规整填料精馏塔 - 图文(2)

化工过程设备设计计算 规整填料精馏塔

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a?uG?e???0.5?0.58??uGf??a

?UuGGe???1-h

t?sin?UuLLe???h

t?sin?式中： ?

填料空隙率 ?

填料几何角度 dH 填料当量直径，m uL

液体空塔流速，m/s ht 填料持液量，%

DG

气体扩散系数，m2/s

5.持液量

BRAVO提出的总持液量计算公式[6]

为：

1hFt?3??L?t?4??3d?uL?H???L???gesin?? ?g??L??Ge?0.5?g???????L? ?式中： Ft 有效湿润表面的修正系数，取0.94

g

重力加速度，m/s2

6.压降

6.1 填料压降

规整填料的压降可按BRAVO公式计算[7]：

???5?P??92.7???2?0.171?GUGe??1

?R??eG???dHgc????1?C0.53F?R??UuGGe???1-h

t?sin?ULe?uL??h

t?sin?2FR?ULed

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规整填料精馏塔

RUGe?GeG?dH?

G式中： ?P

填料压降，m/Pa g重力加速度，m/s

2

c ?G 气体黏度，mPa.s

C3

与填料种类相关的常数**

6.2 250Y填料压降

干填料压降：

?P?802?uG?.72G?1

湿填料压降：

?P?848?104.46?10?3?LL?u.72?3.8?10?3?LLG?G?1

式中：

LL

液体喷淋密度，m3/m2.h

本公式的计算值与实测值相比，平均偏差为5.5%，最大偏差为10%。 6.3 500Y与750Y填料压降

500Y与750Y填料压降根据F因子按图3计算。

7.塔内件设计

7.1填料支撑

填料支撑的基本要求有：

①符合承重要求，支撑板上的负荷包括填料重量、填料空隙中充满液体的重量及可能加到装置上冲击压力的总和。

②支撑装置的自由流动净截面面积应是塔截面面积的65%，或更大，以防止由于流体流动受阻，压力降增加而导致液泛。

③支撑装置上的填料层高度应按规定设计，以免产生机械的、振动的和热的冲击负荷，影响塔的操作。

图5 填料支撑结构

规整填料常用的填料支撑如图5，其尺寸和负荷见表4。

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化工过程设备设计计算 规整填料精馏塔 7.2液体分配器

[8]

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塔内液体的均布是填料塔良好操作之关键所在，它直接影响塔内气液两相的接触表面积及填料塔的操作效率。在空分装置的精馏中，一般采用液体自流式（即重力型）。

填料上的液体分布器的选择，与塔直径的大小、填料形式及分布器的材质有关。分布器一般分为两类：①液体自流式；②液体受压进料式。表5是几种液体分配器的主要特征及其适用范围。

表4 104型填料支撑参数 负荷，kPa 碳钢 不锈钢 56.0 67.0 37.3 44.5 27.7 33.0 27.7 33.0 26.3 31.6 16.2 19.1 26.3 31.6 24.4 29.2 15.8 19.1 塔径ID mm 150～300 301～450 451～600 601～750 751～1500 1501～2250 2251～3000 3001～3500 3501～4500 支撑环 宽度mm 夹子 19 25 32 38 50 63 63 76 铝LF4 33.5 22.2 16.5 16.5 15.8 9.0 15.8 14.6 9.0 高度H mm 25 25 25 32 51 65 65 65 65 注：塔径大于等于2700mm的填料支撑需要增加中间支撑梁。 表5 几种液体分配器的主要特征及其适用范围 液体自流式分配器 筛板式液体分配器（如圆筒形升气式液切口形液体分配器（如筒式切口形液体体分布器，槽条形升气式液体分布器） 分配器，槽式切口形液体分配器） ① 适用于较小的液体流量（≤①适用于较大液体流量，否则由于单位320.72m/mh），且限制流量的波动范面积液体分布点较少会导致液体分布围，即液体流量调节比2.5左右。 不均。液流调节比为3～4。 ② 适用于较小的黏度且在操作温度下不②适用于含较多固体杂质且在操作温度易冻结的非混浊液体，以防降液筛孔下易冻结的液体。 的堵塞。若必须使用于混浊液体，需③由于气液逆向同道对流，易使液体泛事先充分过滤。 出器外，故一般筒式切口形液体分配③ 由于降液与上升气体分道，故特别适器不宜用于易起泡液体物系。 用于易起泡的液体物系。 ④液体分布点较少，故不适用于横向分④ 降液筛孔多而分散，故适用于装填有散性差的环形填料。 不易使液体均匀分布的填料的填料⑤槽式切口形液体分配器适用于直径≥塔。 0.8m填料塔中。筒式切口形液体分⑤ 适用于直径≥3m的填料塔中。 配器适用于直径≤1.2m填料塔中。 液体受压进料式分配器 管式液体分配器 ①适用于液体流量较小的情况下，且限制流量的波动范围，即液体流量调节比2左右。 ②适用于黏度小的清液系统。 ③适用于气液两相进料的填料塔中。 ④可适用于不同塔径的填料塔中。 7.2.1圆筒形升气式液体分布器

如图6，由筛孔平底圆板及供气体上升的圆管组成。一般圆板可分成几块，以便安装。进液管筛孔圆板中央处上方，且使管底边高出升气管150mm左右。进液时要求速度控制在1.5m/s左右，以保证平板上所有筛孔上形成均匀的液面。

其设计步骤为：

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①依据塔径，确定出液体分布器的直径，如表6所示。其余参数见表7。

②升气管：通常情况下，升气管总截面面积取塔截面面积的15%～45%。升气管直径取DN100～DN150为宜，升气管的高度可根据要求自定。

升气管的设计，主要控制在较低的压降，常用估 图6 圆筒形升气式液体分布器 算升气管压降的经验公式为：

?V??p?1.226?G?S?

?A?2式中： Δp

A

压降，Pa

升气管截面面积，m2

表6 圆筒形升气式液体分布器尺寸推荐值 分布器直分布器总塔径 分布器直分布器总塔径 径，mm 高度mm mm 径，mm 高度mm mm 290 125 1350 1310 250 2550 430 125 1500 1460 250 2700 560 250 1650 1600 250 2850 720 250 1800 1750 250 3000 860 250 1950 1900 250 3150 960 250 2100 2050 250 3300 1160 250 2400 2300 280 塔径 mm 300 450 600 750 900 1000 1200 分布器直分布器总径，mm 高度mm 2490 280 2640 280 2790 280 2940 280 3090 280 3220 280 塔径mm 150～450 455～600 605～750 760～1500 1520～2250 2260～3000 表7 301A圆筒形升气式液体分布器结构参数 支撑环宽度mm 升气管数量 夹子 1～4 25 4 32 4 38 6～28 51 28～75 64 75～128 注：塔径≥2700mm的填料支撑需要增加中间支撑梁。 ③降液孔板：设计一个良好的液体分布板，应首先保证降液孔板具有一定的筛孔数。一般要求降液孔板至少达到110个孔/m2塔截面，对500Y与700Y（750Y）通常为175～190个孔/m2塔截面。降液孔板的筛孔确定后，其孔径可由w?d?0.53619LSnHL2gHL2和LS??ndw/4推导的下式计算：

式中： d

筛孔直径，m

3

LS 液体流量，m/s HL 筛板上液柱，m

在设计估算时，液层高度通常取升气管高度的一半。液压头根据最小液流量和最大液流量要

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求能在13mm到低于升气管管顶25mm的范围内变化[125～245kPa]，为避免小孔堵塞，其孔径应不小于3mm。

7.2.2槽条形升气式液体分布器

图7 MDP槽条形升气式液体分布器

如图7，是由槽条依次等距离沿截面铺设而成。气体由无底槽内上升，液体沿槽条间底板上开设的许多筛孔处向下淋降。进料液体由叠架在槽条上且与各槽条垂直的进料槽处进入。进料槽底部的小孔与槽条间底板处的筛孔对准，使下降的液体与上升的气体分道流动。一般情况下，进料槽底部的小孔处的下降速度控制在1.5m/s左右，以保证平板上所有筛孔上形成均匀的液面。

MDP型槽条形升气式液体分布器总高约610mm。其结构尺寸见表8。

表8 MDP槽条形升气式液体分布器结构参数 槽条数量 最大液流量GPM 4 150 6 250 7 350 9 500 11 650 13 1100 塔径mm 900～1050 1200～1350 1500～1650 1800～1950 2100～2250 2700～2900 注： ①重量按不锈钢计。 ②塔径≥2700mm的填料支撑需要增加中间支撑梁。 ③接液槽的实际数量取决于液流量。

近似重量lb 250 400 600 800 1100 1700

7.2.3闪蒸进料液体分布器

如图8，它由上部的50%开口的环形通道和下部的类似于301A圆筒形升气式液体分布器而组成，上下部独立支撑。它是用来分离两相进料中的气相。上部的50%开口的环形通道高度一般为300mm，上下两板之间也为300mm。闪蒸进料液体分布器的结构参数见表9。

表9 闪蒸进料液体分布器结构参数

塔径mm 支撑宽度mm 总高mm 1200～1500 38 457 1505～2250 51 559 2205～3000 64 660 3005～3500 64 737 3505～4550 76 838 注： ①重量按不锈钢计。 ②塔径≥2700mm的填料支撑需要增加中间支撑梁。

近似重量lb 140～230 345～750 750～1200 1200～1600 1600～2700

图8 闪蒸进料液体分布器

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