甲醇-水溶液连续精馏筛板塔设计(3)

并依据下式验算液体在降液管中的停留时间，即

θ=3600 Af×HT/Lh= 3600 ×0.0448×0.40/ (3600×0.0084)=21.31s＞5s 其中HT即为板间距0.40m，Lh即为每小时的体积流量 验证结果为降液管设计符合要求。 4）降液管底隙高度ho ho= Lh/（3600×lw×uo'） 取uo'=0.07m/s

则ho=0.0084×3600/(3600×0.6×0.07) =0.020024 m＞0.02m

Hw-ho=0.0417-0.020024=0.02167191＞0.006 m 故降液管底隙高度设计合理 选用凹形受液盘，深度h’w=55mm。 b．塔板布置 1) 塔板的分块

因为D≥ 800mm，所以选择采用分块式，查⑷可得，塔板可分为3块。 2) 边缘区宽度确定

取Ws=W’s= 65mm , Wc=35mm c．开孔区面积计算

开孔区面积Aa按下面式子计算，则有 Aa=2【x（r2－x2）0.5+∏ r2/180×sin-1（x/r）】 其中 x=D/2－(Wd＋Ws) r= D/2－Wc

并由Wd/D=0.125， 推出Wd=0.125 由上面推出 Aa=0.530m2 d 筛孔计算与排列

本实验研究的物系基本上没有腐蚀性，可选用δ= 3mm碳钢板，取筛孔直径do=5mm⑷ 筛孔按正三角形排列，取孔中心距t为 t=3 do=15mm 筛孔的数目n为 n=1.155Ao/t2=2721个

开孔率为φ=0.907（do/t）2=10.1% 气体通过阀孔的气速为

uo=Vs/Ao=1.481/（Aa×φ）=27.67m/s ⑵ 提馏段 (计算公式和原理同精馏段) a．溢流装置计算 因塔径D=1.0m，

所以可选取单溢流弓形降液管，采用凹形受液盘（同精馏段）。各项计算如下： 1) 堰长lw

可取lw=0.60D=0.60m 2) 溢流堰高度hw

由hw=hL－how可选取平直堰，堰上层液高度how由下列公式计算，即有 how=2.84/1000×E×(Lh/lw)(2/3)

并由图液流收缩系数计算图⑷，则可取用E= 1.0 ，则 how=0.0159m

取板上清液层高度hL=0.06 m 故 hw=0.06-0.0159=0.0441 m

3) 弓形降液管的宽度Wd和截面积Ad 由Wd/D=0.6 m 查图⑷可求得 Ad/AT=0.057 Wd/D=0.125 Ad=0.057×0.785=0.044745 m Wd=0.125×1.0=0.125 m

并依据下式验算液体在降液管中的停留时间，即

θ=3600 Af×HT/Lh= 3600 ×0.044745×0.40/ (3600×0.0022)=8.14s＞5s 其中HT即为板间距0.40m，Lh即为每小时的体积流量 验证结果为降液管设计符合要求。 4）降液管底隙高度ho ho= Lh/（3600×lw×uo'） 取 uo'=0.17m

则ho=0.0022×3600/(3600×0.6×0.17) =0.022 m＞0.02m

Hw-hO=0.0417-0.022=0.0197m＞0.006 m 故降液管底隙高度设计合理 选用凹形受液盘，深度h’w=55mm。 b 塔板布置 1) 塔板的分块

因为D≥ 800mm，所以选择采用分块式，查表⑷可得，塔板可分为3块。 2) 边缘区宽度确定

取Ws=W’s= 65mm , Wc=35mm c 开孔区面积计算

开孔区面积Aa按式子5-12计算，则有 Aa=2【x（r2－x2）0.5+∏ r2/180×sin-1（x/r）】 其中 x=D/2－(Wd＋Ws)

r= D/2－Wc

并由Wd/D=0.125，推出Wd=0.125 由上面推出Aa=0.530m2 d 筛孔计算与排列

本实验研究的物系基本上没有腐蚀性，可选用δ= 3mm碳钢板，取筛孔直径do=5mm 筛孔按正三角形排列，取孔中心距t为 t=3 do=15mm 筛孔的数目n为 n=1.155Ao/t2=2721个

开孔率为φ=0.907（do/t）2=10.1% 气体通过阀孔的气速为

uo=V’s/Ao=1.466/（0.101×0.530）=27.38m/s 七、筛板的流体力学验算 ⑴ 精馏段 1) 塔板的压降 a 干板的阻力hc计算 干板的阻力hc计算由公式 hc=0.051(uo/co)2×（ρv/ρl）

并取do/δ= 5/3=1.67 ,可查史密斯关联图得，co=0.772 所以hc=0.051(27.67/0.772) 2×(1.01/819.1)=0.0786m液柱 b 气体通过液层的阻力hl的计算 气体通过液层的阻力hl由公式 hl=βhL

ua=Vs/（AT－Af）=1.481/(0.785-0.0047)=1.897m/s Fo=1.897(1.01)1/2=1.90kg1/2/(s m1/2) 可查⑸得，得β=0.54

所以hl=βhL=0.54×(0.0417+0.0083)=0.027 m液柱 c 液体表面张力的阻力hσ计算

液体表面张力的阻力hσ由公式hσ=4σL/（ρl×g×do）计算,则有 hσ=(4×37.97×10-3)/(819.1×9.81×0.005)=0.0038 m液柱 气体通过每层塔板的液柱高度hP，可按下面公式计算 hP=hc+hl+hσ=0.0786+0.027+0.0038=0.1094m液柱 气体通过每层塔板的压降为

△ Pp= hP×ρl×g =0.1094×819.1×9.81=879.07Pa＜0.9KPa（设计允许值） 2) 液面落差

对于筛板塔，液面落差很小，由于塔径和液流量均不大，所以可忽略液面落差的影响。

3) 液沫夹带

液沫夹带量，采用公式

ev=5.7×106/σL×【 ua/(HT－hf)】3.2 由hf=2.5hL=2.5×0.05=0.125m 所以： ev=(5.7×10-6/37.97×10-3) 【1.897/(0.4-0.125)】 =0.068kg液/kg气＜0.1kg液/kg气 可知液沫夹带量在设计范围之内。 4) 漏液

对于筛板塔，漏液点气速uo¬,min可由公式 Uo,min=4.4Co【(0.0056+0.13 hL-hσ)/ρL /ρV】1/2=8.81m/s 实际孔速为Ｕo27.67m/s＞Uo,min

稳定系数为 Ｋ=Uo/Uo,min=27.67/8.81=3.14＞1.5 故在本设计中无明显漏液。 5) 液泛

为防止塔内发生液泛，降液管内液高度Hd应服从式子 Hd≤ψ(HT＋hw)

甲醇与水属于一般物系，取ψ= 0.5，则 ψ(HT＋hw)=0.5（0.40+0.0417）=0.221m 而Hd=hp+hL+hd 板上不设进口堰，则有

hd=0.153(uo’)2=0.153×(0.07)2=0.0007m液柱 Hd=hp+hL+hd=0.1094+0.05+0.0007=0.160m液柱 则有： Hd≤ψ(HT＋hw) 于是可知本设计不会发生液泛 ⑵ 提馏段 1) 塔板的压降 a 干板的阻力hc计算 干板的阻力hc计算由公式 hc=0.051(uo/co)2×（ρv/ρl）

并取do/δ= 5/3=1.67 ,可查图得，co=0.772 所以h’c= 0.0561m液柱 b 气体通过液层的阻力hl计算 气体通过液层的阻力hl由公式 hl=βhL

ua=Vs/（AT－Af）=1.879m/s Fo=1.897×0.80.5=1.68kg1/2/s m1/2

可查图得β=0.58

所以hl=βhL=0.0344m液柱 c 液体表面张力的阻力hσ计算 液体表面张力的阻力hσ

由公式hσ=σL/（ρl×g×do）计算,则有 hσ=0.0052m液柱

气体通过每层塔板的液柱高度hP，可按公式

hP=hc+hl+hσ=0.0947m液柱 气体通过每层塔板的压降为

△Pp= hP×ρl×g = 850.59Pa＜0.9kPa 计算结果在设计充值内 2) 液面落差

对于筛板塔，液面落差很小，因塔径和液流量均不大，所以可忽略液面落差的影响。 3) 液沫夹带

液沫夹带量，采用公式

ev=5.7×10-6/σL×【 ua/(HT－hf)】3.2 由 hf=2.5hL=0.125m

所以ev=5.7×10-6/55.13×10-3【 1.879/(0.40-0.125)】3.2 =0.048 kg液/kg气＜0.1 kg液/kg气 可知液沫夹带量在设计范围之内。 4) 漏液

对于筛板塔，漏液点气速uo¬,min可由公式 Uo,min=4.4Co【(0.0056+0.13 hL-hσ)/ρL /ρV】1/2=9.55m/s Uo=27.38m/s＞Uo,min

稳定系数为 K= Uo / Uo,min =27.38/9.55=2.87＞1.5 故在本设计中无明显漏液。 5) 液泛

为防止塔内发生液泛，降液管内液高度Hd应服从式子 Hd≤ψ(HT＋hw)

甲醇与水属于一般物系，取ψ= 0.5 则 ψ(HT＋hw)=0.5（0.40+0.417）=0.221m 而Hd=hp+hL+hd 板上不设进口堰，则有 hd=0.153(uo’)2=0.004m液柱

Hd=hp+hL+hd=0.095+0.05+0.004=0.149 m液柱 则有：