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导向浮阀与F1型浮阀的性能研究
与传统的筛板普通浮阀相比，导向浮阀具有许多优点，因此在工业装置上已逐渐被采用。这里将从板压降和板效率两个方面将导向浮阀与F1型浮阀进行了对比，实验数据表明导向浮阀优F1型浮阀。
一、压 降
1.1 干板压降
浮阀塔的干板压降依据浮阀的工况不同，分别采用不同的公式计算，通常分为阀全开前和阀全开后两种情况。表1中列出几种关取式及其来源[4]。
表 1 干板压降计算式
|
公式来源 |
△P1(阀全开前） |
△P1(阀全开后） |
|
Bramilla |
0.85mν/f0+1.27γνW20/2g |
4.2γνW20/2g |
|
Nitschke and Opitz |
0.82mν/f0+1.06γνW20/2g |
3.72γνW20/2g |
|
Ziokowsk |
656mν+1.41γνW20/2g |
|
|
沈 复 |
mν/f0+1.5γνW20/2g |
5.34γνW20/2g |
|
北京化工研究院 |
0.7(mν/f0)γνW0.1750/2g |
5.37γνW20/2g |
|
Crammy |
|
4.0γνW20/2g |
根据这些关联式，可以设计塔压降与孔速的关系为γ=kx2+b的形式，依据表2和表3中的实验数据，用最小二乘法，回归数据可得到如下方程：
普通浮阀：阀开前
hD=257.32γνW20/2g-0.196mν/f0
阀开后：
hD=304.8γνW20/γL2g-14.52
导向浮阀：阀开前：
hD=868B5γνW20/2g+3678mν
阀开后：
hD=979.82γνW20/γL2g-143.32mν
表 2 普通浮阀流体力学数据表
|
序号 |
风量 /m3·h-1 |
干板压降/Pa |
空塔气速 /m·s-1 |
孔速 /m·s-1 |
气相动能因子数据 /m·s-1·（kg/m3)0.5 |
|
1 |
10 |
9.81 |
0.057 |
0.32 |
0.35 |
|
2 |
20 |
24.5 |
0.11 |
0.63 |
0.69 |
|
3 |
30 |
34.3 |
0.17 |
0.95 |
1.04 |
|
4 |
40 |
44.1 |
0.23 |
1.26 |
1.39 |
|
5 |
50 |
54.0 |
0.28 |
1.58 |
1.73 |
|
6 |
65 |
83.4 |
0.37 |
2.05 |
2.25 |
|
7 |
80 |
122.6 |
0.45 |
2.52 |
2.77 |
|
8 |
95 |
157.0 |
0.54 |
3.00 |
3.29 |
|
9 |
110 |
210.9 |
0.62 |
3.48 |
3.82 |
|
10 |
125 |
270.0 |
0.71 |
3.95 |
4.33 |
|
11 |
140 |
348.0 |
0.79 |
4.42 |
4.86 |
|
12 |
155 |
426.7 |
0.88 |
4.90 |
5.38 |
|
13 |
170 |
554.3 |
0.96 |
5.37 |
6.42 |
|
14 |
185 |
672.0 |
1.05 |
5.84 |
6.94 |
|
15 |
200 |
789.7 |
1.13 |
6.32 |
7.63 |
|
16 |
220 |
907.4 |
1.25 |
6.95 |
|
表 3 导向浮阀流体力学数据
|
序号 |
风量 /m3·h-1 |
干板压降/Pa |
空塔气速 /m·s-1 |
孔速 /m·s-1 |
气相动能因子 /m·s-1·（kg/m3)0.5 |
|
1 |
10 |
2.9 |
0.057 |
0.32 |
0.21 |
|
2 |
20 |
9.81 |
0.11 |
0.63 |
0.41 |
|
3 |
30 |
19.6 |
0.17 |
0.95 |
0.62 |
|
4 |
40 |
29.4 |
0.23 |
1.26 |
0.83 |
|
5 |
50 |
39.2 |
0.28 |
1.58 |
1.04 |
|
6 |
65 |
68.7 |
0.37 |
2.05 |
1.35 |
|
7 |
80 |
107.9 |
0.45 |
2.52 |
1.66 |
|
8 |
95 |
147.2 |
0.54 |
3.00 |
1.97 |
|
9 |
110 |
186.4 |
0.62 |
3.48 |
2.28 |
|
10 |
125 |
235.4 |
0.71 |
3.95 |
2.59 |
|
11 |
140 |
304.1 |
0.79 |
4.42 |
2.90 |
|
12 |
155 |
372.8 |
0.88 |
4.90 |
3.22 |
|
13 |
170 |
431.6 |
0.96 |
5.37 |
3.53 |
|
14 |
185 |
510.1 |
1.05 |
5.84 |
3.84 |
|
15 |
200 |
598.4 |
1.13 |
6.32 |
4.15 |
|
16 |
220 |
657.3 |
1.25 |
6.95 |
5.56 |
1.2 湿板压降
塔板上液层压力降的计算常常采用充气系数法[3]，即：
hl=β（hw+h0w)
h0w=2.83(Vl/Lw)2/3
Klein根据前人发表的实验数据，得到了适合于各类浮阀塔板的充气系数关联曲线，回归为下面的公式：
当Fa=0.10-2.7
β=1/1.60F0.138α
当Fa＞2.70 β=0.545
湿板压降(即总压降)为
ht=hD+hl
湿板压降的流体力学数据见表4:
表 4 F1型浮阀的流体力学数据(L=200L/h)
|
序号 |
风量/m3·h-1 |
压降/Pa |
孔速/m3·h-1 |
动能因子 |
|
1 |
10 |
19.6 |
0.32 |
0.35 |
|
2 |
12 |
58.9 |
0.38 |
0.42 |
|
3 |
14 |
107.9 |
0.44 |
0.48 |
|
4 |
16 |
117.7 |
0.51 |
0.56 |
|
5 |
18 |
137.3 |
0.57 |
0.63 |
|
6 |
20 |
255.1 |
0.64 |
0.70 |
表 5 F1型浮阀的流体力学数据(L=400L/h)
|
序号 |
风量/m3·h-1 |
压降/Pa |
孔速/m3·h-1 |
动能因子 |
|
1 |
10 |
107.9 |
0.32 |
0.35 |
|
2 |
12 |
137.3 |
0.38 |
0.42 |
|
3 |
14 |
176.6 |
0.44 |
0.48 |
表 6 F1型浮阀的流体力学数据(L=600L/h)
|
序号 |
风量/m3·h-1 |
压降/Pa |
孔速/m3·h-1 |
动能因子 |
|
1 |
10 |
157.0 |
0.32 |
0.35 |
|
2 |
20 |
210.9 |
0.63 |
0.69 |
|
3 |
30 |
274.7 |
0.95 |
1.04 |
|
4 |
40 |
392.4 |
1.26 |
1.38 |
|
5 |
50 |
451.2 |
1.58 |
1.73 |
|
6 |
60 |
470.9 |
2.05 |
2.25 |
|
7 |
70 |
510.1 |
2.52 |
2.77 |
表 7 导向浮阀的流体力数据(L=200L/h)
|
序号 |
风量/m3·h-1 |
压降/Pa |
孔速/m3·h-1 |
动能因子 |
|
1 |
10 |
54.0 |
0.19 |
0.21 |
|
2 |
20 |
83.4 |
0.38 |
0.42 |
|
3 |
30 |
137.3 |
0.57 |
0.63 |
|
4 |
40 |
407.1 |
0.76 |
0.83 |
|
5 |
50 |
603.3 |
0.94 |
1.03 |
表 8 导向浮阀的流体力学数据(L=400L/h)
|
序号 |
风量/m3·h-1 |
压降/Pa |
孔速/m3·h-1 |
动能因子 |
|
1 |
10 |
73.6 |
0.19 |
0.21 |
|
2 |
20 |
122.6 |
0.38 |
0.42 |
|
3 |
30 |
309.0 |
0.57 |
0.63 |
表 9 导向浮阀的流体力学数据(L=600L/h)
|
序号 |
风量/m3·h-1 |
压降/Pa |
孔速/m3·h-1 |
动能因子 |
|
1 |
10 |
73.6 |
0.19 |
0.21 |
|
2 |
12 |
240.3 |
0.38 |
0.42 |
|
3 |
14 |
393.3 |
0.57 |
0.63 |
|
4 |
16 |
436.5 |
0.76 |
0.83 |
随着液流量的增大,湿板压降逐步增大,但是,导向浮阀的变化趋势比F1型浮阀小。
二、板效率
利用空气将溶解在水中的O2解吸，其传质过程为液膜控制，以液相为基准的塔板效率表示为：
Xi-X0
η=———————
X8-X*0×100%
其中：X2-O2 水溶液的进口浓度
X0-O2 水溶液的出口浓度
*
X -与离开塔板的气相平衡时液中的O2浓度
0
由于气相中O2浓度较低，O2在水中不易溶解，X0*与Xi相比，可以忽略不计
三、结 论
（1）实验结果证明导向浮阀的压降明显低于F1浮阀；
（2）在相同条件下导向浮阀的板效率要明显高于普通F1型浮阀板效率，所以导向浮阀具有广泛的应用前景；
（3）实验证明，导向浮阀塔板液层薄且均匀，气液接触很好、压降小、效率高、操作弹性大，液面梯度小，是一种优良的塔板。
符号说明
Rv-相关系数
W0-孔速，m/s
F0-空塔气相功能因子（m·s-1)(kg·m-3)0.5
P-计前压较正值，Pa
P0-常压，101.3 kPa
ρ-实验温度下密度，kg·m-3
D-塔内径，mm
E-板效率
g-重力加速度
Hw-堰高，m
Lw-液流强度，m3/h·m
qj-风量校正值，Nm3/h
Mv-气体质量系数
Fa-湿板气相动能因子（m·s-1)(kg·m-3)0.5
ρ0-20℃空气密度，1.205kg/m3
T-实验温度，K
T0-常温，273.15K
φ-开孔率
Ls-液量L/h
β-充气系数
H0w-堰液头，m
Vl-气相流量，Nm3/h