浮阀塔设计

例7-1拟建一浮阀塔以分离苯——甲苯混合物，决定采用F1型浮阀（重阀），试根据以下条件作出浮阀塔的设计计算。

气相流量；液相流量；气相密度；液相密度；物系表面张力。

解：1.塔板工艺尺寸计算

（1）塔径欲求塔径应先求出空塔气速u，而

依式知，

式中C可由史密斯关联图查出，横标的数值为：

取板间距，取板上液层高度，则图中参数值为：

根据以上数值，由史密斯关联图查得，

因物系表面张力，很接近20mN/m，故无需校正，即：

则

取安全系数为0.6，则空塔气速为：

塔径

按标准塔径圆整为

则塔截面积

空塔气速

（2）溢流装置选用单溢流弓形降液管，不设进口堰。各项计算如下：

①堰长，取堰长，即：

②出口堰高依式知：

采用平直堰，堰上液层高度可依式计算，即

近似取，则可由列线图查出值。

因，

由该图查得

则

③弓形降液管宽度和面积，用图求取和，因为：

由该图查得：，

则

依式验算液体在降液管中停留时间，即：

停留时间θ>5s，故降液管尺寸可用。

④降液管底隙高度依式可知：

取降液管底隙处液体流速，则：

，取

（3）塔板布置及浮阀数目与排列取阀孔动能因子，用式

求孔速，即：

依式求每层塔板上的浮阀数，即：

取边缘区宽度

泡沫区宽度

依式计算塔板上的鼓泡区面积，即：

浮阀排列方式采用等腰三角形叉排。取同一横排的孔心距，则可按式估算排间距，即：

考虑到塔的直径较大，必须采用分块式塔板，而各分块的支承与衔接也要占去一部分鼓泡区面积，因此排间距不宜采用80mm，而应小于此值，故取

。

按，以等腰三角形叉排方式作图（见本例附图1），排得阀数228个。

按重新核算孔速及阀孔动能因数：

阀孔动能因数变化不大，仍在9～12范围内。

2．塔板流体力学验算

（1）气相通过浮阀塔板的压强降可根据下式计算塔板压强降，即：

①干板阻力由下式计算，即：

或

因，故按下式计算干板阻力，即：

②板上充气液层阻力本设备分离苯和甲苯混合液，即液相为碳氢化合物，可取充气系数，依式计算：

③液体表面张力所造成的阻力此阻力很小，忽略不计。

因此，气体流经一层浮阀塔板的压强降所相当的液柱高度为：

（单板压降）

（2）淹塔为了防止淹塔现象的发生，要求控制降液管中清液层高度

。可由下式计算，即：

①气体通过塔板的压强降所相当的液柱高度前已算出：

②液体通过降液管的压头损失因不设进口堰，故按下式计算：

③板上液层高度前已选定板上液层高度为：

则

取，又已选定，

则

可见，符合防止淹塔的要求。

（3）雾沫夹带按下两式计算泛点率，即：

（a）

及（b）

板上液体流径长度

板上液流面积

苯和甲苯可按正常系统按附表1取物性系数，又由图查得泛点负荷系数，将以上数值代入式（a），得：

又按式（b）计算泛点率，得：

对于大塔，为避免过量雾沫夹带，应控制泛点率不超过80%。根据式（a）及式（b）计算出的泛点率都在80%以下，故可知雾沫夹带量能够满足

的要求。

例7-1 附表1 物性系数K

系统物性系数K

无泡沫，正常系统

氟化物（如BF

3

，氟里昂）

中等发泡系统（如油吸收塔、胺及乙二醇再生塔）

多泡沫系统（如胺及乙二胺吸收塔）

严重发泡系统（如甲乙酮装置）

形成稳定泡沫的系统（如碱再生塔）1.0 0.9 0.85 0.73 0.60 0.30

3.塔板负荷性能图

（1）雾沫夹带线依式（a）作出，即：

对于一定的物系及一定的塔板结构，式中、、、K、及均为已知值，相应于的泛点率上限值亦可确定，将各已知数代入上式，便得出—的关系式，据此可作出符合性能图中的雾沫夹带线。

按泛点率=80%计算如下：

整理得

或（1）

由式（1）知雾沫夹带线为直线，则在操作范围内任取两个值，依式（1）算出相应的值列于本例附表2中。

例7-1附表2

，m3/s 0.002 0.010

，m3/s 3.01 2.78 （2）液泛线联立以下三式：

得：

由上式确定液泛线。忽略式中项，将以下五式代入上式，

得到：

因物系一定，塔板结构尺寸一定，则、

、

、

、

、

、

及φ

等均为定值，而

与

又有如下关系，即：

式中阀孔数N 与孔径

亦为定值。因此，可将上式简化成

与

的如下关系式：

即 或

（2）

在操作范围内任取若干个

值，依式（2）算出相应的

值列于本例附表3中。 例7-3 附表 3

，m 3/s

0.001 0.005 0.009 0.01

3

，m 3/s

3.76 3.52 3.29 3

.03

（3）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 。依式知：

液体在降液管内停留时间

求出上限液体流量值（常数），在

—

图上，液相负荷上限线为与气体流

量无关的竖直线。

以

作为液体在降液管中停留时间的下限，则：