最新化工原理课程设计辽宁石油化工大学.docx

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化工原理课程设计--辽宁石油化工大学

化工原理课程设计

--浮阀塔的设计

学院：

石油化工学院

班级：

化工1005

姓名：

王国平

学号：

1001010503

指导教师：

王晓宁

完成日期：

2013年6月13日

一设计任务书（下）

（2）

二符号说明（3）

三塔板工艺尺寸的设计及计算（5）

1、塔径（5）

2、溢流装置（5）

3、塔板布置及浮阀数目排列（6）

四塔板流体力学验算（7）

1、气相通过浮阀塔的压力降（7）

2、液泛（8）

3、雾沫夹带（8）

五塔板性能负荷图（9）

1、雾沫夹带线（9）

2、液泛线（10）

3、液相负荷上限线（11）

4、漏液线（11）

5、液相负荷下限线（12）

六塔板工艺设计计算结果（13）

附图一（14）

参考文献（15）

设计心得（16）

化工原理课程设计任务书（下）

拟建一浮阀塔用以分离苯——乙苯混合物，决定采用F1型浮阀（重阀），试根据以下条件做出浮阀塔（精馏段）的设计计算。

已知条件：

液相密度

ρL（kg/m3）

气相密度

ρV（kg/m3）

液相流量

Ls（m3/s）

气相流量

Vs（m3/s）

表面张力

σ（mN/m）

880

2.69

0.005

1.515

21

要求：

1．进行塔的工艺计算和验算

2．绘制负荷性能图

3．绘制塔板的结构图

4．将结果列成汇总表

5．分析并讨论

符号说明

英文字母

—塔板鼓泡区面积，；—与单板压降相当的液柱高度，

—板上液流面积，；m液柱

—降液管截面积，；—出口堰高度，m；

—阀孔总面积，；—与克服表面张力的压力降相当的

—塔截面积，；液柱高度，m液柱；

—计算时的负荷系数，量纲为1；—降液管内清夜层高度，m；

—泛点符合系数，量纲为1；—塔板间距，m；

—阀孔直径，m—堰长，m；

—塔径，m—塔内液体流量，；

—雾沫夹带量，（液）/（气）；—塔内液体流量，；

—阀孔动能因数，；N—一层塔板上的浮阀总数；

—重力加速度，m/s2；ΔP—压力降，Pa；

—浮阀的开度，m；—孔心距，m；

—进口堰与降液管的水平距离，m；—排间距，m；

—与干板压力降相当的液柱高度，—空塔气速，

m液柱；—泛点气速，

—与液体流经降液管时的压力降相当—阀孔气速，

的液柱高度，m液柱；—临界孔速，

—与板上液层阻力相当的液柱高度，—降液管底隙处液流速度，

m液柱；

—板上液层高度，m；—降液管底隙高度，m；

—堰上液层高度，m；θ—液体在降液管中的停留

—塔内气相流量，；时间，s；

—塔内气相流量，；—密度，；

—弓形降液管的宽度，m；σ—液体表面张力，N/m；

—破沫区宽度，m；下标

—鼓泡区的1/2宽度，m；max—最大；

—板上液流长度，m；min—最小；

希腊字母L—液相；

—相对挥发度，量纲为1；V—气相；

—板上液层充气系数，量纲为1；

三、塔板工艺尺寸的设计及计算

1、塔径首先求空塔气速

空塔气速=安全系数×

式中C可由史密斯关系图（教材图3-5）查出，横坐标的数值为

取塔板间距HT=0.45米，取板上液层高度hL=0.07米。

则图中数值为

HT-hL=0.45-0.07=0.38m

根据以上数值，由图3-5查得C20=0.083。

因物系表面张力为σ=21mN·m-1，应按下式校正查出的负荷系数，即

，则

取安全系数为0.6，则空塔气速为

=0.6=0.6×1.513=0.908m/s

塔径

按标准塔径圆整为1.6m，则

塔截面积

（根据塔板结构参数系列化标准查得）

实际空塔气速

=1.515/2.01=0.7537m/s

2、溢流装置根据塔径，选用单溢流弓形降液管，不设进口堰。

各项计算下

（1）堰长：

根据塔板结构参数系列化标准（单溢流型），选取

=1.056m

（2）出口堰高：

依式3-5知

采用平直堰，堰上液层高度hOW可依式3-6计算，即

近似取E=1，

则=

（3）弓形降液管宽度和截面积：

根据标准，当=1.056m时

依式（3-10）验算液体在降液管中的停留时间，即

停留时间θ＞5s，故降液管设计合理。

（4）降液管的底隙高度h0，依是式（3-11）

取降液管底隙处流速=0.12m·s-1，则

=

取=0.04m

3、塔板布置及浮阀数目排列取发孔动能因子F0=10，用式（3-14a）求孔速u0，即

依式（3-15）求每层塔板上的浮阀数，即

取边缘宽度WC=0.65m，破沫区宽度WS=0.10m，依式（3-18）计算塔板上的鼓泡区面积，

=1.338m2

浮阀排列方式采用等腰三角形叉排。

取同一横排的孔心距t=75mm=0.075m，则可按式（3-17）估算排间距

考虑到塔径较大，须采用分块式塔板，而各分块板的支撑和衔接也要占去一部分鼓泡区面积，因此排间距不宜采用85.77mm，而应小于此值，故取=65mm。

取t=75mm，=65mm，以等腰三角形叉排方式作图（见附图一），排得阀数为214个。

故阀孔排列合理。

按N=214重新核算孔速及阀孔动能因数：

阀孔动能因数变化不大，仍在之间。

塔板开孔率

四、塔板流体力学验算

1、气相通过浮阀塔的压力降可根据式（3-19a）计算塔板压力降，即

（1）干板阻力：

由式（3-21a）计算，即

因＜，故按式（3-20）计算干板阻力，即

液柱

（2）板上充气液层阻力：

本设备分离苯—乙苯混合物，即液相为碳氢化合物，可取充气系数。

依式（3-22）知

（3）液层表面张力所造成的阻力：

按式（3-23）计算，即

（为浮阀的开度，m）

因此，与气体流经一层浮阀塔板的压力降所相当的液柱高度为

则单板压力降

2、液泛为了防止液泛现象的发生，要求控制降液管中清液层高，.可用式（3-24）计算，即

（1）气体通过塔板的压力降所相当的液柱高度:

前已算出，即

m液柱

（2）气体通过降液管的压头损失：

因不设进口堰，故可按式（3-25）计算，即

液柱

（3）板上液层高度：

前已选定板上液层高度为

取Φ=0.05，又已选定。

则

＞

可见＜，符合防止液泛的要求。

3、雾沫夹带按式（3-28）及式（3-29）计算泛点率，即

泛点率

及泛点率

板上液流长度

板上液流面积

苯和乙苯为正常系统，可按表3-4取物性系数K=1.0，又由图3-13查得泛点负荷系数,将以上数值带入式（3-28）得

泛点率=

再按式（3-29）计算泛点率，得

泛点率

根据式（3-28）及式（3-29）计算的泛点率均在以下，故可知雾沫夹带量能够满足＜（液）/（气）的要求。

五、塔板性能负荷图

1、雾沫夹带线依式（3-28）作出，即

泛点率

按泛点率80的计算如下

整理得

或

（1）

由式知雾沫夹带线为直线，则在操作范围内任取两个值，依式

（1）计算出的值列于附表1中。

据此，可作出雾沫夹带线

（1）。

附表1

/

0.0010.10

/

3.10152.8395

2、液泛线联立式（3-19a）、式（3-25）、及式（2-27），得

由上式计算确定液泛线忽略式中的，得

因物系一定，塔板结构一定，则、、、、、、、及等均为定值，与有如下关系，即

式中阀孔数N与孔径均为定值，因此可将上式简化为与的关系式

或

（2）

在操作范围内取若干个值，依式

（2）相应的值列于附表2中。

附表2

/

0.0010.0050.0080.010.012

/

3.6033.3713.2073.0912.967

根据表中数据作出液泛线

（2）。

3、液相负荷上限线液体的最大流量应该保证在降液管中停留时间不低于35。

依式（3-10）知液体在降液管中停留时间为

以作为液体在降液管中停留时间的下限，则

（3）

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（3）。

4、漏液线对于F1型重阀，根据计算（此时漏液较严重），则。

又知

则

以F0=5作为规定气体最小负荷的标准，则

据此作出与液体流量无关的水平漏液线（4）。

5、液相负荷下限线取堰上液层高度=0.06m作为液相负荷下限条件，依的计算式（3-6）计算出下限值，依此作出液相负荷下限线，该线为与气相流量无关的竖直线（5）。

即

取E=1.0，则

根据以上计算结果作出塔板性能负荷图（附图2）

附图二

由塔板性能负荷性能图可以看出：

任务规定的气、液负荷的操作点P（设计点），处在适宜操作的的适中位置；塔板的气相负荷上限由雾沫夹带控制，操作下限由漏液控制；按照操作液气比，由附图2查出塔板的气相负荷上限为

气相负荷下限

，则

操作弹性=

操作弹性大于2，所以此设计可以满足任务要求。

六、现将计算结果汇总列于附表3中。

附表3浮阀塔板工艺设计计算结果

项目

数值及说明

备注

塔板开孔率/%

塔径D/m

1.60

板间距HT/m

0.45

塔板形式

单溢流弓形降液管

分块式塔板

空塔气速u/（m/s）

0.7537

堰长lW/m

1.056

堰高hW/m

0.05

板上液层高度hL/m

0.07

降液管底隙高度h0/m

0.04

浮阀个数N/个

214

等腰三角形叉排

阀孔气速uo/（m/s）

5.926

阀孔动能因数F0

9.72

临界阀孔气速uoc/（m/s）

6.107

孔心距t/m

0.075

指同一横排的孔心距

排间距tˊ/m

0.065

指相邻两横排得中心线距离

单板压降ΔPP/Pa

568.90

高于国内普查结果较多，有待改进

液体在降液管内停留时间θ/s

13.05

降液管内清液层高度Hd/m

0.138

泛点率/%

42.46

气相负荷上限（VS）max/（m3/s）

　2.69

雾沫夹带控制

气相负荷下限（VS）min/（m3/s）

0.7793

漏液控制

操作弹性

3.45

附图一

参考文献

[1]夏青贾绍义.化工原理（下册·第2版）.天津大学出版社，2010

[2]唐伦成.化工原理课程设计简明教程.哈尔滨：

哈尔滨工程大学出版社,2005

[3]化工原理课程设计（第二版）.大连:

大连理工大学出版社，2006

设计心得

经过这段时间的查阅文献、计算数据和上机敲电子版，化工原理课程设计的基本工作已经完成，并得出了可行的设计方案，全部计算过程已在前面的章节中给以体现。

课程设计是对以往学过的知识加以检验，能够培养理论联系实际的能力，尤其是这次精馏塔设计更加深入了对化工生产过程的理解和认识，使我们所学的知识不局限于书本，并锻炼了我们的逻辑思维能力，同时也让我深深地感受到工程设计的复杂性以及我了解的知识的狭隘性。

所有的这些为我今后的努力指明了具体的方向。

设计过程中培养了我的自学能力，设计中的许多知识都需要查阅资料和文献，并要求加以归纳、整理和总结。