填料塔液体分布器的设计_续三_第四讲_堰槽式液体分布器的设计.pdf

1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.年第期总期化工 生产与技术附塑,口州一一侧 目犷茹 获 策 挤 蔺鸳公寸冈夕补乙心荞填料塔液体分布器的设计赎引董谊仁孙凤珍浙江 工业 大学,杭州第四讲堰槽式液体分布器的设计摘 要介绍堰楷式液体 分布器 的结构、特性、适用范 围、设计参数和设计方法,并给出了一个工业设计 实例。关键词填料塔液体分布器堰楷 式液体分布器设计堰 槽 式 液体 分布 器 第一讲图是 由加料管、分流盒 和多条相互保持一定间距、平行地布置于塔 内的堰槽所组成。槽间 的空隙处 为气流通道,气体自下 而上流动,液体通过进料管经开在分流盒底 面或侧面的通 道,根 据一定比例从合适位置加人堰槽,而后经设于槽壁上段,位于同一水 平上的许多开口堰溢流而 下,均匀分布人填料顶层。溢流堰 的形状有形和矩形两种,常用 的是形。根 据结构 特 点,堰槽 式 分 布器的淋 降点 密度要 小于孔 盘 式,一般讲每平方 米 塔 截面只能达到一点,幻且难以均匀分 布。若 能设 法提 高淋 降点 数 并使其均 布,则 分 布质量 并不 一定会比孔盘式差。增 加淋 降点 密 度 有多种 方法,一 种 是 在 槽的底 面或侧 面开孔口,这 就成 为堰孔结合型的分布 器另 一种 是 在 槽 的侧面不 同高度 的水平面上开 两排堰,低 流量 时仅下 排堰在操作,高流量时两 排 同时操 作,但下排堰被淹没故失去了堰流的特性,这 实际上 是另一种堰孔结合型的液体分布器 还有如公司 推出的窄槽式分布器也有很好的均 布性 能等等。堰槽式液体分布器是一种广泛使用 的液体分布器。它操作十分可靠,很少出现排液口被堵塞的现象,故分布质量稳定它不仅 弹性比大,而且 流量 范 围大,如通用型的堰槽式分布器最大喷淋密度可达到丫 它气流通道大,最大可占塔截 面旧,且 占空间小,易支承,较孔盘式造价低。但美 中不足的是它不仅分布质量难以达 到孔 盘式的指标,而且槽 的支承水平度、液面波动和水力梯度均 对分布质量会产生很 大影 响,故设计、制 造、安装 中要 特别给以关注。设计说明门进料管含进料分配管的设计液体通过进料 管平稳地输 人 分料盒,而后按设计要求 的比例分流人 每一根堰槽,这一 目标 能否实现,进 料 管的正确设计是一个重 要环节。首先,要控制液体出口流速和 出口与分料盒液面的间距,流速或 间距太大意味着 流人分流盒液体的机械能过大,在盒中易激起波浪,形成旋涡,卷入气流,分流目标难以实现。公司 提出流速绝 不能大于,。建议最好保持在以下,至于间距大小收稿日期一一 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.年第期总期化工生产 与技术冲冲要通过结构设计加以控制,尽可能缩小。其 次,分配管设计必须合理,设置足够数量的分流管,并恰 当地 安 排 液体出口落 点,以平衡、抑 制、以至消除其对 分 流带 来 的不 利 影 响,防止因进 料而产生过 大 的横 向速 度 和 液 面 梯 度,引起 液面波动并导致 液 体撞 击 分 流 盒 端面,甚至使液 体溢出分流盒。液体落点应避开堰槽和分流盒底面上的排 液 孔,当分 流 盒的侧面 开有 分流堰 或孔时,还要 防止其对侧 向流动产生 干扰。落点位分流盒置必须准确,尤 其要 防止从分配管 中流出的液体直接进人填 料层,故 常在主管的下侧接上一段短管。分配管和分料盒的轴线应保持在同一垂直平面上。图是一种较好 的设计方案而的进料 管布置是不正确的。最后,对进料管在塔 内的联接和固定不能掉以轻心,要 尽可能避免在塔内装设联 接法兰,当必须设置时则在联接处不允许泄漏。管下侧钻孔分流盒液体进料分布槽管下侧 侧带有接管的分配管总管液体进料接日位置与槽错开,扛一一一液体进料分流盒分流盒 的设计加人分流盒的液体能否按设计 规定 的比例正确分流,关键在于分 流盒的设计,其任务 是确定 盒的个 数、尺寸 大小、孔口堰 位置和 尺寸,抗 扰 动挡 板设计以及 分流 盒的固定位 置、方法等。分流盒 中液位高度的控制是很重要的。若操作时液位太低,则无论安装 水平度 的偏差,还是各种原因产生的液面波动均会严重 影 响分流目标的实 现 液 位 过 高,液体 会溢 出分 流盒,破坏了正常的分流,严重 影响分流质量,直至构成大规模不良分布,降低填料塔的分离效率。要 避 免 液体在 分 流盒中产生液面 波动,必要时须通过试验加以观察。一 旦 出现,解决的办图堰抽式分布器及其进料管布正确,不 正确法是调 整加料口位置或增设抗扰动挡板。分 流盒常在其底面 开 孔口,亦可在侧面设形堰、矩形堰或孔,或兼而有之。在底部开孔口是最合理的,因其对堰槽 中的液体 流动干扰最小,落点较易控制,对盒的安装水平度要求较低如果能在孔口处 加接管 将液流引人槽 的液面以下则更为理想。堰槽的设计分 布器的分布质量 能否 达到设计要求,堰槽设计是决定性的环节。设计包括 确定堰槽数目、尺 寸大小选择堰的型式,计算其数量和 尺寸并 给予合理 布置最后还要考虑支承方式和调 节水平度方法等等。堰槽 数目主要根据塔径大小来确定,可以 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.年第期总期化工 生产与技术冲附奇数亦可偶数,无论是哪一种在塔 内均按平行、对称排列,相互间保 持 同一距离 所有槽的截面尺寸是相 同的,唯长度 由所在位置确定,以在塔内便于安装,端部又不 留过大空隙为原则。槽 的宽度 大小对 分 布质 量 的影响 十分敏 感,若增 加宽 度,则 槽 中液 体 纵 向流 动 速 度 减 小,液面 平稳,有 利于各堰流 的均 布 但 根 据 堰槽 的特 点,堰是 开 在槽的侧 壁 上,也 就 是说淋 降点 间 的距离和气流通道宽度均受槽宽的制 约。过大 的宽度不仅会导致淋降点密度和淋降点分布 的均匀性难以达 到要求,而且 还 增 加了气 流通道设 计的困难。这些因素均易于导致其下方出现大规模不 良分布区域,从这些 方面考 虑宜设 计 为窄槽。也许 这正是公司推 出其新型窄槽分布器的原因。与宽度比较,高度对流动的影响相对小 些,但 足 够 的高度 无论 对于稳定流动还是沉积固体残渣都是必要 的。形 堰的尺寸、夹 角和个 数的确 定 对 分 布质量 的影 响关系重大。理论上讲形堰的堰上液头高度即液面与堰最低点 间距可在 三角形的最 低 点和顶边间变化,与此相 应的操作 弹性比可以很 大。实际上并非如此,典型设计 中最小流量的液头高度 取值 为,最大 流 量 的对应值 为,强调要避免在液头高度小于的工 况 下操作,因为尽 管 降低下 限取值,可以配置更 多的淋 降点数目,但这会导致安装 的不 水 平 度、液面波动,操 作性能恶化,水力梯度对分布质量的影响更 为敏感。形堰的夹角可取“,减小 角度虽然可以配置更多的淋 降点,但 这会 提 高分 布器的造价,且使加工质量对分布性能 的影响增大。另外,当角度 较 小时 可在底 部 加工成形或开一 细缝,堰尺寸的计算 方法详见第一讲。,支承和水平度堰槽式分布器支承装置的设计 同样要解决个问题支 承方 式 安 装 高 度 水 平 度及 其调节。其中安装 高度的确定方法类似于上一讲的讨论,这里不再赘述。堰槽一般 是支承在塔壁 的支耳 上,当槽的跨度较 大时,可在 中间适 当地方增加支承梁,为便于正确定位另 可附加定距条,在所 有槽安放并调整好水平后,再将 分流盒压放在堰槽上,然后适 当加以固定。支承结构设计 中最重要的是考虑如何调节堰槽水平度问题,从比较 第一讲式到式可以看到孔口流 出 时 的流 量与的次方成正比,而矩形堰是次方,形堰 为次方,它们间的差别意味着 同一安装不水平 度对分布质量所造成的影 响以后者最为严重。例如,一 组 间距 同为长的孔和堰,若 液头高度 皆为,因为安装 误 差,一端 下 降了,另 一端升高到。计算结果表明,三种情况 两端的流量差分别为、和。由此可见,在堰槽 结构设计 中,调节水平度的措施之重要。这在大塔设计 中尤其值得注意,文献指出“,对于堰型分布器只要 有一的不 水 平,足以破坏 正常分 布,公司推出了一台塔径 为的高性能的新型窄槽式分布器,为确保其分布质量,结构上采取了一些特殊措施以确保安装 的水平误差在士范围。操作弹性比堰槽分 布器可以提 供很 高 的操作 弹性比通用型的设计易于达到,特殊设计也 不难达到更高值。使用范围堰槽式液体分 布器是最广 泛使用 的一种液体 分 布器,它可在 直径 小于的小 塔使用。也可用在大到多米 的大型填料塔 中它可在气、液通量很大的范围操作 对物料的适应性特强,通道较难被液体 中的 固体颗粒或结晶堵塞,但不宜于易发泡液体中使用它不 仅 占据塔内空间小,而且操作弹性可以很大,这一点是其它分布器难以达到 的。堰槽式分布器可能提供的淋降点密度较低,更适合于鞍型填料。设计选用时的关键问题是提高分布质量和调 整水平度。1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.年第期总期化工 生产与技术附胡设计步骤已知条件同第三讲初 步设计初 步设计目的是根据所提供的条件初选分布器 的主要尺寸和结 构,以便 进一 步核算 有关性 能 指 标,判 断是否能满足生产要 求。步骤 如下选择 淋 降点密度户根据填 料类型 和分布要求按第一讲表选择淋 降点密度,。计算 淋 降点数并取整户根据塔径大小选 择堰槽 数,和分流盒数户选 择时 可参照专业 公司标 准,如 表为美国公司的一个 标 准,该 标准所 规 定 的槽宽较 大,不 分塔径 大小 皆取,国内有些设计取较小宽度和较多槽 数。衰塔径与堪抽数和分流盒数的关系现。按第一讲式根 据极限液体流量,计算极限液头 高度,若 达不到则通过改变形堰夹角和开口高度进行调 整。计 算 分 流盒 极 限液 位 高度,和、二,当液位太低 或过高时,应调整分流 盒 及其排出口尺寸。塔径。堰槽数分流盒数布置堰槽和分 流盒并初定其尺寸根 据 气、液 负荷 确定 堰 槽和分流 盒的截面尺寸,并 通过图面布置确定它们 的长度。,布置形堰和初定 夹角、尺寸布置分流盒孔口位 置并初定其尺寸进料 管设计堰槽和分流盒支承装置设计核算核算 淋 降点 密 度,若 达 不 到设 计 要 求可通 过 减 小 槽 宽和增 加 槽 数以及 调整堰 距来实。输输入给定条件件计计算淋降点总选选择和布布置堰槽和分流盒并初定尺寸寸初初定分流盒开孔位置和尺寸寸堰堰槽和分流盒支承装置设计计核核算加料分配管出口速度度计计算气流通道截面积和阻力降降计计算分布质量。结结束打印印圈堪抽式分布器设计框图核算进料分配管出口速度计算气流通道截面积和阻力 降 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.年第期总期化工生产与技术冲附计算分布器 的操作 弹性比操作 弹性比等于式 中为常数,对于形堰,距形堰一。计算分布质量从上述计算过程可以看 到,设计和核算 中,诸参数 的确定 并 非孤立 进 行,计 算 过程需 经 多次反 复,才能达到目的。为节 省时 间可按图所示框图,编为计算机程序来完成。计算实例设计台氛 气硫酸干燥 塔 液 体 分 布 器,已知 塔 径 为 必,选用 的塔 填 料 为 必短 阶梯环,要求 分 布器具有 中等分布质量,操作 弹性比可达到。该塔通过 的氛气流量为 最大二一”,最小、,浓 硫 酸循环量 为 最 大、二,正常,最小价滋,一丫。操作压力,温度,硫酸密度 凡,氯气密 度 今解初步设计选择户因填料属环形开孔类型,其 自分 布能力较差,故从第一讲表选得淋 降点密度户一。计算淋降点数一。选择堰槽数。和分流盒数,偏一蠕了、一一衰堪抽的主要今数序号代号长度从堰数个流量百分率最 大流量正常流量最小 流量对应分流盒开口长度呱火一一二一。连几匕内匕冉乙连勺刀 跳跳爪总计,若按 表选 取,则一,一。因表 中的槽 数 是 根 据槽 宽所 确 定的,现 考 虑到对分布质量 的要求较 高,此宽度 的堰槽,淋 降点 密度难以达 到 上 述 规 定 值,故 槽 宽 减 小 到,相应 的槽数,。布置堰槽和分流盒并确定其尺寸堰槽和分流盒按图布置,图中根相互平行的纵 向线 代 表堰 槽 的 中心线 位 置,槽呈中心对 称 布 置,槽间距 选,槽尺寸 为长长 边 短 边宽高一详 见 表,分流 盒间距,尺寸长宽高二二月,火火之少一一一、子子子子醉孔圈堪抽和分流盒的布里 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.年第期总期化工 生产与技术冲冲布置形堰和初定夹角、尺寸堰 按正方 形 布置图,离塔壁宽度 内不设堰,堰 间距取,夹角一扩,高度,统计得各槽的堰数列 于表,总数 为个。其中,和堰因靠近塔壁,故在弓形区没有淋 降点,这将影响分布质量,为此在该两堰的短边 各 增 加个 堰,并 通 过导 流板 把液 体引流到弓形区的合适位置以改善分布质量。在槽 侧 板 的底 边 加工成 锯 齿 形以利于 导流,顶边作为堰的基准线,安装时调 平用。、,、,。入气丁入。入乙汀根 据国家 标准一选用必无 缝 钢 管,总管 取 必守守】堰槽和分流盒支承装置设计全部采用支耳支承,螺钉固定,固定处可分别调节各槽和分流盒的水平 度,塔的直径位置设一根支承梁,梁上固定有定距条,便于安装时堰槽的定位。核算淋降点密度户点,基本满足要求。计算极限液头高度根据式得圈堰的布皿 和 结构口一一、二一,二丫而一厂一一一一一。,一“普一宁一升,、目嘀一,漆一朴卞十朴书千,是只橱二譬。只咭 叠 号 爱贵豁图分流盒开口布工布置分流盒孔口位置并初定其尺寸分流盒 底面开长 方 形口,中心线同相 应槽的中心线重合,布 置 如图所 示,宽 度 取,个槽开口的长度总和按第一讲式计算若取几一,一,则按最 大液体流量初定开口总长度乏粤只。一乙火丫根据表上各槽的流量比例分别计算得各分 流盒底面 的开口长度,结 果列于同表的最 后一列。进料管设计进 料 经总管 分流人 两 根 支 管 再 进 人 分 流盒,支管 的直径按最大流量计算得。以上核算中从第一讲图得岛一,计算结果表 明 极限液头高度介于一之间,故均能满足操作需要。计算分流盒极限液位高度,二和、二、二的计算结果为,、。为、,只“操作 液位 高度介于之 间,均能满足要求。进料分配管 出口速度火一“二二只一计算气流通道截面积和阻力降分 流盒和堰槽交 界处的横 截面最小,其值为 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.年第期总期化工生产与技术冲橄一”一尸一一故气流最狭窄处 的通道截面积 占塔截 面积的百分率为。因通道较 大,且 气流速度很小,故阻力降可不必核算。核算操作 弹性比操作弹性比等于”,一,一,一,吃,待续作者 简 介蓝 谊仁,年浙 江大学化工系毕业,年受聘为副教授。毕业后从教于浙江工业大学至年月,任教“化工原理”、“场论和张基础”、“传递 过 程”、“工业结晶技 术”、“化工设备流体分布技 术”等课程共年,年至今,还先后参加 全循环 法尿素中试和研究,“活塞式压缩机设计”、“现代塔器技术”等 书编写,多降液管筛板筛板研究和技术推广,负贵新型塔坟料阶梯 环和短阶梯环、金属 和 塑料板波纹 坟料的开 发 和研究,坟料塔流体分布理论 研 究,坟料塔液体和气体分布器的 研 究、开发,发表论著多篇。曾获省级二、三等科技、教学、论文奖项。现专业从事新型塔器技术的推广、开发工作,其中大型电化厂抓气干燥和硫 酸雾 分离 改造技术已通过省级鉴定,达国内领先水平。一一、,偏一偏了、一一实际操作弹性比小于允许值,能 满 足正常生产 的要求。计算分布质量根据和法作图求得,。再 根 据 第一讲式计算得刀一一一二一一一综 上各 项 指标可以看 出,该 分布器 的设计是合理 的。参考文献,一工七”舒,一川,一,月十洲片一翻卜今卜月令一睑翻卜草酸二乙酸本品又名乙二酸二丁酸,是一种有机合成原料,可方 法主要 是 草 酸醉化脱水法和 一氧化碳偶合法 两种。用 作 硝基纤维素增 塑剂,以及生产卡尔明、苯巴比妥、目前正在开发采用 一氧化碳和乙醉气相催化氧化制取音每素、长效磺胺、杨销新药新诺明等的原料。此外,它草酸二乙醉的新工艺。由于新诺明药物 的市场需求还 可用于 塑料、香料、染料和电子等行业。国内近年来较大,加之其他行业需求的增加,导致草酸二乙醋市场的生产发展较快,生产厂家有安徽龙京 草酸厂、牡丹 江供求趋 紧。预计国内目前的的年播求万左右,供银澳化工厂等余家,年总产左右。其生产播 尚有部分缺口。,