填料塔液体分布不均性分析

填料塔液体分布不均性分析

填料塔是化工过程中常用的气液接触设备之一，广泛用于精馏、吸收等单元过程中。与板式塔相比，填料塔具有效率高、压降低、结构简单等特点。

填料是填料塔的核心，可分为散堆填料和规整填料，其性能有填料的材质、大小和几何形状决定。填料塔内件包括填料支撑、压紧装置、分布器等，合理的塔内件设计是填料能否发挥其性能非常重要的保证。

填料塔内，气液两相的流动并非是均匀接触的，往往存在不均匀的分布情况，且液体的分布不均性比气体严重。塔内流体的不均匀分布对填料塔的分离效率影响很大，对压降和通量也会有一定的影响。

造成液体分布不均匀的主要原因有三个方面。

1.内件设计或安装不当造成的分布不均匀

填料自身具备自分布性能，在小直径的填料塔中，分布器造成的不均性可以通过填料自身的自分布性弥补，该过程需要一定的过渡段高度，在过渡段中，填料的效率远低于过渡段下方的填料。如果分布器初始的分布效果差，则需要的过渡段高度会增加。在大直径的填料塔中，分布器造成的初始分布不均匀很难通过填料自身性能校正，所以填料塔直径越大，对分布器的设计和安装要求越高。

液体分布器的性能从三个方面来衡量：

a.喷淋点密度；

b.喷淋点的分布；    

c.各喷淋点流量的均匀性。

喷淋点的密度越大，填料自身达到均匀分许需要的过渡段越小，但超过一定数量后对填料的效率提升就不会再有作用，反而使造价增加。

建议的喷淋点密度：25-75mm的散堆填料，喷淋密度应为250个/m²;250Y最小的喷淋密度为100个/m²;BX、CY最小喷淋密度为300个/m²。

2.填料层缺陷造成的分布不均匀

填料装填的不均匀、壁区与填料层主体的差异、填料结构的变形、塌陷等都会引起液相分布不均匀。

对于散堆填料，装填过程中恨难做到均匀装填，大直径的散堆填料，径向存在不均匀的可能性很大，这也是散堆填料放大效应比规整填料大的原因之一。且填料环的直径越大，越容易造成液体的壁流现象。研究表明，塔径必须大于填料环直径的8倍以上，否则，将会产生严重的壁流现象。也有人推荐塔径需大于填料环直径的25倍。

对于特定的填料，塔径D与填料直径Dg有如下关系：

拉西环  D/Dg≥20~30

矩  鞍  D/Dg＞15

鲍尔环  D/Dg＞10~15    

阶梯环  D/Dg＞8

环矩鞍  D/Dg＞8

为了避免散堆填料的壁流现象，通常每段填料不得超过6m。可以通过加装防壁流圈来收集壁流的液体，然后进行再分布。

对于规整填料，每盘填料都装有两层防壁流圈，且大直径规整填料塔都采用分块组装，块与块之间的间隙可以阻止液体的横向分散。规整填料的分散性能较散堆填料好很多。一般最大经过15-20理论级后，需要对填料进行分段和对液体进行收集和再分布。

3.塔体倾斜造成的分布不均匀

造成塔体倾斜的主要原因是:

A．塔体制造或安装产生的误差；

B．塔在风作用下产生的摇摆；

C．海上PFSO或平台在海浪作用的摇晃；

填料塔在倾斜或摇晃作用，受重力作用和流动惯性作用产生偏流，尤其是壁区，很容易产生壁流现象。摇晃的幅度和频率都会影响塔内液体的分布效果。规律是：幅度越大影响越大，频率越大影响越小。塔设备一般是底部固定的，因此越高的塔，顶部摇晃幅度越大，因此，在设计FPSO上的填料塔时，要考虑塔高和摇晃幅度造成的分布不均性。

对于分布器来讲，该情况下选用重力型的分布器往往很难达到较好的初始分布效果，需选用压力型的分布器。    

从填料本身来说，规整填料在倾斜或摇摆工况下更能发挥自身的自分布特性，其分离效率受倾斜和摇晃影响很小。应该优先选用规整填料。