弓形降液管

弓形降液管作為板式塔塔板間液體傳輸的通道，在傳輸過程中實現氣液兩相分離，同時為塔板入口的液體提供初始分布。弓形降液管是板式塔的重要組成部分。

基本介紹

• 中文名：弓形降液管
• 外文名：Segmental Downcomer

簡介

降液管是錯流式板式塔的重要組成部分，是板間液體傳輸及傳輸過程中氣液兩相分離的主要場所，同時為塔板入口的液體提供初始分布。因此，降液管設計的優劣直接影響整個精餾塔的分離效果。降液管從結構上看，存在多種形式，依其截面形狀可基本分為弓形、矩形、圓形三大類。而在工業工程中套用最為廣泛的則是弓形降液管。

弓形降液管是最為經典且套用最廣泛一種降液管，其堰與塔壁間的全部截面均作降液之用，塔截面利用率高，設計結構簡單，製造成本低廉，並能承載大負荷液量，因此，在工業生產上被廣泛套用。

弓形降液管的作用

弓形降液管的作用主要有三類：

（1）為塔板間傳輸液體；

（2）氣、液相分離；

（3）下層塔板入口液體初始分布。

作為塔板間傳輸液相是降液管的本徵功能，也是錯流式板式塔的一大特點，而氣、液兩相的分離則是降液管最重要的作用之一，氣液兩相分離的好壞直接影響整個塔的分離效果。

一般來說，可將弓形降液管中的氣液分離過程分為三個區，如圖所示。在整個分離過程中，每個區域都有著重要的作用。

氣體脫空區：該區位於降液管上部。實際的氣液兩相分離就是在這個區發生。當泡沫混合物從塔板上將氣體送入降液管以及在降液管中發生穩定泡沫區泡沫擾動時，由於氣液密度差較大，氣相向上溢出，導致氣體從泡沫混合物中分離。但是，降液管中的液體流速不能太大，否則降液管液體中的氣泡沒有足夠的時間解脫出來，而且分離出來的那部分氣體也可能被高速的板上溢流液封住而受阻，造成過大阻力，可能形成降液管阻塞液泛。因此許多研究學者對液體在降液管中的停留時間及流速進行設定，以維持正常的操作狀態。

穩定泡沫區：這個區吸收了泡沫混合物的衝擊能,該衝擊能是由於板上液體流到降液管中產生的，如果沒有對衝擊能量的吸收過程，大量的泡沫將流出降液管。被夾帶到下層塔板的氣泡對下層塔板清液會產生湍動，對塔板效率也有一定影響。

清液區：除了一小部分由於擾動影響偶然進入降液管的氣泡以外這個區幾乎全部是清液。該清液區很重要，不僅在降液管出口邊緣上創造一個緩衝區，為下層塔板的入口液體提供良好的初始分布，更重要的是在降液管底形成液封，防止氣體從降液管底部進入。

由上述可知，降液管性能的優劣直接影響塔板整體性能。降液管性能的各種參數中，降液管內停留時間、液流速度、降液管內清液層高度及降液管底隙等等都是極為重要的。

弓形降液管流體力學性能

降液管內停留時間

對於降液管停留時間的定義目前有兩種：

（1）表觀停留時間，表觀停留時間是整個降液管的體積與液體體積流率之比。

（2）真實停留時間，真實停留時間是降液管泡沫層體積與泡沫體積流率之比，也可以表達為降液管清液層體積與清液體積流率之比。

降液管內液流速度

降液管最大允許液速值根據其易起泡程度一般取0.03~0.21m/s，大多數認為取0.09~0.15m/s而比較合適。然而有學者認為對於低壓不易起泡物系，上述取值似乎有些保守。甚至有人認為在某些情況下，降液管液速取而都是可以的。國內對於降液管的設計一般推薦液速不超過0.08~0.10m/s，該設計準則對於常壓和減壓體系顯得過於保守。

降液管內清液層高度

降液管液泛是錯流塔板的操作上限之一。指的是液相中的氣泡“相”分離能力不足或降液管尺寸不足而成為塔板間正常液體流動的瓶頸。降液管液泛常常發生在加壓和高液相負荷操作的塔設備中。普遍認為，當降液管泡沫高度超過降液管高度塔板間距十堰高時，就可能發生降液管液泛。但是有其他學者則認為降液管內的泡沫層高度並不是降液管液泛的限制因素，他們發現即使泡沫達到堰頂，也不發生降液管液泛，降液管中的清液層高度比泡沫層高度更具有決定性的設計因素。

降液管底隙

降液管底隙大小它是由降液管阻力、物系的結垢和腐蝕性質以及降液管的液封決定。

降液管內液體混合及其對塔板效率的影響

有學者採用了渦流擴散模型，根據所得的試驗數據求出了渦流擴散係數，證實了降液管上下和前後方向的液體混合比較強烈，而橫向混合很小，最後得出了降液管內液體處於完全不混合狀態的結論。

降液管內氣含率分布和平均泡沫密度

氣含率分布是降液管氣液兩相流的主要特性之一。

降液管的平均泡沫密度實際上是降液管中平均液含率，是降液管液泛預測中一個重要的參數。

降液管內泡沫高度

降液管內的液體是由靠近塔板底部的清液區及其上部的低密度泡沫區構成，兩個區域之間的分界線十分明顯較高的流速使液體產生更強烈的湍動，但區域之間的差異依然很明顯，底部區域由分布著少量較小起泡的液相組成，而上層區域包括很少液體和大量的氣泡。隨著液體流速的增加，板上會產生更圖一泡沫高度與流量及降液管寬度的關係圖多的泡沫，並且最終通過堰進入降液管由於下降的液體的淋降作用，降液管內會產生更多的泡沫通過板的總壓降隨著液體流速的增加而增加，這樣。降液管中液體高度也增加了。以上三個因素共同導致了降液管中的泡沫高度隨液體流速的增加而增加。