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:
式中:--液泛气速,m/s;
    --液滴直径,m;
    --气、液相密度,kg/m3
    ---阻力系数
得:   
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:
      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N/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:
C20---表面张力为20mN/m时的C值,从Smith图查得;
    --表面张力为时的C值;
    --物系的表面张力,mN/m。
求出Uf后,按u=(0.6~0.8)Uf确定设计的空塔气速。按下式求出塔径:
    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F0与操作状况的关系如下:
操作状况
阀孔漏液点
浮阀全开
正常操作范围
最大负荷
F0
5~6
7~9
8~12
~16
阀孔动能因子:
F0阀孔动能因子,Pa0.5
U0---阀孔气速,m/s
--气相密度,kg/m3
F0反映密度为的气体以U0速度通过阀孔时动能的大小。综合考虑了F0对塔效率、阻力降和生产能力的影响,根据经验可取F0=8~12,即阀孔刚全开时作为设计点。
2、浮阀数  确定适宜的阀孔气速后,用下式计算浮阀数N:
Vs设计条件下的气相流量
d0阀孔直径,对于标准浮阀,直径为39mm。
  3、塔板开孔率  以塔截面积为基准,浮阀塔盘的开孔率
φ,按下式计算:,D---塔直径,m。
  4、浮阀的排列    浮阀以三角形排列为好,各排浮阀垂直于液流方向,使气液两相均匀接触。在垂直于液流方向上,浮阀的中心距固定不变为75mm,平行于液流方向上的排中心距,根据开孔率的要求,可在65mm ~110mm 的范围内选取。在排列浮阀时,要使外围浮阀与塔壁和堰之间保持适当的距离,以利于安装和操作。分块式塔盘外围浮阀的中心至塔壁的距离一般为 70mm ~90mm。塔盘外围浮阀的中心与进口堰、溢流堰的距离一般为80mm ~110mm。
5、溢流堰高度  溢流堰高度直接关系到塔盘上的清液层高度和塔盘的阻力降。它又影响气液接触时间,对气膜效率有较大影响。一般情况下可取hw=50mm,如果液流强度较大,可取hw=25~40mm;若用于真空精馏操作可取hw=20~30mm,要求液体停留时间较长的特殊情况可取hw=150mm。
6、降液管停留时间:对于一般的物系,液体在降液管的停留时间≥5s,对于易发泡物系,可根据具体情况增加停留时间;根据初选的塔径,选取塔板间距和降液管截面,在根据液相负荷计算液体在降液管内的停留时间。
7、雾沫夹带  浮阀塔板的雾沫夹带可按下式计算:
及   
及  K=[HT-5(how+0.35 hw)](h筛板塔ow+0.35 hw)
式中:ev雾沫夹带量,kg液体/kg气体;
   HT――塔板间距,m;
   hw――堰高,m;
how――堰上清液层高度,m;
u----空塔气速;
ε――空塔截面积与有效空塔截面积之比,即
    --气相密度,kg/m3
    ――气、液相密度差,kg/m3
    --液体表面张力,mN/m;
φ――以塔截面为基准的塔板开孔率,%;
上述浮阀塔的设计步骤,即初步计算塔径、在塔板上安排降液区、受液区、区,在开孔区内排布浮阀。若板面排布不当,可根据具体情况调整塔径、塔板间距,再重新核算。
CTST塔板的设计计算
CTST塔板属于气液并流式塔板,它与筛板塔、浮阀塔及泡罩塔板的本质区别在于气、液两相操作相态的转换。常用的筛板塔、浮阀塔及泡罩塔气、液两相以鼓泡的形式进行传质、传热,即液体将气体分割成气泡,气、液两相靠气泡表面进行质、热传递,气体为分散相,液体为连续相;CTST塔板的操作原理是气体将液体从喷射单元的底隙吸入到帽罩内,经历提升、拉膜、破碎、喷射步骤,在上述过程中,气体将液体破碎成液滴,气、液两相
在液滴表面进行质、热传递,气相为连续相,液相为分散相;与浮阀塔盘一样,也是经三十余年的实验、工业化应用的基础上,根据不同的分离物系采取不同的设计。
设计步骤与浮阀塔相同
对于设计数据是在实验的基础上,经过工业化应用的检验,其设计指标与浮阀相异。
如图所示:在相同实验条件下,与浮阀塔盘比较,达到0.1kg液体/kg气体设计指标时,板孔动能因子(F0)约为34,浮阀塔盘的板孔动能因子(F0)约为17,因此,CTST塔盘的气相操作上限比浮阀提高一倍,这是由CTST塔盘的气、液流动机理和特殊结构(塔盘上的气、液分离与一般的鼓泡塔盘有本质区别)所决定。其计算公式由实验结果拟和。在工业化应用中(天津乙烯厂中的乙二醇吸收塔),最大的空塔动能因子(Ft达到了3.6。
由于CTST塔盘与常用的鼓泡塔盘操作中气、液相态的转换,气体将液体破碎成液滴,液体
回落到塔盘上基本是清液,因此,液体在降液管的停留时间可减少到2.5s,使塔盘的液相通过能力增加一倍,(停留时间的计算方法与浮阀塔相同),所以,在塔径、塔板数不变、降液管、支承等塔内固定件不变的条件下,CTST塔盘无论是气相还是液相处理能力均比浮阀塔盘提高一倍。工业化应用:大连石油七长厂常压蒸馏塔,用CTST塔盘改造原来的浮阀塔盘,炼油能力由280万吨/年提高到560万吨/年,气液相均扩产100%。山西天脊集团低温甲醇洗装置中的脱硫塔,处理的变换气量由30万吨合成氨/年提高到45万吨合成氨/年,扩产50%。

本文发布于:2024-09-22 09:39:43,感谢您对本站的认可!

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