CN102309867A

CN102309867A - 一种大型穿流筛板塔及塔板

Info

Publication number: CN102309867A
Application number: CN201110068143A
Authority: CN
Inventors: 刘春江; 赵丹; 王冰; 李雪; 段长春; 袁希钢
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin Jiuyuan Chemical Engineering Co., Ltd.
Priority date: 2011-03-21
Filing date: 2011-03-21
Publication date: 2012-01-11
Anticipated expiration: 2031-03-21
Also published as: CN102309867B

Abstract

本发明涉及一种大型穿流筛板塔及塔板；塔板是由分块的塔板子块安装得到，每个塔板子块的几何面积不得大于5m²，且其周围均设置挡板导流，每个塔板子块所包围的筛孔数目大于3个。该穿流塔板通过矩形分割形成的各个子块塔板组装实现，或通过弧形分割形成的各个子块塔板组装实现；大型穿流筛孔塔内交替排列着两种不同几何结构的塔板子块构成的穿流塔板，但同一个穿流筛孔塔塔内两种不同结构的穿流塔板必须同时为矩形分割形成的各个子块塔板组装实现或者同时为弧形分割形成的各个子块塔板组装实现。改善了其内每级穿流筛孔塔板上液相的流动状况，使每一级塔板上液相的总压降大大降低，减少了支撑梁的用料及费用，同时提高了传质效率。

Description

一种大型穿流筛板塔及塔板

技术领域

本发明涉及一种化工气液传质领域中的无溢流塔板装置，特别是一种塔板上液相流动结构得到优化的新型穿流筛板塔板及由该穿流筛孔塔板所构成的穿流筛板塔。

背景技术

穿流筛板塔是一种无溢流装置的筛板塔，结构简单，处理量大，广泛应用于大型炼油及气体的吸收、除尘等工业过程。穿流筛板塔实现两相分离的主要原理是：发生传质的气液两相以逆流形式在穿流筛板塔内流动，气相自下而上，液相自上而下；液相在板间淋降过程中与上升的气相发生相间传质；另一方面，气相穿过塔板时对液相层鼓泡，增加了两相接触混合强度，并使两相界面更新速率大大增强，在该过程中发生鼓泡传质。然而仔细分析传统穿流筛板塔，可以发现由于穿流筛板塔板的塔径一般较大(直径大于10m)，在实际的安装过程中，塔板的水平度出现1°左右的倾斜角是很正常的，但即便是如此小的水平度偏差也会致使液相在塔板上的分布严重不均，进而导致塔板上压降过大，需要增加大量承重梁来支撑。此外，传统穿流筛板塔板上液相分布的不均匀性和由此引发的气相流动结构的不均匀性，严重限制了气液两相间的有效接触，造成塔板的传质效率大大降低。综合以上两个方面，进一步优化穿流筛板塔板的几何结构以提高其上气液两相流动结构的均匀性，进而在减少塔板操作动力消耗的同时并提高了气液两相传质的效率，也是目前开发新型气液传质设备的重要方向。

发明内容

本发明旨在开发一种新型穿流筛板塔及塔板，该塔中有两种不同结构的新型穿流筛孔塔板交替排布。每种结构的新型穿流筛孔塔板通过将传统穿流筛孔塔板分块安装并在各个塔板子块上加设导流挡板来实现。该新型穿流筛孔塔可以保证其内每级穿流筛孔塔板安装的水平度，进而在有效减少塔板压降的同时，优化了穿流筛板塔内气液两相流动结构的均匀性，提高了塔板传质分离效率。

本发明通过以下技术方案来实现：

本发明提出的新型的穿流筛板塔主要由塔壁12、新型穿流筛孔塔板1、气相进口7、气相分布器9、液相进口5和液相分布器4组成，如图1所示。在这种新型穿流筛板塔中，交替排列着两种不同几何结构的新型穿流筛孔塔板，分别为图一中的新型穿流筛孔塔板(I)和新型穿流筛孔塔板(II)。这两种不同结构的新型穿流筛孔塔板可以通过对传统穿流筛孔塔板进行矩形分块安装得到，如图3、图4所示；也可以通过对传统穿流筛孔塔板进行弧形分块安装得到，如图5、图6所示。其中塔板分块时要求每个子块的面积不得大于5m2，以保证每个塔板子块的水平度偏差小于5mm，从而避免了液相在每个塔板子块中发生主体流动。在塔板分块安装以后，要在每个塔板子块的周围加设挡板，使其各自独立，导流挡板的高度应高出塔板液层高度50～250mm，以避免传统穿流筛孔塔板上明显的液相主体流动。此外，由于本发明中新型穿流筛板塔内交替排布的相邻两级塔板结构不同，从上一级塔板的某个封闭塔板子块内流下的液相在相邻的下一块塔板上分配到不同的塔板子块内，如图2所示，从而实现了液相在相邻两层塔板间的重新混合分布，改善了气液两相浓度在穿流筛板塔内部分布的均匀性，进一步强化了两相传质。

所述的新型穿流筛孔塔板，塔板是由分块的子块塔板组成，每个子块的面积不得大于5m²，每个塔板子块的周围设置有挡板导流，导流挡板的高度应高出塔板液层高度50～250mm，各个塔板子块所包围的筛孔数目大于3个；

所述的新型穿流筛孔塔板上导流挡板与各塔板子块以及各个塔板子块之间以焊接的方式连接；

所述的新型穿流筛孔塔板可以由通过矩形分割形成的各个子块塔板组装实现，也可以由通过弧形分割形成的各个子块塔板组装实现；

采用本发明的新型穿流筛孔塔板制备的大型穿流筛板塔，大型穿流筛孔塔内交替排列着两种不同几何结构的穿流筛孔塔板。但同一个穿流筛板塔内两种不同结构的穿流筛孔塔板必须同时为矩形分割形成的各个子块塔板组装实现或者同时为弧形分割形成的各个子块塔板组装实现。对于矩形分割实现的穿流筛板塔，其内两种不同结构的塔板装配时应保证其上所有的导流挡板应该互相垂直或平行；对于弧形分割实现的穿流筛板塔，其内两种不同结构的塔板装配时应保证每一级塔板上任一径向挡板在水平面上的投影正好位于相邻级塔板对应的两个径向挡板在同一水平面上投影的中间。

本发明的优点在于：同传统的穿流筛板塔相比，本发明所提出的新型穿流筛板塔由两种不同结构的新型穿流筛孔塔板交替排布实现。其中每级穿流筛孔塔板被分割成多个塔板子块进行安装，保证了每个塔板子块安装的水平度，从而使得每个塔板子块内传质两相的混合更加充分。此外，在各个塔板子块的周围加设了导流挡板，避免了液相在整个塔板表面的主体流动，使得整个塔板上的液相分布更加均匀。这种新型的穿流筛板塔改善了其内每级穿流筛孔塔板上液相的流动状况，使每一级塔板上液相的总压降大大降低，减少了支撑梁的用料及费用，同时提高了传质效率。另外，交替排列的两种不同结构塔板实现了液相在穿流筛板塔内的重新混合分布，使得每层塔板上气液两相浓度分布趋于均匀，有利于两相间的有效传质。

附图说明

图1：本发明中提出的大型穿流筛板塔的主视图；

图2：本发明中大型穿流筛板塔内相邻两级不同结构塔板上液相重新混合分布图。

图3：本发明中加设矩形挡板后新型穿流筛孔塔板(I)的三维立体结构图；

图4：本发明中加设矩形挡板后新型穿流筛孔塔板(II)的三维立体结构图；

图5：本发明中加设弧形挡板后新型穿流筛孔塔板(I)的三维立体结构图；

图6：本发明中加设弧形挡板后新型穿流筛孔塔板(II)的三维立体结构图；

图7：本发明中实施例一中两种不同结构穿流筛孔塔板的几何参数图；

图8：本发明中实施例二中新型穿流筛孔塔板(I)的几何参数图；

图9：本发明中实施例二中新型穿流筛孔塔板(II)的几何参数图。

图示说明：1：塔板；2：挡板；3：筛孔；4：液相分布器；5：液相进口；6：气相出口；7：气相进口；8：液相出口；9：气相分布器；10：局部放大图边框；11：穿流筛孔塔板上被分割形成的各个塔板子块；12：塔壁；a：液相；b：气相；c：液相流动方向；p：垂直方向；q：水平方向

具体实施方式

实施例一：以本发明提出的塔径为12.6m、含有四块塔板的新型穿流筛板塔为例，塔板的几何结构如图7所示，塔体从塔顶到塔底交替排布为如图5、图6所示的两种已加设弧形导流挡板2的新型穿流筛孔塔板1，塔板间距为5.0m。其中一种塔板结构，如图5所示，将塔板分成十七个塔板子块11，挡板2高度为1.9m。最内层圆形挡板2的半径为1.8m，中间圆形挡板2的半径为4.58m，外层塔板1的半径为6.3m；内层和中间层挡板2之间连接有8块直线挡板2，每相邻两块间隔45°，直线挡板2将该环形区域分割成8等份；同理，外层塔板1和中间层挡板2之间也连接有8块直线挡板2，正好分别与外层的直线挡板2在同一直线上，每相邻两块挡板2同样间隔45°，直线挡板2将该环形区域也分割成8等份，具体结构如图5所示。另外一种塔板结构，如图6所示，将塔板1分成9块，内层圆形挡板2的半径为2.86m，外层塔板1半径为6.3m；内层挡板2和外层塔板1之间连接有8块直线挡板2，每相邻两块间隔45°，直线挡板2将该环形区域分割成8等份，具体结构如图6所示；此外，两种不同结构塔板1在穿流筛板塔内的安装方位如图7所示，两种不同结构塔板1的俯视图上相邻直线挡板2的夹角为23°。

为说明上述实施例的实际作用效果，本发明对传统穿流筛板塔和新型穿流筛板塔分别进行了二氧化碳解吸模拟计算，实验中液相a为饱和的水溶液，从塔顶进入；气相b为空气，从塔底进入。具体过程如下：常温下将饱和二氧化碳水溶液从穿流筛板塔塔顶进口5处经液相分布器4打入塔内，空气从塔底进口7处经气体分布器9进入，液相a和气相b在塔内逆向流动，进行两相淋降传质。在塔板附近，液相穿过上一级塔板筛孔3沿方向c漏液至下一级塔板，上一级塔板中某个塔板子块中的液相a在下一级塔板上被分配到投影处的多个塔板子块中，如图2中局部放大图边框10内的两级塔板所示，实现了液相a的重新混合分布。气相b则穿过塔板上筛孔3，到上一级塔板，在塔板上各个塔板子块内与液相充分混合，发生鼓泡湍动传质。最终气相在塔顶通过气相出口6排出，液相从塔底底阀8流出到收集罐。

模拟结果发现，对于安装严格水平的穿流筛板塔而言，在相同的操作条件下，采用传统穿流筛板塔，液相浓度变化量为0.0105mol/L，采用新型穿流筛板塔，液相浓度变化量为0.0151mol/L，且单板压降降低了50Pa。对于安装发生轻微倾斜(塔板平面和水平面夹角为1°)的穿流筛板塔而言，采用传统穿流筛板塔，液相浓度变化量为0.0089mol/L；采用新型穿流筛板塔，液相浓度变化量为0.0146mol/L，单板压降降低了55Pa。由此可以看出，采用结构优化后的新型穿流筛板塔的传质效率较传统穿流筛孔塔板有了较大的提高。

实施例二：以本发明提出的塔径为12.6m、含有四块塔板的穿流筛板塔为例，塔体从塔顶到塔底交替排布为两种已加设矩形导流挡板2的新型塔板1，塔板间距为5.0m，塔板1装配时应保证两种不同结构的塔板1上的所有导流挡板2在同一水平面的投影应互相垂直或平行，例如在本实施例中要求塔板1上所有导流挡板2均平行于水平方向q或者垂直方向p。其中一种塔板1的几何结构如图8所示，整个塔板1结构以圆心呈轴对称，在这种塔板1结构上共有25个子块塔板11，其中包括靠近圆心的9个近似正方形的子块11、靠近塔壁的8块扁长方形子块11、4个弓形子块11和4个W型子块11。具体几何尺寸如下：弧形子块塔板11的弦到塔中心的垂直距离为5.455m；扁长方形子块塔板11近圆心长边到塔中心的垂直距离为4.05m，长边长3.15m，两相邻扁长方形子块塔板11的公共边正好位于某一条直径上；最中心子块塔板11为正方形，变长为3.15m，其中心正好与塔板中心重合。此外，挡板2高度均为1.9m；另外一种塔板1的几何结构如图9所示，整个塔板1结构以圆心呈轴对称，在这种塔板结构上共有28个子块塔板11，其中包括靠近圆心的4个近似正方形的子块11、靠近塔壁12的8块扁长方形子块11、8个近似三角形子块11、4个缺角矩形子块11和4个弧矩形子块11。具体几何尺寸如下：弧矩形子块塔板11的短边到塔中心的垂直距离为1.575m；扁长方形子块塔板11的短边到塔中心的垂直距离为3.15m，长边到塔中心的垂直距离为4.825m。此外，所有挡板2高度也均为1.9m。经过二氧化碳解吸模拟计算可知，该实施例的新型穿流筛板塔与同等直径、塔板数和塔板间距的传统穿流筛板塔相比，不仅在塔板分离效率上提升了接近15％，同时整个塔板的压降也降低了约10％。

Claims

1.一种大型穿流筛孔塔板，其特征在于，塔板是由分块的塔板子块安装得到，每个塔板子块的几何面积不得大于5m²，且其周围均设置挡板导流，导流挡板的高度应高出塔板液层高度50～250mm，每个塔板子块所包围的筛孔数目大于3个。

2.如权利要求1所述的大型穿流筛孔塔板，其特征在于，穿流塔板上导流挡板与各塔板子块以及各个塔板子块之间以焊接的方式连接。

3.如权利要求1所述的大型穿流筛孔塔板，其特征在于，该穿流塔板通过矩形分割形成的各个子块塔板组装实现，或通过弧形分割形成的各个子块塔板组装实现。

4.采用权利要求1的大型穿流筛孔塔板制备的大型穿流筛孔塔，其特征是大型穿流筛孔塔内交替排列着两种不同几何结构的塔板子块构成的穿流塔板，但同一个穿流筛孔塔塔内两种不同结构的穿流塔板必须同时为矩形分割形成的各个子块塔板组装实现或者同时为弧形分割形成的各个子块塔板组装实现；对于矩形分割实现的穿流筛孔塔，其内两种不同结构的塔板装配时应保证其上所有的导流挡板在同一水平面上的投影应该互相垂直或平行；对于弧形分割实现的穿流塔，其内两种不同结构的塔板装配时应保证每一级塔板上任一径向挡板在水平面上的投影正好位于相邻级塔板对应的两个径向挡板在同一水平面上投影的中间。