CN104772004A - 一种分层并联设计的大流量立式径向流吸附器及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分层并联设计的大流量立式径向流吸附器及其方法。该吸附器包括壳体、吸附剂填装层、上部单元内侧多孔分布筒、上部单元外侧多孔分布筒、内侧导流筒、下部单元内侧多孔分布筒、下部单元外侧多孔分布筒、外侧导流筒、中间挡板、中间档板填料盖、底部支撑板、整流罩。吸附器内部设计成上下两个独立吸附单元并联的结构，可以消减吸附床层高度对流场均布的不利影响，使立式径向流吸附器的最大设计高度显著提高。分层并联设计的立式径向流吸附器在相同空气处理量的条件下具有外壳直径小、占地面积小、流场均匀度高等优点。

Description

一种分层并联设计的大流量立式径向流吸附器及其方法

技术领域

本发明涉及气体净化分离领域，尤其涉及大型空气分离设备中一种分层并联设计的大流量立式径向流吸附器及其方法。

背景技术

工业过程中常常需要对气体进行净化分离操作，如空分系统中，常利用分子筛吸附器除去从空压机出来的高压气体中含有的水、二氧化碳、烷烃等凝固点较高的杂质，避免在后续流程中发生冰堵和爆炸等安全问题。随着世界经济的高速发展，钢铁、冶金、化工等诸多工业领域对氧、氮等工业气体的需求急剧增长。与之相适应，空气净化分离设备一直向着大型化、低能耗化发展。在过去的40年中，立式径向流吸附器的出现，有效解决了立式轴向吸附器和卧式垂直流吸附器的占地面积大、分子筛床层难平整等问题。而如今，由于空气处理量的进一步增大，立式径向流吸附器即将面临新的问题。

当立式径向流吸附器的流量增大时，其结构尺寸必须相应放大和改变，必然影响到内部流体的分布情况。一般提高立式径向流吸附器的空气处理量的途径主要是通过增大吸附器的直径来实现。而增大直径有很多限制，其一，增大了占地面积；其二，改变了内外流道的直径，需要对吸附器的其他参数进行重新设计才能使流体再次均布；其三，可能增大吸附床层厚度，导致穿透阻力提高；其四，现有运输条件限制了最大直径。而用单纯增加高度的方法来增加空气处理量的方法，会增加吸附器内流场速度分布曲线偏离理想曲线的幅度，使吸附器内径向流量分布更不均匀，吸附剂的利用率下降。

发明内容

本发明的目的是克服立式径向流吸附器增加高度导致均匀度降低的问题，提供一种占地面积小、流场均匀度高的一种分层并联设计的大流量立式径向流吸附器及其方法。

本发明采用如下技术方案来实现本发明的目的：

一种分层并联设计的大流量立式径向流吸附器包括进气管、底部球罐、整流板、底部支撑板、下部单元外侧多孔分布筒、下部单元内侧多孔分布筒、外侧导流筒、吸附器筒体、内侧导流筒、上部单元外侧多孔分布筒、上部单元内侧多孔分布筒、顶部球罐、排气管、顶部填料口、中间挡板、中间挡板填料盖、吸附剂填装层；底部球罐、吸附器筒体、顶部球罐、顶部填料口焊接在一起形成吸附器的壳体，壳体的底部设置有进气管，顶部设置有排气管，上部单元内、外侧多孔分布筒两端分别与顶部球罐下侧和中间挡板上侧焊接，形成上部吸附单元，下部单元内、外侧多孔分布筒两端分别与中间档板下侧和底部支撑板上部焊接，形成下部吸附单元，底部支撑板的下部焊接整流板，下部单元外侧多孔分布筒与下部单元内侧多孔分布筒之间填充吸附剂填装层，上部单元外侧多孔分布筒和上部单元内侧多孔分布筒之间填充吸附剂填装层，外侧导流筒、中间档板中间档板填料盖、内侧导流筒将吸附器内部的气体分成两股互不干扰的气流，分别在上、下两个吸附单元中独立处理，这两个吸附单元在轴向方向上堆叠，形成上下两层的关系，且共用同一个进气管和同一个排气管，类似电路中并联连接关系，因此将这种设计形式命名为分层并联设计。采用这种方式的有益效果是，可将原本过高的床层分成两个高度适中的独立吸附单元，使得每个单元中的均匀度得到明显提升，均布的难度大大降低。

所述的上部单元外侧多孔分布筒与外侧导流筒外径相同，两者外表面处于同一个平面上，且上下两个吸附单元错开堆叠。保证气流进入上下两个吸附单元的方式均为无径向初速度的侧流穿孔。其有益效果是，消除了气流进入上部单元床层时，径向初速度可能带来的压力波动和流量分配波动，使气流状态更稳定、更规律且与下部单元情况更接近。

上部单元内侧多孔分布筒与内侧导流筒的最优内径，在满足上、下吸附床层同时穿透的条件下确定。这样可以最大限度地利用吸附剂，延长切换时间。

由于吸附器被分为上下两个独立单元，需要在中间挡板开填料口。因此在顶部填料口正下方的中间挡板上开口，安装中间挡板填料盖。方便下部单元的填料。

所述的立式径向流吸附器可设置三层或更多层吸附单元，不同层吸附单元在轴向方向上错开堆叠，并通过增设内外侧导流筒实现气流向不同层吸附单元的导流，并最终实现气流的并联吸附处理。进而形成拥有超大处理能力的立式径向流吸附塔。

所述的吸附器的分层并联吸附方法是：气流从进气管进入吸附器后，由整流板将气流均匀导入外侧环形流道中，并被外侧导流筒分成两股气流，这两股气流以测流穿孔的方式分别穿过下部单元外侧多孔分布筒和上部单元外侧多孔分布筒，被吸附剂填装层除去其中杂质后，分别穿过下部单元内侧多孔分布筒和上部单元内侧多孔分布筒，在内侧导流筒的隔离作用下，两股气流仍然处于互不干扰的状态，直到从排气管排出。

附图说明

图1是大流量立式径向流吸附器分层并联设计方法的结构示意图；

图2是本发明的中间挡板15的主视图和俯视图；

图3是立式径向流吸附器的三层并联设计结构示意图；

图中：进气管1、底部球罐2、整流板3、底部支撑板4、下部单元外侧多孔分布筒5、下部单元内侧多孔分布筒6、外侧导流筒7、吸附器筒体8、内侧导流筒9、上部单元外侧多孔分布筒10、上部单元内侧多孔分布筒11、顶部球罐12、排气管13、顶部填料口14、中间挡板15、中间挡板填料盖16、吸附剂填装层17。

具体实施方式

如图1所示，一种分层并联设计的大流量立式径向流吸附器包括进气管1、底部球罐2、整流板3、底部支撑板4、下部单元外侧多孔分布筒5、下部单元内侧多孔分布筒6、外侧导流筒7、吸附器筒体8、内侧导流筒9、上部单元外侧多孔分布筒10、上部单元内侧多孔分布筒11、顶部球罐12、排气管13、顶部填料口14、中间挡板15、中间挡板填料盖16、吸附剂填装层17；底部球罐2、吸附器筒体8、顶部球罐12、顶部填料口14焊接在一起形成吸附器的壳体，壳体的底部设置有进气管1，顶部设置有排气管13，上部单元内11、外10侧多孔分布筒两端分别与顶部球罐12下侧和中间挡板15上侧焊接，形成上部吸附单元，下部单元内6、外5侧多孔分布筒两端分别与中间档板15下侧和底部支撑板4上部焊接，形成下部吸附单元，底部支撑板4的下部焊接整流板3，下部单元外侧多孔分布筒5与下部单元内侧多孔分布筒6之间填充吸附剂填装层17，上部单元外侧多孔分布筒10和上部单元内侧多孔分布筒11之间填充吸附剂填装层17，外侧导流筒7、中间档板15中间档板填料盖16、内侧导流筒9将吸附器内部的气体分成两股互不干扰的气流，分别在上、下两个吸附单元中独立处理，这两个吸附单元在轴向方向上堆叠，形成上下两层的关系，且共用同一个进气管1和同一个排气管13，类似电路中并联连接关系，因此将这种设计形式命名为分层并联设计。

令上部单元外侧多孔分布筒10与外侧导流筒7外径相同，使两者外表面处于同一个平面上，保证气流进入上下两个吸附单元的方式均为无径向初速度的侧流穿孔。此外，为使上下两单元拥有相同入口条件，可令吸附器筒体8内径与外侧导流筒7外径的差值等于外侧导流筒7内径与下部单元外侧多孔分布筒5外径的差值，即入口当量直径相同。

上部单元内侧多孔分布筒6与内侧导流筒9的最优内径，在满足上、下吸附床层同时穿透的条件下确定。减小上部单元内侧多孔分布筒6的内径，可增大上部单元床层阻力，减少通过上部单元的气流量；减小内侧导流筒9的内径，可增大上部单元出口当量直径，提高通过上部单元的气流量。在实践经验的指导下，通过调节两者内径，达到上下床层同时穿透的目的。

如图2所示，在顶部填料口14正下方的中间挡板15上开口，安装中间挡板填料盖16。在填充吸附剂的时候，先填充下部单元，盖上中间档板填料盖16，再填充上部单元，密封顶部填料口14。

所述的吸附器的分层并联吸附方法是：气流从进气管1进入吸附器后，由整流板3将气流均匀导入外侧环形流道中，并被外侧导流筒7分成两股气流，这两股气流以测流穿孔的方式分别穿过下部单元外侧多孔分布筒5和上部单元外侧多孔分布筒10，被吸附剂填装层17除去其中杂质后，分别穿过下部单元内侧多孔分布筒6和上部单元内侧多孔分布筒11，在内侧导流筒9的隔离作用下，两股气流仍然处于互不干扰的状态，直到从排气管13排出。

立式径向流吸附器不仅可以根据该方法设计成两层并联，还可以根据空气处理量的需求，设计成三层或更多层并联，进而形成拥有超大处理能力的立式径向流吸附塔。三层和更多层并联的立式径向流吸附器，在设计方法上与两层并联一致，其结构如图3所示，即在第二层吸附单元的基础上，错开设置第三层吸附单元，并再添加一组内外侧导流筒对内外侧流道中的气流进行二次导流。

Claims (6)

1.一种分层并联设计的大流量立式径向流吸附器，其特征包括进气管（1）、底部球罐（2）、整流板（3）、底部支撑板（4）、下部单元外侧多孔分布筒（5）、下部单元内侧多孔分布筒（6）、外侧导流筒（7）、吸附器筒体（8）、内侧导流筒（9）、上部单元外侧多孔分布筒（10）、上部单元内侧多孔分布筒（11）、顶部球罐（12）、排气管（13）、顶部填料口（14）、中间挡板（15）、中间挡板填料盖（16）、吸附剂填装层（17）；底部球罐（2）、吸附器筒体（8）、顶部球罐（12）、顶部填料口（14）焊接在一起形成吸附器的壳体，壳体的底部设置有进气管（1），顶部设置有排气管（13），上部单元内（11）、外（10）侧多孔分布筒两端分别与顶部球罐（12）下侧和中间挡板（15）上侧焊接，形成上部吸附单元，下部单元内（6）、外（5）侧多孔分布筒两端分别与中间档板（15）下侧和底部支撑板（4）上部焊接，形成下部吸附单元，底部支撑板（4）的下部焊接整流板（3），下部单元外侧多孔分布筒（5）与下部单元内侧多孔分布筒（6）之间填充吸附剂填装层（17），上部单元外侧多孔分布筒（10）和上部单元内侧多孔分布筒（11）之间填充吸附剂填装层（17），外侧导流筒（7）、中间档板（15）中间档板填料盖（16）、内侧导流筒（9）将吸附器内部的气体分成两股互不干扰的气流，分别在上、下两个吸附单元中独立处理，这两个吸附单元在轴向方向上堆叠，形成上下两层的关系，且共用同一个进气管（1）和同一个排气管（13），类似电路中并联连接关系，因此将这种设计形式命名为分层并联设计。

2.根据权利要求1所述的一种分层并联设计的大流量立式径向流吸附器，其特征在于：所述的上部单元外侧多孔分布筒（10）与外侧导流筒（7）外径相同，两者外表面处于同一个平面上，且上下两个吸附单元错开堆叠。

3.根据权利要求1所述的一种分层并联设计的大流量立式径向流吸附器，其特征在于：上部单元内侧多孔分布筒（6）与内侧导流筒（9）的最优内径，在满足上、下吸附床层同时穿透的条件下确定。

4.根据权利要求1所述的一种分层并联设计的大流量立式径向流吸附器，其特征在于：在顶部填料口（14）正下方的中间挡板（15）上开口，安装中间挡板填料盖（16）。

5.根据权利要求1所述的一种分层并联设计的大流量立式径向流吸附器，其特征在于：所述的立式径向流吸附器可设置三层或更多层吸附单元，不同层吸附单元在轴向方向上错开堆叠，并通过增设内外侧导流筒实现气流向不同层吸附单元的导流，并最终实现气流的并联吸附处理。

6. 一种如权利要求1所述的吸附器的分层并联吸附方法，其特征在于：气流从进气管（1）进入吸附器后，由整流板（3）将气流均匀导入外侧环形流道中，并被外侧导流筒（7）分成两股气流，这两股气流以测流穿孔的方式分别穿过下部单元外侧多孔分布筒（5）和上部单元外侧多孔分布筒（10），被吸附剂填装层（17）除去其中杂质后，分别穿过下部单元内侧多孔分布筒（6）和上部单元内侧多孔分布筒（11），在内侧导流筒（9）的隔离作用下，两股气流仍然处于互不干扰的状态，直到从排气管（13）排出。