CN104001463B - 多碟式液体分布器 - Google Patents

Abstract

多碟式液体分布器用于填料塔中的液体分布，由进液总管、进液支管、分液管、限流孔板、分液碟、落液管组成。落液管插在分液碟中，分液碟挂在分液管上，分液管中安装了限流孔板，分液管与进液总管或进液支管连接，进液支管与进液总管连接。分液碟为带底的圆形结构，每个分液碟内的落液管数量在9至38根之间，落液管布置在1至4个同心圆周上。分液碟的数量由塔径和分液点密度决定，每个分液碟对应着一根分液管，液体从分液管流出后径向流向各落液管。每根落液管的上部侧面都开有溢流槽，落液管从分液碟内穿出延伸到填料内各自的分液点。具有分液点多、分液均匀、重量轻、安装维修方便等优点。

Description

多碟式液体分布器

技术领域：

本发明涉及化工生产中气液传质设备中的液体分布的技术范畴，尤其是涉及填料塔中的液体分布器元件。

背景技术：

连续接触式气液传质塔器以填料塔为主。液体从塔顶进入，由液体分布器将液体分布到整个填料塔塔截面。液体从液体分布截面开始在填料表面形成液膜并沿填料间的空隙向下流动，气体则在填料空隙间向上流动。液膜在流动中不断更新，气液传质主要发生在液膜表面。

液体在填料塔的均匀分布，可以增强填料的传质性能、增加填料液膜厚度的均匀性、提高填料塔的传质效果。液体初始分布的均匀性对塔的传质效果的影响非常重要。尽管填料对液体也有再分布作用，但这需要增加一定的填料高度。如果液体初始分布的均匀性不好甚至很差，会使液体在填料层中产生沟流、壁流甚至局部液泛、或者产生局部干填料区，从而降低甚至破坏填料塔的传质性能。

液体分布均匀性以单位塔截面上的分布点数目、分布点的均匀性和整个塔截面各分布点流量的均匀性来衡量。从分液落点的动能特性看，可以分为喷淋式和溢流式两大类。

喷淋式，俗称为管式，分为上喷和下喷两种，有莲蓬式、管式(环管式、直管式)等。液体直接从各分布小孔中喷出来，常由小孔直径决定分布点流量，通过开孔角度和孔速达到分布的均匀性。孔速高，分布的均匀性相对稍好。但是孔速高，小孔直径就小，很容易被堵塞；孔速高，流体动能大，喷出的液流产生的雾沫粒径就小，被上升气流夹带出去的就多。

溢流式，俗称为槽式，是将液体首先分到几个大槽中，槽中插有多个落液管，落液管从槽内延伸到槽外至填料分布截面的分液点；或者在槽侧面挂着、焊着多个落液管，落液管从槽壁延伸到填料分布截面的分液点。液体从落液管侧面的开槽或者顶部通过液位溢流入落液管，槽中液面的水平度决定分布的均匀性。随着塔径加大、分液槽的长度增加，槽中液体的波大浪高，液体分布的均匀性就差。随着塔径加大、分液槽的操作负荷增加，分液槽的绕度增大、刚性降低，实际运行时落液管水平度相差大，都造成了液体分布系统性地不均匀，特别对喷淋密度小的填料塔更是如此。溢流式液体分布器的体积大、质量重，安装维修困难，且随着塔径增大而越加困难。

发明内容：

本发明的目的在于解决已有液体分布器分布均匀性差、管式分布器雾沫多以及槽式分布器安装维修困难等问题，达到分液均匀、重量轻、安装维修方便等目的。

本发明所采用的技术方案是：

多碟式液体分布器由进液总管、进液支管、分液管、限流孔板、分液碟、落液管组成。落液管插在分液碟中，分液碟悬挂在分液管上，分液管中安装了限流孔板，分液管与进液总管或进液支管连接，进液支管与进液总管连接。

在填料塔填料表面的断截面上部，均匀分布着多个平底直筒圆形分液碟，分液碟的数量由塔径和分液点密度决定。每个分液碟内的落液管数量在9至38根之间，落液管布置在1至4个同心圆周上，落液管从碟底延伸到碟外然后直接垂直向下至分液面或者弯曲延伸到落液点，落液管上部开有溢流槽，液体通过溢流槽溢流入落液管从而到达填料表面。每个分液碟对应着一根分液管，液体从位于分液碟中心的分液管流出后径向流向各落液管。在进液总管上连接数根进液支管，所有分液管都连接在进液支管或进液总管上，每根分液管中间都有一个限流孔板来控制其进入该分液碟的液体流量。分液管下部有几个支撑爪用以悬挂分液碟。

通过液体在限流孔板前后的阻力降来平衡液体在限流孔中的流速，并由限流孔板的孔径来控制进各分液碟的流量。由于同一液体分布器中绝大多数分液碟都是标准型的、碟中落液管的数量都是相同的，因此选用孔径相同的标准型限流孔板。只有在塔截面的四周会有少数分液碟中落液管的数量与标准型的不同，这时仍可选用标准孔径的标准型限流孔板或者不同孔径的限流孔板，以控制这些分液碟中落液管的流量与标准分液碟中落液管的流量相同或者相异，因为填料塔的壁流效应往往要求塔壁处有稍多的喷淋密度。

控制通过限流孔板的流速是进液总管流速的4倍左右，取决于对落液管流量均匀性的要求以及对正常流量与最大及最小流量的差异率。由于不同孔径的限流孔板的流量与进液总管流量的变化率不是线性关系，可以据此人为地控制某个总流量下靠近塔壁的喷淋密度。

多碟式液体分布器具有分液点多、分液均匀、重量轻、安装维修方便等优点。

多碟式液体分布器的分液点布置，可以是正方形排列、可以是等边三角形排列、也可以是等腰三角形排列，正方形排列可使每个分液碟中有4根直的分液管，等边三角形排列可使每个分液碟中有3根直的分液管。单位面积上的分液点数量不受限制，可按实际需要任意选取，很容易使分液点密度超过50点/m²。

液体在分液碟中是径向流动，其流动速度比在分液槽中的纵向速度低一至两个数量级，且随着流动方向迅速减小。流动速度低、流动路线短，液体波涌的峰值就小，碟中液体流动的波动性小，因此需要的平衡液位就低。

多碟式液体分布器使用的材料重量省、可用的材料种类多。多碟式布置，既缩短了落液管的水平延伸长度，又降低了落液管的垂直高度，使落液管的总长度减少很多。碟的总材料重量也比槽的总材料重量小，尽管进液支管和分液管需要的材料量增加，总的材料用量还是减少的。另外，由于分液碟的直径小、容积少、持液量轻，可以采用材料种类就多。分液碟、落液管与进液总管、进液支管、分液管间既可采用相同的材料、更适合采用不同的材料。

多碟式液体分布器操作重量轻：分液碟总的持液量只是分液槽总持液量的十分之一左右。

多碟式液体分布器塔截面覆盖率低：碟的底面积总和占塔截面积的15％左右，只是槽式分液器的槽底面积总和占塔截面积比率的四分之一。并且单个碟的底面积相对较小、每平方米塔截面上有多于2个碟，碟底面积对上升气流的影响就很小，碟底下要求不装填填料的高度就低。

多碟式液体分布器安装、维修方便：所有落液管都是在制造厂安装在分液碟内的，且仅有四分之一左右的落液管需要有在现场连接的延长管。含落液管的分液碟的安装重量很轻，一个总装完成的分液碟的总重是一个人徒手可以搬动的。分液碟是挂在分液管上的，不用固定也不会被上升气流吹动。

下面结合附图对本发明作详细说明。

附图说明：

图1，多碟式液体分布器平面结构示意图；

图2，多碟式液体分布器立面结构示意图(即：A-A剖面图)；

图3，带落液管的分液碟平面结构示意图；

图4，带落液管的分液碟立面结构示意图。

各附图中：1进液总管、2进液支管、3分液管、4限流孔板、5分液碟、6落液管。

具体实施方式：

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

某气体净化装置的气体冷却塔是壳体为玻璃钢的填料塔，填料层处的塔内径为5米。进塔气体为水饱和的湿气体，出塔气体实际流量是120km³/h，用1150m³/h的酸性水来冷却该气体，将气体温度从76℃冷却到38℃。液体的喷淋密度在51(m³/h)/m²。

在填料表面安装多碟式液体分布器来分布该酸性水，包括进液总管、进液支管、分液管、限流孔板、分液碟、落液管。落液管插在分液碟中，分液碟挂在分液管上，分液管中安装了限流孔板，分液管与进液总管或进液支管连接，进液支管与进液总管连接。落液点分布方式为边长203mm的正方形排列，采用一根进液总管和6根进液支管，共有32个分液碟，其中24个碟中各有16根落液管，另外8个碟中各有14根落液管，总共有496根落液管，平均每平方米的落液点数目为25.3个。分液碟内径350mm，落液管外径42mm，落液管布置在同一个同心圆周上。每个落液管上部侧面均有溢流槽。采用32块孔径相同的限流孔板，限流孔板孔径为48mm。

该实施例的进液总管和进液支管采用玻璃钢材料，分液管上部是玻璃钢材料、下部是聚丙烯材料，限流孔板采用聚四氟乙烯材料，分液碟和落液管均为聚丙烯材料。分液碟挂在分液管上，实际运行时，每个分液碟的操作重量仅有15kg左右。

将原先的溢流槽分液器改成多碟式液体分布器后，填料高度从原先的5.5m降低到了4m。出塔气体带出的水雾量明显减少，气体压降降低了近一半。

实施例2

某硫酸装置的三氧化硫吸收塔，为碳钢衬砖的填料塔，填料层处塔衬砖后内径为6.8米，主填料高度2.5米，主填料层上面还有0.2米高的除沫层填料。采用浓度为98.3％硫酸来吸收气体中的三氧化硫，上塔酸量660m3/h，喷淋密度为25(m3/h)/m2。

在填料表面安装多碟式液体分布器来分布硫酸，包括进液总管(即进酸总管)、进液支管(即进酸支管)、分液管(即分酸管)、限流孔板、分液碟(即分酸碟)、落液管(即落酸管)。落酸管插在分酸碟中，分酸碟挂在分酸管上，分酸管中安装了限流孔板，分酸管与进酸总管或进酸支管连接，进酸支管与进酸总管连接。该多碟式分酸器的落酸点分布方式为边长156mm的正方形排列，采用一根进酸总管和8根进酸支管，共有76个分酸碟，其中60个碟中各有16根落酸管(52个碟为落酸点分布完全相同的标准碟)，另外16个碟中各有12根落酸管，总共有1152根落酸管，平均每平方米的落酸点数目为43.6个。分酸碟内径290mm，落酸管外径34mm，落酸管布置在碟内的两个同心圆上。每个落酸管上部侧面均开有溢流槽，落酸管埋在除沫层填料内、延伸到主填料层表面。分酸碟底与除沫填料层表面留有50mm高的空间以便分酸碟底气体的流动。

该实施例的进酸总管和进酸支管的材料是铸铁，分酸管上部材料也是铸铁，分酸管下部材料是耐酸合金钢，限流孔板用耐酸合金材料铸造，分酸碟和落酸管均为耐酸合金钢材料。分酸碟挂在分酸管上，实际运行时，每个分酸碟的持酸量仅有13kg左右。分酸碟除用耐酸合金钢外，由于其直径小、容积少、重量轻，可以采用几乎所有的耐酸材料，如铸铁、陶瓷、玻璃、搪玻璃、聚四氟乙烯等。

实施例3

半干法制酸装置吸湿塔后的第一吸收塔，为碳钢衬砖的填料塔，填料层处塔衬砖后内径为5米，主填料高度2.3米，主填料层上面还有0.2米高的除沫层填料。采用浓度为98.5％硫酸来吸收气体中残留的三氧化硫、水和硫酸蒸汽，上塔酸量80m3/h，喷淋密度为4(m3/h)/m2。

在填料表面安装多碟式液体分布器来分布硫酸，包括进酸总管、进酸支管、分酸管、限流孔板、分酸碟、落酸管。落酸管插在分酸碟中，分酸碟挂在分酸管上，分酸管中安装了限流孔板，分酸管与进酸总管或进酸支管连接，进酸支管与进酸总管连接。该多碟式分酸器的落酸点分布方式为边长145mm的等边三角形排列，采用一根进酸总管和4根进酸支管，共有37个分酸碟，其中27个碟中各有30根落酸管，另外10个碟中各有28根酸液管，总共有1090根落酸管，平均每平方米的落酸点数目高达55.5个。分酸碟内径340mm，落酸管外径17mm，落酸管布置在碟内的三个同心圆上。每个落酸管上部侧面均有溢流槽，落酸管埋在除沫层填料内、延伸到主填料层表面。分酸碟底与除沫填料层表面留有50mm高的空间以便分酸碟底气体的流动。

该实施例的多碟式分酸器的全部部件均由耐酸合金钢材料制造。分酸碟挂在各分酸管上，实际运行时，每个分酸碟的持酸量在22kg左右。

尽管该实施例的喷淋密度很低，但由于多碟式分酸器分酸的均匀性好，该塔的吸收效果显著，使得出塔气温与进塔酸温的温差在3℃之内。

虽然上述3个具体的实施例已经描述了本发明，但此描述不意味着构成限制。在参照本发明的描述后，对于本技术领域的熟练人员来说，显然能够对所公开的实施例作出各种各样的修正。各种类似的修正均落入本发明的权利要求范围之内。

Claims (2)

1.多碟式液体分布器，由进液总管、进液支管、分液管、限流孔板、分液碟、落液管组成，其特征在于：

在填料塔填料表面均匀分布着多个分液碟，落液管插在分液碟中，分液碟悬挂在分液管上，分液管中安装了限流孔板，分液管与进液总管或进液支管连接，进液支管与进液总管连接；

每根落液管的上部侧面都开有溢流槽，液体从溢流槽流进落液管，落液管从分液碟内穿出延伸到填料内各自的分液点；

每个分液碟对应着一根分液管，液体从分液碟中心的分液管流出后径向流向各落液管；

在进液总管上连接数根进液支管，所有分液管都连接在进液支管或进液总管上，每根分液管中间都有一个限流孔板来控制其进入该分液碟的液体流量。

2.根据权利要求1所述的多碟式液体分布器，其特征在于：分液碟为带底的圆形结构，每个分液碟内的落液管数量在9至38根之间，落液管布置在1至4个同心圆周上。