气液、液液分离器设备工艺设计规定

气液、液液分离设备 工艺设计规定 设计规定 -2016 实施日期年月日 第1页 共14页 目录 1 总则 .............................................................................................. 21.1 目的 .......................................................................................... 21.2 范围 .......................................................................................... 22 气液分离器 ............................................. 22.1 用途 .......................................................................................... 22.2 气液分离器型式 ........................................................................ 22.3 气液分离器气液相体积确定 ....................................................... 23 液液分离器 ............................................. 73.1 用途 .......................................................................................... 73.2 分散相液滴沉降速度 ................................................................. 83.3 卧式沉降罐尺寸确定 ................................................................. 93.4 卧式液液分离器分水包确定原则 .............................................. 113.5 立式沉降罐尺寸确定 ............................................................... 123.6 计算示例 ................................................................................. 13

2 / 14 1 总则 1.1 目的 为规范神华宁煤400万吨/年煤炭间接液化项目各工艺装置常规气液、液液分离器设备工艺设计而编制。 1.2 范围 1.2.1 本规定规定了工艺装置有关气液、液液分离器的工艺设计原则工艺计算方法和主要结构尺寸设计。 1.2.2 本规定适用于神华宁煤400万吨/年煤炭间接液化项目常规气-液分离，系指带有或不带有破沫网装置的卧式或立式分离器中气体夹带的一定大小的液滴在容器的气体空间靠重力自然沉降的分离。 本规定也适用于液-液分离指不能互溶的液体，靠重力沉降进行的分离的液液分离。 本规定不适用于对于微量水或溶剂与烃类，或与液化气之间采用的纤维堆积聚结法的液液分离。 2 气液分离器 2.1 用途 气液分离器指石油化工装置常用的液-气分离器，如塔顶馏出液罐、回流罐、反应产物高压或低压分离器、紧急放空罐、压缩机入口分液罐、燃料气分液罐、蒸汽分水器、压缩空气罐等均属于这类容器。 上述分离器夹带的液滴一般>50μm在100～600μm左右，而<50μm的细小液滴分离需采用聚结分离的方法。 2.2 气液分离器型式 2.2.1 立式：多用于分离液体量少，而且要求有较大的气液分离空间的场合，如反应产物气液分离罐、气体缓冲罐、压缩机入口分液罐等。 2.2.2 卧式：多用于分离液体量较多或液体量较多且液体中含有少量水份的气液分离过程，如回流罐等。 2.3 气液分离器气液相体积确定 2.3.1 液体停留时间确定原则

3 / 14 为了除去气体中的液滴，需要一定的停留时间；为了脱气(和防止产生泡沫)，要限制液体的流速；当容器中需要液位时，则为控制目的有必要保持一定的液体停留时间。 2.3.2 液体停留时间(指高低液位之间的停留时间) 名称 时间 ·回流 5 min ·产品去储罐 非泵送 3 min 泵送 8 min ·产品去其他单元 15min(有流量控制) 或8 min(液位/流量串级) ·分馏塔进料 8 min(液位-流量串级) ·进料缓冲罐 如果直径≤1.2 m 30 min 如果直径1.21.8m，15 min 注l 以上数据均指最低要求的时间值，情况特殊时可修正，处理量大控制系统自动化程度高，则可取下限或适当降低停留时间。 注2 当一个容器有几种用途时，这个容器停留时间按上表给出最大值考虑。 2.3.3 气液分离器气相空间设计原则 2.3.3.1 气体速度 为使通过容器的气体中所夹带的液滴得以沉降，必须确定气体在容器的气体空间临界速度。临界速度由式(2.3.3.1)确定。 VVLcuρρρ−=048.0 （2.3.3.1） 式中： uc-临界速度，m／s lρ-操作条件下的液体密度，kg/m3； vρ-操作条件下的气体密度，kg/m3。 2.3.3.2 安全系数 对于允许有一定液沫夹带的容器，如油气分离器、燃料气分液罐、紧急放空罐等，容器中不装破沫网时，气体速度最高可取临界速度的170％。对液沫夹带严格限制的容器，如压缩

4 / 14 机入口分液罐等，不装破沫网时，气体速度可80％临界速度；装破沫网时，可取100％～150％临界速度。有时为安全起见带破沫网气速取80％临界速度，总之应从安全、投资、占地及工程经验综合考虑。 2.3.3.3 气相空间 卧式容器的气体空间截面积是指高液面以上与液面垂直的弓形截面积，可由图2.3.3.2查出，立式容器的气体空间截面积指水平截面积。计算方法按式(2.3.3.3-1)、式(2.3.3.3-2)和式(2.3.3.3-3)。 S=V/(a×u0) (2.3.3.3-1) Di=1.129s (2.3.3.3-2) uo=(80％～150％)uc (2.3.3.3-3) 式中： S-容器截面积，m2； V-操作条件下气体流率，m3／s； a-结构系数。对于立式容器，此系数为1；对于卧式容器，则为高液面以上弓形面积与圆截面积之比，见图2.3.3.3。 u0-允许气速，m／s； Di-容器内径，m；(计算初值) Uc-临界速度，m／s。 对于某些容器，当全部产品放入炼厂燃料气系统或其它系统时，若气体产品中带有液体会对系统造成潜在危险时，气体流率应按正常流率的二倍考虑，并且使气体空间的容积不小于相当于10min液体产品流量的容积。 当有两个进口的容器，可考虑1/2V计算。

5 / 14 2.3.3.4 气相空间高度确定 卧式容器0.2～0.4倍直径，或不小于300mm 立式容器H≥1.5Di(计算初值) 以上数据视罐直径，造价以及所需分离的介质要求可进行调整。 2.3.4 立式气液分离器结构尺寸 按气液相空间分别求出直径D，取大者并进行圆整再给设备、仪表、配管专业提出相应的结构尺寸图。

6 / 14 为简化设计，提高效率将典型立式分离器结构图示于图2.3.4 图2.3.4 H：分离高度，指气相空问高度H≥1.5Di(见2-3.3.4．) X：进料口位置与液位相对关系 X=X1+φ 这里：φ是进料管嘴直径 X1最小为400mm 或： X=X2+0.2Y+φ 这里：X2最小为200mm Y：由停留时间确定(最小300mm) Z：取其最小的：2φ或0.4D这里D是罐的内径 2.3.5 卧式气液分离器结构尺寸 a) 直径确定：

7 / 14 卧式容器的气液空间必须设定高低液位距离罐项和罐底的拱高距离，计算液体停留时间还必须定设罐的切线长度。 计算气体的截面速度假设高液位距罐顶距离一般为罐直径的20～40％，由图2.3.3.3求出弓形面积可计算出气体线速，再算出所需罐的直径D1。 计算液体停留时间，根据一般情况，设低液位距罐底按20％罐直径为拱高高度，结合高液位距罐顶的拱高距查图2.3.3.3，算出液体空间横截面积，再假设罐的切线长度即假设L／D，求出按液体停留时间所需的罐直径D2，比较D1D2取其大者并进行圆整到双百位的毫米数。如直径2335mm圆整2400mm，切线长度也圆整到整数。 b) 卧罐切线长与直径比(L／D) 一般在2～5之间。L／D取决于容器操作条件、平面布置、操作、维修以及造价。通常常压-4.0MPa操作的卧罐L／D在3～4；压力>4.0MPa则L／D在4～5。 C) 典型的带分水包的回流罐结构图(图2.3.5) 3 液液分离器 3.1 用途

8 / 14 靠重力分离互不相溶的液体，主要有油水分离罐、洗涤沉降罐等。油水分离罐用于分离油品和水，如原油脱水罐等；洗涤沉降罐用于油品的酸洗、碱洗、水洗等过程。在回流罐下面的分水斗也是油水分离的一种液液分离器。 在液液分离的容器中，一般情况下，油品等轻相为连续相，水或酸碱等重相为分散相。根据液体在罐内呈层流状态或适宜的流速和自然沉降定律及沉降时间来计算罐的容积和结构尺寸。 3.2 分散相液滴沉降速度 3.2.1 最小液滴直径 液滴直径随混合强度、沉降条件下液体的物理性质、化学组成或化学特性等因素而变化。对于经过孔板或喷射混合器混合后(混合能为0.035 MPa～0.07MPa)的大多数常见沉降分离过程，可采用表3.2.1-l中指导性数据(如有可能，设计时采用实验室或工厂的实际数据)。 表3.2.1-1 最小液滴直径 液相比重6.156.15d 重相 最小液滴直径，μm ≤0.85 水或碱 127 ＞0.85 水或碱 89 3.2.2 液滴沉降速度 3.2.2.1 假设液滴雷诺数 假设液滴的雷诺数，再根据雷诺数范围分别计算沉降速度，最后用计算的沉降速度，校核液滴雷诺数。 当Re<2 时，适用于斯托克斯定律，见式(3.2.2.1-1)。 du=5.43×105×(γ∆×2d/cµ) （3.2.2.1-1） 当2≤Re<500时，适用于中间定律，见式(3.2.2.1-2)。 du=124.3××∆×43.071.014.1/(cdµγ29.0cγ) （3.2.2.1-2） 当Re≥500时，适用于牛顿定律，见式(3.2.2.1-3)。 du=5.45×cdγγ/∆× （3.2.2.1-2） 式中： du---液滴沉降速度，m／s； d---液滴直径，m； γ∆---两相比重差 cµ---操作温度下连续相粘度，厘泊；

9 / 14 cγ---操作温度下连续相比重 3.2.2.3确定液滴的雷诺数 根据计算的液滴速度，按式(3.2.2.2)核算是否在假设范围内。 Re=(×××)/cddudµγ106 (3．2．2．2) 式中： Re一液滴雷诺数，无因次； d---液滴直径，m： du---液滴沉降速度，m／s； dγ---操作温度下分散相(液滴)比重 cµ---操作温度下连续相粘度，厘泊。 3.3 卧式沉降罐尺寸确定 3.3.1 经验数据 对于较轻的碳氢化合物，计算出来的液滴沉降速度可能会超过0．0042m／s，但设计时建议最大沉降速度不大于0.0042m／s(此时的液滴直径在100µm左右。 用Allen’s和Stock公式计算油水分离工况介绍了如下情况 表3.3.1-1 d=400-500 µm 物理性质 石油馏份 最大液相速度 比重(Sp．Gr) μ (cp) m/s 0.70 0.5 石脑油 0.3 0.80 1.5 煤油 0.015 0.85 5.0 瓦斯油 0.003 0.90 10.0 减压瓦斯油 0.0015