精品气液分离器设计.docx
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精品气液分离器设计
气—液分离器设计
杨德华
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日期
2005-04-15
发布
2005-05-01
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目次
1总则
1.1目的
1.2范围
1.3编制本标准的依据
2立式和卧式重力分离器设计
2.1应用范围
2.2立式重力分离器的尺寸设计
2.3卧式重力分离器的尺寸设计
2.4立式分离器（重力式）计算举例
2.5附图
3立式和卧式丝网分离器设计
3.1应用范围3.2立式丝网分离器的尺寸设计
3.3卧式丝网分离器的尺寸设计
3.4计算举例
3.5附图
4符号说明
1总则
1.1目的
本标准适用于工艺设计人员对两种类型的气液分离器设计，即立式、卧式重力分离器设计和立式、卧式丝网分离器设计。
并在填写石油化工装置的气液分离器数据表时使用。
1.2范围
本标准适用于国内所有化工和石油化工装置中的气－液分离器的工程设计。
1.3编制本标准的依据：
化学工程学会《工艺系统工程设计技术规定》HG/T20570.8-1995第8篇气液分离器设计。
2立式和卧式重力分离器设计
2.1应用范围
重力分离器适用于分离液滴直径大于200μm的气液分离。
为提高分离效率，应尽量避免直接在重力分离器前设置阀件、加料及引起物料的转向。
液体量较多，在高液面和低液面间的停留时间在6～9min，应采用卧式重力分离器。
液体量较少，液面高度不是由停留时间来确定，而是通过各个调节点间的最小距离来加以限制的，应采用立式重力分离器。
2.2立式重力分离器的尺寸设计
分离器内的气速
.1近似估算法
（1）
式中
Vt浮动（沉降）流速，m/s；
ρL、ρG液体密度和气体密度，kg/m3；
KS系数
d*=200μm时，KS=0.0512；
d*=350μm时，KS=0.0675。
近似估算法是根据分离器内的物料流动过程，假设Re=130，由图1查得相应的阻力系数CW=1，此系数包含在Ks系数内，Ks按式（2.2.11）选取。
由式（2.2.11）计算出浮动（沉降）流速（Vt），再设定一个气体流速（ue），即作为分离器内的气速，但ue值应小于Vt。
真正的物料流动状态，可能与假设值有较大的出入，会造成计算结果不准确，因此近似估算法只能用于初步计算。
.2精确算法
从浮动液滴的平衡条件，可以得出：
（2）
式中
Vt浮动（沉降）流速，m/s；
d*液滴直径，m；
ρL、ρG液体密度和气体密度，kg/m3；
g重力加速度，/s2;
Cw阻力系数。
首先由假设的Re数，从图2.5.11查CW，然后由所要求的浮动液滴直径（d*）以及ρL、ρG按式（2.2.12）来算出，再由此计算Re。
（2.2.13）
式中
μG气体粘度，Pa·S。
其余符号意义同前。
由计算求得Re数，查图2.5.11，查得新CW，代入式（2.2.12），反复计算，直到前后两次迭代的Re数相等，即为止。
取ue≤Vt,即容器中的气体流速必须小于悬浮液滴的浮动（沉降）流速（Vt）。
2.2.2尺寸设计
尺寸图见图2.2.2所示。
2.2.2.1直径
（2.2.21）
式中
D分离器直径，m；
VGmax气体最大体积流量，m3/h；
ue容器中气体流速，m/s。
由图2.5.12可以快速求出直径（D）。
2.2.2.2高度
容器高度分为气相空间高度和液相高度，此处所指的高度，是指设备的圆柱体部分，见图2.2.2所示。
低液位（LL）与高液位（HL）之间的距离，采用式（2.2.22）计算
（2.2.22）
式中
HL液体高度，m；
t停留时间，min；
D容器直径，m；
VL液体体积流量，m3/h。
气、液
图2.2.2立式重力分离器
停留时间（t）以及釜底容积的确定，受许多因素影响。
这些因素包括上、下游设备的工艺要求以及停车时塔板上的持液量。
当液体量较小时，规定各控制点之间的液体高度最小距离为100mm。
表示为：
LL（低液位）-100mm-LA（低液位报警）-100mm-NL（正常液位）-100mm-HA（高液位报警）-100mm-HL（高液位）。
2.2.2.3接管直径
1）入口接管
两相入口接管的直径应符合式（2.2.23）要求。
<1000Pa（2.2.23）
式中
up接管内流速，m/s；
рG气体密度，kg/m3。
由此导出
DP>3.34×10-3（VG＋VL）0.5（2.2.24）
式中
VG、VL分别为气体与液体体积流量，m3/h；
DP接管直径，m。
由图2.5.13可以快速求出接管直径。
2）出口接管
气体出口接管直径，必须不小于所连接的管道直径。
液体出口接管的设计，应使液体流速小于等于1m/s。
任何情况下，较小的出口气速有利于分离。
2.3卧式重力分离器的尺寸设计
2.3.1计算方法及其主要尺寸
设备尺寸计算的依据是液体流量及停留时间。
按式（2.3.1）求出“试算直径”DT，在此基础上，求得容器中液体表面上的气体空间，然后进行校核，验证是否满足液滴的分离。
卧式重力分离器的尺寸见图2.3.1所示。
试算直径
（2.3.1）
式中
C=LT/DT=2～4（推荐值是2.5）；
DT、LT分别为圆柱部分的直径和长度，m；
VL液体的体积流量，m3/h；
t停留时间，min；
A可变的液体面积（以百分率计）即
A=ATOT－（Aa+Ab），均以百分率计
其中ATOT总横截面积，%；
Aa气体部分横截面积，%；
Ab液位最低时液体占的横截面积，%。
气
气、液
LT
液
图2.3.1卧式重力分离器
通常开始计算时取A=80%，并假设气体空间面积Aa为14%，最小液体面积Ab为6%。
选择C值时，须考虑容器的可焊性（壁厚）和可运输性（直径、长度）。
由DT和Aa=14%，查图2.5.1-4，得出气体空间高度（a），a值应不小于300mm。
如果a＜300mm，需用A＜80%的数值，再进行计算新的试算直径。
2.3.2接管距离
两相流进口接管与气体出口接管之间的距离应尽可能大，即LN≈LT及LT=C·DT。
式中
LN两相流进口到气体出口间的距离，m;
LT圆筒形部分的长度，m。
根据气体空间（Aa）和一个时间比值（R）（即液滴通过气体空间高度所需沉降时间与气体停留时间的比）来校核液滴的分离，计算进口和出口接管之间的距离（）。
（2.3.21）
式中
、、a分别为进出口接管间距离、卧式容器直径和气体空间高度，m；
VG气体流量，m3/h；
ρL、ρG分别为液体密度、气体密度，kg/m3；
Aa气体部分横截面积，%；
R对于d*=350μm，使用R=0.167
对于d*=200μm，使用R=0.127
R=τs/τT
其中τs直径为d*的液滴，通过气体空间高度（a）所需要的时间，s；
τT气体停留时间，s。
两相流进口到气体出口间的距离（LN）不应小于。
接管设计见2.2.2.3规定。
2.3.3液位和液位报警点计算实例
已知：
VL=120m3/h，t=6min，DT=2000mm，LT=5000mm，最低液位高度hLL=150mm。
最低液位（LL）、低液位报警（LA）、正常液位（NL）、高液位报警（HA）、最高液位（HL）之间的时间间隔分别是2、1、1、2min。
要计算对应时间间距的各液位高度。
解题：
如图2.3.3所示。
最低液位，即液面起始高度（计算时间为0）的液位高度（hLL）为150mm。
容器横截面积（ATOT）:
相当于液体在容器中停留时间为1min所占的横截面积为：
A1=120×1/（60×5）=0.4m2
图2.3.3卧式重力分离器液位高度
其它几个高度按下述方法求出：
hLL/DT=150/2000=0.075，由图2.5.15查得。
得
查图2.5.15得，从最低液位经2min后得到液面高度为
得
查图2.5.15得=0.434，过1min后，液面高度为hNL=0.434×2000=868mm（hNL即是图中h）
得
查图2.5.15得=0.535，再过1min液面高度为hHA=0.535×DT=0.535×2000=1070mm（hHA即是图中h）
得
查图2.5.15得，再过2min液面高度为hHL=0.746×DT=0.746×2000=1492mm（hHL即是图中h）。
2.4立式分离器（重力式）计算举例
2.4.1数据
VL=8.3m3/h
ρL=762kg/m3
T=318K
P=0.324MPa
Vmax=135%
VG=521.7m3/h
ρG=4.9kg/m3
μG=14.6×10-6Pa·s
d*=350×10-6m
Vmin=70%
停留时间t=6min，要决定分离器尺寸。
2.4.2解题
2.4.2.1浮动流速（Vt）
由式（2.2.12）计算
=[4×350×10-6×（762-4.9）/（3×1×4.9）]0.5
=0.841m/s
由式（2.2.13）计算
由图2.5.11查得CW=1.25，由式（2.2.12）计算，得Vt=0.75，再由式（2.2.13）计算，得Re=88.4，由图2.5.11查得
CW=1.25，试算结束，取ue=Vt,Vt=0.75m/s。
2.4.2.2尺寸
直径
=0.576m取D=0.6m
选用D=1m（由于上述计算L/D不合适）
每分钟停留时间相当于高度为：
H=1430/6=238mm
2.5附图
2.5.1附图
2.5.1.1雷诺数Re与阻力系数CW的关系，见图2.5.11所示。
2.5.1.2快速确定D与u的关系，见图2.5.12所示。
2.5.1.3接管直径的确定，见图2.5.13所示。
2.5.1.4容器横截面积的求法
（一），见图2.5.14所示。
2.5.1.5容器横截面积的求法
（二），见图2.5.15所示。
图2.5.1－1Re数与阻力系数（Cw）关系图
图2.5.1－2容器和丝网直径的确定
图2.5.1－3接管直径的确定
a
m
DT
m
Aa
%
图2.5.1－4容器横截面积的求法
（一）
图2.5.1－5容器横截面积的求法
（二）
3立式和卧式丝网分离器设计
3.1应用范围。
3.1.1丝网分离器适用于分离气体中直径大于10～30μm的液滴。
3.1.2丝网分离器主要部件为一固定安装的丝网组件，由丝网和上下支承栅条组成。
丝网材料可采用不同的金属或非金属材料。
如：
不锈钢、蒙乃尔合金、镍、铜、铝、碳钢、钽、耐腐蚀耐热镍合金、聚氯乙烯和聚乙烯等。
3.1.3丝网分离器通常规格是丝网的丝直径为0.22mm～0.28mm，丝网的厚度约为100mm～150mm。
3.2立式丝网分离器的尺寸设计
3.2.1气体流速（uG）的确定
气体流速对分离效率是一个重要影响因素。
流速过高，聚集的液滴不易从丝网上落下，液体充满丝网，造成液泛，以致一度被捕集的液滴又飞溅起来，再次被气体携带出去，使分离效率急剧降低；流速过低，夹带的雾沫在气体中飘荡，未与丝网细丝碰撞就随着气流通
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