[发明专利]带有气体分布功能的液体预分布器

说明书

技术领域

本发明属于分布器的技术领域，特别涉及带有气体分布功能的液体预分布器。

背景技术

填料塔内尤其是大直径填料塔气体分布其实非常重要。气体分布不均匀不但造成填料传质效率的下降，而且由于它的偏流存在，产生“马太效应”，进而造成原本与其逆向均匀流动的液体偏流，因此高效填料塔的设计与改造，对于气相进料及气体分布装置的设计应予以足够的重视。气相分布装置就是为了在不同情况下使气相进入塔内初期达到稳定、均匀的目的。气体分布器主要有管式、排管式、缺口式、双列叶片式、双切向环流式等。

在液体进料装置中，液体进料状态不同，进料装置各异。对于一般流量液体单相进料，可直接进入液体分布器，对于大流量液体单相进料则先进入液体预分布器，然后再由液体预分布器流入液体分布器。

进液装置中的液体预分布器就对液体分布器性能发挥的好坏产生重要的影响。重力型液体分布器是依靠每个分布孔上的液位一致性达到均匀分布得目的，如果每个孔上液位不一样，则意味着每个分布孔流出的液体量不相同，达不到均匀分布的效果。当进液预分布器的下面采用槽盘式液体分布器且液体流量较大时，如果采用一般的进液预分布器，由于液体预分布器分布点少，液体预分布器每孔流出的液体流量大、初始流速高、动量大，再加上自由落体的加速度，使得进入到槽盘式液体分布器的液体具有很高的速度，造成对液体分布器液面的冲击，冲击点附近的液位极不稳定，从而造成液体不均匀分布，进而影响到填料的传质性能。

通常填料塔进料位置分为塔底进料、填料层间进料、塔顶进料。包括气相进料、液相进料与气液两相进料。在填料塔的进料中，存在着大量的汽液混合进料过程，如中间再沸器的进料、减压进料、闪蒸进料等。为了使气液两相均匀分布，一般处理方法分为两种，一是在塔外设置汽液分离罐先将汽液进行分离然后分别进入塔内，其缺点是增加一台设备；二是采用最常用的管式汽液分布器，在塔内进行汽液分离，但缺点是在大流量下容易造成气体分布不均匀，且占塔空间大。对于闪蒸进料，由于存在气相而不能直接进入分布器或集液槽中，而必须先将气液分离开，然后气体和液体分别进入上段填料层和下面的液体分布器中。

已申请的专利2006201520038“提高气液分布器液流量精度的壁流布液器”就一种提高槽盘式气液分布器液流量精度的液体预分布器。它针对在大液体流量下，气液分布器上面下流的液体直接落在受液盘的液面上动能较大，使受液盘上的液面波动很大，因此造成槽盘式液体分布器上各喷淋孔的液流量波动大、不均匀、与设计值相差较大，致使液体分布不均匀、传质效率低下等问题，使之得到改善和解决。但是对于含有气体的混合进料过程，如果使用该专利，只能在沿塔壁周边的环形范围内分布上升气体，而塔中心处没有气体，气体分布及不均匀，并且由于环形气体上升的面积小造成上升气速非常高，形成雾沫夹带造成填料塔内传质效率的下降。

发明内容

为解决上述问题，本发明在“提高气液分布器液流量精度的壁流布液器”专利的基础上，经过更进一步的研究和实验，利用面对称两维导流型双列叶片气体分布器气体分布均匀的特性，同时设计加入挡气密封环2，使其与集液内筒3、集液底环4共同形成环状物料汽液两相分离室。该室的上端开有方形或圆形孔作为汽液分离后气体的出口，然后气体进入到面对称两维导流型双列叶片气体分布器中，均匀分布后再进入到上面的填料层中，而液体则通过分离室底部集液底环上的导流孔中流入下面的汽液分布器中。但是，这并不是简单的组合，而是经过诸多的实验、计算而得到的。

随着计算流体力学理论与计算手段的发展，采用数值模拟方法对化工单元操作设备的内部流场进行分析，并将结果和结论用于指导大型气体分布结构设计已成为可能.按照填料塔内气体分布结构截面对称的设计原则，并且采用FLUENT软件应用相应的物理数学模型对不同结构的气体分布结构进行数值模拟，以此来设计气体分布器。对面对称两维导流型双列叶片气体分布器可采用三维N-S方程作为控制方程，利用标准湍流模型和封闭雷诺时均方程，选择合适的壁函数方法处理其湍流的固体边界，研究得出气体进口处流体动能因子的最佳取值范围在4.5-13(m/s·(Kg/m3)^0.5)之间，可以充分保证面对称两维导流型双列叶片气体分布器的分布不均匀度控制在0.5以下。因为气体初始进气速度对气体分布器的分布均匀度影响至关重要，一般以控制汽液分离后气体进入双列叶片气体分布器进口的动能因数为主，其计算公式为：