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    石墨填料塔的結構特性及塔徑計算
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    石墨填料塔的結構特性及塔徑計算

    2019-08-23      閱讀:

    在化工、醫藥、石油化工、冶金、輕工、食品、紡織以及國防、電子、三廢治理等國民經濟眾多領域,由于介質的強腐蝕性,要求制作設備的材料,既要能防腐蝕,又要有良好的傳熱性能。石墨材料就成為理想的設備結構材料,設備形式由原有的換熱器、三合一合成爐,逐步發展到現在的填料塔、精餾塔、石墨攪拌釜、急冷塔等。

    1 石墨填料塔的工作原理

    填料塔是以塔內的填料作為氣液兩相間接觸構件的傳質設備。塔身是一直立式圓筒,底部裝有填料支承板,填料以亂堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安裝填料壓板,以防被上升氣流吹動。液體從塔頂經液體分布器噴淋到填料上,并沿填料表面流下。氣體從塔底送入,經氣體分布裝置(小直徑塔一般不設氣體分布裝置)分布后,與液體呈逆流。

    氣液兩相連續通過填料層的空隙,在填料表面上,通過密切接觸進行傳質。填料塔屬于連續接觸式氣液傳質設備,兩相組成沿塔高連續變化,在正常操作狀態下,氣相為連續相,液相為分散相。

    當液體沿填料層向下流動時,有逐漸向塔壁集中的趨勢,使得塔壁附近的液流量逐漸,這種現象稱為壁流。壁流效應造成氣液兩相在填料層中分布不均,從而使傳質效率下降。因此,當填料層較高時,需要進行分段,中間設置再分布裝置。液體再分布裝置包括液體收集器和液體再分布器2部分,上層填料流下的液體經液體收集器收集后,送到液體再分布器,經重新分布后噴淋到下層填料上。

    2 石墨填料塔的結構特性

    石墨填料塔由塔體、噴淋裝置、填料及其支撐板、再分布器、進出口等部件組成。

    該填料塔結構簡單,利用上下金屬蓋板作連接法蘭,用長螺栓上下將所有塔節緊固為一體,相鄰兩塔節用活套法蘭連接,塔節間的密封形式為凹凸面,墊片材料采用四氟密封帶。

    塔的頂部裝設的噴淋裝置,主要分為管式、盤式、蓮蓬式和槽式4種,以便液體分布均勻,充分濕潤填料的表面,用以達到較高的傳質效率。而塔中部設置的再分布裝置,是為了避免頂部噴淋下來的液體向塔體內側偏流,從而影響塔效率。

    填料作為氣液接觸的主要構件,必須滿足比表面積大、自由體積小、強度足夠等要求,通常情況下采用石墨拉西環。填料支撐件大部分由浸漬石墨板加工成多孔板形式。

    3 石墨填料塔液泛現象

    液泛是塔內流體流動的一種現象。當氣液兩相在填料塔內作逆流流動,兩相之間的相對速度超過某一限值后,氣體壓力降具上升,液體不能暢通的向下流動,填料頂部有液體積存,這時氣體只能鼓泡通過液層,因霧沫夾帶嚴重,甚至產生氣液迸發現象,傳質效果惡化,不能維持塔的正常生產。

    控制進料量以及回流量,穩定塔釜加熱蒸汽壓力,維持塔釜液位于一定波動范圍,做好塔頂、塔底壓力檢測記錄等方法都是有效的預防石墨填料塔液泛的措施。

    4 石墨填料塔塔徑估算

    石墨填料塔塔徑估算已知條件見表1。
    石墨填料塔的結構特性及塔徑計算

    采用?颂兀‥ckert)通用關聯圖計算泛點氣速。

    氣相質量流量為WV=4 122 kg/h

    液相質量流量為WL=24 676 kg/h

    Eckert通用關聯圖的橫坐標為

    通過查Eckert關聯圖得

    查填料表得:φF=252(φ50陶瓷階梯環填料);μL≈0.76cp=0.000 76 Pa·s

    g=9.81 m/s2

    則泛點氣速為:

    空塔氣速:取u=0.85uF=0.941 m/s

    ≈1.1(m)

    圓整塔徑,取D=1.1 m(按泛點氣速校核及實際工程經驗規整取值)。泛點速率校核:

    填料規格校核

    液體噴淋密度校核:

    取小濕潤率:(LWmin=0.08 m3/m2·h

    查相關數據手冊得:

    α1=124 m2/m3

    Umin1·(LWmin=124×0.08=9.92(m3/m2·h)

    式中:α1—填料比表面積。

    經上述校核可知,填料塔直徑選用D=1 100 mm。

    5 結論

    (1)本文簡單的介紹石墨填料塔的一些基本原理以及初步的塔徑估算,在實際的設備選型計算中還需要綜合考慮塔體的壓力降、填料層高度、填料規格、設備強度等因素。

    (2)石墨填料塔通過幾年的實際運行,對鹽酸、硫酸等腐蝕性介質的吸收、解析、濃縮等單元操作具有可操作性。

    (3)石墨填料塔結構簡單,制造方便,適應性強,對于處理粘性、熱敏性小的腐蝕性物料或傳質速率由氣相控制的物料,應用廣泛。

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