CN101053700B - 一种挡板式塔盘 - Google Patents

Abstract

本发明公开了石油化工领域中的一种用于气液传质的挡板式塔盘，以解决现有的浮阀塔盘和挡板式塔盘所存在的气液传质效率较低、结构复杂、投资偏大、处理能力不大的问题。本发明的挡板式塔盘，塔板(3)由沿液体流动方向呈向下的阶梯组成。在每一级阶梯的塔板(3)上开设筛孔(5)；或是在每一级阶梯的塔板(3)上开设阀孔，阀孔上安装浮阀。在塔板(3)的下方、自塔板(3)最高一级阶梯与塔器的塔壁(1)相交的圆弧顶部设有倾斜向下的弓形导流板(4)。本发明可用于精馏、吸收、脱硫、再生等塔器中。

Description

一种挡板式塔盘

技术领域

本发明涉及石油化工领域中的一种用于气液传质的挡板式塔盘，用于精馏、吸收、脱硫、再生等塔器中。

背景技术

板式塔是石油化工生产过程中广泛应用的一种气液传质设备。现今，板式塔中广泛使用的一类塔盘是浮阀塔盘；该种塔盘每层含有溢流堰、降液管和受液盘，整层塔板处于一个平面。气相从阀孔-浮阀处吹出，与塔板上的液体接触进行传质。浮阀塔盘存在结构复杂、投资大、气液通量小的缺点。另一类塔盘为挡板式塔盘，参见Hydrocarbon Processing，September 1983/Data for towerbaffle design和Hydrocarbon Processing，May 1993/How to design baffletray column。普通挡板式塔盘的整层塔板也在一个水平面，不设降液管。这种挡板式塔盘仅在靠近溢流堰的部分塔板上开设筛孔，所以操作时，只有少部分液体从筛孔中流下形成液柱，大部分液体越过溢流堰流下，形成液帘。气相从塔盘下方横向穿过；液柱和液帘受气流冲击的影响，在靠近塔壁处的塔板上大量积聚，形成很厚的液层及液面梯度；这不利于液体的更新，降低了气液传质的效率。同时，由于液帘与气体的接触传质效果较之液柱与气体的接触传质效果较差，而这种挡板式塔盘形成的液柱数量有限，液体分散不够，也使得气液传质效率降低。

中国专利CN1032624C公开的“波型挡板塔盘”，是在普通塔板(即基板，V形塔板或筛板)的上方安装一波形挡板构成，是一种双层的复合塔盘；挡板的作用是减少雾沫夹带。CN1428183A公开的“喷嘴挡板式塔板”，是在水平塔板的升气孔上安装喷射筒，升气孔的下方设有分离板(类似于挡板)，分离板的作用主要是防止雾沫夹带。上述专利公开的挡板式塔盘所存在的主要问题是：结构复杂、投资偏大，气液通量小，处理能力相对较小。

发明内容

本发明的目的是提供一种挡板式塔盘，以解决现有的浮阀塔盘和挡板式塔盘所存在的气液传质效率较低、结构复杂、投资偏大、处理能力不大的问题。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：一种挡板式塔盘，包括塔板，塔板上设有溢流堰，其特征在于：塔板由沿液体流动方向呈向下的阶梯组成，在每一级阶梯的塔板上开设有筛孔，或是在每一级阶梯的塔板上开设阀孔，阀孔上安装浮阀，在塔板的下方、自塔板最高一级阶梯与塔器的塔壁相交的圆弧顶部设有倾斜向下的弓形导流板。

采用本发明，具有如下的有益效果：(1)本发明的挡板式塔盘，塔板由沿液体流动方向呈向下的阶梯组成。所设阶梯可以引导、促进液体的流动，使每一级阶梯塔板上的液面梯度变小，液层变薄，液体分布更趋于均匀。这就有利于提高传质效果；(2)在塔板上开设筛孔的情况下，由于每一级阶梯的塔板上均开设有筛孔，筛孔数量较普通挡板式塔盘增加，因而可以增加液体分散度及液体流量，同时也可减小塔板上的液面梯度。塔板上的液体在流动过程中从各筛孔淋下，形成更多的液柱，与塔盘下方横向穿过的气相发生传质，使气液接触更充分，雾沫夹带较少，传质效率得到提高；(3)在塔板上开设阀孔并在阀孔上安装浮阀的情况下，浮阀的开启度主要根据气相负荷的大小而定。当气相负荷较低时，浮阀开启度很小；当气相负荷较大时，浮阀开启度随之增大，以保证塔盘的正常操作。这就增加了本发明挡板式塔盘的操作弹性；(4)本发明的挡板式塔盘设有导流板，可以防止液流在气流作用下甩向导流板所处位置的塔器的塔壁形成壁流，而影响气液的正常接触和轻组分从重组分的分离；(5)本发明的挡板式塔盘不设置受液盘和降液管，结构简单，可以降低投资；(6)由于本发明的挡板式塔盘不设置受液盘和降液管，大大地节省了每层塔盘所占有的塔内空间；这些节省下来的空间都可以变成气液接触、传质的场所，从而提高本发明挡板式塔盘的处理能力；(7)由于气液接触空间增大，在气液处理能力相同的情况下，可以大大降低塔盘的压降，且有助于轻组分从重组分的分离，改善产品质量。与常规的F1浮阀塔盘相比，本发明塔盘在塔板上开设筛孔时压降约降低25～35％，开设阀孔并在阀孔上安装浮阀时压降约降低20～25％；(8)在操作过程中，由于气相依次横向穿过相邻两层塔盘之间的空间，可以减少雾沫夹带的产生。与常规的F1浮阀塔盘相比，本发明塔盘开设筛孔时雾沫夹带约减少15～45w％(w％表示重量百分数)，开设阀孔并在阀孔上安装浮阀时雾沫夹带约减少13～16w％。

本发明的挡板式塔盘可用于石油化工领域中精馏、吸收、脱硫、再生等塔器中；在要求低压降的减压塔以及其它塔器中都可以应用。

下面结合附图、具体实施方式和实施例对本发明作进一步详细的说明。附图、具体实施方式和实施例并不限制本发明要求保护的范围。

附图说明

图1是本发明的挡板式塔盘安装于塔器内、沿塔器轴向的剖视图。

图2是图1的俯视图。

图2中，所有未说明的附图标记所表示的技术特征均与图1中的相同。

具体实施方式

参见图1和图2，本发明的挡板式塔盘，包括塔板3，塔板3上设有溢流堰2。塔板3由沿液体流动方向呈向下的阶梯组成，在每一级阶梯的塔板3上开设有筛孔5。在塔板3的下方、自塔板3最高一级阶梯与塔器的塔壁1相交的圆弧顶部设有倾斜向下的弓形导流板4。其中，溢流堰2设置于最低一级阶梯的塔板3的边沿；为使大液量时液体能从溢流堰2溢出并具有一定的弹性，溢流堰2可以采用常用的齿堰或平堰，最好是采用齿堰。

塔板3上也可以不开设筛孔5，而是在每一级阶梯的塔板3上开设阀孔，阀孔上安装浮阀；相关的附图省略。

开设筛孔5或者是开设阀孔并在阀孔上安装浮阀的塔板3，一般均是由1～6级阶梯组成，最好是由2～5级阶梯组成。每一级阶梯的高度h一般为10～120mm，较好为30～70mm，最好为50～60mm；宽度w一般为100～500mm。塔板3的厚度一般为2～6mm。图1、图2示出了两层挡板式塔盘，塔板3均是由2级阶梯组成。图2中涂阴影的塔板为图1中下面的一块塔板，局部剖开示出导流板4。

塔板3上开设筛孔5时，一般是在每一级阶梯的塔板3上开设圆形、正方形、长方形或菱形的筛孔5，最好是开设圆形或长方形的筛孔5。筛孔5的当量直径一般为5～40mm，开孔率一般为1％～20％。筛孔5的当量直径根据气液相负荷的大小确定。筛孔5一般是均匀分布于每一级阶梯的塔板3上。

塔板3上开设阀孔并在阀孔上安装浮阀时，可以增加本发明挡板式塔盘的操作弹性，增强本发明的适应性。一般是在每一级阶梯的塔板3上开设圆形、正方形、长方形或菱形的阀孔，阀孔的当量直径一般为39～100mm，阀孔开孔率一般为2％～20％。阀孔上安装各种对应形状的常规浮阀，如F1型圆形浮阀、长方形浮阀等。阀孔与浮阀一般是均匀分布于每一级阶梯的塔板3上。

导流板4的形状为弓形，弓形的圆弧连接于塔器的塔壁1上(一般采用焊接)，弓形的弦大致平行于塔板3上的溢流堰2。该弓形圆弧的顶部同塔板3最高一级阶梯与塔壁1相交的圆弧顶部大致重合。导流板4一般为不开孔的实心板(如图1、图2所示)或筛孔板(图略)，其与塔壁1的夹角α一般为30～60度，最好为45度。该夹角α是指导流板4的弓形高度与对应的塔壁1母线之间的夹角。导流板4的面积一般为塔器横截面积的1/6～1/3；塔器横截面积按塔器的内径计算。导流板4的厚度一般为2～6mm。导流板4为筛孔板时，筛孔形状一般为圆形、正方形、长方形或菱形，筛孔当量直径一般为2～15mm，开孔率一般为1％～20％。一般情况下，筛孔都是均匀分布于导流板4上。导流板4采用筛孔板的优点是，在引导液体流动的同时，可以避免液体在塔器的塔壁上形成壁流，增强气液接触的机会，提高塔盘的传质效率。

本发明的挡板式塔盘安装于塔器之内时，其总体布置方式与现有挡板式塔盘的布置方式相同；塔盘间距一般为450～800mm，最好为600mm。本发明挡板式塔盘的塔盘间距为相邻两层塔盘的最高一级阶梯的上表面之间的垂直距离。

安装本发明挡板式塔盘的塔器在操作过程中，在塔板3上开设筛孔5的情况下，气相一方面在塔盘下方横向穿过，与由塔板3上的筛孔5流下的液柱和由塔板3上的溢流堰2流下的液帘接触进行传质；另一方面气相还通过塔板3上的筛孔5向上垂直流动，与每一级阶梯塔板3上的液体接触进行传质。在塔板3上开设阀孔并在阀孔上安装浮阀的情况下，气相一方面在塔盘下方横向穿过，与由塔板3上的阀孔流下的液柱和由塔板3上的溢流堰2流下的液帘接触进行传质；另一方面气相还通过塔板3上的阀孔向上流动、经过浮阀后水平吹出，与每一级阶梯塔板3上的液体接触进行传质。由于气相通过阀孔-浮阀时要克服浮阀本身的重量所产生的阻力，所以每层塔盘的压降相对要高一些。

实施例与对比例

实施例1

在内径为φ600mm的实验塔中进行试验。该实验塔内安装3层本发明的挡板式塔盘，塔盘间距为600mm。每层塔盘的塔板由3级阶梯组成，每一级阶梯的高度h为50mm，宽度w为100mm。塔板的厚度为4mm。最低一级阶梯塔板上的溢流堰为平堰，堰高40mm。每一级阶梯的塔板上均匀开设圆形筛孔，筛孔直径为φ8mm，开孔率为15.8％。导流板为实心板，厚度为4mm，与塔壁的夹角α为30度。导流板的面积为塔器(实验塔)横截面积的1/4。

试验介质为空气-水，在常温(15～28℃)下进行水力学试验。液流强度为60m³/(m·h)，空塔气速为0.9m/s。试验结果见表1。表1(以及下文表2和表3)中的“液面梯度”一项，对于本发明的挡板式塔盘而言，是指每一级阶梯塔板上的液面梯度。

对比例1

在内径为φ600mm的实验塔中进行试验。该实验塔内安装3层常规的F1型浮阀塔盘，塔盘间距为600mm。塔盘上的溢流堰为平堰，高度为50mm。塔盘开孔率为15.7％，降液管面积占实验塔横截面积的10％。

试验介质为空气-水，在常温(15～28℃)下进行水力学试验。液流强度为60m³/(m·h)，空塔气速为0.91m/s。试验结果见表1。

实施例2

按实施例1的实验装置及条件进行试验；所不同的是导流板与塔壁的夹角α为45度，空塔气速为1.7m/s。试验结果见表2。

对比例2

按对比例1的实验装置及条件进行试验；所不同的是空塔气速为1.68m/s。试验结果见表2。

实施例3

按实施例1的实验装置及条件进行试验；所不同的是导流板与塔壁的夹角α为60度，空塔气速为2.6m/s。试验结果见表3。

对比例3

按对比例1的实验装置及条件进行试验；所不同的是空塔气速为2.62m/s。试验结果见表3。

由表1至表3可以看出，本发明的挡板式塔盘在塔盘压降、泄漏强度、雾沫夹带、塔盘效率和液面梯度几方面基本上均优于常规的F1型浮阀塔盘。在导流板与塔壁的夹角α处于30～60度的范围之内时，本发明塔盘的性能相对稳定，各性能指标都处于操作允许的范围之内；每一级阶梯塔板上的液面梯度最大不超过6mm。常规F1型浮阀塔盘因为不设置导流板，在整个试验区间性能指标比较稳定；但其液面梯度较大，最大达到25mm。

表1

名称	塔盘压降Pa	泄漏强度w％	雾沫夹带w％	塔盘效率％	液面梯度mm
						实施例1本发明塔盘	650	8.1％	0.6％	68％	6
对比例1F1浮阀塔盘	900	8.6％	0.8％	70％	25

表2

名称	塔盘压降Pa	泄漏强度w％	雾沫夹带w％	塔盘效率％	液面梯度mm
						实施例2本发明塔盘	730	5.5％	5.3％	88％	5
对比例2F1浮阀塔盘	1050	6.1％	6.8％	83％	19

表3

名称	塔盘压降Pa	泄漏强度w％	雾沫夹带w％	塔盘效率％	液面梯度mm
						实施例3本发明塔盘	810	0	8.2％	87％	3
对比例3F1浮阀塔盘	1200	0	13.8％	75％	12

Claims (8)

1.一种挡板式塔盘，包括塔板(3)，塔板(3)上设有溢流堰(2)，其特征在于：塔板(3)由沿液体流动方向呈向下的阶梯组成，在每一级阶梯的塔板(3)上开设有筛孔(5)，或是在每一级阶梯的塔板(3)上开设阀孔，阀孔上安装浮阀，在塔板(3)的下方、自塔板(3)最高一级阶梯与塔器的塔壁(1)相交的圆弧顶部设有倾斜向下的弓形导流板(4)。

2.根据权利要求1所述的挡板式塔盘，其特征在于：塔板(3)由1～6级阶梯组成。

3.根据权利要求2所述的挡板式塔盘，其特征在于：塔板(3)由2～5级阶梯组成。

4.根据权利要求1、2或3所述的挡板式塔盘，其特征在于：每一级阶梯的高度h为10～120mm，宽度w为100～500mm。

5.根据权利要求1、2或3所述的挡板式塔盘，其特征在于：每一级阶梯的塔板(3)上开设圆形、正方形、长方形或菱形的筛孔(5)，筛孔(5)的当量直径为5～40mm，开孔率为1％～20％。

6.根据权利要求1、2或3所述的挡板式塔盘，其特征在于：每一级阶梯的塔板(3)上开设圆形、正方形、长方形或菱形的阀孔，阀孔的当量直径为39～100mm，阀孔开孔率为2％～20％，阀孔上安装对应形状的常规浮阀。

7.根据权利要求1、2或3所述的挡板式塔盘，其特征在于：所述导流板(4)为实心板或筛孔板，其与塔壁(1)的夹角α为30～60度，导流板(4)的面积为塔器横截面积的1/6～1/3。

8.根据权利要求7所述的挡板式塔盘，其特征在于：导流板(4)为筛孔板，筛孔形状为圆形、正方形、长方形或菱形，筛孔当量直径为2～15mm，开孔率为1％～20％。

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