旋流板式气液分离器的放大规律解读

第3卷第5期过程工程学报 Vol.3 No.5 2003年10 月 The Chinese Journal of Process Engineering Oct. 2003

收稿日期:2003–03–12, 修回日期:2003–05–06

基金项目:中国石油化工股份有限公司科技开发资助项目(编号: 300023

作者简介:魏伟胜(1962–, 男, 广东省五华县人, 硕士, 高级工程师, 主要研究催化反应工程, E-mail: weiws@.

旋流板式气液分离器的放大规律

魏伟胜,樊建华,鲍晓军, 石冈

[石油大学(北京中国石油天然气集团公司催化重点实验室, 北京 102200]

摘要:对旋流板式气液分离器在3种规模、18种旋流板结构下进行了模型实验研究,考察了旋流板结构参数(径向角、仰角和叶片数量对分离效率和压降的影响,并建立了预测分离器压降的关联式,为旋流板结构参数的确定提供了依据. 工业应用的标定结果表明分离器压降预测式是准确的,它可用于工业气液分离器的放大设计. 关键词:气液分离;旋流板;分离效率;压降

中图分类号:TQ028.4 文献标识码:A 文章编号:1009–606X(200305–0390–06

1前言

旋流板式气液分离器是一种典型的基于离心分离原理的气液分离器[1,2]. 分离器的主体为一圆柱形筒体,上部和下部均有一段锥体,见图1. 在筒体中部放置的锥形旋流板是除雾的关键部件,其结构如图2所示(详细结构可参考文献[3]. 旋流板由许多按一定仰角倾斜的叶片放置一圈,当气流穿过叶片间隙时就成为旋转气流,气流中夹带的液滴在惯性的作用下以一定的仰角射出而被甩向外侧,汇集流到溢流槽内,从而达到气液分离的目的. 叶片在竖直方向的倾斜程度用仰角α表示,在径向的排列方式用径向角β表示. 叶片数量、仰角α和径向角β是旋流板的3个重要参数.

图1 气液分离器结构示意图图2 旋流板结构示意图

Fig.1 Mist swirl separator Fig.2 The structure of the swirl vane

目前工业上广泛应用的各类旋流板式气液分离器的设计和生产技术大多为一些公司的专有或专利技术,有关其结构和设计放大方法的报道很少[4,5]. 为深入了解旋流板式气液分离器的分离机

Inlet

Swirl vane

Exit tube Gas outlet

Cylinder

Liquid

outlet

h

α

β

5期魏伟胜等:旋流板式气液分离器的放大规律

391

理,优化旋流板式气液分离器的结构和操作参数,本文以丙烯腈装置用的旋流板式气液分离器为对象,进行了较为系统的实验研究,以期为旋流板式分离器的开发和工业应用提供必要的基础.

2模型实验装置

实验流程如图3所示. 旋流板的叶片数量若无特别说明,则均为36片. 实验介质为空气–稀盐水体系. 雾滴由空气辅助双流体雾化喷嘴产生. 液流:盐水, 用一小水泵增压注入,注入的盐水量先通过转子流量计进行初步的调节控制,然后再用台秤进行更准确的计量;气流:雾化所需压缩空气,由V–3/10型空气压缩机产生,压缩空气量用LZB 型转子流量计计量. 实验所需的风量较大,在实验中空气压头不需要很大,因此实验采用罗茨风机供风即可,风量用QDF–6型数字式热线风速仪进行测量. 进水和接水的两个水箱都用台秤监测水的进出量.

分离效率是单位时间内捕集的雾滴质量与进入分离器的雾滴质量之比. 由于在造粒时肯定会有部分水以蒸汽形式存在,因此进入喷嘴的液体质量需去除蒸发量后才是雾滴的真实质量. 在空气–盐水系统的实验中,可通过测量进出分离器的盐水浓度来准确测定液体的蒸发量. 气流出口直接进大气,压力降由分离器气体入口处的压力计(或U 型管测得.

实验中,雾滴浓度一般控制在19 g/m 3, 雾滴平均粒径一般在30 µm(它由进入双流道喷嘴的气体和液体流量来控制.

3实验结果与讨论

3.1分离器的最佳空速

空速是指气体通过分离器最大柱体截面时的表观速度,它直接关系到设备的处理量. 空速对分离效率和总压降有明显的影响,是评价分离器操作弹性的主要依据. 图4为不同空速下的分离

图3 实验装置流程示意图

Fig.3 Schematic diagram of experimental apparatus

Dual-flow nozzle

Dual–flow nozzle

392 过程工程学报 3卷

效率,表明对于结构一定的气液分离器有一最佳空速.

表1是筒径D =340 mm 规模下分离器的最佳空速,其中括号内的数是气流通过叶片之间的

理论平均速度. 不难发现,对于一定筒径的分离器,当其它条件不变时,径向角或仰角增大,将造成叶片间的通气面积减小,气流的穿过速度增大,动能因子的增大使得流体的湍流脉动更加剧烈,因此径向角或仰角较大的旋流板对应的最佳气速较小,但通过叶片时的速度却增加.

在3种规模下所做的实验表明,随着筒径的增加, 最佳空速稍有减少,但通过叶片之间的气

流速度却增加. 因此选定空速在5~9 m/s ,通过叶片时的速度在20 m/s 左右时较为合适.

表1 D =340mm 时设备各结构最佳空速

Table 1 Optimal superficial gas velocity at D =340 mm (m/s

Elevation α

Radial angl e β

20

o

30o 40o 40o 45o

50o

9.0(10.7

9.5(14.4 9.0(15.6 8.5(17.5

7.5(16.7

Note: Values in brackets are calculated velocity through vanes.

3.2旋流板结构

旋流板是气液分离器的核心部件,它决定了分离器的分离效率和压降. (1 旋流板仰角对分离效率和压降的影响

表2是φ700 mm 设备在径向角为55o 时,平均分离效率和压降随仰角变化的关系. 由表可见,随着仰角的增大,平均分离效率明显提高,但同时设备压降急剧增大. 综合考虑仰角在30o 为宜.

表2平均分离效率和压降随仰角的变化

Table 2 Effect of elevation on separation efficiency and pressure drop (U =6.36 m/s Elevation α

20o 30 o 40 o Separation efficiency (% 93.9 96.0 98.1 Pressure drop (Pa

760

990

1580