浮阀塔的设计3

塔设计板式塔的工艺设计主要包括两大方面：(1)塔高、塔径以及塔板结构尺寸的计算；(2)塔板的流体力学校核以及塔板的负荷性能图的确定。浮阀塔工艺尺寸的计算1.塔高可根据实验数据或用经验公式估算塔高主要取决于实际塔板数和板间距。给定任务所需实际塔板数可通过求得所需的理论板数N，然后由全塔效率(总板效率)修正TTPENN塔高塔径D，m0.3~0.50.5~0.80.8~1.61.6~2.02.0~2.42.4板距HT，mm200~300300~350350~450450~600500~800≥600211ZZHNZTP式中：Z1——最上面一块塔板距塔顶的高度，m；Z2——最下面一块塔板距塔底的高度，m。HT对塔的生产能力、操作弹性以及塔板效率均有影响HT，允许的操作气速，塔高,塔径。。对D0.8m的塔，为了安装及检修需要，需开设人孔。人孔处的板间距一般不应小于0.6m。塔板效率塔板效率反映了实际塔板的气液两相传质的完善程度。(1)全塔效率全塔效率反映塔中各层塔板的平均效率，它是理论板层数的一个校正系数，其值恒小于100%。总板效率TTp100%NEN(2)单板效率单板效率又称默弗里（Murphree）效率，它是以混合物经过实际板的组成变化与经过理论板的组成变化之比来表示的，单板效率即可用气相组成表示，也可用液相组成表示，分别称为气相单板效率和液相单板效率。气相单板效率液相单板效率单板效率分析n1tntn+1tn+1ynyn-1yn1xnxn+1xn()yn()xnn+1MV*nn1yyEyyn1nML*n1nxxExx(3)点效率点效率是指塔板上各点的局部效率。点效率分析n+1ynynxn-1xxy)(yn+1OV*n+1yyEyy溢流式塔板的塔截面分为两个部分：气体流通截面和降液管所占截面（液体下流截面）。TTffTAAAAAAA1或TAD4求得A’与Af/AT后，即可求得AT，而塔径AT-塔板总截面积，A’-气体流道截面积，Af-降液管截面积2.塔径fuu85.0~6.0设适宜气速为u，当体积流量为Vs时，A’=Vs/u求，A’的关键在于确定流通截面积上的适宜气速u塔板的计算中，通常是以夹带液泛发生的气速（泛点气速）作为上限。一般取A’的计算——索德尔斯和布朗（SoudersandBrown）公式L、V——液、气相的密度，kg/m3；C——气体负荷因子，m/s。C由实验确定。实验研究表明，C值与气、液流量及密度、板上液滴沉降高度以及液体的表面张力有关。史密斯（Smith,R.B）关系曲线HThL：液滴沉降高度HT可根据塔径选取，hL为板上液层高度常压塔hL=50~100mm；减压塔hL=25~30mm。注意：液相表面张力=210-2N/m若实际液相表面张力不同，按下式校正2.02020CC5.02.02020VVLfCuu，A’最后进行圆整。Af/AT的确定Af/AT：降液管面积与塔截面积之比，与液体溢流形式有关。求取方法：(1)按D和液体流量选取溢流形式，由溢流形式确定堰长lw与D的比值。单流型：lw/D=0.6~0.8双流型：lw/D=0.5~0.7易起泡物系lw/D可高一些，以保证液体在降液管中的停留时间。(2)由选定的lw/D值查图得Af/AT。(3)由确定的A’与Af/AT求得塔板面积AT和塔径D，并进行圆整。TTffTAAAAAAA1或注意：塔高和D的计算涉及的参数(HT、hL)是按经验数据在一定范围选取的，故所得塔高和D是初估值，需根据后面介绍的流体力学原则进行校核。塔板结构设计鼓泡区：取决于所需浮阀数与排列溢流区：与所选溢流装置类型有关以上两区均需根据塔板上的流体力学状况进行专门计算塔板布置rxWs’AfDhwAAh0HTAfAaWslwWd’WdWc塔板结构设计进口安定区(分布区)：保证进塔板液体的平稳均匀分布，也防止气体窜入降液管。Ws=50~100mm出口安定区(脱气区)：避免降液管大量气泡夹带。Ws=70~100mm塔板布置D800mm整块式塔板；D900mm分块式塔板。边缘区(无效区）：塔板支撑件塔板连接。D2.5mWC=50mm；D2.5mWC60mmrxWs’AfDhwAAh0HTAfAaWslwWd’WdWc溢流装置溢流装置：由降液管、溢流堰和受液盘组成。降液管：连通塔板间液体的通道，也是供溢流中所夹带的气体分离的场所。常见的有弓形、圆形和矩形降液管弓形降液管：有较大容积，能充分利用塔板面积，一般塔径大于800mm的大塔均采用弓形。溢流形式的选择：根据塔径及流体流量等条件全面考虑。D2.0m单溢流式D2.0m双溢流式或阶梯流式单溢流弓形降液管结构尺寸的计算降液管的宽度Wd和截面积Af计算塔径时已根据溢流形式确定了堰长与塔径的比值lw/D。由lw/D查图可得Wd/D和Af/AT，D和AT已确定，故降液管的宽度Wd和截面积Af也可求得。液体在降液管中的停留时间为hTfLHA为降低气泡夹带，一般不应小于3~5s，对于高压塔以及易起泡沫的物系，停留时间应更长些。若计算出的过短，不满足要求，则应调整相关的参数，重新计算。出口溢流堰与进口溢流堰出口堰：维持板上液层高度，各种形式的降液管均需设置。出口堰长lw：弓形降液管的弦长，由液体负荷及流形式决定。单溢流lw=(0.6~0.8)D双溢流lw=(0.5~0.7)D。出口堰高hw：降液管上端高出板面的高度。堰高hw决定了板上液层的高度hL和堰上液层高度how。owLwhhh32100084.2whowlLEh对于平堰：弗朗西斯（Francis）公式对常压塔，板上液层高度hL可在0.05-0.1m范围内选择进口堰：保证液体均匀进入塔板，也起液封作用。一般仅在较大塔中设置。进口堰高一般与降液管底隙高度h0相等。进口堰与降液管间的水平距离w0≥h0，以保证液体由降液管流出时不致受到大的阻力。降液管底隙高度及受液盘降液管底隙高度应保证溢流液顺畅并防止沉淀物堵塞(不可太小)，但也应防止气体进入降液管(不可太大)。对于弓形降液管可按下式计算owhulLh0uo——液体通过降液管底端出口处的流速，m/s根据经验一般取uo=0.07~0.25m/s。D800mm，h0=25~30mm；D800mm，h0=40mm。最大时可达150mm。受液盘：承接来自降液管的液体。凹形受液盘：用于大塔（D800mm）。在液体流量低时仍能形成良好的液封，对改变液体流向有缓冲作用，且便于液体的侧线抽出，但不适于易聚合及有悬浮固体的情况。凹形受液盘深度一般在50mm以上。浮阀的数目与排列阀孔直径：由浮阀的型号决定。浮阀数N：由气体负荷量Vs决定。可由下式计算0204udVNs式中：Vs——气体流量，m3/s；u0——阀孔气速，m/s；d0——阀孔直径。对F1型浮阀，d0=39mm。VuF00阀孔气速u0可根据由实验结果综合的阀孔动能因子F0确定根据工业设备数据，对F1重型浮阀（约33g），当塔板上的浮阀刚全开时，F0在8~12之间。设计时可在此范围内选择适宜的F0后计算u0。浮阀在塔板上常按三角形排列，可顺排或叉排。液流方向顺排tNAtatt’叉排等腰三角形叉排可使相邻的浮阀容易吹开，鼓泡更均匀。通常将同一横排的阀孔中心距定为75mm，而相邻两排间的距离可取65、80、100mm等几种规格。若鼓泡区面积为Aa，则一个阀孔的鼓泡面积Aa/N约为tt’，故有由t’=75mm及上式计算的Aa值可得t，据此可确定t的实际取值（65、80、100mm）；)(m22csdWDRWWDx)(sin1801222RxRxRxAa对单溢流塔板Aa可按下式计算：根据已确定的孔距（t’与t），按等腰三角形叉排方式作图，确切排出在鼓泡区内可以布置的浮阀总数；若作图排列与计算所得浮阀数相等或相近，则按作图所得浮阀数重算阀孔气速，然后校核F0(8~12)。若F0不在该范围内，应重新调整t值，再作图、校核，直到满足要求为止。%100%1004420220NDdDNd常压塔或减压塔：=10~14%加压塔：10%塔板开孔率：塔板上阀孔总面积占塔板总面积的百分数浮阀塔板的流体力学校核原因：在计算确定浮阀塔的塔高Z、塔径D及塔板结构尺寸时，有部分设计参数来源于一定范围内的经验数据，如HT、lw/D、hL等。目的：判断在设计工作点(任务给定的气、液负荷量)下初步设计出的塔板能否正常操作，塔板压降是否超过允许值等，从而确认塔的工艺尺寸设计结果的可靠性。塔板压降的校核气体通过塔板的压强降对塔板的操作性能有着重要影响，通常也是设计任务规定的指标之一。塔板的压降等于干板压降与液层压降以及液体表面张力引起的压降之和，即hhhhplc)(9.19175.000液柱muhuuLcoc)(234.5200液柱mguhuuLVcoc国内通用的F1型浮阀塔板的hc可按如下经验公式计算：阀全开前阀全开后式中：u0—阀孔气速，m/s；uoc—阀恰好全开时的阀孔气速(临界气速)，m/s；V、L—分别为塔内气体和液体的密度，kg/m3。825.115.10Vocu由上两式可得临界孔速uoc的计算式以上三式是由阀重34g和阀孔直径39mm的重型浮阀测定的数据关联所得。用于其它重量的浮阀时需进行修正。液层阻力hl为：如果算出的板压降hp值超过规定的允许值，应对相关的设计参数进行调整，如增大开孔率或降低堰高hw，以使hf值下降。Llhh00充气因子，液相为水时，为0.5；为油时，0.2-0.35；碳氢化合物，0.4-0.5液体表面张力引起的压降ghhL2h：浮阀的开度液沫夹带的校核正常操作时的液沫夹带量为：ev0.1kg液体/kg气体。泛点率Fl：操作时的空塔气速与发生液泛时的空塔气速之比D0.9m：Fl80%；D0.9m：Fl70%；减压塔：Fl75%%10036.1bFLhVLVslAKCZLVFFTVLVslKCAVF78.0经验公式：Lh,Vs——分别为塔内液、气相流量，m3/s；L,V——分别为塔内液、气相密度，kg/m3；ZL——板上液相流程长度，m。单溢流：ZL=D-2Wd；Ab——板上液流面积，m2。单溢流：Ab=AT-2Af；K——物性系数；CF——泛点负荷因子。物系物性系数K无泡沫，正常系统1.0氟化物（如BF3、氟里昂）0.90中等发泡系统（如油吸收塔、胺及乙二胺再生塔）0.85多泡沫系统（如胺及乙二胺吸收塔）0.73严重发泡系统（如甲乙酮装置）0.60形成稳定泡沫的系统（如碱再生塔）0.30若计算所得泛点率Fl不在上述范围内，则可认为ev超过了最大允许值，必须调整有关参数，如增大板间距HT、或增大塔径D（降低气速）等，再重新进行校核。溢流液泛的校核为避免发生溢流液泛，则应保证降液管中泡沫液层的高度不能超过上层塔板的出口堰，即必须满足dLdhhhpH——泡沫层相对密度。与降液管中泡沫液层高度相当的清液层Hd可由下式计算上式中hp、hL可由前面介绍的公式进行计算。易起泡物系：=0.3~0.4；一般物系：=0.5；不易起泡物系：=0.6~0.7。)(wTdhHH液体经过降液管的阻力损失hd，主要由降液管底隙处的局部阻力所造成，可按下面的经验公式计算：2202.02.0oLwsduhlLh220153.0153.0oLwsduhlLh塔板上不设进口堰时塔板上设有进口堰时式中：Ls——液体体积流量，m3/s；lw——堰长，亦即降液管底隙长度，m；h0——降液管底隙高度，m；uoL——液体通过降液管底隙时的流速，m/s。负荷性能图及操作弹性负荷性能图为一定任务设计的塔板，在一定气、液