[发明专利]一种精馏塔气液分配器及其槽孔的构建方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种气液分配器及其孔构建方法，特别是是涉及了一种精馏塔气液分配器及其槽孔的构建方法，适用于大型空分精馏塔孔槽式气液分配器。

背景技术

精馏塔是实现低温空气分离的关键装备，随着精馏塔尺寸大型化，塔内气液分配不均匀引起传质效率降低问题愈加突出，塔径越大，损失越大，大型化使得填料将壁流、沟流等不良分配转化为自然流分配更困难。气液分配器是最重要的塔内件，位于精馏塔填料的上端，将液相均匀的分配到填料表面上，形成液体初始分配。液体分配状态的好坏是影响填料塔性能的重要因素之一，在功能要求相同的前提下，液体初始分配的好坏直接影响填料性能，不良的液体初始分配可能使填料的性能下降50～70％，越是性能优越的填料，或填料的床层越浅，对气液分配器的要求越高，要求液体分配越均匀。所以，流体均匀分配是气液分配器最基本也是最重要的要求。

目前气液分配器有许多类型，按液体流动的推动力分为压力型和重力型，重力式分配器包括槽式、板式、盘式等，压力式分配器主要包括管式、喷头式等；按液体流出分配器的方式分为孔口型和堰型。当前大型空分系统的精馏塔通常使用重力驱动的孔槽式气液分配器。液体经过进料管从气液分配器中央进入气液分配器主槽，然后经主槽流入副槽，从副槽的小孔流出，将液体分配到填料上。

流体均匀分配是气液分配器最基本也是最重要的要求，而对于大型精馏塔的孔槽式气液分配器而言，由于气液分配器直径很大，从分配器中心位置进入气液分配器的流体在流向分配器边缘的过程中就会造成液位高度的较大变化，现在的孔槽式气液分配器绝大部分采用等径均布孔，而根据液体穿孔的流量计算公式如果小孔均布且孔的直径不变，液位高度h的变化就会导致孔的流量变化，使液体不能均匀分配。而且，现在的孔槽式气液分配器的小孔一般采用普通圆柱孔，流阻很大，导致液体分配效率低。总之，由于现有孔槽式气液分配器流体分配不均匀和分配效率低，导致大型精馏塔的性能大幅下降。

发明内容

为了克服现有大型精馏塔孔槽式气液分配器流体分配不均匀和分配效率低的问题，本发明提供了一种精馏塔气液分配器及其槽孔的构建方法，包括流线型小孔设计和小孔非等径非均布的设计。

本发明采用的技术方案是采用以下步骤：

1)建立等径均布孔气液分配器的流体仿真模型进行仿真，其中气液分配器所有小孔的圆孔壁曲线均采用由圆弧和直线拼接成的流线型孔壁曲线，得到当气液分配器处于工作稳态时的主槽和副槽上各个观测点的液位高度；

等径均布气液分配器中，液体穿孔的流量计算可采用以下公式：其中A表示孔的截面积，g为重力加速度，C_d为流量系数，h表示孔上方的液位高度。

2)以气液分配器中心为原点、其主槽中轴线为Y轴、其副槽中轴线为X轴建立坐标系，主槽上小孔的各个孔径采用以下公式得到：

di=2Q2πCd2gh1(yki)]]>

其中，Q为气液分配器的流量，C_d为流量系数，g为重力加速度，为Y轴第i个小孔的液位高度，为主槽上第i个小孔的Y轴坐标位置，i表示主槽上小孔的序数；i表示主槽上小孔的序数；

3)副槽小孔孔径与该副槽中轴线和主槽中轴线交点处的小孔直径相同，并依次计算得到副槽上各个小孔的位置；

4)由上述得到的主槽和副槽的小孔孔径和副槽小孔位置重复步骤1)建立流体仿真模型进行仿真，观测点与步骤1)的观测点相同，从而仿真获得主槽和副槽上各个小孔的流量进而采用以下公式计算得到第p个小孔的流量和喷淋区域面积之比