(完整版)浮阀塔的设计示例
浮阀塔的设计3
?
NT ET
可根据实验数据或用经验公式估算
塔高 Z ? ?NP ? 1?HT ? Z1 ? Z2
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? 。。
2
how
?
2.84 1000
E????
Lh lw
????3
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
D ? 4 AT
?
A' 的计算
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
u ? ?0.6 ~ 0.85?u f
—— 索德尔斯和布朗（Souders and Brown ）公式
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
? ? Af H T
常压塔 hL=50~100 mm ； 减压塔 hL=25~30 mm 。
浮阀塔设计
mmax m01 m02 m03 m04 ma mw 126812
风载荷、风弯矩计算与地震弯矩计算
塔体因风压、地震会发生弯曲变形。按基本风压值 q0=300N/m2 、地震设防烈度为8度的设计条件，选取塔 设备薄弱部位截面0-0、1-1、2-2进行了计算。
二、各项应力校核 塔体圆筒稳定校核
塔设备质量载荷计算
将全塔分成6段，根据塔段长度、人孔与平台数、塔板数 等计算各质量载荷，得 m0 m01 m02 m03 m04 m05 ma 57096 全塔操作质量
全塔最小质量 水压试验时 最大质量
mmin m01 0.2m02 m03 m04 ma 35133
提馏段操作弹性=3.718
第三部分 塔设备的机械设计
设计条件
计算压力Pc=1.1MPa 基本风压值q0=300N/m2 地震设防烈度为8度 塔壳外表面保温层100mm 每隔十块塔板开设一个人孔，人孔数为4个
按计算压力计算塔体和封头厚度
经计算，塔体和封头厚度均取12mm，采用标准椭 圆形封头。
一、各项载荷计算
第二部分 塔板的流体力学计算
一、气相通过浮阀塔板的压降 二、淹塔 三、雾沫夹带验算 四、塔板负荷性能图 1、雾沫夹带线 2、液泛线 3、液相负荷上限 4、漏液线 5、液相负荷下限线
6、 操作性能负荷图
精馏段负荷性能图如下：
提馏段负荷性能图如下：
由图可以看出： ①操作点p（设计点）处 在适宜操作区内适中 位置； ②塔板的气相负荷上限完 全由雾沫夹带控制， 操作下限由漏液控制； ③ 精馏段操作弹性=3.224
hw how
H 0.45m, h 0.02m, h 0.04m, h 0.0566m h 0.052m, h 0.0134m, h 0.0180m
化工原理课程设计浮阀塔
化工原理课程设计浮阀塔针对化学工程专业中的化工原理课程，课程设计是一个非常重要而且具有启发性的过程。
在课程设计中，同学们需要充分掌握化工原理的基础知识，学习并掌握化工行业的重要原理和流程，以此为基础，会设计出各种不同类型的化工设备，如浮阀塔等。
在接下来的文本中，我们将介绍化工原理课程设计中的浮阀塔，并探讨其结构、操作和应用。
一、浮阀塔的概念浮阀塔是一种广泛使用的化工设备。
它是一种塔式反应器，用于吸收、分离和提纯混合物。
浮阀塔可以通过不同的设计和流体动力学技术来满足许多不同的化学过程，包括精馏、吸收、萃取、反应和分离等。
浮阀塔可以在一些重要的工业领域得到广泛应用，例如炼油、化工、制药、食品和饮料、制造和环境控制等。
二、浮阀塔的结构浮阀塔一般由圆柱形台式烟囱筒体和立体阀组成，顶部设有入口气流和转子装置，底部装有液体入口和出口。
浮阀塔的圆柱形塔体可根据不同的需求和工艺流程独立选择材料来制作，如不锈钢、碳钢等。
然而，其圆柱形体受到直径与高度比值限定，通常为2-6之间。
浮阀塔可以采用多种转子装置设计，例如平板型、齿轮型、排柱型等。
为防止液面波动，还应在浮阀上设置抑泡板。
阀口下设有气体入口，气体将带动浮阀中的液体上升，并通过液泵进入浮阀塔。
浮阀上的液体将通过分隔板同时与气体接触以达到吸收、萃取、分离和其他化学过程。
三、浮阀塔的操作方式在浮阀塔的化学过程中，上述操作将被重复进行，直到流体达到所需的纯度或浓度，或已完成所需的化学反应。
浮阀塔可以通过各种不同的方式进行操作，取决于所需的化学过程和设备的规格。
浮阀塔中的物流通过操作阀控制，以达到所需的流量，同时还需要控制循环液流量、液位和温度。
在施工过程中，还需要确保严格的安全措施和浮阀的正确操作。
四、浮阀塔的应用场景浮阀塔可用于各种不同类型的操作和化学反应，其中最常见的是可用于精馏塔、萃取塔、吸收塔、氢化处理塔、水解塔、酯化塔、醇酸分离塔等其他一些任何需要操作混合物的化工液态流程。
浮阀塔设计
化工原理课程设计Ⅱ——浮阀塔的选型设计专业班级:姓名：学号：指导教师：成绩：目录前言--------------------------------------------------------1设计任务书------------------------------------------------2 设计计算及验算------------------------------------------3 塔板工艺尺寸计算---------------------------------------------3 塔的流体力学验算---------------------------------------------7 塔板负荷性能图------------------------------------------------9 分析与讨论-----------------------------------------------13 结果列表--------------------------------------------------14化工原理课程设计任务书拟建一浮阀塔用以分离甲醇—水混合物，决定采用F1型浮阀（重阀），是根据以下条件做出浮阀塔的设计计算。
已知条件：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.分析并讨论前言浮阀塔结构简单，有两种结构型式，即条状浮阀和盘式浮阀，它们的操作和性能基本是一致的，只是结构上有区别，其中以盘式浮阀应用最为普遍。
盘式浮阀塔板结构，是在带降液装置的塔板上开有许多升气孔，每个孔的上方装有可浮动的盘式阀片。
为了控制阀片的浮动范围，在阀片的上方有一个十字型或依靠阀片的三条支腿。
前者称十字架型，后者称V型。
目前因V型结构简单，因而被广泛使用，当上升蒸汽量变化时，阀片随之升降，使阀片的开度不同，所以塔的工作弹性较大。
浮阀(F1)塔的设计计算
浮阀（F1）塔的设计计算板式塔设计中，一般按防止出现过量雾沫夹带液泛的原则，首先确定液泛气速，然后根据它选取一适宜的设计气速来计算所需的塔径。
关于液泛气速这一极限值，理论上由悬浮于气流中的液滴的受力平衡关系导出如下：()246223fv pV L pu dg d ρπξρρπ=-式中：f u --液泛气速，m/s ；p d --液滴直径，m ；l v ρρ、 --气、液相密度，kg/m 3ξ---阻力系数 得： vv l p f g d u ρξρρ.3)(4-=但实际上，气液两相在塔板接触所形成的液滴直径、阻力系数均为未知，所以又将这些难以确定的变量和常数合并，使上式变为：VVL f cu ρρρ-= m/s 对于筛板塔、浮阀塔、及泡罩塔，式中的C 值可从Smith 图查得。
此图是按液体表面张力20=σN/m 时的经验数据绘出的，若塔内液体表面张力为其他数值时，应在图上查出的C 值后，按下式进行校正：2.020)20(σσ=C C C 20---表面张力为20mN/m 时的C 值，从Smith 图查得；σC --表面张力为σ时的C 值； σ --物系的表面张力，mN/m 。
求出U f 后，按u=(0.6～0.8)U f 确定设计的空塔气速。
按下式求出塔径：uV D Sπ4=Vs —设计条件下的气相流量；D---塔径u---空塔气速，m/s 。
浮阀塔的设计、计算是在半个多世纪大量的实验、工业化应用总结的基础上形成的标准化设计。
1、对于浮阀塔，根据四十多种物系在不同操作条件下的工业实验结果，得出阀孔动能因子F 0与操作状况的关系如下：阀孔动能因子：G o O u F ρ=F 0—阀孔动能因子，Pa 0.5 U 0---阀孔气速，m/sv ρ--气相密度，kg/m 3F 0反映密度为v ρ的气体以U 0速度通过阀孔时动能的大小。
综合考虑了F 0对塔效率、阻力降和生产能力的影响，根据经验可取F 0=8～12，即阀孔刚全开时作为设计点。
浮阀塔的设计示例
浮阀塔的设计示例浮阀塔是一种常见的化工设备，用于气体和液体之间的质量传递，尤其是在蒸馏和萃取过程中。
下面是一个浮阀塔的设计示例，重点介绍了它的结构和操作原理。
1.设计目标：本浮阀塔的设计目标是实现高效的质量传递，提高分离效果和产品纯度。
同时，保证设备的安全和可靠性，减少设备的能耗和维护成本。
2.结构设计：该浮阀塔采用垂直立式结构，内部分为多个塔板，每个塔板上安装有浮阀。
塔板之间通过气体和液体的穿孔连接。
在塔顶设置有进料口和出料口，而在塔底则设置有底流液收集器。
此外，还设计了塔壳和塔盖，用于保证设备的结构完整性。
3.操作原理：浮阀塔的操作原理基于浮阀的作用。
浮阀由一个密封球和一个杆连接组成。
当从塔底喷射的气体或液体经过塔板时，浮阀的球会被上升的气体或液体推起，从而打开通道，使气体或液体通过浮阀孔进入上方的塔板。
当上方的塔板上积聚足够的液体时，浮阀球会被液体推下，关闭通道，使液体停留在上方的塔板上。
通过不断重复这个过程，气体和液体之间的质量传递就得以实现。
4.浮阀的设计：浮阀的设计关键是选择合适的密封球和杆的材料，并确定其尺寸和重量。
一般来说，密封球和杆的材料要具有耐腐蚀和耐高温的特性，以满足不同工艺的要求。
此外，密封球的尺寸和重量需要根据气体和液体的流速和密度来确定，以保证浮阀的正常运行。
5.设备的操作与维护：为了确保浮阀塔的高效运行，需要进行定期的检查和维护工作。
首先，要检查浮阀是否正常工作，如有必要，需要更换损坏的浮阀。
其次，要及时清理塔板上的沉积物，以保证通道的畅通。
此外，还需要定期检查塔壳和塔盖的密封性，以防止气体或液体的泄漏。
6.设备的优化改进：针对该浮阀塔的优化改进措施主要包括以下几个方面：一是改善塔板的结构，增加塔板的布置密度，减小气液间的传质距离，从而提高质量传递效果。
二是采用节能技术，如加热和冷凝剂回收，减少能耗和环境污染。
三是引入自动控制系统，实现设备的自动化运行和监控，提高生产效率和安全性。
(完整版)浮阀塔的设计示例
浮阀塔设计示例设计条件拟建一浮阀塔用以分离某种液体混合物，决定采用F1型浮阀（重阀),试按下述条件进行浮阀塔的设计计算.气相流量 Vs = 1.27m3/s；液相流量 Ls= 0。
01m3/s；气相密度ρV = 3.62kg/m3；液相密度ρL= 734kg/m3；混合液表面张力σ= 16.3mN/m，平均操作压强 p = 1.013×105Pa.设计计算过程（一）塔径欲求出塔径应先计算出适宜空塔速度.适宜空塔速度u一般为最大允许气速uF的0.6～0.8倍即: u＝（0.6～0.8）uF式中C可由史密斯关联图查得，液气动能参数为：取板间距HT =0。
6m，板上液层高度hL=0。
083m,图中的参变量值HT-hL=0。
6-0。
083 =0.517m。
根据以上数值由图可得液相表面张力为20mN/m时的负荷系数C20=0.1。
由所给出的工艺条件校正得：最大允许气速：取安全系数为0。
7，则适宜空塔速度为：由下式计算塔径:按标准塔径尺寸圆整，取D = 1.4m；实际塔截面积：实际空塔速度：安全系数: 在0。
6~0。
8范围间,合适.(二) 溢流装置选用单流型降液管，不设进口堰。
1）降液管尺寸取溢流堰长lw =0.7D,即lw/D=0。
7，由弓形降液管的结构参数图查得：Af/AT=0。
09，Wd/D=0。
15因此：弓形降液管所占面积:Af=0.09×1.54=0.139(m2)弓形降液管宽度：Wd=0.15×1.4=0。
21（m2）验算液体在降液管的停留时间θ，由于停留时间θ＞5s,合适。
2）溢流堰尺寸由以上设计数据可求出：溢流堰长 lw=0。
7×1。
4=0.98m采用平直堰，堰上液层高度可依下式计算，式中E近似取1，即溢流堰高：hw =hL-how=0。
083—0.033=0.05m液体由降液管流入塔板不设进口堰，并取降液管底隙处液体流速u′= 0。
228m/s；降液管底隙高度：浮阀数及排列方式:1）浮阀数初取阀孔动能因数F= 11，阀孔气速为：每层塔板上浮阀个数：（个）2）浮阀的排列按所设定的尺寸画出塔板,并在塔板的鼓泡区内依排列方式进行试排，确定出实际的阀孔数。
浮阀塔的设计3
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
点效率分析
y
y (y?) n
x
n-1
x
y
n +1
x
n
2. 塔径
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）。
AT ? A?? Af
或
Af ? 1? A?
AT
AT
AT -塔板总截面积，A'-气体流道截面积，Af -降液管截面积
求得A'与 Af / AT 后，即可求得 AT ，而塔径
浮阀在塔板上常按三角形排列，可顺排或叉排。
液流方向
t顺排叉排来自t'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 75 mm ，而相邻两排 间的距离可取 65、80、100 mm 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
物系物性系数k10无泡沫正常系统氟化物如bf3氟里昂090中等发泡系统如油吸收塔胺及乙二胺再生塔085多泡沫系统如胺及乙二胺吸收塔073严重发泡系统如甲乙酮装置060形成稳定泡沫的系统如碱再生塔030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
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
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
浮阀塔设计示例
设计条件
拟建一浮阀塔用以分离某种液体混合物，决定采用F1型浮阀（重阀），试按下述条件进行浮阀塔的设计计算。
气相流量V s = 1.27m3/s；液相流量L s = 0.01m3/s；
气相密度ρV = 3.62kg/m3；液相密度ρL = 734kg/m3；
混合液表面张力σ= 16.3mN/m，平均操作压强p = 1.013×105Pa。
设计计算过程
（一）塔径
欲求出塔径应先计算出适宜空塔速度。
适宜空塔速度u一般为最大允许气速u F的0.6～0.8倍
即：u＝（0.6～0.8）u F
式中C可由史密斯关联图查得，液气动能参数为：
取板间距H T=0.6m，板上液层高度h L=0.083m，图中的参变量值H T-h L=0.6-0.083 =0.517m。
根据以上数值由图可得液相表面张力为20mN/m时的负荷系数C20 =0.1。
由所给出的工艺条件校正得：
最大允许气速：
取安全系数为0.7，则适宜空塔速度为：
由下式计算塔径：
按标准塔径尺寸圆整，取D = 1.4m；
实际塔截面积：
实际空塔速度：
安全系数：在0.6～0.8范围间，合适。
（二）溢流装置
选用单流型降液管，不设进口堰。
1）降液管尺寸
取溢流堰长l w=0.7D，即l w/D=0.7，由弓形降液管的结构参数图查得：A f/A T=0.09,W d/D=0.15
因此：弓形降液管所占面积:A f=0.09×1.54=0.139(m2)
弓形降液管宽度:W d=0.15×1.4=0.21(m2)
验算液体在降液管的停留时间θ，
由于停留时间θ＞5s，合适。
2）溢流堰尺寸
由以上设计数据可求出：
溢流堰长l w=0.7×1.4=0.98m
采用平直堰，堰上液层高度可依下式计算，式中E近似取1，即
溢流堰高:h w=h L-h ow =0.083-0.033=0.05m
液体由降液管流入塔板不设进口堰，并取降液管底隙处液体流速u0′= 0.228m/s；
降液管底隙高度：
浮阀数及排列方式:
1）浮阀数
初取阀孔动能因数F0 = 11，阀孔气速为：
每层塔板上浮阀个数：
（个）
2）浮阀的排列
按所设定的尺寸画出塔板，并在塔板的鼓
泡区内依排列方式进行试排，确定出实际的阀
孔数。
已知W d = 0.21m，选取无效边缘区宽区
W C = 0.05m、破沫区宽度W S=0.075m，由
下式计算鼓泡区面积，即：
浮阀的排列方式采用等腰三角形叉排。
取同一横排的空心距t=75mm，则等腰三角形的高度：
由于塔直径D=1400mm，需采用分块式塔板四块（其中两块弓形板、通道板和矩形板各一块）。
考虑到各分块的支承与衔接要占去一部分鼓泡区面积，因此排间距t′应小于计算值，故取t′=0.065m。
现按t=75mm、t′=65mm的等腰三角形叉排方式画出浮阀排列图，可排出阀孔数180个，重新核算以下参数：
阀孔气速：
动能因数:
动能因数在9～12之间，合适。
塔板开孔率：
开孔率在10％～14％之间，合适。
（三）塔板流体力学验算
1）塔板压降
利用下式计算：
（1）干板阻力
临界孔速：＜u0
因阀孔气速u0大于其临界阀孔气速u0C，故干板阻力计算式为：
（2）板上充气液层阻力
本设备分离烃化液，液相为碳氢化合物，可取充气系数ε0= 0.5。
（3）液体表面张力造成的阻力
所以:h p=0.047+0.042+0.0005=0.0895 m
单板压降:
单板压降偏高。
（一般对于常压精馏塔应在260～530Pa为宜）。
2）降液管液泛校核
为了防止降液管液泛现象发生，要求控制降液管内清液层高度H d≤φ(H T+H w)。
其中:H d=h p+h L+h d
（1）气体通过塔板的压强降所相当的液柱高度h P前面已求出，h P=0.0895m。
（2）液体通过降液管的压头损失（不设进口堰）
（3）板上液层高度
前已选定h L=0.083m
所以H d=0.00895+0.083+0.008=0.181m
取降液管中泡沫层相对密度φ=0.5,前已选定板间距H T=0.6m，h w=0.05m。
则φ(H T+H w)=0.5(0.6+0.05)=0.325m
可见，H d＜φ(H T+H w)，符合防止降液管液泛要求。
3）液体在降液管内停留时间
应保证液体在降液管内的停留时间大于3～5s，才能使得液体所夹带气体的释出。
本设计
＞5s
可见，所夹带气体可以释出。
4）雾沫夹带量校核
依下面两式分别计算泛点率F，即
及
板上液体流径长度
板上液流面积
查得泛点负荷因数C F=0.141、物性系数K=1.0,将以上数据代入：
及
对于大塔，为避免过量雾沫夹带，应控制泛点率不超过80%。
上两式计算的泛点率都在80%以下，故可知雾沫夹带量能够满足e V＜0.1kg(液)/kg(气)的要求。
5）严重漏液校核
当阀孔的动能因数F0低于5时将会发生严重漏液，前面已计出F0=11.24，可见不会发生严重漏液。
（四）塔板负荷性能图
1）气体负荷下限线（漏液线）
对于F1型重阀，因动能因数F0＜5时会发生严重漏液，故取F0=5计算相应的气相流量(V S，min)：
2）过量雾沫夹带线
根据前面雾沫夹带校核可知，对于大塔，取泛点率F = 0.8，那么
整理得:
雾沫夹带线为直线，由两点即可确定。
当L S=0时，V S=2.035m3/s；当L S=0.01时，V S=1.846m3/s。
由这两点便可绘出雾沫夹带线。
3）液相负荷下限线
对于平直堰，其堰上液层高度h ow必须要大于0.006m。
取h ow=0.006m，可作出液相负荷下限线。
取E=1、代入l w则可求出（L S）min：
4）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，取θ= 5s作为液体在降液管中停留时间的下限，则：
5）液泛线
先求出V s与L s的关系，就可在操作范围内任意取若干点，从而绘出液泛线。
其中：
将计算出的a、b、c、d值代入上式方程并整理可得：
在操作范围内任意取若干L s值，由上式可算出相应的V s值，结果列于下表。
将以上五条线标绘在同一V s～L s直角坐标系中，画出塔板的操作负荷性能图。
将设计点（L s，V s）标绘在图中，如P点所示，由原点O及P作操作线OP。
操作线交严重漏液线①于点A，过量雾沫夹带线②于点B。
由此可见，此塔板操作负荷上下限受严重漏液线①及过量雾沫夹带线②的控制。
分别从图中A、B两点读得气相流量的下限
V min及上限V max，可求得该塔的操作弹性。
设计结果
现将以上设计计算结果列于下附表。
附表：浮阀塔板工艺设计计算结果表
11。