板式塔设计 概述 本章符号说明 英文字母 A a——塔板开孔区面积，m2； A f——降液管截面积，m2； A0——筛孔总面积，m2； A T——塔截面积，m2； c0——流量系数，无因次； C——计算u max时的负荷系数，m/s； C s——气相负荷因子，m/s； d0——筛孔直径，m； D——塔径，m； ev——液沫夹带量,kg(液)/kg(气)； E——液流收缩系数，无因次; E T——总板效率，无因次； F——气相动能因子，kg1/2/(s·m1/2)； F0——筛孔气相动能因子，kg1/2/(s·m1/2)； h1——进口堰与降液管间的水平距离，m； h c——与干板压降相当的液柱高度，m液柱； h d——与液体流过降液管的压降相当的液柱高度，m：h f——塔板上鼓泡层高度，m； h l——与板上液层阻力相当的液柱高度，m； h L——板上清液层高度，m； h0——降液管的底隙高度，m； h ow——堰上液层高度，m； h w——出口堰高度，m； h′w——进口堰高度，m； hσ——与克服σ的压降相当的液柱高度，m；H——板式塔高度; H B——塔底空间高度，m； H d——降液管内清液层高度，m； H D——塔顶空间高度，m； H F——进料板处塔板间距，m ；
H P——人孔处塔板间距，m； H T——塔板间距，m； H1——封头高度，m； H2——裙座高度，m； K——稳定系数，无因次； l W——堰长，m； L h——液体体积流量，m3/h； L S——液体体积流量，m3/s； n——筛孔数目； N T——理论板层数； P——操作压力，Pa； △P——压力降，Pa； △P p——气体通过每层筛板的压降，Pa；r——鼓泡区半径，m； t——筛孔的中心距，m； u——空塔气速，m/s； u F——泛点气速，m/s u0——气体通过筛孔的速度，m/s； u0.min——漏液点气速，m/s； u′0——液体通过降液管底隙的速度，m/s；V h——气体体积流量，m3/h； V S——气体体积流量，kg/s； W L——液体质量流量，kg/s； W V——气体质量流量，kg/s； W c——边缘无效区宽度，m； W d——弓形降液管宽度，m； W s——破沫区宽度，m； Z——板式塔的有效高度，m； 希腊字母 β——充气系数，无因次； δ——筛板厚度，m θ——液体在降液管内停留时间，s；μ——粘度，Pa·s； ρ——密度，kg/m3； σ——表面张力，N/m； φ——开孔率或孔流系数，无因次；
板式塔的流体力学性能的测定 一、实验名称：板式塔的流体力学性能的测定 二、实验目的： 1、对板式塔的结构、立体传质塔板有一个初步认识； 2、对塔板上流体流动状态有初步认识； 3、测定塔板的流体力学性能，包括塔的干板压降、湿板压降、漏液点、雾沫夹带点等。 4、观察流体在塔板上的流动状态。 三、实验原理与流程： 实验流程见图1，来自储槽的水经过转子流量计自塔顶送入板式塔，由鼓风机送来的气体，经过孔板流量计送入塔的底部。塔内共装有三层塔板，从下至上分别是气体分布板、实验塔板、雾沫补集板。实验塔板采用U型压差计测定其压降，漏液和夹带量采用质量测量法。通过风机闸阀和玻璃转子流量计调节气体流量和液体流量，测定不同状态下塔板的流体力学参数，观察塔板上液体流动状态。 四、实验步骤： 1、测定干板压降 将液封管内充满水，启动风机，根据孔板流量计连接的压差计调节气流流量大小，测定塔的干板压降，气体流量由小至大调节。由《化工原理》查询孔流系数，并计算气体流量。测定的压降值与干板压降计算公式进行验证，并计算误差。 干板压降经验式：?d=0.051w0 C02γ v γL (1?φ2) φ-----开孔率（开孔面积/开孔区域，此处取0.2）；γv-----气相密度；γL-----液相密度；
?d-----干板压降，米液柱；C0-----孔流系数；w0-----空气速；（单位如不说明均为国际单位制）（假设矩形孔和导向孔气速一致） 2、测定湿板压降和夹带、漏液 调节气体流量为一定值，打开转子流量计。固定液体流量，将气体流量由小至大调节，每次增加200Pa，直到1600Pa。每个测量点稳定30秒，读取压降，由质量法测量一定时间的漏液量和夹带量。计算每个点的漏液率和夹带率，寻找漏液点和夹带点，并计算出对应的孔气速，确定正常的操作范围。 3、观察塔板上气液接触状态 随着气速的增大，塔板之上的气液接触状态由鼓泡状态，改为泡沫状态，最终达到喷射状态。塔板之上的清液层逐渐减小，泡沫层逐渐升高，甚至达到液泛状态。如不及时打开回流泵，由于塔釜容量有限，将出现降液管液泛，并波及塔内正常操作。观察漏液过程中周期性漏液。观察泡沫层上升和夹带量的关系。 四、数据处理 计算所需参数：孔板流量计计算公式：q v=C0A02?P ρ ,气体管径d1=200mm； 孔板孔径d2=125mm；孔板流量系数C0查询《化工原理》；孔流系数C0=0.76； 立体喷射式塔板：气体为连续相，液体为分散相；矩形帽罩结构，喷射区有圆形喷射孔，上部装有填料板波纹250Y。 开孔区域面积A=0.14㎡；矩形开孔180*60mm(3个)；导向孔24*3mm（78个）；底隙25mm；堰高50mm；堰长350mm；塔径476mm。 数据表格： 干板压降表格 液体流量L=4m3/h 流体力学记录表格
板式塔设备机械设计
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1 板式塔设备机械设计任务书 1.1 设计任务及操作条件 试进行一蒸馏塔与裙座的机械设计 已知条件为：塔体内径mm D i 2000=，塔高m 30，工作压力为MPa 2.1，设计温度为300℃，介质为原油，安装在广州郊区，地震强度为7度，塔内安装55层浮阀塔板，塔体材料选用16MnR ，裙座选用A Q -235。 1.2 设计内容 （1）根据设计条件选材； （2）按设计压力计算塔体和封头壁厚； （3）塔设备质量载荷计算； （4）风载荷与风弯矩计算； （5）地震载荷与地震弯矩计算； （6）偏心载荷与偏心弯矩计算； （7）各种载荷引起的轴向应力； （8）塔体和裙座危险截面的强度与稳定校核； （9）塔体水压试验和吊装时的应力校核； （10）基础环设计； （11）地脚螺栓计算； （12）板式塔结构设计。 1.3.设计要求： （1）进行塔体和裙座的机械设计计算； （2）进行裙式支座校核计算； （3）进行地脚螺栓座校核计算； （4）绘制装备图（A3图纸）
2 塔设备已知条件及分段示意图 已知设计条件 分段示意图 塔体内径i D 2000mm 塔体高度H 30000mm 设计压力P 1.2MPa 设计温度t 300℃ 塔 体 材料 16MnR 许用应力 [σ] 170MPa [σ]t 144MPa 设计温度下弹性模量E MPa 51086.1? 常温屈服点s σ 345MPa 厚度附加量C 2mm 塔体焊接接头系数φ 0.85 介质密度ρ 3/800m kg 塔盘数N 55 每块塔盘存留介质层高度w h 100mm 基本风压值0q 500N/㎡ 地震设防烈度 7度 场地土类别 II 类 地面粗糙度 B 类 偏心质量e m 4000kg 偏心距e 2000mm 塔外保温层厚度s δ 100mm 保温材料密度2ρ 3/300m kg 材料 Q235-A 裙 座 许用应力t s ][σ 86MPa 常温屈服点s σ 235MPa 设计温度下弹性模量s E
第1章 流体力学的基本概念 流体力学是研究流体的运动规律及其与物体相互作用的机理的一门专门学科。本章叙述在以后章节中经常用到的一些基础知识，对于其它基础内容在本科的流体力学或水力学中已作介绍，这里不再叙述。 连续介质与流体物理量 连续介质 流体和任何物质一样，都是由分子组成的，分子与分子之间是不连续而有空隙的。例如，常温下每立方厘米水中约含有3×1022 个水分子，相邻分子间距离约为3×10－8 厘米。因而，从微观结构上说，流体是有空隙的、不连续的介质。 但是，详细研究分子的微观运动不是流体力学的任务，我们所关心的不是个别分子的微观运动，而是大量分子“集体”所显示的特性，也就是所谓的宏观特性或宏观量，这是因为分子间的孔隙与实际所研究的流体尺度相比是极其微小的。因此，可以设想把所讨论的流体分割成为无数无限小的基元个体，相当于微小的分子集团，称之为流体的“质点”。从而认为，流体就是由这样的一个紧挨着一个的连续的质点所组成的，没有任何空隙的连续体，即所谓的“连续介质”。同时认为，流体的物理力学性质，例如密度、速度、压强和能量等，具有随同位置而连续变化的特性，即视为空间坐标和时间的连续函数。因此，不再从那些永远运动的分子出发，而是在宏观上从质点出发来研究流体的运动规律，从而可以利用连续函数的分析方法。长期的实践和科学实验证明，利用连续介质假定所得出的有关流体运动规律的基本理论与客观实际是符合的。 所谓流体质点，是指微小体积内所有流体分子的总体，而该微小体积是几何尺寸很小（但远大于分子平均自由行程）但包含足够多分子的特征体积，其宏观特性就是大量分子的统计平均特性，且具有确定性。 流体物理量 根据流体连续介质模型，任一时刻流体所在空间的每一点都为相应的流体质点所占据。流体的物理量是指反映流体宏观特性的物理量，如密度、速度、压强、温度和能量等。对于流体物理量，如流体质点的密度，可以地定义为微小特征体积内大量数目分子的统计质量除以该特征体积所得的平均值，即 V M V V ??=?→?'lim ρ （1-1） 式中，M ?表示体积V ?中所含流体的质量。 按数学的定义，空间一点的流体密度为 V M V ??=→?0 lim ρ （1-2）
填料塔的基本特点 一、填料塔结构 填料塔是以塔内装有大量的填料为相间接触构件的气液传质设备。填料塔的塔身是一直立式圆筒，底部装有填料支承板，填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。在填料的上方安装填料压板，以限制填料随上升气流的运动。液体从塔顶加入，经液体分布器喷淋到填料上，并沿填料表面流下。气体从塔底送入，经气体分布装置（小直径塔一般不设置）分布后，与液体呈逆流接触连续通过填料层空隙，在填料表面气液两相密切接触进行传质。填料塔属于连续接触式的气液传质设备，正常操作状态下，气相为连续相，液相为分散相。 二、填料的类型及性能评价 填料是填料塔的核心构件，它提供了气液两相接触传质的相界面，是决定填料塔性能的主要因素。填料的种类很多，根据装填方式的不同，可分为散装填料和规整填料两大类。散装填料根据结构特点不同，分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料等；规整填料按其几何结构可分为格栅填料、波纹填料、脉冲填料等，目前工业上使用最为广泛的是波纹填料，分为板波纹填料和网波纹填料； 填料的几何特性是评价填料性能的基本参数，主要包括比表面积、空隙率、填料因子等。1.比表面积：单位体积填料层的填料表面积，其值越大，所提供的气液传质面积越大，性能越优； 2.空隙率：单位体积填料层的空隙体积；空隙率越大，气体通过的能力大且压降低； 3.填料因子：填料的比表面积与空隙率三次方的比值，它表示填料的流体力学性能，其值越小，表面流体阻力越小。 三、填料塔设计基本步骤 1.根据给定的设计条件，合理地选择填料； 2.根据给定的设计任务，计算塔径、填料层高度等工艺尺寸； 3.计算填料层的压降； 4.进行填料塔的结构设计，结构设计包括塔体设计及塔内件设计两部分。 四、填料塔设计 1.填料的选择 填料应根据分离工艺要求进行选择，对填料的品种、规格和材质进行综合考虑。应尽量选用技术资料齐备，适用性能成熟的新型填料。对性能相近的填料，应根据它的特点进行技术经济评价，使所选用的填料既能满足生产要求，又能使设备的投资和操作费最低。 （1）填料种类的选择 填料的传质效率要高：传质效率即分离效率，一般以每个理论级当量填料层高度表示，即HETP值； 填料的通量要大：在同样的液体负荷下，在保证具有较高传质效率的前提下，应选择具有较高泛点气速或气相动能因子的填料； 填料层的压降要低：填料层压降越低，塔的动力消耗越低，操作费越小；对热敏性物系尤为重要； 填料抗污堵性能强，拆装、检修方便。 （2）填料规格的选择
目录 第1章绪论 (3) 1.1 课程设计的目的 (3) 1.2 课程设计的要求 (3) 1.3 课程设计的内容 (3) 1.4 课程设计的步骤 (3) 第2章塔体的机械计算 (5) 2.1 按计算压力计算塔体和封头厚度 (5) 2.1.1 塔体厚度的计算 (5) 2.1.2 封头厚度计算 (5) 2.2 塔设备质量载荷计算 (5) 2.2.1 筒体圆筒、封头、裙座质量 (5) 2.2.2 塔内构件质量 (6) 2.2.3 保温层质量 (6) 2.2.5 操作时物料质量 (6) 2.2.6 附件质量 (7) 2.2.7 充水质量 (7) 2.2.8 各种载荷质量汇总 (7) 2.3 风载荷与风弯矩的计算 (8) 2.3.1 风载荷计算 (8) 2.3.2 风弯矩的计算 (9) 2.4 地震弯矩计算 (10) 2.5 偏心弯矩的计算 (11) 2.6 各种载荷引起的轴向应力 (11) 2.6.1 计算压力引起的轴向应力 (11) 2.6.2 操作质量引起的轴向压应力 (11) 2.6.3 最大弯矩引起的轴向应力 (12) 2.7 塔体和裙座危险截面的强度与稳定校核 (13) 2.7.1 截面的最大组合轴向拉应力校核 (13) 2.7.2 塔体与裙座的稳定性校核 (13) 2.8 塔体水压试验和吊装时代应力校核 (16)
2.8.1 水压试验时各种载荷引起的应力 (16) 2.8.2 水压试验时应力校核 (16) 2.9 基础环设计 (17) 2.9.1 基础环尺寸 (17) 2.9.2 基础环的应力校核 (17) 2.9.3 基础环的厚度 (18) 2.10 地脚螺栓计算 (18) 2.10.1地脚螺栓承受的最大拉应力 (18) 2.10.2 地脚螺栓的螺纹小径 (19) 第3章塔结构设计 (20) 3.1 塔盘结构 (20) 3.2塔盘的支承 (20) 参考文献 (20) 自我总结 (20)
流体力学知识点总结 第一章 绪论 1 液体和气体统称为流体，流体的基本特性是具有流动性，只要剪应力存在流动就持续进行，流体在静止时不能承受剪应力。 2 流体连续介质假设：把流体当做是由密集质点构成的，内部无空隙的连续体来研究。 3 流体力学的研究方法：理论、数值、实验。 4 作用于流体上面的力 （1）表面力：通过直接接触，作用于所取流体表面的力。 作用于A 上的平均压应力 作用于A 上的平均剪应力 应力 法向应力 切向应力 （2）质量力：作用在所取流体体积内每个质点上的力，力的大小与流体的质量成比例。（常见的质量力： 重力、惯性力、非惯性力、离心力） 单位为 5 流体的主要物理性质 （1） 惯性：物体保持原有运动状态的性质。质量越大，惯性越大，运动状态越难改变。 常见的密度（在一个标准大气压下）： 4℃时的水 20℃时的空气 （2） 粘性 ΔF ΔP ΔT A ΔA V τ 法向应力周围流体作用 的表面力 切向应力 A P p ??=A T ??=τA F A ??=→?lim 0δA P p A A ??=→?lim 0为A 点压应力，即A 点的压强 A T A ??=→?lim 0τ 为A 点的剪应力 应力的单位是帕斯卡（pa ） ，1pa=1N/㎡，表面力具有传递性。 B F f m =u u v v 2m s 3 /1000m kg =ρ3 /2.1m kg =ρ
牛顿内摩擦定律： 流体运动时，相邻流层间所产生的切应力与剪切变形的速率成正比。即 以应力表示 τ—粘性切应力，是单位面积上的内摩擦力。由图可知 —— 速度梯度，剪切应变率（剪切变形速度） 粘度 μ是比例系数，称为动力黏度，单位“pa ·s ”。动力黏度是流体黏性大小的度量，μ值越大，流体越粘，流动性越差。 运动粘度 单位：m2/s 同加速度的单位 说明： 1）气体的粘度不受压强影响，液体的粘度受压强影响也很小。 2）液体 T ↑ μ↓ 气体 T ↑ μ↑ 无黏性流体 无粘性流体，是指无粘性即μ=0的液体。无粘性液体实际上是不存在的，它只是一种对物性简化的力学模型。 （3） 压缩性和膨胀性 压缩性：流体受压，体积缩小，密度增大，除去外力后能恢复原状的性质。 T 一定，dp 增大，dv 减小 膨胀性：流体受热，体积膨胀，密度减小，温度下降后能恢复原状的性质。 P 一定，dT 增大，dV 增大 A 液体的压缩性和膨胀性 液体的压缩性用压缩系数表示 压缩系数：在一定的温度下，压强增加单位P ，液体体积的相对减小值。 由于液体受压体积减小，dP 与dV 异号，加负号，以使к为正值；其值愈大，愈容易压缩。к的单位是“1/Pa ”。（平方米每牛） 体积弹性模量K 是压缩系数的倒数，用K 表示，单位是“Pa ” 液体的热膨胀系数：它表示在一定的压强下，温度增加1度，体积的相对增加率。 du T A dy μ =? dt dr dy du ? =?=μ μτdu u dy h =ρ μν= dP dV V dP V dV ? -=-=1/κρ ρ κ d dP dV dP V K =-==1
KH-BLY板式塔流体力学演示实验装置 一、装置特点： 1、整个装置美观大方，结构设计合理，整体感强，具备强烈的工程化气息，能够充分体现现代化实验室的概念。 2、设备整体为自行式框架结构，并安装有禁锢脚，便于系统的拆卸检修和搬运。 3、本实验装置塔体部分采用全透明优质有机玻璃制作，实验现象清晰，方便学生观察。 4、分别采用三种（筛板、浮阀、泡罩）不同的经典塔板，有助于开阔学生视野。 5、塔体进气位置可调，可验证不同塔板的泛塔气速。 6、装置设计可360度观察，实现全方位教学与实验。 二、装置功能： 1、了解板式塔的基本构造，观察板式塔工作时塔板上的水力状况。 2、学会识别板式塔内出现的几种操作状态，并分析这些操作状态对塔性能的影响。 3、测定不同类型板式塔（筛板、浮阀、泡罩）的水力学特性，并了解其特点。 三、设计参数： 1、常压、常温操作。
2、板式塔：筛板、浮阀、泡罩。 3、筛板、浮阀、泡罩塔板压降：1-5KPa。 4、液体流量：25-250L/h。 5、气体流量：4-40 m3/h。 四、公用设施： 1、水：装置自带水箱循环使用。 2、电：电压AC220V，功率1.0KW，标准单相三线制。每个实验室需配置1~2个接地点（安全地及信号地）。 3、气：空气来自风机（自带气源）。 4、实验物料：水---空气，外配设备：无。 五、主要设备： 1、有机玻璃塔体（筛板、浮阀、泡罩）：φ200×2000mm ，板间距300mm。 2、塔底水封槽：500×400×400 mm，304不锈钢材质，水可自动放净。 3、液体转子流量计：LZB-15， 25—250 L/h。 4、气体转子流量计：LZB-40， 4—40 m3/h。 5、筛孔板：φ3mm孔，等腰三角形排列，开孔率 5.5%。 6、泡罩板：φ50 泡罩3个。 7、浮阀板：φ39标准F型浮阀3个，最小开度2.5，最大开度8.5。 8、U型型管压差计，±3000Pa。 9、鼓风机：旋涡气泵,功率 750W，最大流量72m3/h。 10、接触器、开关、漏电保护空气开关。 11、304不锈钢管路、水箱、管件及阀门。 12、304不锈钢仪表柜：测控、电器设备在实验架上。 13、304不锈钢材质框架1300*550*2200mm(长×宽×高)，带脚轮及禁锢脚。
实验五板式塔的流体力学性能的测定 一、实验名称：板式塔的流体力学性能的测定 二、实验目的： 1、对板式塔的结构、普通筛板、导向筛板有一个初步认识； 2、对塔板上流体流动状态有初步认识； 3、测定塔板的流体力学性能，包括塔的干板压降、湿板压降、漏液点、雾沫夹带点等。 4、观察流体在塔板上的流动状态。 三、实验原理与流程： 实验流程见图1，来自储槽的水经过转子流量计自塔顶送入塔顶，由鼓风机送来的气体，经孔板流量计送入塔的底部。塔内共装有三层塔板，从下至上分别是气体分布板、实验塔板、雾沫补集板。实验塔板采用U型压差计测定其压降，漏液和夹带量采用质量测量法。通过风机闸阀和玻璃转子流量计调节气体流量和液体流量，测定不同状态下塔板的流体力学参数，观察塔板上液体流动状况。 图1 实验装置流程图 四、实验步骤： 1、测定干板压降
将液封管内冲满水，启动风机，根据孔板流量计连接的压差计调节气体流量大小，测定 塔的干板压降，气体流量由小至大调节。 孔板流量计计算公式： 0v q C A =由《化工原理》查询孔流系数，并计算气体流量。测定的压降值与筛板塔干板压降计算公式进行验证，并计算误差。 干板压降经验式：()220' 00.051( )1v d L w h C ρ?ρ=- ?-----开孔率；v ρ-----气相密度；L ρ-----液相密度；d h -----干板压降，米液柱； '0C -----筛孔孔流系数；0w -----筛孔气速；（单位如不说明均为国际单位制） 2、测定湿板压降和夹带、漏液 调节气体流量为一定值，打开转子流量计。固定液体流量，将气体流量由小至大调节， 每次增加200Pa ，至到2000Pa 。每个测量点稳定30秒，读取压降，由质量法测量一定时间的漏液量和夹带量。计算每个点的漏液率和夹带率，寻找漏液点和夹带点，并计算出对应的孔气速，确定正常操作范围。 3.观察塔板上气液接触状态 随着气速的增大，塔板之上的气液接触状态由鼓泡状态，变为泡沫状态，最终达到喷射 状态。塔板之上的清液层逐渐消失，泡沫层逐渐升高，甚至达到液泛状态。如不及时打开回流泵，由于塔釜容量有限，将出现降液管液泛，并波及塔内正常操作。观察漏液过程中周期性漏液。观察泡沫层上升和夹带量的关系。 四、数据处理 计算所需参数：孔板流量计计算公式： 0v q C A = 气体管径 1200d mm =；孔板孔径 0137.6d mm =；孔板孔流系数0C 查询《化工原理》，按 阻力平方区取值 ；筛孔孔流系数' 00.76C =；开孔区域面积20.14A m =； 孔径 7mm ；孔间距 15mm ； 底隙 25mm ； 堰高 50mm ；堰长 350mm ；塔径 476mm ；孔数 625 个；干板压降矫正系数0.95，矫正筛板和导向筛板干板压降的差别，乘到压降公式中即可。
化工基础实验报告 实验名称板式塔流体力学特性的测定 班级姓名学号成绩 实验时间同组成员 一、实验目的 1、观察塔板上气液两相流动状况，测量气体通过塔板的压力降与空塔气速的关系；测定雾沫夹带量、漏液量与气速的关系； 2、研究板式塔负荷性能图的影响因素，作出筛孔塔板或斜孔塔板的负荷性能图；比较筛孔塔板与斜孔塔板的性能； 二、实验原理 板式塔流体力学特性测定 塔靠自下而上的气体和自上而下的液体逆流流动时相互接触达到传质目的，因此，塔板传质性能的好坏很大程度上取决于塔板上的流体力学状态。当液体流量一定，气体空塔速度从小到大变动时，可以观察到几种正常的操作状态：鼓泡态、泡沫态和喷射态。当塔板在很低的气速下操作时，会出现漏液现象；在很高的气速下操作，又会产生过量液沫夹带；在气速和液相负荷均过大时还会产生液泛等几种不正常的操作状态。塔板的气液正常操作区通常以塔板的负荷性能图表示。负荷性能图以气体体积流量（m 3/s ）为纵坐标，液体体积流量（m 3/s ）为横坐标标绘而成，它由漏液线、液沫夹带线、液相负荷下限线、液相负荷上限线和液泛线五条线组成。当塔板的类型、结构尺寸以及待分离的物系确定后，负荷性能图可通过实验确定。 传质效率高、处理量大、压力降低、操作弹性大以及结构简单、加工维修方便是评价塔板性能的主要指标。为了适应不同的要求，开发了多种新型塔板。本实验装置安装的塔板可以更换，有筛板、浮阀、斜孔塔板可供实验时选用，也可将自行构思设计的塔板安装在塔上进行研究。 筛板的流体力学模型如下： 1) 压降 l c p p p ?+?=? 式中，Δp —塔板总压降，Δp c —干板压降，Δp l —板上液层高度压降， 其中 2 0)( 051.0c u g p v c ρ=? 式中ρv —气相密度，kg/m 3；g —重力加速度，m/s 2，u 0—筛孔气速，m/s ，c 0—筛孔流量系数， 筛板上因液层高度产生的压降Δp l 即液层有效阻力h l ： l l l gh p ρ=? 式中ρl —液相密度，kg/m 3，g —重力加速度,m/s 2，h l —液层有效阻力，m 液柱。 2) 漏液
实验八填料塔流体力学特性曲线测定 一、实验目的 1.了解填料吸收塔的结构和吸收操作流程； 2. 测定不同喷林密度下气体流速和压强降的关系曲线； 3. 测定不同不同喷林密度下的载点和泛点气速； 4. 观察持液和液泛现象。 二、实验装置 图1所示装置用于测定填料塔流体力学特性时，关停CO2管路即可。填料塔是一内径为90mm的塔体，塔内装填填料采用φ8×6mm瓷拉西环，水由水泵输送，流经转子流量计至塔顶，从塔顶喷林而下，最后从塔底流回水槽。空气由风机吸入，风机为旋涡风机，输入功率为250W，转速为2800/min,风压为10.5KPa,风量为26m3/h。通过转子流量计后到进口管，最后在塔顶排空。 空气和水的流量均由转子流量计测量，通过床层的压强降由差压计测定。 图1填料塔流体力学特性曲线测定工艺流程图
填料塔流体力学特性包括压强降和液泛规律。计算填料塔需用动力时，必须知道压强降的大小。而确定吸收塔的气、液负载量时，则必须了解液泛的规律，所以测量流体力学性能是吸收实验的一项内容。 实验可用空气与水进行。在各种喷淋量下，逐步增大气速，记录必要的数据直至刚出现液泛时止。测量结果经整理后标绘在双对数坐标纸上。 气体通过填料层时压降ΔP与气速u及填料特性（形状，尺寸）有关：ΔP∝u1.5～2.0（u空塔气速）。 气液两相逆流通过填料层时，气体的压降ΔP除与气速u和填料特性有关外，还取决于喷淋密度等因素。 在一定喷淋密度下，当气速较小时ΔP∝u1.5～2.0但比无喷淋时的ΔP值高。当气速增加到一定值时。气液间的摩擦力开始牵制液体向下流动。液膜增厚，气流通道变小。阻力增加较快，此时㏒ΔP～㏒u关系曲线上出现一个拐点，称为泛点。当喷淋密度增加时，压力降增加，载点与泛点的气速下降。一般填料塔的设计均应在泛点以下操作。（对于一般乱堆填料当每米高的填料层压降值为200～250mmH2o左右时即产生液泛）。如果要求压降很稳定。则宜在载点以下，但因为很多场合下没有明显载点，难以准确确定之。而泛点以后则已有较准确的关联式。因此塔的设计中一般均先计算泛点速度WF然后乘以负荷因子（一般为0.6～0.8）作为实际气速。泛点气速关联式： ㏒ 式中：W F—泛点空速气速，m/s； g —重力加速度，9.81m/s2； a/ε3—干填料因子，m-1； r G,r L —气相，液相密度，kg/m3； u L—液相粘度，CP。
一、设计任务 1. 结构设计任务 完成各板式塔的总体结构设计，绘图工作量折合A1图共计4张左右，具体包括以下内容： ⑴各塔总图1张A0或A0加长； ⑵各塔塔盘装配及零部件图2张A1。 2. 设计计算内容 完成各板式塔设计计算说明书，主要包括各塔主要受压元件的壁厚计算及相应的强度校核、稳定性校核等内容。 二、设计条件 1. 塔体内径mm 2000=i D ，塔高m 299.59H i =； 2.设计压力p c =2.36MPa ，设计温度为=t 90C ?； 3. 设置地区：山东省东营市，基本风压值q 0=480Pa ，地震设防烈度8度，场地土类别III 类，地面粗糙度是B 类； 4. 塔内装有N=94层浮阀塔盘；开有人孔12个，在人孔处安装半圆形平台12个，平台宽度B=900m m ，高度为1200m m ； 5. 塔外保温层厚度为δs =100m m ，保温层密度ρ2=3503m /kg ； 三、设备强度及稳定性校核计算 1. 选材说明 已知东营的基本风压值q 0=480Pa ，地震设防烈度8度，场地土类别III 类；塔壳与裙座对接；塔内装有N=94层浮阀塔盘；塔外保温层厚度为δs =100m m ，保温层密度ρ 2=350 3m /kg ；塔体开有人孔12个，在人孔处安装半圆形平台12个，平台宽度B=900m m ， 高度为1200m m ；设计压力 p c =2.36MPa ，设计温度为=t 90C ?；壳 3m m ，裙座厚度附加量2m m ；焊接接头系数取为0.85；塔内径mm 2000=i D 。 通过上述工艺条件和经验，塔壳和封头材料选用Q345R 。对该塔进行强度和稳定计算。 2. 主要受压元件壁厚计算
实验五 填料塔流体力学性能及传质 一、实验任务 1、 了解吸收塔的流程和结构； 2、 测量填料塔的流体力学特性； 3、 测定吸收系数。 二、基本原理 1、 流体力学性质 a 、 填料塔的流体力学特性包括压降和泛点，知道压降的大小，可以确定吸收塔 所需的动力，而泛点是生产操作中的重要的控制因素。因此，填料塔的流体力学特性测定的目的，是为填料塔选择适宜的操作条件提供依据。 流体力学特性测定时，使用的是空气和水。 b 、 气体通过干填料时，流体流动引起的压降和湍流流动引起的压降规律相一致。 在对数坐标纸上作 ~p u ?关系曲线，为一直线，如图（1）所示，斜率为1.8~2次幂，当有喷淋量时，低气速时（c 点以前）压降也正在于气速的1.8~2次幂，但大于同一气速下干填料的压降（线2中bc 段）。随气速增加，出现载点，出现载点（c 点），持液量增大， ~p u ?线向上弯曲，斜率变陡（cd 段），到达泡点（d 点）后，在几乎不变的气速下，压降持续增大，出现液泛。 固定液体喷淋密度，记下塔内现象，空气流量、压降数。 日期： 设备型号： 大气压力： 填料高度： 水温： 气温 2T ： 空气流量计算状态 1T 、 1P ： 塔平均内径D ： 水流量L ： 空气流量： 压强降：
换算公式： / 00/Q Q Q γ==Ω 0T -----273K 0P =760mmHg 0r -----空气密度 1.293Kg/m 3 Ω -----塔截面积 2 4 D π Ω= 以气速G /为横坐标，压降 2P ?为纵坐标，作压降曲线，找寻载液点和液泛点。 2、 传质系数的测定 总体积传质系数Kga 是在单位时间内，单位填料体积吸收的溶质量，又是反映填料吸收塔性能的主要参数，是设计填料层高度的重要依据。 本实验是用水吸收空气---氨混合气体水中的氨，为使气液两相平衡关系服从亨利定律混合气中氨的浓度应少于10%。 吸收过程可有用下列方程表示。 y G K G F = y K ----以气相摩尔比差为推动力的总传质系数 G------单位时间吸收的组分量（Kg/时） F-------气液两相接触面积（米2） m Y ?-----平均传质推动力 （1）Ｇ――可以通过测量气相进、出口浓度和惰性气体流量获得 ()b a G V Y Y =- Ｖ――惰性气体流量［Ｋg ／时］ a Y 、 b Y ――进出塔气相组成，以摩尔比表示［ m ol m ol 组分载体］ （２）两相接触面积 2 14 F aV a D X π == 填料 Ｚ――填料层高度［米］ Ｖ――塔中填料的全部面积 r D ――塔内径［米］ a ――填料的单位面积的有效表面积［米２／米３ ］一般a 并不等于干填料的比表面at ，而应乘以填料的表面效率 η，即 a at η= η――可根据最小润湿分率查下图表。
实验八、板式塔流体力学性能测定 一、实验目的 1．观察塔板上气、液两相流动状况。 2．测定气体通过塔板的压力降与空塔气速的关系、雾沫夹带率与空塔气速的关系、泄漏率和空塔气速的关系。 3．研究板式塔负荷性能图的影响因素并做出筛板塔的负荷性能图。 二、实验原理 板式塔为逐级接触的气～液传质设备，当液体从上层塔板经溢流管流经塔板与气体形成错流通过塔板，由于塔板上装有一定高度的堰，使塔板上保持一定的液层，然后越过堰从降液管流到下层塔板。气体从下层塔板经筛孔或浮阀、泡罩齿缝等，上升穿过液层进行气液两相接触，然后与液体分开继续上升到上一层塔板。塔板传质的好坏很大程度取决于塔板上的流体力学状况。 1．塔板上的气液两相接触状况及不正常的流动现象。 （1）气液两相在塔板上接触的三种状态： 1）当气体的速度较低时，气液两相呈鼓泡接触状态。塔板上存在明显的清液层，气体以气泡形态分散在清液层中间，气液两相在气泡表面进行传质。 2）当气体速度较高时，气液两相呈泡沫接触状态，此时塔板上清液层明显变薄，只有在塔板表面处才能看到清液，清液层随气速增加而减少，塔板上存在大量泡沫，液体主要以不断更新的液膜形态存在于十分密集的泡沫之间，气液两相以液膜表面进行传质。 3）当气体速度很高时，气液两相呈喷射接触状态，液体以不断更新的液滴形态分散在气相中间，气液两相以液滴表面进行传质。 （2）塔板上不正常的流动现象 1）漏液 当上升的气体速度很低时，气体通过塔板升气孔的动压不足阻止塔板上液层的重力，液体将从塔板的开孔处往下漏而出现漏液现象。 2）雾沫夹带 当上升的气体穿过塔板液层时，将板上的液滴挟裹到上一层塔板引起浓度返混的现象称为雾沫夹带。 3）液泛 当塔板上液体量很大，上升气体速度很高，塔板压降很大时，液体不能顺利地从降液管流下，于是液体在塔板上不断积累，液层不断上升，使塔内整个塔板间都充满积液的现象称为液泛。 2．流体力学性能测定 （1）压降 在塔板的上面和下面气液分离空间中各设置一个测压口，分别连在U型压差计的两端，可以测定气体通过塔板的压降。 压降通常包括干板压降和液层压降两部分。干板压降是指塔内不通液体，只有气体穿过塔板时测得的塔板压降，这部分压降主要是通过筛孔时克服阻力而产生的压降，液层压降是指气体通过塔板的清液层和泡沫层克服阻力而产生的压降。 （2）雾沫夹带率
苯-氯苯板式精馏塔的工艺设计工艺计算书（精馏段部分） 生物与化学工程系 生物工程专业 2011年11月27日
课程设计题目一——苯-氯苯板式精馏塔的工艺设计 一、设计题目 设计一座苯-氯苯连续精馏塔，要求年产纯度为99.8%的氯苯50000t/a，塔顶馏出液中含氯苯不高于2%。原料液中含氯苯为35%（以上均为质量%）。 二、操作条件 1.塔顶压强4kPa（表压）； 2.进料热状况，自选； 3.回流比，自选； 4.塔釜加热蒸汽压力506kPa； 5.单板压降不大于0.7kPa； 6.年工作日330天，每天24小时连续运行。 三、设计内容 1.设计方案的确定及工艺流程的说明； 2.塔的工艺计算； 3.塔和塔板主要工艺结构的设计计算； 4.塔内流体力学性能的设计计算； 5.塔板负荷性能图的绘制； 6.塔的工艺计算结果汇总一览表； 7.辅助设备的选型与计算； 8.生产工艺流程图及精馏塔工艺条件图的绘制； 9.对本设计的评述或对有关问题的分析与讨论。 四、基础数据 p（mmHg） 1.组分的饱和蒸汽压 i
2.组分的液相密度ρ（kg/m 3） 纯组分在任何温度下的密度可由下式计算 苯 t A 187.1912-=ρ 推荐：t A 1886.113.912-=ρ 氯苯 t B 111.11127-=ρ 推荐：t B 0657.14.1124-=ρ 式中的t 为温度，℃。 3.组分的表面张力σ（mN/m ） 双组分混合液体的表面张力m σ可按下式计算： A B B A B A m x x σσσσσ+= （B A x x 、为A 、B 组分的摩尔分率） 4.氯苯的汽化潜热 常压沸点下的汽化潜热为35.3×103kJ/kmol 。纯组分的汽化潜热与温度的关系可用下式表示： 38 .01238 .012??? ? ??--=t t t t r r c c （氯苯的临界温度：C ?=2.359c t ） 5.其他物性数据可查化工原理附录。 附参考答案：苯-氯苯板式精馏塔的工艺计算书（精馏段部分）
GBL-T5102丝网波纹填料塔内件设计说明书 2.1设计方案的确定 根据用户要求，本设计采用BX(500)丝网波纹填料塔进行分离。BX(500)的相关参数见第4节。 2.2水力性能的计算 2.2.1填料塔上段 (1)喷淋密度 32248454 3.0168/3.1410431.4S L m m h S L ?===?? (2)泛点气速 118420.213lg ()()()F l l v A K l g v l w u a w νρρμρρε??=-????? 112 840.23403353785000.3044lg ()()0.30 1.759.811024.50.90.30440.451042.5()F u ??=-????? u F =5.44m/s (3)空塔气速 3.62/u m s == = (4) 液泛率 3.6266.5%5.44 F u u = = (5)持液量 质量 m=4033×0.042=169.386Kg 体积
3169.3960.162481042.5 V m == 填料体积 2 '34.154224V H m D π== 持液量 V/V ’=0.16248/4.15422=0.039112 m 3/ m 3 (6)压降 △P=2.7×5×10=135Pa （7）操作弹性 由所选液体分布器：308个小孔直径为2mm ，布液管直径为20mm ，分配管及液位管直径130mm 当分配管内液流速最大0.3m/s 时，求得最大允许流量 2 max 1042.5360014936.250.3Kg/h 40.13Q π ?==??? 而填料允许最小喷淋密度为1 m 3/(m 2h)时 2min 1042.536001604.761Kg/h 4 1.4Q π??==?? 液相负荷上限 4845×1.2=5814 Kg/h ＜Qmax 液相负荷下限 4845×0.5=2422.5 Kg/h ＞Qmin 操作弹性为 14936.75/1604.76=9.3 所以设计合理。 2.2.2中段 （1）液泛气速 112840.23458759325000.3044lg ()()0.30 1.759.8160210.90.3044()0.451021()F u ??=-?????
摘要 筛板塔是化工生产中主要的气液传质设备。为完成苯-甲苯二元物系的精馏进行了相关塔设备的设计，本次设计的任务为分离进料量50000吨/年，质量分数为40%的苯-甲苯溶液，使塔顶产品苯的质量分数达到96%，塔底釜液质量分数为2%。我们对此塔进行了工艺设计，按照梯级图解法算求得理论板数为15，实际板数为27，,加料位置在第13块板。进行了塔板结构的设计，塔径1.2m，精馏段板间距0.35m，提馏段板间距为0.4m,对塔板进行了校核，均在安全操作范围内，确定了操作点，精馏段弹性操作为5.04，提馏段弹性操作为5.30，符合操作要求。最后进行辅助设备及塔高计算。本次设计包括设备分析、选取、计算、核算、绘图等，是较完整的精馏设计过程，其设计结果满足设计任务要求，结构合理，是一次较理想的设计。 关键词：筛板塔；苯-甲苯；精馏；负荷性能图；塔设备；结构
Abstract Sieve plate tower is the main gas liquid mass transfer in chemical production equipment.To complete the binary system benzene - toluene distillation tower equipment, the use of design, the design tasks for the separation of feed rate of 50000 tons/year, the mass fraction of 40% of benzene - toluene solution, make the top products of benzene mass fraction of 96%, the bottom kettle liquid mass fraction of 2%.We for the technological design of this tower, according to the theoretical plate number obtained by cascade graphical method calculation for 15, real plate number is 27, and feeding location in 13boards.For the design of the plate structure, the tower diameter 1.2 m, plate spacing of 0.4m on the plate, are within the scope of the safety operation, determine the operating point, rectifying section elastic operation is 5.04, stripping section of the elastic operating at 5.30, conform to the requirements of the operation.Finally auxiliary equipment and height calculation.This design including equipment analysis, selection, calculation, accounting, drawing, etc., is a complete distillation process design, the design result satisfies the requirement of design task, reasonable structure, is an ideal design. Keywords: Sieve-plate tower ；Benzene-Toluene；Rectification；Load performance diagram；Distillation equipment ；structure
第1章流体力学的基本概念 流体力学是研究流体的运动规律及其与物体相互作用的机理的一门专门学科。本章叙述在以后章节中经常用到的一些基础知识，对于其它基础内容在本科的流体力学或水力学中已作介绍，这里不再叙述。 1.1 连续介质与流体物理量 1.1.1 连续介质 流体和任何物质一样，都是由分子组成的，分子与分子之间是不连续而有空隙的。例如，常温下每立方厘米水中约含有3×1022个水分子，相邻分子间距离约为3×10－8厘米。因而，从微观结构上说，流体是有空隙的、不连续的介质。 但是，详细研究分子的微观运动不是流体力学的任务，我们所关心的不是个别分子的微观运动，而是大量分子“集体”所显示的特性，也就是所谓的宏观特性或宏观量，这是因为分子间的孔隙与实际所研究的流体尺度相比是极其微小的。因此，可以设想把所讨论的流体分割成为无数无限小的基元个体，相当于微小的分子集团，称之为流体的“质点”。从而认为，流体就是由这样的一个紧挨着一个的连续的质点所组成的，没有任何空隙的连续体，即所谓的“连续介质”。同时认为，流体的物理力学性质，例如密度、速度、压强和能量等，具有随同位置而连续变化的特性，即视为空间坐标和时间的连续函数。因此，不再从那些永远运动的分子出发，而是在宏观上从质点出发来研究流体的运动规律，从而可以利用连续函数的分析方法。长期的实践和科学实验证明，利用连续介质假定所得出的有关流体运动规律的基本理论与客观实际是符合的。 所谓流体质点，是指微小体积内所有流体分子的总体，而该微小体积是几何尺寸很小（但远大于分子平均自由行程）但包含足够多分子的特征体积，其宏观特性就是大量分子的统计
平均特性，且具有确定性。 1.1.2 流体物理量 根据流体连续介质模型，任一时刻流体所在空间的每一点都为相应的流体质点所占据。流体的物理量是指反映流体宏观特性的物理量，如密度、速度、压强、温度和能量等。对于流体物理量，如流体质点的密度，可以地定义为微小特征体积内大量数目分子的统计质量除以该特征体积所得的平均值，即 V M V V ??=?→?'lim ρ （1-1） 式中，M ?表示体积V ?中所含流体的质量。 按数学的定义，空间一点的流体密度为 V M V ??=→?0 lim ρ （1-2） 由于特征体积' V ?很小，按式（1-1）定义的流体质点密度，可以视为流体质点质心（几何点）的流体密度，这样就应予式（1-2）定义的空间点的流体密度相一致。为把物理概念与数学概念统一起来，方便利用有关连续函数的数学工具，今后均采用如式（1-2）所表达的流体物理量定义。所谓某一瞬时空间任意一点的物理量，是指该瞬时位于该空间点的流体质点的物理量。在任一时刻，空间任一点的流体质点的物理量都有确定的值，它们是坐标点 ),,(z y x 和时间t 的函数。例如，某一瞬时空间任意一点的密度是坐标点),,(z y x 和时间 t 的函数，即 ),,,(t z y x ρρ= （1-3） 1.2 描述流体运动的两种方法 描述流体运动的方法有拉格朗日（Lagrange ）法和欧拉（Euler ）法。