填料塔及填料塔主要附件

  填料塔及填料塔主要附件_交通运输_工程科技_专业资料。填料塔及填料塔主要附件 刘 应 国 ( 四川空分设备集团有限贵任公司技术中心 四川省简阳市建设路 29 610) 8 号.440 摘要 介绍

  填料塔及填料塔主要附件 刘 应 国 ( 四川空分设备集团有限贵任公司技术中心 四川省简阳市建设路 29 610) 8 号.440 摘要 介绍了 填料塔的优点及其在空分设备上的应用, 较详尽地闲述了 琪料塔 的结构和主要附件。图 6 , 关健词: 镇料塔 坡料 主要附件 一、 前言 空分设备是一种高能耗设备。采用结构 先进、 效率高的塔, 是设备稳定操作、 降低能 耗的方向。 最近十多年, 填料塔特别是规整填 质表面。 两相的组成沿塔高连续改变。 三、 镇料及镇料特性 1 填抖 . 料塔以其具有低压降、 高传质效率的优点正 逐步取代筛板塔。 根据了 解到的情况, 规整填 料塔, 国 LN E公 司 19 已用 于 德 ID 90年 600 粉 空分设备, A C 公司已用 60m h 美国 P I 于 700 / 20m' h空分设备,R X I P A A R公司已 用于 800 ' 空分设备。 00m / h 进入 9 年代后, 0 国际知名的深冷设备公司在上塔和氮塔中以 规整填料塔取代了筛板塔, 仅对下塔仍保留 采用筛板塔。但近来下塔改用规整填料塔也 有逐步增加的趋势。 近年来, 国内有关厂家和 高等院校都致力于对填料塔进行研究, 以设 计制造一种比表面积大、 分离效率高、 阻力 小、 重量轻、 强度好、 结构先进、 操作毯定的精 馏塔, 井在实际中得到推广和应用。 二、 镇料塔的结构与操作 填料塔为一直立式圆筒, 内有填料置于 靠近筒底部的支承板上。 气体从底部被送入, 液体在塔顶经过分布器被淋洒到填料层的表 面七 。液体在填料层中有趋向塔壁流动的趋 势, 故填料层较高时常将其分成数段, 两段之 间设液体再分布器。 液体在填料表面分散成 薄膜, 经填料间的缝隙下流, 亦可能成液滴落 下. 填料层的润湿表面就成为气、 液接触的传 填料是填料塔气液接触的元件, 正确的 选择填料, 对塔的经济效果有着重要影响。 从 填料塔用于工业以来, 填料的结构型式有了 重大的改进, 前为止, 到目 各种形式、 各种规 格的坟料己 有几百种之多。填料改进的方向 为增加其通过能力, 以适应工业生产的需要; 改苦流体的分布与接触, 以提高分离效率。 填 料可分为乱堆填料和规整填料。 乱堆填料与 规整填料相比, 气液两相分布不均匀, 从而导 致塔的分离效率下降。由于工业现代化和节 能的需要, 要求塔设备具有高的分离效率和 低的压力降, 有时则要求塔设备能适应较高 的气速或在较小回流比下操作, 于是促进了 规整填料的发展。 规整填料的类型很多, 有的着重于气液 流道的安排, 使气液尽可能均匀分布: 有的侧 重于接触面的扩大; 有的则考虑尽量降低阻 力, 而出现各种平行板膜式填料。 0 6 年代波 纹填料的出现, 较为满意地解决了流体分布 均匀、 有效传质面积大和阻力小等间题。 波纹 填料有丝网波纹填料和板波纹填料两种。目 前已在精馏、 吸收、 解吸等单元操作中得到了 广泛应用, 取得了 较好的经济效果。 2澳料特性 . 8 7 填料特性是表示填料性能、 特征的物理 最, 其中重要的有 ( I比表面积 每单位体积填料的表面 ) 积, 符号为 。单位 m / a或 1m) , zm ( / 。比表面 积大则能提供的相接触面积大。 ( 每单位体积填料的空隙体 幻空隙率 积, 符号为 。单位 m m ( , 丫 '无因次) 。空隙率 大则气体通过时阻力小, 故流量可以增大。 () 3镇料因子 由前面两填料特性组合 而成, 具由QE的形式( / ' 单位为 1m)为表 / , 头 心 ? 盘 只 日 .F .F 示 填料阻力及液泛条件的重要参数之一。 因 填料经淋洒之后, a 。 其 和 均有所改变, 按干 填料算出的 QE值不能确切地表示填料淋 / 3 湿后的水力学性能。 故把在有液体淋洒的条 件下实测的相应数值, 称为填料因子, 符号为 X, l单位为 1mo / 必值小则阻力小, 发生液泛 时的气流速度高, 亦即水力学性能好。 四、 填科塔内的流体流动 为表达方便计, 塔内气体的流速以体积 流量与塔截 面积之 比表示, 其单位为 m V ms或写成m s即线, /, 称为空塔 速度 u 。气体在填料空隙穿行的实际线速度 等于 uE /。液体的流速亦以体积流量与塔截 面积之比表示, 其单位为m / ' 称为淋洒 ' s m , 密度L . v 淋洒密度与填料比表面积之比L / v 。 反映液体沿表面流动的速率, , 其单位为 m / s即 m /, 气体通过干填料层流 ' , ' m s 动时, 压力降与流速反映到对数坐标上成线 直线 A所示, 直线与气体按湍流方式流过管道时一△ ., P 与u 的关系相仿。 有液体淋洒到填料表面时、 因可供气体流动的自由截面缩小, 在同样气 体空塔速度之下, 压力降将上升。 若很小, 填 料表面的持液量可忽略, △ 与u 则一 P 的关系 曲线仅从线A的位置稍向上移, 斜率基本上 不变。 若淋洒密度较前增大, 则关系曲线将成 为线B 线B o 表示气体速率较小时的一段, 虽 在线 A之上, 但大体仍与线 气体空堪趁度。 图 I 压力降与流速的关系曲线 过与点 L相当的数值后, 线的斜率便增大, 其值约为 25 .。此时上升气流对液流的曳力 增大, 使填料表面持液量增多, 占去更多空 隙, 气体实际线速度与空塔速度的比值显著 提高, 故压力降增加比以前更剧烈。 此种现象 称为“ 载液” 。 气体速度再增加, 达到与点 F相当的值 时, 上升气流对液体所产生的曳力, 以增大至 足以阻止流体下流, 于是液体充满填料层空 隙, 气体只能鼓泡上升, 压力降急剧上升到与 气流速度成垂直线关系。此种现象称为“ 液 泛” 。液泛一般开始发生于填料层顶部, 气速 稍一增大, 随即扩展到全塔, 但若填料支承板 处的自由截面不足, 液泛便在填料层底部开 始。 若液体淋洒密度更大, 则压力降与气速的 关系曲线位置便更高, 如线 C所示, 而达到 载液与液泛的气速更为降低。 五、 液体分布装盆 填料塔操作时, 在任一横截面上保证气 液的均匀分布十 分重要。气速的均匀分布取 决于液体分布的均匀程度。 因此, 液体在塔顶 的初始均匀分布, 是保证填料塔达到预期分 离效果的重要条件。为了使液体初始分布均 匀, 原则上应增加单位面积上的喷淋点数。 但 是, 由于结构的限制, 不可能将喷淋点设计得 很多, 同时, 如果喷淋点数过多, 势必每股液 流的流量过少, 也难以保证均匀分配。此外, 不同填料对液体的均匀分布的要求也有差 别, 如高效填料因流体不均匀分布对效率的 影响十分敏感, 故应有较为严格的均布要求 常用填料的喷淋点数可参照下列指标: D 40 m时, 3c , s m 0 每 0m 塔截面设一个 喷淋点; - 70 m时, 6c z M1 m -5 每 0m 塔截面设 一个喷淋点; s0m 时, 20m 塔 D 1 0m 2 每 4c a 截面设一个喷淋点。 波纹填料其效率较高, 对液体均布要求 也较高, 依据波纹填料的效率高低及液量大 在多孔型布液装置中, 排管式布液器是 目前应用最为广泛的分布器之一。排管式布 液器结构如图 2液体由上方的中心管引入 , 经水平主管通过支管上的小孔喷淋。 图 2 排管式布液器 小, 按每2^5c ' 0 - m 塔截面设置一个喷淋点。 0 液体分布装置的位置, 通常须高于填料 层表面 1  ̄ m 以提供足够的自由空 5 0 m, 0 3 0 间, 升气流不受约束地穿过分布器. 让上 任何 程度的壁流都会降低效率, 因此在靠近塔壁 的 1%塔径区域内, 0 所分布的流量不能超过 总流量的 1%。一 0 个理想的液体分布装置应 该是液体分布均匀、 自由面积大、 操作弹性 宽、 不易堵塞、 装置的部件可通过人孔进行安 装拆卸。目 前常用的液体分布装置主要是多 孔型和滋流型。 1多孑型布液装五 . 乙 系借助孔口以上液层所产生的静压或管 路的泵送压力, 迫使液体从小孔流出, 注人塔 内。液层高度宜在 10 0 m以上, 2 ̄ m 1 5 最小 流量以下的液层高度不应小于 5m 以防 0 m, 止气体窜入分布器内 破坏喷淋操作。多孔型 液体分布装置能够提供足够均匀的液体分布 排管式布液器的排液量按下式计算: L 二4 n 场h 、 =/z d( D C l 式中 L 液体流量, — m/ ' s d 小孔直径, 。 — n — 孔数 0 — 小孔流量系数, 通过可取 ( D = 06 06 . - -2 g 重 速度, . s g 98 / - 力加 =1 ' m h 孔口 — 以上的液层高度, m 其小孔数、 孔径随液体负荷而定, 一般孔 径为 3m 且不得小于 2 m, ^5 m, - m 否则易于 堵塞。 在确定结构尺寸时, 需调整支管排数和 和有足够在大的气体通道( 自由截面一般在 7环以 , 0 上)也便于制成分段可拆结构。 缺点 是分布器的小孔易被冲蚀和堵塞, 因此要求 料液清洁, 不含固体颖粒。一般情况下, 祷在 液体进口管路上设置过滤器。 小孔间 距。 每根支管可开 1 3 - 排小孔, - 小孔 中心线, 以满足各股液流到达填料表面时尽量均 布为准。 主管与支管尺寸的确定按喷淋推动 力不同而异。 推动力仅为液柱高度时, 当 水平 主管或垂直中心管内液体流速为 。2 . . -0 3 /, m s支管内液体流速为。1.02 /。 . . s 如 5 m 果喷淋借助泵送压力, 则管内流速可适当提 高, 但要求泵送压力平稳, 否则将引起液流量 的波动。 排管式布液器一般设计成可拆式 , 以 便通过人孔进行装配。 2溢流型布液装五 也是目前广泛应用 的分布器, 特别适用于大型填料塔。 它的优点 是操作弹性大, 不易堵塞, 操作可靠便于分块 安装等。溢流型布液器的工作原理与多孔型 不同, 进入布液器的液体超过堰口高度时, 依 靠液体的质量通过堰口流出, 并沿着溢流槽 ( 壁呈膜状流下, 管) 淋洒到填料层上。 溢流型 布液装置的送液能力可按下式计算: 溢流槽式布液器的适应性较好, 特别适 宜 于 大 流 量 操 作, 一般 用 于 塔 径 大 于 l0m 00 m的塔。 溢流槽式布液器由 若干个喷 淋槽及置于其上的分配槽组成。喷淋槽两侧 具有三角形或矩形的堰 口, 各堰口的下缘应 位于同一水平面上, 喷淋槽两侧堰 口的总数 应满足喷淋点数的要求。分配槽数随塔径及 液体负荷而异, 1 个之间选用, 在 -3 槽内液 体 流速 不高于 0 2 ^ 0 3 s 槽宽 大于 . -m/, 4 . 5m 溢流槽式布液器 1 h L 23hC 二 / -b ' D 2 - ( 2 10 m高度小于 30 m, ) 2m 不易堵塞, 可处理含固体粒子的液体。 其自由 式中 L — 液体流量, 3 m/ s 截面大, 适应性好, 处理量大, 操作弹性好。 b 溢流管周边长或堰口宽度, - m 六、 液体再分布装置 h — 滋流管口以上或堰口下缘以上 当液体沿填料层向下流动时, 有流向器 液层高度 , m 壁形成“ 壁流” 的倾向, 结果使液体分布不均, 0 流量系数, =06 ( . — D 降低传质效率, 严重时使塔中心的填料不能 g 重力加 g 98 / — 速度. . s = 1 2 m 被润湿而形成“ 干锥” 。为了提高塔的传质效 由于滋流管口以上的液层高度对送液能 率, 填料必须分段, 在各段填料之间, 安装液 力影响较大, 值一般较小, 而h 故其任一偏差 体再分布装置, 其作用是收集上一填料的液 都将导致送液量发生较大的变化, 因此滥流 体, 并使其在下一层填料均匀分布。 分段填料 设备安装水平度的要求比孔型严格。溢流型 层的高度应小于 1-2 块理论板, 5 0 且每断金 布液装置中使用较多的一种是溢流槽式布液 器, 其结构如图3 , 属填料高度一般不超过 6 - 5 ^7 m塑料填料 . 不超过 3 m; -4 对于较大的塔 H/ i -3 i (2 , D 且 H/ i i 的下限值为 15 , D . -2否则将影响气 体沿塔截面的均匀分布。高效填料塔 H/ i i D 值可以取大一些。 液体再分布装置的结构设计与液体分布 装置相同, 但需配有适宜的液体收集装置。 在 设计液体再分布装置时, 应尽量少占用塔的 有效高度; 再分布装置的自由截面不能过小 ( 约等于填料的自由截面积)否则将会使压 , 力降增大; 要求结构既简单又可靠, 能承受 气、 液流体的冲击, 便于装拆。 多孔盘式再分布器( 如图4是液体再分 ) 布装置的一种, 也可作为液体分布器用。 为了 与气体喷射式支承板相配合, 故采用长方形 图 3 滋流抽式布液器 升气管。 分布盘上的孔数按喷淋点数确定, 孔 径为 30 m 升气管的直径应尽可能地 -1m 大, 其底部常铺设金属网, 以防填料吹进升气 管中。 这种装置单独用作分布器时, 为了防止 上一层填料来的液体直接流入升气管, 应在 升气管上设盖帽, 盖帽离升气管上缘 4m 0m 以上。多孔盘式再分布器适用的液体负荷范 围为 8 4m / b操作弹性为 3 -15 ' .', , 图 5 液休再分布器 ! 1 . .L 图4 多孔盘式再分布器 先发生液泛。一般要求支承板的自由截面积 与塔截面积之比大于填料层的空隙率。在工 业填料塔中, 最常用的填料支承是栅板。 其结 构简单、 制造方便, 但这类支承是气体和液体 必须逆向通过一个开孔, 常导致板上积累一 近年来, 世界上有名的空分公司都对液 体再分布装置作了 新的改进。 97 19 年四川空 分 设备集 团有限责任公司 的合作 项 目 定高度的液层, 甚至在液量很小时也会发生 此种现象, 造成气液流动阻力很大, 而且通道 易被第一层卧置的填料堵塞, 因而降低了实 际流道的面积, 随着新型填料的开发, 要求性 能优良的支承板与之适应。气体喷射式支承 板作为较好的结构, 普遍采用。 现已 气体喷射 式支承板对气体和液体提供了不同的通道, 既避免了液体在板上的积累,澳门银河网上娱乐, 又有利于液体 的均匀再分配。梁型气体喷射式支承板是当 今世界上使用较多的一种, 它可提供超过 `00” 100空分超级氢塔的液体再分布装置结 构如图5 此再分布装置由两部分组成, 。 首先 上一层填料的液体通过集合器汇集到塔的中 部, 然后由分布器将汇集的液体均匀淋洒到 下一层填料的表面。集合器的升气管应尽可 能地大, 并设有盖帽; 分布器上不设盖帽。集 合器和分布器的高度约 30 m, 0m 整个再分布 10 的自由 0纬 截面, 填料装入后, 仅有一小部 分开孔被填料堵塞, 从而保存了足够大的有 效自由截面, 因此, 在新型填料塔中广泛采用 了这种结构。如图 6 。 ( 98年 6月 4收稿) 19 E l 装置的高度<1 0 m 0m , 0 七、 填料支承装里 填料的支承结构不但要有足够的强度和 刚度, 而且须有足够的截面积, 使支承处不首 柔型 气体嘴射式支承板

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