浅析齿形导向浮阀塔板

摘要：本文应用空气—水系统及空气—水—CO₂物系，在1600×400mm²的矩形塔内，对齿形导向浮阀塔板与组合导向浮阀塔板的流体力学和传质性能进行了对比实验。实验研究表明，齿形导向浮阀塔板具有流体力学性能好、效率高的特点。

关键词：导向浮阀；流体力学；效率

作者简介  靳永青（1982-）,女,河南人,在读硕士,主要从事塔设备研究.

1  前言

塔设备分为板式塔和填料塔两大类。近年来由于新型填料的出现，填料塔的应用逐渐增多，但对于常压或加压物系，特别是大塔径、多侧线的气液传质设备，目前仍以板式塔为主，因此，开发和研究高效低压降塔板仍具有实际意义。浮阀塔在板式塔中占有重要地位，由于塔板上设有浮动部件，它具有良好的操作性能。工业上常用的为F1型（V1型）浮阀塔板，F1型浮阀塔板具有很多优点，但因塔板上液面梯度较大，使汽体在液体流动方向上分布不均匀，塔板的进口端易产生过量的泄漏，塔板的出口端导致汽体喷射，二者均使压降增大，效率降低；F1型浮阀为圆形，从阀孔出来的汽体向四面八方吹出，使塔板上的液体返混程度较大，降低了塔板效率；塔板两侧的弓形部位，液体无主体流动，通过滞止区的汽体几乎无组成变化，这使塔板效率明显降低。

压降大、效率低不利于增产节能，为此开发和研究了导向浮阀塔板系列产品（图1）,如导向浮阀塔板^[1]、组合导向浮阀塔板^[2]、齿形导向浮阀塔板^[3]。组合导向浮阀塔板由矩形导向浮阀与梯形导向浮阀组合而成，齿形导向浮阀也分为矩形与梯形状。

尽管导向浮阀塔板与组合导向浮阀塔板已在国内外1500多个塔器中获得应用并取得好的效果，但如何将塔板上气体分散为小气泡还需进行深入研究。因浮阀塔板上液相为连续相，气相为分散相，将气相由大气泡转为小气泡，可增加传质表面积。保留导向浮阀塔板的一切优点，改善气相的分散状况，本着该构思，本文开发了一种齿形导向浮阀塔板。

齿形导向浮阀表现在气体从阀孔进入塔板时，首先被齿形状的阀孔所分散，然后再通过浮阀边缘的齿缝，进一步被分散撕裂，从而大大提高了气体的分散度，提高了传质效率。

本论文对齿形导向浮阀塔板与组合导向浮阀塔板进行了流体力学性能和传质效率的对比实验。

2  实验设备

    实验装置及流程如图2所示。实验设备为1600 mm×400 mm的矩形塔。全塔分为三层，下层为一块筛板使得气体均匀分布，中间层为实验塔板，上层为捕沫板。捕沫板的塔板型式和开孔率与实验塔板相同—塔顶装有两块旋流板，配合捕沫板收集雾沫夹带。液体泄漏由装在塔底的液体排出口收集。在实验板塔节上设有有机玻璃塔壁，从而可以观察塔板上的气液接触状况。在实验板下部的塔节上装有两对视镜，可以观察泄漏情况。

  在流体力学实验中，采用空气—水系统，空气由鼓风机输入，气体流量由毕托管测定；自来水用离心泵输送，液体流量由转子流量计设定，由实验塔板流出的液体返回水槽循环使用。                     

                      （1） 鼓风机   （2） 毕托管 （3） 液体转子流量计  

                      （4） 塔体     （5） 气体分布板（6）塔板

                      （7） 旋流板   （8） 水泵  （9） 水槽

                       图2  实验装置及流程

3  流体力学性能的比较

在1600´400(mm)矩形实验塔内，应用空气——水系统，对齿形导向浮阀塔板与组合导向浮阀塔板的流体力学进行了实验比较。

3.1  塔板压降的比较

在相同条件下，齿形导向浮阀塔板与组合导向浮阀塔板的压降比较，如图3所示。由图3可以看出，当液流强度L=80m³/m.h时，齿形导向浮阀塔板的压降比组合导向浮阀塔板压降低，这是由于齿形导向浮阀塔板的气相阀孔线速度大幅下降，使压降降低。

3.2  雾沫夹带的比较

在相同条件下，齿形导向浮阀塔板与组合导向浮阀塔板雾沫夹带的比较，如图4所示。由图4可以看出，齿形导向浮阀塔板的雾沫夹带明显小于组合导向浮阀塔板，齿形导向浮阀塔板的空塔动能因子接近3.0，而组合导向浮阀塔板的空塔动能因子为2.5，齿形导向浮阀塔板的处理能力比组合导向浮阀塔板高。

3.3  泄漏的比较

在相同条件下，齿形导向浮阀塔板与组合导向浮阀塔板泄漏率的比较，如图5所示。由图5可以看出，齿形导向浮阀塔板的泄漏率比组合导向浮阀塔板小。主要是由于齿形导向浮阀塔板的气相被分割为微小气泡，减少了大气泡因脉冲而产生的泄漏。

4  传质性能的比较

利用空气——水——CO₂系统，测定了齿形导向浮阀塔板CO₂解吸的塔板效率。图6对F1型浮阀、导向浮阀、组合导向浮阀、齿形导向浮阀塔板进行了比较。实验结果表明，齿形导向浮阀塔板CO₂解吸的塔板效率高于组合导向浮阀塔板。结果说明齿形导向浮阀塔板具有良好的传质性能。

5  齿形导向浮阀塔板在石油化工中的应用

   仪征化纤股份有限公司聚酯一单元乙二醇分离塔塔径Φ1200mm，18层泡罩塔板，塔顶废水中含0.6%乙二醇, 废水中含乙二醇不仅造成乙二醇的损失,还增加了废水处理成本。为减少废水中乙二醇含量，2006年2月对该塔进行了技术改造，采用齿形导向浮阀塔板取代原泡罩塔板。改造后，分离塔生产能力由原来的200吨/天提高240吨/天，废水中乙二醇含量由0.6%下降到0.3%，达到了增产、增效和降耗的要求。

6  结论

（1）本文对齿形导向浮阀塔板与组合导向浮阀塔板进行了流体力学性能和传质效率的对比实验。实验结果表明：齿形导向浮阀塔板的流体力学性能和传质效率优于组合导向浮阀塔板，是目前导向浮阀塔板系列产品中性能最好的。

（2）齿形导向浮阀塔板用于旧塔改造可提高分离效果，增大处理能力。可以广泛应用于石油化工、制药和炼油等产业，有益于提高装置生产能力、降低能耗和改善产品质量。

参考文献

[1] 路秀林,赵培,李玉安.矩形导向浮阀塔板. CN 91215110.2

[2] 路秀林,赵培,李玉安.组合导向浮阀塔板.CN 9622716.x

[3] 李玉安,路秀林,张杰旭.齿形导向浮阀塔板.CN 2005200456970