工艺专业塔器水力学计算设计导则(2)

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降液管中液相停留时间τ计算如下：

??Af?HTLS (s)

式中：

Af 降液管面积（m2） HT 塔板间距（m）

通常情况下，在高负荷时τ应大于5sec，个别可小至3sec，对于特殊系统要另行考虑。如吸收塔和真空塔一般要6sec以上。胺和乙二醇系统亦取大些。

2.4.5 塔径

目前塔径已系列化。一般情况下塔径800mm以上采用板式塔，当然小塔径（300-800mm）根据需要也可被采用。一般800mm以上的塔径以200mm间隔递增，以下的塔径以100mm间隔递减。如有特殊需要也可例外。根据生产能力的要求、物性特点及其他结构参数先初估塔径，经水力学计算再作调整。

2.4.6 塔板间距

根据生产能力和塔高的要求，以及塔径等其他结构参数来确定塔板间距。对于石油系统，由于一般蒸馏或吸收塔的塔板数不多，因而塔板间距较大，如采用600mm左右。对于石油化工系统，由于分离要求高，塔板数多，因此塔板间距不宜太大，应根据塔径和水力学计算来确定，一般取350—500mm，个别也有例外。有时对不同塔段采用不同的塔板间距。

2.4.7 浮阀数

在设计负荷下浮阀处于全开状态，此时阀孔动能因数Fo (Wo?V）为9～11。其中Wo为孔速（m/s)

?v

为汽相密度（kg/m3)

亦可采用下式计算：

?72.8?Wo?????v?0.548 (m/s)

以上适用于重阀。对于轻阀Fo将减小1.0左右。 2.4.8 泛点率 Cv=Vs

?V?L??V

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F=100Cv＋136 LS·ZAb·K·CF

F?100CV

0.78·AT·K·CF式中：

Cv F Z Ab AT K

汽相负荷因数（m3/s） 泛点率（%） 液流长度（m） 液流面积（m2） 塔截面积（m2） 物性系数，见下表

物性系数K表

K 1.0 0.85～0.95 0.85 0.85 0.73 0.60 0.30 系 统 无泡沫，正常系统 氟化物（如BF3，氟利昂） 真空塔 中等起泡沫（如油吸收、胺、乙二醇再生塔 重度起泡沫（如胺、乙二醇吸收塔） 严重起泡沫（如甲乙酮） 形成稳定泡沫系统（如碱再生塔）

CF 泛点负荷因数，与板间距和汽相密度有关。查阅《化学工

程手册，第13篇》 Vs ?L ?v Ls

汽相流量（m3/s） 液相密度 (kg/m3） 汽相密度 (kg/m3） 液相流量 （m3/s)

上二式中F取大值。一般大直径塔在高负荷下F<80%。真空系统F<75%。小直径塔F<65%。根据生产要求，即负荷上下限要求来确定。

2.4.9 压降 干板阻力

hc=5.34(Wo2/2g)·(?L/?V) (m液柱）

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板上液层阻力

hl=0.5hL

(m液柱）

压降

△p = hc+hl

(m液柱/板）

对于V4型浮阀，干板阻力约为上式计算值之1/2。 对于轻阀上式略偏大。 2.4.10 降液管中清液层高度Hd

Hd = hw＋how＋hd+△p (m液柱）

式中：

hd = 0.153 (hd Ls lw SS ho hw how

Ls)2 (m液柱）

lw?SS?ho液相流出降液管的局部阻力（m液柱） 液相流量（m3/s) 堰长（m） 液流程数

降液管底间隙（m） 堰高（m） 堰上液面高度 (m)

一般满足

Hd< ? (HT+hw) HT ?

塔板间距（m）

泡沫特性系数，一般为0.4—0.6。

2.4.11 汽相负荷下限

一般以阀孔动能因数Fo来表示。取Fo≈5—6，同时要考虑与板上液面高度有关的因素。

2.5 筛孔塔板

2.5.1 在石化工业中筛孔板塔与浮阀塔一样已广泛地被采用。其计算方法比较成熟，设计和使用经验亦很丰富。尤其是近年来我公司参加了美国分馏研究公司（FRI），该公司在筛板塔方面已有几十年的研究历史，积累了很多的经验和数据，开发了计算方法和应用软件，每年有更新内容。FRI在直径1200mm

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的筛板塔上进行低压和高压下的工业实验与研究，为会员单位提供研究成果。

具有降液管的筛孔板与其他具降液管的塔板相比，由于其结构简单，耗金属少，造价低而价廉，便于检修，并对略有脏污的系统适用。

2.5.2 筛孔和排列

过去常用孔径为3—8mm，但因孔径太小，一则加工制造困难，二则易堵，所以目前常用较大的孔径，如12mm左右。孔径太大会引起压降和雾沫夹带增大，因而减小负荷弹性范围。对真空塔，不宜采用太大孔径。

筛孔以三角形或正方形排列，以前者为最常用。筛孔间距t一般为孔径do的2.5～5.0倍，常用3～4倍。如t/do过小，易使汽流互相干扰；如过大则鼓泡不匀，影响传质效率。

鼓泡面积为液体进入塔板端到出口堰之间，与塔壁间所包围的面积。 孔面积为汽流通过的所有筛孔的面积。

开孔率为孔面积占鼓泡面积的百分数。一般为8—10%，但随系统压力和水力学计算要求而定。过小的开孔率将造成严重的雾沫夹带，而过大的开孔率会产生严重泄漏。

2.5.3 流动型式

同浮阀塔板，详见2.4.3。 2.5.4 塔径

同浮阀塔板，详见2.4.5。 2.5.5 塔板间距

同浮阀塔板，详见2.4.6。

2.5.6 筛孔板的水力学计算方法主要是采用FRI的研究成果，同时参考本公司开发的技术。

2.5.7 初估塔径Dt

FRI的计算方法是以核算为主，当需设计新塔时，可先初估塔径，再进行水力学计算，然后调整塔径。

Dt=(4.7)(VL)最大(△p设计-0.7)

(ft) (ft3/s)

VL= Vs?V/(?L-?V)

式中：

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△p设计 Vs ?V ?L

设计压力（英寸液柱） 汽相流率（ft3/S） 汽相密度（1b/ft3） 液相密度（1b/ft3）

根据计算结果，再园整塔径。 2.5.8 降液管及溢流堰 参考浮阀塔板，详见2.4.4。

降液管顶部的最小面积ADC计算如下：

???L2LADC（最小）=??14

449(1-FG)?σ·(?L-?V)???-?V?1-FG?1.4?L?FG??L?12（ft2）

式中：

L σ

液相流率 （gpm) 表面张力 （mN/m）

以上是最小面积，最终降液管面积要根据水力学计算确定。 2.5.9 体系极限。

为每个体系负荷的极限能力。

（VL）极限= 0.73Af (1-FL) (σ/?L-?V)1/4 （ft3/S）

??L-?V? 1.4????V?1/2

(1-FL)=??L-?V?1? 1.4????V?1/2

式中：

Af σ FL ?L ?v

自由面积，即塔面积减去降液管面积（ft2） 表面张力 （mN/m） 汽相中分散相的分率 液相密度 （1b/ft3） 汽相密度 （1b/ft3）

又（VL）极限 = VS ?V/(?L-?V) (ft3/S）