化工原理第七章 塔设备 答案讲课讲稿

化工原理第七章塔设

备答案

七气液传质设备习题解答

1 解:

塔底压强=101+30=131[kn/m2], 在上此压强下水沸点为107℃ ,此温度下ρG=18×131×273/(22.4×101×380)=0.75[kg/m3]

ρl=953[kg/m3]

θ=57.5[dyn/cm]

μ=0.266[cp]

(ρl/ρG)1/2V l/V G=(ρG/ρl)1/2m l/m G

=(0.75/953)1/2×1.24/0.82=0.041

H T=0.3m

当P148图11--6 ,C20=0.065

C=C200(σ/20)0.2=0.065(57.5/20)0.2=0.08

UF=C[(ρl-ρG)/ρG]0.5=0.08[(953-0.75)/0.75]0.5

=2.85[m/s]

U=0.7UF=0.7×2.85=2[m/s]

气体流量 : V G=m G/ρG=0.82/0.75=1.09[m3/s]

塔的有效截面An(指塔版上可供气体通过的截面)

An=V G/u=1.09/2=0.545[m2]

塔的总截面为A,依题意0.9A=An ,

∴A=An/0.9=0.545/0.9=0.606[m2]

塔截面为A,故塔径为D πD2/4=A

D=(4A/π)0.5=(4×0.606/3.14)0.5=0.879≈0.9[m]

2 解:

已知a=6.3, 86℃时, μ水=0.33[cp]

μ甲醇=0.26[cp]

μaΩ=0.52×0.26+0.48×0.33=0.29[cp]

aμaΩ=6.3×0.29=1.83

由图11--21查得总板效率E=0.42=42%

筛板塔增大10% 故得

E=1.1×0.42=46%

实际塔板数为(30-1)/E=29/0.46=63 (釜算一块理论板)

塔板层高度为(63-1)×0.3=18.6[m]

3 解 :

校核液泛是否发生

气体通过筛孔压力降ho

h O=(1/2g)(uo/Co)2ρG/ρl

式中:uo=12.7[m/s] ,ρG=0.75[kg/m3] ; ρl=953[kg/m3]

根据do/tp=4mm/2mm=2 ,由图11--9读出Co=0.76

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∴ho=(1/2249.81)(12.7/0.76)2(0.75/953)=0.0112[m清液柱]

气体通过泡沫层压降e

he=β(hw+how) 式中hw=0.05m ; β为充气系数,how为堰头高度。现先求β。它根据u AρG1/2 值从图中查取.u A为按工作面计算的气速:

u A=V G/(A-2Ad)=1.09/(0.606-2×0.1×0.606)=2.25 [m/s]

u AρG1/2=2.25(0.75)0.5=1.95

由此查得β=0.59 。

how=0.0028Fw(V′l/lw)2/3

式中.V l为液体体积流量 (1.24/953)×3600=4.68[m3/h]

lw为堰长,lw=0.36 m(题给条件)

Fw为校正系数,由 Lw/D和V l′/Lw2.5的数值从图查取.

V′l/L2.5w=4.68/(0.63)2.5=14.86 ,

Lw/D=0.7

由此两数从图中查得 Fw=1.03 ,于是:

how=0.0028×1.03(4.68/0.63)2/3=0.11[m液柱]

∴he=β(hw+how)=0.59(0.05+0.011)=0.036[m液柱]

气体通过一层筛板的总压力降为

△Ht=h0+he=0.0112+0.036=0.0472 m

液体流过降液管的压力损失 h d

h d=1.39/g(V l/Ada)2

式中V l为液体体积流量 V l=1.24/935=0.0013[m3/s],

Ada为降液管流出的缝隙面积.Ada=lw×y, y 为降液管下沿距塔板距

离.取 H=40mm ,则

Ada=0.63×0.04=0.0252[m2]

∴ hda=1.39/9.81(0.0013/0.0252)2=0.00038[m]

降液管内液面高度为 Hd

Hd=△H t+h w+h ow+△+h d

=0.047+0.05+0.011+0+0.0038=0.108[m]

取Φ=0.5,则降液管内泡的中液面高度为

H′d=H d/Φ=0.108/0.5=0.216 [m]

H′d〈HT+hw=0.3+0.05=0.35 [m]

故不会发生液泛。

(2) 校核降液管内停留时间.

解得ηA=ηb=0.7

L/G=(1/0.7)×(L/G)min=(1/0.7)mηA=(1/0.7)×1.4×0.7=1.4

因为两塔的L/G、η及m相同,故两塔的N OG是相同的。

又 mG/L=1.4/1.4=1 ,操作线与平衡线平行,推动力处处相同

∴Δy m=y A-mx A=y A

对A塔 :

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N OG=(y b-y A)/△y m=(y b-y A)/y A=y b/y A-1=1/0.3-1=0.7/0.3

又H OG相同,故两塔的填料层高度相等 :

h A=h b=H OG.N OG=1.2×0.7/0.3=2.8[m] 。

4解:

(1)确定填料塔塔径.

根据图11-27确定液泛气速uF。

L′/G′(ρG/ρl)0.5=1.24/0.82(0.75/953)0.5=0.0424

根据此值.查得:

(G′)2Φμl0.2/gρGρl=0.14

若G′=u FρG代入则

u2Fρ2GΦμ0.2l/gρGρl=0.14

式中Φ对38mm钢质鲍尔环为92.化入上式,则,液泛速度uF为:

uF=(0.14×gρl/(ρGΦμ0.2)0.5

=(0.14×9.81×953/(0.75 ×92 ×0.2660.1)0.5=4.65[m/s]

操作气速u=0.6u F=0.6×4.65=2.8 [m/s]

塔径 D

D=(4V G/Πu)0.5=(4×1.09/3.14×2.8)0.5=0.705 m≈0.7 [m]

(2)确定填料塔压降并与板式塔比较.

根据表11-5查得38mm风质鲍尔环用精馏操作的理论板当量高度H.E.T.P=0.66[m] 则填料层高度 h0=N T×(H.E.T.P)

h0=30×0.66=19.8 [m]

因: u2Fρ2GΦμ0.2l/gρGρl=0.14

而 u=0.6u F,∴u2ρ2GΦμ0.2l/gρGρl=0.62×0.14=0.05

以此值为纵坐标,L′/G′(ρG/ρl)0.5=0.0424为横坐标

从图11-27查得填料层每米压降△P=30[mm水柱/m填料]

∴填料塔压降为=h0×△P=19.8×30=594 mm水柱

板式塔压降(△P)板=实际板数×每板压降。

(△P)板=N×HT=63×0.0472=2.97 [m液柱]

因为题是按塔底条件计算的,两塔底基本上是水,故(△P)板=2.97 m

液柱可认为 2.97m水柱。

于是:

(△P)填料/(△P)板=0.594/2.97=0.2

由此可见,填料塔的压降,一般而言是远低于板式塔的, 这是填料塔的一个主要优点。5解:

40mm陶瓷拉西环Φ=350 [1/m]

50mm陶瓷钜鞍环Φ′=130[1/m]

G F’/G=(Φ/Φ′)0.5 ; ∴G′=G(Φ/Φ′)0.5=8000(350/130)0.5=13100 [Kg/h]

因操作气速于液泛气速成正比,故产量提高的百分率为

(G'-G)/G=(13100-8000)/8000=0.64×100%=64%

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