CN101837268A - 气体环流分布器 - Google Patents

Abstract

一种能源及化工技术领域的气体环流分布器，包括：入口导流板、内筒、导流叶片、顶部封板和塔壁，其中：内筒位于塔壁内，顶部封板的一端焊接在内筒的端部，顶部封板的另一端焊接在塔壁上，入口导流板焊接在内筒壁的外侧，导流叶片均匀的布置在内筒和塔壁之间，导流叶片与内筒焊接。本发明气体经导流叶片均匀分流扩压后，和塔底碰撞并折返经内筒向上流动，很大程度上提高了气流分布的均匀性；导流叶片与内筒的径向以及轴向都成一定角度进行焊接，导流叶片的圆弧形导流板采用两种不同的弧度，有利于降低压损；导流叶片的径向宽度相同，且等于内筒与塔壁间的距离，又在弧形导流段前端延伸一段，减少扰流以及涡流的产生。

Description

气体环流分布器

技术领域

本发明涉及的是一种能源及化工技术领域的塔器进料装置，具体是一种气体环流分布器。

背景技术

塔器是一种能源和化工工业广泛使用的气液传热传质设备。随着填料塔技术的发展及其在工业中的大量应用，塔器进口气体分布的均匀程度是衡量塔器性能的重要指标，因此塔器气相进料设备更加受到人们的重视，尤其对于大直径、浅床层、低液气比的填料塔。

目前工业中广泛采用的气体分布器多为通过开孔的直管或者其它不同的气体导流装置实现塔器内气体的均匀分布。气体从位置不同的孔流出，其速度是不同的，所以这种分布器很难达到均匀分布气体的目的。而其它的气体分布器也存在着气体压损大，以及分布器上方存在速度分布不均匀、大的涡流等缺点。

经对现有文献检索发现，中国专利申请号为：01246056.7，名称为：一种气体分布器，该技术包括：圆筒状的座体、活塞、底盖和弹簧，座体中部设有活塞杆套，活塞杆串过活塞杆套后与定位螺母固接，底盖中部设有气体入口，弹簧安装在活塞杆套上，位于座体筋板与定位螺母之间，座体筋板上开有气孔。该分布器的进气气流需要顶开活塞后，从缝隙出喷出，无法保证塔内流动的均匀性，增加了进气气流的压损，且进气流量需要精准控制进气管和塔内压力，对控制要求很高。同时，该技术连接件多容易损坏，寿命受部件限制大，进气方向为轴向进气，当弹簧失效或者卡住的时候很容易发生液体的倒灌。因此该技术具有结构复杂、寿命短、进气压损大、塔内进气均匀性差、容易发生液相倒灌、对压力控制要求高等缺点。

又经检索发现，中国专利申请号为：20050007565.1，名称为：反应器的气体分布器，该技术包括供应管阵列，用于通过只与分布器上方的分布系统将反应物供应到反应器底部的分布器，分布器的出口通常朝向底部或者平行于底部，以便将气体或者其它反应物喷射扫过底部。因该技术在塔内布置了很多管路，严重损坏了塔内流动的均匀性，且其管径小增大了进气的阻力。同时该系统结构复杂，部件多，易损坏，且也不便于维护和保养。因此该技术具有管系结构复杂、塔内流动的均匀性差、进气气流压损大、维护保养复杂且成本高等缺点。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供一种气体环流分布器。本发明中气体在分布器内被入口导流板分成两股，经导流叶片使气流改变流动方向，并使气体在内筒与塔壁间的通道内以及塔底进行充分的扩压，从而达到降低压降，分布均匀的目的，适用于各种形式的塔器，可以为大直径的塔器建造分布器装置，使气相在塔器内均匀分布，且装置体积小、寿命长、易维护。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括：入口导流板、内筒、2N个导流叶片、顶部封板和塔壁，其中：内筒位于塔壁内，顶部封板的一端焊接在内筒的端部，顶部封板的另一端焊接在塔壁上，入口导流板焊接在内筒壁的外侧，导流叶片均匀的布置在内筒和塔壁之间，导流叶片与内筒的径向成θ角且与轴向成β角度焊接。

所述的N的取值范围为：3≤N≤6。

所述的顶部封板是环形板。

所述的入口导流板是人字形导流板。

所述的导流叶片的径向宽度相等，且其径向宽度与内筒到塔壁间的距离相等。

所述的导流叶片的径向宽度是指导流叶片上两侧边同一水平方向上的点在塔器径向方向上的距离，其等于内筒与塔壁间的距离。

所述的导流叶片包括三个部分：两块矩形导流板和一块圆弧形导流板，其中：第一矩形导流板位于圆弧形导流板非圆边的一侧，第二矩形导流板位于圆弧形导流板非圆边的另一侧，第二矩形导流板与内筒的轴向成β角焊接，圆弧形导流板的非圆边与内筒的径向成θ角焊接。

所述的θ的取值范围是：20°≤θ≤40°。

所述的β的取值范围是：5°≤β≤15°。

所述的导流叶片以入口导流板的中心截面对称布置，位置相对应的两个导流叶片组成一对导流叶片，其中：与入口导流板的中心截面的夹角最小的一对导流叶片称为第一对导流叶片，与入口导流板的中心截面的夹角次小的一对导流叶片称为第二对导流叶片，以此类推，与入口导流板的中心夹角最大的一对导流叶片称为第N对导流叶片。

所述的第一对导流叶片的高度取值范围是：0.05D≤h₁≤0.125D，其中：h₁为第一对导流叶片的高度，D为塔径。

所述的第n对导流叶片的高度取值是：

$h_n=\frac{h_{\mathrm{\Δ}}-h_1}{N-1}+h_{n-1},$

其中：h_n是第n对导流叶片的高度，h_Δ是顶部封板的高度，h₁是第一对导流叶片的高度，h_n-1是第n-1对导流叶片的高度，2≤n≤N。

所述的内筒与塔壁间的距离范围是：0.03D≤L≤0.06D，其中：L为内筒到塔壁间的距离，D为塔径。

所述的内筒的高度范围是：0.3D≤H≤0.5D，其中：H为内筒的高度，D为塔径。

所述的第一对导流叶片中圆弧导流板的弯曲半径的取值范围是：0.05D≤r≤0.08D，第n对导流叶片中圆弧导流板的弯曲半径的取值范围是：0.1D≤R≤0.15D，其中：r为第一对导流叶片的弯曲半径，R为第n对叶片的弯曲半径，2≤n≤N，D为塔径。

本发明的工作原理：为了提高塔器内进口气流的均匀性、降低压损，需要有效的组织进口高速气流的流动，本发明首先通过入口导流板将高速气流均匀分成两股，进入分布器的环形流道后，均布的导流叶片将气流分为均匀的多股气流，经各级导流叶片转向，流向塔底部，并与塔底碰撞后折向上通过内筒，沿轴向向上流动。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：结构简单合理，寿命长，气流压损低，进口气流分布均布性好，压阻小，气流通道稳定，易于维护保养。

附图说明

图1为实施例的结构示意图；

其中：1-人字形导流板，2-内筒，3-导流叶片，4-环形板。

图2为图1的俯视图；

其中：5-塔壁。

图3为实施例导流叶片的轴向仰角示意图。

图4为实施例导流叶片的径向倾角示意图。

图5是实施例的压降随入口管内流速的变化曲线示意图。

图6是实施例的分布不均匀度随入口管内流速的变化曲线示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例做详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

如图1和图2所示，本实施例包括：人字形导流板1、内筒2、10个导流叶片3、环形板4和塔壁5，其中：内筒2位于塔壁5内，环形板4的一端焊接在内筒2的端部，环形板4的另一端焊接在塔壁5上，人字形导流板1焊接在内筒2壁的外侧。导流叶片3均匀的布置在内筒2和塔壁5之间，导流叶片3与内筒2的径向成30度夹角且与轴向成10度夹角焊接。

所述的内筒2与塔壁5之间的距离是塔径的0.05倍，导流叶片3的径向宽度也都是塔径的0.05倍。

所述的内筒2的高度是塔径的0.4倍。

所述的环形板4连接内筒2和塔壁5，其起到了气封的作用，能使气流通过导流叶片3的导流充分扩压后，再通过内筒2向上流动。

所述的导流叶片3包括：两块矩形导流板和一块圆弧形导流板，其中：第一矩形导流板位于圆弧形导流板非圆边的一侧，第二矩形导流板位于圆弧形导流板非圆边的另一侧。

导流叶片3的轴向仰角示意图如图3所示，第二矩形导流板与内筒的轴向成10度夹角焊接；导流叶片3的径向倾角示意图如图4所示，圆弧形导流板的非圆边与内筒的径向成30度夹角焊接。

所述的导流叶片3以人字形导流板1的中心截面对称布置，位置相对应的两个导流叶片组成一对导流叶片，其中：与人字形导流板1的中心截面的夹角为30度的一对导流叶片称为第一对导流叶片，与人字形导流板1的中心截面的夹角为60度的一对导流叶片称为第二对导流叶片，以此类推，与人字形导流板1的中心夹角为150度的一对导流叶片称为第5对导流叶片。

所述的第一对导流叶片的高度为塔径的0.125倍，第五对导流叶片的高度为环形板4的高度，相邻的两对导流叶片的高度差相等。

所述的第一对导流叶片的圆弧半径为塔径的0.0625倍，其它四对导流叶片的圆弧半径为入口管径的0.125倍。

本实施例中具体的参数是：塔高：3.24m，塔径0.8m，进料管直径：0.2m，进料量：5.96吨/小时，进料温度：13.7℃：，进料压强：23.2mmH₂O。

本实施例得到的压降随入口管内流速的变化曲线示意图如图5所示，由该图可知：分布器的压损会随着分布器入口流速的提高而提高。对于入口流速为30m/s的情况下，气体分布器压力损失为1000pa左右，而对于化工中现有的管式分布器，相同入口流速情况下，其压力损失会达到2000pa或以上，本实施例大大降低了分布器的压损。

本实施例得到的分布器分布不均匀度随入口管内流速的变化曲线示意图如图6所示，由该图可知：分布器上方气路的分布不均匀度随气流速度的提高而有所降低，其主要分布在0.2-0.35之间。相比化工中现有的管式的分布器，其分布不均匀度通常在1.5以上，本实施例提高了气流分布的均匀性。

本实施例的具体优点是：

1、气体在本实施例的环流分布器中经导流叶片3均匀分流扩压后，和塔底碰撞并折返经内筒2向上流动，很大程度上提高了气流分布的均匀性；

2、导流叶片3与内筒2的径向以及轴向都成一定角度进行焊接，有利于降低高速气流对于叶片的冲击力，有效的降低分布器的压阻；

3、导流叶片3的圆弧形导流板采用两种不同的弧度，靠近人字形导流板1的第一对导流叶片的圆弧形导流板弯曲半径为塔径的0.0625倍，其它导流叶片的圆弧导流板弯曲半径为塔径的0.125倍，这样有利于降低分布器压损；

4、导流叶片3的径向宽度采用相同宽度，且等于内筒2与塔壁5间的距离；同时，在弧形导流段前端延伸一段，这样有利于形成稳定的气流流道，使气流在导流叶片3间流动更稳定，减少扰流以及涡流的产生。

Claims (10)

1.一种气体环流分布器，其特征在于，包括：入口导流板、内筒、2N个导流叶片、顶部封板和塔壁，其中：内筒位于塔壁内，顶部封板的一端焊接在内筒的端部，顶部封板的另一端焊接在塔壁上，入口导流板焊接在内筒壁的外侧，导流叶片均匀的布置在内筒和塔壁之间，导流叶片与内筒的径向成θ角且与轴向成β角度焊接。

2.根据权利要求1所述的气体环流分布器，其特征是，所述的内筒与塔壁间的距离范围是：0.03D≤L≤0.06D，其中：L为内筒到塔壁间的距离，D为塔径。

3.根据权利要求1所述的气体环流分布器，其特征是，所述的导流叶片包括：两块矩形导流板和一块圆弧形导流板，其中：第一矩形导流板位于圆弧形导流板非圆边的一侧，第二矩形导流板位于圆弧形导流板非圆边的另一侧，第二矩形导流板与内筒的轴向成β角焊接，圆弧形导流板的非圆边与内筒的径向成θ角焊接。

4.根据权利要求1或3所述的气体环流分布器，其特征是，所述的导流叶片的径向宽度相等，且其径向宽度与内筒到塔壁间的距离相等。

5.根据权利要求1或3所述的气体环流分布器，其特征是，所述的θ的取值范围是：20°≤θ≤40°。

6.根据权利要求1或3所述的气体环流分布器，其特征是，所述的β的取值范围是：5°≤β≤15°。

7.根据权利要求1或3所述的气体环流分布器，其特征是，所述的导流叶片以入口导流板的中心截面对称布置，位置相对应的两个导流叶片组成一对导流叶片，其中：与入口导流板的中心截面的夹角最小的一对导流叶片称为第一对导流叶片，与入口导流板的中心截面的夹角次小的一对导流叶片称为第二对导流叶片，以此类推，与入口导流板的中心夹角最大的一对导流叶片称为第N对导流叶片。

8.根据权利要求7所述的气体环流分布器，其特征是，所述的第一对导流叶片的高度取值范围是：0.05D≤h₁≤0.125D，其中：h₁为第一对导流叶片的高度，D为塔径；所述的第n对导流叶片的高度取值是：

$h_n=\frac{h_{\mathrm{\Δ}}-h_1}{N-1}+h_{n-1},$

其中：h_n是第n对导流叶片的高度，h_Δ是顶部封板的高度，h₁是第一对导流叶片的高度，h_n-1是第n-1对导流叶片的高度，2≤n≤N。

9.根据权利要求7所述的气体环流分布器，其特征是，所述的第一对导流叶片中圆弧导流板的弯曲半径的取值范围是：0.05D≤r≤0.08D，第n对导流叶片中圆弧导流板的弯曲半径的取值范围是：0.1D≤R≤0.15D，其中：r为第一对导流叶片的弯曲半径，R为第n对叶片的弯曲半径，2≤n≤N，D为塔径。

10.根据权利要求1所述的气体环流分布器，其特征是，所述的内筒的高度范围是：0.3D≤H≤0.5D，其中：H为内筒的高度，D为塔径。

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