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1、动力波湿式洗涤器的液体喷射高度及阻力损失的计算李秋萍邵国兴(上海化工研究院200062)摘要通过理论分析及试验研究,得出了动力波湿式洗涤器的液体喷射高度及阻力损失的计算式,且计算值与实测值非常接近,为动力波湿式洗涤器的设计及放大提供可靠依据。关键词动力波湿式洗涤器喷射高度阻力损失湿式洗涤器是以液体(通常为水)作为洗涤液,通过气液两相的接触实现两相间的传热和传质过程,以满足气体的净化(除尘或吸收)、冷却、增湿等要求。70年代美国杜邦公司成功地开发了“动力波泡沫洗涤器”,第一套工业应用装置于1986年建成投产,目前已有数百套装置被用于废酸回收、煅烧炉、二氧化钛酸解
2、槽、硫代硫酸铵、发烟硫酸、硫酸转鼓式浓缩器、粉煤锅炉、硅卤化物、HCl和氯化镍回收等40多个不同的生产场合1。上海化工研究院于1995年成功地开发出了一种新型高效的带混合元件的动力波湿式洗涤器,并在复(混)肥生产系统的尾气净化及苯乙酸流化造粒系统上取得了令人满意的应用效果。1作用原理及结构特点动力波湿式洗涤器采用了一种独特的洗涤方图1带混合元件动力波湿式洗涤器结构示意1.水槽2.混合元件3.喷嘴4.动力波洗涤管5.气体出口管6.液沫分离器式,气体自上向下高速进入洗涤管,洗涤液通过特殊结构的喷嘴自下向上逆向喷入气流中,气液两相高速逆向对撞。当气液两相的动量达到平
3、衡时,形成一个高度湍动的泡沫区,气液相之间呈高速湍流状态,接触表面积大,而且接触表面不断地更新,从而具有高效的洗涤效果。带混合元件的动力波洗涤器是在其泡沫区下部的适当位置增设一个顺流混合元件,使气液两相再一次进行湍流混合,起到顺流洗涤的作用。这就在一机内实现了两级串联洗涤,使设备更紧凑,除尘效率高(通常在99%以上),且能耗低,其阻力损失仅为文丘里洗涤器的一半,是一种新型高效湿式洗涤器。其作用原理和结构见图1。26液体喷射高度的计算确定液体喷射高度是设计动力波湿式洗涤器装置高度的主要依据。动力波湿式洗涤器的液体喷射方式属于垂直向上的非淹没射流。文献3提出了液体
4、(水)从圆形断面喷嘴垂直向上射入大气时的喷射高度的经验计算式:2He=H/(1+ΨH)(1)设射流在喷嘴出口处的总水头为H,射出后所能达到的喷射高度为He,如图2所示。射流为了克服气流阻力,有一部分水头损失ΔH。参照管流水头损失的公式,可写出:第28卷化肥工业第6期表1液体的喷射高度与液体喷射速度的关系VgdoVlHe实测He计算(m/s)(m)(m/s)(m)(m)14.214.214.214.214.214.20.0070.0070.0070.0070.0070.0071.42.22.93.64.35.10.110.240.320.350.470.580.
5、080.180.280.380.480.60表2液体的喷射高度与气相速度的关系Vl(m/s)do(m)Vg(m/s)He实测(m)He计算(m)图22He=KHeV4.34.34.30.0070.0070.0078.411.314.20.660.640.470.650.560.48ΔH=H-(2)do2g由于本文的喷射液体不是直接射入大气中,而是与气体作高速逆向对撞,因此上式中的V应为:表3液体的喷射高度与喷射口直径的关系do(m)Vg(m/s)Vl(m/s)He实测(m)He计算(m)V=Vl+Vg(3)V20.00714.25.80.530.68l因2g=
6、H,代入式(2)可得:0.01014.25.80.880.85V2HeV2l2g=He+Kd装置的阻力损失是确定动力消耗的主要依据之一。为了正确地描述带混合元件的动力波洗涤器的阻力损失,将阻力分成两部分进行分析。先由进口至水槽,即冲击泡沫段及混合元件的阻力,用ΔPⅠ表示。其次由水槽至出口管,即液滴分离器的阻力,用ΔPⅡ表示。因此,带混合元件的动力波洗涤器的阻力损失可简单地表示为:2go整理后得:V22VllHe==(4)2g+KV2/do2g+ΨV2式中Ψ=K/do,为一系数,由实验确定,亦可按经验式进行计算。文献3提出的经验式如下:0.00025K=Ψ=(5
7、)ΔP=ΔP+ΔP(7)do3ⅠⅡdodo+1000先测定无洗涤水条件下的气流阻力,得出:由实验将上式修正为:ΔPⅠ3=0.27ρgVg2/2(8)(9)0.00025Ψ=0.33V1.08(6)ΔPⅡ3=1.19ρV2/2ldo3do+1000gg式(4)和式(6)即为动力波湿式洗涤器液体喷射高度的计算式。由式(4)可以看出,液体的喷射高度与液体喷射速度、气相速度及喷射口直径等参数有关。由表1可以看出,当气相速度和喷射口直径保持不变时,液体的喷射高度随液体喷射速度的增大而增大。由表2可以看出,当液体喷射速度和喷射口直径保持不变时,液体的喷射高度随气相速度的增
8、大而减小。由表3可以看出,当气相速度和
