具有自衡特性系统极限液位的确定

　　一、前　言

　　具有自衡特性液位测量的系统,当系统液体流量负荷变化时,不需要人为调节,系统通过液位变化自动达到新的平衡。因此,对于变负荷具有自衡特性的系统,若液位计设计不当,在负荷变化时液位有时会超出液位计有效测量范围,而无法进行正常测量。某化工公司,添加剂装置中性油回收系统为具有自衡特性的系统,技术改造后试运行期间,在系统处理量发生变化时,液位超出液位计指示范围,导致无法正常测量吸收塔液位。为此,本文以该系统为例,根据流体力学Bernouulli理论,推导出具有自衡特性系统极限液位计算公式,以确定液位计安装的最佳位置,供广大化工工艺设计者参考。

　　二、工艺流程及设计参数

　　1.工艺流程简介

　　中性油回收装置是从混合酯中分离中性油的系统。吸收塔高位安装,混合酯经蒸馏塔蒸馏,将低沸点的中性油混合湿蒸汽提到塔顶,经分离器除去气相中夹带液体后进入中性油吸收塔,用水吸收兼冷却,冷却后的油水混合液在重力作用下进入低位油水分离器。在油水分离器中,依油水密度不同实油水分离,中性油经油水分离器上部溢流口流出,水由底部排出如工艺流程图1所示,图中1.酯蒸馏塔;2.气液分离器;3.真空吸收塔;4.油水分离器。

　　2.部分设计参数

　　吸收塔内径D为0.8m,吸收塔与油水分离器液面之间连接管路内径d为50mm无缝钢管,长度L为22m,管内吸收液额定流量Qh=25/h。吸收过程中允许负荷波动流量公式为Q=Qh±Qh×10%,吸收塔与油水分离器均为常压操作。

　　三、极限液位计算

　　1.公式推导

　　吸收塔液位高度,指塔设备基准截面(封头与筒体的连接处)到液面顶部的高度H,设油水分离器内介质相高度为H1,且塔内压力与油水分离器内压力相同。考查AD段,根据Bernoulli理论,系统循环推动力等于流体流动阻力,即

　　系统阻力∑hf由管内流体摩擦阻力和局部阻力二部分组成。设BC段管长度为L(m),则流体阻力∑hf与管内流速u(m/s)的关系为

　　式中:λ为液体摩擦系数;d为管子直径,m;ζi为局部阻力系数,包括管路进出口、阀门、弯头等处的局部阻力。

　　由式(1)、(2)可得到液位高度H与BC段流体流速间的关系,从而得到H与BC段流量Q的关系

　　式中:a为BC段管内截面积,m2;

　　当进料液体负荷增加ΔQ时,BC段管内流量Q(/s)将随时间变化,当t→∞,Q→Qh+ΔQ达到平衡,此时液面高度增量为

　　上式为具有自衡特性自然循环系统,在液体负荷变化时液面高度的变化量,液面极限高度为