板式塔塔板主要结构尺寸的新设计方法_负荷性能图法_吴兆亮

根据第 3. 2 步得出的 D 由式( 2) 按 V s = V s min 初步得出 。若 值低于 10% , 以下按 10% 计算; 若高于 13% , 则适当加大 D , 直至达到符合要求 为止。 3. 4 校核 D 和初步确定 X w
根据第 3. 2 步和第 3. 3 步得出的 D 中较大 值由式( 3) 按 L s = L smax 初步得出 X w , 得出的 X w 值若低于 0. 5, 以下按 0. 5 计算, 若高于 0. 8, 则适 当加大 D , 达到符合要求为止。 3. 5 校核 D , H T , 和 X w
· 24 · 化 学 工 程 1997 年第 25 卷第 1 期
2 负 荷 性能 图 中各 性 能 曲 线与 塔 板 主要 结 构 尺 寸的简要分析 2. 1 雾沫夹带上限线 AA ′
雾沫夹带上限线 AA′可根据式 ( 1) 作出。
泛点率 =
3 设计步骤 3. 1 确定最大与最小气液负荷
根据 V s0, Ls 0, a1 和 a2 得出 V smax , V , smin Lsmax 和 L smin 。 3. 2 初步确定 D 和 H T
由于在设计和实际操作中, 最大气液相负荷 常常由雾沫夹带所控制, 所以由式 ( 1) 按 V s = V smax 初步计算出 D 和 H T, D 作进一步圆整。 3. 3 校核 D 和初步确定
根据 D = 1. 6m, 由式 ( 3) 按 Ls = L smax 进
行计算, 则:
A f × 0. 45 0. 00896
=
5
Af =
× 1. 2× 2
62
sin
-1X
w
-
1. 62 4
X
w
1-
X
2 w
得 X w = 0. 5910, X w 值在所要求的范围内, D
和 H T 合适。
( 5) 由式 ( 4) 和式 ( 5) 校核 D , H T , 和 X w
· 26 · 化 学 工 程 1997 年第 25 卷第 1 期
V s = 1. 61m 3/ s = 20. 3×10- 3N / m
L s = 0. 0056m3 / s a = 4
v = 2. 78kg / m3 a1 = 1. 6
L = 875kg/ m 3
a2 = 2. 5
解:
( 1) 计算最大与最小气液相负荷
操作线方程为通过 坐标原点与设计操 作点
由第 3. 2 步至第 3. 4 步得出的 D 中最大值, H T, 和 X w 代入式( 4) 中按 V s = V smax 得出 L s, 若 L s ≥ L , smax 则上述塔板结构尺寸合理, 否则可调 整阀孔气速 u0 和降液管底隙高度 h0 等, 如果必 要, 可加大 H T 和 , 直至达到要求为止。
可算出 L s , 如果 LS 计算值大于或等于 L smax, 则上
面确定的塔板各主要结构尺寸合适, 否则适当加
大 H T 或 , 直到符合要求。H T 和 增大, 此线向 上移。
2. 5 液相负荷下限线 EE′ 液相负荷下限线 EE′由式 ( 5) 作出。
how =
21.0804E
(
3600L Lw
濏 s
按 L s = L smax 由上式得 V s = 3. 049m3 / s, 所
以 V s ≥ V smax , 符合要求。
同样将下面塔板各主要结构尺寸代入式 ( 5)
进行计算, 式中 E 经查图得 1. 02, 则
0. 006 =
2. 84 10 00
×
1.
02
×(0.源自3600L s 5910 × 1.
关键词: 板式塔 设计方法 负荷性能图
1 前言 系统物性、气液负荷和塔板结构尺寸是影响
板式塔操作状况和分离效果的三个主要因素[ 1、2] 。 在系统物性和气液负荷已经确定的条件下, 塔板 的设计就是结构尺寸的确定。由于在实际操作中, 气液负荷会发生波动, 因此塔板设计中重要的一 点要求是弹性要大[ 2、3] 。检验塔板设计是否合理的 主要方法是用负荷性能图。塔板负荷性能图如图 1 所示[ 1] 。
( 2) 可直接算出开孔率 。 对于常减压塔要求在
10% ～ 13% 范围内[ 6] 。如果 大于 13% , 说明 D
太小, 应适当加大 D 直到符合要求。D 和 越小,
此线向下移。
2. 3 液相负荷上限线 CD 液相负荷上限线 CD 由式 ( 3) 作出。
=
AfHT Ls
( 3)
当 D 和 H T 由式( 1) 和式( 2) 确定时, 则根据
最大液相负荷 L smax 由式( 3) 可直接算 出堰长系
数[ 5] X w , 若 X w 大于 0. 8, 说明 D 偏小, 应适当加大
D 直到符合要求。D 和 X w 增大, 此线向右移。
2. 4 液泛线 BB′
液泛线 BB′由式 ( 4) 作出。
(HT +
hw) =
5. 34
v L
u20 2g
将上面得出的 D , H T, 和 X w 值代入式( 4) 进
行计算, 式中 = 0. 5, hw = 0. 04m, u0 = 0. 15m /
s, 0 = 0. 5, E 经查图为 1. 07, 则得 V s 与 L s 的
关系为:
0. 1816 =
0.
01 874V
2 s
+
0.
7
409L
图 1 塔板负荷性能图
迄今为止, 板式塔塔板设计步骤大致可分为以下 几步[ 4] :
( 1) 按允许的雾沫夹带和液泛值初估塔径。 ( 2) 根据初估塔径, 进行板面设计计算。 ( 3) 对设计的塔板进行各项校核。
( 4) 绘制该板的负荷性能图。 在第 ( 3) 、第 ( 4) 步以后, 如果认为设计结 果不理想, 则需对某些参数进行修改, 重新按设 计步骤进行计算, 一直到满意为止。 从上述设计步骤看, 塔板各结构尺寸设计是 否合理最后在负荷性能图上反映出来。由于影响 塔板正常操作的结构尺寸因素较多, 而且板面设 计又较复杂, 所以按照这种设计方法, 一是很难 保证塔板的操作弹性, a = V smax / V smin 等于或接近 设 计的要求 值, 而 且更难保证上操作弹性 a1 = V smax / V so 和下操作弹性 a2 = V so/ V smin 等于或接近 设计的要求值; 二是很难保证正常负荷性能图基 本是由五根线组成, 常常其中有的性能曲线离其 它性能曲线所组成的正常操作范围较远, 这说明 有些结构尺寸设计得不够好。 因此为了克服以往板式塔设计带来的困难, 本文提出塔板主要结构尺寸的新设计方法。这个 方法基本思路是由设计操作负荷和设计操作弹性 ( 包括 a1 和 a2 ) , 确定气液最大负荷和最小负荷, 从而确定了负荷性能图各性能曲线所 围成的范 围, 然后直接由各性能曲线计算式确定塔板各主 要结构尺寸。所以称该法为负荷性能图法。 板式塔的负荷性能图中五条线在图中所处的 位置与塔板结构尺寸有密切的关系。本文主要根 据浮阀单溢流塔板负荷性能图中各性能曲线与塔 板各主要结构尺寸关系的简要分析, 得出负荷性 能图法的设计步骤。
+
0
.
153
(
L
L
w
s
h0
)
2
+ (1+
0) [ hw +
21.0804E
(
3
600L Lw
s
)
濏
]
( 4)
其中 u0 =
Vs 4 D2
h0 =
Ls
L
w
u
′ 0
当 D , H T 和 由式( 1) ～ 式( 3) 确定时, 则由
式得出 V s -Ls 关系式[ 1] , 根据最大气相负荷 V smax ,
由于上面确定的塔板各主要结构尺寸能保证 塔在正常的范围内操作, 所以可直接进行板面设
吴兆亮等 板式塔塔板主要结构尺寸 的新设计方法
·25 ·
计和塔板流体力学计算, 完成整个塔板的设计工 作。
4 设计举例 例[ 1] : 拟建一浮阀塔用以分离苯-甲苯混合
物, 决定采用 F 1 型浮阀 ( 重阀) , 试根据以下条 件作出浮阀塔的设计计算。
由图可见, 设计结果完全达到设计要求。
图 2 负荷性能图
( 7) 进行板面设计和塔板流体力学计算 本文略。
5 结论 在系统物性和气液负荷确定的条件下, 根据
设计操作条件( 包括 a1 和 a2 ) 由负荷性能图中各 性能曲线计算式, 可直接确定塔板各主要结构尺 寸。板式塔塔板主要结构尺寸的这种新设计方法 —— 负荷性 能图法能保证 操作弹性( 包括 a1 和
( 3) 由式 ( 2) 校核 D 和初步确定
根据 D = 1. 6m, 由式 ( 2) 按 V s = V smin 进 行计算, 则:
0. 644 =
得 = 0. 1068, 合适。
4 × 1. 62 × ×
5 2. 78
值在所要求的范围内, 塔径 D 也
( 4) 由式 ( 3) 校核 D 和初步确定 X w
s
)
濏
( 5)
当 D 和 X w 由式 ( 1) ～式 ( 3) 确定时, 可 由式 ( 5) 算出 Ls , 若 L s ≤ L smin , 则上面确定的塔 板各主要结构尺寸合适, 否则适当加大 D 或 X w , 直到符合要求。D 和 X w 越大, 此线越向左移。
因此, 从上面分析可得出: 当物系、气液负 荷和操作弹性 ( 包括 a1 和 a2) 一定时, 根据负荷性 能图中各性能曲线计算式可直接确定塔板各主要 结构尺寸。从而保证了 a1 和 a2 在所要求的设计范 围内。