化工12-3班 宋戈 29号(原油常减压蒸馏装置设计)(7)

3.阀孔临界速度

对33克FI型浮阀，先确定塔板上所有浮阀在全开时阀孔速度（称为临界速度），即：

4.开孔率

塔板上开孔率一般为塔板总截面积的10%～15%，通常为12%左右，

开孔率可按空塔气速与阀孔气速之比求得，

式中：?—开孔率，%

Wh—阀孔气速，m/s.

5.阀孔总面积Fh?F??%?4.5381m2

6.浮阀数对于F1型，dh?0.039m

4.2.3溢流堰及降液管的计算

1.液体在塔板上的流动型式

液体在塔板上的流动型式有U型流，单溢流，双溢流，多溢流及阶梯式流。根据本设计所求常压塔蒸馏D=4.2m得知，液体在塔板上的流动型式应采用双溢流。

2.降液管的型式

降液管有圆形及弓形等几种型式，圆形降液管面积小，溢流效果不好，塔截面利用系数低。

所以一般推荐使用弓形降液管。

3.溢流堰

溢流堰长度：l?0.6D?3.24m（双溢流）；

出口堰长度：hw?0.05m

堰上液层高度how，查《塔的工艺计算》[7]图5-5。

m 得出how?0.051

m 塔板上液层高度：hl?hw?how?0.05?0.051?0.101

4.进口受液盘

进口受液盘有平板机凹槽两种。采用凹槽受液盘时，塔板进口处浮阀的开启情况较好，有利于鼓泡，增加了板效率及弹性。同时，将凹槽受液盘和斜的或阶梯式降液管结合在一起使用，能在任一操作情况下形成正渡封。所以采用凹槽受液盘较平板受液盘好。但凹槽受液盘制作较复杂，浮阀塔盘系列（JB1206-73）[12]中，塔径从800～4200毫米的塔板均为凹槽受液盘。

因此本设计采用凹槽进口受液盘。

5.进口堰hw’

为了在塔顶是回流分配均匀，或在高气相流率和低液相流率f需保持降液管的正常液封时，可设进口堰。采用凹槽受液盘的塔板可不设进口堰。因本设计采用凹槽进口受液盘，所以不设进口堰。

4.2.4降液管

1.降液管停留时间

弓形降液管宽度Wd与溢流堰长l可通过查《塔的工艺计算》[7]图5-8计算。液体在降液管中的停留时间为： F?Ht??d?6.0810s Vl2.降液管内流体流速

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3．降液管底缘距塔板的高度hb

决定hb的因素是既要防止沉淀物堆积或堵塞降液管，使液体顺利流入下层塔板；同时又要防止上升气体有降液管通过形成短路而破坏塔板的正常操作。 弓形降液管的hb为：

式中 Wb—降液管底缘出口处流速，一般取0.1～0.3 m/s（易发泡物料取小值）。 hb—降液管底缘距塔板的高度，m。

故，

五、常压塔水力学计算

浮阀塔板的水力学计算主要包括塔板压力降丶雾沫夹带丶泄漏丶降液管超负荷及淹塔等部分。

5.1塔板总压力降

包括干板压力降丶气体克服鼓泡层表面张力的压力降及气体通过塔板上液层的压力降。

a.干板压力降△Pd

对33克浮阀全开前按:

式中Wh──阀孔气速, m/s;

g──重力加速度(9.8m/ s2);

△Pd──干板压力降, m液柱。

Fh── 一个阀孔的面积, m2;

b.气体克服鼓泡表面张力的压力降△Po值很小, 可忽略不计。

c.气体通过塔板上液层的压力降△PL

式中 hw──出口堰高度, m;

L──溢流堰长度, m;

△PL──气体通过塔板上液层的压力降, m液柱。

d.气体通过一块塔板的总压力降△Pt()

?Pt??Pd??Pl?0.1357m液柱

5.2 雾沫夹带

过量的雾沫夹带会使塔板效率降低很多, 所以应限制塔板的雾沫夹带, 一般情况下, 雾沫夹带可限制在每公斤上升气体所夹带的液体小于或等于0.1公斤。

可按下式近似地计算雾沫夹带量:

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所以e是小于公斤上升气体所夹带的液体小于0.1公斤，符合要求。

式中 e──雾沫夹带量, kg(l)/kg(g);

φ──系数, 取0.6~0.8;其中φ取0.80

当W=0.5Wmax时取小值;

当W=Wmax时取大值;

W──采用的空塔气速, m/s;

μv──气体粘度, 公斤·秒/m2;

A丶n──系数;

当Ht──<350毫m时, A=9.48×10-7, n=4.36;

Ht≥350毫m时, A=0.159, n=0.95

Ht──塔板间距, mm;

hL──塔板上液层高度, mm。

5.3 泄漏

取泄漏时孔动能因数为FO=6小于设计的孔动能因素

FO＝Whv＝11.04

5.4淹塔

当降液管中清液高度超过一定高度后, 就可能因液体所携带的泡沫完全充满整个降液管而产生淹塔现象, 使操作破坏。所以应使降液管内的清液维持在一定高度下。降液管内清液高度取决于液相流过塔板的压力降。这个压力降为气相通过该板的压力降丶塔板上液层高度产生的压力降以及液体流经降液管所产生的压力降之和。可按下式计算。

△PL=△Pt+hL+△Pdk(或△P’dk)

△Pdk=0.153(Wb)2,其中Wb一般取0.1－0.3m/s这里取0.28

所以△Pdk＝0.00153

PL＝0.17195

式中△PL──液相流过一层塔板所需克服的压力降, m液柱;

hL──塔板上液层高度, m液柱;

△Pdk──不设进口堰时液相通过降液管的压力降, m液柱;

△P'dk──设进口堰时液相通过降液管的压力降, m液柱。

△Pdk=0.153(Wb)2

△P’dk=0.2(Wb)2

△Pt──气体通过一块塔板的总压力降, m液柱;

[键入文字] Wb──降液管底缘出口处流速, m/s。

为防止淹塔, 必须满足下式要求:

△PL＝0.162≤(0.4~0.6)(Ht+hw)

式中系数一般取0.5。发泡严重时取小值。

5.5 降液管超负荷

当液体在降液管内流速太快时, 则从上层塔板携带到降液管内的气体将来不及在降液管中与液体分离而随液体进入下层塔板, 降低了分离效率。液体在降液管的最大流速由A式和B式(或C式)计算, 选两式计算结果中的较小值。

Vd=0.17Ks＝0.1666m/s (A)

当Ht≤0.75m时

Vd=7.98×103×Ks?Ht(ρL-ρv)＝0.169 m/s (B)

所以取Vd=0.166 m/s

式中 Vd──降液管内液体流速,m/s。

5.6适宜操作区和操作线

浮阀塔板上有许多因素是互相关联, 又互相制约的。必须通过不同因素的影响作图, 找出一个最适宜的操作区。

塔板适宜操作范围可用空塔气速[或Wρv1.2(m/s)(kg/m3)1.2]为纵座标, 液体流率[或液流强度, m3/h·m(堰长)]为横座标。当塔的气液负荷(操作点)位于适宜操作区适中位置, 则塔板上水力学状态是稳定的。作图方法:

5.6.1由雾沫夹带量计算作出雾沫夹带量线

一般取e=10％为雾沫夹带量的上限。

＝0.1,

化简得

当假设一个液相负荷，即可以算出一个和它相对应的空塔线速度就可以在适宜的操作区的座标图上得出一个点，适当算出几点就可以画出雾沫夹带线。例如：

Vl=300m3/h,堰长L=4.4可以从《塔的工艺计算》[7]图5－5可得下表

表5-1液相负荷及对应的空塔线速度

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Vl,m3/h 100 how,m hl,mm W3.69 W

0.029 79

200 0.044 94

300 0.052 102

400 0.068 118

600 0.091 141

800 0.11 160

1000 0.14 190

6.550000322 6.439066365 6.39076991 1.66419269

6.309807 6.218637 6.158314 6.081248

1.656506705 1.653130335 1.647428 1.640943 1.636614 1.631038

5.6.2由淹塔压力降作出淹塔界线

设降液管内液面高度控制在0.5（Ht+hw）由于表面积很少，故忽略△P △Pl=△Pt+hl+△Pdk △PL≤0.5*(Ht+hw)

使0.6*(Ht+hw) =△Pt+hl+△Pdk=△Pd+△Pvl+hw+how+0.153*Wb*Wb

=4.07*(Wh*Wh/2g)*(ρv/ρl)+0.4*hw+2.35×0.001*(3600Vl/l)2/3+hw+h ow+0.153*Wb*Wb 又因为Vv=Wh*Fh和hb=Vl/(l*Wb)即Wh=Vv/Fh和Wb=Vl/(l*hb) 所

以

0.6*(Ht+hw)

=4.07*(Vv*Vv/Fh/Fh/2g)*(ρv/ρl)+0.4*hw+2.35×0.001*(3600Vl/l)

2/3+hw+how+0.153*Vl*Vl/(l*hb*l*hb)

整理得Vv*Vv=(0.6*(Ht+hw)-(0.4*hw+2.35×0.001*(3600Vl/l)2/3+hw+how

+0.153*Vl*Vl/(l*hb*l*hb)))*Fh*Fh*2g*ρl/(4.07*ρ)

假设一个液相负荷即可以算出相应的汽相负荷，即可以求出相应的空塔线速，找出适应操作区的一点。例如：

表5-2液相负荷对应的汽相负荷 Vl, m3/h

100

200

300

400

600

800

1000

Vv*Vv, m3/h 118.6088773 111.98157 106.36168 101.282 92.06443 83.58595 75.54035 Vv, m3/h W, m/s

10.89077028 10.582134 10.313179 10.0639 9.595021 9.142535 8.691395 0.478824623 0.4652551 0.4534302 0.44247 0.421856 0.401962 0.382127

5.6.3由降液管内液体流速计算作出降液管超负荷界线

降液管中的气体最大流速为Vb =0.166m/s

所以Vl＝0.15×Fd=0.307753m3/s

由计算泄漏量作出泄漏界线, 一般取Nw=10％作下限

Fo=5,Wh=FO/v=3.5669m/s W=φWh=0.20×2.01=2.85m/s

[键入文字] 5.6.4塔板的性能负荷图

3.5

3

W m/s 2.5

2

1.5

1

0.5

0 500 1000 1500

液相负荷流量m3/h

图5-1

塔板的性能负荷图

雾沫夹带线 淹塔界限 液相负荷上线 漏液线 液相负荷下线 操作线 47

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六、车间布置设计与绘图

6.1车间平面布置方案

车间厂房布置包括车间平面布置和立面布置，主要取决于生产规模、生产流程、生产种类、厂区面积、厂区地形和地形条件。车间厂房布置必须满足工艺要求，同时也应符合国家的防火卫生标准等各种规范和规定。为确定车间平面布置方案，考虑如下几种布置方案：

(1) 直通管廊长条布置直通管廊长条布置适合于小型车间（装置），是露天布置的基本方案。外部管道可由管廊的一端或两端进出，工艺区与贮罐区用一根中心布置的管廊连接起来，流程畅通，且控制室与配电室相邻。

(2) T形或U形的管廊布置 T形或L形的管廊布置适合于较复杂车间，管道可由二个或三个方向进出车间，中间贮罐布置在设备或厂房附近，原料成品贮罐分类集中布置在贮罐区。槽车卸料泵靠近道路布置，贮罐的出料泵靠近管廊。管廊与道路重叠，在架空管廊下布置道路。

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