期连续操作所必须具备的可靠性。

(3)塔压力降尽量小。

(4)结构简单、耗材少、制造和安装容易。

(5)耐腐蚀、不易堵塞。

(6)塔内的滞留液量要小。

3.名词术语和定义

3.1 塔径(tower diameter)，D

T

塔筒体内壁直径，见图3.1-(a)。

3.2 板间距(tray spacing)，H

T

塔内相邻两层塔盘间的距离，见图3.1-(a)。

3.3 降液管(downcomer)，DC

各层塔盘之间专供液相流体通过的组件，单溢流型塔盘为侧降液管，双溢流型塔盘有侧降液管和中央降液管，三或多溢流型塔盘有侧降液管、偏侧降液管、偏中央降液管及中央降液管。

3.4 降液管顶部宽度(DC top width)，Wd

弓形降液管面积的弦高。掠堰另有算法，见图3.1-(a),-(b)。

3.5 降液管底间隙(DC clearance)，ho

降液管底部边缘至塔盘(或受液盘)之间的距离，见图3.1-(a)。

3.6 溢流堰高度(weir height)，hw

降液管顶部边缘高出塔板的距离，见图3.1-(a)。

3.7 总的塔盘横截面积(total tower cross-section area)，A

T

以塔内径计算的横截面积，A

T = π(D

T

/2)2

3.8 降液管截面积(DC area)，A

D

侧降液管、偏侧降液管、偏中央降液管及中央降液管的横截面积。其面积多为弓形，但对于小塔也有采用圆形。对于斜降液管，顶部和底部的横截面积是不同的。

3.9 净面积(net area，free area)，A

N 、A

f

气相流体通过塔板间的最小横截面积，即总的塔盘横截面积A

T

减去总的降

液管顶部横截面积∑A

D

(包括多流程的中央、偏侧、偏中央降液管的横截面积)，也称自由面积。

(a) (b)

图3.1 塔盘布置示意图

3.10 开孔面积(hole area)， A

h

塔盘上总的开孔的面积，即允许气相流体通过的面积。 A

h

= 筛孔数目⨯单孔面积

3.11 鼓泡面积(bubbling area，active area)，A

B

用于靠近塔盘平板上气相流动的面积，即总的塔盘横截面积A

T

减去总的降液管截面积、降液管密封面积(不安装阀件、筛孔的区域)，也称活动面积。

A B = A

T

- ∑ A

Di

3.12 阀缝隙面积(slot area)，A

S

总的(所有浮阀)垂直开缝面积，即气相离开浮阀时以水平方向流经的面

积，A

S = Nπd

v

h

v

(N、d

v

、h

v

分别为阀数目、阀径、升程)

3.13 最大阀缝隙面积(open slot area)，A

SO 当所有浮阀全部开启时的阀缝隙面积。

A SO = Nπd

v

h

v,max

(式中N、d

v

、h

v,max

为阀数目、阀径、最大升程)

3.14 开孔率(fractional hole area)，ϕ

对于浮阀塔盘：为阀缝隙面积与鼓泡面积之比，A

f =A

SO

/A

B

对于筛孔塔盘：为开孔面积与鼓泡面积之比，A

f =A

h

/A

B

3.15 气相流率(vapor flow rate)，CFS

在塔内操作条件下气体的实际体积流量。

3.16 密度(vapor density，liquid density)，ρ

V ，ρ

L

在塔内操作条件下气体、液体单位体积的质量。

3.17 气相负荷(vapor load)，V

load

V load = CFS⨯(ρ

V

/(ρ

L

-ρ

V

))1/2

3.18 表观气相流速(superficial vapor velocity)，νs

νs = V load/A (式中A为A B或A N)

3.19 液相负荷(liquid load)，Q

L

Q L = GPM/L

weir

式中GPM为每分钟流过的加仑，即液相流率；L

weir

为堰的长度，以英寸表示液相流经塔盘的通量，单位长度出口堰上的液体体积流率(gal/min/in)。

3.20 降液管液相负荷(downcomer liquid load)，Q

D

Q D = GPM/A

D

在降液管顶部入口处，单位截面积上的清液流率(gal/min/ft2)。

3.21 液泛(flooding)

在塔内部液相超限地积累。

3.21.1 喷雾挟带液泛(spray entrainment flooding)

液相流率很小，塔盘操作在喷雾状态，即塔盘上大部分液体呈液滴形式。当气相流速上升时，这些液滴大都被挟带到上一层塔盘，积累在上一层塔盘而不是流到下一层塔盘。

3.21.2 雾沫挟带液泛(froth entrainment flooding)

液相流率很大，液相以泡沫形式分散在塔盘上，当气相流速上升时，泡沫高度增加。当塔盘间距较小时，气液两相的泡沫趋近于上一层塔盘，随着这一表层接近上一层塔盘，挟带则迅速增加，引起在上一层塔盘液相积累。

3.21.3 降液管返混液泛(downcomer backup flooding)