CN104027999B - 一种高通量塔板 - Google Patents

Abstract

本发明提供板式塔传质内件领域的一种高通量塔板；本发明为一种高通量塔板，所述塔板包括一组降液单元和一组鼓泡单元，所述降液单元和鼓泡单元之间间隔布置；所述鼓泡单元为驼峰状突起结构，且开设有气体通道；所述降液单元为下沉式结构，且开设有液体通道；沿塔高度方向平行设置一组所述塔板；在相邻两层所述塔板间，上层塔板的降液单元对应一个下层塔板的鼓泡单元，气体自鼓泡区穿过后升至上层塔板。本发明的塔板的横切面为曲线，塔板的面积增加，所以可增加开孔面积，提高气相处理能力；本发明解决了现有高通量板式塔效率低的缺点，在与筛板塔相同的传质效率下可进一步增加处理能力，可较MD/ECMD塔板的处理能力高出20%～40%。

Description

一种高通量塔板

技术领域

本发明涉及气液传质领域的分馏塔（精馏塔）内构件，进一步地说，涉及板式塔传质内件，为一种高通量塔板。

背景技术

板式塔的历史比较长，内件也有多种。从最早的泡罩塔板，发展到筛板、浮阀塔板，还有各种穿流塔板，都有不同的应用范围。UOP公司发明的MD/ECMD塔板突破了传统板式塔设计理念，塔板上设置多个降液管，一般多于4个，并悬挂在塔板下部，这样既增加了液相处理能力，有增加了鼓泡区面积，进而也能提高气相处理能力（见图1）。然而，由于设置了多个降液管3a，每个降液管之间的距离较小，使得液体在鼓泡区的流径缩短。另外相邻两层塔板降液管旋转90°，在两层降液管相交的区域不能开降液孔，降液管开孔区域受限制，所以在开孔区域液流强度大，液体在板面上会存在较大梯度，易造成气体偏流。由于以上两个原因，MD塔板的传质效率较普通筛板塔低5～10个点，处理能力也受到限制。

公开号为CN1110868A的中国专利提供一种塔板，所述塔板板面平直，其特征是在板面上开有小固阀或小动阀，阀面均呈梯形。与普通筛板塔比较操作弹性有所增加。

发明内容

为解决上述现有技术存在的中问题，本发明提供一种高通量塔板，能解决现有技术中流径短、效率低、鼓泡面积受限制的问题，并进一步提高气液相处理能力。

本发明为一种高通量塔板，所述塔板包括一组降液单元和一组鼓泡单元，分别用于进行气液分馏；

所述降液单元和鼓泡单元之间间隔布置；

所述鼓泡单元为驼峰状突起结构，且开设有气体通道；所述鼓泡单元的气体通道为筛孔和/或固阀。所述鼓泡区气体通道一般设计为筛孔，筛孔尺寸视需要而定，直径通常为3～25mm，优选为不小于6mm，更优选为6～15mm；所述鼓泡区气体通道还可设计有固阀，形状可为圆形或条形，尺寸可根据实际需要，采用本领域常用尺寸范围。

所述降液单元为下沉式结构，且开设有液体通道；

沿塔高度方向平行设置一组所述塔板；在相邻两层所述塔板间，上层塔板的降液单元对应一个下层塔板的鼓泡单元，即所述降液单元位于所述鼓泡单元的驼峰状突起的正上方；液体自降液单元流到下层塔板，气体自驼峰形鼓泡单元穿过后升至上层塔板。一个所述降液单元与相邻的降液单元的距离均为400～1000mm。

本发明为了解决现有技术中的问题，一种实施例为所述降液单元为悬挂式降液管，所述悬挂式降液管的管壁和相邻所述鼓泡单元的下缘连接；在所述悬挂式降液管底部开孔，用于液体流通；各个所述悬挂式降液管位于下层塔板鼓泡单元上。

上层塔板的所述悬挂式降液管底端和下层塔板驼峰状突起的正上方的距离为50～300mm。

本发明另一种实施例为，所述降液单元为本领域常用的传统的降液管6；在所述鼓泡单元的驼峰状突起上设置受液区5，且在所述受液区周围固定有密封堰7；所述降液管一端探入密封堰7内；所述密封堰7高度为20～80mm；各个所述降液管位于下层塔板鼓泡单元的受液区5上；

上层塔板的所述降液管底端和下层塔板受液区5的距离为30-150mm。：

所述降液管内设置有溢流堰，以满足其底隙和侧隙的要求，满足液封；所述溢流堰高度40-80mm。

本发明第三种实施例为，所述塔板为波形塔板，即其截面形状为波浪形；所述降液单元为波谷，所述鼓泡单元为波峰；在所述各个波峰上设置有气体通道，在所述波谷端设置有液体通道；上层塔板的波谷的最底端为下层塔板的波峰最高端；液体自波谷处穿过流到下层，斜面及波峰为鼓泡区，气体自该区域穿过塔板上升。

在所述塔板各个波谷的下表面设置有导流板11，所述导流板11沿垂直于塔板的方向固定在降液单元底部，且其一端设置在下层塔板的波峰的正上方。

相邻两个所述降液单元之间，即相邻两个波谷之间的距离为60～800mm，所述波峰和波谷之间的高度范围为20～500mm，所述波谷处的最低处开孔直径为3～25mm。

本发明第四种实施例为，所述塔板为类波形塔板，所述鼓泡单元为波峰，而所述降液单元为类波谷形状，所述波谷区最底端为平面；在所述各个波峰上设置有气体通道，在所述类波谷上设置有液体通道；上层塔板的波谷的最底端为下层塔板的波峰最高端；液体自波谷处穿过流到下层，斜面及波峰为鼓泡区，气体自该区域穿过塔板上升。

本发明是通过以下方式来实现：首先，设计多个均布排列有一定间距的降液单元，降液单元间即为鼓泡区，其不是平板，而是中间突起如驼峰的形状。驼峰的高度根据需要而设计。相邻两层塔板必须按照下列方式安装：上层降液单元中心与下层塔板的驼峰中心在一个垂直平面内，也就是，使自降设施流出的液相落到下部驼峰突起区域，然后分流到侧面。

鼓泡单元通常直接开筛孔，如果需要也可以设置固阀。

降液单元可采用悬挂式降液管4，降液管底部距驼峰顶距离远，一般大于30mm，其底部开孔用于液体流出，悬挂式降液管4内部液体需形成自密封。在采用悬挂式降液管4的情况下，下部塔板不设置受液区5，驼峰顶部区域也可开气相通孔，增加开孔面积。

降液单元也可采用传统形式的降液管。在此情况下，下层塔板驼峰突起2上需设置受液区5，并设置密封堰7，降液管底隙根据水力学计算。

在一些情况下，如气体量的分馏塔，可以将降液设施的设计进一步简化，如可参见图4，直接在塔板的最低处开孔作为液体通道，形成降液单元，不设置垂直的降液管，也不设置受液区。降液单元可以底平，也可以呈下凹状。

如果降液单元采用下凹状结构10，可以将塔板的横切面设计成波形，上层塔板的波峰对应下层塔板的波谷。液体自波谷处穿过流到下层，斜面及波峰即构成为鼓泡区，气体自本区域穿过塔板上升，可以称之为波形塔板。这种塔板加工简单，强度高，操作弹性和效率高于穿流塔板。

本发明解决了现有高通量板式塔效率低的缺点，在与筛板塔相同的传质效率下可进一步增加处理能力，可较ECMD塔板处理能力高出20%～40%。

具体地，本发明的特点及有益效果：

1、所述塔板横切面为曲线，从而可使塔板的面积增加，所以可增加开孔面积，提高气相处理能力；

2、液体在鼓泡区的流径延长，从而既增加了与气相的基础机会，也消除了液体的梯度；

3、曲线的形状增加了塔板的强度，可以采用较薄的塔板以降低投资。

4、本发明在与筛板塔相同的传质效率下可进一步增加处理能力。

综上所述，本发明的塔板在提高处理效率的同时可节约生产成本，具有良好的应用前景，值得推广应用。

附图说明

图1为现有技术中的塔板的示意图；

图2本发明实施1的带有悬挂式降液管的高通量塔板的横切面示意图；

图3为本发明实施例2的带有受液区和密封堰的高通量塔板的横切面示意图；

图4为本发明实施例3降液单元采用波浪形结构的的高通量塔板的横切面示意图；

图5为本发明的降液单元采用波浪形结构并设有导流板的高通量塔板的横切面示意图；

其中，图1中，1为塔壁2a为塔板，3a为降液管；

图2中，2为鼓泡单元的驼峰状突起，，3为鼓泡单元的倾斜面，，4为悬挂式降液管；

图3中，5为受液区，6为降液管，7为密封堰；

图4，图5中，8为鼓泡单元的波峰突起顶端，9为鼓泡单元倾斜面，10为波谷，11为导流板。

具体实施方式

为了验证本发明结构的效果，申请人进行了如下实验。

实验1

在某80万吨/年乙烯装置2#丙烯塔直径7米，采用160块普通4溢流浮阀塔板中，塔板间距500mm，后来装置预扩能到年产100万吨乙烯。采用本发明如图2的塔板进行一对一进行更换，鼓泡区筛孔的直径为13mm。采用悬挂式降液管4，相邻两层塔板的悬挂式降液管4个数分别为6个（奇数无侧降液管层）和7个（偶数有侧降液管层），板间距维持500mm不变。壳层保持不变，利用原来的支撑圈，可以达到扩能要求。

实验2

某80万吨/年乙烯装置汽油分馏塔直径11.5米，原设计采用人字挡板+固阀塔板方案，固阀塔板间距900mm。后由于扩能改造，需增加处理能力约25%。利用本发明的如图4的塔板技术方案：相邻两峰之间距离500mm，谷峰间高差350mm，塔板开孔直径20mm，板间距不变，可在维持塔壳不动的条件下达到扩能要求。根据新的气液负荷数据对各塔段进行水力学计算，确定人字挡板可不更换。

Claims (12)

1.一种高通量塔板，其特征在于：

所述塔板包括一组降液单元和一组鼓泡单元，分别用于进行气液分馏；

所述降液单元和鼓泡单元之间间隔布置；

所述鼓泡单元为驼峰状突起结构，且开设有气体通道；所述降液单元为下沉式结构，且开设有液体通道；

沿塔高度方向平行设置一组所述塔板；在相邻两层所述塔板间，上层塔板的降液单元对应一个下层塔板的鼓泡单元，即所述降液单元位于所述鼓泡单元的驼峰状突起的正上方；液体自降液单元流到下层塔板，气体自驼峰形鼓泡单元穿过后升至上层塔板。

2.根据权利要求1所述的一种高通量塔板，其特征在于：

所述鼓泡单元的气体通道为筛孔和/或固阀。

3.根据权利要求1或2所述的一种高通量塔板，其特征在于：

所述降液单元为悬挂式降液管，所述悬挂式降液管的管壁和相邻所述鼓泡单元的下缘连接；在所述悬挂式降液管底部开孔，用于液体流通；各个所述悬挂式降液管位于下层塔板鼓泡单元上。

4.根据权利要求3所述的一种高通量塔板，其特征在于：

上层塔板的所述悬挂式降液管底端和下层塔板驼峰状突起的正上方的距离为50～300mm。

5.根据权利要求1或2所述的一种高通量塔板，其特征在于：

所述降液单元为降液管（6）；在所述鼓泡单元的驼峰状突起上设置受液区（5），且在所述受液区周围固定有密封堰（7）；所述降液管一端探入密封堰（7）内；所述密封堰（7）高度为20～80mm；各个所述降液管位于下层塔板鼓泡单元的受液区（5）上。

6.根据权利要求5所述的一种高通量塔板，其特征在于：

上层塔板的所述降液管底端和下层塔板受液区（5）的距离为30-150mm。

7.根据权利要求5所述的一种高通量塔板，其特征在于：

所述降液管内设置有溢流堰，以满足其底隙和侧隙的要求，满足液封；所述溢流堰高度40-80mm。

8.根据权利要求1或2所述的一种高通量塔板，其特征在于：

所述塔板为波形塔板，即其截面形状为波浪形；所述降液单元为波谷，所述鼓泡单元为波峰；在所述各个波峰上设置有气体通道，在所述波谷端设置有液体通道；上层塔板的波谷的最底端为下层塔板的波峰最高端；液体自波谷处穿过流到下层，斜面及波峰为鼓泡区，气体自该区域穿过塔板上升。

9.根据权利要求8所述的一种高通量塔板，其特征在于：

在所述塔板各个波谷的下表面设置有导流板（11），所述导流板（11）沿垂直于塔板的方向固定在降液单元底部，且其一端设置在下层塔板的波峰的正上方。

10.根据权利要求8所述的一种高通量塔板，其特征在于：

相邻两个所述降液单元之间，即相邻两个波谷之间的距离为60～800mm，所述波峰和波谷之间的高度范围为20～500mm，所述波谷处的最低处开孔直径为3～25mm。

11.根据权利要求1或2所述的一种高通量塔板，其特征在于：

所述塔板为类波形塔板，所述鼓泡单元为波峰，而所述降液单元为类波谷形状，所述波谷区最底端为平面；在所述各个波峰上设置有气体通道，在所述类波谷上设置有液体通道；上层塔板的波谷的最底端为下层塔板的波峰最高端；液体自波谷处穿过流到下层，斜面及波峰为鼓泡区，气体自该区域穿过塔板上升。

12.根据权利要求1或2所述的一种高通量塔板，其特征在于：

一个所述降液单元与相邻的降液单元的距离均为400～1000mm。