CN102068830A - 超音速飞机型板式化工塔器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可为化工精馏分离工程所用的气液传热传质装置，称为超音速飞机型板式化工塔器，简称“飞机型”、“B-2型”。它克服了常规浮阀型塔板常见的弊病，如物料返混、液面梯度和阻力大，存在死区和滞缓区现象。飞机型板式塔板，其运行时，飞阀与塔板平面呈5-20°倾角，由汽液所组成的物料流体迎向飞阀头部或尾部通过全阀，实施充分的传热传质。相邻飞阀倾角分别为10°和20°两种，上下可形成两层接触面和呈扇状散射面，物料各分子间产生强烈碰撞进而产生质的变化。流体不断按顺流路径朝降液装置方向前进，几无返混现象，液面梯度和阻力小，并可激活常规塔板上所存在的边缘死区和两侧弓形滞缓区，充分发挥塔板效率和传热传质功能。

Description

超音速飞机型板式化工塔器 

本发明涉及一种可为化工精馏分离工程所用的汽液传热传质装置，其是超音速飞机型板式化工塔器(简称飞机型/B-2型)。系发明者许开天获国家发明专利“低阻高速飞阀型化工塔器”(专利号ZLO1113693.6)和“平板型双阀片浮阀塔板”(专利号：86103561.5)及“SDJ型精馏塔等的基础上深化发明创新而成。 

目前，在诸多化工文献以及化工生产实践中，公知的具有F-1圆浮阀型、双层浮阀型、十字架浮阀型和方形浮阀型等塔板的化工塔器方面，从塔板的流体动力学状态来分析，汽液均沿着浮阀体(圆、方或其它形状)的周边而产生接触作用。在这些塔板上，物体的返混现象较为严重，相应地具不均性。液面梯度和阻力大。并在塔板的边缘区域及两侧弓形区域存在着死区和滞缓区现象，影响塔板效率和传热传质功能的更好发挥。 

本发明的目的是提供一种设计构思极为独特而创新的飞机型板式化工塔器，其基本上是针对上述常见浮阀型塔板的弊病而加以提出的。其属于低阻力高汽速及高效接触型的顺流式塔板，板上流体均朝着降液装置方向运动，呈扇形喷射状，为柱塞流状态，故流体动力学(类似飞机的空气动力学)性能大为改善，成为二十一世纪先进的化工塔器之一。 

本发明的目的是这样实现的：在塔板上采用超音速飞机型浮阀，(简称飞阀)。这种浮阀状似飞行中的蝙蝠状或飞机状的外形体。本飞阀基础阀型的主要参数为：阀平展宽度104mm、阀长42mm。也可按物料的性质及设计的需要、塔径的大小等不同因素而放大或缩小，相关部位则采用一定比例而设计制作，并可形成系列。本飞机阀外形的前缘平直，两条长边呈33-35°倾斜成后掠角向两侧展开，其斜边与中心线约呈55°，后缘呈“双W型“。 

飞机型浮阀在塔板上的布置，采用错流方式排列，在此塔板上，飞机型浮阀既可是同一系列尺寸相同的；也可以是不同系列尺寸大小不同而呈间隔布置的(即：大-小-大-小-大或小-大-小-大-小)。布局可分为四种类型：I-型为起飞型；II-型为俯冲型；III-型为起飞俯冲混成 型；IV-型为俯冲起飞混成型。 

在运行时，飞阀与塔板平面呈5-20°倾角，好似蝙蝠或飞机在迎着气流而俯冲飞行或呈向下滑翔之势。在塔板上，由汽液所组成的物料流体迎向飞机型浮阀头部通过全阀或通过尾体而经全阀而紧密充分接触，从而实施传热传质之功能。相邻的飞阀当处于工作状态的条件下，其倾角分别为～10°和～20°两种，上下可形成两层接触面和呈扇状散射面，相互间互相渗透，互相混溶，紧密接触，物料各分子间产生强烈碰撞，进而产生质的变化。与此同时，流体不断按顺流路径朝降液装置方向推进。流体几无返混现象，液面梯度又小，并可激活常规塔板上所存在的边缘死区和两侧弓形滞缓区，充分改善塔板上的流体动力学状况，进而向优化、理想化方向发展。塔内流体动力学与飞机的空气动力学相仿。 

在塔板的底板上，在每个飞阀所定的位置上，则按其形状开有梯形升气孔，为了固定飞阀，又在底板上开有长方形小孔，可将飞阀头部或机尾之长条部分(可称为阀足)插入其小孔，并在塔板的背面，将其弯曲成一定角度之钩状，使其与底板钩挂住而不脱落，并能随工况之不同而自如地调节浮动角度。为了考虑飞阀的稳定性，防止飞阀左右摇摆，并能辅助控制飞阀之角度，同时又考虑到使飞阀在一定状态下具有一定的振幅，强化接触作用，于是又在飞阀的阀翼内两侧设置 

形元件控制点，也可用不锈钢条(圆或扁)及其它材料具相应高度的 

形元件点焊在底板上加以控制。 

至于飞阀的布置间距、数量之多寡，当视设计所选定的开孔率和空塔速度(1.5-3m/s)之大小经计算而定。 

为了增加飞阀的接触面及起导向作用，又在每只飞阀的平面上冲压出2-3个带弧度而扁矮之喷射孔，飞阀之厚度为0.5-2mm。 

在底板上，当部署相隔3-5排飞阀后又设有1-2排小圆孔(孔径∮3-5mm)或条形孔缝(缝宽3-5mm)，其状好似呈一条线排开的密集的地面“高射炮火”与“飞机状的飞阀”模似作战而交织成“火力网”，再次增加汽液接触之机率，更有利于塔板上传热传质作用之发挥。 

塔板经上述处理后，再配置弓形降液装置及不等高进口堰(均液板)，其两侧比中间略低3-5mm，具有均液和均速作用，即构成完整的塔板布置。 

在塔器中，塔板的板间距(H)为200-600mm。其随设计的空塔速度及物料特性而异。 

塔器之胴体外形，可为圆筒形状或矩形状相应地塔板亦可设计和制作成上述两种形体，使内外相互协调一致。当采用矩形结构时，其截面长：宽之比，可采用0.618黄金分割法(即1∶0.618)加以设计。塔板面布局可参照圆形塔板上之矩形中央主传质区。 

然后，根据物料的性质(有无腐蚀性等)或所承受的压力之大小和温度之高低等因素而决定材质，采用相应的牌号和壁厚，如属压力容器还应按相应要求进行有关工作。与此同时，根据工艺设计需要，而再决定塔板数和塔高以及物料的进出口管径、数量和位置。再者，又可根据加工制造、吊装、运输、现场安装等具体情况，而决定是否采用分段制作(用法兰联接之塔节)或整体制作。 

本发明所述之新型塔板及其塔器，适用于洁净物系之分离及精馏分离工程，对无纤维类杂物又无过量固形物之污秽物系或生物工程之发酵清液亦可应用。 

由于本塔板阻力低，传质速度快，物料呈顺流态(或称并流态)运动，液面梯度小，雾沫夹带少，几无返混现象，不易形成新的杂质，故有节能、优质、高产之功能，比常用浮阀板化工塔器有明显的改良。在常减压、加压、真空条件下均可应用。 

下面结合附图进一步说明本发明的实施例： 

图1为超音速飞机化工塔器专利附图 

图2为I-型，起飞型图 

图3为II-型，俯冲型图 

图4为III-型，起飞俯冲混成型图 

图5为IV型，俯冲起飞混成型图 

图1中(1)为本发明塔器中的纵向剖视图 

图1中(2)为本发明塔器中塔板平面布置示意图(II型) 

图1中(3)为本发明塔器中的飞阀元件示意图 

图1中(4)为本发明塔器中的底板开孔示意图 

图1中(5)为本发明塔器中的飞阀限位装置示意图 

图面说明： 

图1中(1)，可见在塔的胴体内，相邻塔板间的关系及飞阀呈一定角度启动。在两层之间的塔板上，流体呈相反方向运行，自上而下交叉流动通过全塔。 

图1中(2)，可见塔板系由底板1、飞阀2、圆孔或孔缝3、进口堰4、弓形降液装置5、和飞阀限位控制点6组合而成，板面貌似一座飞机场或航空母舰停机坪上之机群，蔚为壮观 

图1中(3)，可见飞阀元件之平面概况，其厚度0.5-2mm 

图1中(4)，可见塔板之底板的开孔情况，其中有梯形升气孔1、阀足孔2、底板厚2-5mm 

图1中(5)，可见飞阀限位装置有1、2两种，其需视飞阀之浮动角度而定其限位器之内在高度尺寸 

在飞阀型塔板上，汽液接触流动之概况，拟分数阶段： 

(1)初始期：(2)鼓泡期：(3)过渡期：(4)喷射期(工作状态)；(5)超负荷期。 

其中飞阀可随不同阶段不同程度地而定向开启浮动，并在湍激的流体中，带有某种程度的振动性，以资强化传质功能。 

实现本发明专利的最好方式是将其运用于燃料乙醇工业的物料蒸馏及精馏和脱水。现以燃料乙醇脱水塔的设计为最佳实施例：本脱水塔可用以制取浓度为99.5％(V)以上之燃料无水乙醇。主要设计参数如下： 

1、拟日产燃料级无水乙醇200吨，按年工作日300天计； 

2、本脱水塔在表压-0.09～0.098～0.1MPa的真空条件下运行； 

3、塔径：∮2800mm； 

4、塔板数：60-80板； 

5、板间距：300-400mm； 

6、开孔率：8-16％； 

7、降液面为塔截面(A_f/A_T)之4-6％； 

8、弓形降液板之宽度为塔直径(Wd/D)之8-10％： 

9、设计空塔速度：1.5-3m/s 

10、全塔高：大约38-42m； 

11、塔重(含试水重)：大约280-320吨； 

12、材质：选用SUS304或1Crl8Ni9Ti板； 

13、塔壁厚：8-12mm；外加槽钢加强； 

14、加热方式：塔底利用再沸器加热；因操作温度低，可利用废汽、废热水加热、节能显著。 

15、利用真空泵抽真空；应选用无油、干式真空泵、水环式者不合用。 

16、配备相应的附属设备。(致冷机组、热交换器、贮罐、泵等)。 

Claims (7)

1.超音速飞机型板式化工塔器，系由塔体、一定数量的飞阀型塔板和降液装置组成。其特征是：塔体及塔板呈圆形或矩形，塔板主要由一定数量的飞机型浮阀(简称飞阀)元件和圆形小孔及长条形孔缝组成。

2.飞阀基础阀型的主要参数及特征为：阀平展宽度104mm，阀长42mm，也可按物料的性质及设计需要，塔径的大小等不同因素而放大或缩小。相关部位则采用一定比例而设计制作，并可系列化。飞阀外形的前缘平直，两条长边呈33-35°倾斜成后掠角向两侧展开，其斜边与中心线约呈55°，后缘呈“双W型”。在飞阀平面上冲压出2-3个带弧度而扁矮之喷射孔，飞阀板厚为0.5-2mm。

3.在塔板底板上，在每个飞阀所定的位置上，则按其形状开有梯形升气孔；为了固定飞阀，又在底板上开有长方形小孔。可将飞阀头部或阀体尾部之长条部分(阀足)插入其小孔，并在塔板的背面，将其弯曲成一定角度之钩状，使其与底板钩挂而不脱落，能随工况之不同自如地调节浮动角度(0-20°)，并在阀翼内两侧设置或

形元件加以控制。

4.飞阀按错排方式布置，可用同一规格之飞阀或大小不同之飞阀相间排列，相邻两飞阀之浮动角度不同(0-10°和0-20°)，运行时可形成两层接触面和扇状散射面。并分为四种类型：I-型为起飞型；II-型为俯冲型；III-型为起飞-俯冲混成型；IV-型为俯冲-起飞混成型。

5.在塔板上，每隔3-5行飞阀设置1-2行圆形小孔或长条形孔缝或两者交替排列。

6.在塔板上液体从降液装置溢流而下后之出口处，设有不等高之进口堰(均液板)，其两侧比中间略低3-5mm。

7.当在设计矩形塔器时，其长宽可采用0.618黄金分割法。塔板面布置可参照圆形塔板上之矩形中央主传质区。

Images