CN1034392C

CN1034392C - 气-液接触装置

Info

Publication number: CN1034392C
Application number: CN93119842A
Authority: CN
Inventors: 庄子棠
Original assignee: Glitsch Inc
Current assignee: Glitsch Inc
Priority date: 1992-09-28
Filing date: 1993-09-27
Publication date: 1997-04-02
Anticipated expiration: 2013-09-27
Also published as: ES2127255T3; CA2106802A1; KR100273813B1; US5213719A; EP0599454A1; MX9305946A; CA2106802C; DE69323272T2; NZ248720A; CN1088844A; DE69323272D1; JPH06205967A; EP0599454B1; MY109200A; JPH0811177B2; AR247826A1; KR940006637A; BR9303915A; AU4862093A; AU665115B2

Abstract

本发明提供了一种气-液接触装置，它具有增加了的气-液流速容量。所提供的每块多孔板塔盘除具有在本装置构成下降液管的通用降液管之外，与该通用降液管紧贴相邻的位置上还具有一个上游降液管。上游降液管带有孔板，使该降液管的底端密封，该底端位于塔盘之下泡沫层之上的高度。

Description

气—液接触装置

本发明涉及的是一种气—液接触装置。

在用于气体和液体接触的工业塔中，带有降液管的多孔板塔盘是最通用的内部构件之一。在这种塔中，液体流过塔盘并经降液管在逐个塔盘中向下流动，同时气体向上渗透通过塔盘使其上的液体发泡。在低的液体流速下，通常每个塔盘使用单一的降液管。但在高液体流速下，如在加压蒸馏和吸收情况下，一根下导管可能不足以操纵液体的流动，而可能会发生降液管溢流。因而，每个塔盘上不得不装配多根降液管，例如，可参见，“使用有多根降液管的塔盘来增加塔容量”，联合碳化公司(Union Carbide Corperation)，1983。多个降液管通常设置成使塔盘上的流动液体分隔为两条、四条或者甚至六条流径，即，将流动液体分隔为若干条不同的、较短的液流，每条液流流向不同的降液管。这种通用的设置方式的缺点可以归还为以下三个方面：(1)复杂的结构增加了构造的价格，(2)短的液体流径降低了在每个塔盘上的液体/气体接触时间，因而降低了塔盘的效率，(3)几乎不可能相等地将塔盘上的液流分割成两条、四条或六条流径，所以在每个塔盘上可导致气/液严重的分布不均。

许多因素可造成降液管溢流，如高的塔盘压降，穿过每根降液管的流体磨擦非常大，等等。但在每根降液管入口区的磨擦头损失很可能是最主要的因素。因而，降液管的容量极可能主要受入口磨擦所限制。

本发明的目的是提供一种气-液接触装置，其中通过增加液体降液管的处理容量和降低其入口区的磨擦头损失来实现塔盘容量的增加。

本发明的目的是通过下述特征来实现的，本发明的气-液接触装置，包括，

a)一个向上延伸的壳体，

b)一系列多孔板塔盘在不同的水平面上将壳体隔开，所述塔盘具有排液口用于在操作中使液体在壳中下降，从液体入口处流过塔盘到排液口，同时在所述塔盘上该液体被要与之接触的气体发泡，所述气体在壳体中上升并扩散透过塔盘的孔眼，

c)对于每个多孔板塔盘，具有降液管和溢流堰，其特征是，

i)每个上述塔盘为液流从所述液体入口处穿过塔盘提供了不受阻拦的流动通道，

ii)一溢流堰在液体流动方向的横断方向上将排液口分隔成下游和上游降液管入口，每个降液管在液体流动的横断方向上沿着排液口的长度延伸，并且每个多孔板塔盘还包括：

iii)下游降液管悬挂在下游入口与该降液管出口之间，

iv)上游降液管悬挂在上游入口与液体出口之间、该出口高于由下游降液管出口液体发泡流出的平面，

v)一个阻碍液体流动的多孔板，用于在操作中在上游降液管的底部形成流动液体的液体池，并在由下游降液管排出的未受阻碍的液流之上从所述的池分布液体。

在本发明的一些实施例中，在每个排液口的上游端设置发泡保持堰。

在本发明的其它实施例中，壳体是圆筒形的，每个排液口的形状为圆周的一部分，且溢流堰将排液口分隔使得下游导管的横断面的形状与排液口相比是圆周更小的部分。

在另一个实施例中，对每个多孔板塔盘，提供了一个分隔挡板，其一端与壳体密封，并延伸跨过该塔盘以提供在其另一端与壳体之间的排泡沫通道，而且塔盘降液管的排液口设置成使得液体沿每块挡板的一侧流动，穿过泡沫通道，然后沿该挡板的另一侧返回。

至少一根上游降液管可以成形为在上和下升气管之间的一个台阶，以减少其流道在液体从中流动方向上的横截面积，该台阶可以是多孔的，以使得液体可透过。

该台阶式升气管可以是倾斜的以在液体流动方向上逐渐减少降液管流道的横截面积。

挡板可以成形为下升气管的向上延伸部分。每块多孔板塔盘紧贴每个排液口之下的部分可以是元孔的，以用作对向上流动气体的挡板。

在附图中以举例方式说明本发明的实施例。

图1是一气—液接触装置纵向延伸部分的透视图，除去了其壳体的一部分以展示内部。

图2是用于验证本发明的实验装置的示意图。

图3至6是表示液体流速处理容量的图线，以可对比的单一、通用的降液管气液接触装置与本发明的装置比较，考查不同流速下的泡沫高度。

图7至9是本发明不同实施例的示意图。

图1中示出了总体标号为1的气—液接触装置，它包括，a)向上延伸的壳体2，b)在不同平面高度上将壳体2分隔的一系列多孔板塔盘4至7，它们分别具有排液口8至11，用来在操作中使液体如箭头A所示在壳体2中下降流经塔盘4至7，同时在塔盘4至7上液体被所要接触的气体形成泡沫，该气体如箭头B所示在壳体2中上升并扩散透过塔盘4至7的孔眼，和c)对每个多孔板塔盘4至7，

i)分别有溢流堰12至15，在液体流动方向A的横断方向上将排液口8至11分隔成下游和上游降液管入口，如对排液口8分别标为16和17。

ii)下游降液管，如标为18的，悬于下游入口16至降液管18的出口21之间，

iii)上游降液管，如标为20的，悬于上游入口17至排液口22之间，该排液口22高于由下游降液管18的下游降液管出口21排出液体的高度，和

iv)一阻碍液体流动的多孔板，如标号为24，用来在操作中在上游降液管20的底部形成流动液体的液封，并使来自下游导管18的发泡的液体边未受阻碍的流动边分布液体。

在该实施例中，壳体2是圆筒形的，每个排液口8至11的形状为圆周的一部分，每个溢流堰12至15将相应的排液口8至11分隔使得下游降液管(如标号16的)横截面相对于排液口8是圆周更小的部分。还有，在该实施例中，每块多孔板塔盘4至7紧贴每个排液口8至11之下的部分，如部分19，是无孔的以用作向上流动气体的挡板。

如在后面将要讨论的一些实施例中，在每个排液口8至11的上游端提供了泡沬保持堰，如对排液口10标号为26的。

在操作中，液体入壳体2的上端，按箭头A标明的路径流动，从壳体2的下端以公知方式排出。加压气体送入壳体2的底端，按箭头B标明的路径向上流动，从壳体2的顶部以公知方式排出。

当液体流过多孔板塔盘4至7时，它被向上流动并透过多孔板塔盘4至7的气体发泡，从而使所述液体和气体进行高表面积的接触。发泡的液体按箭头A所示流过每个塔盘，它的第一部分受堰12至15阻碍向下流入上游降液管，如上游降液管17，发泡液体的第二部分溢过堰12至15向下流入下游降液管，如下游降液管16。

向下流入下游降液管(如16)的发泡液体、由出口(如21)流出，以流过并在下一个更低的多孔板塔盘上发泡。流入上游降液管(如20)的发泡液体在阻碍液体流动的多孔板(如24)上聚集，在该多孔板上对着向上穿过上游降液管(如20)流动的气体形成了液体池。出自该池的液体喷淋在来自出口21的发泡的液体上。

可以设置泡沫保持堰(如26)以有助于确保在每个多孔板塔盘4至7上保持所需厚度的泡沫层。测试实验和结果

图2所示为用于验证本发明的装置，与图1相似的部分用相同的标号表示，并依据前面的说明对它们进行叙述。在该装置中使用了两个试验塔盘4和5。

在图2中，由透明树脂材料制成的壳体2具有一个排空气的上端30和下端送气室32。上端30具有水入口34，收集缶38中的循环水通过旋转泵36经过测量流速的旋子流量计40和42从该入口导入。下端32具有排水管44至47，用于从多孔板塔盘48，经过送气室32将水排出至收集缶38中。旋转式空气鼓风机50将加压空气送入送气室32。来自鼓风机50的空气流速由热线风速计52测量。测压计54用于测量塔盘5之下至塔盘4之上的空气压力降。

在测试过程的操作中，通过鼓风机50将空气吹入送气室34，同时通过入口34将水由缶38循环至壳体2的顶部。

开始测试时，将水的流速设定在一所需值，使水向下流过塔盘4、5和48。然后开动空气鼓风机50，空气的流量逐渐增加直到通过透明的壳体2看到塔盘充满发泡的水。

主要针对降液管悬垂长度和底部、开口端、横截面积对降液管操作容量的影响进行测试。

试验中，空气和水的流速、塔盘压降和泡沫高度进行记录。将结果与通用、可对比的仅采用一个下游降液管的气—液接触装置进行比较。

进行以下的试验并给出从中得到的结果。

在图3至6试验结果的图线中使用了以下的术语，Cb＝降液管容量因素，＝Vb(Pv/(P1－Pv))^0.5SDC＝两级降液管(上游降液管＋下游降液管)E＝上游降液管底部开口面积分数GPM＝每分钟的US加仑数。gal/minL＝以英寸表示的上游降液管的悬垂长度Lw＝堰长度，in。Vb＝以鼓泡面积为基柱的气体速度，ft/sP₁＝液体密度，lb/ft³Pv＝气体密度，lb/ft³σ＝液体表面张力，dyn/cma)一级和两级降液管容量的比较

图3以图线对比了单一通用降液管装置及申请人的两级降液管的容量，在图3中，降液管容量因素以英寸数相对于液态水流速GPM/Lw以每分钟的加仑数来绘制。可以看出，在低液体流速下，两种装置的容量几乎相等。这种现象的原因是，在低液体流速下，在申请人的上游降液管中的澄清液体不足以封住其降液管底部，两级降液管如同通用的单一降液管那样运行。但是，在增加液体流速时，上游降液管开始被封住，上游降液管有助于附加的液体处理容量。从图3中可以看到，随着液体流速的增加一级和两级降液管间容量的差别变的越来越大。当降液管容量因素Cb＝0.25时，通过两级降液管的液体流速比通过单一降液管的高80％，而当液体与气体的摩尔流量比值为常数时(即，L/V＝常数)，则液流的容量高50％。b)上游降液管底部开口面积对两级降液管容量的影响

在这项研究中，使用了上游降液管低部的两个不同的横截面积(20和40％)来测试它们对降液管容量的影响。图4表明，20％开口大于40％开口的容量。试验结果表明，上游降液管的底部有40％开口面积时，其降液管的底部不能被完全封住。一旦上游降液管未被封住则容量就要降低。因而，需要细心设计底部的开口面积。通过考虑气/液流速、系统性能、降液管悬垂长度和顶部开口面积可选择恰当的开口面积。此外，还发现如后面所述的如果上游降液管设计成顶部横截面积大于底部横截面积的斜降液管时，这可允许在降液管中有最小的气流影响和最大的气/液分离。c)上游降液管的悬垂长度对两级降液管容量的影响

首先测量上游降液管的悬垂长度为7in.时两级降液管的容量。然后，该悬垂长度由7减至4in。上游降液管的悬垂度对容量的影响示于表5。在低液体流速下，两者都不能被良好的密封。因而，它们的容量相近。但在液体流速增加时，7in.长度的降液管表现出更高的容量，因为与4in.长度相比它能以更好的方式被密封。事实上，当塔盘被淹没时，压降通常超过3in.水。因此，尽管在高液体流速下，在悬垂高度为4in.的上游降液管中的澄清液体不足以保持该压头。由此看起来随着悬垂高度的增加降液管的容量将增加，只要上游降液管的入口磨擦不是控制因素。然而，对于最佳结果，在下面的塔盘上的泡沫应不接触上游管降液管的底部。d)液体表面张力对降液管容量的影响

为研究表面张力对降液管容量的影响，测试了含ppm量表面活性剂的进料水。液体的表面张力测定为56dyn/cm。表1表明，随着液体表面张力的减小，一级和两级降液管的容量都减小，但是申请入的两级降液管的容量下降幅度比通用的一级降液管小得多。

表1.液体表面张力对降液管容量的影响

Vb＝4.84＋ft/s

DC1，GPM/LW		SDC^*，GPM/Lw
DC1，GPM/LW		SDC^*，GPM/Lw		σ＝72	σ＝56	σ＝72	σ＝56
2.91	1.34	4.48	3.58	σ＝72	σ＝56	σ＝72	σ＝56

^*DC2：L＝7in.，E＝0.4e)有一级和两级降液管的筛板塔盘的滴漏和倾流现象

图6表明与一级降液管的塔盘相比，有两级降液管的塔盘的滴漏和倾流点都低得多。事实上，有两级降液管的塔盘很难观察到倾流点，因为上游降液管有出口堰，塔盘上的大部分液体通过上游降液管滴下。在低气体流速下，塔盘上仅有一薄层液体。因而，与通用的降液管相比，有申请人的两级降液管的塔盘滴漏和倾流发生在气体流速低许多的情况下。结论

试验结果表明，用申请人的两级降液管代替通用的降液管可以增加容量。发现当液与气比值为常数时两级降液管使容量增加50％，在气体流速为常数、Cb＝0.25时使容量增加80％。有两级降液管的塔盘的操作下限比有通用降液管的低的多。这对板式塔可导致宽许多的操作范围和更高的极限负荷比。应谨慎地设计上游降液管以使其能自密封。优选上游降液管是斜管，如后面所述，以使气流的干扰最小。

在图7中，与图1所示相似的部件用相同的标号表示，并依据前面的叙述对它们进行说明。

在图7中，隔离挡板52一端54与壳体2密封，并跨塔盘4延伸以提供在其另一端56和壳体2之间的泡沫通道55，对降液管如17和18设置排液口如8和9，使液体沿每块挡板52的一侧流动，通过泡沫通道55，然后沿该挡板52的另一侧按箭头所示返回。

在图8中，上游降液管17成形为在上升气管58和下升气管60之间有一台阶56，以减小其流道在液体从中穿过的D方向上的横截面积，且该台阶56是多孔的以透过液体。

在图9中，与图8所示相似的部件以相同的标号表示，并依据前面的说明对它们进行叙述，升气管64和66是倾斜的以逐渐减小降液管流道在液体从中流过的D方向上的横截面积。

如需要，可提供挡板68构成下升液管66的向上延伸段。

图1所示的上降液管是斜的也在本发明的范围之内，如以虚线所示并标为70的。

本发明不仅可增加通用的1、2、3和4一流径塔盘的容量，而且可以增加改进的交叉一流动(Cross-flow)塔盘的容量，这类塔盘如授予专利权给Nye(US专利5,047,179)、Chuang和Everatt(US专利4,504,426)以及Binkley等(US专利4,956,127)的。

Claims

1.一种气-液接触装置，包括：

a)一个向上延伸的壳体，

c)对于每个多孔板塔盘，具有降液管和溢流堰，其特征是，

iii)下游降液管悬挂在下游入口与该降液管出口之间，

iv)上游降液管悬挂在上游入口与液体出口之间、该出口高于由下游降液管出口液体发泡流出的平而。

v)一个阻碍液体流动的多孔板，用于在操作中在上游降液管的底部形成流动液体的液体池，并在由下游降液管排出的未受阻碍的液流之上所述的池分布液体。

2.如权利要求1所述的装置，其特征是，还包括在每个排液口的上游边的泡沫保持堰。

3.如权利要求1所述的装置，其特征是，所述壳体是圆筒形的，每个排液口的形状为圆周的一部分，溢流堰将排液口分隔使得下游降液管的横断面的形状为比排液口更小的圆周部分。

4.如权利要求1所述的装置，其特征是，在每个多孔板塔盘上，一个隔离挡板的-端与壳体密封，并跨该塔盘上延伸以在其另一端与壳体之间提供一个泡沫通道，且降液管的塔盘排液口设置成使液体沿每个挡板的一边流动经过泡沫流道，然后沿该挡板的另一边返回。

5.如权利要求1所述的装置，其特征是，每个多孔板塔盘紧贴每个排液口之下的部分是无孔的，用于在操作中用作向上流动气体的挡板。

6.如权利要求1所述的装置，其特征是，至少一个上游降液管成形为在上游和下升气管之间有-台阶，以在液体中流过的方向上减少该流道的横截面积，并且该台阶是多孔的以使液体可渗透通过。

7.如权利要求6所述的装置，其特征是，包括一个挡板，它构成下升气管的向上延伸段。

8.如权利要求6所述的装置，其特征是，所述的台阶式升气管是斜的，以在液体从中流过的方向上逐渐减少降液管通道的横截面积。