CN101279143A - 一种填料化浮阀塔板 - Google Patents
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Abstract
一种填料化浮阀塔板，由浮阀(1)和塔板(2)组成，浮阀(1)安装在塔板的阀孔(21)中并与塔板(2)挂接，其特征在于：浮阀(1)为由阀体(11)和填料化构件(12)组成的长条形结构，阀体(11)由阀片(111)和阀腿(112)组成，填料化构件(12)置于阀体(11)的上部，并与阀体(11)相连；与已有技术相比，本发明集合了浮阀塔板和填料的特点，具有填料化相际接触面积大，压降较低，塔板效率较高的特点，同时又具有浮阀塔板操作弹性大和处理能力高的特点。适用于常规和超大型常、加压体系的汽液塔设备。
Description
技术领域
本发明是用于石油和化工领域分离塔中的一种填料化浮阀塔板。
背景技术
塔设备可分为板式塔和填料塔两类。板式塔和填料塔因其结构上的差异，气、液相之间的分散-相际传质-相分离的机理有所不同。板式塔是逐级接触式的汽液传质设备，气体以鼓泡或喷射的形式通过塔板，破碎成气泡与液体进行接触，是通过损失塔板压力降进行气液分散传质的过程，传质后的气液相分离需要一定空间；而填料塔是连续接触式的汽液传质设备，是通过液体分布器/再分布器将液体分散实现的气液相间的传质过程，填料塔的气液传质与相分离在同一空间完成。
因为这些机理上的差异，板式塔和填料塔具有不同的特点和适用范围，一般来说：
(1)板式塔的成本较低，而且塔径越大，造价相对越低；而对填料塔来说，填料的价格较为昂贵，造价与体积成正比，而且塔径越大，液体分布器和再分布器的设计越困难，成本上升。
(2)板式塔的气体以鼓泡或喷射的形式穿过塔板形成分散相，塔板压力降较高，所以板式塔大部分用于常压和加压操作，只有压力降相对较小的筛孔塔板和网孔塔板等可用于减压操作；而填料塔因为液体分散是由液体分布器实现的，所以低压力降是填料塔的优势，在减压操作条件下特别适用。
(3)从另一个角度来看，塔板压力降是对汽液相流动阻力的宏观表现，在一定阻尼下有利于汽液相在塔板上的均匀分布，使得板式塔的操作稳定性较高，填料塔的压力降低，因而稳定性差于板式塔。
(3)填料塔因为具有相当大的比表面积，可以实现较大的相际传质面积，所以具有较高的效率，前提条件是液体分布器和再分布器的设计能保证填料床层内有良好的汽液分布；而板式塔相对来说传质面积较小，要想保持较高的效率，压力降就会较高。
(4)此外，对易结焦、结垢体系、或有侧线抽出、或需从塔内取热、或液相负荷较小、或需要的塔板数较多、或处理有悬浮物的液体原料的情况下，宜采用板式塔；而对腐蚀性物料，因填料可采用耐腐蚀材质，所以适用于填料塔。
因此，板式塔具有成本低、处理量大、操作稳定性好的特点，但压力降较高；而填料塔具有效率高、压力降低的特点，缺点是成本较高，而且分布器不易设计。
在我国，板式塔是最常用的汽、液传质设备，塔板类型一般以鼓泡类为主，其中浮阀塔板因为操作弹性大、性能稳定，几十年来一直是我国塔板应用的主流。填料塔技术的发展比板式塔要晚，由于大规模填料塔的气体分布器和液体分布器的分布效果较差，因此传统上认为填料塔仅适用于小塔。20世纪60年代，大型液体分布器放大成功，才使填料技术在大型塔设备中的应用有所改观，但优良的分布器使得汽液进入填料床前初始分布均匀并不意味着床层内部汽液均匀分布，大型填料床层内部依然存在着汽液不均匀分布的问题。因为从成本和操作稳定性的角度考虑，在我国常压、加压操作仍以浮阀塔板为主，减压操作中填料塔的应用有所增加。
目前，随着塔器技术的发展，浮阀塔板的性能也在很多方面有所改进，现已有近数十种不同结构的浮阀塔板技术提出，这些专利浮阀塔板从构型上可划分为圆形和长条型两大类，长条型类浮阀塔板包括：导向浮阀塔板(专利号：ZL91215110.2)、半锥式浮阀塔板(专利号：ZL96227201)、梯形浮阀塔板(专利号：ZL92208360.6)等，圆形类浮阀塔板包括如F-1型浮阀塔板、Hy-Contact浮阀塔板、Norton浮阀塔板、Koch T型浮阀塔板等。
圆形类浮阀塔板虽然结构简单，机械强度较高，但在长期操作中，阀体易于旋转，引起限位部件磨损，阀体容易脱落；塔板上的液面梯度较大，使汽体在液体流动方向上分布不均匀；从圆形阀孔中出来的汽体流向四面八方，使塔板上的液体返混程度较大，影响塔板的传质效率。
长条型类浮阀塔板可以改善上述问题，在性能上优于圆形类浮阀塔板。长条形浮阀在阀孔中不会旋转，避免了阀体的磨损、脱落；可以排出较圆孔更大的开孔率，提高处理能力；而且浮阀顺液流排列的长条形类浮阀塔板，返混小于圆形类浮阀塔板。
但是现有的长条形类浮阀塔板在不同方面存在一些问题，其中T型排列的浮阀塔板，如Montz KSG浮阀塔板的排列方式，尽管增加了汽液湍动程度，强化了传质，但部分浮阀的逆液流方向的吹气方式增加了塔板上的返混，在一定程度上降低了塔板效率。Montz KSG塔板和导向浮阀塔板均在阀体上部开有导向孔，这种结构在一定程度上增加了气体水平方向的动量，但由于气体流动和塔板上的浮阀元件对液体流动阻力较大，阀体未全开前，导向孔气速较低，而且导向孔面积小，导向作用并不非常明显，如果面积增大又会使气体短路，所以单纯在阀体上开导向孔并不能很好地消除液面梯度。而且从结构上来说，长条形阀孔的四个锐角会形成应力集中，开孔率较大时机械强度较差，易引起塔板的机械损坏。
因此，现有的长条形类浮阀塔板在围绕怎样增大相际传质面积，增强湍流程度，减少塔板上和传质元件上方汽液传质的返混与死区等方面还有待改善。与浮阀塔板相比，填料在塔内起到汽液相传质载体的作用，因为填料具有比表面积大的特点，流体流过填料时的润湿界面即为可与气体发生传质作用的相接触面积，而板式塔中的汽液相接触传质只发生在塔板鼓泡区内，受塔板结构限制，塔内的空间只是用于汽液相之间的分离，没有得到很好的利用，所能提供的汽、液相接触面积远不如填料那么大，因此，如何借鉴填料的特点，提高塔板空间的合理利用，对塔板进行填料化是提高效率的一个新方向。如果能将填料塔的优势在板式塔上有所体现，利用填料比表面积大，能提供更大的相际传质面积的特点，将有望改善塔板的性能，特别是提高传质效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种填料化浮阀塔板，它是在原有技术的基础上，借鉴了填料塔传质面积大，汽液相接触充分，传质效率高，压降低等优点，开发出的一种可以增大相接触面积、增强湍动程度、减少液流返混、改善塔板滞留区、具有较高的传质效率；塔板压降较低；操作弹性大、操作灵活；塔板机械强度较高；具有良好的抗污、抗结垢、抗结焦性能的一种填料化浮阀塔板。
本发明是这样实现的：
包括浮阀1、塔板2，浮阀1安装在塔板2的阀孔21中并与塔板2挂接，浮阀1为由阀体11和填料化构件12组成的长条形阀体结构，阀体11由阀片111和阀腿112组成，填料化构件12置于阀体11的上部，并与阀体11相连。
填料化构件12上有折边121，折边121为两个对称的结构，折边121上向内侧冲起设有侧边122，侧边122下有侧缝。
阀片111上方在长度方向上冲有隆起结构113，隆起结构两边有侧缝。
阀片111或者是长条形、椭圆形、菱形、梯形，或者是是以上形状的任意组合；阀片111两端的形状或者相同，或者一端的尺寸大于另一端，小尺寸的一端位于液体流动方向的下游。
阀片111上的隆起结构113或者是一个，或者是多个。
填料化构件12上的折边121的侧边122或者是一条，或者是多条。
填料化构件12上的折边121的侧边122或者是一层，或者是多层。
填料化构件12上的折边121的侧边122上或者开有开孔，或者没有开孔。
两条阀腿112的高度或者相等，或一端高于另一端，较长的阀腿安装在液体流动的下游。
阀孔21的开孔形状与阀体11的形状相配，或者为矩形，或者是梯形、椭圆形、菱形，或者是以上形状的任意组合。
塔板2上开有带圆弧导角的平直长条形阀孔21，或者是带园弧导角的文丘里型长条形阀孔21，且文丘里型阀孔21带有翻边。
本发明优点在于：
1.本发明与常规使用的F1型浮阀塔板相比，可以提高气液相接触面积，增强湍动程度，实际塔板效率提高约10～20％，高效区范围较宽；塔板的雾沫夹带和泄漏率约分别降低15％和10％，气体上限处理能力约提高15％，操作弹性范围增大。
2.阀体具有液体导流作用，可以减少返混，有利于汽液相接触，也可以避免固相在阀体内沉积，具有自清洗作用，停工时不会积液。
3.本发明结构可靠，塔板机械强度提高，浮阀升降自如，浮阀与阀孔无明显磨损，浮阀不易脱落，易于检修，操作平稳；
4.由于特殊的阀体结构，本发明可适用于中等结焦体系，并广泛适用于各类常压和加压下的汽液传质操作，特别适用于大型和超大型塔设备。
附图说明：
图1为本发明填料化浮阀塔板的浮阀1立体示意图
图2为本发明填料化浮阀塔板的阀孔21排列图
图3a为本发明填料化浮阀塔板的阀孔21为平直长条形阀孔结构示意图；
图3b为本发明填料化浮阀塔板的阀孔21为文丘里型长条形阀孔结构示意图；
图4为本发明与已有技术的效率对比图
图5为本发明与已有技术的干板压降对比图
图6为本发明与已有技术的湿板压降对比图
图7为本发明与已有技术的雾沫夹带对比图
图8为本发明与已有技术的泄漏对比图
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述：
如附图1所示，浮阀1为由阀体11和填料化构件12组成的长条形阀体结构，阀体11由阀片111和阀腿112组成，填料化构件12置于阀体11的上部，并与阀体11相连。
填料化构件12上有折边121，折边121为两个对称的结构，折边121上向内侧冲起设有侧边122，侧边122下有侧缝。
阀片111上方在长度方向上冲有隆起结构113，隆起结构两边有侧缝。
阀片111或者是长条形、椭圆形、菱形、梯形，或者是是以上形状的任意组合；阀片111两端的形状或者相同，或者一端的尺寸大于另一端，小尺寸的一端位于液体流动方向的下游。
阀片111上的隆起结构113或者是一个，或者是多个。
填料化构件12上的折边121的侧边122或者是一条，或者是多条。
填料化构件12上的折边121的侧边122或者是一层，或者是多层。
填料化构件12上的折边121的侧边122上或者开有开孔，或者没有开孔。
两条阀腿112的高度或者相等，或一端高于另一端，较长的阀腿112安装在液体流动的下游。
如附图2所示，塔板2上开有若干阀孔21，阀孔21的开孔形状与阀体11的形状相配，或者为矩形，或者是梯形、椭圆形、菱形，或者是以上形状的任意组合。
如附图3所示，塔板2上开有带圆弧导角的平直长条形阀孔21，或者是带园弧导角的文丘里型长条形阀孔21，且文丘里型阀孔21带有翻边。
浮阀1、塔板2构成本装置，浮阀1安装在塔板2的阀孔21中并与塔板2挂接。浮阀1为由阀体11和填料化构件12组成的长条形阀体结构，阀体11包括阀片111和阀腿112，阀片111上方在长度方向上冲有隆起结构113，隆起结构113两边有侧缝，填料化构件12在阀体11的上部，与阀体11相连，填料化构件12为两个对称的折边121结构，折边121上向内侧冲起侧边122，侧边下有侧缝。
本发明通过在浮阀阀体11上方设置填料化构件12，主要目的是为了提高塔板2上的相接触面积和汽液分散程度，填料结构中的折边121结构，以及折变上冲起的侧边122，都可作为液体的载体，增加润湿面积，而且可以改变汽相与液体的入射角度，使得汽液接触过程冲起的液滴向浮阀的斜上方运动，这种结构可以增加塔板2上的汽液湍动程度，提高传质效率，同时减少由于垂直喷射而引起的过量雾沫夹带问题。填料化构件12中折边121上冲起的侧边122还可以引导气体喷向构件中心，强化中心区域的接触传质。
填料化构件12折边121上的侧边122可以是一条，也可以是多条，可以是一层，也可以是多层向下张口的喷射缝，侧边122上可以有开孔，也可以没有开孔。这种结构不仅可以降低阀体两侧喷出气体的气速，使得塔板2上的汽体分布更为均匀合理，降低气体的初始射流速度，从而减少雾沫夹带；并且可以降低塔板2上由阀缝气速向空塔气速过渡的区间高度，降低塔板2间距或提高处理能力；通过气体在阀体11上产生强烈的汽液湍动，增加汽液传质效率，也可以避免固相在阀体内沉积，具有自清洗作用。填料化构件12折边121上的侧边122上可以有开孔，主要是为了增加气体流通量，降低压力降，还可以改善塔板2的抗污、抗结垢、抗结焦等性能。
气体从阀体11的阀片111上隆起结构113两边的侧缝喷出，可以加速汽液相在浮阀阀体11上部的接触，减少传质“死区”，使汽液接触更为均匀、汽液分散更加充分，有利于提高传质效率，同时这种隆起结构113不仅可以增强机械强度，也具有泪孔的作用，以便于塔停工后，排出阀体11内部积存的液体。
阀片111可以是长条形、椭圆形、菱形、梯形，也可以是或以上形状的任意组合，阀体111两端的形状相同，也可以一端的尺寸大于另一端，小尺寸的一端位于液体流动方向的下游，这种结构具有液体导流作用，可以减少返混，有利于汽液相接触。
本发明的浮阀1与阀孔21挂接，两条阀腿112的高度相等或一端高于另一端，较长的阀腿112安装在液体流动方向下游，具有液流导向作用，可用于塔板2的弓形区消除液体滞流区。
如附图3a、图3b所示，阀孔21的四角采用圆弧导角，既可采用平直长条型阀孔，也可采用带向上或向下翻边的文丘里型阀孔，或二者结合，实际应用要视具体生产要求而定。
由于该阀孔21形式减缓了应力集中，塔板2的机械强度大为改善；采用文丘里型阀孔也可增加阀孔21的机械强度，还能降低气体通过阀孔21的阻力，降低塔板2的压降和泄漏量。
根据工艺条件不同，阀孔21的长度方向顺液流，阀孔21的形状与阀体11的形状相配，可以为矩形、梯形、椭圆形、菱形，也可以采用以上任意组合，这种结构可以提高塔板的机械性能、压降性能，减小液面落差，改善塔板2的入口泄漏，使能应用于大型和超大型塔设备。
通过浮阀1的操作过程描述了本发明浮阀塔板2的结构特点，在低气相负荷下，汽体以气泡的形式通过塔板2及塔板2上的液层。浮阀1从全关过渡到全开的过程中，汽体首先克服阀孔引起的摩擦阻力，然后需要克服浮阀重量所引起的压降。本发明提供的浮阀塔板，应用空气/水和空气、氧气/水体系进行了塔板流体力学试验和传质试验研究，并和通用的F-1型浮阀塔板压降进行了对比，图4是本发明的浮阀塔板的压力降与常用的F-1型圆阀的效率对比图，从图中结果可以看出，在整个试验气速范围内，填料化浮阀塔板的效率始终高于F-1型圆阀，说明本发明通过在阀体上加入填料化构件，可以增加承液载体的表面积，提高汽液两相的湍动程度，改善阀体上端的汽液接触效果，有效提高浮阀塔板的效率，而且该塔板在高气速下塔板效率降低不明显，说明其具有较高的操作弹性。
图5示出了两种塔板典型的干板压降的对比结果，图6是湿板压力降对比结果。由图可以看出，在浮阀全开前，本发明浮阀塔板的压降略低于F-1型浮阀塔板，而在浮阀全开后，两者接近。图7是两种塔板典型的雾沫夹带性能对比结果，图8是泄漏性能对比结果。由图可知，本发明塔板的雾沫夹带性能要优于F-1浮阀塔板，泄漏性能与其接近，也说明了填料化塔板在操作上限上占有明显优势，可以有效提高塔板的处理能力。
Claims (10)
1. 一种填料化浮阀塔板，由浮阀(1)和塔板(2)组成，浮阀(1)安装在塔板的阀孔(21)中并与塔板(2)挂接，其特征在于：浮阀(1)为由阀体(11)和填料化构件(12)组成的长条形结构，阀体(11)由阀片(111)和阀腿(112)组成，填料化构件(12)置于阀体(11)的上部，并与阀体(11)相连。
2. 根据权利要求1所述的一种填料化浮阀塔板，其特征在于：填料化构件(12)上设有折边(121)，折边(121)为对称的结构，折边(121)上向内侧冲起有侧边(122)，侧边(122)下有侧缝。
3. 根据权利要求1所述的一种填料化浮阀塔板，其特征在于：阀片(111)上方在长度方向上冲有隆起结构(113)，隆起结构(113)的两边设有侧缝。
4. 根据权利要求1、4所述的一种填料化浮阀塔板，其特征在于：阀片(111)或者是长条形、椭圆形、菱形、梯形，或者是是以上形状的任意组合；阀片(111)两端的形状或者相同，或者一端的尺寸大于另一端。
5. 根据权利要求1、3所述的一种填料化浮阀塔板，其特征在于：阀片(111)上的隆起结构113或者是一个，或者是多个。
6. 根据权利要求1所述的一种填料化浮阀塔板，其特征在于：填料化构件(12)上的折边(121)的侧边(122)或者是一条，或者是多条。
7. 根据权利要求1所述的一种填料化浮阀塔板，其特征在于：填料化构件(12)上的折边(121)的侧边(122)或者是一层，或者是多层。
8. 根据权利要求1所述的一种填料化浮阀塔板，其特征在于：填料化构件(12)上的折边(121)的侧边(122)上或者开有开孔，或者没有开孔。
9. 根据权利要求1所述的一种填料化浮阀塔板，其特征在于：两条阀腿(112)的高度或者相等，或一端高于另一端。
10. 根据权利要求1所述的一种填料化浮阀塔板，其特征在于：塔板(2)上开有带圆弧导角的平直长条形阀孔(21)，或者是带园弧导角的文丘里型长条形阀孔(21)，且文丘里型阀孔(2)1带有翻边；阀孔(21)的开孔形状与阀体(11)的形状相配，或者为矩形，或者是梯形、椭圆形、菱形，或者是以上形状的任意组合。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20110511 Termination date: 20170406 |
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