CN103691143B - 一种气液导向塔板 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气液导向塔板，塔板上设有导向孔、导向堰、湍流强化器、降液板，塔板上的导向孔为塔板上冲起的凸台，导向孔与塔板直接相连的一边与塔板水平方向垂直，另一边与塔板水平方向的夹角为‑30°‑30°；塔板上的导向堰为一系列与塔板垂直的挡板，导向堰高度达到或超过底隙高度，导向堰之间的堰宽与液流强度有关；在每块塔板的液相入口处，设置了湍流强化器，湍流强化器为与塔板连成一体的异形障碍物；塔板上的降液板为折线形降液板，增大了开孔区面积和气液传质面积，提高降液管液封高度。该塔板传质效率高、生产能力大、结构新颖、造价低廉，可广泛的应用于化工、炼油、食品、轻工、环境等分离行业中。

Description

一种气液导向塔板

技术领域

本发明涉及一种性能优良、结构新颖、造价低廉的气液导向塔板，属于化工分离过程的汽液传质设备领域。

背景技术

塔设备广泛的应用于精馏、蒸发、吸收、解吸、干燥和萃取等化工单元操作过程中。塔设备涉及的应用领域较广，其中在精馏过程的应用较多。塔设备适合于加压、常压以及减压体系；适合于分离干净体系，也适合于含固体颗粒、易结焦或结垢的固相沉积体系；塔设备还适用于理想或非理想、易起泡或非起泡、低气液负荷或高气液负荷等成千上万的不同分离物系及不同生产要求和规模的分离过程。

随着石油化工行业的快速发展以及经济危机的不断出现，合理的利用现有能量、消除已有设备的瓶颈、最大限度利用设备的生产能力、降低系统的能量消耗是当今企业提高竞争力和经济效益最为有效的方法。塔板作为精馏塔最重要的内件之一，广泛的应用于化工、炼油、食品、轻工、环境等分离行业中。塔板性能的好坏，直接关系到分离系统的生产能力、操作弹性、能量消耗量、产品纯度、环境友好性。因此开发高性能的塔板对于提高精馏单元操作的经济效益至关重要。

塔板上的汽液两相在塔内的流动分布，是塔板流体力学的重要组成部分，一般来说，塔板上汽液两相分布越均匀，塔板的传质性能越好。由塔板的结构分析得知，从降液管下来的液相，由塔板的一端流向另一端，在垂直于液流主体流动方向上，塔板两堰之间的矩形区可以看作主流区，而两侧的弓形区可以看作是返混区，矩形主流区内液体流动近似为平推流，而弓形返混区内液体流动近似于全混流。同时进一步的研究发现，在两堰之间的矩形主流区中，液体速度分布也不均匀，弓形区内液体流动分缓慢流动区和返流区，液体的这种不均匀流动状况严重地影响了塔板效率。

为塔板间液相的传递提供媒介是降液管的特征，液相负荷过大容易引起降液管内液相堵塞，阻止液体的正常流动，从而导致塔板液泛，也就是淹塔，液相负荷过低，会导致降液管的液封高度不合适，气体直接从降液管逸出，影响液相的正常流动。因此设置合理的降液管，对于塔内的气液相流动传质是非常重要的。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，克服塔板上的气液相分布不均匀，同时强化塔板上的扰动，提高传质效率，在现有塔板开发改进的基础上，设计了一种气液导向塔板。一方面能够规范液流的流动方向及液流强度，使液体在塔板上分布均匀，另一方面，强化扰动，增加气液相接触面积，同时，设计出结构合理的降液板，有利于塔板的气液相流动与传质。

为了实现该目的，本发明采用如下的技术方案：

一种气液导向塔板，塔板上设有导向孔、导向堰、湍流强化器、降液板，塔板上的导向孔为与塔板相连的凸台，导向堰设置在液相入口区，湍流强化器为异形障碍物，降液板为折线形降液板。

塔板上的导向孔为塔板上冲起的凸台，导向孔与塔板直接相连的一边与塔板水平方向垂直，另一边与塔板水平方向的夹角为-30°-30°，导向孔在塔板上的排布与塔板上液体流动方向有关。

塔板上的导向堰为一系列与塔板垂直的挡板，导向堰高度达到或超过底隙高度，导向堰之间的堰宽与液流强度有关，导向堰长度与塔板直径呈正相关。

在每块塔板的液相入口处，设置了湍流强化器，湍流强化器为与塔板连成一体的异形障碍物，破坏层流底层，强化扰动，弱化液压，进而强化气体从下层塔板进入液层而形成有效气泡，增加气液相界面从而增加传质效率。

塔板上的降液板为折线形降液板，增大了开孔区面积和气液传质面积，提高降液管液封高度，保证降液管内有一定的积液，有效避免气体从降液管逸出，提高生产能力和分离效率。

本发明与现有的技术相比，具有如下的特点：

塔板上的导向孔是由塔板上直接冲制的凸台，导向孔与塔板直接相连的一边与塔板水平方向垂直，另一边与塔板水平方向垂直会呈一定的角度，导向孔的冲制区域是通过分析塔板上的液体分布而确定，主要分布在液相入口处和弓形回流区。导向孔的存在，使得由导向孔出来的气相可以推动液体沿着塔板向前流动，对于高粘度、易自聚的物系，导向孔的存在可以减小甚至消除塔板上的液面梯度，使气液相分布均匀，使塔板处于最优的操作状态，提高塔板的传质效率。

塔板上液相入口处设置的导向堰，导向堰的堰宽与液流强度相关。塔板上液相区域可以分为矩形主流区和弓形返混区，使得液相在塔板上分布不均匀，而导向堰的存在，规范了液相的流动方向，使液相在进入塔板后能够沿着规定的路径流动，液相在整个塔板平面上大体分布均匀，每个区域的流动均为主流区，减小或消除塔板上液相的流速和流量差异，同时也减小或消除气相的流速和流量差异，以减小塔板上气液相返混，提高传质效率。

在塔板的液相入口处，从降液管下来的液层较厚，气相很难进入这部分的液层而形成鼓泡，会导致传质效率下降。在塔板的液相入口处设置湍流强化器，湍流强化器为与塔板连成一体的异形障碍物，可以是圆柱形、椭圆形或者梯形，塔板水平面与湍流强化器的相接处为圆滑过渡，湍流强化器破坏层流底层，强化扰动，弱化液压，进而强化气体从下层塔板进入液层而形成有效气泡，增加气液相界面从而增加传质效率和生产能力。

为塔板间传输液相是降液管的本质特征，本发明塔板上的降液板为折线形降液板，折线形降液板靠近塔壁一侧弯曲，一方面增大了开孔区面积和气液传质面积，可以使塔板上的汽液传质面积提高10％左右，从而提高传质效率；另一方面，由于降液板在接近受液盘的部分为垂直向下，与降液板和塔板相连的部分平行，但是与塔壁的之间的空间减小，可以在保证液相顺利流下的同时，有效的提高降液管液封高度，保证降液管内有一定的积液，有效避免气体从降液管逸出，提高生产能力和分离效率。

附图说明

图1是Z型导向塔板的导向孔原理示意图；

图2是Z型导向塔板导向孔的俯视图；

图3是导向堰的结构示意图；

图4是湍流强化器的结构示意图；

图5是折线形降液板的结构示意图；

图6是普通降液管的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明作进一步的详细说明。

由附图1-6可以得知，本发明的一种气液导向塔板，主要包括导向孔、导向堰、湍流强化器、降液板、受液盘，其特征在于：塔板上的导向孔为凸台，导向堰设置在液相入口区，湍流强化器为异形障碍物，降液板为折线形降液板。本发明塔板的具体的工作过程如下：由上层塔板流下的液相，沿着折线形降液板的形成的降液管流下，形成一定的液封高度，保证降液管内有一定的积液，液相经过塔板液相入口处的湍流强化器，破坏了层流底层，液层厚度减薄，强化液相扰动，气体从下层塔板进入液层而形成有效气泡，液相继续沿着塔板向前流动，由于导向堰的作用，液相根据其液流强度的不同，被分成不同的区域，在导向堰的导向作用下沿着规定的路径流动，而气相由导向孔的下方以一定的速度通过导向孔上升至上一层塔板，推动着塔板上的液体沿着水平方向向前流动，降低塔板上的液面梯度，使塔板处于最优的操作状态，最大限度地提高塔板的传质效率。

Claims (2)

1.一种气液导向塔板，塔板(1)上设有导向孔(2)、导向堰(3)、湍流强化器(4)、降液板(5)，其特征在于：塔板上的导向孔(2)为与塔板相连的凸台，导向堰(3)设置在液相入口区，湍流强化器(4)为异形障碍物，降液板(5)为折线形降液板；其中，

塔板(1)上的导向孔(2)为塔板上冲起的凸台，形状为Z字型，导向孔(2)与塔板直接相连的一边与塔板(1)水平方向垂直，另一边与塔板(1)水平方向的夹角为-30°-30°，导向孔(2)在塔板上的排布与塔板上液体流动方向有关；

在每块塔板(1)的液相入口处，设置了湍流强化器(4)，湍流强化器(4)为与塔板连成一体的异形障碍物，为圆柱形、椭圆形或者梯形，塔板(1)水平面与湍流强化器的相接处为圆滑过渡，湍流强化器(4)破坏层流底层，强化扰动，弱化液压，进而强化气体从下层塔板进入液层而形成有效气泡，增加气液相界面从而增加传质效率；

塔板(1)上的降液板(5)为折线形降液板，折线形降液板靠近塔壁一侧弯曲，在接近受液盘的部分为垂直向下，与降液板和塔板相连的部分平行，但是与塔壁的之间的空间减小，折线形降液板增大了开孔区面积和气液传质面积，提高降液管液封高度，有效避免气体从降液管逸出，提高生产能力和分离效率。

2.根据权利要求1所述的一种气液导向塔板，其特征是：塔板(1)上的导向堰(3)为一系列与塔板垂直的挡板，导向堰(3)高度达到或超过底隙高度，导向堰(3)之间的堰宽与液流强度有关，导向堰(3)长度与塔板(1)直径呈正相关。