发布时间 : 星期二 文章塔的水力学计算手册更新完毕开始阅读35f84fb4e418964bcf84b9d528ea81c759f52e42
塔盘上液相流动形式(flow paths)取决于液相负荷的范围，单流型(SXF)是最常用的；当塔径较大，或液相负荷较大时，宜采用双流型(DXF)，甚至三、四流型 (TXF、QXF)或阶梯型(Cascade)；在液气比很小时才采用U形流型。
液相负荷(m3/h)与板型的关系：
塔径，mm 1000 1400 2000 3000 4000 5000 6000 U形流型 < 7 < 9 < 11 < 11 < 11 < 11 < 11 单流型 双流型 < 45 < 70 < 90 < 110 < 110 < 110 < 110 90?160 110?200 110?230 110?250 110?250 阶梯型 200?300 230?350 250?400 250?450 降液管下端出口处液流速度(velocity under DC)一般小于0.3～0.4米/秒，降液管内液流速度根据物系发泡趋势在0.05～0.12m/sec之间选取，发泡严重物系取小者(降液管内液流速度 = 液相负荷/降液管横截面积)。
液流在降液管内的停留时间?(DC residence time)通常大于4秒，通常 对于低发泡及中等发泡物系，? > 3～4 秒 对于较高发泡及严重发泡物系，? > 5～7 秒
塔盘上液面梯度(堰上溢流强度)取90m3/m?hr，一般在50～130m3/m?hr之间。 当液量过小时，可采用齿型堰(notched weir)；
当堰上溢流强度大于8～10 GPM/Lweir时，则应使用凹形受液盘(inlet pot)； 当堰上溢流强度大于15 GPM/Lweir时，则宜增加溢流程数(Number of flow paths or pass)或增加堰长(weir lenght)或改为后掠式堰(swept-back weir)。
阀孔气速太低会导致漏液，塔盘操作下限即漏液气速。最低阀孔动能因子(阀孔气速?(气相密度)1/2)应大于5～6米/秒。
Glitsch规定阀孔气速必须大于 C1/(?V/(?L-?V))1/2 对于V-1型浮阀C1 = 0.0915；V-4型浮阀C1 = 0.183;
当堰高为25mm时， V-1型浮阀C1 = 0.122；V-4型浮阀C1 = 0.213
对于新塔设计，建议按设计负荷不大于泛点负荷的82%来设计塔径。若要求塔盘能够在设计负荷的110%下操作，就要以0.82/1.1 = 0.75的液泛系数(flood factor)做为最大值来设计塔径。减压真空塔的液泛系数一般小于0.77，雾沫挟带量不大于10%。较高的液泛系数可以计算出较小的塔，但会造成过多的雾沫挟带(e = 气相中液滴雾沫量/总的液相量)，对于实际操作，塔径偏小。对于塔径小于900mm的塔盘，液泛系数取0.65～0.75。
4.2 设计步骤 4.2.1 塔径初估
(1) Smith法归纳了工业塔数据的简化关联，可做为初步估算塔径之用。由Smith初估塔径图中查得C值(表面张力为20dyn/cm时的经验系数)，经过系统表面张力修正后,算出塔盘上允许的有效空塔速度及塔径。
(2) 有效截面积法的基本出发点是分别估算气相通道及液相通道的横截面积；按总的塔盘横截面积减去总的降液管截面积计算有效空塔速度，根据液相负荷及分界粘度计算允许液流最大速度。塔截面积为这两部分截面积之和，以此初估塔径。 4.2.2 塔盘布置
(1) 根据塔径及流体负荷量而确定流动形式(溢流程数)。
(2) 根据塔径、气液相负荷而确定降液管型式，液流在降液管内的停留时间(经计算得出)也是塔盘设计中重要指标之一。
(3) 溢流堰起着维持塔盘上液位、使液体均匀分布的作用。
a. 单溢流型塔盘的堰长可取塔径的0.6～0.8倍，对于双溢流型的塔盘，堰长可取塔径的0.5～0.7倍，并尽量使中央降液管面积等于两侧降液管面积之和； b. 为保证堰上溢流强度不致过大，堰的高度可适当降低；
c. 当堰的上边缘各点水平度偏差过大或堰上溢流强度过小时，可采用齿型堰；
d. 为保证上一层塔盘的液相经过降液管流入的液体能在塔盘上均匀分布，并减少降液管底部出口处的水平冲击，可设置内堰，堰高必须保证液封； e. 当液相流量很大时，设置凹形受液盘应避免压降过大。 (4) 设置塔盘上其它非鼓泡区域是为了消除泡沫挟带
a. 外堰前安定区宽度取70～100mm， 内堰前安定区宽度取50～100mm，小塔径中的安定区域酌减；
b. 为支撑塔盘及内件，塔壁边缘区宽度一般取50mm，大塔径边缘区宽度一般取60mm以上；
4.2.3 计算塔盘的操作能力的准则
(1) 气相负荷泛点率＝最小鼓泡面积/鼓泡面积。 (2) 以可以允许的气速为判据设计塔盘。 (3) 恒定气液比情况下的泛点率。 (4) 以漏液点做为气相负荷下限。
(5) 以雾沫挟带量e < 0.1kg液体/kg气体做为气相负荷上限。 (6) 以堰上最小溢流强度做为液相负荷下限。 (7) 以板上最高清液层做为液相负荷上限。
4.2.4 计算降液管的操作能力的准则
气体穿过塔盘的总压降 = 干板压降＋穿过液层的压降 4.3 设计范例
4.3.1 格里奇(Glitsch)重盘式浮阀(Ballast tray)设计范例：
设计一个双溢流型塔盘，板间距(HT)为20英寸。主要数据如下，实际板数为75块，V-1阀型。
气相负荷为271500磅/小时，密度?V为2.75磅/英尺3 液相负荷为259100磅/小时，密度?L为29.33磅/英尺3
按最大负荷设计相应的降液管截面积，用户规定在小于70%泛点率(FF)的要求下做塔盘设计，即液泛系数FF = 0.7。本系统物系为不发泡，系统发泡因数取1.0。
液相流率GPM = 259100 / 29.33 = 8834 英尺3/小时 = 1100 (美)加仑/分 选取双流型塔盘，NP = 2
气相流率CFS = 271500 /2.75/3600 = 27.4 英尺3/秒 气相负荷Vload = CFS ? (?V / (?L - ?V) )1/2
= 27.4?(2.75/(29.33 - 2.75))1/2 = 8.86 英尺3/秒
设计气速VDdsg = 7.5 ? (TS)1/2 ? (?L - ?V)1/2 ? system factor = 7.5?(20)1/2?(29.33-2.75)1/2?1.0 = 170加仑/分/英尺2
由附图5a查得 CAFO = 0.395 英尺/秒
负荷因子CAF = CAFO ? system factor = 0.395?1.0 = 0.395英尺/秒 由附图6查得塔径DT(初估值) = 7英尺5英寸(基于24英寸板间距和80%泛点率)
流程长度FPL(初估值) = 9 ? DT(初估值) / NP = 9?7.5/2 = 33.7英寸 最小鼓泡区面积AAM = (Vload + GPM ? FPL / 13000) / (CAF ? FF) = (8.86+1100?33.7/13000)/(0.395?0.7)=42.5英尺2
最小降液管截面积ADM = GPM / (VDdsg ? FF) = 1100/(170?0.7) = 9.25英尺2
最小塔截面积AT?MIN = AB?MIN + 2 ? AD?MIN = 42.5+2?9.25 = 61英尺2
塔径DT = (AT?MIN / (? / 4))1/2 = (61/0.7854)1/2 = 8.8英尺 (取9英尺或108英寸)
塔截面积AT = ? ? r2 = ? ?DT 2/4 = 0.7854?92 = 63.62英尺2
总的降液管截面积?AD = AT ? AD?MIN / AT?MIN = 63.62?9.25/61 = 9.9英尺2 降液管截面积大于塔截面积10%(?AD>10%AT)，符合设计原则。 中央降液管宽度H3 = WF ? AD / DT = 12?9.9/9 = 13.2英寸
其中由下表查得WF = 12
2 3 4 5 降液管面积比率，％ AD3 1 AD5 - AD7 - - 0.5 宽度系数，WF H3 - 6 H5 H7 - 12 - 程数 AD1 0.34 - 0.2 - 0.66 - 0.4 8.63 - 6.78 - 5.66 5.5 0.25 0.5 0.5 0.4 - 侧降液管截面积AD1 = 9.9/2 = 4.95英尺2
AD1/AT = 4.95/63.62 = 0.0777，继而由附表4查得H1/DT = 0.1315 侧降液管宽度H1 = 0.1315 ? DT = 0.1315?108 = 14.2英寸 流程长度FPL模数 = (WF ? DT - (2?H1 + H3 + 2?H5 + 2?H7))/NP = (12?9-(2?14.2+13.2))/2=33.2英寸
其中NP=2，所以H5 = 0；H7 = 0。
经计算FPL模数为32.5或34英寸，取32.5英寸。 取整后，H1=14.5英寸；H3=14英寸。
侧降液管(弓形)截面积AD1 = 扇形面积 - 三角形面积 扇形面积 = ? / 360 ? ? ? r2 = ? / 360 ? ? ? DT 2/4 其中弧心角? = 2 ? cos-1((r - H1)/r) = 2 ? cos-1(1 - H1/DT) 三角形面积 = (r - H1)?(r2 - (r - H1)2)1/2
= (DT/2 - H1)?(DT 2/4 - (DT/2 - H1)2)1/2
计算得AD1 = 5.09英尺2；2 ? AD1=10.18英尺2。
中央降液管(双圆缺形)截面积AD3 = 矩形面积 + 2 ? 弓形面积 矩形面积 = 2 ? ( r2 - (H3/2)2)1/2? H3 = 2 ? (DT2/4 - (H3/2)2)1/2? H3 弓形面积 = 扇形面积 - 三角形面积
扇形面积 = ? / 360 ? ? ? r2 = ? / 360 ? ? ? DT 2/4 其中弧心角? = 2 ? sin-1((H3/2)/r) = 2 ? sin-1(H3/DT) 三角形面积 = (H3/4) ? (DT 2 - H32)1/2
当 2H3/DT很小时， AD3 = 矩形面积 = DT ? H3 = 10.5英尺2 平均降液管面积 AD = (2?AD1 + AD3) / 2 = 10.34英尺2 鼓泡区面积 AB = AT - (2?AD1 + AD3 + 2?AD5 + 2?AD7) 或 AB = AT - 2?AD = 63.62-20.68 = 42.94英尺2
其中NP=2，为双流型塔盘，AD5 = 0；AD7 = 0。
泛点率% = 100 ? (Vload + GPM ? FPL / 13000) / (AB ? CAF) = 100?(8.86+1100?32.5/13000)/(42.94?0.395) = 68.6%
或泛点率% = 100 ? Vload / (AT ? CAF ? (?/4)) = (100)?(8.86)/(63.62?0.395?0.7854) = 45.2%