分离乙醇—水板式精馏塔设计
开孔率变化不大，仍在10%~14%之间。
5.4塔板流体力学验算
塔的操作能否正常进行，与塔内气，液两相的流体力学状况有关。板式塔的流体力学性能包括：塔板压降、液泛、雾沫夹带、 漏液及液面落差等。
5.4.1塔板阻力hp
气体通过塔板的压降hp包括：干板压降hc，板上充气液层阻力hl以及克服液体表面张力的阻力hσ，可表示为
hp=hc+hl+hσ
其中气体克服液体表面张力所造成的阻力通常很小，可以忽略不计。所以
hP?hC?hl 式中：hP—气体通过每一层塔板的阻力，m液柱； hC—干板阻力，m液柱； h1—塔板上的液层阻力，m液柱。 筛孔塔板的干板可用下式计算。
2h0.051???C???u0C???V??0??????L?? 式中：u0—筛孔气速，m/s；
C0—流量系数，可由附图9查得；
?3
V、?L—分别为气相和液相的密度，Kg/m。
- 31 -
分离乙醇—水板式精馏塔设计
图9 C0与d0/?的关系
查附图9
d0??2，得C0?0.7635，即
h.051(u0)2(?v14.32?1.117?c?0C)?0.051()??851.45???0.023m液柱
0?L0.7635板上充气液层阻力与通过筛孔的气体动能因子F0(u0?V)有关，可由附图10查得
图10 有效液层阻力hl
- 32 -
分离乙醇—水板式精馏塔设计
由 F0?u0?V?14.3?1.117?16.88 查得 hL?0.020m液柱 所以
hp?hc?hL?0.023?0.020?0.043m
单板压降
?Pp?hp?Lg?0.043?851.45?9.81?359Pa
对于一般气体通过每块常压和加压塔塔板的压降为260-530Pa，该设计方案中的单板压降为359Pa，在适宜的范围内。
5.4.2降液管泡沫层高度
为了防止降液管液泛，应保证降液管内泡沫液层总高度不超过上层塔板的溢流堰顶，通常可通过求出的降液管内清液层高度Hd 是否满足Hd≤Ф（HT+hw）来进行验算，即
Hd=hp+hw+how+hc≤Ф（HT+hw）
Ф为降液管中泡沫层的相对密度。对于一般物系，Ф=0.5；对 于发泡严重的物系，Ф=0.3~0.4；对于不易发泡的物系，Ф=0.6~0.7。本设计方案中取Ф=0.5。
2其中液体在降液管出口阻力：h??Ls?d?0.153???Lwho?? （1）、液体通过降压管损失因不设进口堰。 所以：
2h?Ls?d?0.153????Lh???0.153u'20?0.153?0.072?7.497?10?4m wo（2）、气体通过塔板间的压强降所相当的液柱高度hp=0.043m
（3）、板上液层高度，前已选定hL=0.05m （4）、前面已定HT?0.40m,hw?0.0399m。则
?(HT?HW)?0.5?(0.40?0.0399)?0.21995m
- 33 -
《化工
原理》修订版下册，夏清编
分离乙醇—水板式精馏塔设计
Hd= hp+hw+how+hc=0.043+0.0399+0.0101+7.497×10-4=0.0937m 可见，Hd??(HT?HW)，符合防止降液管液泛要求。
5.4.3液体在降液管内的停留时间
为避免严重的气泡夹带使传质性能降低，液体通过降液管时应
有足够的停留时间，以便释放出其中夹带的绝大部分气体。液体在降液管内的平均停留时间可由下式计算：
??AfHTL
s式中HT—塔板间距，m；
Af—降液管面积，m2； Ls—液体流量，m3/s。
通常要求液体在降液管内停留时间应大于3s；对于易起泡物系则要求大于7s。若求得的停留时间过小，可适当增加Af或HT。
??AfHT?0.0816?0.40Ls0.001474?22.1s＞3s
可见，该设计可使得液体所夹带气体释出。
5.4.4雾沫夹带量校核
上升气流穿过塔板上液层时，将板上液体带入上层塔板的现象称为雾沫夹带。雾沫的生成固然可增加大气、液体两相的传质面积，但过量的雾沫夹带造成液相在塔板间的返混，严重的话会造成雾沫夹带液泛，从而导致塔板效率严重下降。所谓返混是指雾沫夹带的液滴与液体主流做相反方向流动的现象。为保证板式塔能维持正常的操作效果，生产中将雾沫夹带限制在一定的限度以内，规定每1kg上升气体夹带到上层塔板的液体量不超过0.1kg，即控制雾沫夹带
量ev＜0.1kg（液）/kg（气）。
用泛点百分率关联法先求uF
- 34 -
《化工
原理》修订版下册，夏清编
分离乙醇—水板式精馏塔设计
u?C?L??VF? VL??12V???L????0.0243
V??由附图4史密斯关联图，查得C20?0.073 若液相的表面张力不等于20dyn/cm，可按下式校正
C?C?.220?(20)0
规定塔板开孔率φ≥10%时，β=1；若φ小于10%，查得的C20须乘以β值进行校正。φ=0.08，β=0.9；φ=0.06，β=0.8。本方案中φ=13.4%≥10%，所以β=1。
因为??19.37mN/m；
校正 C073???19.37?0.220?0.?20???0.072 5u?1.117F?0.0725?851.451.117?2.0m/s
操作气速：u?V精A?1.6741.13?0.0816?1.065m/s
T?Af液泛分率：
uu?1.065?0.5325 F2.0查附图11雾沫夹带分率图得：??0.032
- 35 -
化
工原理课程设计指导书（筛板
塔）