新型塔板的研究开发及应用.doc

新型塔板的研究开发及应用 王柱祥 刘玉秀 (河北工业大学 300130) 塔板是化工分离设备中常用的气液接触装置，有多种类型，如泡罩、筛孔、浮阀、MD塔板、新型垂直筛板等。每一种塔板都有各自的特点，就气液接触状态而言可分为两种类型，一种是鼓泡接触，另一种是喷射接触。新型垂直筛板是以喷射状态进行气液接触的，它具有传质效率高、处理能力大、操作弹性好、抗堵塞能力强等优点。具有很好的工业应用前景。研究新型垂直筛板塔的性能和开发新型塔内件具有重要意义。本文主要介绍新型垂直筛板的塔板结构、流体状况对气液接触的影响以及新型塔内件的开发和工业应用。 1. 实验研究 实验采用600 ， 800有机玻璃塔，用空气—水系统对新型垂直筛板的流体性能进行测试、比较。用氨气—空气—水吸收系统对塔板效率进行测试、比较。 1. 气液接触状况观测 新型垂直筛板的气液接触是以气液两相在喷射状态下进行的，与浮阀、筛孔塔板有着根本不同，后者的气液接触是以鼓泡状态下进行的。新型垂直筛板的气液接触过程可描述为，气体从板孔进入罩内，将帽罩底隙进入的液体提升，气液两相在罩内剧烈撞击、破碎、湍动，然后气液从帽罩测孔喷出，罩间对喷，最后气液分离，液滴落回塔盘，气体上升进入上层塔盘。 2. 气液接触效果分析 以喷射状态下进行的气液接触与鼓泡状态相比，我们认为前者效果好，主要原因是:a. 气液在罩内碰撞破碎、湍动剧烈，有利于气液接触。b. 气液从罩孔喷出，液相是被分散的大量小液滴，大大提高了传质面积，同时帽罩之间的气液对喷进一步促进了传质。c. 喷射空间大使得塔板空间被充分有效的利用，而鼓泡状态的气液接触主要在鼓泡层内进行，大部分塔板空间未被利用。 3. 气速对喷射状况的影响 在一定的液体负荷下，气速是影响操作状况的重要因素，大致可分为三个阶段。(,)泄漏阶段。当气速较低时，气体的动能不足以将罩内的液体托起，一部分液体从板孔流下，另一部分在罩内呈股流状从罩孔流出，不能形成喷射状态。一般将此气速作为操作下限。(,)正常操作阶段。当气速达到一定值后，气体将罩内液体提升，气液在罩内剧烈撞击、破碎、湍动，气液混合物从罩孔喷射而出，液体被分散成大量的小液滴，气液分离，气体上升进入上层塔板。(,)超负荷阶段。当气速增大到一定程度后，可能会出现三种情况，其一是过量雾沫夹带;其二是部分气体开始从帽罩进液底隙吹出;其三是既不出现过量夹带也不会从底隙吹出，而是塔板压降过大。前两种直接影响传质效率，后者直接影响塔的操作。哪一种作为气速操作上限，将根据实际状况考虑确定。 4. 罩内液量对喷射状况的影响 当板孔气速确定后，罩内的液量直接影响气液的喷射状况。液量过小，造成提液量不足，塔板效率下降;液量过大，虽然提液量也大，但喷射状态并不好，原因是从罩孔喷出的液体大部分呈柱状，未被很好的分散就很快落回塔盘，气液接触不好。此外，罩内液层变厚，气体通道变窄，使塔板阻力急剧上升。所以，控制罩内的液量直接关系到气液接触的好坏以及塔板的正常操作。决定罩内液量的因素主要来自液相负荷、堰高和帽罩底隙高度。对于较大的液相负荷，帽罩底隙高度成为控制进液量的关键因素，应根据塔盘液层高度确定底隙液体通道面积，由此推算底隙的高度。此外，液相负荷大造成塔盘液面梯度也大，自然沿液体流动方向的前后帽罩的底隙高度也就不一样，实际设计时应予考虑。对于较小的液相负荷，塔盘液层高度决定于堰高，一般由堰高来确定帽罩底隙高度。气速和罩内液量决定着气液喷射状况，那么提液量的多少才是最佳的喷射效果呢,我们对此进行了测定。在气速的正常操作阶段，板孔气体流量与提升液量体积比约为100:1~1.5。 5. 传质效率 用空气-氨-水吸收实验研究气速、罩隙高度对塔板效率的影响，同时测定浮阀塔板效率与New VST塔板效率。在液体负荷和堰高一定的条件下，不同的帽罩底隙高度，塔板效率不同。底隙过小，导致进液量不够，形成干喷，塔板效率低;底隙过高导致进液量过大，喷射状况不好，塔板效率同样下降。这与前面的分析结果吻合。浮阀和新型垂直筛板的塔板效率相比，实验测得垂直筛板塔板效率比浮阀一般高出5%~10%左右。 二、新型塔板的开发 在新型垂直筛板塔的基础上我们开发出适合大液体负荷的新型塔板—径向侧导喷射塔板。其结构是在特定罩体上有导向喷射装置，该塔板对于塔径较大、液相负荷较高的操作体现出的良好的性能。主要有:(1)通过导向喷射，大大降低塔盘上的液面梯度，使得塔盘气体分布较为均匀，它非常适合大塔径单溢流塔板。(2)喷出的液体方向与塔盘液体流动方向一致，从而降低了液相返混程度。(3)导向喷射减小了液面梯度和液层厚度，使得塔板的总体压降降低。这些特点均有利于提高塔板效率。 三、工业应用 1. 化肥厂碳化综合塔改造 河南新乡化肥总厂碳化工段Φ200