CN104415568A - 一种多溢流塔气液横向阻波方法及多溢流塔 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多溢流塔气液横向阻波方法及多溢流塔，所述多溢流塔的阻波方法包括：步骤1，将每层塔板上鼓泡区分成多个气液流动区域；步骤2，在每个鼓泡区中设置挡板，挡板均沿受液盘到溢流堰的方向排列；步骤3，使气液沿挡板流动，通过挡板限制气液的流动方向。一种多溢流塔，除了包括塔板、降液管、鼓泡区、溢流堰和受液盘，还包括挡板。挡板由上边缘、板身、下边缘构成，挡板下边缘设置有长孔。本发明通过在每个所述鼓泡区中设置挡板，有效减少气液在横向上的波动，使液面相对平稳、均匀，减少液体在波峰处泄漏、在波谷处产生雾沫夹带的可能性，增大传质效率，有效减少鼓泡元件与塔设备共振机率，有效解决塔设备出现放大效应的问题。

Description

一种多溢流塔气液横向阻波方法及多溢流塔

技术领域

本发明涉及多溢流塔领域，特别涉及一种多溢流塔气液横向阻波方法及多溢流塔。

背景技术

目前，塔设备是炼油和化工领域最重要的设备之一，多溢流塔包括塔板、降液管、鼓泡区、溢流堰和受液盘。随着塔设备规模的扩大，使得气液流道中的鼓泡元件数增多，可独立变化的设计变量数激增，并且塔板上液流的惯性力和波动性也显著增强，在设计变量的自由度数与液流惯性力的协同作用下，导致塔板上液层和气体分布的严重不均，使得气液接触传质效果急剧恶化，这种现象称之为放大效应。放大效应会导致塔板上液层和气体分布不均，使得气液接触传质效果急剧恶化。设备规模放大后，塔板上气液流动的波动性增大，产生不正常操作状态的随机性增高，在同一层塔板上会出现鼓泡状态、混合泡沫状态和喷溅状态同时并存的复杂情况，造成液体在除了由降液管至溢流堰方向流动以外，还向其他方向流动，使气液在塔板入口处容易发生泄漏，气液在塔板出口处容易发生过量雾沫夹带。这些问题都会严重影响塔设备的处理能力和传质效率。

多溢流的设计方法是目前解决放大效应最为常用的方法，通过使用降液管将塔板分隔成多个鼓泡区，整个塔体单数塔板和双数塔板分别采取相同的结构。这样可以保证气液错流接触，缩短鼓泡区长度，降低单股液体的液流强度，从而减少液体的自由度数，降低放大效应对塔设备的影响。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

现有技术通过多溢流的方式虽然能使鼓泡区长度降低，但是忽略了气液在横向上的波动，使得液体在波峰处易产生泄漏，在波谷处易产生雾沫夹带，并且随着鼓泡元件个数增多，随机泄漏或雾沫夹带的现象也会加剧，使得传质效率极差，气液分布不均匀。由于气液的波动性增强，导致气液流体的振动频率发生明显改变，当振动频率与塔设备的固有频率一致时，流体和鼓泡元件极易与塔设备产生共振，共振会严重恶化塔设备的操作，影响气液相之间的传质，形成噪音和强烈的机械损害，严重的有可能引发生产事故，因此多溢流塔设计不能有效解决塔设备出现的放大效应。

发明内容

为了解决现有技术不能有效解决塔设备出现的放大效应的问题，本发明实施例提供了一种多溢流塔气液横向阻波方法及多溢流塔。所述技术方案如下：

一方面，提供了一种多溢流塔气液横向阻波方法，所述阻波方法包括：

步骤1，将每层塔板上鼓泡区分成多个气液流动区域；

步骤2，在每个所述鼓泡区中设置挡板，所述挡板均沿受液盘到溢流堰的方向排列；

步骤3，使气液沿挡板流动，通过所述挡板限制所述气液的流动方向。

进一步地，所述步骤1具体为：所述气液流动区域按照位置划分，在所述塔板靠近中间处均匀划分所述鼓泡区，在所述塔板靠近边缘处相对于所述塔板中间处呈辐射状划分所述鼓泡区。

作为优选，所述塔板由塔板块构成，所述鼓泡区上每隔2-6个所述塔板块设置一个所述挡板，所述相邻两个挡板间距为1-3米。

进一步地，所述挡板高度的计算公式为：

其中：H为挡板高度，m；H_T为相邻塔板间距，m；

h_W为溢流堰高度，m；D_T为塔板直径，m；l_W为溢流堰长度，m；

L_W为液体流量，m³·h^-1；Us为空塔气速流量，m³·h^-1；

为塔板开孔率；

ρ_L为液体密度，kg·m^-3；

μ_L为液体粘度，cp；

σ为表面张力，dyn；

a、b、c、d、e、f、g、h、i、j为模型系数。

进一步地，所述挡板高度为所述溢流堰高度的1.5-5倍。

进一步地，根据气体流量和液体流量设计所述挡板的形状。

另一方面，提供了一种多溢流塔，所述多溢流塔包括塔板、降液管、鼓泡区、溢流堰和受液盘，所述多溢流塔还包括多个挡板，所述挡板沿所述受液盘到所述溢流堰的方向均匀设置在所述塔板上，通过所述挡板限制所述气液的流动方向。

作为优选，所述挡板上边缘设置为连续齿形结构。

进一步地，所述挡板板身设置为曲线型。

作为优选，所述挡板还包括长孔，所述长孔设置在所述挡板下边缘，所述长孔用于联通相邻所述气液流动区域。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明实施例提供的一种多溢流塔气液横向阻波方法及多溢流塔，通过将每层的塔板上的鼓泡区分成多个气液流动区域，在每个所述鼓泡区中设置所述挡板，使气液沿挡板设置方向流动，以限制气液在其它方向上的流动。如此可以有效减少气液在横向上的波动，使液面相对平稳、均匀，减少了液体在波峰处泄漏、在波谷处产生雾沫夹带的可能性，增大传质效率，并且液面的平稳均匀可有效减少鼓泡元件与塔设备共振的机率，使塔设备能够正常工作，保证了塔设备的安全性和高效性，因此本发明可以有效解决塔设备出现放大效应的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的多溢流塔气液横向阻波方法流程图；

图2a是本发明又一实施例提供的多溢流塔结构示意图；

图2b是本发明又一实施例提供的多溢流塔结构示意图；

图3是本发明又一实施例提供的挡板结构示意图；

图4a是本发明又一实施例提供的挡板结构示意图；

图4b是本发明又一实施例提供的挡板结构示意图；

图4c是本发明又一实施例提供的挡板结构示意图；

图5a是本发明又一实施例提供的挡板结构示意图；

图5b是本发明又一实施例提供的挡板结构示意图；

图5c是本发明又一实施例提供的挡板结构示意图；

图6是本发明又一实施例提供的挡板的安装示意图;

图7a是本发明又一实施例提供的多溢流塔气液横向阻波方法示意图;

图7b是本发明又一实施例提供的多溢流塔气液横向阻波方法示意图。

其中：1塔板，

2降液管，

3鼓泡区，

4溢流堰，

5受液盘，

6挡板，61挡板上边缘，62板身，63挡板下边缘，

7固定板。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例一

如图1、图7a-b所示，一种多溢流塔气液横向阻波方法，所述阻波方法包括：

步骤1，将每层塔板上鼓泡区分成多个气液流动区域；

步骤2，在每个所述鼓泡区中设置挡板，所述挡板均沿受液盘到溢流堰的方向排列；

步骤3，使气液沿所述挡板流动，通过所述挡板限制所述气液的流动方向。

其中，将每层塔板1上的鼓泡区3分成多个气液气液流动区域，可以防止气体鼓泡不均匀导致的液体大范围横向震荡，横向波动撞击到挡板6上后被遏制，降低了波浪力的冲击，从而起到保证气液均匀稳定分布的作用，由于每个气液流动区域面积有限，气液不会产生无划分气液流动区域时在每层塔板1中的强烈波动，由于每个多溢流塔具体情况不一样，因此在塔板1设计中，需要提前采集挡板6所需的多溢流塔的相关参数，以保证挡板6能够达到限制气液横向波动的效果，虽然每层都划分了多个气液流动区域，但每个气液流动区域依然很大，因此在设置挡板6时，可按照实际情况设置多个挡板6，使挡板6能够达到很好的分割气液的效果，并且在设置挡板6时，使挡板6沿受液盘5到溢流堰4的方向排列能够尽量减少气液纵向阻力。

本发明实施例通过将每层的塔板1上的鼓泡区3分成多个气液流动区域，并且在每个所述鼓泡区3中设置多个所述挡板6，最后使气液沿挡板设置方向流动，以限制气液在其它方向上的流动。如此可以有效减少气液在流动过程中横向上的波动，使液面相对平稳、均匀，减少了液体在波峰处产生泄漏、在波谷处产生雾沫夹带的可能性，增大传质效率，液面的平稳均匀可有效减少鼓泡元件与塔设备共振的机率，使塔设备能够正常工作，保证了塔设备的安全性和高效性，因此本发明可以有效解决塔设备出现放大效应的问题。

进一步地，所述步骤1具体为：将所述气液流动区域按照位置划分，在所述塔板1靠近中间处均匀划分所述鼓泡区3，在所述塔板1靠近边缘处相对于所述塔板靠近中间处呈辐射状划分所述鼓泡区3。塔内靠近边缘的弧形区，气液流动情况较为复杂，气液流动方向混乱程度较大，因此在塔板1边缘采用辐射状划分，能够有效控制气液的流动面积，减少气液的波动，从而保证塔板1的整体传质效果。

作为优选，所述塔板1由塔板块构成，所述鼓泡区3上每隔2-6个所述塔板块设置一个所述挡板6，所述相邻两个挡板6间距为1-3米。挡板6间距过大起不到阻止液体横向波动的作用，间距过小，气液流动区域划分的区域过多，造成板上气液流动阻力增大，影响气液传质，并且会增加塔板1重量，造成塔板1不必要的重量负荷。在设置挡板6时，每个挡板6的长度都要由塔板1的受液区延伸到溢流堰4，垂直方向上不留缝隙，以保证气液横向的阻波效果。

进一步地，所述挡板6高度的计算公式为：

其中：H为挡板高度，m；H_T为相邻塔板的间距，m；

h_W为溢流堰高度，m；D_T为塔板直径，m；l_W为溢流堰长度，m；

L_W为液体流量，m³·h^-1；Us为空塔气速流量，m³·h^-1；

为塔板开孔率；

ρ_L为液体密度，kg·m^-3；

μ_L为液体粘度，cp；

σ为表面张力，dyn；

a、b、c、d、e、f、g、h、i、j为模型系数。

其中，计算公式中，板间距、堰长、塔板1直径、堰高和塔板1开孔率为多溢流塔的固定值可直接获得，液体流量和空塔气速流量在塔中可控制，液体密度、粘度和表面张力可通过检测获取，挡板6高度主要与结构参数、操作参数和物性参数相关，模型参数a～j可根据实验数据拟和获得，实验研究中以塔板1上气液传质效率为目标函数，临界雾沫夹带量和泄漏量为约束条件，来确定挡板6的最优高度。

进一步地，所述挡板6高度为所述溢流堰4高度的1.5-5倍。挡板6高度过低，会使挡板6达不到横向阻波的作用，挡板6高度过高会使挡板6形成的通道内，气液的深度增加，如此会导致增加气液流动的波动性，容易发生气液泄漏。因此，作为优选，所述挡板6高度为溢流堰4高度的1.5-5倍。

进一步地，根据气体流量和液体流量设计挡板6的形状。

如图4a-c所示，所述挡板6的构型可以为直线型或者是折线型，当气液流量较小时，采用直线型挡板6即可达到横向阻波的作用，当气液流量较大时，通过采用折线型挡板6可以起到缓冲气液冲击的作用，缓解气液横向不规则流动，更好的保护了挡板6，由本领域技术人员可知所述挡板6的构型还可以是弧形等其他结构，由本领域技术人员可知，能实现上述缓冲气液冲击功能的形状均在保护范围之内。挡板6的构型还可以根据安装需要进行设计，构型为直线型的挡板6，可将挡板6设置在塔板1的交接处，如此可以避开塔板1上的开孔或阀片，不影响塔板1正常鼓泡操作。当挡板6构型为折线型或弧形时，可以根据塔板1上阀孔分布情况调节挡板6折弯的位置，从而可以不受塔板1上开孔和阀片的影响，根据塔板1上气液情况自由布置挡板6。

如图5a-c所示，挡板上边缘61可以是直线、连续齿形、波浪形等形状。除直线形外，其他形状都可以在一定程度上调节挡板6的高度，使挡板6可以通过上方形状调节液面的波动以及液面落差。除直线形外，其他上方结构的可调高度可以根据板上最高液体处理量和最低液体处理量进行设置，但应保证挡板6的最低高度高于溢流堰4高度，以发挥挡板6横向阻波的作用。因此由本领域技术人员可知，能实现上述调节液面波动功能的形状均在保护范围之内。

挡板下边缘63设置有长孔，长孔的高度可设置在1-60mm之间，并且长孔高度不高于溢流堰4的高度，保证液体横向流动的稳定状态，具体长孔高度根据塔板1上液体处理量而定，液体处理量大，则长孔高度设置高，液体处理量小，则长孔高度设置低。设置长孔，利用连通器原理，保证了同一鼓泡区3不同区域之间的气液高度的一致性，如此可以保证塔板1压降一致，进而保证气液的均匀鼓泡。挡板6的长孔还可以使同一鼓泡区3不同区域的气液进行自由传质和传热，保证气液在浓度和温度上一致。长孔的长度可以根据孔的形状、挡板6的安装方向以及塔板1上开孔或浮阀的设置情况决定。开孔长度一般占挡板6总长度的50%-90%，最优为60%-70%。长孔开孔过长，挡板6不易固定，长孔开孔过短，挡板6起不到良好的连通作用。

实施例二

如图2a-b及图3所示，一种多溢流塔，所述多溢流塔包括：塔板1、降液管2、鼓泡区3、溢流堰4和受液盘5，所述多溢流塔还包括多个挡板6，多个所述挡板6沿所述受液盘5到所述溢流堰4的方向均匀设置在所述塔板1上，通过所述挡板6限制所述气液的流动方向。

作为优选，所述挡板上边缘61设置为连续齿形结构。

进一步地，所述挡板板身62设置为曲线型。

作为优选，所述挡板还包括长孔，所述长孔设置在所述挡板下边缘63，所述长孔用于联通相邻所述气液流动区域。所述长孔长度占挡板6总长度的50%-90%，最优为60%-70%。

其中，本发明实施例中的挡板6与以上实施例结构均相同，在此不再赘述。如图6所示，挡板6采用可拆式的固定方法，固定在降液管2和溢流堰4上，当塔板1上液体处理量较大时，在不影响鼓泡区3正常鼓泡和气液传质的基础上，可以将挡板6固定在塔板1上，也可以将挡板6固定在挡液板7上，以增加机械强度。此外，在挡板6的安装上，挡板6上部的高度可调，通过用固定板7将挡板6固定在降液管2和溢流堰4上，在需要调整挡板6高度时，只需调整固定板7的位置，即实现挡板6上部高度可调，如此可以满足气液在不同流量的波动下所能达到的阻挡高度。

通过在塔板1上设置挡板6，将每层的塔板1上的鼓泡区3分成多个气液流动区域，可以减少每个气液流动区域的横向流动面积，以此来有效减少气液在流动过程中横向上的波动，并且每个挡板6下方设置有长孔，使相邻通道内的气液联通，从而使液面相对平稳、均匀，减少了液体在波峰处产生泄漏、在波谷处产生雾沫夹带的可能性，增大传质效率，并且液面的平稳均匀可有效减少鼓泡元件与塔设备共振的机率，使塔设备能够正常工作，保证了塔设备的安全性和高效性，因此本发明可以有效解决塔设备出现放大效应的问题。

本发明适用于大型化的塔设备，特别是大直径的多溢流塔。并且，本发明的多种挡板6构型和开孔设计适用于泡罩，筛孔，浮阀，斜喷等多种类型的多溢流塔。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多溢流塔气液横向阻波方法，其特征在于，所述阻波方法包括：

步骤1，将每层塔板上的鼓泡区分成多个气液流动区域；

步骤2，在每个所述鼓泡区中设置挡板，所述挡板均沿受液盘到溢流堰的方向排列；

步骤3，使气液沿所述挡板流动，通过所述挡板限制所述气液的流动方向。

2.根据权利要求1所述的阻波方法，其特征在于，所述步骤1具体为：所述气液流动区域按照位置划分，在所述塔板靠近中间处均匀划分所述鼓泡区，在所述塔板靠近边缘处相对于所述塔板中间处呈辐射状划分所述鼓泡区。

3.根据权利要求1所述的阻波方法，所述塔板由塔板块构成，其特征在于，所述鼓泡区上每隔2-6个所述塔板块设置一个所述挡板，相邻两个所述挡板间距为1-3米。

4.根据权利要求1所述的阻波方法，其特征在于，所述挡板高度的计算公式为：

其中：H为挡板高度，m；H_T为相邻塔板间距，m；

h_W为溢流堰高度，m；D_T为塔板直径，m；l_W为溢流堰长度，m；

L_W为液体流量，m³·h^-1；Us为空塔气速流量，m³·h^-1；

为塔板开孔率；

ρ_L为液体密度，kg·m^-3；

μ_L为液体粘度，cp；

σ为表面张力，dyn；

a、b、c、d、e、f、g、h、i、j为模型系数。

5.根据权利要求4所述的阻波方法，其特征在于，所述挡板高度为所述溢流堰高度的1.5-5倍。

6.根据权利要求4所述的阻波方法，其特征在于，根据气体流量和液体流量设计所述挡板的形状。

7.一种基于权利要求1-6的多溢流塔气液横向阻波方法的多溢流塔，所述多溢流塔包括塔板、降液管、鼓泡区、溢流堰和受液盘，其特征在于，所述多溢流塔还包括多个挡板，多个所述挡板沿所述受液盘到所述溢流堰的方向均匀设置在所述塔板上方，通过所述挡板限制所述气液的流动方向。

8.根据权利要求7所述的多溢流塔，其特征在于，所述挡板上边缘设置为连续齿形结构。

9.根据权利要求7所述的多溢流塔，其特征在于，所述挡板板身设置为曲线型。

10.根据权利要求7所述的多溢流塔，其特征在于，所述挡板还包括长孔，所述长孔设置在所述挡板下边缘，所述长孔用于联通相邻所述气液流动区域。