CN104959106A - 气升旋流吸液与降液隔离式塔板 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气升旋流吸液与降液隔离式塔板，其在塔板下方增设一夹层板和相互独立的液流下降导管与气相升流管。将经过离心旋流流场传质后的上升气流，和与气相传质后的液相流完全隔离导流，从而彻底避免了普通板式塔中，上升气流对降液的推举产生“液泛”的问题，可大幅度提高了塔板气速，增强气相旋流强度，提高破碎液滴能力和传质效率，减小塔径。由于上升气流和下降液相的隔绝，加之高速旋流的离心作用，只需很短的塔板高度距离就可分离开高速旋流接触传质之后的气、液两相，故各层塔板的距离可大大缩小，塔高大大降低。该新型塔板具有塔径小、塔高低、效率高的特点，在大气量高效传质领域具有较大优势。

Description

气升旋流吸液与降液隔离式塔板

技术领域

本发明气升旋流吸液与降液隔离式塔板，属于接触式气液传质技术领域。其机理和外貌类似于普通塔板，但具明显差别。首先，该发明增设了一个隔绝气相的进液储液夹层，从而完全避免了常规塔板中，高速气相上升流推举液相，使其下降受阻导致“液泛”的问题。其次，在气相上升流各通道中，均固装一组旋流导流叶片，使上升气相高速旋转，产生离心力场：一方面从中心低压区吸入液相，使液相的循环流动更加顺畅；另一方面使吸入的液相在气相旋转“组合涡”层间角速度差剪切的作用下，撕裂成无数细小的雾滴颗粒，大大增加了与气相接触的比表面积，提高气液传质的效率；同时，高速旋转流场使得形成的雾滴高效分离，避免了雾沫夹带现象。该发明可成倍提升塔内气体流速、减小塔径，提高设备的单位体积效率。

背景技术

随着生产规模的不断扩大，塔板的处理量和体积也变得巨大。大直径的塔设备面临运输、现场组装以及热处理等难题。传统板式塔的气体处理量，受到过量雾沫夹带和降液管液泛的限制，难以提高上升气速即处理量。因此，研发高效、大通流量的气液传质塔和塔盘，具有很大的意义。

已有不少高效、大流量的塔板板结构相继问世，主要分为两大类：一类在降液管结构、气液接触元件、气液接触方式等方面改进，以降低雾沫夹带，增大气速，如日本三井造船的新型垂直塔板New-VST，河北工业大学立体传质塔板CTST，天津大学并流喷射塔板JCPT；另一类大通量塔板，引入离心装置，通过离心力强化气液的分离，从而允许更大的操作气速，如Shell公司开发的Con-Sep塔板，Jager公司开发的Co-Flo塔板，以及Koch-Glitsch公司推出的Ultra-Frac塔板。但这些新型塔板的降液过程仍只借助液体重力，降液效果受限，其次，以离心力场强化传质后，如何再使得气液能高效分离，避免雾沫被夹带至上层塔板，也缺有效的技术手段。

发明内容

针对上述不足，本发明创新出一种全新结构的气升旋流吸液与降液隔离式塔板，利用夹层结构，将降液管与气相上升流彻底隔离，避免对降液的推举；引入旋流导流元件，构成旋流式塔板，强化气液传质过程。

为实现发明目的，本发明所采取的技术解决方案为：

1、施加单独的降液管(组)，将上层塔板上的液体，引导到下层塔板之下的封闭夹层当中，使下降液流全程不与气流接触，从而完全避免了普通板式塔中，高速上升气流推举下降液相产生“液泛”的问题。

2、塔板下封闭夹层中的液相，通过各组辐射状聚中的数根横向导管连通流入聚于该组中心的液相上升管段中，上升管段的底端封闭，上端敞口或开多个孔洞，形成唯一的液体上返通流口。

3、每根液相上升管段的外周，均添加一根内径明显大于液相上升管段、且穿过多层塔板的气相升流管，升流管的外周与各个塔板和夹层板的穿管内孔贴合密封，使得气相只能从该升流管内流向上层塔板，而在夹层的轴向尺寸范围，由于液相上升管段的中心占位，气流是在内、外管围成了环状截面通道中流过的。如此，也完全隔离了上升气流对下降液相的推举。

4、在如上所述的每一液相上升管段外的环状截面通道中，都固装一组数片旋流导流叶片，使高速上升气流流过后，产生强烈的旋转。

由于离心力场的作用，气流旋转中心区即液相上升管段上开口处的压力明显降低，能将液相向上抽吸，并在离心力作用下被甩向气相升流管的内壁。在此过程中，液相受到气相旋流“组合涡”各旋层间因角速度不同而产生的强烈剪应力的撕扯，被破碎成大量的雾滴。由此而大大增加了与气相传质吸收的比表面积，产生强烈高效的传质效果。

5、气相升流管暴露于两层塔板之间的部分，在其圆周壁均匀开透多量的小孔，使得上述吸收了气相之后的雾滴，被离心力甩到气相升流管内壁之后，凝聚流出气相升流管，外出流到该层塔板上，在通过连通该层塔板上与下层塔板夹层的又一层降液管，密闭流到下一层塔板夹层中，重复上述的过程……，形成由上而下一层一层的反复气液传质过程。

本发明气升旋流吸液与降液隔离式塔板的结构和原理技术创新点为：

1、各自独立的气相升流管(组)、和降液管(组)。将塔板之间的气相上升流与液相下降流完全隔离而避免“液泛”，可提高气速增大处理量，更为接下的高速旋流吸液和剪切破碎传质创造优势条件。

2、各液相上升管段位于各气相旋流导流叶片的中心。由于前者的占位，使气相流过环周旋流导流叶片的速度更高，产生更强烈旋流，强力抽吸液相上升管段上开口处的液相、和强力剪切破碎液流液滴，大大增强传质效果。

3、塔板之间的气相上升管段，沿圆周和轴向开多个孔。这些孔使液相(夹少量气相)离开气相上升管到塔板之间，沉降落到塔板表面，再沿降液管下到下一层塔板下的封闭夹层。又在气相上升管的稍上部位内壁圆周边，布置一个或多个挡液环，阻止液相沿气相上升管内壁的继续上升。

气相上升管段内被气相夹带的细小液相颗粒，可直接通过过滤除沫元件，对细小液滴进行聚结捕集分离，或经管壁孔后进入塔板空间的气相再经过过滤除沫元件进行聚结捕集分离。

气相上升管可以是整根结构兼做支撑对位，也可断开分段安装，各段之间的距离任意，安装除沫过滤组件，非常灵活方便。

本发明气升旋流吸液与降液隔离式塔板的有益效果是：

1、由于彻底杜绝了上升气流和下降液相的接触，因此完全避免了液泛问题，为气速即塔处理量的提高创造了充分的条件，可明显增大处理量和缩小塔径。

2、允许气速的提高，又促进了离心力场的增强。离心抽吸和旋流破碎作用也更加显著，提高了单层塔板的传质效率。

3、由于上升气流和下降液相的隔绝，加之高效旋流分离作用，就不需要像普通板式塔那样，需要足够的高度距离才能分离开接触的气、液两相，故各层塔板的距离可以大大缩小，塔的高度也大为降低了。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。

附图说明

图1是本发明气升旋流吸液与降液隔离式塔板的结构图。

图2是本发明气升旋流吸液与降液隔离式塔板过滤除沫元件的两种结构示意图。

图3A是本发明气升旋流吸液与降液隔离式塔板三维旋流叶片进出口结构示意图。

图3B是本发明气升旋流吸液与降液隔离式塔板三维旋流叶片进出口剖面图。

图4A是本发明气升旋流吸液与降液隔离式塔板旋流筒液相出口结构图(竖直型直槽)。

图4B是本发明气升旋流吸液与降液隔离式塔板旋流筒液相出口结构图(倾斜型直槽)。

图中：1.进气管，2.壳体，3.夹层板，4.塔板，5.降液管，6.液相上升管段，7.旋流导流叶片，8.管壁孔，9.过滤除沫结构，10.出气管，11.进液管，12.塔板之间的空间，13.液相上升管出口，14.气相升流管，15，夹层，16.横向导管，17.气相升流管下开口，18.出液口，19.过滤除沫元件，20.挡液环。

具体实施方式

下面以一个典型的实施案例对本发明做详细说明，但不局限于本实施案例。

图1示意了气升旋流吸液与降液隔离式塔板，主要由进气管1、壳体2、出气管10、出液管16、多块塔板4、夹层板3、降液管5、气相升流管14、横向导管16、液相上升管段6、旋流导流叶片7和过滤除沫结构9等部件构成，其特征在于：在每块塔板4下都平行设置一块夹层板3，其与塔板之间构成夹层15，上一层塔板与该层塔板4之间，固装降液管5且密封其接触环面，使上一层塔板4表面的液相，通过降液管5进到该层塔板下的夹层15内，再经过横向导管16到液相上升管段6内；液相上升管段6外周与气相升流管14内周所围的环形截面区域，固装有旋流导流叶片7；气相升流管14固装在管板上，其接触环面密封；在气相升流管14与液相上升管段6轴向相重合区之上的管段，圆周分布开通多个管壁孔13，使由气相旋流抽吸和破碎、并实现气液相间传质的液相，穿过气相升流管14的管壁孔8进到塔板之间的空间12，沉降到塔板表面，再进到下一层降液管5；而气相夹带的少量细小液滴，直接通过过滤除沫元件19，或在塔板4之间空间12上升，经管壁长孔8再经过过滤除沫元件19，重新回到气相升流管14内，再流过气相升流管下入口17进入上一层塔板。

气升旋流吸液与降液隔离式塔板，其特征在于：每根液相上升管段6都由数根按圆周均布的横向导管16从圆周支撑和连通到夹层15中，液相上升管段6的下端口封闭，上端敞开或开有数个孔洞。每块塔板4配置1～50根液相上升管段14，每根管段都由2～8根横向导管16支撑和连通到夹层15。气相升流管14的数量与塔板4上配置的液相上升管段6的数量相等。每一气相升流管14都位于一根液相上升管段6的外圆周，且二者的圆心相重合

参见图2，本发明气升旋流吸液与降液隔离式塔板气相升流管14的两种实施结构分别是：①气相升流管14贯通穿过所有的塔板，在每一段塔板之间的管段，从距液相上升管段6之上开始，圆周分布开通多个管壁孔8，并在其上段管壁段，套装过滤除沫元件19，并在气相升流管14内，约一半的塔板间上升距离之后，固装1～5个挡液环20。②气相升流管14分成多段，每段只贯通穿过该层塔板，其下开口位于该层塔板4的夹层板15之下，下开口处套装过滤除沫元件19，其上开口距上层塔板4夹层板3下的上一段气相升流管14下开口17和其上套装的过滤除沫元件19一定的距离。

参见图3A和图3B，本发明气升旋流吸液与降液隔离式塔板的典型旋流叶片方式其特征在于：位于液相上升管段6外周与气相升流管14内周所围的环形截面区域的旋流导流叶片7的组数，与气相升流管14的数量相等，每组旋流导流叶片7的数量为2～20片，旋流导流叶片7的形状为弯曲叶片或弯曲加扭转的三维叶片。

参见图4A和图4B，本发明气升旋流吸液与降液隔离式塔板的典型旋流筒体液相分离出口为在筒体上开孔，该孔可为竖直型槽孔或倾斜槽孔，即槽孔方位可选择沿着轴线方向，或者与旋转气相流速垂直方向，以便液体能够顺畅流出。同时，如图所示筒体壁厚方向的槽孔为120度渐阔形式，降低筒体壁厚对内部流场的影响。

Claims (9)

1.一种气升旋流吸液与降液隔离式塔板，包括进气管(1)、壳体(2)、出气管(10)、出液管(16)、塔板(4)、夹层板(3)、液流下降导管(5)、气相升流管(14)、横向导管(16)、液相上升管段(6)、旋流导流叶片(7)、挡液环(20)和过滤除液元件(9)；其特征在于：每块塔板(4)下都平行设置一块夹层板(3)，夹层板(3)与塔板(4)之间构成夹层(15)；上一层塔板与该层塔板(4)之间，固装液流下降导管(5)且密封其接触环面，使上一层塔板(4)表面的液相通过液流下降导管(5)进到该层塔板下的夹层(15)内，再经过横向导管(16)到液相上升管段(6)内；液相上升管段(6)外周与气相升流管(14)内周所围的环形截面区域，固装有旋流导流叶片(7)；气相升流管(14)固装在管板上，其接触环面密封；在气相升流管(14)与液相上升管段(6)轴向相重合区之上的管段，圆周分布开通多个管壁孔(8)，使得由旋流导流叶片(7)出来的气相旋流抽吸和破碎，并传质吸收了气相之后的液相液滴，再穿过气相升流管(14)的管壁孔(8)进到塔板(4)之间的空间(12)，沉降到塔板(4)表面，之后进到下一层液流下降导管(5)；而带出气相升流管(14)到塔板空间(12)的气相，经过滤除液元件(19)，滤除所夹带液滴后，再经气相升流管(14)上段的管壁孔(8)或上一层段气相升流管(14)的下管口，回到气相升流管内(14)继续上升。

2.如权利要求1所述的气升旋流吸液与降液隔离式塔板，其特征在于：每根液相上升管段(6)都由数根按圆周均布的横向导管(16)从圆周支撑和连通到夹层(15)中，液相上升管段(6)的下端口封闭，上端为敞口或开多个孔洞结构(13)。

3.如权利要求1所述的气升旋流吸液与降液隔离式塔板，其特征在于，所述的气相升流管(14)的结构是：气相升流管(14)贯通穿过所有的塔板，在每一段塔板之间的管段，从距液相上升管段(6)之上开始，圆周分布开通多个管壁孔(8)并在其上段管壁段，套装过滤除液元件(19)。

4.如权利要求1所述的气升旋流吸液与降液隔离式塔板，其特征在于，所述的气相升流管(14)的结构是：气相升流管(14)分成多段，每段只贯通穿过该层塔板，其下开口位于该层塔板(4)的夹层板(15)之下，下开口处套装过滤除液元件(19)，其上开口距上层塔板(4)夹层板(3)下的上一段气相升流管(14)下开口(17)和其上套装的过滤除液元件(19)有距离。

5.如权利要求1所述的气升旋流吸液与降液隔离式塔板，其特征在于：位于液相上升管段(6)外周与气相升流管(14)内周所围的环形截面区域的旋流导流叶片(7)的组数，与气相升流管(14)的数量相等，每组旋流导流叶片(7)的数量为2～20片，旋流导流叶片(7)的形状为弯曲叶片或弯曲加扭转的三维叶片。

6.如权利要求1或2或4或5所述的气升旋流吸液与降液隔离式塔板，其特征在于：每块塔板(4)配置1～50根液相上升管段(14)，每根管段都由2～8根横向导管(16)支撑和连通到夹层(15)。

7.如权利要求1或3或4或5所述的气升旋流吸液与降液隔离式塔板，其特征在于：其气相升流管(14)内，约一半的塔板间上升距离之后，固装1～5个挡液环(20)。

8.如权利要求1或3或4或5所述的气升旋流吸液与降液隔离式塔板，其特征在于：气相升流管(14)的数量与塔板(4)上配置的液相上升管段(6)的数量相等；每一气相升流管(14)都位于一根液相上升管段(6)的外圆周，且二者的圆心相重合。

9.如权利要求6所述的气升旋流吸液与降液隔离式塔板，其特征在于：其气相升流管(14)内，约一半的塔板间上升距离之后，固装1～5个挡液环(20)。