空分设备筛板下塔操作弹性计算 阮家林 （杭州福斯达实业集团有限公司，浙江省杭州市余杭区东湖街道东湖北路１５９号３１１１００） 摘要：目前在计算下塔时一般按一３０％～十５％的操作弹性进行校核，但这个数据并不是下 塔的实际操作弹性。通过计算１２０００ ｍ。Ａｎ空分设备的下塔在不同塔径下的一些关键技术指标， 指出应根据下塔的实际直径校核后得出一个合理的下塔操作弹性范围，以指导用户尽量在此范围 内操作下塔。 关键词：空分设备；筛板塔；下塔；操作弹性 中图分类号：ＴＢ６５７．６ 文献标识码：Ｂ Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｕｒｎｄｏｗｎ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｓｉｅｖｅ．ｔｒａｙ ｌｏｗｅｒ ｔｏｗｅｒ ｏｆ ａｉｒ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｐｌａｎｔ Ｒｕａｎ Ｊｉａｌｉｎ （Ｈａｎｇｚｈｏｕ Ｆｏｒｔｕｎｅ ＧａｓＥｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，１５９＃Ｎｏｒｔｈ Ｄｏｎｇｈｕ Ｒｏａｄ，Ｄｏｎｇｈｕ Ｓｕｂ—ｄｉｓｔｒｉｃｔ， Ｙｕｈａｎｇ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３１１１００，Ｚｈｏｉａｎｇ，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｕｒｒｅｎｔｌｙ，ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｌｏｗｅｒ ｔｏｗｅｒ ｉｓ ｇｅｎｅｒａｌｌｙ ｃｈｅｃｋｅｄ ｗｉｔｈ一３０％～＋５％ｔｕｒｎｄｏｗｎ ｒａｔｉｏ， ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｉｓ ｄａｔａ ｉｓ ｎｏｔ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｔｕｒｎｄｏｗｎ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｔｈｅ ｌｏｗｅｒ ｔｏｗｅｒ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｍｅ ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｉｎｄｅｘｅｓ ｆｏｒ ｌｏｗｅｒ ｔｏｗｅｒ ｏｆ １ ２０００ ｍ ／ｈ ａｉｒ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｐｌａｎｔ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｂｏｒｅ ｄｉａｍｅｔｅｒｓ，ｉｔ ｉｓ ｐｏｉｎｔｅｄ ｏｕｔ ｔｈａｔ ａ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｔｕｒｎｄｏｗｎ ｒａｔｉｏ ｒａｎｇｅ ｏｆ ｌｏｗｅｒ ｔｏｗｅｒ ｓｈａｌｌ ｂｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｃｈｅｃｋ ｏｆ ｉｔｓ ａｃｔｕａｌ ｄｉａｍｅｔｅｒ， ｗｈｉｃｈ ｓｈａｌｌ ｂｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｇｕｉｄｅ ｔｈｅ ｌｏｗｅｒ ｔｏｗｅｒ ｔｏ ｒｕｎ ｗｉｔｈｉｎ ｔｈｉｎ ｒａｎｇｅ ａｓ ｆａｒ ａｓ ｐｏｓｓｉｂｌｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ａｉｒ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｐｌａｎｔ；Ｓｉｅｖｅ—ｔｒａｙ ｔｏｗｅｒ；Ｌｏｗｅｒ ｔｏｗｅｒ；Ｔｕｒｎｄｏｗｎ ｒａｔｉｏ 前 言 通常空分设备的下塔采用规整筛板塔，上塔和 氩塔采用规整填料塔，这种组合从能耗和制造成本 户咨询空分设备运行的操作弹性。其实，制造厂家 根据塔的实际结构完全可以计算出实际的操作弹性 范围。 综合考虑，是较为合理的方案。目前，１０００ ｍ ／ｈ ｌ筛板塔简介 筛板塔是用于气一液或液一液系统的分级接触 以上带制氩系统的空分设备基本上采用此种组合， 不带制氩系统的３０００ ｍ ／ｈ以上空分设备一般也采 用这种组合。 一传质设备，由圆筒形塔体和按一定间距水平装置在 塔内的若干塔板组成。只要筛板塔设计合理、操作 得当，筛板塔不仅可稳定运行，而且操作弹性系数 可达２～３，能满足生产要求。自２０世纪５０年代 开始，筛板塔一直是世界各国广泛应用的塔型。生 般情况下，制造厂家在设计下塔时按一３０％ ～＋５％的操作弹性进行校核，但最终制造的下塔 操作弹性究竟为多少却没有具体数据作为衡量，而 用户所关心的是下塔的实际操作范围，经常会有用 收稿日期：２０１０—０６—０２；修回日期：２０１０—０７—０９ 产实践表明，与其他结构的塔器相比，筛板塔的生 作者简介：阮家林，男，１９７０年生，高级工程师，１９９３年毕业于西安交通大学化学与化学工程专业，现为杭州福斯达 实业集团有限公司技术总监兼研发中心主任和技术部经理。 ・ ４２ ・ 产能力大，板效率高，单板压降低，造价低。 个有效范围内。各种塔板只有在一定的气液流量范 围内操作，才能保证气液两相有效接触，从而得到 较好的传质效果。 筛板塔塔板的气体通道最简单，只是在塔板上 均匀地开设许多小孔（通称筛孔），气体穿过筛孔 上升并分散到液层中。塔板上的液层高度在很大程 度上由溢流堰高度决定，对于大型塔板，为保证液 ２空分设备中筛板下塔的操作弹性计算 现以１２０００ ｍ ／ｈ空分设备为例来确定下塔尺 寸（筛孔间距取３．２５ ｍｍ，筛孔直径取１．１ ｍｍ， 流均布，在塔板的进口端设置进口堰。降液管中必 须有足够的空间，让液体有所需的停留时间。 筛板塔的操作弹性是指蒸馏塔能够在一定的分 离效果下，维持正常操作的范围，多为上升气体速 度的最大允许值（上升蒸汽的雾沫夹带量不超过蒸 采用双溢流结构），并计算其操作弹性。操作压力 ０．５６ ＭＰａ（Ａ），操作温度９５．４ Ｋ，设计点实际气 体流量取３０１４．６ ｍ０／ｈ，设计点实际液体流量取 ５７．０７ ＩＴＩ３／ｈ，实际塔板数取５８块。 汽流量的１０％）到最小允许值（塔板上液体的泄 漏量不超过液体流量的１０％）负荷下限为止的一 各种塔径下１２０００ ｍ０／ｈ空分设备下塔的一些 关键技术指标见表１。 溢流斗负荷 ／（ｍ ／ｍ） ≤３００ ５１．８３ 表１ 各种塔径下１２０００ ｍ ／ｈ空分设备下塔的一些关键技术指标 塔体直径 ／ｍｍ 负荷范围 溢流强度 ／（ＩＴ１０／ｍ） ≤２５ 气相动能因数 ≤１．４ ０．５４７ 筛孔气体负荷 塔板距离／ｒａｍ 塔总压降／ｋＰａ ７～１７ ７．０９ ≤１８０ ９２．２４ ≤２５ ９．１０ ２１００ 一５６％ ９．２３ （２．３８６） ２２００ ＋５％ 一５１％ ２２．Ｏ３ ９．８４ １．３０５ ０．５５４ １２３．７０ ５３．１７ １６．９１ ７．０４ １７２．５０ ９４．６１ ２２．４９ ９．２９ （２．４０８） ２３００ ＋１８％ 一４６％ ２３．７０ １０．３４ １．３３５ ０．５５９ １２８．０５ ５３．１７ １６．９６ ７．Ｏ １７９．８９ ９６．７３ ２３．Ｏ１ ９．４５ （２．３３３） ２４００ ＋２６％ 一４０％ ２４．１３ １１．Ｏ５ １．３０５ ０．５７ １２４．０５ ５４．９１ １６．３３ ７．０３ １７９．３１ ９９．６３ ２３．１８ ９．７１ （２．２５） ２５００ ＋３５％ 一３４％ ２４．８５ １１．７ １．２８３ ０．５７８ １２３．５５ ５６．２９ １５．８１ ７．０２ １８Ｏ １０２．３３ ２１．８２ ９．９３ （２．１３６） ２６００ ＋４１％ 一２８％ ２４．９９ １２．２７ １．２３４ ０．５８３ １２０．２６ ５６．７８ １５．Ｏ ７．０１ １７７．９５ １０４．７９ ２０．８６ １０．１ｌ （２．０１４） ２７００ ＋４５％ 一２１％ ２４．７ １２．９９ １．１７３ ０．５９２ １１４．３５ ５８．３５ １４．１１ ７．０５ １７３．７ １０７．９３ １９．７５ １０．３８ （１．９２４） ２８００ ＋５２％ 一１５％ ２５．０ ｌ３．４９ １．１４ ０．５９２ １ｌ２．２６ ５８．５８ ｌ３．５６ ７．０ １７３．３６ １ｌ０．０９ ｌ９．２２ １０．５１ （１．８４７） ２９００ ＋５７％ 一８％ ２４．９２ １４．１１ １，０９４ ０．５９８ １Ｏ８．２ ５９．４１ １２．９ ７．Ｏ ｌ７１．２ １１２．８７ １８．５１ １Ｏ．７１ （１．７７２） ３０００ ＋６３％ 一１％ ２５．０ １４．７７ １．０５９ ０．６０４ １Ｏ５．２５ ６０．３２ １２．３８ ７．０１ １７０．３６ １１５．８４ １８．０１ １Ｏ．９３ （１．７０） ＋６８％ ２４．９９ １．０２１ １０２．０３ １１．８５ ｌ６９．１２ ｌ７．９３ 注：塔体直径括号内数值是指负荷上限与负荷下限的比值。 ３ 结 论 （１）由表１可知，直径为２１００ ｍｍ塔的设计 点基本上达到装置的最大负荷； 装置的最小负荷； （３）直径２１００ ｍｉＤ＿到３０００ ｍｍ的塔均能满足 １２０００ ｍ ／ｈ空分设备的要求； （２）直径为３０００ ｍｍ塔的设计点基本上达到 （４）按照常规要求负荷范围为～３０％～＋５％， ・４３・ 负荷上限与负荷下限的比值应该为１．５，而表１中 的比值在１．７～２．４０８之间，可见实际的塔尺寸要 比常规要求的大； （５）按照常规要求负荷范围为一３０％～＋５％， 直径２１００ １ＴｔＩＴＩ到２５００ ｍｍ的塔均能满足要求； （６）表１中直径在２１００ ｍｍ到２６００ ＩＹｌｉＴＩ塔的 同的用户选取的直径不一样； （１０）故而笼统地说下塔的操作弹性为一３０％ ～＋５％是不严谨的，只有根据实际塔的直径进行 校核才能给出合理的范围，也只有这样用户才能尽 量地在弹性范围内操作； （１１）表１中塔径按１００ ｍｍ递增，由于现在 负荷上限与负荷下限的比值均大于２，一般推荐采 用该范围的塔，操作弹性大，投资较低； 封头采用旋压制造，而不是原先的模压结构，故而 塔体直径可以采用５０ １ＴＩ１ＴＩ或更小尺寸递增，这样， 同样的空分设备就会有更多的下塔直径可供选择。 （７）塔的直径越大，实际增加的负荷能力越 大，降负荷能力越小；塔的直径越小则反之； （８）塔的直径越大其阻力越小、能耗越低，但 是制造成本会越高； 参考文献： ［１］萧成基，余国珠．化学工程手册第ｌ３篇：气液传质设 备『Ｍ］．北京：化学工、Ｉ 出版社，１９７９． （９）最终下塔的直径有可能在不同的制造厂家 选取得不一样，当然也有可能相同的制造厂家对不 ※ ※ ※ ２０１０首届中国国际气体能源峰会在河南安阳召开 ２０１０年１０月２８～３０日，２０１０首届中国国际气体能源 峰会暨生物天然气产业国际高峰论坛在河南安阳召开。大 会主要围绕以气体能源为核心的新能源产业的发展趋势、 产业模式、市场运营、营销管理等进行积极的探讨与交流。 本次峰会由中国沼气学会、中国企业投资协会、中国城市 燃气协会、中国农村能源协会、中国可再生能源学会与安 阳市政府共同主办。来自丹麦、德国、荷兰、英国、美国 参加了峰会。 本届峰会有四大亮点：一是汇聚全球专家，共推气体 能源产业发展；二是为推动城市垃圾处理提供了参考和解 决方案；三是启动全球低碳行动，宣传“低碳、环保、生 态”理念；四是带动了生物新能源企业发展。此次峰会的 召开，对于推动安阳市城市转型、发展新能源产业具有积 极作用。 和我国农业部、国务院发展研究中心等单位代表４００多人 本刊 国家气体中心（福建）围绕经济发展提供优质服务 国家化学工业气体产品质量监督检验中心（福建）（以 下简称：国家气体中心）投入使用以来，逐步在化学工业 气体及民用气体检测方面发挥积极作用，取得了良好的经 济效益和社会效益。 据介绍，目前国家气体中心评审通过了５９个产品标准 和６２个方法标准，涵盖了工业气体、各种混合气、城镇燃 气等项目。该中心围绕地方经济发展，为产业发展提供优 质服务。专题调研包括液化天然气（ＬＮＧ）在内的工业气 体在未来５年对工业产业集群、能源、交通、商业及民用 等方面的发展影响，突出重点研究发展方向，更进一步加 强对该类产品的专业化检测。针对国内外电子工业用锗烷 检测标准尚属空白的现状，国家气体中心开展相关的研究 并建立了电子工业用锗烷中杂质检测方法，有效提高了福 州当地电子企业产品质量。国家气体中心制订的《二甲醚 液化石油气的测定 气相色谱法》地方标准还被全国各省 普遍采用，社会效益突出。 本刊 ・４４・
