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规整填料在预蒸馏塔中的应用
2020-02-23 阅读：次
孔板波纹填料在尿素工艺中的尾吸塔、解吸塔、二分塔等设备中应用广泛,均产生了。近年来又有厂家将其应用在预蒸馏塔中。笔者拟分析预蒸馏塔采用规整填料应注意的问题。
1填料塔的结构与操作
填料塔同板式塔一样,也是一种应用颇为广泛的气液传质设备,用于吸收(解吸)、精馏等分离过程。填料塔为圆筒形,两端有封头并装有气、液体进出口接管,液体自塔顶经分布装置均匀喷洒于塔内截面上,沿填料表面下流。由于填料层中的液体往往有“壁流现象”,故当填料层较高时,应分段设置液体再分布装置,可将“壁流”的液体重新导向填料层中。
填料塔在操作时,气体从塔底通人,自下而上通过填料层的空隙,与自上而下经填料表面流下的液体呈逆流接触,进行传质与传热。
2填料
2.1填料的主要性质
(1)比表面积填料的比表面积。是指单位体积的填料层具有的填料表面积。由于填料的表面是填料塔内气液两相传质表面的基础,所以应选用比表面积尽可能大的填料。
(2)空隙率空隙率。是指单位体积填料层所具有的空隙体积。在填料塔内气体是在填料间的空隙中流过的,流体通过填料层的阻力与空隙率。有关。。大,流体阻力小,所以应选用空隙率尽可能大的填料。
(3)填料尺寸单位体积内堆积填料的数目与填料的尺寸大小有关。对同一种填料而言,填料尺寸小,堆积的填料数目多,比表面积大,空隙率小,流体阻力大;反之,填料尺寸过大,在靠近塔壁处,易造成空隙,气体易走短路,使气体沿塔截面分布不均匀。对于规整填料,则要求填料外径与塔内径相当,保证填料与塔壁间隙越小越好。
2.2常用填料
波纹填料是由多层波纹薄板垂直反向地叠合在一起组成的盘状填料,每层的波纹与水平方向成45’,相邻的上下两层成90’交错排列。波纹孔板填料与其相似,只是在薄板上增加了开孔,增加了比表面积。及空隙率。,其结构紧凑,流体阻力小,液体每经过一层都得到一次再分布,故流体分布较均匀,传质效果好。
3填料塔的流体力学性能
填料塔的流体力学性能包括气体通过填料层的压力降、液泛速度、持液量(即操作时,单位体积填料层内持有的液体体积)、气液两相流体的分布等。
在设计填料塔时,应根据气体通过填料层的压力降(简称压降)确定气体输送机械的类型及功率,根据液泛速度选择适宜的操作气速以计算塔径。塔内持液量的大小不与气体通过填料层的压力降和液泛速度有关,还是计算支持板机械强度的重要参数,气液两种流体的分布情况,则与塔内的传质效果密切相关。
当上升的气流过大,开始流体沿填料表面下流,使填料层中的持液量随着气速的而,即为“拦液现象”。此时,如果上升气速继续,由于填料层内的持液量不断增加,使塔内充满液体,塔的正常操作条件被破坏,即产生填料塔的“液泛现象”,与此对应的气速为“泛点气速”。当气速大于“泛点气速”时,气流出现脉动,并有大量液体被气体从塔顶带出。因此“泛点气速”是填料塔的限气速。
4填料塔的液体分布器
液体分布器对填料塔的操作条件影响很大,若分布器设计不当,液体预分布不均匀,则填料层内的有效润湿面积会减少,并可能出现“偏流”和“沟流”现象,严重影响传质效果。
常见的液体分布器有:多孔管式分布器、孔板型分布器、喷洒式分布器、槽式分布器等。其中槽式分布器虽对气体的阻力较小,但其安装水平度要求较高,一般用于直径较大的填料塔中。
5填料塔与板式塔比较
填料塔用小填料时,小塔效率高,填料层高度低,但塔径后则效率降低。板式塔的效率较稳定,且大塔的效率比小塔的效率有所提高。
填料塔的操作范围较小,对液体的喷淋密度有一定的要求,若液体负荷较小,则有些填料表面不能很好地润湿,传质效果急剧下降反之若液体负荷过大,又容易引起液泛。对设计良好的板式塔,其操作弹性比填料塔大得多。
选择塔型时所涉及的因素很多,必须结合具体情况考虑而定,一般塔径妻笋800~宜选择板式塔,<笋800~宜用填料塔。
6预蒸馏塔应用注意事项
61塔径与填料的选择
大于沪800~的塔宜用填料,如二分塔、解吸塔、尾吸塔中应用高效填料—孔板波纹填料,能够发挥较好的效果。而在预蒸馏塔(笋1200~)中,如果选用此种规整填料,则易出现“壁流”、“偏流”及“沟流”现象,使传质效率急剧下降。
62安装要求
栅板的安装一般不会有问题。因大塔径的液体分布器多为“槽式分布器”,也都能注意到水平的要点。填料的装填工作,看似简单,实则非常重要。波纹孔板填料装人塔内后与塔壁的空隙应尽可能小,以气体走短路。波纹孔板每层薄板的波纹与水平方向成405。装填时上下两层的波纹角度的方向不能相同,否则上升的气体或下降的液体经过几层后即会发生“偏流”现象,严重影响传质效率。
63易出现的问题
易出现的间题多为传质传热效果差,分解率不达标等。针对大塔径而言,采用规整填料容易产生“壁流”现象,因此除上述填料装填要求严格外,提高液体的分布密度和下部收集器漏液是改善预蒸馏塔使用效果的主要思路。
64液体分布器及收集器改进设想一般适用于大塔径填料塔的液体分布器多为
槽式液体分布器,因其安装精度高,易造成“偏流”,同时进入分布器的液体具有一定冲击力,槽式分布器内的液体不可能处于平静的分布状态为保证液体分布均匀,笔者提出如下改造设想。
(1)宁波远东塔器公司的DL塔盘,其通气量大,塔盘效率高,尤其是液体的分散度较好。在填料的上部、液体分布器的下部增加1一2块DL塔盘,使液体得到再次分布,可提高波纹孔板填料的传质传热效率,同时亦可发挥DL塔盘的势。此法可有效地提高精馏效率,降低出塔气体的温度,降低气相带水量。
(2)泡罩板本身不会出现漏液现象,在设计合理的条件下,塔板效率是比较高的。将现有预蒸馏塔下部液体收集器改造为泡罩式塔板。为保证上升的气量,可将泡罩的升气管增加少量开孔,并将泡罩高度略做调整,溢流板的高低与其对应,泡罩板的上部安装1个倒锥形液体再分布器,让填料间下来的液体先流到塔板上,发挥泡罩板的精馏作用。
以上改进措施,既利用了DL塔板分液均匀的特性,又利用了孔板波纹填料传质效率高的势,以及泡罩板不易漏液的特点,充分发挥了3种塔内件的共性—精馏作用。通过改造,不有效地避免液体收集器漏液而带来的“短路”现象,而且可以提高孔板波纹填料的传质传热效率,有助于提高一段甲按分解率和总氨蒸出率,地发挥出高效填料特有的作用。
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