CN102397709B - 一种垂直筛板的模块式催化剂装填结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种垂直筛板的模块式催化剂装填结构；由催化剂筐、支撑、塔体、水平塔板、降液板、支脚、帽罩构成，水平塔板一端固定在塔体内侧壁上，降液板垂直固定在水平塔板的边沿上，降液板和塔体内壁之间构成降液管，水平塔板上开有均匀分布的升气孔，帽罩罩在升气孔之上，通过支脚固定在水平塔板上，帽罩与水平塔板之间留有缝隙，帽罩四周开有小孔和顶部开有小孔，支撑焊接在帽罩顶部，U形催化剂筐由支撑上部托着倒扣在帽罩上部；分块式塔板和催化剂筐构成模块式结构，装填催化剂后的每层塔板则由数个模块组成，每个模块的塔板和催化剂筐，便于安装、检修；帽罩的上部开孔增大了气液传质空间和改善了气液相接触和提高了反应效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于催化精馏塔的垂直筛板的模块式催化剂装填结构及其装填法。
背景技术
将催化反应与精馏分离结合起来同时进行的单元操作过程称为催化精馏过程。该过程可以在反应的同时将反应产物从系统中移出，并充分利用反应放出的热量，与传统的化工过程相比，具有反应效率高，选择性好，固定投资少，操作费用低等优点。
催化精馏设备很多，其基本要求是要保证塔板空间得到充分利用，保证气液相都能与催化剂充分接触并有足够的流动通道，又要防止气液在流动过程中短路。从反应的角度来说，既要保证催化剂比表面积大，气液接触充分，对反应有利，又要保证塔板效率高，增加精馏效果。因此将二者统一起来，一直是人们研究目标。
美国专利US4471154提出一种将催化剂安置在板式塔上，构成催化精馏构件，在塔板上的催化剂层呈流化状态的催化剂填料的装填方法。这种装填方法理论上使催化剂在整个反应区分布均匀，气-液-固三相接触良好，催化剂的利用率高，但它对催化剂的要求高，即催化剂颗粒的大小、比重均需相差无几，否则容易造成局部阻力过大，引起偏流；另外，其催化剂层的流态化使催化剂之间的磨损严重。
中国专利CN200810114388.2设计了一种催化剂的新型装填方式，其特征为：由催化剂篮体和与之配装的上盖及底托组配为催化剂篮，再把催化剂篮及其托架组配为催化剂装填构件整体，然后将催化剂装填在由所述催化剂篮的上盖、篮体和底托与塔壁围成的环形空间内，构成单节塔装填结构；对直径大于60mm的大直径催化精馏塔来说，为方便装填，可以在由上盖、篮体和底托组成的催化剂篮的外围加一层丝网做成整体的催化剂袋，将催化剂装填其中，这样，催化剂就不与塔壁直接接触了；填装催化剂后，再把催化剂装填构件通过所述的托架与塔板上的帽罩配装在一起，构成单节塔结构。该装置存在以下不足之处：由于采用了催化剂筐和塔盘采取整体方式，对于直径较大的塔设备不容易达到，并对与安装、检修及催化剂更换十分不便；另外该装置塔板采用了垂直筛板技术，仅帽罩四周开孔，帽罩周围的空间利用较好，但帽罩顶部没有开孔，故帽罩顶部空间部分则未能充分利用。
中国专利ZL01262281.8设计了一种催化蒸馏设备，其特征为：在催化剂床层间设置汽升管，汽升管顶部或其内部设置分馏元件，汽升管底部与受液板间有间隙，收料板与催化剂床层底部间留有通道，收料板与其下部的受液盘间留有空间。该装置存在以下不足之处：汽升管和分馏元件起到气体上升和分馏的目的，分流元件结构复杂、成本高，同时催化剂浸没在液体之中，汽液接触不十分充分，催化蒸馏效率不是很高，由于溢流堰很高，塔板压力降很大。
中国专利CN99118444.0发明了一种新型催化反应精馏塔，主要由降液管、塔板、受液盘构成塔板主体，由提液管、填料及填料筐、催化剂及催化剂筐、集液板等组成塔板上的催化反应传质单元，其催化反应主要发生在催化剂筐的有限范围内，其缺点为催化剂装填量小，塔盘空间没有得到充分的利用，催化反应效率低。
中国专利CN1895715A发明了一种立体催化精馏塔板，它包括塔板、升气管、组合喷射单元、降液板与受液盘，在塔板上安装由规则排列的升气管，升气管上配合安装组合喷射单元，喷射组合单元由立体喷射帽罩与固体催化剂组合而成，其缺点为催化剂装填量小，塔盘空间没有得到充分的利用，催化反应效率低。
发明内容
本发明的目的是提供一种垂直筛板的模块式催化剂装填结构，塔板和催化剂筐采用分块式，便于安装、检修、更换、运输，另外，塔板帽罩上部开孔，增大气液与催化剂接触面积，增大塔板传质效率和提高处理能力，有效利用塔板空间。
本发明所述的一种垂直筛板的模块式催化剂装填结构由催化剂筐、支撑、塔体、水平塔板、降液板、支脚、帽罩构成；
水平塔板一端固定在塔体内侧壁上，降液板垂直固定在水平塔板的边沿上，降液板和塔体内壁之间构成降液管，水平塔板上开有均匀分布的升气孔，帽罩罩在升气孔之上，通过支脚固定在水平塔板上，帽罩与水平塔板之间留有缝隙，帽罩四周开有小孔和顶部开有小孔，支撑焊接在帽罩顶部，U形催化剂筐由支撑上部托着倒扣在帽罩上部。
所述的水平塔板为分块式结构。
所述的水平塔板上的开孔是圆形孔或方形孔，圆孔直径为50-100mm，方形孔边长为40-250mm。
所述的帽罩四周和上部均开孔，开孔为圆形，开孔直径为5-12mm。
所述的催化剂筐体为不锈钢丝网，内部装填颗粒状催化剂。
所述的催化剂筐可以单个安装于帽罩上，也可以做成整体安装于每个分块塔板上。
所述的分块塔板、降液板、支脚、帽罩，支撑为同种材质制得，为不锈钢或碳钢，催化剂筐材质为不锈钢丝网。
水平塔板下降的液体从降液管流入该层水平塔板，然后从帽罩与塔板缝隙进入帽罩，上升气体从升气孔进入帽罩将液体提升、拉膜然后从帽罩内喷射而出，向四周及上部喷射的气液一并进入催化剂筐，在催化剂表面发生反应后液体向下折返，落到水平塔板上，从降液管流到下一层塔板，气体上升进入上一层塔板。由于气液喷射进入到催化剂筐后，在催化剂表面发生反应，反应产物分离，同时催化剂筐起到除沫器的作用，减少了物沫夹带，增大了处理能力，由于水平塔板空间得到了充分的利用，提高了反应和传质效率，同时由于帽罩顶部开有小孔，减小了气液喷射阻力，塔板压力降减小。
本发明所述的一种垂直筛板的模块式催化剂装填结构由分块式塔板和催化剂筐构成模块式结构，装填催化剂后的每层塔板则由数个模块组成，每个模块的塔板和催化剂筐(含催化剂)，可以从人孔自由出入，便于安装、检修；垂直筛板帽罩的上部开孔增大了气液传质空间和改善气液相接触和改进反应效率。
附图说明
图1模块式催化剂装填结构示意图。
图2模块式催化剂装填结构A-A示意图。
图3模块式催化剂装填结构罩体结构示意图。
图4模块式催化剂装填结构罩体结构A-A示意图。
图5模块式催化剂装填结构在塔盘上的分布图。
图6模块式催化剂装填结构在塔盘上的分布图。
其中：1催化剂筐、2支撑、3小孔、4塔体、5水平塔板、6降液板、7降液管、8支脚、9塔板缝隙、10小孔、11帽罩、12升气孔。
具体实例方式
| 件号 | 名称 | 作用、功能或用途 |
| 1 | 催化剂筐 | 内装有催化剂，起到反应和扑集上升液滴的作用 |
| 2 | 支撑板 | 将催化剂筐定位在罩体上 |
| 3 | 球形罩顶 | 罩体顶部 |
| 4 | 塔体 | 气液单元操作的场所 |
| 5 | 塔板 | 液体流动载体 |
| 6 | 降液板 | 与塔壁构成降液管 |
| 7 | 降液管 | 液体通过降液管流到下一层塔板 |
| 8 | 支脚 | 罩体与塔板通过连接板连接 |
| 9 | 底隙 | 液体通过底隙进入罩体 |
| 10 | 罩体开孔 | 液滴从开孔处喷出 |
| 11 | 罩体 | 液体在其中被提升分散成液滴 |
本发明所述的一种垂直筛板的模块式催化剂装填结构由催化剂筐1、支撑2、塔体4、水平塔板5、降液板6、支脚8、帽罩11构成；
水平塔板5一端固定在塔体4内侧壁上，降液板6垂直固定在水平塔板的边沿上，降液板6和塔体4内壁之间构成降液管7，水平塔板5上开有均匀分布的升气孔12，帽罩11罩在升气孔12之上，通过支脚8固定在水平塔板5上，帽罩11与水平塔板5之间留有缝隙9，帽罩四周开有小孔10和顶部开有小孔3，支撑2焊接在帽罩顶部，U形催化剂筐1由支撑上部托着倒扣在帽罩上部。
在河北工业大学实验装置上进行了流体力学测定，并与生产中常用的催化精馏塔进行对比，具体如下：实验塔直径Φ800mm，共设3层塔板，每层塔板分成3块。每层塔盘上安装6个帽罩，帽罩直径为Φ80mm，高度为180mm，帽罩上开孔直径Φ10mm；塔板开孔直径为Φ70mm，帽罩底隙10mm。每个帽罩上部都安装催化剂筐。液体从储罐经泵进入最上一层塔板，管道上安装液体转子流量计；气体从塔中下部经风机进入，管道上安装气体流量计；每层塔盘间连接U形压力计，用以测定塔板压力降。最上一层塔板上部空间安装丝网除沫器，用以测定气相雾沫夹带。从塔上部进入到塔内的液体横向穿过帽罩后进入降液管流到下一层塔盘，塔板上液层厚度保持在50mm左右，气体通过塔板孔进入到帽罩中，液体通过帽罩底隙进入帽罩，气体带着液体一起向上从帽罩孔喷射进入催化剂筐，气液速度一般可以达到5-10m/s，液滴直径为0.3-2mm，气液在催化剂表面进行催化反应、质和热交换，随着气液不断喷射而出，并在催化剂表面不断更新，加剧反应速度。
经过实验测定，塔盘压降可以降低5％，雾沫夹带量降低10％以上，通过能力增大约7％。
Claims (6)
1.一种垂直筛板的模块式催化剂装填结构，由催化剂筐、支撑、塔体、水平塔板、降液板、支脚、帽罩构成；其特征在于：
水平塔板一端固定在塔体内侧壁上，降液板垂直固定在水平塔板的边沿上，降液板和塔体内壁之间构成降液管，水平塔板上开有均匀分布的升气孔，帽罩罩在升气孔之上，通过支脚固定在水平塔板上，帽罩与水平塔板之间留有缝隙，帽罩四周开有小孔和顶部开有小孔，支撑焊接在帽罩顶部，U形催化剂筐由支撑上部托着倒扣在帽罩上部；
所述的催化剂筐单个安装于帽罩上或做成整体安装于每个分块塔板上。
2.如权利要求1所述的垂直筛板的模块式催化剂装填结构，其特征在于：所述的水平塔板为分块式结构。
3.如权利要求1所述的垂直筛板的模块式催化剂装填结构，其特征在于：所述的水平塔板上的开孔是圆形孔或方形孔，圆孔直径为50-100mm，方形孔边长为40-250mm。
4.如权利要求1所述的垂直筛板的模块式催化剂装填结构，其特征在于：所述的帽罩四周和上部均开孔，开孔为圆形，开孔直径为5-12mm。
5.如权利要求1所述的垂直筛板的模块式催化剂装填结构，其特征在于：所述的催化剂筐体为不锈钢丝网，内部装填颗粒状催化剂。
6.如权利要求1所述的垂直筛板的模块式催化剂装填结构，其特征在于：所述的水平塔板、降液板、支脚、帽罩，支撑为同种材质制得，为不锈钢或碳钢，催化剂筐材质为不锈钢丝网。
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