填料塔液体分布器分析.pdf

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第24卷第4期
化学工程
1996年8月25日
Cir EMICAL FRG/ EERIAGCHINA)
Abg.25,196
填料塔液体分布器分析
逭仁徐崇嗣
浙江工业大学化工系,抗州310014)
で//a
论述液体分布器在填料塔中的重要地位,对液体分布器的基本要求、六种分布器
的结构特点进行了分析,介绍了液体分布器的选择方法。
关鍵词:液体分布器轵料饰体流动流体力学
近来随着各类高效、低压降、大通量新馏,当使用不同形式液体分布器时HEP的
型散堆和规则填料的开发、推广和应用,尤羞別,实线代表使用堪型,分布点密度32点
其是在大直径、浅床层、高真空填料塔中的/m2,虚线指盘型,10点/m:",图1b表示直
应用,对流体初始均匀分布提出了更苛刻的
2
要求,使得传统、通用的盘式、榑式和管式
堰型
研究机构和专业公司,通过大量的基础研究,15
分布器难以满足各项指标。国内外许多学校
开发出越来越多有效的分布器,以满足市场
盘型
需要。怎样认识和选用这些分布器成为一个
新的课题,本文试图对此加以分析。
75
负荷百分率
液体分布器的要性
15
在新型填料塔技术中,液预分布十分
重要,这是因为
(1)不良初始分布必然导致分离效率急1?
剧下降
许多著名学者在这方面进行了理论和实
验研究。荷兰 Delft大学的Hoek]指出,对于
51020304050607o8ogo1do
分布质量,%
1英寸填料,由于分布不良其HETP会增
图1(a)液体不良分布对效率的形响
大1~2倍。图1为两个实例,图1a由FRI
b》乙帰氢化吸收
提供,25mm鲍尔环用于环已烷-正厌烷精
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径3.2m的乙烯氧化吸收塔分布质量与理论
级数间的关系,通过改善分布质量,分离级
几乎达到原来的2倍。 Albright]通过计算机
塔
塔
模拟试验也证明了分布器的设计对填料塔的
总效率有可观的影响。
实践证明,没有良好的液体分布器,填
AI
料塔甚至不可能正常操作,新型高效填料的
堵底
底
优越性难以发挥。由 Norton公司开发的lh
恢段而度
talx填料是一种性能优越的填料,该公司认
床高
为这种填料操作的好坏,关键在于分布器的
良好分布
设计上,为此他们在推出填?前,在塔内件
不良分布
研究上做了大量工作回
阳2效卑随床高的化
分布对效率的影响,在塔径与填料直径
一液浓度
比特大(>40)和特小(<10)的场合尤其上有明显的优越性。图3?为三类填料径向
重要[
(2)不良液体初始分布难以达到填料层分布系数的实测结果,由图可分析其变化规
的自然流分布
律
Albright[提出自然流分布的概念,并通
过计算机摸拟证明:每一种填料有一自然流
0.0D5
分布,不论初始分布好坏,只要有一段足够
0.004
高度的填料层,初始分布终会转化为自然流
分布,理想的初始分布将衰变成自然流分布
不良分布,有时要经历一段很长流动距离,再
慢慢转化为自然流分布。这些结论还被HoeR
等人的实验研究所证实。Pery等人在直
径1.2m的精馏塔中,使用25mn鲍尔环,测
定了使用不同液体分布器时,填料层各截面
的效率变化,示于图2,对比两种初始分布沿
填料尺す,m
塔各截面的效率变化,不良初始分布要经过
图3径向分布系数
半的床层高度(称恢复段高度),流动才能
拉酉环■鉋尔环▲蚋特环
达到自然流,效率趋向稳定的较高值。
(3)新型高效填料一般具有较小的径向
填料搭的大型化和新型填?的应用,意
分布系数
味着塔径与填料直径比将增大和填料层的径
为表示规则和乱堆填料液体径向分布的向分布系数减小。因此将初始不良分布转化
需要,Hok等人发展了径向分布系数的概为自然流分布更困难。这也许正是现代填料
念。径向分布系数越大,初始液体分布越易塔技术更加依赖于良好初始液体分布的一个
趋近于自然流分布,此外径向混合还会补偿重要原因。
液体分布不良导致传质推动力下降的影响,
新型填料较之古老拉西环,究竟何者会
从这一点看,径向分布系数大的填料,性能产生更大壁流是一个令人感兴趣的问题。较
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大的径向分布系数,意味着液体容易扩散到
2)分布均匀
壁而,同时从壁面返回主体区的可能性也大,
ery等人叼提出液体均匀分布的三条
Gun]通过实验酐究得到的结论是:新型填标准是:足够的分布点密度分布点分布的
料(MTP, Nutter Ring, Superlntalox Saddles,几何均匀性;淋降点间流量的均匀性。
Pall Ring),当流动充分发展后,其壁流区的
设汁一座填料堦,需要多大的分布点密
流量要大于拉西环」不过液体往壁而流动的度是一个复杂的问题。它与填料类型及其尺
速率也远小于拉西环。这就是说,新型填料寸大小有关,还与塔径大小、操作条件等有
液体难于到达塔壁,但一旦到达返回主体区一定联系;而毎一个分布器所能提供的分布
的能力也差。故新型填料塔对液体初始不良点密度与分布器的类型和结构、气液流景大
分布更为敏感,不良初始分布有时会导致更小、流体物性等密切相关
大壁流。而一旦有一个优良的初始分布,贝则
各文献上推荐的分布点密度值相差甚
能保持一段很长的流动距离。
大,详见下表。多数人主张此值控制在100点
/m2左右,大致规律是:环形填料大于鞍形
2对液体分布器基本要求的分析
新型开孔填料大于拉西环之类的非开孔填
性能优良的液体分布器必须满足
料;其料尺寸增大,分布点密度减小」低喷
(1)操作可行性
淋密度应取较大的分布点密度」实验塔高于
保持分布器各流道畅通无阻?防止结垢、工业塔;规则堪料还可根据比表面大小确定
结品、结焦、聚合、固化、沉淀、发泡、闪分布点密度,比表面积越大,分布点越多,其
蒸、腐蚀等现象的产生而导致飞溅、雾化、夹分布点密度远大于散雄填料.
带、堵塞以致崩溃、倒塌而破坏了掖体的正
常流动和均匀分布。
分布点密度推荐值
推荐者
推荐值,点/m
适用于
Billetl'」
≥250
25~75散堆料
Eckert[们]
≥
径向扩散系数校大填料
65~~86
径向护散系数较小填料
Albrigh
页层每10~12
散填料
填料有一分布点
chCo「
中25,∮50环形真料
很少超过6
淋密度50m3/(m2?h)左右
儒要更多分布成
淞密度2.5m2/(m2?h)左右
各种填料
l6」~215
根据