立式重力气-液分离器的工艺设计

立式重力气-液分离器的工艺设计
许建华
【摘要】Gravity gas-liquid separator has been widely used in the chemical industry,and the most used of which is the vertical gravity gas-liquid separator.In this paper,a brief introduction to the common gravity gas-liquid separator is introduced,and as an example,an engineering design of a gas-liquid separator is showed.The selection of equipment and the key parameters of vertical gravity gas-liquid separator are introduced in details,and several key issues which should be cared in the process design are also listed.%重力气-液分离器在化工生产中一直被广泛应用，其中以立式重力气-液分离器应用最多。

简单介绍了化工装置中常见的重力气-液分离器，并以一台气-液分离器的工程设计为例，就立式重力气-液分离器的设备选型和关键参数的工艺计算做了详细介绍，并指出了立式重力气-液分离器在工艺设计中应注意的几个问题。

【期刊名称】《化工设计通讯》
【年(卷),期】2016(042)007
【总页数】2页(P99-99,124)
【关键词】重力气-液分离器;设备选型;工艺设计
【作者】许建华
【作者单位】南京扬子石油化工设计工程有限责任公司，江苏南京 210048
【正文语种】中文
【中图分类】TQ053.2
重力气-液分离器因分离负荷范围大，在化工生产中一直被广泛应用。

重力气-液分离器有两种型式：立式重力气-液分离器和卧式重力气-液分离器，生产装置中以立式重力气-液分离器应用最多。

重力气-液分离器适用于分离液滴直径大于200 μm的气-液分离［1］。

立式重力气-液分离器的优点是气液分离空间大，有利于中间混合层的连续分离，占地小；缺点是液体流动方向与重力方向相反，不利于沉降，液面稳定性差。

卧式重力气-液分离器的优点是液体流动方向与重力方向相垂直，有利于沉降分离；缺点是气液分离空间小，占地面积大，不适宜用作要求缓冲容积太大的分离器。

当液体量较多，高液面和低液面之间的停留时间较长时，一般采用卧式重力气-液分离器；当液体量较少，停留时间较短，或液面高度是通过各个液位调节点之间的最小距离来加以限制的，一般采用立式重力气-液分离器。

工程设计过程中，通常根据流体的体积含气率进行重力气-液分离器选型。

下面以设计一台气-液分离器为例，介绍重力气-液分离器的设备选型和工艺计算。

设计分离的气-液两相流混合物的状况详见表。

根据文献［1］，两相流中的体积含气率计算公式如下：
式中β —两相流中的体积含气率；
Vg—气相体积流量，m3/h；
Vl—液相体积流量，m3/h。

由上式求得两相流中的体积含气率β=0.984，液体含量较少，故应采用立式重力气-液分离器。

3.1 分离器内的气速
气体流速对分离效率是一个重要影响因素。

如果流速过大，气体在分离器内的停留时间小于悬浮液滴所需的沉降时间，部分液滴来不及沉降即被气流夹带出分离器，这样就降低了分离器的分离效率。

只有当分离器中的气体流速小于悬浮液滴的沉降流速时，液滴才能够分离出来。

液滴在流体中沉降时，同时受到重力、浮力与阻力3个力的作用，当受力达到平衡，即重力-浮力=阻力时，液滴的沉降速度达到最大。

根据浮动液滴的平衡条件［1］，计算可得液滴的沉降速度Vt=0.417m/s。

为了取得好的分离效果，设计选取分离器内气体流速ue= 0.7Vt=0.292m/s。

3.2 分离器直径
分离器的直径大小决定了分离器内的气体流速：
式中D—分离器直径，m；
ue—分离器内的气体流速，m/s；
其他符号同前。

根据设计气体流速ue=0.292m/s，计算求得气-液分离器直径D=1.173m。

设计气-液分离器直径D=1.20m。

3.3 分离器高度
分离器高度分为气相空间高度和液相高度，本文所指的高度，是指设备的圆柱体部分，如图1所示。

低液位（LL）与高液位（HL）之间的距离，采用下式计算：
式中：HL—低液位（LL）与高液位（HL）之间的液体高度，m；
t—停留时间，min。

停留时间（t）以及分离器底部容积的确定，受上、下游设备的工艺要求等因素影响，没有统一的规定和标准。

其他高度如气相空间高度等可按照图1所标尺寸及设备、仪表的需求确定。

将气体流速ue=0.292m/s代入式（2），得D=1.17m，设计取值D=1.20m。

设计停留时间t=6min，根据式（3），得HL=1.32m，设计取值HL=1.40m。

根据图1，统筹考虑接管位置和相关仪表的安装位置，可求得分离器高度：
1.40+0.10+0.20+1.50=3.20m。

3.4 入口接管
入口接管及其所连接的管道为气-液两相流管道，其管径不能仅仅由滞流和湍流确定，而是要取决于不同的流动型态（分层流、泡状流、雾状流、波状流、环状流、块状流、塞状流）和两相之间的自由界面等因素。

块状流的流体压力波动且不稳定，会使弯管等管件受到冲击、碰撞，并使管道发生严重振动，导致管道和设备破坏。

因此，在计算两相流管道直径时，需要根据工程经验采用不同方法对不同的情况加以修正。