CN106475011B - 一种用于方形填料塔的辐射导流式气体分布器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于方形填料塔的辐射导流式气体分布器，包括气体进口管、蝶形底板、蝶形封板和若干辐射导流板；所述蝶形底板与气体进口管的出口连通；所述辐射导流板沿着气体进口管的出口径向设置于蝶形底板和蝶形封板之间。该辐射导流式气体分布器使气体在方形填料塔内均匀分布，解决了方形塔中存在的塔壁面及边角区域气体偏流、涡旋和阻力损失较大等技术问题。

Description

一种用于方形填料塔的辐射导流式气体分布器
技术领域
本发明涉及气体分布装置，具体涉及一种用于方形填料塔的辐射导流式气体分布器。
背景技术
填料塔是石油和化工工业中广泛应用的一种气液、液液接触传质设备。随着填料塔的发展，液体和气体在塔内的均匀分布是填料塔放大的关键问题，尤其是气液两相进料初始分布的均匀性，直接影响到填料塔的分离效率和产品质量。
大型塔器常采用双切向环流式和双列叶片式气体分布器。双切向环流式气体分布器气体经过弧形导流向下，再通过内筒折流向上，因此存在塔壁区域流速低的问题，由于方塔的特殊结构形式，会引起壁面及夹角区域气相分布严重不均匀的现象。中国实用新型(CN204365094U)公开一种双列叶片折板式气流分布装置，包括：气流通道模块，其设于中间位置，由上盖板、下盖板、设于后端的密封板以及设于前端的圆形进气口连接板组成；气流入口模块，其由连接设备的法兰、连接进气口连接板的法兰以及设于其中间的圆形风管组成，气流入口通过所述连接进气口连接板的法兰固定在所述进气口连接板上；双列折板叶片气流分布模块，其由两个左右对称的折板叶片气流分布模块组成，且所述两个折板叶片气流分布模块分别通过螺丝或者法兰连接于所述气流通道模块的左右两侧。双列叶片式气体分布器应用于方塔时，塔壁两侧的气速相对较高，而中央部分气流向下并产生漩涡，导致气相分布质量较差。
经对现有文献检索发现，中国发明专利申请(CN104607111A)公开一种组合式进料分布器，在双切向进料分布器中加设双列叶片进料分布器，对进口的气体进行分流，减弱气体对塔底液体的扰动和气体在塔内产生的漩涡现象，但该结构没有解决塔壁两侧气速较低的问题，且存在结构复杂、安装成本高等缺点。
现有技术中的气体分布器无法解决方形塔中存在的塔壁面及边角区域气体偏流、涡旋和阻力损失较大等技术问题。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种用于方形填料塔的辐射导流式气体分布器，使气体在方形填料塔内均匀分布，解决了方形塔中存在的塔壁面及边角区域气体偏流、涡旋和阻力损失较大等技术问题。
本发明解决上述技术所提供的技术方案为：
一种用于方形填料塔的辐射导流式气体分布器，包括气体进口管、蝶形底板、蝶形封板和若干辐射导流板；所述蝶形底板与气体进口管的出口连通；所述辐射导流板沿着气体进口管的出口径向设置于蝶形底板和蝶形封板之间。
所述辐射导流式气体分布器一般安装在方形填料塔塔底，而气体进口管的入口则安装在方形填料塔的塔壁上。气体进入气体进口管后，经过辐射导流板，将气体分成均速的多股气流，由于蝶形封板轴向限流作用，气体均匀流向塔壁并与其碰撞后折向塔顶流动，通过对进口气体径向分流、轴向限流提高了塔壁两侧气体流速，并减弱了气体在分布器上方产生的漩涡现象，提高气相均匀度、降低阻力损失。
作为优选，所述设置于蝶形底板和蝶形封板之间的若干辐射导流板中心对称于气体进口管的出口中心。
作为优选，所述相邻辐射导流板之间的夹角为5～20度。进一步优选，所述位于蝶形底板外边界中间的相邻辐射导流板之间的夹角为15～20度。该设置使得气体分成均速的多股气流，减弱了气体在分布器上方产生的漩涡现象。
作为优选，所述蝶形底板和蝶形封板两者平行且外边界形状相同。该设置能够防止方形填料塔上端的吸收液进入气体进口管。
作为优选，所述辐射导流板为等高矩形板，所述辐射导流板沿着气体进口管出口的径向宽度等于气体进口管的出口边界到蝶形底板外边界的距离。该辐射导流板的设置，提高导流板的导流作用，能够尽可能使得气体分成均速的多股气流。
作为优选，所述辐射导流板沿气体进口管出口的轴向高度h的取值范围：0.65d≤h≤3d，d为气体进口管的直径。通过调整轴向高度h与气体进口管的直径d的关系，使得经过气体进口管的气体能够快速分流。
作为优选，所述蝶形底板的外边界沿着气体进口管出口的径向到方形填料塔塔壁的距离Δ均相等。该设置保证气体出口到塔器壁面的径向距离均相同，使得经过辐射导流板后的气体均匀流向塔壁并与其碰撞后折向塔顶流动，防止壁面区域及边角区域的气体偏流，减小阻力。
作为优选，所述蝶形底板的外边界沿着气体进口管出口的径向到方形填料塔塔壁的距离Δ取值范围：0.4～0.9(a-d)，其中a为方形填料塔横截面的边长，d为气体进口管的直径。进一步减弱了气体在分布器上方产生的漩涡现象，提高气相均匀度、降低阻力损失。
作为优选，所述蝶形底板与气体进口管出口连通处设有防水环。防水环能够有效得防止吸收液进入气体进口管。
进一步优选，所述防水环的高度为50～100mm。
同现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
本发明所提供的辐射导流式气体分布器使得气体进入气体进口管后，经过辐射导流板将气体分成均速的多股气流，减弱了气体在分布器上方产生的漩涡现象，提高气相均匀度、降低阻力损失，解决了方形塔中存在的壁面区域及边角区域的气体偏流和阻力损失较大等技术问题。
附图说明
图1为辐射导流式气体分布器的结构示意图；
图2为辐射导流式气体分布器的左视图；
图3为辐射导流式气体分布器安装于方形填料塔内的俯视图；
图4为辐射导流式气体分布器的气体流线图；
图5为辐射导流式气体分布器上方轴向截面速度监测点示意图；
图6为辐射导流式气体分布器沿轴向方向分布不均匀度变化趋势图。
其中，1、气体进口管；11、气体进口管的出口；12、气体进口管的入口；2、蝶形底板；3、蝶形封板；4、辐射导流板；5、支撑梁；6、防水环；7、方形填料塔。
具体实施方式
下面结合实施例和说明书附图进一步说明本发明。
实施例
如图1～3所述，辐射导流式气体分布器包括气体进口管1、蝶形底板2、蝶形封板3和若干辐射导流板4。
辐射导流式气体分布器安装在方形填料塔7内部，气体进口管1为90度的两通管，直径为d＝760mm，气体进口管的入口12固定安装于方形填料塔7一侧的塔壁，而气体进口管的出口11则焊接于蝶形底板2，使得气体进口管1与蝶形底板2连通。蝶形底板2四个角分别通过螺纹固定于两个支撑梁5，而支撑梁5则固定安装于方形填料塔7的塔壁上的牛腿支撑结构(图中未给出)，起到固定整体分布器的作用。蝶形底板2与气体进口管的出口11连通处设有防水环6，防水环的高度为75mm。
如图3可知，气体进口管的出口11位于方形填料塔7中心，而蝶形底板2也设置于方形填料塔7中心。
辐射导流板4沿着气体进口管的出口11径向设置于蝶形底板2和蝶形封板3之间，辐射导流板4位于气体进口管的出口11边界外侧，垂直于气体进口管的出口11边界的切线，且所有辐射导流板4组成的形状中心对称于气体进口管的出口11中心，其中蝶形底板2和蝶形封板3两者平行且外边界形状相同。辐射导流板4的形状为等高矩形板，高度为1.5d，数量为32块，通过焊接垂直固定于蝶形底板2和蝶形封板3之间。位于蝶形底板2四个外边界中间的两块辐射导流板4之间的夹角为20度，其余辐射导流板4之间的夹角为10度。
辐射导流板4沿着气体进口管的出口11的径向宽度等于气体进口管的出口11边界到蝶形底板2外边界的距离；同时，蝶形底板2的外边界沿着气体进口管出口11的径向到方形填料塔7塔壁的距离Δ均相等，图3中Δ1＝Δ2＝Δ3，保证气体出口到方形填料塔7壁面的径向距离均相同，使得经过辐射导流板4后的气体均匀流向塔壁并与其碰撞后折向塔顶流动，防止壁面区域及边角区域的气体偏流，减小阻力。
性能测试
利用Fluent软件对具体实施例中的辐射导流式气体分布器内流场进行模拟，分析气体流经分布器压力损失与分布器上方气速分布不均匀度。
在该模拟条件下，空气在辐射导流式气体分布器内流动过程中压力变化可以忽略不计，因此将空气视为不可压缩流体。空气在塔器内空气呈湍流流动，采用连续性方程、雷诺平均N-S方程、湍动能k及湍动能耗损率ε的输运方程来描述。分布器进口管气体按照充分发展的湍流考虑，采用速度进口边界条件u＝8m/s；出口采用压力边界出口；并采用标准壁面函数计算近壁网格上的各物理量。
1、阻力损失Δp数值分析
阻力损失Δp定义为：气体分布器进口与分布器上方某截面处的压力差。Δp＝pin-pout，式中，pin为气体分布器进口压力，pout为分布器上方某截面压力。通过模拟发现，气体分布器进出口压力损失Δp＝55Pa。
2、气速分布不均匀度Mf数值分析
分布器的分布性能采用气速分布不均匀度来表征，n为分布器上方界面气速监测点个数。
具体的步骤：在分布器上方(Z＝0～1.5m处)取一轴向截面，在此截面上等间距取49个速度监测点(见附图5)，ui表示气体分布器在该截面处第i个点的轴向速度值，表示气体分布器某特定截面处n个速度点的速度平均值。提取fluent软件中49个速度监测点的轴向速度值，并根据上述公式计算气速分布不均匀度Mf。
如附图4所示，气体经过分布器的导流和均流作用，在分布器上方流线分布均匀，基本消除涡流现象。在分布器上方Z＝0.1/0.2/0.3/0.4m处截取轴向截面，在各截面上按照图5设置7×7个速度监测点，并计算各截面上的气速不均匀度Mf。从图6可以看出，气速分布不均匀度Mf随高度Z增大而降低，即气速分布越来越均匀；在Z＝0.3m处，气速不均匀度为0.5，符合常规塔器对气体分布器的要求。

Claims (8)

1.一种用于方形填料塔的辐射导流式气体分布器，其特征在于，包括气体进口管、蝶形底板、蝶形封板和若干辐射导流板；所述蝶形底板与气体进口管的出口连通；所述辐射导流板沿着气体进口管的出口径向设置于蝶形底板和蝶形封板之间；
所述蝶形底板和蝶形封板两者平行且外边界形状相同；所述蝶形底板的外边界沿着气体进口管出口的径向到方形填料塔塔壁的距离Δ均相等。
2.根据权利要求1所述的用于方形填料塔的辐射导流式气体分布器，其特征在于，所述设置于蝶形底板和蝶形封板之间的若干辐射导流板中心对称于气体进口管的出口中心。
3.根据权利要求2所述的用于方形填料塔的辐射导流式气体分布器，其特征在于，相邻辐射导流板之间的夹角为5～20度。
4.根据权利要求1所述的用于方形填料塔的辐射导流式气体分布器，其特征在于，所述辐射导流板为等高矩形板，所述辐射导流板沿着气体进口管出口的径向宽度等于气体进口管的出口边界到蝶形底板外边界的距离。
5.根据权利要求4所述的用于方形填料塔的辐射导流式气体分布器，其特征在于，所述辐射导流板沿气体进口管出口的轴向高度h的取值范围：0.65d≤h≤3d，d为气体进口管的直径。
6.根据权利要求1所述的用于方形填料塔的辐射导流式气体分布器，其特征在于，所述蝶形底板的外边界沿着气体进口管出口的径向到方形填料塔塔壁的距离Δ取值范围：0.4～0.9(a-d)，其中a为方形填料塔横截面的边长，d为气体进口管的直径。
7.根据权利要求1所述的用于方形填料塔的辐射导流式气体分布器，其特征在于，所述蝶形底板与气体进口管出口连通处设有防水环。
8.根据权利要求7所述的用于方形填料塔的辐射导流式气体分布器，其特征在于，所述防水环的高度为50～100mm。
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