CN101905089A - 一种液体并流复合塔 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液体并流复合塔，是一种在化工、炼油、石化、制药、环保等领域的传质、传热等过程中的气液接触设备。它包括塔体，塔体分为内塔和外塔，内塔套装在外塔内，内塔和外塔中分别设置有与其横截面相应的塔板；塔板上设置有能够使每层塔板上的液体呈同方向流动的降液系统。本发明可以实现大通量液体的传质，使得塔板上不留有滞留区，增加了有效传质面积，增大了处理能力，提高了塔板上的气液传质平均推动力，进一步提高了塔板的传质效率。

Description

一种液体并流复合塔

技术领域

本发明涉及一种气液接触设备，特别是一种在化工、炼油、石化、制药、环保等领域的传质、传热等过程中普遍应用的一种液体并流塔。

背景技术

目前，在石油、化工、制药、环保等领域的传质(如精馏、吸收、解吸、气提等单元操作)、传热等过程中应用的气液接触设备，板式塔的应用最为广泛，板式塔以筛板式、浮阀式和泡罩式等液相连续型塔板为基本类型，是在一个筒形的塔体内分别设置多层塔板，塔板上还设置一些传质元件。一些新开发的塔板也是这几种塔板的改进形式，这些塔板的处理能力较小、塔板效率低，而且压降大、能耗也相对较高。近年来出现了一些气相连续型塔板，如垂直筛板式及其后续发展形式，其处理能力和效率等方面都有明显的提高，但还是存在一些不足，如罩体过多占用塔板上的液体通道，在液相处理量大时会产生较大的液面梯度，影响气液正常接触；并且气相连续型塔板的发展一般局限在气液传质元件结构和排布的改进，基本都是采用了气液错流接触的传统方式，气相经过塔板上的开孔逐级上升，液相通过降液管和塔板逐级下降，液相在相邻的两层塔板上形成逆向流动状态，气相和液相在塔板局部形成错流状态。但是不管是气相连续型塔板还是液相连续型塔板，由于相邻塔板间液体的流向相反，因此都存在弓形滞缓区和周边死区，大约占塔板面积的20-30％，致使有效传质区大为减少，并且返混现象严重，大大影响分离效率。

Lewis推导的同向流效应为：当相邻两层精馏塔板液体流动方向相同时，塔板上的传质推动力最大，塔板效率最高。并且经研究进一步指出，Lewis同向流效应是塔板效率提高20％以上唯一可行的策略。1981年，Jenkins首先提出了Parastillation的同向流塔结构，并对其进行了实验研究，在相同的分离要求下，并流塔板分离效率大幅提高、所需回流比也大幅度降低；后人对该塔型进行了更为深入的研究和改进，结果证明同向流结构对精馏塔塔板效率的提高有明显促进作用，但由于设备和技术经济性问题，至今未见该类型塔板工业化的报道。Kuhni公司提出的Slit塔板，是Lewis同向流效应的直接工业实施，可以有效消除常规错流塔板的液体滞留区和增加塔板的鼓泡面积，从而在确保传质分离效果的基础上大大提升生产处理能力，但该塔板采用液相连续(鼓泡)型操作，传质区域仅限在塔板上的液层，不能尽显同向流效应大幅提高分离效率的优势。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够增大传质推动力，提高分离效率的大通量液体并流复合塔。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种液体并流复合塔，包括塔体和多层连续传质塔板，每层连续传质塔板包括设置有升气孔的塔板、位于升气孔上方的立体传质元件和降液系统，所述塔体分为内塔和外塔，内塔套装在外塔内，所述内塔中平行设置有与内塔横截面相应的塔板Ⅰ，所述外塔中也平行设置有与外塔横截面相应的塔板Ⅱ，所述塔板上设置有能够使每层塔板上的液体呈同方向流动的降液系统；

所述外塔内设置的降液系统为交替设置的降液管，每套降液管包括平行设置的降液板Ⅰ和降液板Ⅱ，两块降液板之间为降液通道，降液通道的上端、降液板Ⅰ上设置有垂直于塔板Ⅱ的溢流堰；降液板Ⅰ、降液板Ⅱ与内塔外壁垂直设置，降液板Ⅰ的上端与上层塔板上另一降液管的溢流堰连接，下端与塔板Ⅱ密封连接；与降液板Ⅰ平行设置的降液板Ⅱ的上端与上层塔板上另一降液管的降液板Ⅰ的下端连接，降液板Ⅱ的下端与塔板Ⅱ之间设置有液体流出通道；

所述内塔中的降液系统位于内塔中心，包括穿越塔板Ⅰ中心的中心降液管、中间受液盘、降液挡板、导流管和环形受液盘；在塔板Ⅰ上对应中心降液管的进口周围设置有与其相连并高出塔板Ⅰ平面的中心溢流堰；中心降液管位于中间受液盘的上方，中间受液盘的周边间隔设置有导流管，各导流管之间设置有降液挡板；环形受液盘位于下一层塔板Ⅰ的周边，导流管出口与环形受液盘对应。

本发明所述塔体的改进在于：所述塔体和内塔均为圆柱形，外塔为圆环形。

本发明外塔降液系统的改进在于：所述平行设置的降液板结构为折流式、直降式或曲线式中的任意一种。

本发明所述外塔的改进在于：所述外塔内包括由单套或多套降液管组成的降液系统。

本发明所述内塔降液系统的改进在于：所述中心降液管和中间受液盘为圆形或规则多边形；所述导流管为圆形管、矩形管或上开口槽钢中的一种；所述环形受液盘通过进口堰与塔板Ⅰ固定连接。

本发明所述立体传质元件的改进在于：所述立体传质元件为帽罩，帽罩包括侧板、顶板和位于侧板下端用于与塔板固定连接的支脚，顶板与侧板之间的空隙为天窗，帽罩与塔板之间留有一定的空隙。

所述帽罩的改进在于：所述帽罩的侧板上设置有喷射孔，喷射孔的形状为圆形、矩形、栅板形或类鳞形中的任意一种。

本发明的改进还在于：所述帽罩与塔板之间空隙的高度为0～25mm。

由于采用了上述技术方案，本发明所取得的技术进步在于：

本发明的内塔和外塔可分别或共用一个气体通道，气体自下而上通过各层塔板，内塔液体由塔壁四周的环形受液盘通过进口堰进入塔板Ⅰ，然后流经传质元件经过气液传质后越过溢流堰进入中心降液管，降液至中心受液盘，经过降液挡板分配后由导流管导流至下层塔板的环形受液盘，然后再向中心降液管方向流动；外塔液体在整个外塔内呈螺旋方式下行，在外部环形塔板Ⅱ上沿逆时针或顺时针方向流动，通过各自降液管降至下层塔板，内外塔在塔内全部实现各层塔板液体同方向流动的方式，与传统塔器相邻两层塔板液相逆流操作相比，其塔内每层塔板上的液体呈同向方式流动，消除了传统塔板上的液体滞留区，增加了有效传质面积，增大了处理能力，大大提高了塔板上的气液传质平均推动力，进一步提高了塔板的传质效率。本发明在达到相同分离要求的情况下可以提高传质效率，降低操作回流比，减少运行费用，同时可以减少实际塔板数或减小塔体直径，降低基础设施投资。

本发明中降液系统减少了相同塔径下液体在塔板上的流动长度，同时由于立体传质元件对液体的抽提作用也能降低塔板液面落差，因此相对于传统塔板具有更低的液面梯度，并且液相中的气含率也比较低，所以具有更大的液相处理能力，配合具有喷射能力的帽罩可形成塔内的气相连续，因此本液体并流复合塔板具有更大的处理能力及更宽的操作弹性。

本发明溢流堰的高度可以根据流量设置；立体传质元件设置成带有喷射孔的帽罩，可以使气相和液相充分接触，并使混合后的连续型带有液滴的气相从喷射孔和天窗喷出，不会使液滴在帽罩内沿侧板下流，帽罩与塔板的之间的底隙可以根据流量进行设置，以保证气相和液相的充分混合。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的立体结构示意图。

图中：1.塔体，2.塔板Ⅰ，2’.塔板Ⅱ，31.降液板Ⅰ，31’降液板Ⅱ，32.降液板Ⅰ，33.降液挡板，34.中心降液管，35.液体流出通道，36.中间受液盘，38.环形受液盘，39.导流管，4.溢流堰，4’.中心溢流堰，5.帽罩，51.顶板，52.喷射孔，53.侧板，54.支脚，55.天窗，6.降液通道，7.进口堰，8.内塔，9.外塔。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施例，对本发明作进一步详细说明。

图1为一种液体并流复合塔，包括圆柱形塔体1和设置在塔体1内的多层连续传质塔板，塔体分为圆柱形内塔8和环形外塔9，内塔套装在外塔内，内塔中的塔板Ⅰ 2与内塔横截面相应，且平行设置，外塔中也平行设置有与外塔横截面相应的环形塔Ⅱ 2’；内塔和外塔中分别设置有降液系统。

外塔的降液系统包括环绕于外塔内部的交替设置的四套降液管，四套降液管将整个外塔Ⅱ平分成四部分，(当然降液管也可为单套或多套)，每套降液管包括两块平行设置的折流式降液板Ⅰ 31、降液板Ⅱ 32和溢流堰4，两块降液板之间为降液通道6，降液通道的上端设置有垂直于塔板Ⅱ的溢流堰4；降液板Ⅰ31、降液板Ⅱ 32与内塔的外壁垂直设置，降液板Ⅰ 31的上端与上层塔板Ⅱ上另一套降液管的溢流堰4连接，下端与塔板Ⅱ和塔体固定密封连接；与降液板Ⅰ平行设置的降液板Ⅱ 32的上端与上层塔板Ⅱ上另一降液管的降液板Ⅰ 31’的下端连接，另一端与塔板Ⅱ之间设置有液体流出通道35；所有降液板的长度均与环形外塔的宽度相等，即四套降液管嵌入外塔中。

内塔的降液系统包括穿越塔板Ⅰ中心的中心降液管34、中间受液盘36、降液挡板33、导流管39和环形受液盘38；中间受液盘和中心降液管均设置成圆形，中间受液盘位于中心降液管的下方，中心降液管的直径小于中间受液盘上的直径，中间受液盘的周边、垂直于中间受液盘的上方交替设置有降液挡板33和导流管39，导流管为上开口型槽钢，导流管的底部高度高于中间受液盘；中心降液管位于塔板Ⅰ上方的位置相应设置有中心溢流堰4’；环形受液盘38位于下一层塔板的圆周上，呈平板型，并与塔板Ⅰ通过进口堰7固定连接；导流管的出口对应落在环形受液盘38内。

塔板水平设置在塔体内，内塔中的塔板Ⅰ与外塔中的塔板Ⅱ位于同一水平上，当然也可以错位设置。塔板上均设置有矩形升气孔，塔板上升气孔的上方设置有通过支脚固定的帽罩5；帽罩包括侧板53、顶板51和位于侧板下端用于与塔板固定连接的支脚54，侧板上开有圆形喷射孔52，顶板与侧板之间的空隙为天窗55，帽罩与塔板之间的空隙为底隙，底隙的高度为12mm。

本实施例在工作时，外塔的整个空间被四套降液管分隔成对称的四部分，每套降液管流下的液体只流过每层塔板Ⅱ的四分之一空间，塔板Ⅱ上的四部分液体对称流动。液态酒精被分离成四部分，自塔顶部沿四套降液管下行，由上层降液管流下，通过降液板Ⅱ 32下方的液体流出通道35进入塔板Ⅱ，然后越过溢流堰进入降液管并从降液通道6流入下层塔板，塔内液相整体呈螺旋方式同向流动，液体在塔板上逆时针方向流动。

内塔中，液态酒精自塔顶部沿降液系统下行，液体由塔壁四周的环形受液盘越过进口堰7流入塔板Ⅰ，然后越过中心溢流堰4’后进入中心降液管，并降液至中心受液盘，经过降液挡板分配后由导流管导流至下层塔板的环形受液盘，然后再向中心降液管方向流动。每层塔板Ⅰ上的液体流动方向都是由塔体流向中心降液管，在塔内实现各层塔板液体同向流动的流动方式。

塔内的气态酒精则从塔的底部穿过塔板上的升气孔逐层上升，在帽罩内与液态酒精充分接触后，从帽罩的喷射孔和天窗中携带酒精液滴喷射而出；由于酒精中乙醇和水的沸点不同，这种携带有液滴的气态酒精在相邻塔板所形成的空间内进行分离，水降落在液态酒精中随液态酒精向下继续流动，直到塔底分离成纯水；而乙醇的沸点较低仍然成气态形式随气态酒精继续上升，直到塔顶分离出纯乙醇气体。最终完成精馏过程。

Claims (8)

1.一种液体并流复合塔，包括塔体(1)和多层连续传质塔板，每层连续传质塔板包括设置有升气孔的塔板、位于升气孔上方的立体传质元件和降液系统，其特征在于：所述塔体分为内塔(8)和外塔(9)，内塔(8)套装在外塔(9)内，所述内塔(8)中平行设置有与内塔(8)横截面相应的塔板Ⅰ(2)，所述外塔(9)中也平行设置有与外塔(9)横截面相应的塔板Ⅱ(2’)，所述塔板上设置有能够使每层塔板上的液体呈同方向流动的降液系统；

所述外塔内设置的降液系统为交替设置的降液管，每套降液管包括降液板Ⅰ(31)、降液板Ⅱ(32)和溢流堰(4)，平行设置的降液板Ⅰ(31)和降液板Ⅱ(32)之间为降液通道(6)，降液通道的上端、降液板Ⅰ(31)上设置有垂直于塔板Ⅱ的溢流堰(4)；降液板Ⅰ(31)、降液板Ⅱ(32)与内塔外壁垂直设置，降液板Ⅰ(31)的上端与上层塔板上另一降液管的溢流堰(4)连接，下端与塔板Ⅱ密封连接；与降液板Ⅰ(31)平行设置的降液板Ⅱ(32)的上端与上层塔板上另一降液管的降液板Ⅰ(31’)的下端连接，降液板Ⅱ(32)的下端与塔板Ⅱ之间设置有液体流出通道(35)；

所述内塔中的降液系统位于内塔中心，包括穿越塔板Ⅰ中心的中心降液管(34)、中间受液盘(36)、降液挡板(33)、导流管(39)和环形受液盘(38)；在塔板Ⅰ(2)上对应中心降液管(34)的进口周围设置有与其相连并高出塔板Ⅰ平面的中心溢流堰(4’)；中心降液管(34)位于中间受液盘(36)的上方，中间受液盘的周边间隔设置有导流管(39)，各导流管(39)之间设置有降液挡板(33)；环形受液盘(38)位于下一层塔板的周边，导流管出口与环形受液盘(38)对应。

2.根据权利要求1所述的一种液体并流复合塔，其特征在于：所述内塔为圆柱形，外塔为圆环形。

3.根据权利要求1所述的一种液体并流复合塔，其特征在于：所述外塔中平行设置的降液板结构为折流式、直降式或曲线式中的任意一种。

4.根据权利要求3所述的一种液体并流复合塔，其特征在于：所述外塔内包括由单套或多套降液管组成的降液系统。

5.根据权利要求1所述的一种液体并流复合塔，其特征在于：所述内塔中的中心降液管和中间受液盘为圆形或规则多边形；所述导流管为圆形管、矩形管或上开口槽钢中的一种；所述环形受液盘通过进口堰(7)与塔板Ⅰ固定连接。

6.根据权利要求1所述的一种液体并流复合塔，其特征在于：所述立体传质元件为帽罩(5)，帽罩包括侧板(53)、顶板(51)和位于侧板下端用于与塔板固定连接的支脚(54)，顶板与侧板之间的空隙为天窗(55)，帽罩与塔板之间留有空隙。

7.根据权利要求6所述的一种液体并流复合塔，其特征在于：所述帽罩(5)的侧板上设置有喷射孔(52)，喷射孔的形状为圆形、矩形、栅板形或类鳞形中的任意一种。

8.根据权利要求6所述的一种液体并流复合塔，其特征在于：所述帽罩与塔板之间空隙的高度为0～25mm。

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