旋流板塔大型化的设计与研究2

按照上述公式，求出dx=1927mm,考虑到要留出足够的溢流堰宽，故按95%比例缩小，故dx=1830mm,dm=580mm(dx代表叶片外径，dm代表盲板直径，下同)取仰角α=25°，塔板厚度δ=5mm，求得开孔率ε=29.84%,压降Δp=29.59mm水柱，其他参数也均包括在允许的范围内。
然后计算第2层塔的尺寸。根据“叶片长度近似相等”的原则，试取dx2= dm2+1.25，d2= dx2+0.17= dm2+1.42(取第2层溢流堰与第1层相等)。由于第2层塔体是在第1层塔体的基础上建起的，外型上它包括了第1层塔体，故计算中应采用当量直径来进行计算。又利用第1与第2层“开孔率相等”，所以第2层的流通面积S流1与总面积S流2之比也是29.84%，（即为开孔率），S流2=П/4×（dxe2-dme2）×[Sinα-2×m×δ/(П×(dxe+ dme))],下标e表示当量尺寸，S2总=П/4×[（dm2+1.42）2-22],故用试算法可求出dm2=2.34m, dx2=3.59m, d2=3.76m。
然后计算第3层塔的尺寸。根据“叶片长度近似相等”的原则，取dx3=dm3+1.25,d3=dx3+0.2= dm3+1.25+0.2= dm3+1.45(考虑到第3层气量大些，所以溢流堰宽度取大些)。根据“开孔率相等原则”，与第2层的计算方法类似，同样利用当量直径计算，S3总=П/4×[（dm3+1.45）2-3.762],S2流=П/4×（dxe2-dme2）×[Sinα-2×m×δ/(П×(dxe+ dme))]，故用试算法可求出dm3=4.045,则d3=4.045+1.25+0.2=5.5m<5.7m,故不符合，原第2层与第3层应重新取值，重新计算。
计算第2层塔的尺寸。调整dx2= dm2+1.35,d2= dx2+0.17= dm2+1.52。再根据开孔率相等列式计算，公式同上，用试算法可得，dm2=2.40m, dx2=3.75m,d2=3.92m 。
再计算第3层塔的尺寸，调整取dx3= dm3+1.28, d3= dm3+1.28+0.2= dm3+1.48(考虑到第3层气量大些，所以，溢流堰宽度取大些)。根据开孔率相等列式计算，公式同上，用试算法可得，dm3=4.22m,dx3=5.5m,d3=5.7m,正好符合塔径5.7m，设计合理。再计算第2层和第3层的压降，也都等于29.59mm水柱。
由于盲板到叶片外端的总宽度，在第1、2、3层分别取得是1.25m,1.35m,和1.28m,不完全相等，但相对误差〈10%，故只能称之为“近似叶片相等原则”。除此原则外，我们还用到了“等气速原则”和“等开孔率原则”，并由以上三原则，设计出了旋流板塔。
查《化学工程设计手册-3》的13，14章节《旋流板塔》，可得具体的设计计算公式，然后由内向外，逐一设计三个塔层。具体设计过程此处从略，仅将计算结果列于下表，且附图于后。

旋流板设计数据表
第一层 第二层 第三层
塔层直径（mm） 2000 3920 5700
气量（万m3/h） 3.690 10.48 15.795
叶片外端直径dx（mm） 1830 3750 5500
盲板外端直径dm（mm） 580 2400 4220
仰角(°) 25 25 25
径向角(°) 18.48 24.81 23.9
叶片数（块） 20 20 20
开孔率（%） 29.84 29.84 29.84
罩筒高（mm） 126 215 260.5
液气比（l/m3） 1.5 1.5 1.5
降流装置 溢流管数目 3 3 3
每个溢流口面积（cm2） 129.15 366.80 552.83
弧型堰宽（mm） 50 50 70
堰长（mm） 220 694 735
溢流管直径（mm） 86 145 178
压降（mmH2O） 29.6 29.6 29.6

旋流板结构简图



四、讨论与结论
由计算结果可知，完全可以达到预期的要求，从而达到了较高的脱硫效率和气体分布均匀的目的。该设计中的其他装置，还包括淋洒器和除雾器，以及副塔。简单设计过程如下：由于塔径很大，达到了5.7m,为保证塔内不存在喷淋不到的盲区，从而保证洗涤效果，须设计一组淋洒器，淋洒器的分布位置根据几何布图法来确定。本设计选择冲击式淋洒器，由于冲击式淋洒器的喷洒半径一般为2m，故为保证安全，每个喷洒器的喷洒直径d0 可取2.85m, 故可作塔体的内接六边形，并加上设置了中心的一个喷头，共需七个喷头，可满足要求。除雾器和副塔的作用是除去水雾，以使风机运行时不带水。除雾器采用角钢制成的折板除雾器，两角钢间水平距离取50mm,可保证不至于发生堵塞的危险。同时由于塔径太大，为保证角钢的强度要求，故将塔截面分块，将角钢分别安装于各块中。设计流程简图如下：



该设计方案与应用于大型设备的其它方案的优缺点的比较：
1）科学性
该设备与直接采用5.7m的普通旋流板塔的直径相比较：
处理效果明显优于普通旋流板塔。因为5.7m的普通旋流板的直径远远超过旋风分离器的允许直径——2m，并且运行中还存在着气流分布不均匀的问题，需布设一个气流分布均匀装置，同时，由于叶片过长，水膜不能在叶片上均匀分布，例如，假设水膜直达到叶片的2/3处，外端的1/3部分不能与水接触，由于流道面积越来越宽，因而不能与水膜接触到的气流流量可达1/2强，从而严重影响了脱硫效果，直径2.4m的塔实践已证明了这一观点。
该设备与采用多层旋流板或多层喷淋装置相比较：
处理效果明显强于后者。由笔者的实践经验和理论常识可知，采用不同的传质机理组合的工艺流程，其处理效果要明显优于同种机理组合的工艺流程。
设计中有关尺寸均按已有设计中的最佳尺寸或允许尺寸取值，具有科学性。
2．经济性：
该设备与采用多个2m直径的旋流板相比较：
为了达到相同的处理能力，需设置2m的旋流板塔8个，取流速为3.3m/s,这将大大增加投资费用，增加设备占地面积和运行费用，造成不必要的浪费。
3．实用性
这种放大了的旋流板塔不仅用于电站脱硫工程，而且是一种大型气固液三相传质的好设备，它可应用于化工、冶金等行业，为传质工程增添了新的、大型化的设备类型。
笔者所做的工作仅仅是从理论上论证了旋流板塔在大型处理设备中应用的可行性，还没有经过时间的检验，其操作的可行性和稳定性还有待进一步的考证。由于笔者的水平有限，因此在设计中可能存在的欠妥之处，希望广大读者提出宝贵意见，以便及时改正。