[发明专利]导向筛板的定量抗堵设计方法

说明书

本发明公布了导向筛板定量抗堵的设计新方法，该设计方法把塔板划分成不同流程，将流程上高粘物系的流动阻力与其流程长度、物系粘度等参数建立关系式，同时，将导向孔在不同气相负荷，不同导向孔尺寸条件下，导向孔的推动力定量表征。进一步为了满足平推流流动，将各个流程上高粘物系的流动阻力与所需的导向孔推动力进行定量耦合，计算所需的导向孔个数，实现导向孔的定量分布设计，实现整个塔板上液相的平推流流动，优化气液两相的分布和接触，提高分离效率。

技术领域

本发明属于化工分离技术领域，采用CFD模拟方法，对导向孔的推动力和高粘物系的流动阻力定量表征，并进一步建立定量耦合关系，指导导向孔的参数设计(大小、方位、数量)，实现导向筛板的定量抗堵能力，优化塔板上气液两相的流动和分布状态，提高分离效率。

背景技术

1963年美国林德公司提出林德(Linder)塔板，这种塔板以传统的筛板作为基础进行结构优化。首先，在塔板液相入口处设置鼓泡促进器，减小整个塔板上的液面梯度，使得液相在塔板上的分布厚度均匀；其次，设计水平向前开设的导向孔，水平喷射出的气流具有推动作用，减小塔板上液相的滞留现象，优化气液两相的流动、分布和接触。因此，林德塔板和普通筛板相比，具有效率高、抗堵能力强的优点，而林德塔板上合理分布的导向孔是其性能优势的关键。1985年起，国内开始对林德塔板进行了深入研究，进一步优化导向孔的结构、分布、大小以及数量，从而开发新型高效导向筛板。北京化工大学根据实验研究和工程应用数据，提出指导导向孔分布的经验关系式，优化导向孔的分布设计，显著提高新型高效导向筛板的传质性能，将该塔板广泛应用于高粘度、易自聚或者含固体颗粒复杂物系的分离过程，有效地解决了“堵塔”技术难题，于2004年获得国家科技进步二等奖、2019年获得教育部科技进步一等奖。

但是，随着分离物系“复杂化”，分离设备“大型化”的趋势，导向孔分布经验关系式在设计应用过程中出现三方面弊端：1、对于粘度不同的物系，经验关系式的普适性差；2、对于结构参数差异大的塔器设备，尤其塔径发生大幅度改变时，经验关系式的准确性不稳定；3、无法定量指导塔板局部位置的导向孔数量和分布，因为该经验关系式只是笼统地将塔板划分为主流区和弓流区，根据气液相负荷计算各个区域内导向孔的总数量，然后，在各个区域采用导向孔均匀分布的原则。

基于以上原因，本发明基于林德塔板(导向筛板)的结构基础，通过CFD模拟技术，揭示液相粘度、气液相负荷大小、导向孔分布等因素与液相停留时间的构效关系，根据导向孔推动力与液相流动阻力之间的定量耦合，建立导向孔定量分布数学模型，形成指导导向孔分布设计的新方法。

发明内容

本发明为了解决导向筛板设计过程中，经验关系式对导向孔分布不合理的缺陷，本发明提出了一种新的导向筛板定量抗堵设计方法，将不同大小、不同方位、不同数量的导向孔定量分布，使其推动力与高粘度物系的流动阻力之间建立定量耦合关系，实现塔板上液相的平推流流动。该发明主要内容如下：

(1).考虑塔板上下空间，气液相间不同的相互作用，拟采用不同的气液相间曳力系数，构建双曳力系数CFD模型，在上方空间，根据Krishna提出的动量源项计算公式：

根据实验数据，计算曳力系数C_D。

在下方空间，选用Grace等人的数学模型：

根据计算结果，通过UDF校核CFD模型中的曳力系数。

在导向筛板上方的空间内，设置两个虚拟界面，分别位于液相入口和液相出口处。这两个平面与导向筛板，上层塔板(雾沫捕集板)，以及塔器的四周侧壁构成一个封闭的空间。对流经该封闭空间的液相(水平方向)的动量进行衡算：