竖管降膜吸收反应器结构设计分析

( 3) 合适的操作弹性。液体分布器操作弹性 是指能满足各项基本要求条件下液体的最大和最 小负荷之比, 其操作弹性一般为 1. 5~ 4。
( 4) 结构简单、价格低廉。合理的结构既可 以增加液体分布的均匀性, 又可以节约设备材料, 从而降低设备成本。 3. 2 液体布膜器类型
目前工业生产中的 3种液体布膜器分别为溢 流型、插件型和再分配型液体布膜器。 3. 2. 1 溢流型液体布膜器
插件型液体布膜器是在换热管上端放置一插 件, 利用插件与管子内壁间形成的环隙作为液体 通道, 便于成膜。同时, 插件还起到导流的作用。 这类液体布膜器、细 管式等。如图 5和图 6中所示的分别为锥体式和
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管内再分配型液体布膜器是将料液由分支管
竖管降膜吸收反应器的应用越来越广泛。近 些年来, 我国从日本、美国等国家引进了大型竖管 降膜吸收反应设备, 但国内对其关键部件 布 膜器的研究尚处于探索和研究阶段, 实验只进行 到冷膜实验阶段, 对热负荷状态下的性能状况及 实际生产应用将是面临研究的课题。因此, 开发 出结构简单、布膜均匀、操作弹性大的大型降膜吸 收反应器的液体布膜器将是今后日益活跃的研究 方向。
1 竖管降膜吸收反应器的优点
1. 1 占地面积小 以川化股份有限公司某化工系统为例, 该化
工系统采用新工艺后仅需 4台直径 3 m、高 10 m 的竖管降膜吸收反应器, 设备的总占地面积约为 160 m2; 如果采用老工艺则需要 16台直径 4 m、高
9 m 的鼓泡反应器, 设备的总占地 面积约为 864 m2。采用竖管 降膜吸收反应器比采用鼓 泡反应 器总共节约占地面积 704 m2, 大大提高了土地的 利用率。 1. 2 设备制造成本低
参考文献
[ 1] 张永声, 降膜蒸 发用齿 形螺纹 调节液 体分布 器 [ J] . 化工设 备设计, 1992( 1 ): 60- 61.
[ 2] 张少峰, 董伟志, 史晓平, 等. 伞 板形液体 布膜装置 结构及布 膜性能研究 [ J] . 化工机械, 1998, 25( 3 ) : 125- 128. (收稿日期 2010- 07- 02 )
导流齿缝式液体布膜器。布膜器可在单管内均匀 布膜, 但流动阻力大、易堵塞、加工和安装精度要 求高, 适于处理清洁物料。由于其一般只能保证
液体在单管内布膜, 不易保证液体均匀分布, 故只 适用于小型降膜蒸发器。
图 4 齿 缝型液体布膜器剖面图
分配到各换热管, 然后利用换热管内的喷嘴分布
器再分布成膜, 布膜效果好, 主要用于大直径换热
管, 但制造要求高、易堵塞。二次分布型液体布膜
器是由开一小孔的分布头与换热管端部组成。液
体首先靠分布头的小孔均匀分配到各管端与分布
头间的环隙, 然后靠换热管的管口使液体从环隙
向换热管内溢流, 实现液体的再分布。该布膜器
适于气液比大、液体负荷小的场合。对于换热管
图 5 锥体式液体布膜器剖面图
数量较多的大型竖管降膜吸收反应器 ( 如国内的 管数已达 1 770根, 管板直径为 3 m ) , 由于管板直
0引 言
吸收反应设备广泛应用于化工、石化、冶金、 电力和制冷等工业, 按其布置方式可分为卧式 ( 例如鼓泡反应器 ) 和立式 (例如竖管降膜吸收反 应器 ) 2种。卧式布置时设备占地面积较大, 且有 研究表明, 在相同的雷诺数条件下溶液沿竖管管 壁降膜时液膜对管壁的覆盖率比水平管要好, 而 且液膜膜厚沿流动方向分布更加均匀, 传热、传质 效果也优于水平管外降膜吸收。因此, 竖管降膜 吸收反应器有多方面的优越性。
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总结与交流
竖管降膜吸收反应器结构设计分析
永昱工程公司 唐文光 周海明
摘 要 竖管降膜吸收反应器是一种高效的吸 收反应 设备。介绍 了该设 备的优 点、整 体结构 及关 键部件 液体布膜器的设计要求, 并详 细介绍了目前工业生产中的 3种液体布膜器的型 式、结 构及优 缺点。
关键词 竖管降膜吸收反应器; 结构; 液体成膜装置; 布膜器
径大和液位落差大, 容易破坏液体分布的均匀性,
若仍用插件型液体布膜器, 则须提高制造和安装
的精度, 从而减小料液分布的不均匀性。
4结 论
图 6 导流齿缝式布膜器剖面图
张少峰等 [ 2 ] 设计了一种新型 的插件型 液体
分布器 在换热管内通过支撑钩挂装着直径小 于换热管内径的伞板型布膜器: 支撑钩的上端挂 装在换热管壁上, 下端与伞板型布膜器的底边连 接。每根换热管内独立安装 1个布膜器, 料液进 入换热管后沿布膜器的伞面分布, 并从布膜器的 底边与换热管之间的环隙流下。该分布器具有布 膜性能好、操作可靠、结构简单等特点, 并己获得 中国实用新型专利。 3. 2. 3 再分配型液体布膜器
仍以川化股份有限公司某化工系统为例, 其 采用的竖管降膜吸收反应器每台使用碳钢 13 180 kg、不锈钢 43 860 kg, 4台竖管降膜吸收反应器总 共使用碳钢 52 720 kg、不锈钢 175 440 kg; 如果采 用 鼓 泡反 应器, 每台 使用 碳钢 3 960kg、不锈 钢 12 050 kg, 则 16台竖管降膜吸收反应器总共使用 碳钢 63 360 kg、不锈钢 192 800 kg。该化工系统 采用竖管降膜吸收反应器比采用鼓泡反应器总共 减少使用碳钢 10 640 kg、不锈钢 17 360 kg, 节约 了大量的材料费用。
竖管降膜吸收反应器从结构讲实际由上部液 体成膜装置和下部换热器 2部分构成。其结构简 图见图 1。
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通过开在换热管顶端的切向口、切向槽、齿型缺口 等溢流入管内, 沿内壁呈膜状流下, 大致有平口溢 流型、切向孔 式、切向槽 式、齿缝型 等几种型 式。 图 2和图 3中所示的分别为切向孔式和切向槽式 液体布膜器。
性能优良的液 体布膜器应满 足以下几 个条 件。
( 1) 操作可行 性。保持布膜 器各流道 的畅 通, 防止由于结垢、结晶、聚合、固化、沉淀、发泡、 闪蒸、腐 蚀等现象的产生而导致的诸如飞溅、雾 化、夹带、堵塞以至崩溃、倒塌等严重后果, 从而维 持液体的正常流动和均匀分布。
( 2) 分布均匀。具有足够的分布点密度, 分 布点分布具有几何均匀性, 各分布点流量均匀。
2 竖管降膜吸收反应器的工艺过程和结构型式
降膜吸收反应过程是传热、传质和反应相互 耦合的过程: 一方面, 从吸收反应器顶部顺着垂直 管流下的下降液膜要吸收工艺气中的有用气体, 这是有用气体通过气液 界面进入液膜的 传质过 程; 另一方面, 液膜吸收有用气体并与其发生反应 是一个放热过程, 为了保证吸收反应过程的稳定 进行, 吸收反应热须被外管壁的冷却水带走, 这又 是一个传热过程。
这类液体布膜器是利用管板上液体的静压,
图 2 切向孔式液体布膜器剖面图
图 3 切向槽式液体布膜器剖面图
这类液体布膜器的结构简单, 加工、安装精度 要求高, 但分布效果不易保证, 且切向孔式和切向 槽式布膜器容易被液体中的脏物堵塞, 故用在分 布要求不高的场合。
张永声 [ 1] 对齿缝型液体布膜器进行了改进, 开发了可调节齿缝型液体布膜器 ( 如图 4所示 ), 换热管上用螺纹连接齿缝型分配头。在使用前, 以水代料加入竖管降膜吸收反应器中, 通过螺纹 对布膜器高度进行调节, 使进入每根换热管的液 体量相等, 形成较为均匀的液膜。这种液体布膜 器由于是通过齿缝多点布料, 高度可调, 故布膜完 整、均匀, 不易堵塞, 操作稳定、可靠, 但须对每根 换热管管端加工螺纹, 分配头的位置应预调。 3. 2. 2 插件型液体布膜器
图 1 竖管降膜吸收反应器简图
3 液体布膜器的设计要求及类型
3. 1 设计要求 竖管降膜吸收反应器内液体分布不均匀会导
致干壁现象, 液膜分布不连续会阻碍对有用气体 的吸收进程, 使传热、传质和反应效率大大降低。 所以, 对液体布膜器的基本要求是: 布膜均匀, 操 作弹性大, 结构简单, 制造和安装方便, 操作稳定 可靠。
作为竖管降膜吸收反应器的重要部件 液 体布膜器的作用是使料液均匀地分布到每根降液 管中, 并沿降液管内壁在周边均匀布膜, 其结构设 计是否合理、液体分布是否均匀将直接影响吸收 反应器的成膜效果、液膜的稳定性、传热和反应的 效率, 进而影响到吸收反应器的生产能力、产品质 量及设备寿命。
随着竖管降膜吸收反应器的大型化和应用的 日益广泛, 设计出结构简单、布膜均匀、加工方便、 操作稳定可靠的液体布膜器对竖管降膜吸收反应 器来说显得十分重要。