板波紋規(guī)整填料塔的基本算法
作者/來源:唐宏青(中國石化集團蘭州設計院, 730060) 日期: 2009-06-29 點擊率:1643
摘 要: 歸納了板波紋規(guī)整填料塔流體力學的基本方法。文中介紹了以泛點氣速為基礎的算法,列出了全部公式,并給出13種不同的填料品種和規(guī)格情況下,按同樣工藝條件進行計算的結(jié)果。
關(guān)鍵詞:規(guī)整填料,基本,算法
1.前言
板波紋規(guī)整填料(下簡稱規(guī)整填料)是化工生產(chǎn)單元操作常用的一種分離設備內(nèi)件,已在精餾、氣體洗滌、萃取等單元操作中廣泛應用。近年來,規(guī)整填料的發(fā)展速度很快,新的品種不斷出現(xiàn),使填料塔的設計水平日益提高。無論是新裝置的設計,還是老式的板式塔改造,采用規(guī)整填料的呼聲很高。據(jù)填料生產(chǎn)廠的介紹,塔徑最大的已達10米,單塔使用的填料已達幾百立方米。由于經(jīng)濟利益的驅(qū)動和填料設計制造技術(shù)的進步,生產(chǎn)裝置方與填料制造廠在使用規(guī)整填料上的一致性,推動了這一分離技術(shù)的進步。
但是,我們應同時注視事情的對立方面。由于選擇和使用不當而導致規(guī)整填料塔效果欠佳的例子也客觀存在。例如,在操作壓力較高、易產(chǎn)生聚合物的情況下,規(guī)整填料未必能得到較好的效果。由此可見,在使用規(guī)整填料的過程中,應該積極地了解其使用方法,包括正確地確定工藝條件、選擇可靠的塔工藝計算方法,才能發(fā)揮規(guī)整填料的良好效果,取得更好的經(jīng)濟效果。目前,國內(nèi)一些擁有化學工程高科技人才的填料生產(chǎn)企業(yè),能夠自行設計規(guī)整填料塔,這可堪稱與國際上的大填料公司接了軌。對一些正在向此目標過渡的填料公司,在塔計算和選用規(guī)整填料問題上,應該謹慎行事。
2. 算法
自上世紀六十年代開發(fā)規(guī)整填料開始,學者們就在積極地研究規(guī)整填料的通用算法。迄今,這一努力并沒有完全成功。盡管基本算法已經(jīng)大致就緒,但缺少與試驗全面配合的措施,因此基本算法還沒有規(guī)范化。目前,規(guī)整填料的基本算法只能以單一的實驗為基礎,即主要是以Mellapak 250Y為基礎進行測定,其它填料都是與其對比,給出修正因子[1]。各廠商開發(fā)的計算方法各不相同,各測各的公式系數(shù),互不兼容。這種無序狀態(tài)給工程設計部門一頭霧水,難以判斷在具體情況下用何種規(guī)整填料更好。因此,設計單位選用規(guī)整填料后,將計算工作交給填料廠商去完成。盡管也有一些計算方法的總結(jié)論文[11],但還不夠完善,特別是還需要圖表的配合,不能做到在計算機上一次完成計算。這樣,一些填料生產(chǎn)企業(yè)自行開發(fā)計算方法,不乏成效[2-4]。這些工作無疑對化學工程技術(shù)的發(fā)展起了積極的作用,只是還沒有形成系統(tǒng)。
在逆流填料塔流體力學和傳質(zhì)計算的發(fā)展歷史中,已經(jīng)從簡單圖表查算發(fā)展到用計算機軟件計算。這一方法的實質(zhì)是,在計算塔內(nèi)氣體泛點流速的基礎上,將水力學和傳質(zhì)計算的四個主要部分,即泛點氣速、壓降、持液量和傳質(zhì)單元高度逐一算出。近年來,國內(nèi)學者還關(guān)心壁流量的計算[5],目的是解決由于規(guī)整填料的壁流存在,嚴重影響到塔的效率問題。因此,用這一計算指導填料分段的高度,無疑為“工程概念”理論化提供依據(jù)。
計算方法的基礎是載點或泛點。以泛點為核心的計算方法可以稱為泛點算法,而以載點為核心的計算方法可以稱為載點算法[7]。盡管載點算法也適合于規(guī)整填料,但已經(jīng)得到完整的數(shù)據(jù)太少,還不足以較全面地進行不同規(guī)整填料的計算。因此,本文仍以泛點算法為基礎,綜合....