化工机械与设备过程考核二—零部件设计课题题目：4MP填料塔机械设计-液体收集及再分布装置组号：T24班级：09化工（3）班队员：伍石指导老师：胡科研时间：2011/12/20目录一、概述 (3)二，工艺设计 (5)三、机械设计 (5)1、各种类型液体再分布器 (5)1．1 盘型液体再分布器 (5)1．2 槽型液体再分布器 (6)2 液体收集器 (7)3 选用和设计要点 (8)3．1 类型的选择 (9)3．2 孔盘型液体再分布器设计要点 (9)3．3 升气管型集液盘 (11)3．4 斜板型液体收集器设计要点 (13)3．5 花型再分布器 (14)4、结论 (14)一、概述当塔填料需要分段堆积时，必须设置液体再分布器。

之所以要分段堆积：或是因为中间进(出)料的需要；或是填料层高度太大，不仅会导致流体量的不良分布而且还会形成同一截面上组分的不均匀分布，从而使塔的分离效率下降}在变径塔中填料也是分段的.除了确保进料中的液相能均匀地向下、汽相能均匀地向上分布人填料层外，液体再分布器尚有4个作用：第一也是最重要的作用是混合液体并在整个塔截面上均化其组分。

均化组分，抑制局部区域操作‘挟点’的出现，这可减小液体不良分布而引起的分离效率下降，其作用犹如液体在填料层间的横向分散，不过较之更为有效；第二是混合汽相，在整个塔截面上均化其组分，这个作用类似于前者；第三是将液体从壁区导向填料层的中心区，防止过大‘壁流’的形成；最后，再分布可将液体在填料层流动中形成的大股‘溪流’分裂为较小的流股，以改善填料层的湿润程度。

筒言之，再分布的作用是：均化组分，均布流体，且前者比后者更加重要因为再分布的主要作用是消除大规模不良分布所造成的分离效率下降，故当填料层中不存在这种分布时，可以减少再分布的频率。

Zuiderweg“等认为，当塔径和填料直径比较小时再分布频率可以减少，因为大规模不良分布易于被填料中的横向混合所消除。

多少高度填料层需要设置一个再分布器，这是一个复杂的问题，许多学者对此进行了研究，但投有得到统一的结论。

有一些报道指出床层高达9～12 In，仍可保持良好的操作性能，故有些学者。

主张每9 m 再分布一次。

但由于不良分布的存在和发展及其对效率的影响，在多数情况下是难以预测的，故更多学者0 取较保守值6 m}当采用HETP 小于0．6 m 的高效填料时，Horner 主张再分布间距不超过10个理论分离级；对于直径小于0．6～0．9 m 的小塔，壁流似乎是主要的问题，有些学者““”0主张10倍塔径的问距再分布一次}对于塑料填料，为避免填料被压缩，所推荐0 ”的最太高度为4，5m。

Horner 推荐的再分布标准比较全面，在一般情况下他建议按以下3条中取最低值作为再分布高度：床高7 In；相当于10块理论板或传递单元数的高度f 6到8倍塔径高度，此外还要考虑到支承板和填料的最大承载能力。

设置足够数量再分布器的重要性，也被许多生产实践所证实，例如两座相同的脱丁烷塔，都使用75 mm 和100 mm 的填料，唯一差别是分布器数目不同，其中一座床层分为4段，每段高度5．8m；另一座分2段，每段11．6m。

操作结果指出：后者的HETP为前者的1．85倍。

Kister。

也遇到过层高达11．7 m 而不使用再分布器引起效率下降的情况 Martin“在实验塔装置上，测试了装填3 m 高度规则填料的效率，采用性能优良的塔顶分布器而不设再分布器，结果发现在有些情况下上下效率差9很大，在另一些情况下又没有什么差别。

二，工艺设计液体再分布器形状如漏斗，在液体再分布器侧壁装有若干短管，使近塔壁的上升气流通过短管与中心气流汇合，以利气流沿塔截面均匀分布。

常见的有截锥式和斜板式。

按一般的参数设计即可分段填料层的高度设计也很重要，它应小于15~20块理论板，且每段金属填料高度不超过6~7.5m，塑料填料不超过3~4.5m，拉西环有助长液体不良分布的倾向，故分段聊聊层的高度H1和塔内径Di之比H1/Di<=2~5，对直径较大的塔，H1/Di<=2~3，而一般还要求H1/Di>=1.5~2，否则会影响气体沿截面的均匀分布。

三、机械设计1、各种类型液体再分布器1．1 盘型液体再分布器和盘型液体分布器一样，盘型液体再分布器也有孔型和堰型之分，结构、设计方法等没有什么大的差别，只不过为防止液体从上层填料直接落人升气管，故在其顶上设有帽盖，设帽盖除了挡液外，尚可改变上升气流方向，促进横向混合。

图1a为带有圆形升气管的孔盘式液体再分布器，盘由多块开孔板拼接而成，以便在塔内组装，分布盘与支承环采用卡子连接，所有联接处必须加垫片密封，且保持平整。

图1b是带有条形升气管的孔盘型液体再分布器，具有更大的气流通道。

盘型液体再分布器，具有结构简单、安装方便、高度小等优点，流体混合和均布性能较好但随着塔径增大，其结构的复杂性要增加，使用效果亦受影响，故主要用于直径不大的填料塔。

1．2 槽型液体再分布器槽型液体再分布器的结构类似于槽型液体分布器，但是槽型液体分布器无法有效收集从上段填料层流下来的液体，故在支承板和分布器闻需增设液体收集器。

图2表示瑞士Sulzer公司提供的一套典型装置示意，来自上层填料l的液体，被收集器3收集后汇人环形通道4，再从其出口流人液体分布器5。

栅2、收集器3的集液板和设于中心的集液槽后经加料管流^分布器。

图中的液体收集器为一组合件，被固定于两个塔节法兰间。

这种再分布器具有大的气流通道，可以满足很小液量的均布要求，结构简单、安装方便，尤其适合于作为高真空精馏塔的液体再分布器，但对于大液量则不宜采用2 液体收集器升气管型集液升气管型集液盘的结构如图6所示，主要构件有集液盘、升气管和集液槽。

集液盘放置于支承环之上，中间加有密封垫片，并用卡子相互连结，盘面上不开孔但均匀地固定有许多升气管，图示为矩形升气管，也有圆形(图5a)和方形的。

集液盘的作用是收集、混合来自上段的液体和再分布上升气流，被收集的液体或流人设于下方的液体分布器进行再分布，或作为中间出料引出塔外。

采用集液盘的好处是收集、混合液体效果好，又具气体再分布功能，可保持液体不泄漏和在盘上有足够的停留时问将液体所夹带的气泡分离出来，适用于各种液体负荷，有足够的缓冲体积，便于填料塔的中间出料，还具有承受负荷波动能力强、操作控制容易等优点。

不足之处是占空间大，投资相对昂贵，另外对气流压降大，故主要用于常压和加压操作。

3 选用和设计要点除了收集器和小部分结构外，液体再分布器的选用、设计方法同液体分布器是类似的，故前面有关液体分布器的讨论对再分布器同样适用，本节仅介绍其特殊点。

3．1 类型的选择对于直径小于0．6～0．9 m 的小塔且再分布要求不高时，可选用花型再分布器直径大于0．9 ifl必须选其它型式：其中直径不大于1．2m，再分布要求高时，盘型是最好的选择；因为它各项技术性能好、占空间小、结构相对简单、投赍省。

槽型和管型再分布器，它们均须由分布器和收集器相组合而成，结构比较复杂，本体高度大，占据许多塔内有效空间，安装、检修亦不便；但它具有优良的再分布性能，压陴很小(斜板型)，便于中间加(出)料，是大型填料塔理想的选择，特别适合在真空精馏中应用。

直径很大大于6～9 m)时，无论选用哪一种液体分布器构成再分布器，因本身难以实现液体的良好混合，都必须附加液体收集器。

3．2 孔盘型液体再分布器设计要点应设置足够数量的升气管，以利气体分布，这对低压降填料层尤其必要；数量太多不仅投有必要，而且还会阻碍液体在集液盘上的流动和混台、使液位升高，形成过大的液面梯度，直至液体溢人升气管。

升气管可做成圆形、方形、矩形、条形，且上端均须加有盖帽方形、矩形和条形造价较低，从有利于流体分布讲，矩形(条形)升气管的宽度宜在100~150iflr~1范围。

升气管必须合理排列，它们间要留有足够空间，避免上升气速过高，雾沫夹带量过大和气流对塔壁的冲刷；考虑到气体能均匀地流进上层填料，升气管和支承板间至少要保持300 mm 的距离，最好扩大到450 rl21fl；当支承板下设支承粱时，距离还要相应增大。

条形升气管的数目可参照表1确定。

对帽盖的设计不能吊以轻心，否则会形同虚设。

帽盖有多种型式：平盏，斜盖和槽形盖。

平盖是不可取的，它虽能挡液但不能阻止液体回流人升气管，改进措施是在平的主体周边加焊宽度25 mm 的倾斜排液舌{斜盖是常用的一种，它的周边均应向下倾斜，且盖外缘应较升气管宽25 mm 以利排液，斜度可取1 5 ，也有大到4 的。

；槽形盖用于长条形升气管上，截面呈V．形或U 一形，槽向两头短边倾斜、排液，与前两种型式比较，它降低了气流通过升气管的压降和往下的速度分量，但挡液效果要差些。

升气管上缘和帽盖间的环向气流通道面积，需控制在升气管面积的1～ 1_25倍以上“，为防止气流波动而震下帽盖，Lieber—man建议此值要2倍以上。

当使用喷射型填料支承板和盘型液体分布器(带有条形升气管)组合成液体再分布器(图5b)时，升气管上端可不加帽盖，对于这种设计，升气管上缘和支承板下缘问的距离不能大于100 mm，以防液体落人升气管中，影响再分布效果}否则，还是要设帽盖。

表2数据可作设计参考。

3．3 升气管型集液盘(1)升气管升气管可做成圆形、方形和矩形，其中以后者造价最低。

截面积根据允许的气流压降确定，对于操作压力超过0．17 MPa的填料塔，为改善气流分布，压降的推荐值是1．961 kPa，高真空操作时19．62 Pa0 }亦可按升气管截面积等于塔截面积的15 确定。

”。

要从有利于气流分布和液体在盘面流动角度确定升气管数并合理布置，这对于浅床层、低压降填料塔尤其重要。

为确保液体在盘上有足够的停留时问，升气管的最小高度为300～450 mm ，倘若无此项要求时，可降低到150 mm 。

(2)升气管帽盖和盘式再分布器一样，升气管上方需加帽盖，其作用和设计方法两者是类似的，故此不再重复。

(3)集液盘和集液槽集液盘是升气管型集液盘的主体，盘上除安装有一定数量的升气管外，根据塔径大小，还置单根或多根集液槽，图6为单根集液槽，居中布置。

集液盘由多块构件组合而成，并固定于塔壁支承环上，除了常规设计中所要注意的一些问题外，一个重要问题是联接处的密封结构；因为集液盘是不允许漏液的，否则会影响再分布效果。

Kister 所提供的几种密封结构，实践证明效果良好。

集液槽需置于盘面以下，以便收集到降在盘上的全部液体，槽的懊I面或底面固定有排液管，管端面和槽底要在同一水平上，这样不仅降低了盘上液位高度，而且可排干所有液体。

排液口要尽可能靠近塔壁，以缩短塔内管道长度}尽能不用塔内联接法兰，因为一旦联接处漏液是很难发现的，它会对再分布带来严重恶果，并影响到液体的排尽。