塔计算手册
塔的水力学计算手册
1.目的与适用范围 (1)
2.塔设备特性 (1)
3.名词术语和定义 (1)
4.浮阀/筛孔板式塔盘的设计 (1)
5.填料塔的设计 (9)
1.目的与适用范围
为提高工艺工程师的设计质量,推广计算机应用而编写本手册。
本手册是针对气液传质塔设备中的普遍性问题而编写。对于某些具体塔设备的数据(比如:某生产流程中针对某塔设备的板效率而采用的计算关联式,或者对于某吸收填料塔的传质单元高度或等板高度而采用的具体计算公式)则未予收入。本设计手册以应用为主，主要是指导性的计算方法和步骤，并配合相应的计算程序，具体公式及理论推阐可参考有关文献。
2.塔设备特性
作为气(汽)、液两相传质用的塔设备，首先必须能使气(汽)、液两相得到充分的接触，以得到较高的传质分离效率。
此外，塔设备还应具有以下一些特点：
(1)当气(汽)、液处理量过大(超过设计值)时，仍不致于发生大量的雾沫挟带或液泛
等影响正常操作的现象。
(2)当操作波动(设计值的50％～120％)较大时，仍能维持在较高的传质效率下稳定
操作，并具有长期连续操作所必须具备的可靠性。
(3)塔压力降尽量小。
(4)结构简单、耗材少、制造和安装容易。
(5)耐腐蚀、不易堵塞。
(6)塔内的滞留液量要小。
3.名词术语和定义
3.1 塔径(tower diameter)，D
T
塔筒体内壁直径，见图3.1-(a)。
3.2 板间距(tray spacing)，H
T
塔内相邻两层塔盘间的距离，见图3.1-(a)。
3.3 降液管(downcomer)，DC
各层塔盘之间专供液相流体通过的组件，单溢流型塔盘为侧降液管，双溢流型塔盘有侧降液管和中央降液管，三或多溢流型塔盘有侧降液管、偏侧降液管、偏中央降液管及中央降液管。
3.4 降液管顶部宽度(DC top width)，Wd
弓形降液管面积的弦高。掠堰另有算法， 见图3.1-(a),-(b)。 3.5 降液管底间隙(DC clearance)，ho
降液管底部边缘至塔盘(或受液盘)之间的距离， 见图3.1-(a)。 3.6 溢流堰高度(weir height)，hw
降液管顶部边缘高出塔板的距离， 见图3.1-(a)。 3.7 总的塔盘横截面积(total tower cross-section area)，A T
以塔内径计算的横截面积，A T = π(D T /2)2 3.8 降液管截面积(DC area)，A D
侧降液管、偏侧降液管、偏中央降液管及中央降液管的横截面积。其面积多为弓形，但对于小塔也有采用圆形。对于斜降液管，顶部和底部的横截面积是不同的。 3.9 净面积(net area ，free area)，A N 、A f
气相流体通过塔板间的最小横截面积，即总的塔盘横截面积A T 减去总的降液管顶部横截面积∑A D (包括多流程的中央、偏侧、偏中央降液管的横截面积)，也称自由面积。
(a) (b) 图3.1 塔盘布置示意图
3.10 开孔面积(hole area)， A h
塔盘上总的开孔的面积，即允许气相流体通过的面积。 A h = 筛孔数目 ? 单孔面积 3.11 鼓泡面积(bubbling area ，active area)，A B
用于靠近塔盘平板上气相流动的面积，即总的塔盘横截面积A T 减去总的降液管截面积、降液管密封面积(不安装阀件、筛孔的区域)，也称活动面积。
A B = A T - ∑ A D i
3.12 阀缝隙面积(slot area)，A S
总的(所有浮阀)垂直开缝面积，即气相离开浮阀时以水平方向流经的面积，A S = N πd v h v
(N 、d v 、h v 分别为阀数目、阀径、升程) 3.13 最大阀缝隙面积(open slot area)，A S O
当所有浮阀全部开启时的阀缝隙面积。
A S O = N πd v h v ,m a x (式中N 、d v 、h v ,m a x 为阀数目、阀径、最大升程)
3.14 开孔率(fractional hole area)，?
对于浮阀塔盘：为阀缝隙面积与鼓泡面积之比，A f =A S O /A B 对于筛孔塔盘：为开孔面积与鼓泡面积之比，A f =A h /A B 3.15 气相流率(vapor flow rate)，CFS
在塔内操作条件下气体的实际体积流量。 3.16 密度(vapor density ，liquid density)，ρV ，ρL
在塔内操作条件下气体、液体单位体积的质量。 3.17 气相负荷(vapor load)，V l o a d
V l o a d = CFS ?(ρV /(ρL -ρV ))1/2
3.18 表观气相流速(superficial vapor velocity)，νs
νs = V l o a d /A (式中A 为A B 或A N ) 3.19 液相负荷(liquid load)，
Q L
Q L = GPM/L w e i r
式中GPM 为每分钟流过的加仑，即液相流率；L w e i r 为堰的长度，以英寸表示 液相流经塔盘的通量，单位长度出口堰上的液体体积流率(gal/min/in)。 3.20 降液管液相负荷(downcomer liquid load)，Q D
Q D = GPM/A D
在降液管顶部入口处，单位截面积上的清液流率(gal/min/ft 2)。 3.21 液泛(flooding)
在塔内部液相超限地积累。
3.21.1 喷雾挟带液泛(spray entrainment flooding)
液相流率很小，塔盘操作在喷雾状态，即塔盘上大部分液体呈液滴形式。当气相流速上升时，这些液滴大都被挟带到上一层塔盘，积累在上一层塔盘而不是流到下一层塔盘。 3.21.2 雾沫挟带液泛(froth entrainment flooding)
液相流率很大，液相以泡沫形式分散在塔盘上，当气相流速上升时，泡沫高度增加。当塔盘间距较小时，气液两相的泡沫趋近于上一层塔盘，随着这一表层接近上一层塔盘，挟带则迅速增加，引起在上一层塔盘液相积累。
3.21.3 降液管返混液泛(downcomer backup flooding)
由于塔盘压降、塔盘上泡沫层高度、降液管入口处摩擦阻力等原因，充气的液体返回流进降液管内。当液相流率增大时，所有这些因素也随着加强，当气相流率增大时，塔盘压降也随着增大。当充气液体返流回降液管内超过塔盘间距时，液相就会积累在上一层塔盘，引起降液管返混液泛。
3.21.4 降液管阻塞液泛(downcomer choke flooding)
当液相流率增大时，降液管中充气液体的流速也增大。超过一定极限后，降液管里和入口处的摩擦阻力就变得过大，混合的泡沫液相不能由此输送到下一层塔盘，则在上一层塔盘引起液相的积累。
3.22 径比(diameter ratio)
塔径与填料直径之比。
3.23 填料类型(packing type)
填料可以分为乱堆填料、规整填料和高效填料，其中每种填料里又依据其形状不同，而分为各种型式填料，详见表3.23－1，3.23－2，3.23－3。
3.24 最小润湿率(minimum wetted rate)
当填料充分润湿所需最小喷淋量时，单位填料体积的表面积上液体流量。
3.25 持液量(liquid holdup)
填料塔操作时在填料空隙中及填料表面上所积存的液体总量。
表3.23－1 乱堆填料(random packing)：以乱堆的方式进行装填。
表3.23－2 规整填料(structured packing)：排列整齐。
表3.23－3 高效填料(effective packing)：有较大的比表面积和自由空间。
3.26 干填料因子(packing factor)
表征填料流体力学特性的数群，a/ε3。
其中a为填料的比表面积，以m2/m3表示；ε为湿填料的空隙率，以％表示。3.27 载点(loading point)
在逆流操作的填料塔内，压降随着气相流速的上升而显著变化，表明塔内持液量不断增大的过程转折点。有时这一变化规律在局部上看不到一个点，而是一个曲率渐变的曲线。其压降～气相流速变化曲线，由二次幂的关系渐变为三次幂的关系。
3.28 泛点(flooding point)
在逆流操作的填料塔内，压降突然直线上升，表明塔内已发生液泛现象的过程转折点，或在不影响精馏效率前提下的最大操作负荷。
3.29 漏液(泪)点(weeping point)
上升气速增大到使液体不从筛孔泄漏的操作点。
3.30 单位制
本手册在未加特意注明的情况下，各参数以SI单位制为基准。
3.31 参考文献
Glitsch,Inc,Ballast Tray Design Manual,Bulletin No.4900,3rd Ed. Fractionation Research Inc."SIEVE TRAY DESIGN"
Ernest E. Ludwig, "Applied Process Design for Chemical and Petrochemical Plants"
兰州石油机械研究所“现代塔器技术”，(1984)
化学工业出版社“化学工程手册－气液传质设备”,(1979)
中国石化出版社“现代填料塔技术指南”,(1998)
4.浮阀/筛孔板式塔盘的设计
4.1 设计原则
为满足塔盘水力学性能要求，设计计算时可参考以下几何参数：
4.1.1 出口堰长度应大于塔径的一半。
4.1.2 堰上的液流高度应大于6mm，小于100mm。
4.1.3 堰高一般为25～100mm，或为板间距的15％，Glitsch取50mm。
对粘度大的液体取25～75mm；对要求压降小的真空减压塔，堰高可降低到12mm;对要求液体在塔盘上有较长停留时间的反应塔，可高达150mm。
4.1.4 降液管下端至受液盘间的距离(降液管底间隙)应大于堰上液流高度的1.5倍。一般情况下，液流通过该间隙时流速不大于降液管内流速，通常间隙不小于20～25mm。
4.1.5 降液管面积应大于塔截面积的10％。
，浮阀间距可参考筛孔正三角形排列计算，开孔率一般在4～4.1.6 筛孔中心距为(2.5～5)d
15%。
4.1.7 塔盘上气液接触单元的布置区域(发泡区)与堰之间需要有安定过渡区域：
4.1.8 系统因数(system factor)表征物系的发泡趋势，取值0.15～1.0。不同模型、计算程序中的选值范围不尽相同，略有出入。
4.1.9根据机械安装/检修要求，板间距通常大于460mm。但随塔径变化也可取不同值。
该值且随着塔盘处理能力增大而增加，一直取到极限值：
气相密度小于32kg/m3(2 lb/ft3)时，极限值为1224mm(48in)；
气相密度很高时，极限值<1224mm(48in)；
当气相密度
= 8 kg/m3(5.5 lb/ft3)时，板间距大于300mm的负荷系数为0.27。
V
4.1.10 降液管内澄清液层高度(downcomer backup)应小于板间距的一半。
4.1.11 干板压降一般小于50mm水柱，假如降液管内清液柱高度小于板间距的一半,则可取至85mm水柱。
4.1.12 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：
4.1.13 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)。
4.1.14 液流在降液管内的停留时间τ(DC residence time)通常大于4秒，通常
对于低发泡及中等发泡物系，τ > 3～4 秒
对于较高发泡及严重发泡物系，τ > 5～7 秒
4.1.15 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)；
时，则应使用凹形受液盘(inlet pot)；
当堰上溢流强度大于8～10 GPM/L
w e i r
当堰上溢流强度大于15 GPM/L
时，则宜增加溢流程数(Number of flow paths or pass)或增加
w e i r
堰长(weir lenght)或改为后掠式堰(swept-back weir)。
4.1.16 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 C 1/(ρV /(ρL -ρV ))1/2 对于V-1型浮阀C 1 = 0.0915；V-4型浮阀C 1 = 0.183;
当堰高为25mm 时， V-1型浮阀C 1 = 0.122；V-4型浮阀C 1 = 0.213
4.1.17 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：
)为20英寸。主要数据如下，实际板数为75块，V-1阀设计一个双溢流型塔盘，板间距(H
T
型。
为2.75磅/英尺3
气相负荷为271500磅/小时，密度ρ
V
为29.33磅/英尺3
液相负荷为259100磅/小时，密度ρ
L
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V l o a d = CFS ? (ρV / (ρL - ρV ) )1/2
= 27.4?(2.75/(29.33 - 2.75))1/2 = 8.86 英尺3/秒
设计气速VD d s g = 7.5 ? (TS)1/2 ? (ρL - ρV )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 CAF O = 0.395 英尺/秒
负荷因子CAF = CAF O ? system factor = 0.395?1.0 = 0.395英尺/秒 由附图6查得塔径D T (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 ? D T (初估值) / NP = 9?7.5/2 = 33.7英寸 最小鼓泡区面积AAM = (V l o a d + 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 / (VD d s g ? FF) = 1100/(170?0.7) = 9.25英尺2 最小塔截面积A T ?M I N = A B ?M I N + 2 ? A D ?M I N = 42.5+2?9.25 = 61英尺2
塔径D T = (A T ?M I N / (π / 4))1/2 = (61/0.7854)1/2 = 8.8英尺 (取9英尺或108英寸) 塔截面积A T = π ? r 2 = π ?D T 2/4 = 0.7854?92 = 63.62英尺2
总的降液管截面积∑A D = A T ? A D ?M I N / A T ?M I N = 63.62?9.25/61 = 9.9英尺2 降液管截面积大于塔截面积10%(∑A D >10%A T )，符合设计原则。 中央降液管宽度H 3 = WF ? A D / D T = 12?9.9/9 = 13.2英寸
其中由下表查得WF = 12
侧降液管截面积A D 1 = 9.9/2 = 4.95英尺2
A D 1/A T = 4.95/63.62 = 0.0777，继而由附表4查得H 1/D T = 0.1315 侧降液管宽度H 1 = 0.1315 ? D T = 0.1315?108 = 14.2英寸 流程长度FPL 模数 = (WF ? D T - (2?H 1 + H 3 + 2?H 5 + 2?H 7))/NP = (12?9-(2?14.2+13.2))/2=33.2英寸
其中NP=2，所以H 5 = 0；H 7 = 0。
经计算FPL 模数为32.5或34英寸，取32.5英寸。 取整后，H 1=14.5英寸；H 3=14英寸。
侧降液管(弓形)截面积A D 1 = 扇形面积 - 三角形面积 扇形面积 = θ / 360 ? π ? r 2 = θ / 360 ? π ? D T 2/4 其中弧心角θ = 2 ? cos -1((r - H 1)/r) = 2 ? cos -1(1 - H 1/D T ) 三角形面积 = (r - H 1)?(r 2 - (r - H 1)2)1/2
= (D T /2 - H 1)?(D T 2/4 - (D T /2 - H 1)2)1/2
计算得A D 1 = 5.09英尺2；2 ? A D 1=10.18英尺2。
中央降液管(双圆缺形)截面积A D 3 = 矩形面积 + 2 ? 弓形面积 矩形面积 = 2 ? ( r 2 - (H 3/2)2)1/2? H 3 = 2 ? (D T 2/4 - (H 3/2)2)1/2? H 3 弓形面积 = 扇形面积 - 三角形面积
扇形面积 = θ / 360 ? π ? r 2 = θ / 360 ? π ? D T 2/4 其中弧心角θ = 2 ? sin -1((H 3/2)/r) = 2 ? sin -1(H 3/D T ) 三角形面积 = (H 3/4) ? (D T 2 - H 32)1/2
当 2H 3/D T 很小时， A D 3 = 矩形面积 = D T ? H 3 = 10.5英尺2 平均降液管面积 A D = (2?A D 1 + A D 3) / 2 = 10.34英尺2 鼓泡区面积 A B = A T - (2?A D 1 + A D 3 + 2?A D 5 + 2?A D 7) 或 A B = A T - 2?A D = 63.62-20.68 = 42.94英尺2
其中NP=2，为双流型塔盘，AD 5 = 0；AD 7 = 0。
泛点率% = 100 ? (V l o a d + GPM ? FPL / 13000) / (A B ? CAF) = 100?(8.86+1100?32.5/13000)/(42.94?0.395) = 68.6%
或泛点率% = 100 ? V l o a d / (A T ? CAF ? (π/4)) = (100)?(8.86)/(63.62?0.395?0.7854) = 45.2%
取两式较大值，泛点率为68.6%，小于80%，符合设计原则。 4.3.2 精馏研究公司(FRI)筛孔塔盘(RSVP)设计范例：
本例为一真空精馏塔，塔的允许压降为105mmHg 。
理论板数为45，假设板效率为40%，对于进料位置有10块附加板，则总板数为120块。若设计为一个单塔，则压力降为0.55英寸液柱/板，对于实际设计，就太低了。若设计为两个塔(分为提馏塔和精馏塔)，每个塔60块板，则压力降为1.1英寸液柱/板，设计塔径为8英尺左右。本设计为三个塔，每个塔40块板，则压力降?p d s g 为1.65英寸液柱/板。
精馏段塔气相负荷为29000磅/小时，密度ρV 为0.018磅/英尺3，液相负荷为24000磅/小时，密度ρL 为52磅/英尺3。
气相流率CFS = 29000 /0.018/3600 = 447.53 英尺3/秒 V l o a d = CFS ?(ρV /(ρL -ρV ))1/2 = 8.33 英尺3/秒
液相流率GPM = 24000 / 52 = 461.54 英尺3/小时 = 58 加仑/分 = 24000/52/3600 = 0.13 英尺3/秒
S 7 = V l o a d /GPM = 8.33/0.13 = 64 D T = ((4.7 ? V l o a d ) / (?P d s g - 0.7)1/2)1/2 = ((4.7?8.33)/(1.65-0.7)1/2)1/2 = 6.34英尺
进料段塔气相负荷为30000磅/小时，密度ρV 为0.029磅/英尺3， 液相负荷为33000磅/小时，密度ρL 为53磅/英尺3。 气相流率CFS = 30000 /0.029/3600 = 287.36 英尺3/秒 V l o a d = CFS ?(ρV /(ρL -ρV ))1/2 = 6.71 英尺3/秒
液相流率GPM = 33000 / 53 = 622.64 英尺3/小时 = 78 加仑/分 = 33000/53/3600 = 0.17 英尺3/秒
S 7 = V l o a d /GPM = 6.71/0.17 = 40 D T = ((4.7 ? V l o a d )/(?P d s g - 0.7)1/2)1/2
= ((4.7?6.71)/(1.65-0.7)1/2)1/2 = 5.69 英尺
提馏段塔气相负荷为31000磅/小时，密度ρ
V
为0.042磅/英尺3，液相负荷为34000磅/小时，
密度ρ
L
为54磅/英尺3。
气相流率CFS = 31000 /0.042/3600 = 205.03 英尺3/秒
V l o a d = CFS?(ρ
V
/(ρ
L
-ρ
V
)1/2 = 5.71 英尺3/秒
液相流率GPM = 34000 / 54 = 629.63 英尺3/小时 = 79 加仑/分= 34000/54/3600 = 0.18 英尺3/秒
S 7= V
l o a d
/GPM = 4.71/0.18 = 32
D T = ((4.7 ? V
l o a d
) / (?P
d s g
- 0.7)1/2)1/2
= ((4.7?5.71)/(1.65-0.7)1/2)1/2 = 5.25 英尺
三段塔径圆整后统一取6.5英尺。
5.填料塔的设计
5.1 设计原则
5.1.1 对于一般乱堆填料，压降应小于200～250mm水柱/米填料层,才不会发生液泛。
(1) 对于操作压力降在125～167mm水柱/米填料层的低中压填料塔，应选择压力降在63～83mm 水柱/米填料层的填料；
(2) 对于吸收和相似体系，应选择压力降在17～63mm水柱/米填料层的填料；
(3) 对于常压或加压蒸馏，应选择压力降在42～83mm水柱/米填料层的填料；
(4) 对于真空蒸馏，随物系而定，选择压力降在8～21mm水柱/米填料层的填料；
(5) 对于泡沫物系，应选择压力降在8～21mm水柱/米填料层的填料；
(6) 对于无泡沫物系，处理能力与表面张力无关。但在有泡沫的条件下，处理能力将受到表面张力显著影响，因而设计必须选用正常无泡沫液体的50%操作压力降；
(7) 对于粘度μ
< 30cp的液体，粘度处理能力的影响甚微，而对于高粘度的液体，应选择较
L
大的填料以减少压力降。
5.1.2 填料层持液量应小于塔釜持液量的5%，以保证塔效率。
5.1.3 填料塔蒸馏过程中的气液容积比相对于吸收过程要小得多，设计塔径一般小于800mm，填料层高度一般小于6～7米，以保证液体喷淋均匀。
5.1.4 拉西环的“径比”为20～30；鲍尔环等一类环形填料的“径比”为10～15；鞍形填料的“径比”下限为15；当D
≤ 300mm时，填料公称尺寸20～25mm;
T
≤ 900mm时，填料公称尺寸25～38mm；
当300mm ≤ D
T
当D
≥ 900mm时，填料公称尺寸50～80mm。
T
5.1.6 填料的负荷上限表征了其相对生产能力，一些填料的负荷上下限如下：
填料的负荷因子F
S = W(ρ
V
)1/2也表征了设计气体负荷，某些填料的F
S
如下：
5.1.7 部分填料的等板高度HETP表征了其相对分离效率，部分填料的HETP如下：
5.1.8部分填料在相同气速下的相对压降：
5.1.9 常用填料的喷淋点密度：
当D
T
≥1200mm时，每230cm2塔截面积内设置一个喷淋点；
当D
T
= 750mm时，每60cm2塔截面积内设置一个喷淋点；
当D
T
= 400mm时，每30cm2塔截面积内设置一个喷淋点。
对于波纹填料，因其效率较高，对液体均布要求苛刻，每20～90cm2塔截面积内设置一个喷淋点。
5.1.10 液体分布装置的安装位置，除喷头结构外，通常高于填料层150～300mm以上。再分布器
的间距h与塔径D
T
比必须大于1.5～2，以保证气体沿塔截面的均匀分布。对于较大的塔径，当使
用有助长液体不良分布倾向的拉西环类填料时，取h/D
T
≤ 2.5～3，每段填料高度不宜超过6米。
5.2 设计步骤
5.2.1 选择填料
(1) 根据所处理物系的腐蚀及操作温度确定材质；
(2) 根据塔径确定填料公称直径； (3) 根据生产能力；
所处理物系的粘度和表面张力以及气体输送装置的功率等选用不同填料。 5.2.2 确定塔径
若无实验数据，可根据公式计算泛点气速(实际操作气速为泛点气速的75%)，从而计算塔径。
5.2.3 计算压降
无实验数据，可根据填料厂商提供负荷因子F S ～单板压降?P 关联图表计算压降。 5.2.4 计算填料层高度
若无实验数据，可根据填料厂商提供的负荷因子F S ～等板高度HETP 关联图表计算。 5.2.5 确定填料的分段数，选定液相再分布装置。 5.2.6选定液相喷淋装置，设置除雾/沫器。 5.3 计算范例
校核一个4英尺6英寸内径塔设计，该塔装填45英尺高的1#?1/16” 厚的钢拉西环。 用10%碱液(比重γ碱 =1.22)洗涤110?F 空气中的CO 2，碱液流速为2250磅/时.英尺2，空气流速为4540磅/时.英尺2，操作压力为365磅/英寸2(绝)。
ρV = (MW 空气/R 单位转换因子)?(T 60?F /T R ) ?(P p s i a /P 1a t m )
= (29/379)?(520/570) ?(365/14.7) = 1.732磅/英尺3
ρL = R 单位转换因子 ? γ碱 = (62.3)?(1.22) = 76.1磅/英尺3
已知104?F 时液体的粘度μL =2 cp ；重力加速度gc = 32.2 英尺/秒2 由下表查得，F = a/ε3 = 137 乱堆装填填料因子F ～ 公称填料尺寸d 0
(L/G) ? ρV /(ρL -ρG ))1/2 = (2250/4540) ?(1.732/(76.1-1.732))1/2
= 0.07563
(G 2/ρV ) ? F ? μL 0.1/(ρL -ρV )/gc=(4540/3600)2/1.732(137)(2.0)0.1/(76.1-1.732)/32.2 = 0.0563 分别以0.07563和0.0563两点为横坐标和纵坐标，由附图8-13B 查得操作点在较低载液区，压力降约为0.6mm 水柱/英尺填料层，床层总压力降 45?0.6 = 27英寸水柱。
该床层应该分割成三段，需要两个中间填料支撑和再分布两用板(器)以及一个底部支撑板。估算每个再分布板或底部支撑板的压降= 1.0英寸水柱
塔内总压力降27+3?1.0 = 30英寸水柱
以0.07563为横坐标点，由附图8-13B 查得乱堆填料液泛曲线纵坐标为0.21。 则0.0563点的液泛率为：0.0563/0.21 = 0.2681 = 26.81% 从横坐标0.07563处查得B 线的纵坐标为0.035。 载点率为：0.07563/0.075 = 1.0084 = 100.84%
QTZ40塔吊基础计算手册
QTZ40塔吊基础计算书 博业大厦工程；属于框架结构;地上21层;地下2层；建筑高度：87.9m；总建筑面积：89800.00平方米；建设单位：内蒙古博业房地产开发有限公司；设计单位：：内蒙古筑友建筑设计咨询有限责任公司；监理单位：内蒙古鸿元监理有限公司；施工单位：南通华新建工集团有限公司。 本工程QTZ40塔吊基础为十字梁基础，折合成矩形基础的边长为4.5m。按矩形基础计算。 一、参数信息 1. η η1--局部荷载或集中反力作用面积形状的影响系数； η2--临界截面周长与板截面有效高度之比的影响系数； βh--截面高度影响系数：当h≤800mm时，取βh=1.0；当h≥2000mm时，取βh=0.9， 其间按线性内插法取用； ft--混凝土轴心抗拉强度设计值，取16.70MPa； σpc,m--临界截面周长上两个方向混凝土有效预压应力按长度的加权平均值，其值 宜控制在1.0-3.5N/mm2范围内，取2500.00； u m --临界截面的周长：距离局部荷载或集中反力作用面积周边h o /2处板垂直截面的
最不利周长；这里取（塔身宽度+h o）×4=9.20m； h --截面有效高度，取两个配筋方向的截面有效高度的平均值； o βs--局部荷载或集中反力作用面积为矩形时的长边与短边尺寸的比值，βs不宜 大于4；当βs<2时，取βs=2；当面积为圆形时，取βs=2；这里取βs=2； αs--板柱结构中柱类型的影响系数：对中性，取αs=40;对边柱，取αs=30;对角柱， 取αs=20.塔吊计算都按照中性柱取值，取αs=40。 计算方案：当F取塔吊基础对基脚的最大压力，将h o1从0.8m开始，每增加0.01m， 至到满足上式,解出一个h o1；当F取塔吊基础对基脚的最大拔力时，同理,解出一个h o2，最 后 2. G γm M。 三、塔吊基础承载力计算 依据《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)第5.2条承载力计算。 计算简图: 当不考虑附着时的基础设计值计算公式： 当考虑附着时的基础设计值计算公式： 当考虑偏心矩较大时的基础设计值计算公式： 式中F──塔吊作用于基础的竖向力，它包括塔吊自重，压重和最大起重荷载,F=304.30kN；
调节池设计(终版)
调节池设计 假定：在水一方餐厅每天用水量为15m3左右，用水高峰期分别为10:00am—14:00pm和17：00pm—21:00pm两个时间段。平均每个时间段进水量为7.5 m3。其他时间段没有进水。 则其24小时平均流速为0.625 m3/h。（所以最优的出水量是控制在0.62 m3/h。） 据此绘制污水流量变化曲线见下图，见红色线表示。蓝色线表示平均污水流量。 当进水量大于出水量时，余量在调节池中贮存，当进水量小于出水量时，需取用调节池中的存水。由此可见，调节池所需容积等于上图中面积A、B或C中最大者，即调节池的理论调节容积为0.62*13=8.1 m3。 设计中采用的调节池容积，一般宜考虑增加理论调节池容积的10%-20%，故本例中调节池容积按V=8.1*1.2=9.7 m3，约等于10 m3
来计算。 调节池池子高度取2m ，其中有效水深1.7m ，超高0.3m 。则池面积为 A=V/h=10/1.7=5.9m 。 将调节池长设为3m, 宽设为2m ，所以调节池的实际尺寸为L*B*H=3*2*1.7=10.2 m 3。 水力学的计算公式 流量与流速的关系： 式中：Q ——流量，m3/s ； A ——过水断面面积，m2； v ——流速，m/s ； 谢才公式计算流速： R ——水力半径（过水断面积与湿周的比值），m ； v A Q ?=I R C v ??=
I ——水力坡度（即水面坡度，等于管底坡度）； C ——流速系数，或谢才系数。 C 值一般按曼宁公式计算，即 n ——管壁粗糙系数 由上可推导出： 充满度 水流断面及水力半径计算见下图 61 1R n C ?=
高程布置参考—给水处理厂课程设计计算手册
给水处理厂课程设计计算书 12．高程布置 为了配合平面布置，我们首先应根据下表估计各构筑物之间连接管渠的大小及长度大致水头损失。然后在平面布置确定后，按水力学公式逐步计算各构筑物之间的水 构筑物 沉淀池~滤池0.3~0.5 快滤池内 2.0~3.0 虹吸、无阀滤池 1.5~2.0 滤池到清水池0.3~0.5 1.3.4高程布置设计计算
1.3.4.1水处理构筑物的高程布置设计计算 1.水头损失计算 在处理工艺流程中，各构筑物之间水流应为重力流。两构筑物之间水面高差即为流程中的水头损失，包括构筑物本身、连接管道、计量设备等水头损失在内。水头损失应通过计算确定，并留有 余地. （1）处理构筑物水头损失 处理构筑物中的水头损失与构筑物的型式和构造有关，具体根据设计手册第3册表15-13 g ——重力加速度，2/m s 。 ① 配水井至絮凝池连接管线水头损失 a ）沿程水头损失 配水井至絮凝池连接管采用800DN 钢管，管长15l m =。 考虑浑水的因素0.015n =，按0.013n =查设计手册第1册水力计算表得 1.8i =‰，换算成相当 于0.015n =时的i ： 浑水管长15m 算得沿程损失为：
b）局部水头损失 管路中，进口1个，局部阻力系数 10.50 ξ=；急转弯管1个， 20.90 ξ=；闸阀1个， 30.06 ξ=； 90o弯头1个， 41.05 ξ= ；出口1个，局部阻力系数 5 0.04 ξ=，则局部阻力系数总计为： 管内流速 1.11/ v m s =，则管路局部水头损失为： c）总水头损失 ②絮凝池至沉淀池 絮凝池与沉淀池合建，其损失取0.1m。 ③沉淀池至V a）沿程水头损失 沉淀池至V型滤池连接管采用900 DN钢管，管长l= 21.052 2.1 ξ=?＝； 闸阀2 43.0 ξ=；出口1个，V，按0.013 n=查设计手册第1册水力计算表得 2.4 i=‰，则V型滤池至清水池连接管沿程损失为： b）局部水头损失 管路中，进口1个，局部阻力系数 10.50 ξ=；90?弯头3个，局部阻力系数 21.053 3.15 ξ=?＝； 闸阀1个， 30.06 ξ=；出口1个，局部阻力系数 41.00 ξ=，则局部阻力系数总计为：管内流速 1.0/ v m s =，则管路局部水头损失为： c）总水头损失
天然河道水面曲线计算问题
W h g V Z g V Z ++=+222 112 22αα推求法计算天然河道水面曲线的局限性 和解决办法 ---暴雨洪水的水力学模型及其应用程序 张校正 （新疆水利厅 新疆乌鲁木齐 830000） 【摘 要】 天然河道水面曲线计算的‘推求法’使用中是有很多限制的，很多情况下不便应用，应该与‘比降法’配合使用，解决天然河道水面曲线计算问题。 【关键词】 天然河道 水面曲线 推求法 比降法 水力学模型 应用程序 2012年，暴雨洪水给我国很多地方造成了生命财产的重大损失，引起了防洪部门的重视，纷纷加大了防洪工程的投入。因而防洪工程的水力学计算，尤显重要。 怎样计算天然河道的水面曲线？应该不是问题，但一些设计单位确实出现过这个问题，问题是从使用推求法计算天然河道水面曲线时产生的。 在我国的有关防洪工程的规范中，大量的篇幅，是有关工程措施的规定，水力学计算部分内容很少，没有具体的公式。虽然规范没有详细的公式，但是在旧版的《水工设计手册》以及水力学教科书中，却有‘天然河道水面曲线’的详细论述和方法讲解。大家都是按照这些常规算法，解决天然河道水面曲线计算问题。新版的《水工设计手册》也有‘天然河道水面曲线的计算’的章节。武汉大学水利水电学院出版的《水力计算手册》中也有“河道恒定流水面曲线计算”章节。对于天然河道的各种水力要素的计算，有着详尽的规定。 上面所说的这些书中的方法是暴雨洪水的一种水力学模型，是一种一维静态的水力学模型，它就是所谓‘推求法’，是从已知水位推求未知水位的计算方法。本文从这个方法的使用过程中产生的问题，就暴雨洪水的一维静态的其它的水力学模型进行一些研讨。 《水利水电工程设计计算程序集》为天然河道的水力计算提供了两个程序，一个是“D-14A 推求法计算天然河道水面曲线程序”；一个是“D-14B 比降法计算天然河道水面曲线程序”。 一、D-14A 推求法计算天然河道水面曲线程序的使用情况 这个程序的方法，是求解下面的基本方程（过去叫做柏努立方程）： 这是一个在河道上解决非均匀流从已知水位推求未知水位的公式。 在没有计算机的年代，这是一个繁琐的计算工作，旧版的《水工设计手册》详细的列出了它的计算方法和表格。PC-1500袖珍计算机的出现，给予水利设计人员插上了翅膀，很多技术人员，都用计算机编程解决这个问题，用现在的水平要求，也都达到了现在新版《水工设计手册》的要求。本以为这是解
厌氧塔计算手册
1. 厌氧塔的设计计算 1.1 反应器结构尺寸设计计算 （1） 反应器的有效容积 设计容积负荷为 5.0 /( 3 / ) N v kgCOD m d 进出水 COD 浓度 C 0 2000( mg / L) ， E=0.70 QC 0 E 3000 20 0.70 8400m 3 3 V= 5.0 ，取为 8400 m N v 式中 Q ——设计处理流量 m 3 / d C 0——进出水 CO D 浓度 kgCOD/ 3 m E ——去除率 N V ——容积负荷 （2） 反应器的形状和尺寸。 工程设计反应器 3 座，横截面积为圆形。 1） 反应器有效高为 h 17.0m 则 横截面积： S V 有效 8400 ＝495(m 2 ) h 17.0 单池面积： S i S 495 165(m 2 ) n 3 2) 单池从布水均匀性和经济性考虑，高、直径比在 1.2 ： 1 以下较合适。 设直径 D 15 m ，则高 h D*1.2 15 * 1.2m 18 ，设计中取 h 18m 单池截面积： S i ' 3.14 * ( D )2 h 3.14 7.52 176.6( m 2 ) 2 设计反应器总高 H 18m ，其中超高 1.0 m 单池总容积： V i S i ' H ' 176.6 (18.0 1.0) 3000( m 3 ) 单个反应器实际尺寸： D H φ15m 18m 反应器总池面积： S S i ' n 176.6 3 529.8(m 2 ) 反应器总容积： V V 'i n 3000 3 9000(m 3 )
塔的水力学计算手册
塔的水力学计算手册
1.目的与适用范围 (1) 2.塔设备特性 (1) 3.名词术语和定义 (1) 4.浮阀/筛孔板式塔盘的设计 (1) 5.填料塔的设计 (1)
1.目的与适用范围 为提高工艺工程师的设计质量,推广计算机应用而编写本手册。 本手册是针对气液传质塔设备中的普遍性问题而编写。对于某些具体塔设备的数据(比如:某生产流程中针对某塔设备的板效率而采用的计算关联式,或者对于某吸收填料塔的传质单元高度或等板高度而采用的具体计算公式)则未予收入。本设计手册以应用为主，主要是指导性的计算方法和步骤，并配合相应的计算程序，具体公式及理论推阐可参考有关文献。 2.塔设备特性 作为气(汽)、液两相传质用的塔设备，首先必须能使气(汽)、液两相得到充分的接触，以得到较高的传质分离效率。 此外，塔设备还应具有以下一些特点： (1)当气(汽)、液处理量过大(超过设计值)时，仍不致于发生大量的雾 沫挟带或液泛等影响正常操作的现象。 (2)当操作波动(设计值的50％～120％)较大时，仍能维持在较高的传 质效率下稳定操作，并具有长期连续操作所必须具备的可靠性。 (3)塔压力降尽量小。 (4)结构简单、耗材少、制造和安装容易。 (5)耐腐蚀、不易堵塞。 (6)塔内的滞留液量要小。 3.名词术语和定义 3.1 塔径(tower diameter)，D T 塔筒体内壁直径，见图3.1-(a)。 3.2 板间距(tray spacing)，H T 塔内相邻两层塔盘间的距离，见图3.1-(a)。 3.3 降液管(downcomer)，DC 各层塔盘之间专供液相流体通过的组件，单溢流型塔盘为侧降液管，双溢流型塔盘有侧降液管和中央降液管，三或多溢流型塔盘有侧降液管、偏侧降液管、偏中央降液管及中央降液管。 3.4 降液管顶部宽度(DC top width)，Wd 弓形降液管面积的弦高。掠堰另有算法，见图3.1-(a),-(b)。 3.5 降液管底间隙(DC clearance)，ho 降液管底部边缘至塔盘(或受液盘)之间的距离，见图3.1-(a)。 3.6 溢流堰高度(weir height)，hw 降液管顶部边缘高出塔板的距离，见图3.1-(a)。 3.7 总的塔盘横截面积(total tower cross-section area)，A T
工艺专业塔器水力学计算设计导则
1 塔器设计概述 1.1 石油化工装置中塔器占有很大的比重。几乎每种工艺流程都存在蒸馏或吸收等分离单元过程，因此塔器设计至关重要。往往塔器设计的优劣，决定着装置的先进性和经济性，必须给予重视。 1.2 塔器设计与工艺流程设计有着非常密切的关系，亦即塔器的选型和水力学计算与工艺流程的设计计算是结合在一起的。有时塔器设计影响着分离流程和操作条件的选择。例如减小蒸馏塔的回流比，能降低能耗，但塔板数增加，对塔器讲就是减小塔径和增加塔高，其中必有一个最经济条件的选择。又如真空塔或对釜温有要求的蒸馏塔均对压降要求较严，需要选择压降低的板式塔或填料塔，在塔器水力学计算后，压降数据要返回工艺作釜温核算。 1.3 一般工艺流程基本确定后，进行塔器的选型、设计等工作。塔器设计涉及到工艺、化学工程、设备、仪表、配管等专业。化学工程专业的任务及与各专业间关系另有说明。见化学工程专业工作手册H-P0101-96、H-P0301-96。 1.4 随着石油化工和科技的迅猛发展，蒸馏塔从一般的一股进料、二股产品的常规塔发展为多股进料、多侧线，有中间换热的复杂塔。要求塔的生产能力大、效率高、塔板数多，即大塔径、多程数、高效、低压降等，对塔器设计提出了更高的要求，并推动了塔器设计工作的发展。 1.5 近年来电子计算机的普及和发展，为工艺与塔器设计提供了有力的工具。我们可应用PROCESS或PRO/Ⅱ等工艺流程模拟软件进行计算，得到塔的最大和最小汽液负荷、密度等数据，以便进行分段的塔的水力学计算，使工艺和塔的水力学计算能同步进行，并作多方案比较，求得最佳设计。 1.6 设计中主要考虑的问题 1.6.1 确定工艺流程（尤其是分离流程） 通过工艺流程模拟电算，选定最佳切割方案，其中包括多股进料、侧线采出、进料状态和位置等方面的选择。 1.6.2 塔压的设定
厌氧塔计算手册
1.厌氧塔的设计计算 反应器结构尺寸设计计算 （1）反应器的有效容积 设计容积负荷为)//(0.53d m kgCOD N v = 进出水COD 浓度)/(20000L mg C =，E= V= 3084000 .570 .0203000m N E QC v =??=，取为84003m 式中Q ——设计处理流量d m /3 C 0——进出水CO D 浓度kgCOD/3m E ——去除率 N V ——容积负荷 （2）反应器的形状和尺寸。 工程设计反应器3座，横截面积为圆形。 1）反应器有效高为m h 0.17=则 横截面积：)(4950 .178400 2m h V S ＝有效= = 单池面积：)(1653 4952m n S S i === 2)单池从布水均匀性和经济性考虑，高、直径比在：1以下较合适。 设直径m D 15=，则高182.1*152.1*===m D h ，设计中取m h 18= 单池截面积：)(6.1765.714.3)2 (*14.3222'm h D S i =?== 设计反应器总高m H 18=，其中超高m 单池总容积：)(3000)0.10.18(6.176'3'm H S V i i =-?=?= 单个反应器实际尺寸：m m H D 1815?=?φ
反应器总池面积：)(8.52936.1762'm n S S i =?=?= 反应器总容积：)(900033000'3m n V V i =?=?= （3）水力停留时间（HRT ）及水力负荷（r V ）v N 根据参考文献，对于颗粒污泥，水力负荷)./(9.01.023h m m V r -=故符合要求。 三相分离器构造设计计算 （1） 沉淀区设计 根据一般设计要求，水流在沉淀室内表面负荷率)./(7.023'h m m q <沉淀室底部进水口表面负荷一般小于)./(23h m m 。 本工程设计中，与短边平行，沿长边每池布置8个集气罩，构成7个分离单元，则每池设置7个三项分离器。 三项分离器长度：)(16'm b l == 每个单元宽度：)(57.27 18 7'm l b === 沉淀区的沉淀面积即为反应器的水平面积即2882m 沉淀区表面负荷率：)./(0.20.1)./(39.0288 58 .1142323h m m h m m S Q i -<== （2） 回流缝设计 设上下三角形集气罩斜面水平夹角α为55°，取m h 4.13= 式中：b —单元三项分离器宽度，m ； 1b —下三角形集气罩底的宽度，m ； 2b —相邻两个下三角形集气罩之间的水平距离（即污泥回流 缝之一），m ； 3h —下三角形集气罩的垂直高度，m ； 设上下三角形集气罩斜面水平夹角α为55°，取m h 4.13=
理正岩土使用手册-水力学
第一章 功能概述 理正工程水力学计算软件包含有五个计算内容：倒虹吸水力学计算、渠道水力学计算、水闸水力学计算、隧洞水力学计算和消能工水力学计算。 倒虹吸水力学计算模块可计算倒虹吸的过水能力、设计倒虹吸管径； 渠道水力学计算模块含有清水渠道均匀流的水力计算、清水渠道非均匀流的水力计算和挟沙水流渠道的水力计算； 水闸水力学计算模块适用于无坎宽顶堰、有坎宽顶堰、WES实用堰上的平板和弧形闸门，可计算水闸的泄流能力、设计闸孔宽度和确定闸门的开启度； 水工隧洞水力学计算模块适用于矩形、圆形、拱形断面隧洞的水力设计，对无压隧洞可计算洞的过流能力和设计断面尺寸，半有压隧洞可校核隧洞的过流能力，对于有压隧洞可计算隧洞在不同水位、不同闸门开度下的泄流量，并可在已知过流量条件下校核上游水位，还可绘制出总水头线和压坡线，形象的显示洞身各点有无负压； 消能工水力学计算模块适用于底流式消能工和挑流式消能工的水力设计。底流式消能工中包括下挖式消力池、突槛式消力池（消力墙）和综合式消力池三种基本型式，可进行消力池尺寸设计计算和校核消能能力。挑流式消能工可进行连续式挑流鼻坎的水力计算。 五个计算模块最后都给出计算的图形结果、文字结果及图文并茂的计算书。 第二章 快速操作指南 2.1 操作流程 理正工程水力学计算软件的操作流程如图2.1-1，每一步骤都有相对应的菜单操作。 图2.1-1 操作流程 2.2 快速操作指南
2.2.1 选择工作路径 设置工作路径，既可以调入已有的工作目录，也可在输入框中键入新的工作目录，后面操作中生成的所有文件（包括工程数据及计算书等）均保存在设置的工作目录下。 图2.2-1 指定工作路径 注意：此处指定的工作路径是所有岩土模块的工作路径。进入某单个计算模块后，还可以通过按钮【选工程】重新指定此模块的工作路径。 2.2.2 增加计算项目 工程水力学计算软件包含有五个计算内容：倒虹吸水力学计算、渠道水力学计算、水闸水力学计算、隧洞水力学计算和消能工水力学计算。用户可根据需要选择。 图2.2-2 当选好一个计算项目后，点击【工程操作】菜单中的“增加项目”或“增”按钮来新增一个计算项目（以水闸水力学计算为例）。
流体力学计算题
水银 题1图 高程为9.14m 时压力表G 的读数。 题型一：曲面上静水总压力的计算问题（注：千万注意方向，绘出压力体） 1、AB 曲面为一圆柱形的四分之一，半径R=0.2m ，宽度（垂直纸面）B=0.8m ，水深H=1.2m ，液体密度3 /850m kg =ρ，AB 曲面左侧受到液体压力。求作用在AB 曲面上的水平分力和铅直分力。（10分） 解：（1）水平分力： RB R H g A h P z c x ?- ==)2 (ργ…….(3分) N 1.14668.02.0)2 2 .02.1(8.9850=??- ??=，方向向右（2分）。 （2）铅直分力：绘如图所示的压力体，则 B R R R H g V P z ??? ? ????+-==4)(2πργ……….（3分） 1.15428.04 2.014.32.0)2.02.1(8.98502=???? ? ?????+?-??=，方向向下（2分） 。 l d Q h G B A 空 气 石 油 甘 油 7.623.66 1.52 9.14m 1 1
2．有一圆滚门，长度l=10m ，直径D=4.2m ，上游水深H1=4.2m ，下游水深H2=2.1m ，求作用于圆滚门上的水平和铅直分压力。 解题思路：（1）水平分力： l H H p p p x )(2 12 22121-=-=γ 方向水平向右。 （2）作压力体，如图，则 l D Al V p z 4 432 πγγγ? === 方向垂直向上。 3.如图示，一半球形闸门，已知球门的半径m R 1= ，上下游水位差m H 1= ，试求闸门受到的水平分力和竖直分力的 大小和方向。 解： (1)水平分力： ()2R R H A h P c πγγ?+===左,2R R A h P c πγγ?='=右 右左P P P x -= kN R H 79.30114.31807.92=???=?=πγ， 方向水平向右。 （２）垂直分力： V P z γ=，由于左、右两侧液体对曲面所形成的压力体均为半球面，且两侧方向相反，因而垂直方向总的压力为0。 4、密闭盛水容器，已知h 1=60cm,h 2=100cm ，水银测压计读值cm h 25=?。试求半径R=0.5m 的半球盖AB 所受总压力的水平分力和铅垂分力。
厌氧塔计算手册范本
1.厌氧塔的设计计算 1.1反应器结构尺寸设计计算 （1） 反应器的有效容积 设计容积负荷为)//(0.53d m kgCOD N v = 进出水COD 浓度)/(20000L mg C = ，E=0.70 V=3084000 .570.0203000m N E QC v =??= ，取为84003m 式中Q ——设计处理流量d m /3 C 0——进出水CO D 浓度kgCOD/3m E ——去除率 N V ——容积负荷 （2） 反应器的形状和尺寸。 工程设计反应器3座，横截面积为圆形。 1） 反应器有效高为m h 0.17=则 横截面积：)(4950 .1784002m h V S ＝有效 == 单池面积：)(1653 4952m n S S i === 2) 单池从布水均匀性和经济性考虑，高、直径比在1.2：1以下较合适。 设直径m D 15=，则高182.1*152.1*===m D h ，设计中取m h 18= 单池截面积：)(6.1765.714.3)2 (*14.3222' m h D S i =?== 设计反应器总高m H 18=，其中超高1.0m 单池总容积：)(3000)0.10.18(6.176'3'm H S V i i =-?=?= 单个反应器实际尺寸：m m H D 1815?=?φ 反应器总池面积：)(8.52936.1762'm n S S i =?=?= 反应器总容积：)(900033000'3m n V V i =?=?=
（3） 水力停留时间（HRT ）及水力负荷（r V ）v N h Q V t HRT 72243000 9000=?== )]./([24.03 6.176********h m m S Q V r =??== 根据参考文献，对于颗粒污泥，水力负荷)./(9.01.023h m m V r -=故符合要求。 1.7.2 三相分离器构造设计计算 （1） 沉淀区设计 根据一般设计要求，水流在沉淀室表面负荷率)./(7.02 3'h m m q <沉淀室底部进水口表面负荷一般小于2.0)./(2 3h m m 。 本工程设计中，与短边平行，沿长边每池布置8个集气罩，构成7个分离单元，则每池设置7个三项分离器。 三项分离器长度：)(16' m b l == 每个单元宽度：)(57.27 187'm l b === 沉淀区的沉淀面积即为反应器的水平面积即2882m 沉淀区表面负荷率： )./(0.20.1)./(39.0288 58.1142323h m m h m m S Q i -<== （2） 回流缝设计 设上下三角形集气罩斜面水平夹角α为55°，取m h 4.13= )(98.055 tan 4.1tan .31m h b ===α )(04.198.020.3212m b b b =?-=-= 式中：b —单元三项分离器宽度，m ； 1b —下三角形集气罩底的宽度，m ； 2b —相邻两个下三角形集气罩之间的水平距离（即污泥回流缝之 一），m ；
某水电站调洪演算计算书
**水电站工程 水库调洪演算计算说明书 批准: 审查: 计算: 勘察设计院
1、工程有关的文件 （1）、《**水电站工程招标文件》 （2）、《**水电站初步设计报告》（第二册） 2、设计依据及要求 2.1 设计依据 （1）、《**水电站初步设计报告》（第二册） （2）、《防洪标准》（GB50201-94） （3）、《水利水电工程枢纽等级划分标准（山区、丘陵区）》SDJ12-78及补充规定 （4）、《水利水电工程设计洪水计算规范》SL44-93 （5）、《**水电站工程招标文件》 （6）、其他国家和部颁的有关规程规范 2.2 设计要求及边界条件 （1）、假定在坝顶高程、正常蓄水位不变条件下，取消右岸原设计导流洞(本导流洞单纯是施工导流作用，原设计不参与永久泄洪）、大坝中孔、并将左岸现有导流洞改造成永久冲沙兼泄洪隧洞后，根据《**水电站初步设计报告》（第二册）所提供的“设计洪水成果表”、“水位~库容关系曲线”、“设计洪水过程线”等参考资料复核大坝表孔过流能力。 （2）、大坝表孔孔数及单孔孔口结构尺寸可适当调整（注：表孔深度不宜加大）； （3）、左岸现已完工导流洞可进行改造。 （4）、水电站厂房轴线建议由顺河向布置改为平行坝轴线方向布置。
3、原始资料 3.1 基本设计参数 坝顶高程：1561.8 m； 溢流堰坝顶高程：1553.00m 设计洪峰流量Q(P=2%)= 1710 m3/s 校核洪峰流量Q（P=0.2%）= 2570m3/s 正常蓄水位高程1561.00m,对应水库库容1660万m3； 校核洪水位高程1561.12m，对应水库库容1676万m3； 死水位高程1553.00m，对应水库库容1092万m3； 3.2 左岸导流洞结构参数 进口底板高程：1495.00m，出口底板高程1493.78m，隧洞长256.8m，底板坡降I=0.477%，结构断面如下图所示。
洗涤塔设计计算手册
洗涤塔设计计算手册 Document serial number【KK89K-LLS98YT-SS8CB-SSUT-SST108】
鹿岛建设SCRUBBER（ForNO X）设计计算书设计依据： 1、源排气量：150m3/min 2、源废气最高温度：130℃ 3、平均浓度：100mg/m3（根据生产设备数据推测） 4、源排放总量：0.9kg/hr（根据推测平时浓度计算） 5、国家标准： ①排放浓度≤240mg/m3 ②排放速率≤0.77kg/hr@15m 设计计算： 1、去除率 第一段SCRUBBER去除率：50% 第二段SCRUBBER去除率：30% 总去除率：65% 2、风量 风量=150m3/min（1套Scrubber） 3、空塔流速：1m/s 4、塔截面：1.6m×1.6m 5、填料长度：1.8m+1.8m（第一段＋第二段） 6、作用时间：1.8S+1.8S=3.6S（第一段＋第二段） 7、液气比L/G=6.0:1 8、水泵参数：50m3/hr×18mAq×２
9、加药系统参数计算： ①投药量计算： M（HNO3）=63g/mol M（NaOH）=40g/mol :0.9kg/hr/2/63g/mol=7.15mol/hr HNO 3 NaOH:7.15mol/hr×40g/mol≈0.286kg/hr 折合10%浓度的NaOH：0.286kg/hr÷10%＝2.86kg/hr ②加药泵参数选择：3.9L/hr,@0.7Mpa ③药槽(第一段和第二段合用) 10、排放数据估算： ①排放速率0.9kg/hr×35%≈0.315kg/hr（<0.77kg/hr@15m），合格。 ②排放浓度0.315kg/hr÷60min/hr÷150m3/min≈35mg/m3 （≤240mg/m3），合格。 11、排气温度的控制 空气比热容以1kJ/kg.℃计 进气温度：130℃；冷却器出口温度：60℃，温差=70℃； 冷却器需要移去的热量=150(kg/min)×60(min/hr)×1(kJ/kg.℃)/4.18(kJ/kCal)×70℃=150718kcal/hr=175kw； 水的比热容=1.0kCal/kg.℃，假设水在冷却气体过程中的温升为8℃，则移去上述热量所需要的循环水量=150718(kcal/hr)/8(℃)/1.0kCal/kg.℃/1000(kg/m3)＝18.5m3/hr。本系统配置1台30m3/hr的冷却塔，是留有余量的。 苏州乔尼设备工程有限公司 2006-02-16
弧形闸门计算书
弧形闸门计算书-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1
目录 1 计算目的与要求 ................................................................... 错误!未定义书签。 2 设计计算内容....................................................................... 错误!未定义书签。 3 设计依据 .............................................................................. 错误!未定义书签。 4 基本资料和结构布置............................................................ 错误!未定义书签。 基本参数 (3) 基本结构布置 (4) 荷载计算 (4) 面板弧长 (6) 主框架位置 (7) 5 结构计算 .............................................................................. 错误!未定义书签。 面板....................................................................................... 错误!未定义书签。 水平次梁............................................................................... 错误!未定义书签。 中部垂直次梁（隔板）....................................................... 错误!未定义书签。 边梁....................................................................................... 错误!未定义书签。 主框架................................................................................... 错误!未定义书签。 面板局部弯曲与主梁整体弯曲的折算应力 .............................. 错误!未定义书签。 6 启闭力的计算 (23) 闸门闭门力的计算 (23) 闸门启门力的计算 (24) 7 闸门支铰的计算 (24) 荷载计算 (24) 铰轴计算 (25) 铰链与支臂的连接计算 (26) 铰座计算 (27)
流体力学计算题..
水 水银 题1图 1 2 3 题型一：曲面上静水总压力的计算问题（注：千万注意方向，绘出压力体） 1、AB 曲面为一圆柱形的四分之一，半径R=0.2m ，宽度（垂直纸面）B=0.8m ，水深H=1.2m ，液体密度3 /850m kg =ρ，AB 曲面左侧受到液体压力。求作用在AB 曲面上的水平分力和铅直分力。（10分） 解：（1）水平分力： RB R H g A h P z c x ?-==)2 (ργ…….(3分) N 1.14668.02.0)2 2 .02.1(8.9850=??- ??=，方向向右（2分） 。 （2）铅直分力：绘如图所示的压力体，则 B R R R H g V P z ??? ? ????+-==4)(2πργ……….（3分） 1.1542 8.042.014.32.0)2.02.1(8.98502=???? ? ?????+?-??=，方向向下（2分）。 2．有一圆滚门，长度l=10m ，直径D=4.2m ，上游水深H1=4.2m ，下游水深H2=2.1m ，求作用于圆滚门上的水平和铅直分压力。
解题思路：（1）水平分力： l H H p p p x )(2 1 222121-= -=γ 方向水平向右。 （2）作压力体，如图，则 l D Al V p z 4 432 πγγγ? === 方向垂直向上。 3.如图示，一半球形闸门，已知球门的半径m R 1= ，上下游水位差m H 1= ，试求闸门受到的水平分力和竖直分力的 大小和方向。 解： (1)水平分力： ()2R R H A h P c πγγ?+===左,2R R A h P c πγγ?=' =右 右左P P P x -= kN R H 79.30114.31807.92=???=?=πγ， 方向水平向右。 （２）垂直分力： V P z γ=，由于左、右两侧液体对曲面所形成的压力体均为半球面，且两侧方向相反，因而垂直方向总的压力为0。 4、密闭盛水容器，已知h 1=60cm,h 2=100cm ，水银测压计读值cm h 25=?。试求半径R=0.5m 的半球盖AB 所受总压力的水平分力和铅垂分力。
精馏塔的工艺计算
2 精馏塔的工艺计算 2.1精馏塔的物料衡算 2.1.1基础数据 （一）生产能力： 10万吨/年，工作日330天，每天按24小时计时。 （二）进料组成： 乙苯212.6868Kmol/h ；苯3.5448 Kmol/h ；甲苯10.6343Kmol/h 。 （三）分离要求： 馏出液中乙苯量不大于0.01，釜液中甲苯量不大于0.005。 2.1.2物料衡算（清晰分割） 以甲苯为轻关键组分，乙苯为重关键组分，苯为非轻关键组分。 01.0=D HK x ，005.0=W LK x ， 表2.1 进料和各组分条件 由《分离工程》P65式3-23得： ,1 ,,1LK i LK W i HK D LK W z x D F x x =-=--∑ （式2. 1） 2434.13005 .001.01005 .0046875.0015625.08659.226=---+? =D Kmol/h W=F-D=226.8659-13.2434=213.6225Kmol/h 0681.1005.06225.21322=?==W X W ，ωKmol/h 编号 组分 i f /kmol/h i f /% 1 苯 3.5448 1.5625 2 甲苯 10.6343 4.6875 3 乙苯 212.6868 93.7500 总计 226.8659 100
5662.90681.16343.10222=-=-=ωf d Kmol/h 132434.001.02434.1333=?==D X D d ，Kmol/h 5544.212132434.06868.212333=-=-=d f ωKmol/h 表2-2 物料衡算表 2.2精馏塔工艺计算 2.2.1操作条件的确定 一、塔顶温度 纯物质饱和蒸气压关联式（化工热力学 P199）： C C S T T x Dx Cx Bx Ax x P P /1)()1()/ln(635.11-=+++-=- 表2-3 物性参数 注：压力单位0.1Mpa ，温度单位K 编号 组分 i f /kmol/h 馏出液i d 釜液i ω 1 苯 3.5448 3.5448 0 2 甲苯 10.6343 9.5662 1.0681 3 乙苯 212.6868 0.1324 212.5544 总计 226.8659 13.2434 213.6225 组份 相对分子质量 临界温度C T 临界压力C P 苯 78 562.2 48.9 甲苯 92 591.8 41.0 乙苯 106 617.2 36.0 名称 A B C D
水力学综合计算说明书 (设计水面曲线)
水利计算综合练习计算说明书 学校：SHUI YUAN 系别：水利工程系 班级: 水工班 姓名: mao 学号：
指导老师：XXX 2013年06月22日
目录 一、水力计算资料 (3) 公式中的符号说明 (4) 二、计算任务 (5) 任务一： (5) 绘制陡坡段水面曲线 (5) ⑴.按百年一遇洪水设计 (5) 1、平坡段：(坡度i=0) (5) ①水面曲线分析 (5) ②分段求和计算Co型雍水曲线 (6) 2、第一陡坡段（坡度i=0.1） (7) ①判断水面曲线类型 (7) ②按分段求和法计算水面曲线 (8) 3、第二陡坡段（坡度i=1/3.02） (9) ①判断水面曲线类型 (9) ②按分段求和法计算水面曲线 (9) ⑵.设计陡坡段边墙 (10) ⑶．按千年一遇洪水校核 (13) 1、水平坡段（坡度i=0） (13) ①水面曲线分析 (13) ②分段求和计算Co型雍水曲线 (14) 2、第一陡坡段（坡度i=0.1） (15) ①判断水面曲线类型 (15) ②按分段求和法计算水面曲线 (15) 3、第二陡坡段（坡度i=1/3.02） (17) ①判断水面曲线类型 (17) ②按分段求和法计算水面曲线 (17) ①千年校核的掺气水深 (18) ②比较设计边墙高度与千年校核最高水深的大小 (20) ⑷.绘制水面曲线及边墙 (22) 任务二： (26) 绘制正常水位至汛前限制水位～相对开度～下泄流量的关系曲线 (26) 任务三： (28) 绘制汛前限制水位以上的水库水位～下泄流量的关系曲线 (28) 三、总结 (31)
一、水力计算资料： 某水库以灌溉为主，结合防洪、供电和发电、设带弧形闸门的驼峰堰开敞式河岸溢洪道。 1.水库设计洪水标准： 百年一遇洪水（P=1%）设计 相应设计泄洪流量Q=633.8 m^3/s 相应闸前水位为25.39 m 相应下游水位为4.56 m 千年一遇洪水（P=0.1%）校核 相应设计泄洪流量Q=752.5 m^3/s 相应闸前水位为26.3 m 相应下游水位为4.79 m 正常高水位为24.0 m,汛前限制水位22.9 m。 2.溢洪道的有关资料： 驼峰剖面选用广东省水科所1979年提出的形式（参阅武汉水院水力学教研室编的水力计算手册，P156图3-2-16a）。 堰流量系数 P/H>0.24时 mo=0.414*[(P/H)^(-0.0652)] P/H≦0.24时 mo=0.385+0.171*([(P/H)^(0.657)] 堰顶设两扇弧形闸门，转轴高程23.2 m; 溢洪道共两孔，每孔净宽10 m； 闸墩头为圆形，墩厚2 m；边墩为半圆形；混凝土糙率可取n=0.012～0.015; 堰顶高程为18.70 m;堰底高程为17.45 m。
塔的水力学计算手册精选文档
塔的水力学计算手册精 选文档 TTMS system office room 【TTMS16H-TTMS2A-TTMS8Q8-
塔的水力学计算手册
1.目的与适用范围 为提高工艺工程师的设计质量,推广计算机应用而编写本手册。 本手册是针对气液传质塔设备中的普遍性问题而编写。对于某些具体塔设备的数据(比如:某生产流程中针对某塔设备的板效率而采用的计算关联式,或者对于某吸收填料塔的传质单元高度或等板高度而采用的具体计算公式)则未予收入。本设计手册以应用为主，主要是指导性的计算方法和步骤，并配合相应的计算程序，具体公式及理论推阐可参考有关文献。 2.塔设备特性 作为气(汽)、液两相传质用的塔设备，首先必须能使气(汽)、液两相得到充分的接触，以得到较高的传质分离效率。 此外，塔设备还应具有以下一些特点： (1)当气(汽)、液处理量过大(超过设计值)时，仍不致于发生大量的雾 沫挟带或液泛等影响正常操作的现象。 (2)当操作波动(设计值的50％～120％)较大时，仍能维持在较高的传 质效率下稳定操作，并具有长期连续操作所必须具备的可靠性。 (3)塔压力降尽量小。 (4)结构简单、耗材少、制造和安装容易。 (5)耐腐蚀、不易堵塞。 (6)塔内的滞留液量要小。 3.名词术语和定义 塔径(tower diameter)，D T 塔筒体内壁直径，见图(a)。 板间距(tray spacing)，H T
塔内相邻两层塔盘间的距离，见图(a)。 降液管(downcomer)，DC 各层塔盘之间专供液相流体通过的组件，单溢流型塔盘为侧降液管，双溢流型塔盘有侧降液管和中央降液管，三或多溢流型塔盘有侧降液管、偏侧降液管、偏中央降液管及中央降液管。 降液管顶部宽度(DC top width)，Wd 弓形降液管面积的弦高。掠堰另有算法，见图(a),-(b)。 降液管底间隙(DC clearance)，ho 降液管底部边缘至塔盘(或受液盘)之间的距离，见图(a)。 溢流堰高度(weir height)，hw 降液管顶部边缘高出塔板的距离，见图(a)。 总的塔盘横截面积(total tower cross-section area)，A T 以塔内径计算的横截面积，A T = π(D T/2)2 降液管截面积(DC area)，A D 侧降液管、偏侧降液管、偏中央降液管及中央降液管的横截面积。其面积多为弓形，但对于小塔也有采用圆形。对于斜降液管，顶部和底部的横截面积是不同的。 净面积(net area，free area)，A N、A f 气相流体通过塔板间的最小横截面积，即总的塔盘横截面积A T减去总的降液管顶部横截面积∑A D(包括多流程的中央、偏侧、偏中央降液管的横截面积)，也称自由面积。