本發(fā)明涉及氣體分布裝置，具體涉及一種用于方形填料塔的輻射導(dǎo)流式氣體分布器。

背景技術(shù)：

填料塔是石油和化工工業(yè)中廣泛應(yīng)用的一種氣液、液液接觸傳質(zhì)設(shè)備。隨著填料塔的發(fā)展，液體和氣體在塔內(nèi)的均勻分布是填料塔放大的關(guān)鍵問(wèn)題，尤其是氣液兩相進(jìn)料初始分布的均勻性，直接影響到填料塔的分離效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

大型塔器常采用雙切向環(huán)流式和雙列葉片式氣體分布器。雙切向環(huán)流式氣體分布器氣體經(jīng)過(guò)弧形導(dǎo)流向下，再通過(guò)內(nèi)筒折流向上，因此存在塔壁區(qū)域流速低的問(wèn)題，由于方塔的特殊結(jié)構(gòu)形式，會(huì)引起壁面及夾角區(qū)域氣相分布嚴(yán)重不均勻的現(xiàn)象。中國(guó)實(shí)用新型(CN204365094U)公開(kāi)一種雙列葉片折板式氣流分布裝置，包括：氣流通道模塊，其設(shè)于中間位置，由上蓋板、下蓋板、設(shè)于后端的密封板以及設(shè)于前端的圓形進(jìn)氣口連接板組成；氣流入口模塊，其由連接設(shè)備的法蘭、連接進(jìn)氣口連接板的法蘭以及設(shè)于其中間的圓形風(fēng)管組成，氣流入口通過(guò)所述連接進(jìn)氣口連接板的法蘭固定在所述進(jìn)氣口連接板上；雙列折板葉片氣流分布模塊，其由兩個(gè)左右對(duì)稱(chēng)的折板葉片氣流分布模塊組成，且所述兩個(gè)折板葉片氣流分布模塊分別通過(guò)螺絲或者法蘭連接于所述氣流通道模塊的左右兩側(cè)。雙列葉片式氣體分布器應(yīng)用于方塔時(shí)，塔壁兩側(cè)的氣速相對(duì)較高，而中央部分氣流向下并產(chǎn)生漩渦，導(dǎo)致氣相分布質(zhì)量較差。

經(jīng)對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)(CN104607111A)公開(kāi)一種組合式進(jìn)料分布器，在雙切向進(jìn)料分布器中加設(shè)雙列葉片進(jìn)料分布器，對(duì)進(jìn)口的氣體進(jìn)行分流，減弱氣體對(duì)塔底液體的擾動(dòng)和氣體在塔內(nèi)產(chǎn)生的漩渦現(xiàn)象，但該結(jié)構(gòu)沒(méi)有解決塔壁兩側(cè)氣速較低的問(wèn)題，且存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、安裝成本高等缺點(diǎn)。

現(xiàn)有技術(shù)中的氣體分布器無(wú)法解決方形塔中存在的塔壁面及邊角區(qū)域氣體偏流、渦旋和阻力損失較大等技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于方形填料塔的輻射導(dǎo)流式氣體分布器，使氣體在方形填料塔內(nèi)均勻分布，解決了方形塔中存在的塔壁面及邊角區(qū)域氣體偏流、渦旋和阻力損失較大等技術(shù)問(wèn)題。

本發(fā)明解決上述技術(shù)所提供的技術(shù)方案為：

一種用于方形填料塔的輻射導(dǎo)流式氣體分布器，包括氣體進(jìn)口管、蝶形底板、蝶形封板和若干輻射導(dǎo)流板；所述蝶形底板與氣體進(jìn)口管的出口連通；所述輻射導(dǎo)流板沿著氣體進(jìn)口管的出口徑向設(shè)置于蝶形底板和蝶形封板之間。

所述輻射導(dǎo)流式氣體分布器一般安裝在方形填料塔塔底，而氣體進(jìn)口管的入口則安裝在方形填料塔的塔壁上。氣體進(jìn)入氣體進(jìn)口管后，經(jīng)過(guò)輻射導(dǎo)流板，將氣體分成均速的多股氣流，由于蝶形封板軸向限流作用，氣體均勻流向塔壁并與其碰撞后折向塔頂流動(dòng)，通過(guò)對(duì)進(jìn)口氣體徑向分流、軸向限流提高了塔壁兩側(cè)氣體流速，并減弱了氣體在分布器上方產(chǎn)生的漩渦現(xiàn)象，提高氣相均勻度、降低阻力損失。

作為優(yōu)選，所述設(shè)置于蝶形底板和蝶形封板之間的若干輻射導(dǎo)流板中心對(duì)稱(chēng)于氣體進(jìn)口管的出口中心。

作為優(yōu)選，所述相鄰輻射導(dǎo)流板之間的夾角為5～20度。進(jìn)一步優(yōu)選，所述位于蝶形底板外邊界中間的相鄰輻射導(dǎo)流板之間的夾角為15～20度。該設(shè)置使得氣體分成均速的多股氣流，減弱了氣體在分布器上方產(chǎn)生的漩渦現(xiàn)象。

作為優(yōu)選，所述蝶形底板和蝶形封板兩者平行且外邊界形狀相同。該設(shè)置能夠防止方形填料塔上端的吸收液進(jìn)入氣體進(jìn)口管。

作為優(yōu)選，所述輻射導(dǎo)流板為等高矩形板，所述輻射導(dǎo)流板沿著氣體進(jìn)口管出口的徑向?qū)挾鹊扔跉怏w進(jìn)口管的出口邊界到蝶形底板外邊界的距離。該輻射導(dǎo)流板的設(shè)置，提高導(dǎo)流板的導(dǎo)流作用，能夠盡可能使得氣體分成均速的多股氣流。

作為優(yōu)選，所述輻射導(dǎo)流板沿氣體進(jìn)口管出口的軸向高度h的取值范圍：0.65d≤h≤3d，d為氣體進(jìn)口管的直徑。通過(guò)調(diào)整軸向高度h與氣體進(jìn)口管的直徑d的關(guān)系，使得經(jīng)過(guò)氣體進(jìn)口管的氣體能夠快速分流。

作為優(yōu)選，所述蝶形底板的外邊界沿著氣體進(jìn)口管出口的徑向到方形填料塔塔壁的距離Δ均相等。該設(shè)置保證氣體出口到塔器壁面的徑向距離均相同，使得經(jīng)過(guò)輻射導(dǎo)流板后的氣體均勻流向塔壁并與其碰撞后折向塔頂流動(dòng)，防止壁面區(qū)域及邊角區(qū)域的氣體偏流，減小阻力。

作為優(yōu)選，所述蝶形底板的外邊界沿著氣體進(jìn)口管出口的徑向到方形填料塔塔壁的距離Δ取值范圍：0.4～0.9(a-d)，其中a為方形填料塔橫截面的邊長(zhǎng)，d為氣體進(jìn)口管的直徑。進(jìn)一步減弱了氣體在分布器上方產(chǎn)生的漩渦現(xiàn)象，提高氣相均勻度、降低阻力損失。

作為優(yōu)選，所述蝶形底板與氣體進(jìn)口管出口連通處設(shè)有防水環(huán)。防水環(huán)能夠有效得防止吸收液進(jìn)入氣體進(jìn)口管。

進(jìn)一步優(yōu)選，所述防水環(huán)的高度為50～100mm。

同現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：

本發(fā)明所提供的輻射導(dǎo)流式氣體分布器使得氣體進(jìn)入氣體進(jìn)口管后，經(jīng)過(guò)輻射導(dǎo)流板將氣體分成均速的多股氣流，減弱了氣體在分布器上方產(chǎn)生的漩渦現(xiàn)象，提高氣相均勻度、降低阻力損失，解決了方形塔中存在的壁面區(qū)域及邊角區(qū)域的氣體偏流和阻力損失較大等技術(shù)問(wèn)題。

附圖說(shuō)明

圖1為輻射導(dǎo)流式氣體分布器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為輻射導(dǎo)流式氣體分布器的左視圖；

圖3為輻射導(dǎo)流式氣體分布器安裝于方形填料塔內(nèi)的俯視圖；

圖4為輻射導(dǎo)流式氣體分布器的氣體流線(xiàn)圖；

圖5為輻射導(dǎo)流式氣體分布器上方軸向截面速度監(jiān)測(cè)點(diǎn)示意圖；

圖6為輻射導(dǎo)流式氣體分布器沿軸向方向分布不均勻度變化趨勢(shì)圖。

其中，1、氣體進(jìn)口管；11、氣體進(jìn)口管的出口；12、氣體進(jìn)口管的入口；2、蝶形底板；3、蝶形封板；4、輻射導(dǎo)流板；5、支撐梁；6、防水環(huán)；7、方形填料塔。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。

實(shí)施例

如圖1～3所述，輻射導(dǎo)流式氣體分布器包括氣體進(jìn)口管1、蝶形底板2、蝶形封板3和若干輻射導(dǎo)流板4。

輻射導(dǎo)流式氣體分布器安裝在方形填料塔7內(nèi)部，氣體進(jìn)口管1為90度的兩通管，直徑為d＝760mm，氣體進(jìn)口管的入口12固定安裝于方形填料塔7一側(cè)的塔壁，而氣體進(jìn)口管的出口11則焊接于蝶形底板2，使得氣體進(jìn)口管1與蝶形底板2連通。蝶形底板2四個(gè)角分別通過(guò)螺紋固定于兩個(gè)支撐梁5，而支撐梁5則固定安裝于方形填料塔7的塔壁上的牛腿支撐結(jié)構(gòu)(圖中未給出)，起到固定整體分布器的作用。蝶形底板2與氣體進(jìn)口管的出口11連通處設(shè)有防水環(huán)6，防水環(huán)的高度為75mm。

如圖3可知，氣體進(jìn)口管的出口11位于方形填料塔7中心，而蝶形底板2也設(shè)置于方形填料塔7中心。

輻射導(dǎo)流板4沿著氣體進(jìn)口管的出口11徑向設(shè)置于蝶形底板2和蝶形封板3之間，輻射導(dǎo)流板4位于氣體進(jìn)口管的出口11邊界外側(cè)，垂直于氣體進(jìn)口管的出口11邊界的切線(xiàn)，且所有輻射導(dǎo)流板4組成的形狀中心對(duì)稱(chēng)于氣體進(jìn)口管的出口11中心，其中蝶形底板2和蝶形封板3兩者平行且外邊界形狀相同。輻射導(dǎo)流板4的形狀為等高矩形板，高度為1.5d，數(shù)量為32塊，通過(guò)焊接垂直固定于蝶形底板2和蝶形封板3之間。位于蝶形底板2四個(gè)外邊界中間的兩塊輻射導(dǎo)流板4之間的夾角為20度，其余輻射導(dǎo)流板4之間的夾角為10度。

輻射導(dǎo)流板4沿著氣體進(jìn)口管的出口11的徑向?qū)挾鹊扔跉怏w進(jìn)口管的出口11邊界到蝶形底板2外邊界的距離；同時(shí)，蝶形底板2的外邊界沿著氣體進(jìn)口管出口11的徑向到方形填料塔7塔壁的距離Δ均相等，圖3中Δ1＝Δ2＝Δ3，保證氣體出口到方形填料塔7壁面的徑向距離均相同，使得經(jīng)過(guò)輻射導(dǎo)流板4后的氣體均勻流向塔壁并與其碰撞后折向塔頂流動(dòng)，防止壁面區(qū)域及邊角區(qū)域的氣體偏流，減小阻力。

性能測(cè)試

利用Fluent軟件對(duì)具體實(shí)施例中的輻射導(dǎo)流式氣體分布器內(nèi)流場(chǎng)進(jìn)行模擬，分析氣體流經(jīng)分布器壓力損失與分布器上方氣速分布不均勻度。

在該模擬條件下，空氣在輻射導(dǎo)流式氣體分布器內(nèi)流動(dòng)過(guò)程中壓力變化可以忽略不計(jì)，因此將空氣視為不可壓縮流體?？諝庠谒鲀?nèi)空氣呈湍流流動(dòng)，采用連續(xù)性方程、雷諾平均N-S方程、湍動(dòng)能k及湍動(dòng)能耗損率ε的輸運(yùn)方程來(lái)描述。分布器進(jìn)口管氣體按照充分發(fā)展的湍流考慮，采用速度進(jìn)口邊界條件u＝8m/s；出口采用壓力邊界出口；并采用標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)計(jì)算近壁網(wǎng)格上的各物理量。

1、阻力損失Δp數(shù)值分析

阻力損失Δp定義為：氣體分布器進(jìn)口與分布器上方某截面處的壓力差。Δp＝p_in-p_out，式中，p_in為氣體分布器進(jìn)口壓力，p_out為分布器上方某截面壓力。通過(guò)模擬發(fā)現(xiàn)，氣體分布器進(jìn)出口壓力損失Δp＝55Pa。

2、氣速分布不均勻度M_f數(shù)值分析

分布器的分布性能采用氣速分布不均勻度來(lái)表征，n為分布器上方界面氣速監(jiān)測(cè)點(diǎn)個(gè)數(shù)。

具體的步驟：在分布器上方(Z＝0～1.5m處)取一軸向截面，在此截面上等間距取49個(gè)速度監(jiān)測(cè)點(diǎn)(見(jiàn)附圖5)，u_i表示氣體分布器在該截面處第i個(gè)點(diǎn)的軸向速度值，表示氣體分布器某特定截面處n個(gè)速度點(diǎn)的速度平均值。提取fluent軟件中49個(gè)速度監(jiān)測(cè)點(diǎn)的軸向速度值，并根據(jù)上述公式計(jì)算氣速分布不均勻度M_f。

如附圖4所示，氣體經(jīng)過(guò)分布器的導(dǎo)流和均流作用，在分布器上方流線(xiàn)分布均勻，基本消除渦流現(xiàn)象。在分布器上方Z＝0.1/0.2/0.3/0.4m處截取軸向截面，在各截面上按照?qǐng)D5設(shè)置7×7個(gè)速度監(jiān)測(cè)點(diǎn)，并計(jì)算各截面上的氣速不均勻度M_f。從圖6可以看出，氣速分布不均勻度M_f隨高度Z增大而降低，即氣速分布越來(lái)越均勻；在Z＝0.3m處，氣速不均勻度為0.5，符合常規(guī)塔器對(duì)氣體分布器的要求。