CN105289031B

CN105289031B - 降膜喷射塔盘

Info

Publication number: CN105289031B
Application number: CN201510855833.0A
Authority: CN
Inventors: 陶金亮; 魏峰; 马文婵; 王复平; 史晓平
Original assignee: Hebei University of Technology
Current assignee: Hebei University of Technology
Priority date: 2015-11-30
Filing date: 2015-11-30
Publication date: 2017-07-04
Anticipated expiration: 2035-11-30
Also published as: CN105289031A

Abstract

本发明为一种降膜喷射塔盘，该塔盘由塔板和塔板上的气液传质单元构成；所述气液传质单元的结构包括：相邻两层塔板上开有规则排列的固定孔与升气孔，喷射管穿过上层塔板的固定孔，置于下层塔板上，底部环绕升气孔，上部高出上层塔板；帽罩位于喷射管的上方，帽罩的内壁焊接有定位板，定位板点焊在上层塔板塔盘上；其中，固定孔、升气孔、喷射管和帽罩的横截面形状相同且同轴分布。本发明塔板结构简单，拆卸便捷；塔盘无降液管，受液槽等结构，故结构简单，帽罩与喷射管，喷射管与塔板之间无需焊接，安装和拆卸便捷。

Description

降膜喷射塔盘

技术领域

本发明涉及一种降膜喷射塔盘，属于石油、化工、医药精馏或吸收等过程用于传质传热的高效塔器内件结构技术。

背景技术

现有喷射塔盘，其结构一般包括塔板、喷射单元、受液槽、降液管等组成，如浮阀塔盘、固舌塔板、CTST塔板、侧向喷射塔板等。实际操作中，由于工艺液体需要从塔板一侧的受液槽溢流横穿塔板到达塔板另一侧的溢流管，因此塔板液层较高，在特殊工况下存在液体反混、漏液等现象，限制了塔盘的操作弹性，并降低了传质效率。不仅如此，由于传统塔盘液体的喷射或向上提升都是依靠消耗气体的动能来实现的，因此板压降较高。为此，专利CN2014 2 0378216.7公开了一种立体直喷穿流塔盘，该塔盘通过在喷射罩上增加受液槽，以此实现了液体靠重力作用下的穿流效果，并在喷射罩下端焊接液封槽实现液体溢流。虽然该塔盘在一定程度上改善了液体扰流现象并提高传质效率，但该穿流塔盘结构上仍然沿袭了传统塔盘“喷射单元需固定于塔盘之上”的设计理念，故结构比较复杂，安装和拆卸都比较麻烦。因此开发一种操作弹性更大、阻力低、传质效率高、结构简单、安装拆卸便捷的塔盘，具有广泛的现实意义和较高的经济效益。

发明内容

针对传统喷射塔盘技术上的缺点，本专利提供了一种降膜喷射塔盘，通过把传统意义上的降液管缩短，并与喷射管错层分布，使降液管与喷射管实现了一体化设计，发明出一个集降液与喷射功能于一体的新型喷射单元。首先，该喷射单元采用溢流在上、喷射在下的错层设计，因而可充分利用重力，实现液体在下降过程中自动成膜并达到喷射，而不是依靠气体提升成膜，因此可以提高喷射管上的开孔率，提高了气体通过能力，降低塔板压降；其次，由于每个喷射单元都是集降液与喷射功能于一体，因此实现了塔盘多管降液，使液体不需要横穿整个塔板，从根本上解决了液体扰流、回流现象，提高了液体通过能力，尤其适用于大直径塔盘；第三，本发明喷射管贯穿两个塔板之间，省却了传统塔盘中受液槽、降液管的设计，故塔板空间利用率和板上开孔区域得以提高，且喷射单元结构简单，安装过程焊接量极少，因此具有拆装方便的优点，尤其适用易堵经常拆卸清洗的情况。

本发明的技术方案为：

一种降膜喷射塔盘，该塔盘由塔板和塔板上的气液传质单元构成；

所述的每个气液传质单元的结构包括：相邻两层塔板上开有规则排列的固定孔与升气孔，喷射管穿过上层塔板的固定孔，置于下层塔板上，底部环绕升气孔，上部高出上层塔板；帽罩位于喷射管的上方，帽罩的内壁焊接有定位板，定位板点焊在上层塔板塔盘上；

其中，固定孔、升气孔、喷射管和帽罩的横截面形状相同且同轴分布；

所述喷射管的内径大于或等于升气孔的直径；所述喷射管的外径小于或等于固定孔直径；

所述喷射管下部壁面分布有喷射孔，开孔率为10～50％；

所述每个帽罩上的定位板数量为3-4块。

所述横截面形状为圆形、矩形或椭圆形。

所述喷射管的内径优选大于升气孔的直径0.2-8mm；所述喷射管的外径优选小于固定孔直径0.1-2mm。

所述喷射管的顶部超出上层塔板50-100mm。

所述喷射孔的形状为圆孔、条形孔、半圆孔和椭圆孔中的一种或多种。

所述帽罩的顶部高于喷射管的顶部5-40mm；帽罩8的下沿的高度低于喷射管3的顶部25～95mm；所述帽罩8内壁半径大于喷射管3外壁半径5-40mm。

本发明的实质性特点为：

1、传统喷射类塔盘溢流管与喷射罩同在一层塔盘上，且功能结构分开，这无疑增大了结构的复杂程度，本发明将喷射罩与溢流管一体化错层布置，即喷射管贯穿两层塔盘之间，分属两层塔盘；该措施使溢流与喷射两个功能在一个结构上就得到了实现，简化了塔盘的结构。

2、传统喷射塔盘多以气体提升液体实现传质，本塔盘结构充分利用重力，使液体在下落过程中与气体逆向接触实现传质，故可降低气体上升阻力，有效减小塔板压降。同时，喷射管贯穿两层塔盘，长度增加增大了喷射孔分布区域，使大部分液体在喷射管内下降过程中就能直接从喷射孔喷出，故能有效提高液气通过能力，提高塔盘的操作弹性。

3、喷射管与塔板采取无焊接结构；该结构能使安装和拆卸更加便捷。

本发明的有益效果为：

1)塔板板压降低；在重力作用下液体自动由上层塔盘溢流沿喷射管内壁成膜向下流动，并在下降过程中直接喷射出管外，不需要消耗气体能量提升液体，因此可有效降低气体上升阻力，当板孔动能因子4.5-30Pa^0.5时，湿板板压降仅为250-540Pa，为传统塔板(500-800Pa)的50-70％。

2)无扰流，操作弹性大；溢流管与喷射管一体化的错层设计，一方面实现了塔盘多管降液，使液体不需要横穿整个塔板，从根本上解决了液体扰流、回流现象，另一方面喷射管贯穿两个塔板之间，空间利用率接近100％，提高了液气通过能力，当空塔动能因子达到3.0Pa^0.5时，仍无液泛现象发生。

3)塔板结构简单，拆卸便捷；塔盘无降液管，受液槽等结构，结构简单，帽罩与喷射管，喷射管与塔板之间无需焊接，安装和拆卸便捷。

附图说明

图1是本发明降膜喷射塔盘的结构A-A剖面图。

图2是本发明降膜喷射塔盘的结构俯视图。

图3是本发明降膜喷射塔盘的工作原理图。

图中：1为塔体，2为升气孔，3为喷射管，4为喷射孔，5为固定孔，6为塔盘，7为定位板，8为帽罩。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例作进一步详述：

本发明的一种降膜喷射塔盘如图1所示，该塔盘由塔板和塔板上的气液传质单元构成；

所述的每个气液传质单元的结构包括：相邻两层塔板上开有规则排列的固定孔5与升气孔2，喷射管3穿过上层塔板的固定孔5，置于下层塔板上，底部环绕升气孔2，上部高出上层塔板；帽罩8位于喷射管3的上方，帽罩8的内壁焊接有定位板7，定位板7点焊在上层塔板塔盘6上；

其中，固定孔5、升气孔2、喷射管3和帽罩8的横截面形状相同且同轴分布；

所述的每个帽罩8上的定位板数量为3-4块。

所述升气孔2的横截面形状为圆形、矩形或椭圆形。

所述的喷射管3的内径大于或等于升气孔2的直径；所述喷射管3的外径小于或等于固定孔5直径。

所述的喷射管3的内径优选大于升气孔2的直径0.2-8mm；所述喷射管3的外径优选小于固定孔5直径0.1-2mm。

所述喷射管3的顶部超出上层塔板30-100mm。

所述喷射管下部壁面分布有喷射孔4，开孔率为10～50％；喷射孔4的形状为圆孔、条形孔、半圆孔和椭圆孔中的一种或多种。

所述帽罩8的顶部高于喷射管3的顶部5-40mm；帽罩8的下沿的高度低于喷射管3的顶部25～95mm；所述帽罩8内壁半径大于喷射管3外壁半径5-40mm；

降膜喷射塔盘的工作原理是：通过定位板7的定位作用，使帽罩8垂直罩在喷射管3的顶部，形成了一个弯曲的液体通道，从而达到液封的目的。如图3所示，当实际操作时，上层塔盘上的液体先后经过塔板6与帽罩8之间的缝隙、帽罩8与喷射管3侧壁环隙、帽罩8与喷射管3上端的顶隙溢流进入喷射管上部，并沿喷射管内壁向下成膜流动，与喷射管3内自下层塔板升气孔2进入的向上运动的气体逆向接触；当液体流经喷射管上的喷射孔4时，部分液体会被气体破碎成液滴，并随气相一起由喷射孔喷出；未被喷出的部分液体则会在喷射管底部重新被高速气体再次向上提拉成液膜，并最终随气体从喷射孔喷出。喷出喷射管外的液体在重力作用下落入本层塔盘，气体则进入上一层升气孔，继续向上运动，从而实现气液传质传热与分离。

应用实施例：

在DN600的实验塔内，常压下采用空气、水物系进行冷模实验，塔内设一层普通立体喷射塔板进行对比实验。

普通立体喷射塔板结构参数如下：

降液板面积/塔界面面积＝14.6％，塔板开孔率12.9％(溢流堰长420mm，喷射罩直径90mm)，喷射罩间距252mm，板间距350mm，泡罩高200mm，有效喷射区域100mm。

降膜喷射塔板结构参数如下：

降液板面积/塔界面面积＝14.6％，为便于比较，同样取喷射管直径90mm，喷射管间距252mm，板间距350mm，同层两相邻喷射管间距252mm,有效喷射区域200mm，区域内开孔率20％。

调节气体流量，保持液体流量为6m³/h，测量两种塔板不同液相负荷下的板压降以及两种塔板的板孔动能因子。

由上述对比实验可以看出，在相同的操作条件下，降膜喷射塔板压降要比普通立体喷射塔板压降低30％左右，且操作弹性有所提高：立体喷射塔板正常操作时F_o的范围为4.5～20Pa^0.5之间，而超出此范围时，降膜喷射塔盘仍能良好运行。

本发明经实验证明：由于充分利用了重力，使液体在自由下落过程中直接与气相接触并喷出管外，同时喷射管贯穿两层塔盘之间，有效提高塔板的空间利用率，因此降膜喷射塔板能有效降低塔板压降，并提高塔板的操作弹性，实测空塔动能因子可达3.0Pa^0.5以上，仍无液泛现象发生，比传统喷射塔盘提高10-30％；不仅如此，该塔板结构简单，无溢流堰和降液管和受液盘，且帽罩与喷射管，喷射管与塔板之间可采用无焊接结构，定位板与塔板采用点焊固定，安装和拆卸比传统喷射塔盘更加便捷。

本发明未尽事宜为公知技术。

Claims

1.一种降膜喷射塔盘，其特征为该塔盘由塔板和塔板上的气液传质单元构成；

所述的气液传质单元的结构包括：相邻两层塔板上开有规则排列的固定孔与升气孔，喷射管穿过上层塔板的固定孔，置于下层塔板上，底部环绕升气孔，上部高出上层塔板；帽罩位于喷射管的上方，帽罩的内壁焊接有定位板，定位板点焊在上层塔板塔盘上；

所述喷射管下部壁面分布有喷射孔，开孔率为10～50％。

2.如权利要求1所述的降膜喷射塔盘，其特征为所述每个帽罩上的定位板数量为3-4块。

3.如权利要求1所述的降膜喷射塔盘，其特征为所述横截面形状为圆形、矩形或椭圆形。

4.如权利要求1所述的降膜喷射塔盘，其特征为所述喷射管的内径优选大于升气孔的直径0.2-8mm；所述喷射管的外径优选小于固定孔直径0.1-2mm。

5.如权利要求1所述的降膜喷射塔盘，其特征为所述喷射管的顶部超出上层塔板50-100mm。

6.如权利要求1所述的降膜喷射塔盘，其特征为所述喷射孔的形状为圆孔、条形孔、半圆孔和椭圆孔中的一种或多种。

7.如权利要求1所述的降膜喷射塔盘，其特征为所述帽罩的顶部高于喷射管的顶部5-40mm；帽罩8的下沿的高度低于喷射管3的顶部25～95mm；所述帽罩8内壁半径大于喷射管3外壁半径5-40mm。