管式液体分布器有重力型和压力型两种形式,但其液体流出方式均为孔流式。
1.重力型管式液体分布器
(1)排管式液体分布器
①结构形式及特点
由进液口、液位管、液体分配管及布液管组成的封闭式液体分布器。进液口一般呈漏斗形,内置由金属丝网制成的过滤器,以防止固
体杂质进入液体分布器。液位管2、液体分配管3可用圆管或方形管制成。布液管4用圆管制成,底部打孔以将液体分布到填料上端。在漏斗形进液口与液位管接口下方20mm处开设四个对称的直径5mm以上的呼吸孔以便液体稳定进入液位管。对于塔体分段由法兰连接的小塔,排管式液体分布器做成整体式。对于整体式大塔,排管式液体分布器制成可拆卸结构,以便从人孔进入塔中,在塔内组装。
这种分布器**的优点是塔受风载荷摇动时液体不会溅出,同时,液位管中的液位较高(一般不得低于50mm),故安装水平度误差不会对小孔流出液体有较大的影响,因而可达到较高的分布质量。由于分布点密度具有方向性(即布液管底部小孔孔距可以很小,而布液管之间距离又不能太小),故特别适合与板波纹规整填料配套使用。这种分布器多用于中等以下液体负荷及无污物进入的填料塔中,多用作塔顶回流液体分布器,在负压蒸储及丝网波纹填料塔中,由于液体负荷较小故常用之。
②主要尺寸的决定
•液位管的高度及截面积的确定
液位管是为了提供液体由布液管小孔流出的推动力,因而需要有一定的高度,其高度由**流率确定,即稍大于**流率下的液位高(一般为L12〜1.15倍)。计算方法与槽式分布器液位高度的计算相同,一般为200〜500mm,操作弹性可达1:2.5。液位管的截面积由液体流率确定,要求管内液体流速小于0.3m/s。若条件允许,截面可大些,以使液位更加稳定。
•液体分配管与布液管尺寸的确定
液体分配管与布液管的长度由塔径而定,其外圆直径与塔内径之差等于布液管的孔距,以无壁流及能顺利安装为度。二者的截面积由液体流率而定,要求管内流速小于0.Im/s,如无特殊情况不可大于0.3m/s,一般情况下,液体分配管与液位管截面积相同。布液管由圆管制成,其截面积要大于二倍以上布液孔总面积,但其直径不应小于15mm且不可大于45mm,这是为了使分布器自由截面积大于50%,以减小压力降及雾沫夹带。
•布液管布液孔数及布液孔直径的计算
布液孔数及其直径决定于对液体分布质量的要求及液体流率。对于CY型丝网波纹填料,对液体分布质量要求较高,每平方米塔截面积要求大于300个分布点;对于250Y型板波纹填料,每平方米塔截面积要求多于100个分布点;而对于散装填料,根据填料尺寸,每平方米塔截面积要求50〜100个分布点,填料尺寸越大,要求分布点数越少。若分离物系使用的填料及对分布质量的要求一定,则可根据液体流率及所要求的液位高度决定小孔的直径。小孔直径不得小于2mm,而以3mm以上为宜。
排管式液体分布器适用于直径250mm以上的塔。对于直径4m以上的大塔或液体流量较大的塔,可采用双液位管进料。对于直径小于250mm的小塔,可制成十字头形液体分布器。
③排管式液体分布器的定位及安装
由于排管式分布器常与规整填料塔配套使用,故将其置于规整填料的床层固定栅板上用压板或卡子固定。由于分布器上小孔非几何均匀分布,故分布器布液管、床层固定栅板及其下面**盘填料的波纹片相对位置需安排合理。即固定栅板要压紧每一片填料片,使其不能松动并使布液管合理分布液体。因此在设计时必须同时考虑。一般情况下,布液管与填料片垂直安装,但有时旋转45度更为合理。布液管距填料上端的尺寸,视具体情况而定,一般为50mm左右。
(2)双层排管式液体分布器
由于填料塔的操作弹性取决于液体分布器的操作弹性,故有时要求液体分布器具有较大的操作弹性。因为分布的液体量与液位管高度的平方根成正比,故依靠液位管高度的变化不能大范围地改变操作弹性。因而将排管式液体分布器设计成双层。它的特点是液体分配管为双层,每层都有一排布液管,液位管为套筒式,内管与下层液体分配管及下层布液管相通,而外管与上层分配管及上层布液管相通。当液体进入内液位管时,下层布液管则有液体自分布孔流出,随着内液位管液面的上升,下层布液孔流出的液体逐渐增加,当液位上升到高出内液位管上沿时,多余的液体流向外液位管,这时上层布液孔开始有液体流出,若液体流量继续增加,则外液位管液位增加,上层布液孔会有更多的液体流出,因而达到了喷淋密度加大的目的。这种双层排管式液体分布器的**操作弹性可达1:8。它的不足
之处是存在一个不稳定点,即流量增加到刚刚超过内液位管的上沿时,当流量不再增加,则外液位管液位很低,不足以使上层布液孔均匀地流出液体,因而使分布质量下降。为了避开这个不稳定点。可以调节液量使其超过这个不稳定点,或可少许减少液量,使内液位管液位降低,维持稳定操作。
2.压力型管式分布器
(1)结构型式及主要尺寸
压力型管式分布器是靠泵的压头或高液位通过管道与分布器相连,将液体直接送到填料上。根据管的安排方式有排管式和环管式两种,如图6-27所示。这种分布器常用于填料萃取塔中,吸收塔及冷却器也可使用。但精储塔一般不使用这种分布器,因为它必须严格控制,否则稳定性差,易受泵压头的变化及塔操作变化的影响,故分布质量较差,而且它不能用于气液两相混合进料。此外尚需在进出口处或管道上加设过滤器,以防止固体颗粒堵塞布液孔。它的优点是结构简单,易于安装,占用空间小,适用于带有压力(35〜135kPa)的液体进料,其操作弹性为1:3。因为过高的液量可造成雾沫夹带,而过低的液量分布不均匀,一般情况下,喷淋密度不大于10m3/(m2•h)o
主要尺寸的决定。布液孔数量及直径的确定与重力型分布器相似。首先根据分离物系对填料塔的要求及所使用的填料形式确定布液孔数,然后根据压头及流量确定布液孔直径。但需注意,布液孔总面积应小于主管面积,否则将产生不良分布;为避免固体颗粒堵塞小孔,除需加设过滤器外,还应使布液孔直径不小于5mm。
(2)液液萃取塔用压力型管式分布器
在液液萃取填料塔中,分散相的初始分布对塔的处理能力和传质效率有着重要的影响,因而分散相液体分布器的设计至关重要。由于气液传质与液液传质两相间流体流动的差别,因而液液萃取填料塔用液体分布器的设计有自己的特点。在液液萃取过程中,轻相自塔底进入塔内,而重相自塔顶进入塔内,通常轻相作为分散相,而重相作为连续相。经过传质后的轻相从塔顶引出,而重相则自塔底引出。
一般情况下,管式分布器置于塔底填料支撑装置下面,使轻相分散成所要求的液滴大小并均匀分布。但若填料支撑装置设计不当,管式分布器分散的液滴通过填料支撑装置时会受到它的影响,使分散的液滴发生变化,故可将二者合为一体。填料放置于分散支撑板上。在设计时要考虑分散支撑板下面的轻相池有足够的空间以便使轻相向上流过分布孔分散而进入填料中;连续相重相通过降液管进入塔底,重相自轻相池的下面出料。分散支撑板轻相布液孔的数量、位置、尺寸要设计的合理。分散相通过布液孔的流速一般不得大于0.3m/s,若孔流速过大,易形成含有大量细微液滴的乳浊液,而这些细微的液滴远不如正常分散的大液滴那样容易聚结且易被夹带造成返混,因而降低塔的处理能力和传质效率;而太低的孔流速会形成很大的液滴,使传质面积减小,效率降低。一般情况下,小孔直径为3〜8mm,但以5〜6mm为宜。当分散相表观速度超过0.01m/s时,宁可增加孔数而不加大布液孔直径;如果连续相表观速度超过0.005m/s时(18m/h),可增加降液管数,但增加降液管数必然导致布液孔的减小,因而设计时要统筹考虑。当塔内填料分段时,分散支撑板亦可放置在每段填料的下部作为再分散器使用。分散支撑板一定要用垫片与塔圈密封以防止泄漏。
塔顶连续相重相分布器,可使用排管式分布器。布液孔流速一般不大于0.8m/s,以防止分散相受到搅动。塔底加料分布器应在分散支撑板下面距降液管下端25mm处,进料流速要低,以免搅动分散支撑板下轻液池中的液体。塔底加料分布器只是小孔朝上,以使轻相上升。
在重相作为分散相的情况下,则与上述安排不同。这时相界面在塔底填料层下面,填料层支撑在常规填料支撑板上。重相分散在填料层顶部,将图6-28分散支撑板倒置使用。在置于填料层顶部上面200〜300mm的地方,用垫片与塔圈密封。轻相如塔采用图6-29所示的排管式分布器,倒置安装在填料支撑板的下面。重相则从塔顶分布板上面通过排管式分布器加入塔中。