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石油化工
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PETROCHEMICAL TECHNOLDGY
2001年第30卷增刊
大型填料塔液体分布器的设计应用
孙希瑾,陈建娟,秦
(中国石化工程速设公司,北京10001)
[1对大型填料塔液体分布器的设计模型及设计标准进行了深入的研究,并将成果应用于实际工程设计中。
[关词]分布器;孔流系数;占位高;分布质量;设计标准
填料塔是一种重要的气液传质设备。与板式塔相比,填料塔具有效率较高、通量较大、压降较低、持液量
较小等优点,在低压操作、热敏性物系的分离和节能等方面有其特有的优越性。因此在20世纪70年代初期
出现世界性能源危机之后,性能优良的新型塔填料相继问世,特别是高效填料及新型塔内件的不断开发应用
和基础理论研究的不断深人,使填料塔的放大技术有了新的突破,填料塔的应用范圃不断拓宽,改变了以板
式塔为主的局面。
大型填料塔的难点在于如何解决好放大效应问题。美国I作为具有权威地位的精馏研究中心,自20
世纪0年代起,在工业规模的热模试验塔内对填料性能进行了系统的研究,二十多年的研究结果表明:塔径
对填料性能的影响很小,填料床层上液体的初始分布是影响填料效率发挥的关键因素。也就是说,解決填料
塔放大问题的关键是液体分布器的设计。
90年代,国内自行设计的填料塔直径已达6.8米,平稳运行多年。但从设计角度来街量,还是很粗
的,与国际水平有距离。主要差距在于设计标准不完善和设计模型不准确而导致的分布器占位高,结构没计
不精良。
1确定液体分布器工艺参数的设计标准
1.1液体分布的合理选型
液体分布器种类繁多,结构各异。常用的液体分布器大体上可以分为三种类型:第一类为喷淋式液体分
布器;第二类为盘式液体分布器;第三类为槽式液体分布器。见图1。
喷淋式液体分布器为压力型分布器,液体在一定压カ下进入一个或若干个喷嘴。由于喷嘴设计成广角
锥形,使喷出的液体成圆形均匀分布在填料表面上。选用这种分布器时,影响填料传质效率的因素较多,
被输送液体的压力、物性、喷喘的型式和尺寸、喷嘴离填料床层的髙度等。因此,当设计高分馏效率的填料塔
时,喷淋式分布器的设计需要慎重考虑。该种分布器不信要严格的水平度,特别适合于作为传热为主、传质
为辅的填料塔的分布器。对于大直径的塔,它是几种分布器中最廉价的。
盘式液体分布器适合于液体流量变化较大的场合,其操作弹性可以达到3或者更高。通过增加开孔数
目和孔径可以获得更高的操作弹性。但盘式分布器的共同缺点是:气体流通面积一般较其它类型的分布器
为小,气流通过分布器的压降较大,对水平度的要求较高。
槽式分布器为重力型分布器,在大、中型填料塔中的应用十分普遍。它适用于液体流量范较宽的场
合。其操作弹性可以达到4或者更高。该种分布器的气相流通面积比盘式液体分布器大,因此可降低气流
通过分布器的压降。壁开孔的槽式分布器还具有抗结垢能力,使固体杂质沉积在的底部。这种分布器
对水平偏差十分敏感,因此安装时要保证水平度。
〔作者简介1孙希(19%1-),女,北京市人大学,高级工程师,电话010-6490266-60,电郎 unxjin@ bpec.om.c。
孙希瑾等:大型堞料塔液体分布器的设计应用
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性能优良的液体分布器首先应保证操作的可行性,即应保持分布器各流道杨通无阻:防止结垢、结焦、聚
合、固化、沉淀、发泡、闪蒸、腐蚀等现象的产生,避免分布器堵塞、倒塌和液体的飞溅、化、夹带等
图1儿种典型分布器的结构示意图
高性能液体分布器是填栂塔的高效率得以充分发挥的保证。但是选用液体分布器时,不館一味地追求
高性能的液体分布器,因为分布器的性能越高,其结构就越复杂,造价也就越高。所以应该对具体情况做具
体分析,从经济性的角度出发,合理选用液体分布器。对于大直径塔,易于安装及调试水平,也是合理选用液
体分布器的重要环节。
1.2液体分布均匀
液体均匀分布的三条标准{2是:足够的喷淋点密度;喷淋点分布的几何均匀性;喷淋点间流量的均匀性。
因此,要保证液体分布均匀,要从以下几个方面着手:1)喷淋点的密度;2)喷淋点的排列形式:3)边喷淋点离
塔壁的距离;4)喷淋孔的最低流速;5)水平度的保证、泄溝量的控制;6)喷淋孔尺寸精度。
1.2.1喷淋点的密度
喷淋点密度是液体分布器设计的参数之一。在设计填料塔时,需要多大的喷淋点密度是一个复杂的问
题。它与填料类型及其尺す大小有关,还与塔径大小、操作条件、产品要求等有一定联系;而每一个分布器所
能提供的喷淋点密度与分布器的类型和结构、气液流量大小以及流体物性等密切相关。
对于一定的体系、不同类型和尺寸的填料,为发挥潜在的效率,填枓本身所要求的液体分布器的喷淋点
密度是不同的。一般说来,环鞍形填料大于环形;新型开孔填料大于拉西环之类的非开孔填料;填料尺寸增
大,所需喷淋点的密度减少;规整填料可根据比表面积大小确定喷淋点密度,比表面积越大,所需喷淋点越
多,其值远大于散堆填料。
FRI的试验结果]表明,对给定尺寸的填料,喷淋点密度在一定范围内变化时,对填料的效率没有本质
的形响。在分布器设计中,最普遍的错误是提供过多的喷淋点,以致于孔眼或凹操作的最低液压头过低,
孔眼直径过小,对不水平度非常敏感,而且容易堵塞。但是,如果喷淋密度过小,导致床层边缘喷淋不足时,
也会严重地影响填料的整体性能。因此在设计分布器时,应注意选择合适的喷淋点密度范围。对于鲍尔环