填料塔液体分布器的设计_续四_第五讲_液体再分布器.pdf

年第期 总期 化工生产 与技术 嗽 附 洲曰 洲 术讲 洲曰 洲 让 飞 生 十 洲 泌 填料塔液体分布器的设计赎 四 董谊仁孙凤珍 浙江 工业 大学 杭州 第五讲液体再分布器 摘要 强调在填料塔 中设里液体再分布器的 重要性 介绍各种类型液 体 再分布器和液体收集器的结构 特性 适用范围 简要说明其 选用和 设计要点 关键词填料塔液体分布器液体再分布器液体 收集器设计 当塔 填 料需 要分段 堆 积时 必须设置液体 再分 布器 之所以要分段堆积或是因为 中间进 出料的需要或是填料层高度太大 不仅会导 致流体量的不 良分 布而且还会形成 同一截面上 组分的不均匀分布 从而使塔 的分离效率下降 在变径塔中填料 也是分段的 除了确保 进料中的液相能 均 匀 地 向下 汽 相能均匀地向上分布 人填 料层外 液体再 分 布 器 尚有个 作用第一也是 最 重 要的作用是 混 合液体并在整个塔截面上 均化其组分 均化组 分 抑制局部区域操作 挟 点 的 出现 这可减小 液体不 良分 布而引起的分 离效 率下降 其作用 犹如 液 体在填料层 间的横 向分散 不 过较 之 更 为有效 第二 是混合汽相 在 整个塔截面 上均 化 其组分 这个作用类似于前者第三是将液体从 壁区导向填料层 的 中心区 防 止过 大 壁 流 的 形成最后 再分布可将液体在填料层流动 中形 成的大股 溪 流 分 裂 为 较 小 的流 股 以改善填 料层 的湿润 程度 简 言之 再分布 的作用是 均 化组分 均布流体 且前者比后者更加重要 因为再分布的 主要作用是消除大规模不良 分布所造成的分离效率下 降 故 当填料层 中不 存在这种分 布时 可以减 少 再 分 布的 频率 等认 为 当塔径和填料直径比较小 时再分 布频率可以减少 因为大 规模 不良分 布 易于被填料中的横向混合所 消除 多少高度填 料层需要设置 一个再分 布器 这是一个 复杂的 问题 许多学者对此进行了研究 但没 有得到统 一 的结论 有一些报道指 出床层高达 仍可保持良好的操作性 能 故有 些 学 者 一 主 张每再分布一次 但 由于不良分布的存在 和发 展 及其对效率的影响 在多数情况下是 难 以预测的 故更 多学者 一 取较保 守值 当 采用小于的高 效 填 料时 主 张再分布间距不 超 过个 理论 分 离 级对于直径小于的小塔 壁 流 似乎是主要的 问题 有 些 学 者 主 张 倍塔径 的间距再分布一次 对于塑料填料 为避 免 填 料 被 压 缩 所推荐 的最 大 高度 为 推荐的再分布标准比较全面 在一 般情况下他建议按以下条 中取最低值作 为再 分 布高度床 高相当于块理论板或传 收稿日期 一一 年第期 总期 化工 生产与技术 嗽 附 递单元数 的高度到倍塔径高度 此外还要 考虑到支承板和填料 的最 大承载能力 设置 足 够数量 再 分 布器 的重 要 性 也被 许 多生产 实践所证实 例如两 座相 同的脱丁烷塔 都使用和的填料 唯 一差 别 是 分布器数目不同 其 中一座床层分 为段 每段 高度另一 座分段 每段 操作 结果指出 后者的为前者的倍 的 也遇到过层高达而不使 用再分布器引起效率下降的情况 在 实验塔 装 置上 测 试了装 填高度 规则 填料 的效率 采用性能优良的塔顶分 布器而不 设 再 分布器 结果 发 现 在有 些情况 下上下效率差 别 很大 在另一 些情况 下又没有什么差别 各种类型液体再分布器 液体再 分 布器必须 兼有 收集 混合和再 分 布流体 的多种功能 因此 一般来讲 其结构要较 液体分 布器 复杂些 但仅从流体 分 布功 能而言 又是相近的 故第一讲所 介绍 的各种分 布器 只 要 稍加 改造 几 乎都可以同填料支 承板 收集器 匹配成不同型式的液体再 分 布器 设计液体再 分布器 除了按 前面方法设计液体分 布器外 还 要附加液体收集器 的设计及研究它们间 的合理 组合 以下介绍几种常见的液体再分布器 的结 构和特性 盘型液体再 分 布器 和盘型液体分 布 器一样 盘型液体再 分布 器也有孔型 和堰型之分 结 构 设计方 法等没有 什么大 的差别 只不 过为 防止液体从上层填料 直接落人升气管 故在其顶 上设有帽 盖 设帽盖 除了挡液外 尚可改变上 升气流方向 促进 横向 混合 图为带有圆形升气管的孔盘式 液体再 分布器 盘 由多块开 孔 板拼接 而成 以便在塔 内 组装 分布盘与支承环采用卡子连接 所 有联 接 处必须加垫片密封 且保持平 整 图是带 有 条形升气管的孔盘型液体再 分布器 具有 更大 的气流通道 盘型液体再分布器 具有结构简单 安装 方 圆形升气管 尸尸尸尸尸尸尸尸尸尸尸尸尸 布布门门门门 一一一一 审审 一一一一 一一一一一一 护 一 一一一一州 州州 工 甲 刀 喊喊 门门 七七一 一一 马马马 进料 巴巴 一一 叫叫叫叫叫 卜卜卜 甸甸甸甸甸 忿忿忿 亡亡 矩 形 升气管 图孔盘 型液体 再分布器 便 高度 小等优点 流体混合和均布性 能较好 年第期 总期 化工生产与技术 嗽 附 但随着塔径增 大 其结构的复杂性要增加 使用 效果 亦受影响 故主要用于直径 不 大 的填料塔 槽型液体再分 布器 槽型液体再 分布器的结构类 似于槽型液体 分布器 但是槽型液体分 布 器无法 有 效 收集从 上 段填 料层 流下来 的液体 故在支承板和分 布 器间需增设液体收集 器 图表示瑞士 公司提 供的一套 典型装 置示意 来自上层填料 的液体 被收集器收集后汇入环 形 通 道 再从其出 口流入液体分 布器 栅 收集 器的集 液板和设于中心的集液 槽 后经 加料 管流人分布器 图中的液体收集器 为 一组合件 被固定于两个塔节法兰间 这种再分 布器具有 最 大的气流通道 可以满足很 小 液量 的均 布要求 结构 简单 安 装方便 尤 其适合于 作 为高真空精馏 塔 的液体再分布 器 但对于大 液量则不宜采用 卜 卜 全了 差差之迪迪 坚坚 现现娜娜 图抽型 液体再分布器 填 料支 承梁收 集器环形通道 槽型液体分布器定 位 格栅 槽型液 体再 分布 器 很 适用于大塔径 无论 是 简单的再 分 布 还是 兼 有中间加 料图或 出料的再分布 均能达到理想 的效果 且气流通 道大 阻力小 但结 构 复杂 占塔的有 效高度 大 管型液体再分 布器 重力型管式液体分布器也可以和收集器组 成液体再 分 布器 图是设置于填 料塔 加料段 的管式液体再分布器 液体经填料层 支 承格 图管式液体再分布器 填 料支 承格栅集 液板 加料管管式液体分布器 花型液体再分 布 器 年第期 总期 化工生产 与技术 嗽 附 花型液体 再分 布器的结构比较简单图 它实际 上是一个 焊 接于塔壁或固定于塔节 法兰间 的短倒锥壳 为扩 大流道面积 将锥壳挖 空 一部 分 形成多根 伸向 中心区的 凸杆 将壁 流导人中心区 这 种分 布器能有效地抑制壁 流 的发展 但 随着塔径的增 大 它难以克 服 挟点 效 应 故 仅 适于 在 直径不 到的小 塔 中使用 因为小塔 中不 良分布 的主 要来源是 壁 流 而填 料 对 流体的 径向混合性 能可以抵 制 挟点 效应 要 强 调的是 对于花型再 分 布器的使用效 果是有争议的 指出有许多小 塔不使用 它 同样 能良好 操作有 许 多设计 者为提高设 备 的通 量 宁可 不使用 它也有通 过拆除这 种分布 器的办法来提 高分离 效率的 有几种 类型的规则 填料塔 也装上这 类再 分 布器 在 直径小塔上 的实 验 证明 装上 它可提高效率 以上 不 过不是把 它焊在塔 壁 而是固定在 填 料上 压 图花型再分布器 组合型液体再 分布器 组合型液体再分布器 由填料支 承 板和液体 分布器组合而 成 它兼 有 填 料 支 承和再 分 布器 的各项性 能 而且缩短了高度 图为一种组合 收集支 承盘上盘和孔 盘式液体分 布器下盘的组合 气 体 从下盘 的 升气管流人上盘气体再分 布 管 再通 过其 侧面 开孔均布人填料层液体被 收集于上 盘底面 经 中心开孔溢 流入下盘 均布到 下段 填料层 上盘 图组合型液体再分 布器 兼有 填 料支承 集液 混合 气 体 均 布 等 多项 功 能 下盘主要起气 液均 布等作用 该组合尽 管 具有 结 构 紧凑 安装 高 度低 使用效果 好等优 点 但 要防 止 底部因结垢 积渣 填料破损 等引起 通 道堵塞而破坏了正常操作或局 部区域 过早 产生液泛 对于直径大 的塔 该再分布器是 年第期 总期 化工 生产与技术劝 州 毕川 不 合适的 图是 喷 射型支 承 板和孔盘液 体 分布 器 的组合 利用喷射型支 承板所具有的气 液分流 的特 点 即气 体经 波峰向上 液体人 波谷向下 将 分布器的 升气管正对 峰 处 布 置 这样省 去了 其上 的挡 液盖 帽 既简化了结构又减 小了阻力 损失 另据 报道川 还 有使用规则填 料 组合 成液 体再分布器的 不 过对这项 技 术要 通 过实验 慎 重推广 应用 液体收 集器 液 体收 集 器是液体再 分 布器的 重要构件 其性 能优劣 对填料塔的生产 能力 分离效率 压 降大小 造 价高低 同样有直接影响 常见的液体收集 器有 升气管型集液盘 图升气管型 集 液 盘 升 气 管型集液 盘的结 构如图所示 主要 构件有集 液盘 升气管和集液槽 集液盘放 置于 支承环之上 中间加 有 密封垫 片 并用 卡 子 相互 连结 盘面上 不开孔但均匀 地固定有许多升气 管 图示为 矩形升气管 也 有圆形图和方 形的 集液盘的作用是 收集 混合来自上段的液 体和再 分布上升气流 被 收集的液体或流入设 于 下方的液 体 分 布器 进行再 分 布 或作为中 间 出料引 出塔外 采用集 液盘 的好处是收集 混合液体效果 好 又具气体再分 布功 能 可保持液体不泄漏和 在盘上有足够的停留时 间将液体所 夹带的气泡 分离出来 适用于各种液体负荷 有足够的缓 冲 体积 便于填料塔的中间出料 还具有承受负荷 波 动 能力 强 操作控 制容易等优 点 不足之处是 占空间大 投资相 对昂贵 另外对 气流 压降大 故主要用于常压和加压操作 斜板型液体收集器 图为公司所提供的 系列产品 有 种结构 和型 它们均 由一组 保 持一定间距 均 匀 排列 呈倾斜状 下设 排 液 沟的集液 板和集液槽组成 各集 液板 的水平投 影相互重叠 遮盖了整个淋 降区 收集从上一段 填料层流下 的全部 液体 液体沿斜板板 面往 下 流 到斜板底端的排 液 沟中 后 汇集人集液槽 再 流 进分布 器或排出塔 外 型为一 整体结 构 先在塔外组装 再利用 上端的支承圈 固定于 两塔节的法兰间 集液槽被布置在塔的 中心 详 见图 这 种结构 不 必进 塔组 装 适 合于直 径 一的填料塔 型收集器的集液板 是单块结构 水平方 向不分段 组装需在塔内进 行 板片分 别固定于多根 支梁上 集 液 槽呈环 形 排液沟两端与环形集液槽连通 所有 液体流 经集液槽后再进入分布器或排出塔外 见图 此结 构 被 推荐在 直 径一的塔 中使 用 对于直径大于或 液体流量较大的填料 塔 可以采用型收集器 它的特 点是 板 片 分段组 合 呈人字形 对称排列 不仅设环 向集液 槽 而且还有 中心集 液槽 图为该收集器 的 部分组合件的示意图 斜 板型液体收集 器兼有收集 液体 均布气 流 促进 混合 减少气液相互 夹 带等多 项 功能 它的气流 通 道 大 占塔 截面积比例 常超过 压降很 低 一般小于 是 一类 性 能优 良 用途 广泛 的液体收集器 公司的 系列产品覆盖了各种 直径的填 料 塔 它 尤其适合于真空精馏操 作 与 升气 管型集液 盘 比较 占高度小 造 价较低 不 足之处是收集大 液量 有困难 漏液难以避 免 液体没 有足够的停 留时 间以完 全分离其 中夹带的气泡 设 中间 出 料 口时 塔外出 口管要 往出口以下布置 年第期 总期 化工 生产与技术 嗽 翅 型 今介 扮 匀 乃 今介乡 厂 尸 厂 厂 汽 一 丫 叮 右 产乃 尺型 一 一 一 一 一 型 图斜板型液体收集器 选用和设计要点 除了收集器和小部 分结 构外 液 体 再 分 布 器 的选用 设计方法 同液体分布器是类 似的 故 前面有关 液体分布器的讨论对再分布器 同样适 用 本节仅介绍其特殊点 类型的选 择 对于直径 小于的小塔且 再 分 布要求不高时 可选 用花型再分 布器 直径大于 必须选其它型式其中直径不大 于 再分 布要求 高时 盘型是最 好的选 择因为 它各项技术性能 好 占空间小 结构相对简单 投资省 槽 型 和管型再分 布器 它们均须由分 布 器和收集器相组合而成 结构比较 复杂 本体高 度大 占据许多塔内有 效空 间 安 装 检修亦不 便但它具有优良的再 分 布性 能 压降很 小 斜 板型 便于中间加出料 是 大型填 料 塔理 想 的选 择 特别适合在真空精馏 中应用 直径很 大 大于一时 无论选用 哪一 种 液体分布器 构成再 分布器 因本 身难以实现液 体的 良好混 合 都必须附加液体收集器 孔盘型液体再分布 器设计要 点 应设置 足够数量的升气管 以利气体分布 这对低压降填 料层尤其必要数量 太多 不仅没 有必要 而且还会阻碍液 体在集 液 盘上 的流 动 和混合 使液位 升高 形成 过大 的液面梯度 直 至液体溢人升气管 升气管可做成圆形 方形 矩形 条形 且上 端均 须加 有盖帽 方形 矩 形和条形 造 价较低 从有 利于流体分布讲 矩形条形升 气 管的宽 度宜在范围 升气管必须合理排 列 它 们间 要 留有足够空间 避免上 升气速 过 高 雾沫夹带量过大和气流对塔壁的冲刷考虑 到气体能 均 匀地流进上层填料 升气管和支承 板 间至少 要保 持的距 离 最好 扩大 到 当支 承板 下设 支 承梁 时 距 离还要 相 应增大 条形升气管 的数目可参照表确定 表孔盘式液体再分布器条形升气管参数 塔径分 布盘外 径 升气管数 乃心 曰 月 斗叹曰户只曰 勺 月 妇 为匕巴 门比 曰 只 找勺山曰 亡内 曰 沙廿 八 溯 对 帽盖的设 计不 能 吊以轻心 否则会形 同 虚设 帽盖 有 多种型式平 盖 斜盖和槽形盖 平 盖 是 不可取的 它虽能 挡液但不 能 阻止液体回 流人 升气管 改进措施是 在 平 的 主体周 边 加焊 宽度的倾 斜排 液舌斜盖是 常用 的 一 种 它 的周边 均 应 向下倾 斜 且盖外缘应较升气 管宽 以利 排 液 斜度可 取 也有 年第期 总期 化工 生产与技术翅 附 大到的 槽形 盖用于长条形升气管上 截 面 呈 一 形 或 一形 槽向两 头短边倾斜 排液 与前两种型式比较 它降低了气流通 过 升气管 的压降和往下的速 度分量 但挡液效果 要 差些 升 气 管上缘和帽盖 间 的 环 向气流通道 面 积 需控 制在 升 气 管面积 的一倍以 上 为防止气流波 动而震下帽 盖 建议此值要倍以上 当使用喷射型填料支承板和盘型液体分布 器带有条形 升 气管组合成 液 体 再 分布 器图 时 升气 管上端可不 加 帽盖 对于这 种设 计 升气管 上缘和支 承 板下缘间 的距 离不 能 大 于 以防液体 落人 升 气管中 影响再 分 布效果 否则 还是要设帽盖 表数据可作设 计参考 表组合型再分布 器参数 喷射型支承 板和孔 盘 式 液体 分布器 的组合 塔径盘外径螺栓圆直径分块数升气液体负荷范围 管数 了 牛 三 升气管型集 液盘设计要点 升气管 升气 管可做成圆形 方 形和矩形 其中以后 者造价最低 截面积根据 允许的气流压降确定 对于操作压 力 超 过的填料 塔 为改 善气流分 布 压降的推荐值是 高真 空操作时 亦可按 升 气 管 截面积等 于塔截面积 的确 定 二 要从有利于气流 分布和液体在盘面流动角度确 定升气管数并合 理布置 这对于浅 床层 低压降 填 料 塔尤其重 要 为确保液体在 盘上 有足够的停留时 间 升气 管的最 小高 度 为 倘 若无 此 项要求时 可降低 到 升气管帽盖 和盘式再 分布器一样 升气管上方需加帽 盖 其作用 和设计方法 两者是类似 的 故此不再 重复 集液盘和集液槽 集液盘是升气管型集液 盘的主体 盘 上 除 安装有一定数量 的升气管外 根据塔径大小 还 设置单根或多根集液槽 图为单根集液槽 居 中布置 集液盘由多块构件组合而成 并 固定于 塔壁支承环 上 除了常规设 计 中所要注意 的一 些问题外 一个重要 问题是联接处 的密封结 构 因为集液 盘 是 不允许漏液的 否 则会影 响再 分 布效果 所提供的几 种 密封结构 实践 证 明效果 良好 集 液槽需置于盘面以下 以便收集 到 降在 盘 上 的全部液体 槽的侧面或底面 固定 有 排液 管 管端面和槽底要在 同一水平上 这样不仅降 低了盘上液位高度 而且可排干所有液体 排 液 口要尽可能靠近塔壁 以缩短塔内管道 长度尽 可能不 用塔 内联接法兰 因为一 旦 联 接 处 漏 液 是很难 发现的 它会对再分布带 来严重恶 果 并 影 响到液体的排 尽 盘上还可设溢 流管 作用是控制最高液位 防止气体严重带液甚至液泛 的 出现 溢 流管下 端必须有效密封 防止气体流人 上端管口位置 要高过正常操作的最高液位又低于升气管出口 高度 斜板型液体收集器 设 计要 点 斜板型液体收集器 的设计是根据塔径 大小 和气 液流量 选 择收集器的型式 集液板 结 构 集 液方式采用 环形槽还是中心槽 或兼用 通 过 必要 的水力学计算确定其尺寸大小 图为 集 液 板 布置 示意 板间距约取 根据 塔 径大小决定 倾 角 日常用 的是 集液沟高 度决 定于板 的集液量 以最大流 量 时 不满出 年第期 总期 化工 生产与技术 附 附 为原则 集液板在水平面 上的投 影要 相互遮盖 据此可确定 高度各集 液板 的宽度 是 不 同的 根据其在塔径 上的布置 位置决定 圈集液板组合和主 要尺寸 集 液 板 顶 端和支承 板 间 的距离取 川 以利 气流分布也有将 集液板固定 在 支 承板上的设计 这可缩短收集 器的安装高度 集 液槽的尺寸及其排液 口大小按 水力 学的常规方 法设计 花型再分布器 表花型再分布器主要 尺寸 塔径锥 内径锥体高度 议招 三 异 苏 弓 弓 表数据可作为设 计参 考 要 强 调 的是花 型再分布器仅对小塔 是有效的且会影响到设备 的生产能力特别是当加工 不规范时 锥 面阻挡 面积过大 塔的有 效面积会下降许多 这甚至会 适得其反 恶化了气 液分布 降低了效率 还会 促使过早产生液泛 设 计 中另一需注意的问题 是塔壁与分布器 间的 良好 密封 待续 参考文 献 一 一 一 魂 一 一 一 一 一 一 年第期 总期 化工 生产与技术叫 义 哟 竺 筛板研 究和技术 推广 负责新型塔 填 料阶梯环和 短 阶梯环 金属 和 塑料 板波纹 填料的开 发和研 究 填 料 作者 简 介 董谊仁 年 浙 江 大 学 化 工 系 毕业 塔流体分 布理论 研究 填料 塔 液 体和气 体 分布 器的研 年 受聘为 副教授 毕业后从教于浙 江工业大学至究 开发 发 表 论著多篇曾获省级二 三等科 技 教 年月 任教 化工 原理 传递 过程 工业结 晶学 论文奖项 现专业从事新型塔器 技术的推 广 开 技术 化工设备流体 分 布技术 等课程 年至今 发 工作 其中大型 电化厂 抓气干燥和硫 酸雾分离 改 造 还先后参加 全循环 法尿素 中试和研 究 活塞式压缩机技术 获 年 浙江省 科 学技 术进步三等奖 浙 江 省 设计 现代 塔器技 术 等 书 编写 多降液 管筛板石化厅科技 进步一等奖 达国内领先水平 刀 刀刀 舒 弓于亏于祖 圣什名十佬 寺刁备咨卜月备瑞 备月奋 夺 备刁夺招圣月十刁于咨卜 李月十月 卜弓卜 月十月夺月十月卜月卜月卜 核 酸开发应 用商机无 限 核 酸 是组成所 有 生 物体的基 本 物 质之一 是 由几 十到几 万个核 昔酸通过磷酸酷 键连接而成的链 状高聚 物 根据其所 含 糖的种类不同 可分为核糖核 酸 和脱 氧核 糖 核 酸两类 现代科 学研究表明 核酸 是比蛋白质更 为重 要 的生命基础物 质 被誉 为 是 生命 的核 动力 对 核 酸的研究和应 用已成 为 当今世界 上 很