技術文章
1、液體分布器設計要求
在設計填料塔時,通常假設氣相和液相沿塔截面是均勻分布的,但大量試驗表明,液體在填料層內(nèi)不是呈均勻的柱塞流狀態(tài),而是有壁流、溝流等橫向流動,這種不均勻分布會降低塔的分離性能。造成液體不均勻分布的因素很多,除了填料本身固有的對液體的分散特性外,液體分布器則是影響液體分布的關鍵因素之一,液體在塔截面上的分布點不可能是無限的。對于小孔式分布點,常希望孔數(shù)越多越好,這樣可提高均勻分布程度,但對于一定的液體流量,孔數(shù)越多,則孔徑越小??讖竭^小必然對固體雜質(zhì)敏感,孔易被堵塞.孔數(shù)多反而造成分布不均勻,孔徑的下限應視物料中固體顆粒情況而定。填料塔的操作彈性往往不是由填料性能決定,而是由液體分布器的操作彈性所決定。連續(xù)操作的填料塔,液體回流量或噴淋量比較穩(wěn)定。通用型液體分布器的操作彈性一般為30%~99%,*可以滿足連續(xù)操作塔的要求。對于分批精餾塔,在1個操作周期中回流比有大幅變動。多用途塔的被分離物經(jīng)常變換,回流比或噴淋量變化也很大。這種場合下液體分布器的操作彈性很高,需要進行特殊設計,否則塔的分離性能會時好時壞。對于大多數(shù)物,填料塔的效率除與填料本身特性有關外,與液體的均布程度也有很大關除采用填料外,還必須有結構合理的塔內(nèi)件,特別是性能良好的液體分布器。
良好的液體分布器應具備下列特點:液體分布均勻,氣相通過的自由截面大,阻力小,操作彈性大,不易堵塞,不易造成霧沫夾帶和泡沫,制造容易,安裝方便。就液體分布的推動力來講,液體分布器可分為壓力型和重力型2大類,筆者將對填料塔中常用的重力型槽式分布器進行討論。
2、噴淋密度確定
液體在填料塔內(nèi)的不良分布可分為小規(guī)模(自然)和大規(guī)模不良分布2種。小規(guī)模不良分布是由填料層內(nèi)液體的溝流而造成。國外研究表明,這種不良分布的影響可以通過溝流的相互混合而減小,對填料塔的效率影響不大。大規(guī)模的液體不良分布主要是由于分布器初始分布不良而造成的,它可以使整個填料塔的效率明顯下降。荷蘭Delft大學Hoek在其博士論文中指出,填料層內(nèi)部會形成一定數(shù)量的優(yōu)先流動途徑,若液體分布器單位面積上的噴淋數(shù)大于上述單位面積上優(yōu)先流動途徑數(shù),則填料效率能夠得到充分提高。液體噴入填料層后,在向下流動過程中蓮漸分散,zui后達到穩(wěn)定的流動途徑數(shù)。在這段填料層中有一液體逐漸達到均勻分散的過程,故其中的填料表面并未被充分和全部利用。當單位面積上的噴淋點數(shù)小于單位面積上優(yōu)先流動途徑時,這一分散過程所需填料層高度加大,亦即未充分發(fā)揮填料分離性能的液體分布段將加長。嚴重時液體流到填料層下端出口處,未達到穩(wěn)定的流動途徑數(shù),則整個填料層效率明顯下降。因此,規(guī)整填料對液體的分布有1個單位面積上噴淋點數(shù)的要求,根據(jù)實驗結果,工程上一般均采用填料的比表面積來確定單位面積上的噴淋點數(shù)
3、設計計算
槽式液體分布器是將液體通過噴淋孔分布到填料層的上端,在已知噴淋量的前提下,需對噴淋孔數(shù)量進行必要的計算。按照流體力學的孔流公式,重力式分布器的排液量與小孔數(shù)目以及孔徑存在著以下關:
Q=2(π/4)dnCd(2gh)1/2 (2)式中,Q為流體流率,m/s;Cd為孔流數(shù);d為噴淋孔直徑,m;n為小孔數(shù)目;h為小孔以上液位高度,m;g為重力加速度,m/s。
根據(jù)工程實際應用經(jīng)驗,為簡化計算,孔流數(shù)根據(jù)打孔方式取值,沖孔時Cd=0.7,鉆孔時Cd=0.62~0.63。根據(jù)我廠實際使用情況及經(jīng)驗,小孔液位高度應滿足h>25 mm,否則,將導致分布質(zhì)量嚴重下降。zui大高度hmax距離分布器上端應至少應25 mm,考慮到實際生產(chǎn)中進液量的波動,設計液位應為分布器高度的50%~70%,。由式(1)可知,zui小噴淋孔數(shù)由表l確定后,d就僅與Q和h有關,應通過計算確定,一般不應小于2.5mm,在易堵場合應選用大孔徑。
4、結構
槽式液體分布器是由長短不等的槽組成,有主副槽之分,副槽有獨立式和連通式。液體首入主槽,再由主槽分配到各副槽,然后再把液體噴淋到填料表面上。為防止液體飛濺和主槽內(nèi)液面波動,液體進料管中布液孔流速不應超過1.2m/s。通常將槽式分布器設計成分體式,以便從孔送入塔內(nèi)進行組裝,通常每2~3個槽連為一體,使這些槽內(nèi)液面保
持一致,以利于液體均勻分布。為了改善槽式液體分布器的分布效果,在設計結構時,常在噴淋孔附近設置擋板,將由噴淋孔射出的液體流擊碎成液滴群,將點噴淋化為線噴淋,從而使分布均勻。
5、質(zhì)量評價
液體分布器的設計主要基于實驗分析,因而從理論上進行質(zhì)量評價十分困難,目前尚屬于新的領域 Spiegd提出1種較簡易的評價方法,在工程上得到廣泛應用。其評價方法為,在單位面積內(nèi)(如0.1~0.2 m2 ),將實測液體分布器的液流率與相同面積內(nèi)標準液流率相比,按下式計算相對偏差,并認為△L/L<4%為優(yōu),△L/L=4%~6%為良,△L/L=6%~10%為中,△L/L≥10%為差。
6、結語
是一種新型液體分布器,其質(zhì)量高低對填料塔的操作影響很大,設計時應該按實驗結論及理論公式進行詳細分析,充分發(fā)揮其布液均勻,操作彈性大的優(yōu)點,以改善填料塔的操作性能。