CN100366314C - 一种防结垢抗脏堵塔板 - Google Patents

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Abstract

一种防结垢抗脏堵塔板,主要包括塔板平板1、平板1上开有若干与液流方向一致的倾斜导向孔2、平板上有降液管3和溢流堰4,平板采用石墨或聚四氟乙烯制作,平板1厚度为5~50mm,溢流堰4的底部开有溢流堰窄缝。本发明具有以下优点:1.采用特殊材料石墨或聚四氟乙烯制作的塔板,防粘附、沉积结垢能力强,其加工工艺简单、使用寿命长,造价相对低廉。2.采用石墨或聚四氟乙烯制作的塔板,有较好的耐温性能和极高的耐腐蚀、耐溶剂性能。3.开有导向孔可以充分利用气相动能对塔板表面进行冲刷清洗,防止物料停留。4.溢流堰底部的窄缝设计类似于“江堤的泄沙口”,可有效防止固体的沉积累,降低塔板结垢堵塞的可能性。

Description

一种防结垢抗脏堵塔板
技术领域
本发明专利涉及板式分离塔的塔板。
背景技术
在石油化工、氯碱、化肥、煤化工等许多行业中,采用塔器分离时常会遇到由于物料中含有大量固体颗粒(如泥砂,碳黑等),或者由于化学反应生成易结垢的物质(如CaCl2,CaCO3,MgCO3等)造成塔板或填料堵塞,因而不得不经常停车清洗除垢,严重影响正常生产。例如我国环氧丙烷装置中的皂化工段是一座反应蒸馏塔,由氯丙醇与石灰乳反应生成环氧丙烷和HCl,石灰乳中Ca(OH)2、Mg(OH)2与反应生成的HCl和空气中的CO2反应生成了大量CaCO3、CaCl2和少量的MgCl2、MgCO3等易结垢无机盐,使得皂化塔塔板上的筛孔或传质元件极易堵塞:金陵分公司化工二厂皂化塔严重时5-6天需停车清洗一次;上海高桥分公司化工三厂皂化塔改造后一月左右清洗一次……,这样的清洗既影响生产能力和稳定性、又造成氯丙醇原料的浪费,此外清洗除垢过程人力劳动强度大,工作环境恶劣。虽然近30年来,国内外塔器专家开发出了许多的高效和大通量新型塔板,但对专门适用于易结垢、脏堵物系的系列塔板的研究几乎是空白。因此开发出专门一类具有超强防结垢抗脏堵性能的塔板势在必行。
解决塔板表面结垢脏堵问题的关键首先在于材质的选择,传统的塔板一般都是采用碳钢、不锈钢等金属材料,金属材料的表面自由能通常很高,易引发CaCO3等无机盐结晶成垢。专利ZL99219531.4曾报导了一种适用于环氧丙烷皂化反应塔的阻垢塔板,它是由基材层和阻垢层复合而成的筛板,阻垢层是特氟隆材料。特氟隆表面自由能很低,可以较好地防止不溶性无机盐和固体杂质粘附其表面,但是特氟隆与钢材基层大面积的烧结复合工艺复杂,造价高,均匀性难以保证,特别是筛孔内侧和边缘部分,能否有适合的工艺手段达到专利中要求的效果尚要待考证。此外,筛孔长期经受高速气相的冲刷,特氟隆表层会逐渐磨损,经过一段时间后会退回至原先筛孔易堵的状况,因此防垢抗脏的寿命较短。
发明内容
我们通过实验研究发现石墨和聚四氟乙烯是制造防结垢抗脏堵性能的塔板的理想材料。首先石墨和聚四氟乙烯的化学键均已饱和,其表面自由能极低,可有效防止不溶性无机盐和固体杂质在其表面粘附或结晶:在相同试验条件下,将紫铜、黄铜、不锈钢、碳钢、石墨和聚四氟乙烯浸泡于100℃的CaCO3和Ca(OH)2溶液中一周后,在显微镜下观察发现,紫铜、黄铜表面形成完整的垢层,碳钢表面腐蚀较严重,腐蚀产物与沉积产物并存,不锈钢表面既凝固有较大团状物,也有细小的结晶颗粒,而石墨和聚四氟乙烯表面仅有少量疏松的无定形体CaCO3,在较低速度的水或风冲刷下(均小于塔板表面实际水速和通过塔板的气速),无定形体CaCO3,即被去除,材料表面光洁如初。其次石墨和聚四氟乙烯的耐温和耐腐蚀性能较好,完全满足塔内的温度和抗腐蚀性要求。再次,石墨和聚四氟乙烯具有足够的机械强度和可加工性能,塔板的部分结构或全体均可用其制作,克服了特殊材料复合层或镀层寿命短的缺点。
一般工业精馏塔都采用连续精馏操作,原料会源源不断地进入到塔内的每层塔板,原料内的易垢物随液相在塔板表面流动过程中,即使不易在特殊材料的塔板表面沉积结垢,但受塔板溢流堰的阻挡,势必会在每层塔板上累积,最终容易造成塔板和板上传质元件的堵塞。因此在抓住塔板材料这一关键的同时,还必须结合流体力学、气体动力学来实现塔板结构的优化,从而彻底解决塔板的结垢堵塞问题。
本发明专利提出了一种防结垢抗脏堵塔板,可以有效防止料液中固体在塔板表面沉积结垢,或易垢物在每层塔板上的长时间累积造成的塔板堵塞等问题,保证塔板在处理脏堵体系过程中能够连续正常稳定操作。
本发明专利的技术方案如下:
一种防结垢抗脏堵塔板,主要包括塔板平板、平板上开有若干与液流方向一致的导向孔、平板上有降液管和溢流堰,平板采用石墨或聚四氟乙烯制作,平板厚度为5~50mm,具体根据塔径大小和强度要求确定,溢流堰的底部开有溢流堰窄缝。塔板的其余部分,如降液管、溢流堰等既可采用不锈钢等金属,也可用石墨或聚四氟乙烯制作。
上述的防结垢抗脏堵塔板,所述的溢流堰窄缝的高度为溢流堰整体高度的0.1-0.4,溢流堰窄缝的长度为溢流堰长度的0.8-0.98。
上述的防结垢抗脏堵塔板,当塔径较大、溢流堰较长或为弧形溢流堰时,在溢流堰窄缝加设支脚,一般在溢流堰的中央或适当的对称位置加设支脚,支脚可采用宽度为5~20mm钢片或直径为2~10mm的细圆棒,以保证支脚不会阻碍流体中的易垢物或固体流出,单位长度堰长上的支脚数目为2~4个/m。
上述的防结垢抗脏堵塔板,所述的导向孔的出汽方向与板上液流方向成0~60°角(I型导向孔为0~10°,II型导向孔为10~60°),导向孔的出汽口为近似矩形、圆形或椭圆形孔。
上述的防结垢抗脏堵塔板,所述的导向孔的单孔面积为50~150mm2
上述的防结垢抗脏堵塔板,当采用聚四氟乙烯材料并且板厚<10mm时,采用I型导向孔,导向孔可以直接在塔板上压制成面向溢流堰,结构如图2-图4所示,气体从导向孔中水平或近似水平吹出(与液流方向的角度约为0~10°),单孔面积在50~150mm2之间。
上述的防结垢抗脏堵塔板,当采用石墨材料或者采用聚四氟乙烯材料并且塔板厚度≥10mm时,采用II型导向孔,导向孔为指向溢流堰的斜孔,导向角α在10~60°之间,结构如图5,孔径为5~15mm。
气相经导向孔后斜向进入液层,气液接触路径、时间延长,有利于效率提高;同时充分利用气相动能对板上液层进行推动,优化板上液层流动,消减液面梯度,防止出现局部结晶或沉淀。导向孔需按一定的方式交错排列于塔板上,导向孔具体直径和数目根据通过塔板的气液流量确定。
本发明专利具有以下优点:
1.采用特殊材料石墨或聚四氟乙烯制作的塔板,防粘附、沉积结垢能力强,比国内外具有防结垢功能的塔板,其加工工艺简单、使用寿命长,造价相对低廉。
2.采用石墨或聚四氟乙烯制作的塔板,有较好的耐温性能(聚四氟乙烯220℃,石墨450℃)和极高的耐腐蚀、耐溶剂性能。
3.一些易垢物或固体即使不会在塔板表面沉积结垢,也能以一种疏松状态停留于塔板表面,开设导向孔可以充分利用气相动能对塔板表面进行冲刷清洗,防止物料停留;同时合理的布置有利于优化流体在塔板上的流动,提高板效率。
4.溢流堰底部的窄缝设计类似于“江堤的泄沙口”,可有效防止泥沙、易垢物等固体的沉积积累,最大程度的降低塔板结垢堵塞的可能性。
5.塔板制作加工过程简单,基本不增加制造成本,实用性强。
附图说明
图1是防结垢抗脏堵塔板的结构示意图;
图2是I型导向孔结构外形示意图
图3是聚四氟乙烯压制的I型导向孔结构示意图;
图4是I型导向孔结构的剖面图;
图5是II型斜导向孔结构剖面图;
图6是底部开有溢流堰窄缝的溢流堰示意图。
具体实施方式
以下通过实施例进一步说明本发明专利。
实施例1.
化工厂环氧丙烷反应精馏塔(皂化塔),原塔径2400mm,塔板数9块;单降液管型,降液管3形状为弓形,溢流堰4长1800mm;采用传统大孔筛板,孔径12mm;塔板1的材质为国产304不锈钢。实际生产中平均10天左右就会发生塔板堵塞现象,严重时甚至5-6天就需停车,由工作人员穿戴防护衣和面具进塔清垢,这样严重影响了正常生产,并且清理工工作环境极其恶劣,劳动强度大。据清理工反映,进料液下方的塔板表面有一层较厚的坚硬垢层,筛孔被堵死,明显是由于处理体系的料液中含有的大量无机盐沉淀结晶所致。采用本发明专利,塔板如图1、5和6所示,塔板平板1采用石墨材料制成,板厚8mm,塔径、孔径、塔板开孔数和降液管3类型均保持不变,筛板孔改为II导向孔2,如图5所示,导向孔2与液流方向成45度角,液流堰4下方开有一高5mm的溢流堰窄缝5,溢流堰窄缝5长1750mm,中央设一宽10mm的薄钢片支脚6。采用本专利后,塔操作稳定,未发生过塔板堵塞现象。运转60天后,检修期间发现,塔板表面基本没有固体垢层,孔眼内光洁如新。
实施例2.
某化工厂环氧丙烷反应精馏塔(皂化塔),原塔径3200mm,塔板数12块;单降液管型,降液管形状为弧形,溢流堰长3000mm;采用传统大孔筛板,孔径14mm;塔板材质为304不锈钢。实际生产中平均30天左右会发生塔板堵塞现象,严重制约生产产量。据检修工反映,塔板堵塞主要集中于进料液入口的上、下方各一块塔板,这两块塔板各不相同:上方塔板的下表面有极其坚硬的悬挂式钟乳石结垢,下方塔板上表面有一层较厚的坚硬垢层,上、下方塔板的绝大多数筛孔被堵死。采用本发明专利,塔板如图1、2、3、4和6所示,塔板平板1采用聚四氟乙烯材料制成,板厚5mm,塔径、孔径、塔板开孔数和降液管类型均保持不变,溢流堰4下方开有一高8mm的溢流堰窄缝5,溢流堰窄缝5长2940mm,沿中央对称位置设两片宽20mm的薄钢片支脚6。塔板表面开设I型导向孔2,导向孔2压制成型,如图3所示,导向孔出汽方向与板上液流方向成0°角,为近似矩形孔,孔数120个,单孔面积为100mm2,导向孔交错排列于塔板上的传质元件之间。改造后至今为止没有发生过塔板堵塞现象,生产量较原来提高10~15%,年检时未发现塔板有垢层沉积。

Claims (7)

1.一种防结垢抗脏堵塔板,主要包括塔板平板(1)、平板(1)上开有若干与液流方向一致的导向孔(2)、平板(1)上有降液管(3)和溢流堰(4),其特征是:平板(1)采用石墨或聚四氟乙烯制作,平板(1)厚度为5~50mm,溢流堰(4)的底部开有溢流堰窄缝(5)。
2.根据权利要求1所述的防结垢抗脏堵塔板,其特征是:所述的溢流堰窄缝(5)的高度为溢流堰(4)整体高度的0.1-0.4,溢流堰窄缝(5)的长度为溢流堰(4)长度的0.8-0.98。
3.根据权利要求2所述的防结垢抗脏堵塔板,其特征是:在溢流堰窄缝(5)加设有支脚,单位长度堰长上的支脚数目为2~4个/m。
4.根据权利要求1所述的防结垢抗脏堵塔板,其特征是:所述的导向孔(2)的出汽方向与板上液流方向成0~60°角,导向孔(2)的出汽口为近似矩形、圆形或椭圆形孔。
5.根据权利要求4所述的防结垢抗脏堵塔板,其特征是:所述的导向孔(2)的单孔面积为50~150mm2
6.根据权利要求5所述的防结垢抗脏堵塔板,其特征是:平板(1)当采用聚四氟乙烯材料并且板厚<10mm时,开设导向孔(2),导向孔(2)直接在塔板上压制成,面向溢流堰(4),导向孔(2)的出汽方向与板上液流方向成0~10°角。
7.根据权利要求5所述的防结垢抗脏堵塔板,其特征是:平板(1)当采用石墨材料或者采用聚四氟乙烯材料并且塔板厚度≥10mm时,采用直接在塔板上开设的、指向溢流堰(4)的斜孔状的导向孔(2),导向孔(2)的出汽方向与板上液流方向成10~60°角,孔径为5~15mm。
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