气液分离器的设计和选择

八内元设备

气液分离器的设计和选择

丫天津市化工设计院辛宝丰

一、基本概念液沫一般是由液体喷入气流后破裂或

是气流波在液膜上破裂而形成而雾是由可

冷凝蒸汽,冲击冷却形成液滴则是气体夹带

产生的。图分别是水冷却塔经冲击式水分

布器和盐溶液蒸发器气泡破裂而形成的液粒

直径分布曲线图为塑料挤压成型操作中

暇足哗娜

去在医药和化工生产中许多重要的单元

操作如蒸馏吸收、蒸发等都涉及气液相的

接触和分离间题一般说来气液雾沫分

离器在整个工艺流程上不属关键设备但

如处理不当时也会给生产带来一定的不良

后果在工艺流程上设置分离器一般具有下

面个作用即净化排液尾气控制环境污

染有用物质的回收分离腐蚀性物料保护

配套设备以及提高产品纯度

液滴霎沫的形成及分离机理

通常用液粒直径的大小来区分雾、沫和

液滴当液粒直径户时称为“雾,’

种户范围内称为“沫

户时则形成液滴图表示名称定义粒

径范围和适用设备之间的关系。

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石硬的累积数

图不同来源的液沫粒径分布曲线

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石团邻柑已的累积数

图来自不同过程的液雾粒径分布二接触法制硫酸的酸雾习一发烟硫酸法的图各种粒径范围使用的不同型式分离设备酸雾浮一塑料挤压成型增塑剂油雾

医药工程设计年第期

增塑剂蒸汽经冲击冷却生成的油雾和接触法

制硫酸和发烟硫酸吸收塔酸雾的粒径分布曲

线雾沫分离器根据不同生产要求可有多种型式但其分离机理基本相同一般有三种

作用力惯性冲击布朗扩散和直接捕集其

示意图可参见图分别依靠雾沫本身产

生的动量布朗运动力以及直接接触达到和

气流分离的目的丫

艾羹彝习

布朗扩歇

庄接捕集

图浓粒被纤维捕集的三种不同机理

液滴的捕集分离效率和无因次分离数群

呈函数关系当液滴重力和汽相拖曳力平衡时液粒以恒

速,下降。另一种是依靠小液粒在冲击表

面上聚集成大液粒当其重力克服了气相动

量和表面张力的结合力后而沉降。两者分离

机理不同但均服从同一分离速度方程式。了〔内一两。〕,

了为速度常数值对冲击式分离器的丝

网表面为习对重力沉

降器为奶。衅

,常用气液雾沫分离器的主要型式目前国外常用分离器的型式为

气液分离器①立式重力沉降器

②卧式重力沉降器

③冲击式沉降分离器

雾沫分离器①折板除沫器

格板式,叶片式

②丝网除沫器

③纤维层除雾器

下面将分别就各种型式分离器的结构特

点适用范围设计计算方法和选用依据作一

详细介绍供设计时参考使用。冷

二、气液分离器的设计了‘惯性冲击诊粤层尊嘿盖一户夕

布朗扩散价。

一一一且债佣果节呼下口口户。上述各无因次分离数群所涉及的分离效率系指部分分离效率,而言即一定粒径范围内的分离效率。由下式确定总分离效

率

、一一厂争

一定粒径范围的重量分数式匀经积分后才有实际使用价值选

择除雾沫器时除注意分离效率外还要考虑

气速和压降这两个参数。

对分离液滴的设备通常称为气液分离器一种是借本身重力达到沉降分离的目的立式重力沉降器的设计

当气流在沉降器中向上流动液粒的重

力和流体的拖曳力达到平衡时液粒以。值

恒速沉降

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当、时,一孟丙一。勺户卫”忿

生产实际上在这两个流速范围区内粒

径一般为灿或稍大些拖曳系数用、

式计算

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了伪袅奢

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当,。时重力沉降器的汽相流通

面积可用下式求出

且一

通常,在左右所以

立式沉降器的设计用、两式即可完

成虽然用式句较为简单但因取了值为定数故偏差较大。如用式设计时必须用

以匕曰下列各式精确地计算出相应的了值

当、《

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了值随各物理参数而变一般范围是

、,左右

,冲击式分离器的设计

其分离机理如图所示在器体设计和选择丝网结构时要考虑液滴的聚集和重力

分离两个阶段液滴自冲击板面上分离和

下列诸因素有关

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图冲击式分离器的示意图一出口气相速度分布曲线刃一丝网层刀一聚集和分离的液粒一入口气相范围占‘轻液相一重液相川一偏户,

式中’。—液体对表面的介面张力。—汽相空间速度—丝网特性。当液滴开始

分离时的平衡式为‘协户口聋一呈,

矶—是冲击面上的汽相速度‘

空间速度和液膜占有表面分数有关。

无液膜表面积是一。

所以。。

对冲击式分离器。对重力沉降

器一三式结合为,‘一茸〔‘夕,“二」

一,

如。一。户,

。‘一“时按上式计算出分离时的粒径为户实际上因受润湿周边表面张力小和液滴变形受气相动量影

响的影响比计算粒径要小些如果在分离

时润湿周边为二川的拓时液粒直径减

至灿左右一般情况下假定‘,值在料之间是合理的

由于冲击分离器的聚集作用液粒直径

要比沉降式分离器相应大些故计算左值时

要注意用刀川值万‘和了。值分别用式计算出值可由下式计算一。尤‘,一〕二

对设计有用的。

一‘动

因为冈值不易确定式的实际意义

不大不便直接用于设计丝网生产厂常推

荐了。值为几此时相应

,—娜加—两内一

—七其他关系值详见图

了。值和操作条件变化之间的关系详见图。和刀洲值一样了值和物理性质因素以

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即之网层可产生较大的液粒则相应可使分离器

的直径变小但受丝网和液面间的界面张力

所限界面张力又是一个较难确定的物理参

数对真空或低压操作的分离器其了值

为奶随压力增加了‘

减小为减少这个影响可选用较密、较厚的

丝网层结构最适宜的值制造厂推荐

为万。《《‘小于此值如在沁

或更小些时较小的液粒不能聚集而沉

降随气相而带出反之会产生液泛现象通

常设计空速不宜超过‘值的倍。

设计时也要考虑丝网层上部和罐顶之间的距

离几分离高度值大相应几值也要

高些尤。和‘的对应关系详见表。

卧式重力沉降器的设计卧式分离器设计时要计算确定的尺寸

是进出口的水平间距和空间高度瓜

几。其结构示意见图。液滴冲出流体其

总动量平衡式万,夕一了一尸。

上述可采用下列的近似值计算夕一石口切称、奋翻解创划健中

一,图粘度为叩时的‘值关系图及丝网层的几何特性有关密实而厚的丝幸

表‘和‘的关系

操作参数互‘八‘

或小些真空“乏性吕压刀滋二亏了孔芝

标准条件乞。

汽相粘度男器沙芝万

加乏,夹带液体表面张力刀。艺刀二

夹带体密度默冀吴臀瓷署忍泛本

‘对高效分离层二两户了

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总长度乡水平向分离长度乙戈

了‘育币州‘

“一琢杯而炸扮珍洲瓜份才止

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办图卧式沉降分离器示意图

忽略流量波动和惯性影响

万,二知杯不考虑球粒变型

对水平向二,内一脚炳对垂直向

摩擦拖曳力一二口护,隽

结合以上诸项近似值式可用于水平和

垂直向的能量平衡计算。当无外部作用力时式可变成

,夕一二。呈万

对水平向流动的液滴其拖曳系数口

值可用功提出的计算式。一〔一一」

将式代入式

叮杯一万一。“

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将式积分其初始条件是动万。岛‘侧口。是入口的角度见图。二“十。一〔十口。一刃

式说明液滴在气流中是在减速进行当

氏时则液滴随气流恒速前进由二

到口凡。内的减速长度。可由下式计算

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将式乙代入

殊动一。一二。一动〕氏为所需总气相分离时间则进出口接

管的水平位置几可用式算出

几石“十氏一氏‘。

总分离时间口,和液滴达到液面上所需时

间是相等的决定于夕轴方向的能量平衡

通常在工程设计中可简化忽略减速影响则几刃。石。也可近似地看成是卧式罐的

总长度式中的对夕轴向的净重力平衡式是

,夕〔,一户加司一几,尝

实际上因万向的初始速度叮沪和。相

等不服从七。,。定律。必须用

式求。,值将式代入式,一〔一万丢一户‘灿“孟“,一户,一户孟夕黔户忿‘

将式积分,一。夕一。

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因为没有简要的方法将调和函数组万〔二

〕进行加和但,,式

中可将项去掉再用相同起始条件将其租

分得到不含项的式

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由上式所需液滴减速时间氏。

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相应的减速长度,。是

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总分离高度几是减速和恒速沉降的矩

离总和

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式丈是卧式重力沉降和冲击式分离器设计的墓本计算式。

设计实例按下列条件设计一卧式气液分离器

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