波纹板规整填料塔液体分布
填料塔的结构及其工作原理
填料塔的结构及其工作原理填料塔的作用是起到吸收作用,是化工、石油化工和炼油生产中最重要的设备之一。
以下讲一下填料塔的结构特点:填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备。
填料塔的塔身是一直立式圆筒,底部装有填料支承板,填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。
填料的上方安装填料压板,以防被上升气流吹动。
液体从塔顶经液体分布器喷淋到填料上,并沿填料表面流下。
气体从塔底送入,经气体分布装置(小直径塔一般不设气体分布装置)分布后,与液体呈逆流连续通过填料层的空隙,在填料表面上,气液两相密切接触进行传质。
填料塔属于连续接触式气液传质设备,两相组成沿塔高连续变化,在正常操作状态下,气相为连续相,液相为分散相。
当液体沿填料层向下流动时,有逐渐向塔壁集中的趋势,使得塔壁附近的液流量逐渐增大,这种现象称为壁流。
壁流效应造成气液两相在填料层中分布不均,从而使传质效率下降。
因此,当填料层较高时,需要进行分段,中间设置再分布装置。
液体再分布装置包括液体收集器和液体再分布器两部分,上层填料流下的液体经液体收集器收集后,送到液体再分布器,经重新分布后喷淋到下层填料上。
填料塔具有生产能力大,分离效率高,压降小,持液量小,操作弹性大等优点。
填料塔也有一些不足之处,如填料造价高;当液体负荷较小时不能有效地润湿填料表面,使传质效率降低;不能直接用于有悬浮物或容易聚合的物料;对侧线进料和出料等复杂精馏不太适合等。
填料的分类填料的种类很多,根据装填方式的不同,可分为散装填料和规整填料。
1.散装填料散装填料是一个个具有一定几何形状和尺寸的颗粒体,一般以随机的方式堆积在塔内,又称为乱堆填料或颗粒填料。
散装填料根据结构特点不同,又可分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料等。
现介绍几种较为典型的散装填料:拉西环鲍尔环阶梯环弧鞍填料矩鞍填料金属环矩鞍填料球形填料(1)拉西环填料于1914年由拉西(F. Rashching)发明,为外径与高度相等的圆环。
化工原理5.6 填料塔
选择气体输
送设备
设计填料塔
的塔径
5.6
5.6.4
填料塔
填料塔的附件
5.6.4.1 支承板
(1)支承板是用以支撑填料和塔内持液的部件。
(2)基本条件:
① 足够的机械强度
② 支承板的自由截面积不应小于填料层的自由截面积,以免气液在通过支承板时
流动阻力过大,在支承板处首先发生液泛。
,1
L ,1
B
Τ
2
2′
பைடு நூலகம்2
∗ =
A
2′ 2
1′
1
X
5.6
填料塔
【例5-12】 填料塔逆流吸收,2 降低,其余操作条件不变,2 、1 、吸收操作线如何
变化?
解:
Y
′
(1) 和S 的变化情况:
Y1
=
/
1
=
=
+
1
Ω
率的三次方之比。
② 特点:反映气体通过湿填料时的流动特性。当流体流过填料时,填料实际空
隙率变小,填料的实际比表面积也发生变化。
5.6
5.6.2.2
填料塔
填料的类型
(1)按装填方式来分——乱堆填料和整砌填料
(2)按使用效率来分——普通填料和高效填料
(3)按结构类型来分——实体填料和网体填料
(4)常见的填料:
(2)逆流操作与并流操作平均吸收推动力的比。(1.83倍)
5.6
填料塔
(2)吸收剂的流量 L
若填料塔的入口条件 , , 一定,吸收剂流量 ↑,即Τ ↑ ,则吸收操作
填料塔液体分布器的设计及应用(文摘)
[收稿日期]!""#$"%$#&[作者简介]蔡新国(#’(’$),男,河北迁安人,#’’#年毕业于河北轻化工学院,工程师,现从事化工工程设计工作。
填料塔液体分布器的设计及应用蔡新国(河北省迁安化工有限责任公司,河北迁安#())#!)[摘要]介绍了填料塔三种不同液体分布器的设计,经过几年的生产实践检验,均达到了设计期望值,对企业的高负荷生产起到了关键作用。
[关键词]填料塔;液体分布器;设计[中图分类号]*+"&,-&[文献标识码].[文章编号]#""($/’"((!""#)"($""!%$"!!概述我公司在#!"01/2合成氨、!""01/2尿素的扩产技术改造过程中,新增加了半水煤气常压脱硫塔,对变换气脱硫塔进行了技术改造,更新改造了净化34!吸收塔等填料塔,均由我公司承担设计任务。
在塔器溶液分布器的设计中,结合生产实际,灵活运用了溶液分布器设计的基本原则,在生产中收到了满意的效果。
本文对这些塔的液体分布器装置设计进行总结,以供同类型企业及相关行业改造设计时参考。
"填料塔液体分布器设计实例!5#半水煤气常压脱硫塔!5#5#设备规格!&!""667,!%("66,内装!/(667,%667!66聚丙烯阶梯环填料,共分三层,每层填料高&6,每层,%"66为整齐放置,上方乱堆。
!5#5!液体分布器型式压力排管式液体分布器(如图#所示)。
其主要尺寸:主管!)%"667#"66;支管!#,,667)5&66,共#(根,支管下方及与垂直方向成#&8角位置,交错开!#!66的降液孔!")"个,孔间距为!"66;主管下方与垂直方向夹角#&8、,"8、)&8开(排!#!66的降液孔#))"个。
填料塔的施工要求
填料塔的施工要求填料塔的制造与安装应按设计要求进行,不能一概而论。
有些设计对制造、安装的某些误差精度要求较高,而另外一些设计对制造、安装的这些误差精度要求可能并不太高,误差稍大,并不影响塔的正常操作。
静压孔流式液体分布器受安装水平度的影响,若设计液位只有50mm,对水平度的要求较高,否则会导致液体分布不均,水平度偏差10mm,两点液量相差11%;若设计液位200mm,水平度稍差,对液体分布不会有大的影响,水平度偏差10mm,两点液量相差只有2.5%。
制造与安装精度虽不可一概而论,某些精度也无标准可言,但仍有公认的误差精度可供参考。
1、填料塔的垂直度由于塔节的对接、塔节与裙座的对接、塔的基础及热变形等因素的作用,塔不可能做到绝对垂直,因此使塔产生了垂直度偏差。
在填料塔填料层内,液体受重力的作用趋于垂直下流,因此若塔有倾斜,液体将优先流向倾斜的下一边塔壁,倾斜的上一边液流小,气体则优先流向倾斜的上一边塔壁,结果导致填料层内的气液分布不均,分离效率下降,许多工程实践证明了这一点。
多数结果认为,每倾斜一度分离效率下降5%~10%,规整填料由于塔倾斜而引起的效率下降较散装填料要小。
规整填料的倾斜度应小于0.2°~0.5°。
填料塔静压液体分布器的水平度要求很高,应在塔安装就位后现场安装,以避免塔垂直度对分布器等水平度的影响。
塔的无规则小摇动,不会使塔效率有大的下降,较垂直塔的效率下降小于10%。
塔的无规则摇动会使液体分布器分布性能下降,使液体分布器溢流,使塔的效率大幅度下降,使用管式分布器可避免此类事故发生。
很高的塔,由于风载的影响,塔顶摇动很大宜采用管式液体分布器。
2、填料塔的椭圆度一般认为,填料塔的椭圆度并不影响填料塔的性能,只是影响塔内件及填料的安装。
散装填料的安装并不受塔椭圆度的影响。
为了便于安装,规整填料塔的塔径误差需予以限制,常规规整填料塔推荐误差可以查取相应的设计手册。
3、塔填料的制造与安装填料的开发、制造一般由填料制造厂完成,填料的性能数据也由制造厂提供,其质量也应由制造厂保证。
塔填料及液体分布器研究
塔填料及液体分布器研究摘要:近年来,随着先进科学技术的改革和发展,我国填料塔技术发展已逐渐趋于完善,新型散堆填料塔技术的综合应用性能非常好,所以其应用范围最广,本文将结合实际应用案例对塔填料及液体分布器进行深入研究。
关键词:塔填;液体分布器;研究自改革开放以来,我国工业科学技术进入了飞速发展的阶段,随着力学理论、传质模型不断的发展和完善,塔板技术已突显出了其技术领先地位。
现阶段,由于能源供需关系紧张,我国塔板技术的应用面临着前所未有的挑战,如何完善塔板技术的应用,降低工业生产技术的能源消耗量等问题已成为我国广大塔填料工程设计人员研究讨论的重点问题。
常用的精馏塔设备主要有填料塔和板式塔两大类,两种设备的运行效果存在很大的差异性,传统板式塔其制作工艺复杂,能源转化率低,填料塔的制作工艺简单,能源转化率高。
目前,我国大多数工业企业应用的精馏塔设备类型为塔填料,本文通过塔填料类型深入探讨液体分布器的应用问题和研究发展方向[1]。
1.塔填料类型1.1.散堆填料散堆填料及塔设备是进行吸收、精馏、干燥、萃取等传热处理的主要装置过程,在传质、传热过程中,散堆填料的气-液、液-液变化明显,随着计算机网络工程技术的发展,散堆填料技术已经逐渐走出了传统传质、传热能源消耗量大的困境,在反应蒸馏、流化干燥、超重力分离等领域都发挥着重要作用,具体表现在以下几个方面:①散堆填料的规律化、规范化,和传统填料形式进行对比分析可知,在填料时,应时刻保持填料的重心在纵向取向上,这种填料形式可以将填料表面的液膜更均匀;②降低填料塔的压强,使装置设备的传质效率大幅度升高;③对不同类型填料形式,采用不同种填料技术,目前开发应用的调料类型主要为散堆填料,其填料功能的复合化程度非常高,适用于多种填料技术;④因为散堆填料技术拥有较强的催化作用和传质作用,这种优良的应用性能可以在一定程度上提高装置的传质效率[2]。
1.2.规整填料规整填料是近几年发明的新型填料形式,其设计方法和应用性能和三推填料有很大差别。
填料塔的结构及其工作原理
创作编号:GB8878185555334563BT9125XW创作者:凤呜大王*填料塔的结构及其工作原理填料塔的作用是起到吸收作用,是化工、石油化工和炼油生产中最重要的设备之一。
以下讲一下填料塔的结构特点:填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备。
填料塔的塔身是一直立式圆筒,底部装有填料支承板,填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。
填料的上方安装填料压板,以防被上升气流吹动。
液体从塔顶经液体分布器喷淋到填料上,并沿填料表面流下。
气体从塔底送入,经气体分布装置(小直径塔一般不设气体分布装置)分布后,与液体呈逆流连续通过填料层的空隙,在填料表面上,气液两相密切接触进行传质。
填料塔属于连续接触式气液传质设备,两相组成沿塔高连续变化,在正常操作状态下,气相为连续相,液相为分散相。
当液体沿填料层向下流动时,有逐渐向塔壁集中的趋势,使得塔壁附近的液流量逐渐增大,这种现象称为壁流。
壁流效应造成气液两相在填料层中分布不均,从而使传质效率下降。
因此,当填料层较高时,需要进行分段,中间设置再分布装置。
液体再分布装置包括液体收集器和液体再分布器两部分,上层填料流下的液体经液体收集器收集后,送到液体再分布器,经重新分布后喷淋到下层填料上。
填料塔具有生产能力大,分离效率高,压降小,持液量小,操作弹性大等优点。
填料塔也有一些不足之处,如填料造价高;当液体负荷较小时不能有效地润湿填料表面,使传质效率降低;不能直接用于有悬浮物或容易聚合的物料;对侧线进料和出料等复杂精馏不太适合等。
填料的分类填料的种类很多,根据装填方式的不同,可分为散装填料和规整填料。
1.散装填料散装填料是一个个具有一定几何形状和尺寸的颗粒体,一般以随机的方式堆积在塔内,又称为乱堆填料或颗粒填料。
散装填料根据结构特点不同,又可分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料等。
现介绍几种较为典型的散装填料:拉西环鲍尔环阶梯环弧鞍填料矩鞍填料金属环矩鞍填料球形填料(1)拉西环填料于1914年由拉西(F. Rashching)发明,为外径与高度相等的圆环。
(四)塔板上的液体流动安排
一、塔板结构(一)气液鼓泡区(二)溢流堰(三)降液管(四)塔板上的液体流动安排根据液体流量和塔径的大小,塔板上的液体流量安排有:单溢流、双溢流。
(1)单溢流:塔板上只有一个降液管,一般是弓形的,多用于小塔。
(2)双溢流:塔板上有两个溢流堰,上层塔板的液体分成两半,从左右两个降液管流到下层塔板,再分别流向中间的降液管,径中间的降液管流到下层塔板,再由中央向两侧流动。
特点:液体流径短,液面落差小,由于液气比较大的塔。
塔板结构复杂。
二、塔板上气液两相的流动现象汽液两相的接触状态、液面落差、漏液、液沫夹带、液泛(一)汽液两相的接触状态鼓泡接触状态:汽速低时。
接触面积为气泡的表面。
由于气泡少,接触面小,且气泡表面的湍动程度不强,所以传质阻力大。
泡沫接触状态:随着汽速的增加,气泡的数量不断增多,气泡相连,气泡间形成液膜。
在气泡不断相互碰撞、合并和破裂的过程中,液沫表面不断更新,形成一些直径较小、扰动剧烈的动态泡沫。
塔板上的液体大部分以泡沫之间的液膜形式存在。
特点:接触表面大,且表面不断更新。
有利于传热和传质。
喷射接触状态:汽速再进一步增大,气相以喷射状态穿过液层,将塔板上的液体破碎成许多大小不同的液滴,抛向上方空间。
大液滴落下,小液滴被气相夹带走,成为液沫夹带。
特点:液相为分散相,气体为连续相。
液滴的表面成为传质的表面,传质面积大。
液滴的多次形成与合并使液滴表面不断更新,这些有利于传质和传热。
关于泡沫状态和喷射状态下操作的几个问题:1.通常在泡沫状态、喷射状态或两者的过渡状态(混合泡沫状态)下操作,常压精馏塔多在混合泡沫状态下操作。
2.液体流量一定时,汽速小,泡沫状态;汽速大,喷射状态。
一定的汽速下,液流量大,泡沫状态;液流量小,喷射状态。
总之,L/V大,泡沫状态,L/V小,喷射状态。
3.易挥发组分和难挥发组分的表面张力σ难和σ易相对大小接触状态有影响。
对双组分混合液的σ易<σ难,易在泡沫状态下操作。
填料塔气液分布器优化设计原则
1. 填料塔气液分布器优化设计原则填料塔的气液分布器约几十种,它们随着填料塔技术的发展而发展。
在大中型填料塔中,多采用槽式、盘式、管式或喷嘴式。
迄今为止,国内外尚没有一个气液分布器优化设计指导原则,塔器硬件优化进程缓慢。
一是因为维护知识产权和保护经济利益,各公司一般不肯将其高水平的专利气液分布器公开;二是世界上还没有一个公认的权威单位牵头制定这样一个硬件优化模型。
经二十多年的研发、设计和应用,我们做了一点尝试性工作,现将“填料塔气液分布器优化设计原则”———“赵汝文模型”介绍给大家。
填料塔气液分布器优化设计原则塔顶回流槽优先,抗堵喷头或槽盘。
集液布流出侧线,首选槽盘是关键。
液位太低控制难,外流盘槽换槽盘。
集液布液无侧线,筛盘、槽盘任君选。
若遇循环取热段,首推盘槽、盘槽管。
小采下边设循环,新荐环槽共槽盘。
填料上面是塔盘,优选盘槽、盘槽管。
填料下面是塔盘,梁挂一盘挺圆满。
常规盘下穿流板,连创盘槽、盘槽管。
设计改造省空间,新连通槽摘桂冠。
闪蒸进料属高难,管式、槽式有麻烦。
气液初布加槽盘,各种进料包容全。
实践是检验真理的唯一标准,实践也会给该原则作出定论。
深信随着塔器技术的深入发展,该原则将会不断得到完善和发展,并造福于人类。
2. 填料塔气液分布器优化设计原则详解2.1 塔顶回流槽优先大中型填料塔塔顶回流分布器在无脏堵情况下应优先选择带管式预分布器的二级槽式液体分布器,以便于安装、检修,不易形成液沫挟带。
其他形式的液体分布器都不太合适。
如筛孔盘式液体分布器和槽盘式气液分布器上下都需安装空间,所占总的空间高度相对较高,并需多开一个人孔;管式液体分布器布液的均匀性较差;喷嘴式液体分布器容易形成液沫挟带,如增设捕沫器会使设计复杂化。
2.2 抗堵喷嘴或槽盘当某段填料的液体分布器容易被脏物堵塞时,应优先选用螺旋喷嘴式液体分布器或者槽盘式气液分布器。
螺旋式喷嘴式液体分布器是压力式液体分布器,管内液体流速较高。
既不容易堵管,也不容易堵塞喷嘴,其抗脏堵能力相对较强。
填料塔的附属结构
填料塔的附属结构填料支承板(Packing support plate )主要包括:填料支承装置;液体分布及再分布装置;气体进口分布装置;除沫装置等。
要求:(1)足够的机械强度以承受设计载荷量,支承板的设计载荷主要包括填料的重量和液体的重量。
(2)足够的自由面积以确保气、液两相顺利通过。
总开孔面积应不小于填料层的自由截面积。
一般开孔率在70%以上。
常用结构:栅板;升气管式;气体喷射式。
栅板(support grid):优点是结构简单,造价低;缺点是栅板间的开孔容易被散装填料挡住,使有效开孔面积减小。
升气管式:具有气、液两相分流而行和开孔面积大的特点。
气体由升气管侧面的狭缝进入填料层。
气体喷射式(multibeam packing support plate):具有气、液两相分流而行和开孔面积大的特点。
气体由波形的侧面开孔射入填料层。
床层限位圈和填料压板(Bed limiter and hold down plate)填料压紧和限位装置安装在填料层顶部,用于阻止填料的流化和松动,前者为直接压在填料之上的填料压圈或压板,后者为固定于塔壁的填料限位圈。
规整填料一般不会发生流化,但在大塔中,分块组装的填料会移动,因此也必需安装由平行扁钢构造的填料限制圈。
液体分布器(Liquid distributor)作用:将液体均匀分布于填料层顶部。
莲蓬头分布器:一种结构十分简单的液体喷洒器,其喷头的下部为半球形多孔板,喷头直径为塔径的1/3~1/5,一般用于直径在0.6m以下的塔中。
它的主要缺点是喷洒孔易堵塞,且气量较大时液沫夹带量大。
压力型多孔管式分布器:有环形和梯形两种。
优点:结构简单、造价低、易于支承。
自由面积较大,气体阻力小,适用于气体流量很大的场合。
其操作弹性在2~2.5:1之间。
缺点:也存在小孔易堵塞的问题,故被喷淋的液体不能有固体颗粒或悬浮物。
梯形二级槽式液体分布器优点:具有较多的喷淋点数,分布质量比较高,且操作弹性可高达4:1。
填料塔知识要点(填料、分布器等)
填料塔资料(填料及分布器)填料塔知识点提要近年来,工程界对填料塔进行了大量的研究工作,主要集中在以下几个方面:1.开发多种形势、规格和材质的高效、低压降、大流量的填料;2.与不同填料相匹配的塔内件结构;3.填料层中液体的流动及分布规律;4.蒸馏过程的模拟。
物理过程:液体分布、液体收集、液体再分布。
一、填料填料是填料塔的核心内件,为气-液两相接触进行传质和换热提供了表面,与塔的其他内件共同决定了填料塔的性能。
在乱堆的散装填料塔内,气液两相的流动路线往往是随机的,加之填料装填时难以做到各处均一,因而容易产生沟流等不良情况,从而降低塔的效率。
规整填料是一种在塔内按均匀的几何图形规则、整齐地堆砌的填料,这种填料人为地规定了填料层中气、液的流路,减少了沟流和壁流的现象,大大降低了压降,提高了传热、传质的效果。
规整填料的种类,根据其结构可分为丝网波纹填料及板波纹填料。
通常填料盘的直径略小于塔体的内径。
上下相邻两盘填料交错90°排列。
对于小塔径,填料整盘装填,对于直径在1.5m以上的大塔或无法兰连接的不可拆塔体,则可用分块形式从人孔吊入塔内再拼装。
金属丝网波纹填料的缺点是造价高,抗污能力差,难以清洗。
填料的选用主要根据其效率、通量、压降三个重要的性能参数决定。
内件的作用是为了保证气液更好地接触,以便发挥填料塔的最大效率和生产能力。
因此内件设计的好坏直接影响到填料性能的发挥和整个填料塔的效率。
填料举例:BX型金属丝网波纹填料,结构尺寸列于下表:分布器将液相加料及回流液均匀地分布到填料的表面上,形成液体的初始分布。
分布器安装于塔内,主要包括液体分布器、液体再分布器,液体分布器置于填料上端,将回流液和液相加料均匀分布到填料表面上,形成液体的初始分布;液体再分布器与收集器连接,将上段下来的液体再分布。
设计应考虑液体分布点的密度,分布点的布液方式及布液的均匀性等因素,其中包括分布器的结构形式、几何尺寸的确定,液位高度或压头大小,阻力等。
金属波纹板规整填料塔中液体有效流速
金属波纹板规整填料塔中液体有效流速
孙树瑜;王树楹;余国琮
【期刊名称】《化工学报》
【年(卷),期】1997(48)6
【摘要】填料塔以压降小、通量大、持液量小、分离效率高等优点广泛应用于精馏和吸收等单元操作中。
填料塔中液体的流体力学行为对精馏等传质过程有重要影响,而液体在填料塔中的有效流速是液体流体力学行为的重要参数。
例如描述填料塔中液相返混通常用一维或二维扩散模型,其中的有效流速就是重要的方程参数;要精确描述填料塔中相界面的传质行为,液相的真实流速也是关键性的参数。
【总页数】4页(P736-739)
【关键词】填料塔;波纹板填料;液体有效流速
【作者】孙树瑜;王树楹;余国琮
【作者单位】天津大学化学工程研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TQ053.502
【相关文献】
1.液体初如分布对金属波纹板填料液体分布的影响 [J], 董谊仁;计建炳
2.规整填料塔中离子液体吸收CO2的传质与流体力学性能 [J], 代成娜;项银;雷志刚
3.波纹板规整填料塔液体分布 [J], 裘俊红;陈国标;计建炳
4.金属波终板规整填料塔中液体有效流速 [J], 孙树瑜;王树楹;余国琮
5.三角形正波规整填料在脱硫塔中的应用 [J], 吴秀艳;黄吉
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填料塔及板式塔的区别
筛板
效率较高,成本低
安装要求水平,易堵, 操作范围窄 操作范围窄,效率较 低 操作范围比浮阀塔和 泡罩塔窄
舌形板
结构简单,生产能力 大 生产能力大,效率高
斜孔板
三、填料塔的结构及填料特性
1.填料塔的结构 填料层:提供气液接触的场所。 液体分布器:均匀分布液体,以避免发生沟流现象。 液体再分布器:避免壁流现象发生。 支撑板:支撑填料层,使气体均匀分布。 除沫器:防止塔顶气体出口处夹带液体。
塔板类型 泡罩板 优点 较成熟,操作范围宽 缺点 结构复杂,阻力大, 生产能力低 采用丌锈钢,浮阀易 脱落 适用范围 某些要求弹性好的特 殊塔 分离要求高,负荷变 化大;原油常压分馏 塔 分离要求高,塔板较 多;化工中丙烯塔 分离要求较低的闪蒸 塔 分离要求高,生产能 力大
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浮阀板
效率高,操作范围宽
安装在填料层上端。作用是保持填料层为一高度固定的床层, 从而保持均匀一致的空隙结构,使操作正常、稳定,防止在高 压降、瞬时负荷波动等情况下,填料层发生松动或跳动。 分为: 填料压板。自由放置于填料上端,靠自身重量将填料压紧。适 用于陶瓷、石墨材质的散装填料。 床层限制板。固定在填料上端。
25
26
3. 填料的类型及性能评价
35
⑤球型: 球体为空心,气体和液体从其内部经过。由于球体 结构的对称性,填料装填密度均匀,丌易产生空穴 和架桥,故气液分散性能好。 常采用塑料材质。一般用于特定场合,工程上应用 较少。
36
规整填料
规整填料一般由波纹状的金属网丝或多孔板重叠而成。 使用时根据填料塔的结构尺寸,叠成圆筒形整块放入塔内或分块拼成圆 筒形在塔内砌装。 优点:空隙大,生产能力大,压降小。流道规则,只要液体初始分布 均匀,则在全塔中分布也均匀,因此规整填料几乎无放大效应,通常 具有很高的传质效率。 缺点:造价较高,易堵塞难清洗,因此工业上一般用于较难分离或分 离要求很高的情况。
填料塔液体分布器知识详解
填料塔液体分布器知识详解简介:液体分布器是填料塔内极为关键的内件,不仅影响着填料的传质效率,而且还会对填料的操作弹性产生影响。
它的作用是把液体在填料顶部或某一高度上进行均匀的初始分布或再分布,用来提高传质、传液体分布器是填料塔内极为关键的内件,不仅影响着填料的传质效率,而且还会对填料的操作弹性产生影响。
它的作用是把液体在填料顶部或某一高度上进行均匀的初始分布或再分布,用来提高传质、传热的有效表面,改善相间接触,从而提高塔的效率。
分布器种类繁多液体分布器类型繁多,结构各异,按照不同方法可以分成几类:按用途分可分为:通用型和特殊通用型。
前者指具有常规的操作弹性、喷淋密度、气速范围,且适用于一般流体;后者包括高弹性、特大或特小喷淋密度、高气速、特殊物料等场合。
按液体流动的推动力分:压力型和重力型。
按液体流出方式分:主要有孔流和堰流,还有毛细管流、导流板上的薄膜流等。
按结构形状分:常见的有管式、槽式、盘式和组合式。
今天重点这四类液体分布器。
管式液体分布器这种分布器具有结构简单,加工方便,占空间小,易于支撑,造价低廉等优点,但其分布质量一般来讲要较盘式差,操作弹性比较小。
单层管式液体分布器这种分布器在主管上安装若干分布支管,每根支管底部开两排喷淋孔,其结构形式如下图所示:这种形式的分布器主要用于回流液加压、操作弹性较低的情况,最大缺点就是操作弹性小。
双层管式液体分布器这种分布器采用双层多排管式结构,也就是上下两层分布管结构。
分布器的水平总管为方形管,被3mm厚的中间隔板分成上下两层通道。
液体分布支管分为上下两层,各层支管分别与水平总管的上下通道对应相连。
这种分布器的最大弹性可达8:1,而且占空间小,安装方便。
金属板波纹填料中的液体流动与分布规律
金属板波纹填料中的液体流动与分布规律下载提示:该文档是本店铺精心编制而成的,希望大家下载后,能够帮助大家解决实际问题。
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板波纹规整填料液相分布模型
板波纹规整填料液相分布模型
板波纹规整填料液相分布模型是一种用来表示填料液相分布特征的模型,它有助于更好地理解填料液相分布的相关机制。
板波纹规整填料液相分布模型是一种基于物理原理的模型,它用来模拟填料液体的分布特征,并可以用来描述填料液体的流动状态和流变性。
板波纹规整填料液相分布模型的基本原理是,填料液相分布的形状可以用一系列正弦波表示,其频率和幅度由填料液相分布的结构参数决定。
这些参数包括体积分数、颗粒尺寸分布、流体黏度和流速等。
这种模型可以用来预测填料液相分布的流动状态,从而提高填料液体的流变性能。
另外,板波纹规整填料液相分布模型也可以用来模拟液体在填料空间内的分布特征,以及液体在不同填料空间中的流动特性。
此外,板波纹规整填料液相分布模型还可以用来预测填料液体的流失特性,以及其在填料空间中的传质行为。
这种模型将有助于更好地控制填料液体的流动和传质特性。
总之,板波纹规整填料液相分布模型是一种基于物理原理的模型,它可以用来模拟填料液体的流动特性,以及液体的传质行为,为填
料液体的流变性能提供重要的参考。
规整填料塔设计浅析
规整填料塔设计浅析规整填料塔设计浅析引言:规整填料,是一种在塔内按均匀几何图形排列、整齐堆砌的填料,具有较高的传质性能和生产能力。
因此,规整填料塔的应用范围是越来越广泛,其设计的要求也越来越高。
1 规整填料塔的结构填料塔由筒体、塔内件及填料构成。
填料分为散装和规整填料两大类。
塔内件有各种形式的液体分布装置、填料固定装置或填料压紧装置、填料支承装置、液体收集再分布装置与进料装置及气体分布装置等。
筒体有整体式结构及法兰连接分段式结构。
对于直径800mm 以上的大塔一般采用整体式结构,填料及所有塔内件从人孔送入塔内组装,如图1所示:图1规整填料塔填料塔结构示意图2 规整填料塔的特点规整填料塔不仅结构简单,而且具有生产能力大(通量大)、分离效率高、持液量小、操作弹性大、压强降低等特点。
通过填料材质的选择,可处理腐蚀性的物料。
尤其对于压强降较低的真空精馏操作,更显示出其优越性。
但是,规整填料塔的造价通常高于板式塔,对于含有悬浮物的料液、易聚合的物系则不适用,而且对于有侧线出料的场合等也不大适宜。
图2 规整填料3 填料塔的设计3.1液泛气速计算液泛是指逆流填料塔中气液两相交互作用达到一种特定流体力学现象。
发生液泛时,持液量增加,气液鼓泡传质,气流脉动,液体被大量带出塔顶部,塔操作不稳定甚至被破坏。
因此,填料塔只有在泛点气速以下才可能稳定地操作,但如果气速太低又会造成设备的浪费以及气、液体分布的不均匀。
通常认为,液泛气速是填料塔逆流操作的极限气速,一般取操作气速为液泛气速的50%~80%[1]。
规整填料塔设计的首要任务是根据填料类型,将其在操作条件下的泛点气速算出,再确定适宜的塔径和塔内实际操作气速下的填料层压降。
利用Bain-Haugen公式计算液泛气速在工业中使用非常广泛,而且参数少,易查找,计算精度较高,对规整填料非常适用。
该公式是Bain-Haugen[2]修正Sherwood等提出的,修正后的公式为:式中,L、G为液相、气相流率,kg/s;为液泛气速,m/s;为气相密度,kg/m3 ;为干填料因子,m-1;为液相、气相密度,kg/m3;为液相粘度,Pa?s。
2005板波纹规整填料液相分布模型
第38卷 第7期2005年7月天 津 大 学 学 报Journa l of T i a n ji n Un i versityVol.38 No.7Jul.2005板波纹规整填料液相分布模型3谷 芳,刘春江,袁希钢,余国琮(天津大学化工学院化学工程联合国家重点实验室,天津300072)摘 要:为研究板波纹规整填料内的液体流动状况,建立了相应的液相分布数学模型,并对4种板波纹规整填料的持液量和有效润湿面积进行了模拟计算及实验验证.结果表明,在无气相影响下,无论是均匀进料还是点源进料,液体在填料内的分布最终将达到稳定的自然流状态,而有效润湿面积的模拟结果显示,无气相影响时,即使在很大液相负荷下填料片的有效润湿面积比也不会超过1.另外,降低液体表面张力有利于在填料片上形成较大的润湿面积,而液体黏度对润湿面积的影响不大.关键词:板波纹规整填料;液相分布模型;持液量;有效润湿面积中图分类号:T Q053.5 文献标志码:A 文章编号:049322137(2005)0720586206L i qu i d D istr i buti on M odel for SheetCorruga ted Structured Pack i n gG U Fang,L I U Chun2jiang,Y UAN Xi2gang,Y U Guo2cong(State Key Laborat ory of Chem ical Engineering,School of Chem ical Engineering and Technol ogy,Tianjin University,Tianjin300072,China)Abstract:A mathematic model for liquid distribution in sheet corrugated structured packing was p r oposed inorder to p r ovide much accurate and reliable liquid distribution.The liquid holdup s and effective wetted areas of4types of structured packing were si mulated by the model and validated by relevant experi m ents.It sho ws that,under the conditi on of no gas flow,liquid distributi on in structured packing will become a steady natural flo wpattern ulti mately,whether unifor m feeding or point feeding is given.It als o shows fr om the si m ulative effectivewetted area that the rati o of the effective wetted area will not be larger than1even when there is no gas fl ow.Inadditi on,decreasing liquid surface tensi on will be beneficial to for m larger wetted area on the packing surface.However,liquid viscosity only has a little effect on the wetted area.Keywords:sheet corrugated structured packing;liquid distributi on model;liquid holdup;effective wettedarea 针对规整填料塔内液相流动分布的计算,人们提出了很多模型.早期的有扩散模型[1],其理论基础是散堆填料,用于规整填料时误差较大;徐崇嗣等人[2]根据规整填料塔内液相流动的规律性提出了结点分布模型,在此模型基础上,许多研究者提出了改进的结点分布模型[3~5],但这些模型只计算了液相分布,均未涉及润湿面积和持液量分布的定量预测;O lujic′等人[6]提出的LDESP模型类似于结点分布模型,但该模型假设填料单元的壁面被完全润湿,这与实际情况相差甚远. 目前有关规整填料塔内液相流动过程的理论研究主要集中在流量分布的预测上,对于有效润湿面积和持液量分布的定量研究较少,另外现有的各种模型均有各自的局限性.针对这些不足,笔者提出了液相结点分布模型,该模型不仅能够准确预测液体在规整填料3 收稿日期:2004202224;修回日期:2004206229. 基金项目:国家自然科学基金资助项目(20206021);天津市自然科学基金资助项目(023606711). 作者简介:谷 芳(1976— ),女,博士研究生,gufang76@.内的流动分布,还可以定量预测规整填料的有效润湿面积和持液量分布等情况.为验证模型的可靠性,建立了相应的流体力学测试装置,对液体的流动分布和持液量进行了实验测量.1 数学模型1.1 模型假设 模型的假设如下: (1)液体以溪流方式进入流道,在填料表面迅速扩展成膜状流动; (2)液膜在结点处分成3部分:结点混合部分、横向扩散部分和沿原流道流动部分; (3)结点混合部分又分成3个流股,即沿左斜流道流动部分、沿右斜流道流动部分和竖直向下流动部分,其中沿左、右斜流道流动的液量相等; (4)液体在塔壁处发生部分反射; (5)同一流道内的液膜汇集成溪流,沿流道底端结点流下. 结点定义为:液体在填料片交叉孔道内发生液相混合和再分配的单元.1.2 液体分布模型方程 图1给出了填料片上的结点行列编号;图2为单个结点处的液体分配模型.图1 结点编号示意F i g .1 Sche ma ti c d i a gram of crunodes nu mber图2 结点液体分配数学模型F i g .2 M a thema ti c m odel of li qu i d d istr i buti on a t crunodes 1)初始液相分布为 Q 0=[q (i )]M(1) 2)填料内部结点液体分配形式为C (k,i )=L (k -1,i +1)f +R (k -1,i -1)・f +E (k -2,i )L (k,i )=L (k -1,i +1)(1-f -t )+C (k,i )P Z +L (k -1,i -1)tR (k,i )=R (k -1,i -1)(1-f -t )+C (k,i )P Y +R (k -1,i +1)tE (k,i )=C (k,i )P G(2) 3)壁流流道液体分配形式分左、右流道,即左壁流道为 C (k,1)=L WL (k -1)+L (k -1,2)(1-t )R (k,1)=C (k,1)r +R (k -1,2)tL WL (k )=C (k,1)(1-r )(3)右壁流道为 C (k,M )=L W R (k -1)+R (k -1,M -1)(1-t )L (k,M )=C (k,M )r +L (k -1,M -1)tL W R =C (k,M )(1-r )(4) 上述模型共有4个独立参数,即f 、t 、P G 和r ,这些参数可由液体分布实验数据拟合得到.1.3 局部持液量和局部有效润湿面积的计算模型 将两片填料相交形成的交叉流道视为一个结点单元,其特征尺寸与填料片特征尺寸相同,单元内液相・785・ 2005年7月 谷 芳等:板波纹规整填料液相分布模型流量由各个结点上的液相流量提供. 根据持液量定义,每个结点单元内的持液量为[7] hL i =δi(πd e a E/a G)πd2e/4=4a E ia G iδid e(5)式中结点单元内的有效润湿比表面积aE i由式(6)计算得到,即 aE i={[b Y(i,j)+2δY(i,j)]l Y+[b z(i,j)+2δz(i,j)]l z+[b G(i,j)+2δG(i,j)]l G+[b YH(i,j)+2δYH(i,j)]l YH+[b ZH(i,j)+2δZH(i,j)]l ZH}1V i(6)式中:Vi代表每个结点单元的体积;l表示每条溪流的长度,根据填料孔道结构尺寸得到;液膜宽度b和液膜厚度δ的计算方法见文献[8];结点单元等效直径de 的计算方法见文献[9].1.4 总体平均持液量和总体平均有效润湿面积 总体平均持液量和总体平均有效润湿面积可通过对局部量的加权平均得到,即 Ht =6Ii=1V i h L iV=6I i=1V i V h L i(7) aE =6Ii=1V i a E iV=6I i=1V i V a E i(8)2 实验研究 为确定模型参数,并验证模拟结果,对Mellapak 250X/Y和350X/Y等4种金属板波纹填料进行了流体力学实验.实验对象为两片宽400mm、高200mm、表面未开孔的填料.测定方法选用称量法.鉴于载点以下的持液量几乎不受气相影响,在实验中无气相负荷.表1是根据实验测定的液相分布数据拟合得到的f、t、r和P G4个模型参数.表1 模型参数Tab.1 M odel param eters填料类型f t r P G 250X0.1150.0020.3310.018250Y0.0820.0220.3280.017350X0.0950.0990.2640.028350Y0.0460.0260.1680.0253 结果与讨论3.1 持液量 图3对比了不同气相F因子下250Y填料的持液量.当F因子在2.457以下时,在两相流条件下测定的持液量与在无气相负荷时测定的结果基本一致;当F 因子增加到3.075时,持液量陡然上升.在载点以下(F<3),无气相负荷时测定的持液量与气液两相时测定的持液量的相对误差在20 0~40 0之间,因而关于载点以下持液量受气相负荷影响很小的假设是合理的.图3 250Y型填料在不同F因子下的持液量F i g.3 Li qu i d holdup for250Y pack i n ga t d i fferen t F factors 图4显示,持液量的实验结果略小于文献[10]的结果.偏小原因可能是:文献中的实验针对整塔进行测定,由于上下两盘填料放置方向转变90°,形成较大的流动阻力,造成较多积液,而本次实验仅对两片填料进行测试,没有填料盘之间的积液,因而测定数据比文献值偏小.图5中对比了4种填料(250X/Y、350X/Y)的持液量实验值与计算值.结果显示,各种填料持液量的计算值与实验值之间均有很好的吻合性.图4 持液量实验值与文献[10]实验值比较(250Y填料)F i g.4 Exper i m en t a l li qu i d holdup of th is paperand i n Ref[10](250Y packing)・885・天 津 大 学 学 报 第38卷 第7期 图5 各种型号填料持液量的实验值与模拟值比较F i g .5 Co m par ison of exper i m en t a l li qu i d holdup w ithsi m ul a ted soluti on s for var i ous pack i n g 图6是模拟得到的均匀进料时250Y 填料在不同液相流量下的局部持液量等势图.在填料片开始几层,持液量分布比较均匀,等势线呈一条直线;随着液体向下流动,壁面处的持液量逐渐增大,而与之相邻的填料片内部持液量逐渐减小.这表明,液体在向下流动过程中有向壁面聚集的趋势.但壁流又不是无限增加的,当达到一定的流动高度后壁面处的持液量也达到稳定.可将填料壁面至持液量等势线收缩边界之间的区域称为壁流影响区.对比图6(a )和(b )发现,随液体流量增加,持液量的分布形式变化不大.这说明无气相负荷情况下,液相流量的大小不影响液体在填料内的分布状况.(a ) 液相流量0.1m 3/h(b ) 液相流量0.5m 3/h图6 250Y 型填料在均匀进料下的局部持液量等势图F i g .6 Con tours of loca l li qu i d holdup for 250Ypack i n g i n the ca se of un i form feed i n g 图7是单点源进料时250X /Y 填料的持液量分布.该图表明,Y 型填料的液体横向分布特性优于X 型填料,这得益于Y 型填料的孔道倾角较大,从而促进了液体的横向扩散分布.点源进料时,液体呈扇面状分布,持液量由外侧向内侧逐渐减小.这说明,大部分液体首先沿着与注入点相对应的两个倾斜流道流动,在流动过程中液体受重力作用,不断向中间斜下方流道扩散.从流动分布趋势可以推断,当填料达到一定高度,点源进料时的持液量分布也将达到均匀进料时的稳态分布.可以说,只要填料片足够长,无论是何种进料方式总能达到一个稳定的流动状态,该状态并非是液体均匀地分布在整个填料片内,而是主流区和壁流区并存的一种平衡状态,即自然流状态.(a )250X 填料(液相流量0.1m 3/h )(b )250Y 填料(液流量0.1m 3/h )图7 点源进料下250X 和250Y 填料片内的局部持液量等势图F i g .7 Con tours of loca l li qu i d holdup for 250X and250Y pack i n g i n the ca se of po i n t feed i n g3.2 有效润湿面积 图8对比了本文模型与其他文献模型[6、11~14]计算得到的有效润湿面积,计算物系为水,填料型号为250Y .结果表明,本文模型与BRF [11]、BS [12]两模型最为接近.除B rit o 模型[14]之外,其他模型的计算结果均表明即使在液相负荷很大的情况下,有效润湿面积也没有超过填料片的名义比表面积.・985・ 2005年7月 谷 芳等:板波纹规整填料液相分布模型图8 各种模型有效润湿面积的比较F i g .8 Co m par ison of effecti ve wettedarea for var i ous m odels 图9是液体物性对有效润湿面积的影响.水和乙醇黏度相近,表面张力相差较大,而在相同液相负荷下,乙醇的有效润湿面积远大于水的有效润湿面积,表明降低液相表面张力有助于提高填料的有效润湿面积,甚至在大的液体流速下有可能达到填料的名义比表面积.乙醇和环己烷/庚烷混合物的表面张力相近,黏度相差较大,对比两条曲线发现,低黏度物系(环己烷/庚烷)的有效润湿面积有所增加,但增加幅度不大,表明了液体黏性对有效润湿面积的影响不大.图9 液体物性对有效润湿面积的影响F i g .9 Effect of li qu i d properti es oneffecti ve wetted area4 结 语 通过建立板波纹规整填料的液相分布模型,提出了计算持液量和有效润湿面积的方法.持液量模拟计算结果与实验测量结果吻合较好,能够较为真实地反映规整填料内部的流动状况.持液量分布的模拟结果表明,无气相影响下,无论是均匀进料还是点源进料液体在填料片内的分布最终将达到稳定的自然流状态,并且液相负荷对液体分布状况影响不大.有效润湿面积计算结果与已有文献报道结果吻合良好.液体的表面张力对填料片的润湿面积有重要影响,降低液体的表面张力可大幅度提高填料片的润湿面积,而液体的黏度对填料片上的润湿面积影响不大.符号说明:a G ———填料几何比表面积,m 2/m 3;a E ———填料有效润湿比表面积,m 2/m 3;C ———结点处参加混合的液体流量,m 3/s;d e ———润湿孔道水力直径,m;E ———结点处竖直液相流量,m 3/s;f ———填料片混合因数;F ———气相动能因子,m ・s-1・(kg ・m -3)0.25G ———结点处竖直液相流量,m 3/s;h L i ———结点单元局部持液量,m 3/m 3;H t ———填料片总体平均持液量,m 3/m 3;i ———结点横向坐标;I ———填料片结点单元数,I =(M -2)/2(K 0-1);k ———结点纵向坐标;k 0———填料片纵向计算步数;l ———溪流长度,m;L ———结点处向左斜流道流动的液相流量,m 3/s;L WL ,L WR ———左、右壁流液相流量,m 3/s;M ———填料片横向计算步数;P Z ,P Y ,P G ———结点液量分配系数,P Z +P Y +P G =1,P Z =P Y ;q (i )———每个孔道内的初始液相流量,m 3/s;Q L ———填料孔道内的局部液相流量,m 3/s;Q 0———液相流量的初始分布,m 3/s;r ———壁流反射因子;R ———结点处向右斜流道流动的液相流量,m 3/s;t ———横向扩散因数;V ———填料片总体积,m 3;V i ———结点单元体积,m 3;δi ———结点单元局部液膜厚度,m.下标:L ———液相;WL 、WR ———左壁流和右壁流;Z 、Y 、G ———向左、向右和向下;YH 、ZH ———横向向左和横向向右.参考文献:[1] Hoek P J,W esselingh J A,Zuider weg F J.S mall scale andlarge scale liquid maldistributi on in packed colu mns [J ].Che m Eng Res D es,1986,64(6):431—449.[2] 徐崇嗣,楼建中,姜庆泉.金属板波纹填料液流分布的研究[J ].化工学报,1986,37(4):402—411.Xu Congsi,Lou J ianzhong,J iang Q ingquan .Study on the liquid distributi on of metal corrugated sheet packing [J ].Journal of Che m ical Industry and Engineering,1986,(4):402—411(in Chinese ).[3] 计建炳,董谊仁,徐崇嗣.金属板波纹填料液体分布修正・095・天 津 大 学 学 报 第38卷 第7期 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外部液流通过下方节点时分成 3 股. 其中一股为垂
直向下运动的节点液流 , 其分数为 r ; 另两股为沿
倾斜网线流动的网线液流 , 其分数各为 015 (1 -
r) .
(3) 将网线液流分成 2 股. 当流经节点网内部
一节点时 , 分数为 p 的一股液流被处理成为此节
点的一类特殊的垂直向下运动的液流 , 此节点下方
填料 塔 液 体 分 布 性 能 直 接 影 响 塔 的 传 质 效 果[1 ,2 ] , 长期以来一直受到重视. 国外对填料塔的 液体分布已做了许多研究工作 , 也提出了几个描述 规整填料塔液体分布状况的数学模型[3~5 ] . 在参 考国外工作的基础上 , 国内也开展了卓有成效的研 究工作. 袁孝竞和李宏宇[6 ] 系统分析了金属波纹
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化 工 学 报 2003 年 5 月
体分布的数学模型与 2 类边界条件共同构成了波纹板规整填料塔的液体分布模型. 采用单纯形法对 3 个模型参
数进行了估计. 模型计算结果与实验数据一致 , 表明模型能合理地描述波纹板规整填料塔的液体分布性能.
关键词 模型 液体分布 规整填料 填料塔
中图分类号 TQ 53 文献标识码 A
Fig11 Plane node net and its liquid streams
沿填料箍和塔壁流动的液体均视做壁流 , 即将 填料箍与塔壁虚拟成一个塔壁. 从波纹通道流到塔 壁的液体一部分在重力作用下沿塔壁流下 , 另一部 分沿通道返回填料层 , 填料和塔壁之间的这种液体 交换情况比较复杂. 为了简化问题的处理 , 将与一 填料单元相对应的塔壁区抽象成一个由塔壁节点组 成的环形节点网 , 填料与塔壁间的液体交换视做在 立体节点网与环形节点网之间进行.
两网线各得这股液流的一半 ; 另一股分数为 1 - p
的液流继续沿网线流动.
(4) 节点网最末第 2 排节点的垂直向下运动的
液流分成 2 股. 此节点下方的最末排两节点各得一
股液流 ; 沿网线流向最末排节点的液体混合后垂直
向下运动离开节点网.
(5) 立体节点网内两平面节点网之间无液体交
换.
取图 1 所示的坐标系统 , 坐标原点取在填料单
111 填料单元液体分布模型
为便于模型推导 , 做如下假设.
(1) 外部液体输入平面节点网的第 1 排节点后
分成等量的 3 股. 其中一股液流继续垂直向下运
动 , 称为节点液流 ; 其余两股液流沿着与原节点网
相邻的另外两平面节点网的相应倾斜网线流动 , 称
为网线液流.
(2) 节点液流以及从节点网第 2 排节点输入的
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板规整填料中的液体流动机理 , 认为液体在重力作 用下并非完全沿规则通道流动 , 它的实际运动轨迹 与运动轨迹在水平面上投影的夹角正好是波纹斜面 与水平面的二面角. 徐崇嗣等[7 ] 基于液体沿波纹 通道流动和液体在塔壁全反射两个主要假设建立了 波纹板规整填料塔的液体分布模型. 针对徐崇嗣等 的研究工作 , 计建炳[8 ] 认为波纹填料通道上的液 体既非严格地沿波纹斜面与水平面的二面角方向流 动也非纯粹地沿波纹通道方向流动 , 而是既沿通道 方向流动又沿填料表面垂直向下流动 , 以及液体在 塔壁并非全反射 , 提出了修正的液体分布模型. 但 该模型的计算值和实验值间有明显的偏差 , 尤其是 壁流. 究其原因 , 作者认为主要有以下几点 : ①从 填料单元上端面接触点输入的液流离开此接触点时 分成同一通道网上 3 股液流的这一重要处理从规整 填料本身的结构来看并不正确. 从两相邻板片的顶 部接触点输入的液流被板片分割成一股垂直向下运 动的液流和两股沿倾斜通道运动的液流 , 而那两个 倾斜通道事实上是这两个板片各自和与其相邻的另 一板片所围成 , 这 3 股液流分属于不同的通道网. ②通道液流中垂直向下运动部分 (是通道液流中由 于受重力作用离开原通道沿板面向下流动进入下方 通道的那部分液体的简称) 和输入液流中垂直向下 运动部分的分数相同及分布方式相同的基本假设明 显不合理 , 因为它不符合流体力学原理. 通道液流 和输入液流的受力状况不同 , 故两者作垂直向下运 动的能力有大小 , 两类液流垂直向下运动部分的运 动轨迹也不相同. ③壁流部分也存在诸多问题. 模 型没有考虑通道网与塔壁区间的特定对应关系以及 有通道网对应塔壁区和无通道网对应塔壁区两者壁 流的区别 , 采用了与规整填料塔壁流分布不相适应 的模型假设及前后不一致的处理方式. 另外 , 通道 网下端输出壁流的计算式还有错误. 这些都表明模 型未能系统 、规范地建立起合理的壁流体系. ④目 标函数设计不佳. 采用以绝对偏差形式表示的目标 函数必然使得式中反映填料液体分布性能好坏的两 物理量对目标函数的贡献不一致 , 特别是当两物理 量值相差较大时 (对应填料层顶部起始数盘填料) , 难以保证参数估计的精度. 采用只与一个填料层数 据相关的目标函数不具有普遍性. ⑤全塔取恒定的 模型参数值不合理. 因为填料层顶部起始数盘填料 的液体分布状况快速变化 , 而模型参数又与填料中 的液体分布密切相关 , 故对这几盘填料必须逐盘进
1 模型建立
波纹板规整填料是由一些垂直排列的波纹板片 组装而成 , 波纹板片的波纹棱与塔轴线成一斜角. 填料中两相邻板片波纹棱倾斜方向相反 , 形成一系 列相互交错的倾斜通道. 这些倾斜通道在波纹棱上 接触 , 产生一个个通道接触点. 把两相邻板片间的 通道和通道接触点抽象成一个由网线和网线交叉点 (称为节点) 构成的平面节点网 , 如图 1 所示 , 一 盘填料 (又称填料单元) 被简化成一个由这些相互 平行的平面节点网构成的立体节点网. 经上述处理 后 , 填料单元中的液体流动过程就可以用立体节点 网中液体沿网线和节点的流动情形来模拟 , 由一定 个数的填料单元所组成的填料层中的液体分布则可 以用由相同数量的立体节点网所组成的节点网络中 的液体分布来代替.
行参数估计. 为此 , 本文在计建炳原有工作基础上 重新建立了波纹板规整填料塔液体分布的数学模 型. 它由填料单元的液体分布模型 、填料单元对应 塔壁区的液体分布模型及边界条件共同构成. 计算 结果表明本文提出的模型明显优于计建炳模型. 另 外 , 结合此液体分布模型成功预测了规整填料塔的 传质性能 , 这方面的工作将另文报道.
裘俊红 陈国标 计建炳 (浙江工业大学科学研究中心 , 浙江 杭州 310032)
摘 要 将填料单元处理成立体节点网 , 根据节点网内网线液流和节点液流各自的运动方式建立了填料单元的
液体分布模型. 通过将填料与塔壁间的液体交换规范成填料节点网与塔壁节点网间的液量传递建立了填料单元
对应塔壁区的流体分布模型. 提出了规整填料塔液体分布问题的边界条件. 2 个描述填料单元及其对应塔壁区液
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第 54 卷 第 5 期 裘俊红等 : 波纹板规整填料塔液体分布
2002 - 08 - 07 收到初稿 , 2002 - 12 - 24 收到修改稿. 联系人及第一作者 : 裘俊红 , 男 , 36 岁 , 博士 , 教授.
Received date : 2002 - 08 - 07. Corre sponding author : Prof1Q IU J unhong. E - mail : qiujh66 @
Keywords model , liquid dist ribution , st ruct ured packing , packed column
引 言
液体分布优良的规整填料塔具有效率高 、通量 大 、压降低 、放大效应小等优点 , 已在诸多工业分 离过程中得到广泛应用 , 尤其适用于真空和中压精 馏.
第 54 卷 第 5 期
化 工 学 报
Vol154 №5
2003 年 5 月 Journal of Chemical Industry and Engineering (China)
May 2003
研究论文面的正中心 , 坐标轴 i 、j 、 k 的方向分别
沿板片波高 、波宽和填料盘高方向. 与填料单元相
文章编号 0438 - 1157 (2003) 05 - 0646 - 07
LIQUID DISTRIBUTION IN CORRUGATED SHEET STRUCTURED PACKED COLUMN
QIU J unhong , CHEN Guo biao and J I J ianbing
( Scientif ic Research Center , Zhejiang U niversity of Technology , Hangz hou 310032 , Zhejiang , Chi na)
Abstract By t reating an element of st ruct ured packing as a t hree2dimensional node net and analyzing t he flow patterns of 2 kinds of liquid st ream in t he net , i1 e1 net line flow and node flow , t he liquid dist ribution model for an element of st ruct ured packing was eslablished1By t ransforming t he liquid exchange between packing and column wall into t hat between t he node net of packing and t he node net of column wall , t he liquid dist ribution model for t he column wall zone around a packing element was presented1 The boundary conditions for t he liquid dist ribution problem of st ruct ured packed columns were proposed1 The liquid dist ribution model for corrugated sheet st ruct ured packed columns was t hus composed of t he above two models and relevant boundary conditions1 Three model parameters were estimated by using t he simplex met hod1 The calculated result s agreed very well wit h t he experimental data , t hat is to say , t he mat hematical model could describe t he liquid flow behavior in corrugated sheet st ruct ured packed column correctly1