一种新型衬塑填料塔用收集再分布器

潘小燕

上海市安装工程集团有限公司 设计研究院 上海 200437

摘要：

本文通过对常规衬塑填料塔的收集再分布器进行研究、改进，提出一种新型收集再分布器结构，并给出设计计算方法。此新型收集再分布器结构更合理，工艺性能更好。

关键词：

衬塑填料塔，改进分配锥，溢流盘式布液器，新型收集再分布器

The utility model relates to a novel collection and redistribution device for a plastic-lined packed tower

Pan Xiaoyan

Shanghai Installation Engineering Group Co., Ltd.， Design & Research Institute， Shanghai， 200437

Abstract: In this paper, a new structure of the collector and redistributor is proposed by studying and improving the collection and redistributor of the conventional plastic-lined packed tower, and the design calculation method is given. The structure of the new collector and distributor is more reasonable and the process performance is better.

Keywords: plastic-lined packed tower, improved distribution cone, overflow tray distributor, novel collection and redistribution device

1 / 7

1、背景介绍

填料塔是一种重要的气液传质设备。在填料塔中，塔内装填一定段数和一定高度的填料层，液体沿填料表面呈膜状向下流动，作为连续相的气体自下而上流动，与液体逆流传质。液体的壁流、偏流和沟流等不良分布都会造成分离性能的下降，影响全塔效率，填料层越高，效率越低，所以一般会在一定高度的填料层后安装液体收集再分布器，以保证气液的均匀分布，提高填料塔的传质效率和操作性能。填料塔内的液体分布一直是填料塔研究的一项重要内容，研发研究各类新型塔填料的同时，还必须重视与之配合的塔内件的开发研究。尤其对于衬塑填料塔，为尽量少占用塔的有效高度，以及防腐要求，塔内件的结构形式受到了很大限制，本文提出一种新型衬塑填料塔用收集再分布器与常规的收集再分布器相比，结构简单，方便衬塑，占用空间少，还可以更好地提高气液在塔截面上的均匀分布，从而达到更有效的传质。

2、新型衬塑填料塔用收集再分布器

2.1新型衬塑填料塔用收集再分布器结构

（1）改进分配锥

改进分配锥呈花朵形状，是典型的收集再分布器。（具体结构如图1）

图1

改进分配锥具有通过能力大，不影响填料操作和填料装填的优点，且结构简单，易于衬塑。但是改进分配锥通常只适用于塔径D≤600mm的场合，否则液体分布效果差。

（2）溢流盘式布液器

溢流盘式布液器是目前广泛应用的分布器，由底板、溢流——升气管及围环所组成，溢流——升气管上端开倒三角形堰口（具体结构如图2）。

图2

溢流型布液器的工作原理：进入布液器的液体超过堰口高度时，依靠液体的自重通过堰口流出，并沿着溢流——升气管壁呈膜状流下，淋洒至填料层上。

盘式液体分布器适用于液体流量变化较大的场合，优点是：操作弹性大、不易堵塞、操作可靠等。

但是，为避免旁侧进液产生过大的液面位差，液体应加至盘中心，最大给料速度为3m/s，进液口位置高于围环上缘50~200mm。

溢流——升气管同时提供气液两相的流道，故管径不宜过小，至少大于15mm。随着气体负荷的增加，允许的最大液体流量随之减小，如表1。

表1 气体负荷与最大液体流量的关系

气体动能因子F	1.0	1.1	1.2
最大液体流量的相对值,%	144	119	100
气体动能因子F	1.3	1.4	1.5
最大液体流量的相对值,%	87	74	61
气体动能因子F	1.6	1.7	1.8
最大液体流量的相对值,%	51	44	38
气体动能因子F	1.9	2.0	/
最大液体流量的相对值,%	33	28	/

溢流盘式布液器的分布盘直径约等于塔内径的0.8~0.85（塔径较大时取大值），且适用于塔径D≤1200mm、气液负荷较小的塔，设计参考数据见表2。

表2 溢流盘式布液器的设计参考数据

塔径 mm	盘直径 mm	液体流量范围 m3/h
300	250	0.28~2.00
400	320	0.28~2.00
500	410	0.60~4.50
600	480	0.90~6.60
700	560	1.20~8.40
800	640	1.70~12.0
900	740	2.2~15.0
1000	850	2.7~19.0
1100	940	3.4~23.0
1200	1030	4.3~30.0

（3）新型填料塔用收集再分布器

通常分配锥和布液器作为填料塔的两种内件形式需分别与填料塔连接，会占用塔器更多的有效高度。本文中的新型填料塔用收集再分布器是将上文中提到的改进分配锥和溢流盘式布液器通过4块均布的连接筋板焊接在一起，结合了分配锥和布液器的功能，对液体进行收集并再分布，既解决了填料塔液体沿壁流和液体分布不均匀的问题，提高了传质效率，保证了填料塔的工艺性能，又节省了结构空间，操作可靠。

溢流管可按正三角形或正方形排列，每个溢流——升气管上部均布开4个倒三角形堰口，围环上部也间隔一定距离均匀开倒三角形堰口，不仅能增加溢流量、使液体均匀流下，且降低了对安装水平度的敏感性。分布板上开4个φ3的泪孔，停工时用于排放板上的积液。（具体结构见图3）

  图3

2.2新型衬塑填料塔用收集再分布器的防腐

新型衬塑填料塔用收集再分布器由改进分配锥、连接筋板、围环、分布板、溢流——升气管等多个零部件组成，若直接由氟塑料制成，虽然制作简单，但是氟塑料内件刚度不足，使用一定时间后会变形损坏，需要定期更换，影响设备的使用效率，浪费人力物力，造成一定的经济损失；若收集再分布器由金属制造再衬氟塑料，则作为内件需双面衬塑，由于零部件较多，制作繁琐。本文中的收集再分布器由钢制金属制作，每个堰口的边角均打磨成圆角（见图4），各焊缝也需倒圆角圆滑过渡，最后喷涂乙烯-四氟乙烯共聚物（简称F40）。整个制作工艺比衬塑制作简单方便，且能达到一样的防腐效果。

图4

2.3新型衬塑填料塔用收集再分布器与衬塑填料塔的装配

在填料塔中，若同时设置改进分配锥和溢流盘式布液器，通常两者分别焊接于填料塔内壁，或者夹持在填料塔的设备法兰间。对于衬塑填料塔，若焊接于塔器内壁，焊接后焊脚需圆滑过渡，再表面衬塑，制作复杂，工作量大；若夹持在设备法兰间，则需在密封面多增加一块垫片，密封性变差，增加了泄漏风险。本文中的新型衬塑填料塔用收集再分布器是个整体，改进分配锥上端做成翻边结构，填料塔设备法兰密封面开一圈凹槽后再衬塑，改进分配锥上端的翻边嵌在填料塔设备法兰的凹槽内装配（具体见图5），此种装配结构焊缝少，焊接工作量小，减少了成本，且装配简单，防止泄漏，不影响原密封性能。

图5

3.新型衬塑填料塔用收集再分布器的设计计算

作为一种新型的收集再分布器结构，目前并没有相应的设计计算公式，本文提出部分计算公式供设计人员参考：

（1）溢流型装置的送液能力，可按下式计算：

式中：

L——液体流量，m3/s

b——溢流管周边长或堰口宽度，m

h——溢流管口以上或堰口下缘以上的液层高度，m

φ——流量系数，φ≈0.6

g——重力加速度，取g=9.81m/s2

（2）溢流层不超过齿顶时（见图6），h0w计算公式如下：

图6

（3）溢流层超过齿顶时（见图7），此时可用液相流量Ls的关联式求h0w，具体公式如下：

（2）、（3）式中：

h0w——溢流层高度，m

hn——齿高，m

Ls——液相流量，m3/h

lw——堰长，m

图7

（4）新型收集再分布器的气体流通见图8，流通面积需满足以下要求：

DTH+n1

式中：

D1——改进分配锥下端直径，mm

DT——围环外直径，mm，（DT>D1+50）

H——改进分配锥下端到围环上端距离，mm

d——溢流——升气管内直径，mm（d>15mm）

R——改进分配锥下端半圆开孔半径，mm

n1——溢流——升气管数量，个

n2——改进分配锥下端半圆开孔数量，个

图8

4.结束语

（1）本文所述的一种新型衬塑填料塔用收集再分布器，把改进分配锥和溢流盘式布液器通过4块均布的连接筋板焊接在一起，同时解决了填料塔液体沿壁流和液体分布不均匀的问题、提高了填料塔的工艺性能、节省了结构空间。

（2）新型衬塑填料塔用收集再分布器的各零件由钢制金属制成，所有棱角及焊缝打磨圆滑，外部喷涂F40，简化了衬塑塔内件的制作工艺。

（3）填料塔设备法兰密封面开一圈凹槽后衬塑，新型衬塑填料塔用收集再分布器的改进分配锥上端翻边嵌在填料塔设备法兰的凹槽内装配，解决了衬塑填料塔内件和塔本体的连接问题。

（4）提出此新型衬塑填料塔用收集再分布器的设计计算公式供设计人员参考。

参考文献：

【1】化工设备设计全书-塔设备，北京，化学工业出版社，2004

【2】孙希瑾 陈建娟 秦岭，大型填料塔液体分布器的设计应用，石油化工设计，2002,19（1） 10-15

【3】李霞 张庆荣 阮庆云，提高填料塔分离性能的措施探讨，化学与粘合，1999,2

【4】徐世民，张艳华，任艳军，塔填料及液体分布器，化学工业与工程，2006,23,1

【5】王秋英，填料塔液体分布器的设计与应用，山东化工，2015年第44卷，110-112

【6】赵鹏，聚四氟乙烯衬里填料塔式容器结构设计，石油和化工设备，2015年第18卷，29-31

【7】化工容器及设备简明设计手册，北京，化学工业出版社，2002

1 / 7