CN103357243A

CN103357243A - 径向制氧吸附塔

Info

Publication number: CN103357243A
Application number: CN2013103273010A
Authority: CN
Inventors: 程小华; 吴明川; 罗清汕; 赵学才; 章其君
Original assignee: HANGZHOU PERFECT PURITY INSTALLATION CO Ltd
Current assignee: HANGZHOU PERFECT PURITY INSTALLATION CO Ltd
Priority date: 2013-07-30
Filing date: 2013-07-30
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2033-07-30
Also published as: CN103357243B

Abstract

本发明提供了一种径向制氧吸附塔，属于机械设备技术领域。解决了现有技术所存在吸附塔的高径比过小，占地面积过大及吸附不均匀等技术问题。本径向制氧吸附塔，包括呈筒状的塔体，在塔体底部设有进气组件，顶部设有出气组件，所述的塔体内设有吸附组件，所述的塔体内壁和吸附组件外壁之间形成呈环形的输气腔，所述的进气组件具有位于吸附组件下端外围的环形通气口，所述的环形通气口与输气腔贯通且输气腔能使气流径向输送至吸附组件，所述的吸附组件的两端封闭且在吸附组件中心具有用于汇集成品氧气的集气通道，所述的集气通道下端封闭，上端与出气组件相连通。本发明具有吸附均匀、吸附效率高、占地面积小、可大型化设计等优点。

Description

径向制氧吸附塔

技术领域

本发明属于机械设备技术领域，涉及一种吸收塔，尤其是涉及一种径向制氧吸附塔。

背景技术

现代工业中，吸附塔对气体进行吸附分离的技术广泛应用于石油化工、医药冶金、电子等行业，如气体分离、干燥及空气净化、废水处理、制氧制氮等。吸附塔中吸附材料一般采用分子筛，分子筛对混合气体原料中的某一种或几种组分具有吸附作用，当气体通过吸附塔时，一种或几种组分被吸附，其他组分则被分离，达到分离效果。但现有的吸附塔大多为轴向吸附塔，即进气和出气的方向都是沿着轴向，气体越往出口气处受到吸附材料的阻力越大，如果阻力导致气体无法通过或通过速度过慢，则吸附塔就不可正常使用；而如果气体通过的速度过快，则会产生分子筛“沸腾”的现象，为了防止分子筛“沸腾”，通常将分子筛用压力压紧，这样就导致处于吸附塔底部的分子筛破碎从而失去正常的吸附功能，影响到整个吸附塔的吸附效率。因此现有的吸附塔的吸附组件在设计时高度和直径比不能过大（通常在1:1左右）。为了提高吸附塔吸附组件的高径比，减少吸附塔的占地面积，提高吸附效率，将吸附塔往大型化方向设计，人们开始研究径向吸附塔。

例如，中国专利文献公开了一种径向流吸附容器[授权公告号：CN1145519C]，包括基本上为圆柱形的壳，壳具有纵轴、第一直径、第一端、相对于第一端的第二端；设置在壳内的且与壳的第二端相邻并刚性连接到壳上的底板；设置在壳内的基本上为圆柱形的外网；设置在外网内的基本上位圆柱形的内网；至少一个设置在内、外网之间的基本上位圆柱形的内网；至少一个设置在内、外网之间的基本上为圆柱形的中间网，外网具有与壳的纵轴基本平行的纵轴，小于壳的第一直径的第二直径，上端和与上端相对的下端等。

上述方案提供的吸附塔，可以有效的提高高径比，减少了吸附塔的占地面积，并且可以在一个吸附塔中安装多种吸附剂并具有可变形的网，可以提高网在吸附剂热胀冷缩时的热机械应力。但是上述的方案的进气是从内网进气，出气是从外网出气，也就是说气体是由内而外径向通过吸附剂，则越到外部的气体压力越小，会导致吸附不均匀及“串流”的现象发生，而这也直接影响到吸附效率；其次，该吸附塔没有进气口均流装置，导致进气的气流不均衡，影响整个吸附塔的均匀吸收效果；再次，该吸附塔没有设计进气压力平衡结构，导致进气的压力在整个吸附塔中不均匀，同样会影响吸附塔的均匀吸收，进而导致吸附剂的吸附效果下降，因此上述的吸附塔的吸附效率一般，并不适合用于大型化的制氧设备。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种径向制氧吸附塔；解决了现有技术所存在吸附塔的高径比过小，占地面积过大及吸附不均匀等技术问题。

为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：

一种径向制氧吸附塔，包括呈筒状的塔体，在塔体底部设有进气组件，顶部设有出气组件，所述的塔体内设有吸附组件，所述的塔体内壁和吸附组件外壁之间形成呈环形的输气腔，所述的进气组件具有位于吸附组件下端外围的环形通气口，所述的环形通气口与输气腔贯通且输气腔能使气流径向输送至吸附组件，所述的吸附组件的两端封闭且在吸附组件中心具有用于汇集成品氧气的集气通道，所述的集气通道下端封闭，上端与出气组件相连通。

在上述的径向制氧吸附塔中，所述的输气腔由下至上的横截面积逐渐变小。

在上述的径向制氧吸附塔中，所述的输气腔呈下端大上端小的环形圆锥筒状。

在上述的径向制氧吸附塔中，所述的进气组件包括封堵在吸附组件底部的分布器，所述的分布器与塔体底部之间形成呈下端小上端大的锥形分布腔，在塔体底部设有与锥形分布腔贯通的进气口，所述的环形通气口形成在锥形分布腔的上部且锥形分布腔通过环形通气口与输气腔连通。

在上述的径向制氧吸附塔中，所述的分布器呈下端小上端大的圆锥状且在分布器中心具有顶部朝向进气口的圆锥形突起，所述的圆锥形突起中心线与进气口轴心线延长线重合，在进气口设有预分布器。

在上述的径向制氧吸附塔中，所述的分布器与塔体底部之间设有若干在圆周方向上均匀分布的支承板，所述的分布器上方设有用于封堵吸附组件下端的补强板，所述的支承板上端穿过分布器并与补强板固连。

在上述的径向制氧吸附塔中，所述的锥形分布腔与环形通气口之间具有弧形输气通道；所述的补强板与分布器之间形成与集气通道贯通的锥形腔室。

在上述的径向制氧吸附塔中，所述的吸附组件包括由内至外同心设置的第一圆筒体、第二圆筒体和第三圆筒体，所述的第一圆筒体、第二圆筒体和第三圆筒体均由刚性的透气材料制成，所述的第一圆筒体和第二圆筒体之间形成用于放置吸附剂的吸附仓，所述的第二圆筒体和第三圆筒体之间形成用于放置干燥剂的干燥仓。

在上述的径向制氧吸附塔中，所述的吸附仓上部设有位于塔体外的至少一个吸附剂进料口，所述的干燥仓上部设有位于塔体外的至少一个干燥剂进料口。

在上述的径向制氧吸附塔中，所述的出气组件包括固定在集气通道上端的中心管，所述的中心管上端穿出塔体外。

与现有的技术相比，本发明的优点在于：

1、通过环形的输气腔的设计，达到了由外而内的径向进气方式，并配合环形通气口达到了吸附均匀、吸附效率高、可大型化设计的效果。

2、通过环形圆锥筒状的输气腔的设计，使气体在整个输气腔中的压力均匀，使吸附塔的进气压力均匀，从而保证了吸附组件的均匀吸附气体，提高了吸附效果。

3、通过分布器、锥形分布腔及预分布器的设计，使进气过程中的气体流动均匀，从而保证了气体在输气腔中的稳定流动，不会发生紊流现象，为吸附塔的均匀吸附提供了可靠的保证。

4、多个桶体的设计，可以使吸附塔填充多种填料，提高吸附效率。

5、在集气通道中设计中心管，使出气压力得到稳定，保证了整个集气通道中的压力平衡，避免了气体在填充有分子筛的吸附组件中产生串流及分子筛“沸腾”的现象。

附图说明

图1是本发明提供的结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是本发明提供的分布器的仰视图；

图4是本发明提供的第一桶体、第二桶体、第三桶体上的小孔示意图；

图5是图1中的A处放大图；

图6是本发明在使用过程中的气体流向示意图。

图中，吸附组件1、进气组件2、出气组件3、输气腔4、集气通道5、弧形输气通道7、卸料管8、塔体9、环形通气口10、第一桶体11、第二桶体12、第三桶体13、盖板14、第一隔板15、第二隔板16、干燥剂进料口17、吸附剂进料口18、吸附仓111、干燥仓112、支承板20、进气口21、补强板22、分布器23、预分布器24、通孔25、锥形腔室26、平衡管27、阀门28、锥形分布腔29、圆锥形突起231、出气口31、中心管32、集气口33、加强圈91、加强筋92、人孔101。

图6中的箭头为气体流向。

具体实施方式

如图1所示，一种径向制氧吸附塔，包括呈筒状的塔体9，在塔体9底部设有进气组件2，顶部设有出气组件3，所述的塔体9内设有吸附组件1，所述的塔体9内壁和吸附组件1外壁之间形成呈环形的输气腔4，所述的进气组件1具有位于吸附组件1下端外围的环形通气口10，所述的环形通气口10与输气腔4贯通且输气腔4能使气流径向输送至吸附组件1，所述的吸附组件1的两端封闭且在吸附组件1中心具有用于汇集成品氧气的集气通道5，所述的集气通道5下端封闭，上端与出气组件3相连通。

所述的输气腔4呈下端大上端小的环形圆锥筒状，所述的输气腔4由下至上的横截面积逐渐变小。由德拉博龙方程得PV/T=常数，在气体的温度T不变的情况下，体积V变小，压力P变大，再结合流体力学的原理，在流体进行分流的情况下，压力会逐渐变小，由于气体一方面往输气腔4的顶部流动，另一方面又径向往吸附组件1的集气通道5的方向流动，在这个分流的过程中，气体的压力逐渐减小，但由于输气腔4由下至上的横截面积逐渐变小，从而使集气腔4中的压力逐渐变大，因此压力趋于平衡，从而在环形通气口10的配合下达到了径向进气压力均衡、吸附均匀、吸附效率高的效果，在本实施例中，集气腔4的底部的横截面积与顶部的横截面积之比在10:1-2:1之间。

所述的进气组件2包括封堵在吸附组件1底部的分布器23，所述的分布器23与塔体9底部之间形成呈下端小上端大的锥形分布腔29，在塔体9底部设有与锥形分布腔29贯通的进气口21，所述的环形通气口10形成在锥形分布腔29的上部且锥形分布腔29通过环形通气口10与输气腔4连通。

通过环形的输气腔4的设计，达到了由外而内的径向进气方式，并配合环形通气口10达到了吸附均匀，吸附效率高的效果。通过环形圆锥筒状的输气腔4的设计，使气体在整个输气腔4中的压力均匀，使吸附塔的进气压力均匀，从而保证了吸附组件1的均匀吸附气体，提高了吸附效果。

环形圆锥筒状的输气腔4的设计，使气体在整个输气腔中的压力均匀，使吸附塔的进气压力均匀，从而保证了吸附组件的均匀吸附气体，提高了吸附效果。

所述的分布器23与塔体9底部之间设有若干在圆周方向上均匀分布的支承板20，所述的分布器23上方设有用于封堵吸附组件1下端的补强板22，所述的支承板20上端穿过分布器23并与补强板22固连，从而提高整个吸附组件1的强度，保证吸附组件1在大型化设计时的可靠性。

所述的锥形分布腔29与环形通气口10之间具有弧形输气通道7；所述的补强板22与分布器23之间形成与集气通道5贯通的锥形腔室26。

如图1、图3所示，分布器23上还设置有若干能使进气口21中的气体进入锥形腔室26内的小孔。在塔体9内还设置有平衡管27，所述的平衡管27一端连通锥形腔室26，另一端伸出塔体9外并连接阀门28。这个设计主要是为了平衡进气口21和出气口31之间的气体压力，当进气压力过大时，打开阀门28，减小进气压力，从而防止分子筛“沸腾”，提高吸附组件1的吸附效率。

所述的分布器23呈下端小上端大的圆锥状且在分布器23中心具有顶部朝向进气口21的圆锥形突起231，所述的圆锥形突起231中心线与进气口21轴心线延长线重合，在进气口21设有预分布器24。所述的预分布器24的上、下表面呈圆弧形的凹进，在凹进的表面上还均布有通孔25，气体经过通孔25后被初步均流，再经分布器23达到二次均流效果，从而提高由环形通气口10进入到输气腔4中的气体的均匀度。

所述的吸附组件1包括由内至外同心设置的第一圆筒体11、第二圆筒体12和第三圆筒体13，所述的第一圆筒体11、第二圆筒体12和第三圆筒体13均由刚性的透气材料制成，所述的第一圆筒体11和第二圆筒体12之间形成用于放置吸附剂的吸附仓111，所述的第二圆筒体12和第三圆筒体13之间形成用于放置干燥剂的干燥仓112。作为一种优选的方案，如图4所示，在本实施例中，第一圆筒体11、第二圆筒体12和第三圆筒体13上开设有规律的小孔，其中小孔的孔径

在0.1-10mm之间，小孔的圆心距d在0.12-12mm之间。

在第一圆筒体11的外表面和第三圆筒体13的内表面分别包裹有两层丝网，其中紧贴第一圆筒体11的外表面和第三圆筒体13的内表面的一层丝网的孔面积在0.2-0.8mm²之间，另一层丝网的孔面积在0.1-0.4mm²之间。

所述的吸附仓111上部设有位于塔体9外的至少一个吸附剂进料口18，所述的干燥仓112上部设有位于塔体9外的至少一个干燥剂进料口17。

如图1、图2所示，所述的吸附组件1还包括设置在塔体9顶部并与塔体9密封连接的盖板14，所述的盖板14的下表面连接第一隔板15和第二隔板16，第一隔板15连接第三圆筒体13，第二隔板16第二圆筒体12，作为一种优选的方案，在本实施例中，所述的吸附剂进料口18和干燥剂进料口17均设置在盖板14上。

所述的出气组件3包括固定在集气通道5上端的中心管32，所述的中心管32上端穿出塔体9外。

中心管32的管壁上且靠近底部处环设有集气口33，集气通道5中的氧气通过集气口33后流向中心管32的出气口31。

在集气通道5中设计中心管32，使出气压力得到稳定，保证了整个集气通道5中的压力平衡，避免了气体在填充有分子筛的吸附组件1中产生串流的现象。

如图1、图5所示，在塔体9的外侧并沿塔体9的轴向设置有若干个加强圈91，所述的加强圈91为圆环状，在加强圈91的外侧并沿加强圈91的周向均匀设置有若干加强筋92，其中加强圈91可通过螺接或焊接的方式固定在塔体9上，加强筋92通过螺接或焊接的方式固定在加强圈91上，加强圈91和加强筋92的设置，是为了增加塔体9的强度，从而提高塔体9的轴向高度，使吸附塔能够往大型化方向设计。

在塔体9上还设置有卸料管25，卸料管25一端穿过补强板22后连通干燥仓112，卸料管25另一端伸出塔体9外，在塔体9顶部还设置有一个人孔26，所述的人孔26连通吸附仓111。

卸料管25用于将干燥仓112内的干燥剂排出吸附组件1外，而人孔则用于将吸附仓111内的吸附剂排出吸附组件1外，在工作状态下，人孔是密封的，而卸料管25伸出塔体9外的一端可以通过法兰密封或者安装阀门来关闭。

如图6所示，需要吸附分离的气体由进气口21进入，途径锥形分布腔29、弧形输气通道7、环形通气口10后进入到输气腔4中，再有输气腔4径向通过吸附组件1后得到纯化的氧气进入到集气通道5中，经集气口33后进入到中心管32，最后由出气口31流出收集。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了，吸附组件、进气组件、出气组件、输气腔、集气通道、弧形输气通道、塔体、环形通气口、第一桶体、第二桶体、第三桶体、分布器、锥形腔室、锥形分布腔、圆锥形突起、出气口等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims

1.一种径向制氧吸附塔，包括呈筒状的塔体（9），在塔体（9）底部设有进气组件（2），顶部设有出气组件（3），所述的塔体（9）内设有吸附组件（1），其特征在于，所述的塔体（9）内壁和吸附组件（1）外壁之间形成呈环形的输气腔（4），所述的进气组件（1）具有位于吸附组件（1）下端外围的环形通气口（10），所述的环形通气口（10）与输气腔（4）贯通且输气腔（4）能使气流径向输送至吸附组件（1），所述的吸附组件（1）的两端封闭且在吸附组件（1）中心具有用于汇集成品氧气的集气通道（5），所述的集气通道（5）下端封闭，上端与出气组件（3）相连通。

2.根据权利要求1所述的径向制氧吸附塔，其特征在于，所述的输气腔（4）由下至上的横截面积逐渐变小。

3.根据权利要求2所述的径向制氧吸附塔，其特征在于，所述的输气腔（4）呈下端大上端小的环形圆锥筒状。

4.根据权利要求1或2或3所述的径向制氧吸附塔，其特征在于，所述的进气组件（2）包括封堵在吸附组件（1）底部的分布器（23），所述的分布器（23）与塔体（9）底部之间形成呈下端小上端大的锥形分布腔（29），在塔体（9）底部设有与锥形分布腔（29）贯通的进气口（21），所述的环形通气口（10）形成在锥形分布腔（29）的上部且锥形分布腔（29）通过环形通气口（10）与输气腔（4）连通。

5.根据权利要求4所述的径向制氧吸附塔，其特征在于，所述的分布器（23）呈下端小上端大的圆锥状且在分布器（23）中心具有顶部朝向进气口（21）的圆锥形突起（231），所述的圆锥形突起（231）中心线与进气口（21）轴心线延长线重合，在进气口（21）设有预分布器（24）。

6.根据权利要求4所述的径向制氧吸附塔，其特征在于，所述的分布器（23）与塔体（9）底部之间设有若干在圆周方向上均匀分布的支承板（20），所述的分布器（23）上方设有用于封堵吸附组件（1）下端的补强板（22），所述的支承板（20）上端穿过分布器（23）并与补强板（22）固连。

7.根据权利要求6所述的径向制氧吸附塔，其特征在于，所述的锥形分布腔（29）与环形通气口（10）之间具有弧形输气通道（7）；所述的补强板（22）与分布器（23）之间形成与集气通道（5）贯通的锥形腔室（26）。

8.根据权利要求1或2或3所述的径向制氧吸附塔，其特征在于，所述的吸附组件（1）包括由内至外同心设置的第一圆筒体（11）、第二圆筒体（12）和第三圆筒体（13），所述的第一圆筒体（11）、第二圆筒体（12）和第三圆筒体（13）均由刚性的透气材料制成，所述的第一圆筒体（11）和第二圆筒体（12）之间形成用于放置吸附剂的吸附仓（111），所述的第二圆筒体（12）和第三圆筒体（13）之间形成用于放置干燥剂的干燥仓（112）。

9.根据权利要求8所述的径向制氧吸附塔，其特征在于，所述的吸附仓（111）上部设有位于塔体（9）外的至少一个吸附剂进料口（18），所述的干燥仓（112）上部设有位于塔体（9）外的至少一个干燥剂进料口（17）。

10.根据权利要求1或2或3所述的径向制氧吸附塔，其特征在于，所述的出气组件（3）包括固定在集气通道（5）上端的中心管（32），所述的中心管（32）上端穿出塔体（9）外。