浮阀塔设计示例
设计条件
拟建一浮阀塔用以分离某种液体混合物，决定采用F1型浮阀（重阀），试按下述条件进行浮阀塔的设计计算。
??气相流量 Vs = 1.27m3/s； 液相流量 Ls = 0.01m3/s； ??气相密度 ρV = 3.62kg/m3；液相密度ρL = 734kg/m3；
??混合液表面张力 σ= 16.3mN/m，平均操作压强 p = 1.013×105Pa。
设计计算过程
（一）塔 径
??欲求出塔径应先计算出适宜空塔速度。适宜空塔速度u一般为最大允许气速uF的0.6～0.8倍
??即： u＝（0.6～0.8）uF
???????????
??式中C可由史密斯关联图查得，液气动能参数为：
?????????
??取板间距HT =0.6m，板上液层高度hL =0.083m，图中的参变量值HT-hL=0.6-0.083 =0.517m。根据以上数值由图可得液相表面张力为20mN/m时的负荷系数C20 =0.1。由所给出的工艺条件校正得：
???????????最大允许气速：
?????????
取安全系数为0.7，则适宜空塔速度为：
1
??由下式计算塔径：
?????????
??按标准塔径尺寸圆整，取D = 1.4m； ??实际塔截面积：
??????????实际空塔速度：
???????????安全系数：
（二） 溢流装置
??选用单流型降液管，不设进口堰。 1）降液管尺寸
在0.6～0.8范围间，合适。
??取溢流堰长lw=0.7D，即lw/D=0.7，由弓形降液管的结构参数图查得：Af/AT=0.09,Wd/D=0.15
因此：弓形降液管所占面积:Af=0.09×1.54=0.139(m) ??? 弓形降液管宽度:Wd=0.15×1.4=0.21(m2) ??验算液体在降液管的停留时间θ，
2
????????
??由于停留时间θ＞5s，合适。
2）溢流堰尺寸
由以上设计数据可求出： ??溢流堰长 lw=0.7×1.4=0.98m
采用平直堰，堰上液层高度可依下式计算，式中E近似取1，即
2
溢流堰高:hw=hL-how=0.083-0.033=0.05m
??液体由降液管流入塔板不设进口堰，并取降液管底隙处液体流速u0′= 0.228m/s；
降液管底隙高度：
浮阀数及排列方式: 1）浮阀数
初取阀孔动能因数F0 = 11，阀孔气速为：
每层塔板上浮阀个数 ：
（个）
2）浮阀的排列
按所设定的尺寸画出塔板，并在塔板的鼓泡区内依排列方式进行试排，确定出实际的阀孔数。
??已知Wd = 0.21m，选取无效边缘区宽区WC = 0.05m、破沫区宽度WS=0.075m，由下式计算鼓泡区面积，即：
3
浮阀的排列方式采用等腰三角形叉排。取同一横排的空心距t=75mm，则等腰三角形的高度：
?????
由于塔直径D=1400mm，需采用分块式塔板四块（其中两块弓形板、通道板和矩形板各一块）。考虑到各分块的支承与衔接要占去一部分鼓泡区面积，因此排间距t′应小于计算值，故取t′=0.065m。现按t=75mm、t′=65mm的等腰三角形叉排方式画出浮阀排列图，可排出阀孔数180个，重新核算以下参数： 阀孔气速：
????? 动能因数:
塔板开孔率：
动能因数在9～12之间，合适。
????
开孔率在10％～14％之间，合适。
（三）塔板流体力学验算
1）塔板压降
利用下式计算： ??????（1）干板阻力
临界孔速：
因阀孔气速u0大于其临界阀孔气速u0C，故干板阻力计算式为：
＜u0
????
4
（2）板上充气液层阻力
本设备分离烃化液，液相为碳氢化合物，可取充气系数ε0= 0.5。 ????
（3）液体表面张力造成的阻力
所以:hp=0.047+0.042+0.0005=0.0895 m 单板压降:
单板压降偏高。（一般对于常压精馏塔应在260～530Pa为宜）。
2）降液管液泛校核
为了防止降液管液泛现象发生，要求控制降液管内清液层高度Hd≤φ(HT+Hw)。其中:Hd=hp+hL+hd
（1）气体通过塔板的压强降所相当的液柱高度hP前面已求出，hP=0.0895m。
（2）液体通过降液管的压头损失（不设进口堰）
（3）板上液层高度
前已选定hL=0.083m
所以Hd=0.00895+0.083+0.008=0.181m
取降液管中泡沫层相对密度φ=0.5,前已选定板间距HT=0.6m，hw=0.05m。则 φ(HT+Hw)=0.5(0.6+0.05)=0.325m
可见，Hd＜φ(HT+Hw)，符合防止降液管液泛要求。
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