槽式液體分布器改進(jìn)研究

摘 要：本文通過介紹了液體分布器的分布質(zhì)量的評價方法，采用了Perry方法對槽式液體分布器進(jìn)行了理論的改進(jìn)并用實驗進(jìn)行了驗證，實驗證明Perry方法對于工程實際中的應(yīng)用有比較準(zhǔn)確的評價了液體分布器的分布質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：填料塔；槽式液體分布器；分布質(zhì)量

填料塔是化學(xué)工業(yè)傳質(zhì)與分離過程中不可或缺的重要操作設(shè)備，液體分離器的使用對保證填料的效率有十分重要的作用。液體分布器在填料層可形成初始分布，均勻液體初始分布對填料的傳質(zhì)效率、填料的操作彈性十分重要[1]。由此可見，保證液體分布器的性能對填料塔效率有著巨大的影響。

1 液體分布器設(shè)計要求

在填料塔的設(shè)計過程中，一般理論上認(rèn)為氣相與液相均勻的分布在塔的橫截面上。但在實際的化工生產(chǎn)中，液體在填料層中存在各種不均勻的壁流和溝流等橫向的流動，而并非理想狀態(tài)的柱塞流，這種不均勻的液體流動情況會導(dǎo)致填料塔的分離性能降低。有許多因素影響液體不均勻分布，除了填料本身固有的液體分散特性外，液體分配器是其中一個關(guān)鍵的因素。液體分布器設(shè)計時應(yīng)注意以下要點：液相在塔內(nèi)要均勻分布，保證氣相有較大的自由通過面積，塔內(nèi)氣液流動的阻力要小，填料應(yīng)具有滿足要求的操作彈性，分布器在使用過程中不易堵塞，不易產(chǎn)生霧沫夾帶和泡沫，制造安裝簡單易行。

2 幾種液體分布器分布質(zhì)量的評價方法

2.1 Moore法

Moore和Rukovena[2]于1986年提出了一種關(guān)于液體分布器分布質(zhì)量的評價方法。該方法將圖解與計算結(jié)合起來對液體分布器出口液體分布質(zhì)量進(jìn)行評價。在填料塔截面圓內(nèi)，以每個噴淋點為圓心畫圓，假設(shè)圓面積正比于流量，各噴淋點圓的面積代表該點噴淋流量，全部噴淋點圓面積之和等于塔截面圓面積。Moore法可用來定量描述液體分布器分布質(zhì)量的優(yōu)劣，這在液體液體分布器的評價領(lǐng)域是一個突破。

2.2 Spiegel法

Spiegel法是L·Spiegel提出一種簡單易行的液體分布器分布質(zhì)量的評價方法。在液體分布器上，劃分一定的測試面積（例如0.1～0.2m2），將該面積上實測得到的液體分布器液體流率L'與液體分布器平均流率L相比，得到相對偏差如（1）式：

？駐L/L=（L'-L）/L （1）

并認(rèn)為？駐L/L<4%為優(yōu)，？駐L/L=4%～6%為良，？駐L/L=6%～10%為中，？駐L/L>10%為差。

2.3 Perry作圖法

Perry作圖法認(rèn)為噴淋點的均勻分布比點的數(shù)量對液體分布器的分布質(zhì)量更加重要。理想的分布器是將液體噴淋點在整個塔截面上均勻的分布。Perry作圖法提出了三個關(guān)于液體質(zhì)量評價的基本原則：噴淋點數(shù)量或分布密度的大小；噴淋點的幾何均勻性；噴淋點流出的液體的均勻性。該方法采用的均勻性校驗方法為：通過在填料塔塔截面圓上畫兩個同心的小圓，將塔截面圓劃分成面積相等的三個區(qū)域。通過統(tǒng)計各區(qū)域噴淋點數(shù)并求得與塔截面圓的平均噴淋點數(shù)的比值，以此值來評價液體分布器噴淋點的幾何均勻性。

3 槽式液體分布器的形式

填料塔液體分布器的種類有很多[1]，每種液體分布器都有其特點，其中槽式液體分布器在化工生產(chǎn)中被廣泛的應(yīng)用。槽式液體分布器主要由多個相互平行的和保持一定距離的分布槽組成并布置在填料塔內(nèi)。氣體通過液體分布器槽間的縫隙由下自上的流動；液體經(jīng)過分布槽上的分布噴淋孔分配后均勻的噴淋到填料層上。槽式液體分布器具有液體分布質(zhì)量高，氣相流動阻力低，液體在填料塔中負(fù)荷較大，噴淋孔防堵性較好等特點。槽式液體分布器有單級槽式液體分布器與二級槽式液體分布器之分。

單級槽式液體分布器常被人們稱為通槽式分布器。單級槽式液體分布器中連通槽將分布槽連通，保證了分布槽中液體處在同一水平面上，有利于實現(xiàn)液體的均勻分布。單級槽式液體分布器具有均勻的氣相通道，通道的截面積大，且還具有結(jié)構(gòu)緊湊，安裝簡便等特點。在化工生產(chǎn)中已被廣泛的應(yīng)用于直徑 的填料塔中。

二級槽式液體分布器主要由主槽和分布槽組成，液體由主槽上方的進(jìn)料管流入主槽中，再由主槽均勻的流入到分布槽中。常用于必須通過人孔進(jìn)入安裝的填料塔中。

4 槽式液體分布器分布質(zhì)量的改進(jìn)研究

本文主要研究液體分布器的分布性能與液體分布器分布質(zhì)量評價。首先對液體分布質(zhì)量進(jìn)行理論分析，然后通過實驗測量進(jìn)行驗證。最后分析、對比液體分布器的分布質(zhì)量優(yōu)劣，選擇一種相對簡單、準(zhǔn)確的評價方法對其進(jìn)行改進(jìn)。本文選擇直徑為1.75米的填料塔液體分布器進(jìn)行研究，選擇改進(jìn)前后的兩套槽式液體分布器為對象，首先在理論上分別對其進(jìn)行分布質(zhì)量的評價。

分布器1的噴淋點密度亦達(dá)到213個/m2。根據(jù)Perry作圖法，這種分布點的布置存在一定的缺陷，影響了分布器的分布效果。下面對分布器進(jìn)行改進(jìn)。在保證分布器結(jié)構(gòu)不大規(guī)模改變的前提下，對分布器1進(jìn)行以下改進(jìn)：（1）不改變分布槽個數(shù)，增加分布槽間距；（2）不改變分布槽的分布孔間距，適當(dāng)加長增大分布槽的槽長；（3）在塔截面內(nèi)，對噴淋點不均的區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)點。

兩套分布器各自的ABC三個區(qū)域分布點數(shù)如表1所示，分布器1在AB兩個區(qū)域內(nèi)的分布點布置基本符合理論要求，但C區(qū)域噴淋點存在著嚴(yán)重的布置不均；分布器2根據(jù)評價理論進(jìn)行了上述幾方面的改進(jìn)后，ABC三個區(qū)域的噴淋點數(shù)大致相同，且噴淋點布置非常均勻。由化工實際生產(chǎn)中的經(jīng)驗可知，當(dāng)mx /ne比值在95%～105%的范圍內(nèi)，且分布點均勻布置時，分布器的分布質(zhì)量是可以得到保證的。

表1 分布點數(shù)的對比

通過水力學(xué)實驗是對兩套槽式液體分布器的分布效果進(jìn)行測試，通過對比和計算偏差系數(shù)cv值比較，來對比分布器1與分布器2的分布質(zhì)量。對分布器1隨機(jī)選擇12個點進(jìn)行取樣，測量該區(qū)域的流量數(shù)據(jù)，記住12個點的位置，在分布器2測試時進(jìn)行相同的操作，保持兩套分布器取樣位置相同。

cv值通過下面公式計算：

式中：xi-取樣點流量，m3/h； -測量流量平均值，m3/h；？滓-標(biāo)準(zhǔn)偏差；cv-偏差系數(shù)，%。

通過對兩套分布器實驗測得數(shù)據(jù)的計算得出：分布器1的偏差系數(shù)cv值為10.9%，分布器2的偏差系數(shù) 值為4.7%。通過對比cv值可以看出，經(jīng)過改進(jìn)后的分布器2流量偏差更小，液體分布更均勻，液體分布質(zhì)量更高。

結(jié)束語

液體經(jīng)過液體分布器后在塔截面上均勻分布是提高填料塔性能的關(guān)鍵。本文通過介紹液體分布器的要求和幾種工業(yè)上常用的液體分布質(zhì)量評價方法，采用Perry的方法對已有的槽式液體分布器進(jìn)行改進(jìn)理論研究，然后通過對工業(yè)生產(chǎn)裝置中改造前后的分布器進(jìn)行水力學(xué)實驗得到的偏差的對比，證明改進(jìn)后的液體分布器具有根號的分布質(zhì)量。并驗證了Perry作圖法在實際的液體分布質(zhì)量評測中的可操作性和準(zhǔn)確性。可將該方法應(yīng)用于實際的工程應(yīng)用當(dāng)中。

參考文獻(xiàn)

[1]王樹楹.現(xiàn)代填料塔技術(shù)指南[M].北京：中國石化出版社，1998.

[2]Moore F and Rukovena F，Liquid and gas distribution in commercial packed towers[J]. Chem plants and process（Europe），1987，8：11～15.