CN1037411C - 逆流塔两交换部间的气液分配器 - Google Patents

逆流塔两交换部间的气液分配器 Download PDF

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Abstract

对流塔气/液分配器中的液体管，其出口几乎伸到下塔部，分配器底部每平方米上至少设十条气道，将上升的气体引导并分配。气道的总气流截面不大于点据全部塔截面的底面积的10%。气道的气流截面除有相当窄的进口截面外，还有一缩径部。由于的静气压，首先使气体的分布均匀，并当通过塔部时，将气体及液体基本分别引导，以取得相当高的气体流速。两流路基本分离，尤其在流动参数φ＞0.1的对流塔中，可提高气流及液流的稳定性，从而提高对流塔的效率。

Description

逆流塔两交换部间的气液分配器
本发明与一种逆流塔的气液分配器有关，逆流塔有若干蒸汽道在底部上分布，并有若干管子排出在气道之间分布的液体。
这种分配器的器械属于已知，例如(瑞士)专利第CH-A-642,566所公开的。
将气体从与气体逆流的液流中分离的已知分配器，效率相当低，尤其用于下列公式限定的流动参数大于0.1的逆流器时：
＝L/G×(ρG/ρ1)1/2式中L与G质量流量，ρL与ρG分别代表液体与气体的密度。这种高流量参数表示流动液体与流动气体动能的比率，常见于诸如压力高于5巴的高压蒸馏塔，和液体载荷非常高的吸收塔。
在高压蒸馏塔中，压力高于5巴，气体的密度很大，诸如从10到70公斤/米(质量)，而液体的密度相当小，例如从300到500公斤/米3结果密度比相当小，ρ液体：ρ气体(ρL/ρG  )例如约为10。因此相对稠密的气体易于携带液体，尤其当表面张力小而造成若干小滴珠时。这样便难以用上述蒸馏塔，将液体从气体中分离，上述塔例如常用于石油蒸馏或将轻烃类分离。
并且，在高压蒸馏塔中，气体与液体的流速比(VG/VFL)也相当低，举例而言，也约为10。因此气流不稳定。高压蒸馏装置中装有塔，塔的交换部中有规整的或乱堆的填料，因此分离效率不高。因此过去主要采用板式塔作高压蒸馏。板式塔的缺点为蒸馏的作用区域小，例如仅占塔的截面积的15％，其余面积由降液管占据。
本发明的目的是制造一种气/液分离器，尤其在上述的高流动参数塔中，保证向相邻的上下填料层匀速供给气体与液体，并且在两填料层之间的区域中，维持稳定的气流与液流状态，以取得塔的最高生产率。为此，在本发明中，管子的出口向下几乎伸到塔下部的附近，底部每平方米至少设管道十条，布满塔的全部截面，管道流的总截面最多为底部截面积的10％，每条管道的截面积中，有一个相对进口截面积的缩径部。
在先有技术中，气流截面积有最大的尺寸，约为总截面积的30至50％，以减小分配器中的压力降。在本发明中，特意缩小气流截面积，目的在于增加压力损失。与过去的观点相反，据发现这是为取得气体均匀分配所必须的，甚至，或尤其在流速相当低时。这种均匀分配通过一个压头取得，压头通过在各分配器中减小总气流截面积得到。同时使气体流速增高，结果比过去很大程度减小液体对气流的影响。
这新颖分配器的另一效果，是将气体及液体沿分别的流路引导，使之在塔的每对交换部之间有非常大的分离。
据发现假如液体管从下塔部至少伸出30mm，并且假如排液管在底部的每平方米中至少设置150个，则很有利。
为防止虹吸作用将液体从充满液体的管中“抽吸”，这种“抽吸”会造成管中液体的无法控制的不均匀流动，则管子在槽底下方的一个非常近的距离上设通气口有好处，为此，可至少有一个孔，靠近底部的下方在管壁上形成。
为按上述将流路基本分离，还发现假如将气道的出口伸到非常接近塔的上部，例如与之相距不超过50mm会有利。对于气道中流路缩径部，截面积减小到进口截面积的1/2至1/5可取得良好效果。而且将缩径部放在管道的出口，使气体凝结成的水都可以从管道中流出，较为有利。假如管道的出口为若干小出口管，环绕管道放置，气体的均匀分配可更加提高。最后，对组装有利的一个特点，尤其当管道几乎道伸到交换部时，是将管道在垂直方向上分段。
由于管道很多，有必要简化组装。为此，用底部通孔中的突圈夹持管道，并用与底部有距离的横杆夹紧。横杆与底部间的距离，保证不致妨碍液体通过放在横杆下面的管子排出。
最好将收集液体并将液体彻底搅和的管形槽设置在分配器内，一部分封闭，而一个第二部分至少设一个底部上的液体出口，底部出口位于槽道的端部，并且/或者省去槽道的一个端壁作出口，这样做有好处。
在另一方面，假如底部出口为若干在不超过槽的一半长度上分布的孔会有好处，但最好在四分之一的长度上分布。孔可布置在槽端，或在槽长的中点上。
假如槽底部上的出口在同高度点上在正对的相反方向上放置，便可用上述的槽，以特别高的效率将液体收集并搅和。假如在每两条有“端部出口”的槽之间，放置一条有中部出口孔的槽，便成为另一种效率好的装置。另一种有利的特点，是将槽分两层，其纵轴线互相垂直。
如文首提及，本发明的理想用途，为用于逆流塔的气/液分配器，流动参数大于(＞)0.1。
现对本发明参照附图进行详细解说，附图如下：
图1为本发明逆流塔一部分一个实施方案纵向剖面示意图；
图2为图2中上下区域部分的放大比例图；
图3为通过图2中线III-III的剖视图；
图4示管形槽的实施例；
图5为与塔轴线垂直的剖视，示塔的部分剖面，及其中槽的安排；
图6与图5相似，为通过图1中线VI-VI的剖视，仅示一部分的槽。
图1表示带有部分2a，2b的高压蒸馏塔1，其中部分2a、2b包含有诸如规整填料件，即CH-A-398,503号所述的波纹多层件。
部分2a，2b由一个自由空间3分隔，其中放置一个气/液分配器4，该气/液分配器贮槽底5安装在塔壁的支架6上。
若干气道7在底部5上形成，并如图5所示，在塔1的截面中成行或成列规则排列，另有若干管子8在气道7的行列之间安装。如上述，在自由塔空间中，每平方米至少设十条气道，并至少设150根管子。在本例中，每平方米有20条气道7和180根管子8。
气道7的气体出口9几乎伸到放在空间3上方的塔部2a，在气体流向的下游。本例中出口9相距部分2a的距离为30mm。在本例中气道7的出口9，总截面积约等于气道7进口截面的1/3，形式为在气道7表面上横向固定的弯管，通过缩径截面11与气道7的内部接通流路。当然出气口9可有其他形式，举例如围绕气道表面周缘分布的孔，或为带盖的环形槽孔等等。然而图示的弯管10，尤其在环绕气道7布置时，有优点为：从每一气道7排出的气体，分布面积大于气道截面。由于距离A小，气态与液态在逆流时互相影响的机会少，这样可改善两态的分离。
管8焊接在底5上，用孔12与“贮藏”在底5上的液体15接通，孔12的截面小于管子的截面。管子8的排流端或出口13，几乎伸到塔的部分2b。在本例中，与部分26的距离B为30mm。由于有这特点，液体达到下一塔部2b，与逆流气体没有很大的接触。因此，与前述相同，气流仅能挟带很少的液体，于是改进两者的分离。大量的管子8可保证涓滴到部分2b上的液体分布均匀。
为防止液体从充满液体的管中被“抽吸”，管子在孔12的附近有通气口，因此管子8上有在周缘上分布的槽孔14。
液体15表面上方伸展的槽道16，在空间3中遍布塔的全部截面，并分两层布置，一层中的槽道16的纵轴线，与第二层的轴线垂直。槽道16的构造将在下文中叙述，其设计为液体仅能从一端附近的底部出口17流出。用这方法可将沿槽的长度涓滴的液体，从全部塔截面中收集，在达到贮槽15前彻底搅匀。彻底搅匀的进一步改进，是因为每一层中的槽道16的“出口端”，交替指向正对的两相反方向，如图5及6所示。或者，也可以使一层中的某些槽道16在底部的中央有出口，可将这些槽道16布置为与有端部出口的槽交替。
为使底部5的组装简化，在气道7的基部附近，形成两个环形突圈18。利用突圈18(图2及3)，将其夹持在底部5与横杆19之间，夹持效果通过放在气道7中并与拧入焊接在底部5下侧上的螺母21中的螺栓20取得。与诸如将气道7焊在底部5上的方法比较，这种固定方法可使装配相当简化，如有需要可通过一个检查孔，在任何时候更换个别的气道7。由于突圈18之间有空间，故甚至在横杆19的二方区域，可无阻碍排出液体。
在底部上形成的并带有支持格栅(末示)的螺孔22的上述管形槽16，有一个底部隔成一个封闭部23，和作为底部出口17的上述部分。在图4及5中，底部出口17有若干孔24集中于一端，或在槽道16的中央，并在槽的不超过一半的长度上伸展，最好仅在1/4的长度上伸展。或者，将出口17放在槽16的一端也有利，其形成方法为减少槽的一个端壁，如图1及6所示的槽。对槽16空间3中的设置目的与安排方法已作了说明。

Claims (15)

1.一种逆流塔(1)的气液分配器(4)，其特征在于：有若干蒸汽道(7)在底(5)上分布，若干液体排泄管(8)在气道(7)之间分布，管(8)的出口(13)向下伸到塔一个部分(2b)处，底(5)每平方米至少设十条气道(7)，遍布塔的全部截面，气道(7)的总气流截面积最多达到底(5)的截面积的10％，每一气道(7)在其气流截面中，有一个相对于进口截面的缩径部分(11)，管(8)向下伸展到与部分(2b)相距30mm处。
2.如权利要求1之分配器，其特征为气道(7)的气体出口(9)伸展到塔的上部(2a)。
3.如权利要求1之分配器，其特征为气体出口(9)与上部(2a)的距离不超过50mm。
4.如权利要求1之分配器，其特征为气道(7)的截面缩小为进口截面的1/2至1/5。
5.如权利要求1之分配器，其特征为气道(7)在垂直方向上分段。
6.如权利要求1之分配器，其特征为气道(7)截面的缩径部(11)布置在出口上。
7.如权利要求1之分配器，其特征为气道(7)的出口孔(9)为若干小出口管(10)，环绕气道(7)布置。
8.如权利要求1之分配器，其特征为管(8)在贮槽底(5)的下方，至少有一个孔(14)通风。
9.如权利要求1之分配器，其特征为设有分配液体的管形槽(16)，有一个第一封闭部(23)，和设有至少一个底部液体出口的第二部分。
10.如权利要求9之分配器，其特征为底部出口(17)设在槽道(16)的端部。
11.如权利要求9之分配器，其特征为底部出口(17)为若干孔(24)，在不超过槽道的一半或1/4长度上分布。
12.如权利要求11之分配器，其特征为部分槽道(16)的孔(24)集中在槽道长度的中点。
13.如权利要求10或11之分配器，其特征为槽道(16)的底部出口(17)，在正对的相反方向上交替设在同高度点上。
14.如权利要求9之分配器，其特征为在一个高度上的槽道(16)，将底部出口在端上的槽道，与在中点上的槽道交替放置。
15.如权利要求9之分配器，其特征为设两层槽道(16)，纵轴线互相垂直。
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