一浮阀塔工艺设计计算示例。
拟设计一生产酒精的板式精馏塔。来自原料工段的乙醇-水溶液的处理量为48000吨/年，乙醇含量为35%（质量分率）原料温度为45℃。
设计要求：塔顶产品的乙醇含量不小于90%（质量分率），塔底料液的乙醇含量不大于0.5%。
附乙醇-水溶液的平衡数据如下表。
一、塔形选择及操作条件的确定。
1． 塔形：选用浮阀塔。
2． 操作条件：
操作压力：常压；其中塔顶：1.013×105pa
塔底：[1.013×105+n（265~530）pa]
进料状态：饱和液体进料。
加热方式：用直接水蒸气加热。
热能利用：拟采用釜残液加热原料液。
二、工艺流程。
三、有关工艺计算。
首先，根据题目要求，将各组成要求由质量分率转换为摩尔分率，其后由，
参考资料（一），查出相应泡点温度及计算平均分子量。
同理求得 同理求得：，
所得结果列于下表1
1. 最小回流比及操作回流比的确定。
由于是泡点进料，xq=xf =0.174过点e(0.174，0.
174)作x=0.174直线与平衡线交与点d，由点d可以读得yq =0.516，因此，又过点a（0.
779,0.779）作平衡线的切线，可得切点g由切点g可读得，，因此，可见，操作回流比r=1（在1.1~2.
0的范围内）
2． 塔顶产品量、釜残液量及加热蒸汽量的计算。
取每年工作日300天，每天24小时计，进料量为：
由全塔物料衡算方程写出：
d=65.85kmol/h
w=364.85kmol/h
q=1(泡点v0 =131.7kmol/h
3. 全凝器冷凝介质的消耗量。
塔顶全凝器的热负荷：
由资料（一）可查出：，故。
取冷凝介质为水，其进出冷凝器的温度分别为25℃和35℃，那么在平均温度下水的比热为，因此，冷却水的用量：
4． 热能利用。
拟利用釜残液预热原料液，将原料液预热至泡点所需的热量为。
进出预热器原料的平均温度℃下，可查出其比热℃，所以。
釜残液放出的热量：
若将釜残液温度降至55℃，那么平均温度为。
下其比热为℃，因此。
可见，理论上可以将原料液加热到泡点。
5． 理论塔板层数nt的计算。
精馏段操作线方程：
提镏段操作线方程：
q线方程：x=0.174
在y-x相图中分别画出上述直线，利用**法可求得：
nt =18块，（包括塔釜）
其中精馏段13块，提镏段5块。
6． 全塔效率估算（用奥康赖尔法）
由相平衡方程式可得。
根据乙醇-水溶液的平衡数据（资料一）可查得。
0.741(塔顶第一块板) 0.516（加料板）
0.174 0.002 0.026(塔釜)，因此可以求得：
全塔的平均相对挥发度：
全塔平均温度：
在tm温度下查得：
因为， 所以，
全塔液体的平均粘度：
全塔效率：
7． 实际塔板数np
块（包括塔釜）
其中精馏段为：13/0.45=29块。
四、塔主体尺寸的计算。
1． 精馏段与提镏段的体积流量。
1） 精馏段：将已知数据整理列于下表2
表2液相平均分子量：
液相平均温度：℃
在平均温度下可查得：
液相平均密度：
平均质量分率：
所以 精馏段液相负荷：
同理可以算出精馏段的气相负荷，结果列于表3
表32) 提镏段：将已知数据整理列于表4
表4采用与精馏段相同的计算方法，可以计算出提镏段的汽液相负荷。结果利于表5
2. 塔径的计算。
由于精馏段与提镏段上升蒸汽量变化不大，为了便于加工制造，取两段塔径相同。由上述计算结果可知：
塔内平均蒸汽流量：
塔内平均液相流量：
塔内气相平均密度：
塔内液相平均密度：
塔径的计算式可写成：
由于塔内适宜的空塔气速，因此，需要先计算最大允许速度。
最大允许空塔气速的计算式为：
取塔板间距ht = 0.4m，塔板上液层高度hl = 60mm = 0.6m，那么分离空间：
功能参数：
由史密斯关联图（资料二）查得：c20 = 0.073，由于，
在全塔平均温度下℃,液相所含乙醇的平均摩尔分率为所以液体的临界温度：
由资料（一）查得25℃下乙醇水溶液的表面张力，
平均塔温下乙醇水溶液的表面张力可由下式计算：
所以。根据塔径系列尺寸圆整为：d = 1000mm
这样一来，精馏段的上升蒸汽的速度为：
提镏段的上升蒸汽的速度为：
3. 塔高的计算。
塔高可以根据下式计算：
已知实际塔板数n=40，板间距ht=0.4m
由于料液比较清洁，无需经常清洁，取每隔。
8块板设置一个人孔，那么人孔数目为：
若取人孔两板间的间距：
塔顶空间：hd=1.2m 塔底空间：hw=2.5m
进料板空间高度：hf=0.5m
总高度：z=1.2+(40-2-4)×0.4+4×0.6+0.5+2.5=20.2m
五、塔板结构尺寸的设计。
1. 塔板尺寸。
由于d>800mm，采用单溢流型分块式塔板，取无效边缘区宽度，wc = 40mm，破沫区宽度。
ws =70mm，由参考资料（一）可查出lw =705mm，弓形溢流管宽度wd = 146mm，弓形降液管面积：af =0.0706m2
验算：液体在精馏段降液管内的停留时间
液体在提镏段降液管内的停留时间。
2. 弓形降液管。
1） 堰高：采用平直堰取故。
2） 降液管底隙高度h0
若精馏段取h0 =15mm,提镏段取h0=25mm，那么液体通过降液管底隙时的流速：
精馏段： 提镏段： 一般经验数值为。
3） 进口堰高度及进口堰与降液管间的水平距离：本设计不设置进口堰。
4） 受液盘：本设计不设置。
3. 浮阀数目及其排列。
采用f1型重阀，重量为33g，孔径为39mm。
1）浮阀数目。
气体通过阀孔时的速度
取动能因数f=11，那么。
因此， (个)
2） 排列： 由于采用分块式塔板，故采用等腰三角形叉排。若同一横排的阀孔中心距t=75mm，那么相邻两排间的阀孔中心距为：
因此，先取画出相应的阀孔数为60个，不能满足要求：然后再取画出排孔图如下图：
t=75mm t’=65mm
通道板可以排列41个弓形板可以排列24个，所以总阀孔数目n=41+24×2=89个。
校核，实际气体通过阀孔的速度
实际动能因素：（在9~12之间）
开孔率： 开孔率在10~14%的范围内，满足要求。
六、流体力学验算。
1. 气体通过浮阀塔板的压力降（单板压降）hp
1) 干板阻力hc
浮阀由部分开启转变为全部开启时的临界速度uoc
2）板上充气液层阻力hl
取板上液层充气程度因素，那么：
3）表面张力引起的阻力，一般很小可以忽略，所以气体通过浮阀塔板的压力降为：
通常hp应该在265~530pa范围内）
2. 泄露验算。
动能因素，相应的气相最小负荷为：
可见，不会产生过量漏液。
3. 液泛验算。
溢流管内清液层高度hd为：
其中： 所以，
为了防止液泛，通常取校正系数，则：
不会产生液泛。
4. 雾沫夹带的验算。
泛点率有资料（二）查得，物性系数k=1.0，泛点负荷系数cf = 0.097
所以。泛点率。
可见，雾沫夹带在允许的范围内。
七、 操作性能负荷图。
1. 雾沫夹带上限线。
取泛点率=80%代入泛点率计算式。
经整理可得雾沫夹带上限方程为。
2. 液泛线。
其中： 代入上式，经过简化可得：
3. 液体负荷上限线。
取，那么。4. 漏液线取。
取动能因素f0 =5，气体最小负荷：
5. 液相负荷下限线。
取代入计算式：
经过整理得：
很据上述各线方程式，可画出下面图形所示的操作负荷性能图。
根据生产任务规定的气液负荷，可知操作点p(0.00146,1.103)在正常操作范围内。连接op做出操作线，由图可知，该塔由雾沫夹带及液相负荷下限，即漏液所控制，由图可读得。
所以塔的操作弹性为：
操作弹性。有关计算结果汇总于表6
八、接管尺寸的确定。
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