负荷性能图优化

塔板结构参数确定后,该塔板在不同的气液负荷内有一稳定的操作范围。越出稳定区,塔的效率显著下降,甚至不能正常操作。对出现各种不正常流体力学状态的界限用曲线表示出来,即为负荷性能图。从负荷性能图上可看出所设计的塔板是否有足够的操作弹性,结构参数是否合理,是否需要调整以及如何调整等。

负荷性能图由下列曲线组成(如图4-20所示):

①气相下限线(又称漏液线);

②过量雾沫夹带线;

③液相下限线;

④液相上限线;

⑤液泛线。

另外,在负荷性能图上还画出在一定液气比下的操作线,用通过O点的直线(如AB)表示。

图4-20　负荷性能图

4.4.7.1　操作线

对于液气比一定的操作(如回流比一定的精馏过程),即L/V为一定值。可由设计条件L和V定出点G,过原点O和G作直线,即为操作线AB。

4.4.7.2　液相上限线

降液管内液体停留时间应大于3 s。液体流量增大,停留时间就减少。若τ=3～5 s,此液体流量为最大允许值Lmax。因此,液体流量的上限可由下式计算

式中,Lmax为液体流量上限,m3/s;HT为板间距,m;Af为降液管截面积,m2。

过Lmax点作垂直线,即为液相上限线(如图4-20中的④所示)。(https://www.xing528.com)

4.4.7.3　气相下限线

(1)筛板塔

气相负荷过小,液体泄漏严重,因此气速必须大于漏液点孔速。在漏液点校核计算时已算得液相负荷为L时的漏液点孔速uow,此时的气相负荷Vmin=Aouow。

另设液相负荷L′(为作图方便一般取L′接近Lmax),重复计算此时的漏液点孔速以及此时的气相负荷。由以上两点连直线,即为气相下限线(如图4-20中的①所示)。

(2)浮阀塔

对于F1型重阀,气相负荷下限一般取阀孔动能因子Fo=5～6,由此计算出Vmin,过Vmin作水平线,即为浮阀塔的气相下限线(如图4-20中的①所示)。

4.4.7.4　液相下限线

一般以how=6 mm作液相负荷的下限,低于此限时认为塔板上液相流动不能保证均匀分布。

由how=6 mm计算Lmin,过Lmin作垂直线,即为液相下限线(如图4-20中的③所示)。

4.4.7.5　过量雾沫夹带线

雾沫夹带量过大,塔板效率严重下降,一般控制eV使其不大于0.1 kg液/kg气。因此以eV=0.1 kg液/kg汽为界限,用雾沫夹带量的计算公式,作出L和V的曲线即为过量雾沫夹带线。一般为计算方便,当作直线处理,由两点连成一直线即可,由雾沫夹带计算公式,令eV=0.1,液体量为L,计算得气量为Vmax,由L和Vmax定出一点。再设L′(一般也接近Lmax的值),仍以eV=0.1计算得气体量为。由L′和定出另一点,连接两点的直线,即为过量雾沫夹带线(如图4-20中的②所示)。

4.4.7.6　液泛线

当降液管内当量清液高度Hd=φ(HT+hw)时,将发生液泛。

当塔板结构参数决定后,HT和hw已定,φ可认为不变。若液体流量一定,则how和∑hf也为定值,由此可算出干板压降hf及相应的液泛气体流量。

作图时先设L1(一般比Lmax小),算出how1和∑hf1,由上式计算hf1及相应的液泛气体流量V1,由L1和V1定出一点。再设L2(一般取接近Lmax),重复计算得此时的液泛气体流量V2,由L2和V2定出另一点,由两点连直线,即为液泛线(如图4-20中的⑤所示)。