Applications of pressure balance in large scale distillation tower (Ⅰ)A new approach to estimating gas distributions on large scale valve trays

针对目前缺乏有效的大型塔板气速分布测试方法的现状,利用塔板压降的加和模型和塔板压力平衡,推导出沿塔板液流方向上不同区域的局部气速模型。在6400 mm×800 mm大型双溢流、16分区空气/水冷模试验塔上对所推导出的公式进行验证。结果表明,该模型依据塔板压降和持液分布数据能够对塔板上的气相分布进行很好的表征和量化。     

旋流塔板气液接触状态及塔板压降

旋流塔板有复杂的气液接触状态。对应于一定的气液接触现象,气液接触状态可分为倾泻区、泡花区、喷射区和全喷射区。在四种接触状态下,塔板有效压降与气速的关系有明显的差别。以有效压降随气速变化规律的转化点作为气液接触状态的转化点,确定了塔板上各种气液接触状态的区域,并关联了接触状态转化点的操作条件。对喷射区有效压降的分析得到,有效压降主要决定于塔板上液体产生的静压降,气体径向速度可以忽略,而使喷射区内有效压降不受气速影响。全喷射区内,气速影响溢流管和溢流锥的溢流能力,而使气速明显地影响塔板有效压降。泡花区内,漏液量随气速的增大而减小;因此,气速影响塔板有效压降。适当地简化流况,提出了有效压降关联式,利用实验数据确定了其中的参数。     

新型立体传质塔板及其流体力学性能

新型立体传质塔板（CTST）结构新颖, 充分利用塔板空间进行传质,具有通量大、效率高、压降低、抗堵性能强、消泡性能好等优点.在工业规模的实验塔上对立体传质塔板的塔板压降、帽罩底隙处罩内外压强、帽罩内部气相速度分布规律、雾沫夹带量、气体对液体的提升能力、塔板空间持液量等几个方面的流体力学性能进行了研究.结果表明,立体传质塔板克服了穿过塔板液层的阻力,板压降较低;塔板上帽罩底部的进液口处,罩内压强低于罩外,利于吸液;罩内气相速度分布比较合理;气液两相负荷均可较大幅度提高,而且雾沫夹带量非常低;气体对液体的提升性能以及塔板空间的持液性能都比较理想.     

网孔塔板的流体力学

木文以空气-水系统在1200×400mm矩形装置内对网孔塔板的流体力学进行了试验研究。试验所采用的塔板参数和操作条件为:塔板开口宽度为3、3.5、4、4.5及4.7mm;塔板开孔率为9.9、12.3、13.2、14.9及15.4％; 挡沫板宽度为150、200、250、300mm;板间距为400、500、600、700及800mm;液流强度为20、30、45、60m~3/m·h;气体空塔速度为0.60—2.8m/s。测定了各有关参数对塔板压降、雾沫夹带和泄漏的影响,并对试验数据进行了关联,得出了计算塔板压降、雾沫夹带、泄漏、上限气速、下限气速及操作弹性等的关系式,以便用于网孔塔板的设计。     

立体传质塔板罩内的气相速度分布

罩内气速分布是反映立体传质塔板帽罩结构合理与否的重要参数。文中在600 mm的冷模实验塔内采用热膜测速仪对立体传质塔板(CTST)帽罩内气体速度分布进行了实验研究,发现气体在CTST帽罩内的流动形态大致可以分为3个阶段,即回旋区、发展区、喷射区。各区域内的气速分布特点显著不同,分别起到不同的作用。不同板孔气速条件下,各区域速度分布的变化趋势基本一致。罩内气速分布与压力分布的对比情况较好地反映了罩内动能与势能之间的能量转换规律。     

塔板雾沫夹带上限气速的一个模型

本文提出一个“两区模型”.作者考虑了塔板上状态的区分、液滴的粒径分布和抛射速度,以及曳力系数的变化等因素,推导得积分型式的模型,可以合理地解释塔板间距、气体密度、液流强度等变量对上限气速的实际影响.在对积分模型作模拟计算和进一步简化之后,得到两个能用于不同状态的简单方程式.用φ0.6—4.2m的各种工业塔板数据以及各种工程设计方法进行了检验和比较,得到满意的结果.拟合工业筛板数据得到的参数,与文献中的实验室数据及关联式,也很一致.     

锥形筛孔塔板流体力学性能的研究

在一个φ500mm的有机玻璃塔中，以空气为物系，测试了普通筛孔塔板和锥形筛孔塔板的干板压降。根据Hughmark-O'Connell关联式计算出流量系数，并对上锥形筛孔塔板干板压降的Hughamrk-O'Connell公式进行修正，得到上锥形筛孔塔板的修正系数β'大于1，其干板压降比普通塔板低20％－30％。在此基础上对普通筛孔塔板和锥形筛孔塔板在气体穿孔时由于流体力不行为不同产生的压降差异进行了分析。     

新型垂直栅与新型高负荷导向垂直栅塔板性能研究

本文对垂直栅板(VGT)和高负荷导向垂直栅板(HVGT)进行了性能对比实验,结果表明HVGT塔板雾沫夹带量较VGT塔板下降78％;气相操作上限较VGT提高33％。两种塔板的板效率、板压降及漏液点气速相当。     

新型立体传质塔板罩内压力分布和气液提升机理的研究

研究了新型立体传质塔板(CTST)的罩内压力分布情况,并研究了基于干板和湿板操作时帽罩内部不同高度处截面的平均压力变化规律,以及同一测压面上不同测压点的压力分布变化。研究了板上清液层高度、板孔动能因子对湿板操作时罩内压力分布的影响规律,建立了相应的关联式。从罩内压力分布角度研究了气相对塔板上液体的提升机理,分析了罩内压力分布对塔板压降等流体力学性能的影响。     

格栅穿流塔塔板压降的研究

在常温下以空气和水作为介质,对格栅穿流塔板的塔板压降进行实验研究,观察格栅穿流塔板在操作时的气液接触状态,考察了不同塔板开孔率塔板的空塔气速、喷淋密度对于干板压降、总板压降、载点气速的影响。结果表明,格栅穿流塔板的气液接触状态可以分成润湿区、鼓泡区,其中鼓泡区为合理操作区域。通过实验数据分析得到格栅穿流塔板干板压降关联式、鼓泡区格栅穿流塔板总板压降关联式和格栅穿流塔板气液负荷比与空塔气速的关联式。     

塔板压力平衡的应用(Ⅱ)消除固舌催化分馏塔放大效应的新方法

针对工业催化裂化φ5 m的主分馏塔操作稳定性差、压降高等生产问题,利用FRI对网孔塔板试验现象观察结果,对催化分馏塔内固舌塔板的操作现象进行了类比,结果表明：催化分馏塔内的固舌塔板存在着严重的入口泄漏和出口喷射的分相流操作现象,表现出显著放大效应的特征。解决这一问题的关键是调控塔板上液层分布,为此提出了塔板上增设入口堰和出口堰,调控塔板上液层分布,消除放大效应,从而达到降低塔板压降,改善操作效果的目的。通过固舌塔板增堰的新方法并结合部分应用Super V1浮阀塔板,对装置进行了技术改造,结果表明：在140万吨/年加工能力的条件下,改造后的全塔压降由开车初期的28～34 kPa（国内设计经验值）降低到稳定的16 kPa,降低了约50％,该数值与设计计算的全塔压降18 kPa十分一致;汽柴油总收率由原来的68.13％提高到68.48％,轻收提高了0.35%,柴汽比由0.82提高到0.88;汽柴油产品由改造前重叠28℃降低到6℃,表明分离效率得到提高。在160万吨/年加工能力下,全塔压降仅为26 kPa,仍低于扩能前的压降,且操作平稳,产品质量完全合格。     

新型导向桥阀塔板的雾沫夹带和塔板压降

在φ1000mm的圆塔内,采用空气–水系统对新型导向桥阀塔板的流体力学性能进行了测试,考察了液流强度、出口堰高等因素对雾沫夹带和塔板压降的影响,并且与标准的F1型浮阀进行了对比实验。结果表明:新型导向桥阀塔板上气体分散均匀,泡沫层高度稳定,气液接触充分,在相同条件下压降比F1浮阀低10%～30%。具有较好的流体力学性能。     

双效并流立体旋液式塔板压降的实验研究

采用全新工艺流程,设计了一种新型双效气液并流吸收塔,塔内安装有改进型立体旋液式塔板。分别以空气、空气-水作为研究体系进行实验,考察了不同操作参数与塔板结构参数下双效气液并流吸收塔的干塔压降、湿塔压降以及立体旋液式塔板的干板压降、湿板压降,明确了双效气液并流吸收塔的操作参数范围。实验结果表明:立体旋液式塔板单板干板压降及湿板压降分别控制在70 Pa,180 Pa以内。在一效、二效各逆向安装3块塔板,全塔共完全安装6块塔板时,全塔压降最大,但是干塔压降及湿塔压降可分别控制在2 400 Pa,2 800 Pa以内,双效气液并流吸收塔与立体旋液式式塔板的组合在能耗及操作弹性方面优势明显。     

塔板上流型变化对板效率影响的计算传质学

利用能够描述塔板上气液两相错流过程的流体力学模型,建立了同时模拟气液两相流动与传质过程的数学模型;通过对气液两相传质方程和流体力学模型方程的联立求解,计算得到了塔板上液相速度分布和气液两相浓度分布的数值解,考察了气相完全混合和气相部分混合两种条件下塔板上的气液两相浓度分布,同时考察了气相完全混合时流型变化对塔板效率的影响.     

立体传质塔板CTST喷射特性的研究

立体喷射型塔板的喷射状况对气液两相接触面积有重要影响。在直径570 mm的冷模实验塔内,采用高速摄像仪对CTST的喷射过程参数进行了实验研究,并且基于不稳定波动理论建立了液滴群平均粒径的计算模型。结果表明:喷射孔气速是影响喷射锥角的关键因素,随着喷射孔气速的增加喷射锥角逐渐增大,当喷射孔气速超过7.5 m?s-1时,喷射锥角趋于恒定,其数值稳定在55°左右。随着气速的增加喷射孔处液膜速度显著增大,而液体流量增加时液膜速度略有减小,越靠近喷射孔顶端液膜速度越大。喷射区域内液滴的分布密度接近于Rosin-Rammler分布,在喷射锥角为[20o,40o]区间内的液滴数量比较集中,随着气速和液体流量的增大,液滴分布密度逐渐趋于均匀。液滴群平均粒径随气速的增加而减小,随液量的增加略有增大。正常工作范围内,液滴群平均粒径为1.0~2.5 mm。     

组合约束型提升管出口气固分布器的压降

在一套组合约束型提升管冷态实验装置上,通过实验研究了不同操作条件下提升管出口气固分布器的压降,并与常规气体分布器压降进行了对比。实验结果表明,在零床层及有床层的操作模式下,气固分布器压降均随提升管内表观气速和颗粒循环强度的增加而增大,在颗粒循环强度较低时,气固分布器压降曲线变化的斜率随着表观气速的增加而增大,在颗粒循环强度较高时,气固分布器压降曲线变化的斜率随着表观气速的增加而减小;随着开孔率及上部流化床层压降增加,气固分布器压降呈降低趋势,当流化床层压降达到一定程度后,分布器各孔方可实现有效布气,此后气固分布器压降趋于近似不变;在相同表观气速及开孔率下,气固分布器压降大于常规气体分布器压降。     

New VST塔板空间液体的停留时间

研究了新型垂直筛板塔(New VST)单罩操作时塔板空间液体的停留时间问题.根据气、液两相在塔板空间的流动状态和产生液滴的大小以及液滴在塔板空间的受力状况,对分布在塔板空间的液滴的停留时间进行研究,得出了不同尺寸液滴在塔板空间停留时间分布的数学模型.利用模型可以对塔板空间不同粒径液滴的停留时间或者空间全部液体的停留时间进行估算,为研究塔板空间的气、液传质机理奠定了基础.     

组合约束型提升管出口气固分布器的压降

在一套组合约束型提升管冷态实验装置上,通过实验研究了不同操作条件下提升管出口气固分布器的压降,并与常规气体分布器压降进行了对比。实验结果表明,在零床层及有床层的操作模式下,气固分布器压降均随提升管内表观气速和颗粒循环强度的增加而增大,在颗粒循环强度较低时,气固分布器压降曲线变化的斜率随着表观气速的增加而增大,在颗粒循环强度较高时,气固分布器压降曲线变化的斜率随着表观气速的增加而减小;随着开孔率及上部流化床层压降增加,气固分布器压降呈降低趋势,当流化床层压降达到一定程度后,分布器各孔方可实现有效布气,此后气固分布器压降趋于近似不变;在相同表观气速及开孔率下,气固分布器压降大于常规气体分布器压降。     

立体传质塔板（CTST）高效分离塔板技术进展

立体传质塔板（CTST）作为一种结构独特、性能优异的喷射型塔板，具有通量大、效率高、压降低、抗堵性能强、消泡性能好等特点。其优异特性是塔板与其附近气液流场多相耦合作用的结果。本文介绍了CTST塔板结构、压降、持液量等特性，对塔板附近气液流场性能机理进行综述，并进一步总结了CTST的优化方向及近年来的典型应用实例。由于CTST在不改变塔径的情况下替换塔板即可增大处理量和分离效果，能够以最小的投资提高产量，目前已在全世界多个国家和地区成功应用。其中，中国500多家企业的4000多套塔都已成功运行。覆盖了石化、PVA、制药、氯碱、PTA、苯精制/顺酐、化肥等行业。虽然CTST在工程应用上获得了广泛认可，但其作用机理仍有进一步研究的空间。完善CTST性能机理的研究对改进CTST、发展高效分离塔板技术有着重要意义。     

气体折流塔板流体力学和传质实验研究

对气体折流塔板的流体力学和传质进行了实验,找出了气液流动对塔板压降和传质的影响规律,通过气体折流塔板与传统筛板在流体力学与传质等方面的比较,找到了气体折流塔板的适用范围及相对于传统筛板的优点,为以后此塔板的应用提供了有效数据。