CN1055253C

CN1055253C - 一种液体停留时间均布的塔盘

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Publication number: CN1055253C
Application number: CN98110893A
Authority: CN
Inventors: 张成芳; 刘时贤; 郑志胜; 钟思青
Original assignee: East China University of Science and Technology
Current assignee: East China University of Science and Technology
Priority date: 1998-06-11
Filing date: 1998-06-11
Publication date: 2000-08-09
Anticipated expiration: 2018-06-11
Also published as: CN1211459A

Abstract

本发明公开了一种液体停留时间均布的塔肋。本发明在塔盘上弓形降液管液体出口处设置一块中间向两边倾斜的液流均布板，控制一定的高度、长度、形状和倾斜度，使液体在进入塔盘之前，先进行一次液体的均匀分布，同时有效地调控进入盘面各个位置的液体流量，能有效地消除盘面液体的沟流和回流，使盘面液体的停留时间差控制在8%以内。所说的塔盘可用于各种类型的板式塔，如筛板、浮阀板和泡罩板等，尤其适用于工厂短期停车对旧塔的现场改造，是一种具有广阔应用前景的板式塔塔盘。

Description

一种液体停留时间均布的塔盘

本发明涉及一种板式塔的核心构件——塔盘。

板式塔是一种用途十分广泛的气液传质设备，在炼油、石油化工和化肥等行业中占有重要的位置。众所周知，板式塔是圆型结构，设有弓形的降液管，并在盘面两侧形成两个弧形区域，正是这种结构，使其在盘面液体均布上存在着一个显著的缺陷：

(1)对于单溢流塔盘，由于弓形降液管具有液体的集流作用，降液管下口中间区域的出液量为弓形两端边缘区域的1.5～3.5倍，同时，由于盘面上的液流还先后经历了扩流和缩流两个过程，以及液流沿圆周的路程较沿直径的路程长得多，因此，塔盘中部形成沟流，塔盘两侧弧形区域形成回流和相对稳定的滞流死区，致使盘面上液体的停留时间具有很大的差异。图1即为盘面上液体停留时间分布示意图。

(2)对于双溢流塔盘，则有两种不同的情况：

出口堰在中间的塔盘，塔盘上的液体由两侧弓形降液管向中间出口堰流动，其弓形降液管所引起的下口出液不均和随之的扩张流动将导致盘面中间区域的沟流，并在盘面两侧弧形区域形成回流和相对稳定的滞流死区，也使盘面上液体的停留时间分布具有很大的差异，见图2；

出口堰在两侧的塔盘，塔盘上的液体由中间向两侧流动，因其降液管为矩形，降液管下口出液量基本上是均匀的，且盘面液流只经历单一的缩流过程，不再发生液体回流现象，仅因液流路程的长短而使盘面液体停留时间稍有差异，见图3。

为了保持较高的有效塔截面积，工业塔盘的l_w/D(堰长/塔径)通常仅为0.55～0.7，这就使得此类塔盘上液体的停留时间更为不匀，成为进一步提高板效率的主要障碍。众多的科技人员为了提高板式塔的塔板效率，曾致力于研究各种液体均匀分布的板式塔塔盘，其中较为典型的有以下几种：

1. Muller E.A.，Chem.Eng.Comm.，1988，74：195～161提出将弓形降液管挡板下口做成两边开缺口的形状，借以增加弓形降液管尖角区的液流量；

2.Biddulph M.W.，Chem.Eng.Prog.，1993，89(12)：56～60建议在弓形降液管内部增设一块挡板，以使弓形降液管内的流动状态得以局部改善；

3.黄洁，余国琮，石油化工，1984，13(3)：182～189公开了一种在盘面上沿液流方向设置导流板借以疏导液流和阻挡回流的方法。

然而上述诸方法的液流均布作用有限，不能准确地达到塔盘上液体停留时间均布的目的。

本发明的目的在于公开一种在塔盘上设有液流均布板的塔盘，可使盘面液体停留时间差异控制在8％以内，使现有工业塔的板效率能有5～10％的提高。

本发明的构思是这样的：在塔盘上弓形降液管液体出口处设置一块中间向两边倾斜的液流均布板，控制一定的高度、长度、形状和倾斜度，使液体在进入塔盘之前，先进行一次液体的均匀分布，同时，有效地调控进入盘面各个位置的液体流量，即可使液体在塔盘上的流动停留时间趋于均匀。

所说的盘面液体停留时间均匀分布，是指整个塔盘上从降液管下口至出口堰之间各流线的液体停留时间总体上的一致。只有盘面停留时间均布的塔盘，才能在实际运行中满足接触均匀的要求，以达到提高板效率的目的。

根据上述构思，发明人基于大型塔盘冷模装置的长期实验研究，提出了实施本发明的具体的技术方案，阐述如下：

本发明所说的塔盘为一个组合体，主要由塔板、气液接触元件、降液管、出口堰和液流均布板所组成。

图4为单溢流塔盘的示意图。图5为图4中A-A向示图。

图6为双溢流出口堰在中间的塔盘的示意图。图7为图6中B-B向示图。

图中：

1------塔体

2------降液管

3------塔板

4-----液流均布板

5------出口堰

l------液流均布板4的长度

h------液流均布板4的高度

lw------出口堰5的长度

所说的液流均布板4为一块中间向两边倾斜的条形板。图8为所说的液流均布板4的示意图。h_q为倾斜部分的高度。坡形曲线为椭圆的一部分。所说的液流均布板4设置于降液管2的液体出口处，液流均布板4与降液管2下口之间的间距d为一个重要的参数，在液流强度Γ＝0.5～40m³/m.h的条件下，d＝5～80mm。为使液流在此区间内不会形成阻力控制，d应大于或等于h₀，h₀为降液管2下缘与塔板3之间的间距。

液流均布板4的高度h与清液层高度h_L有关，可用下式确定：

h＝h_L+(-10～20)清液层高度h_L的计算方法在一般的塔器设计资料中都有叙述，此处不再赘述。倾斜部分的高度h_q与h之间的关系为：

h_q/h＝0.05～0.60。

所说的液流均布板4的下边固定于塔板3上，两端可与塔体1相连接，也可不相连接。

所说的液流均布板4也可采用以下三种形式：

(1)单坡形，图9为单坡形液流均布板4的示意图。

(2)曲坡形，图10为曲坡形液流均布板4的示意图。

(3)双坡形，图11为双坡形液流均布板4的示意图。图中：

l₁、l₂、l₃、l₄、---液流均布板4倾斜部分的长度

h₁、h₂、h₃、h₄、--液流均布板4倾斜部分的高度

所说的液流均布板4在不同的液流条件下可具有不同的高度、长度、形状和倾斜度：

1.在中等液流强度下，如液流强度Γ＝3～14m³/m.h时，液流均布板4的两端与塔体1相连接，其长度l可根据d和l_w按几何关系加以确定，长度之间的关系如下所示：

单坡形：l₁/l＝0.04～0.50

双坡形：l₃/l＝0.03～0.18 l₄/l＝0.06～0.50

曲坡形：l₂/l＝0.04～0.50

各个坡段的高度关系如下所示：

单坡形：h₁/h＝0.05～0.60

双坡形：h₃/h＝0.02～0.38 h₄/h＝0.05～0.58

曲坡形：h₂/h＝0.05～0.60

曲坡形的坡形为椭圆的一部分。

2.在大液流强度下，如液流强度Γ＞14m³/m.h时，液流均布板4的两端不再与塔体1相连接，留有l₆的缺口，以提供更大的两侧液流通道，抵消盘面两侧弧形区域液体的回流，即可达到盘面液体停留时间均布的目的。如图12所示。

图中：

l₅、----液流均布板4倾斜部分的长度

l₆-----液流均布板4与塔体1之间的距离

h₅------液流均布板4倾斜部分的高度

长度和高度的各个参数如下所示：

l₅/l＝0.05～0.50 l₆/l＝0.04～0.20

h₅/h＝0.15～0.55

此液流均布板4的长度l可根据l_w、d和l₆/l按几何关系加以确定。

此液流均布板4的形式可为单坡形、曲坡形或双坡形。

3.在小液流强度下，如液流强度Γ＜3m³/m.h时，由于堰上液高较低，液流均布板4的上边可设置齿口、梯口或矩口，以消除因安装公差而引起的液流不均，其两端与塔体1相连接。图13为此液流均布板4的局部示图。

参数如下：e＝5～30mm f＝5～40mm

g＝0-fmm i＝0～10fmm

本发明所说的液流均布板4可用于单溢流塔盘，也可用于出口堰5在中间的双溢流塔盘。对于出口堰5在两侧的双溢流塔盘，因上层塔盘的降液管为矩形，且液流只经历缩流过程，只须将出口堰5改成液流均布板4的形式，就能取得较为满意的均流效果。

本发明可用于各种类型的板式塔，如筛板、浮阀板和泡罩板等。

本发明所说的塔盘经大型冷模装置试验和工业塔实际应用考察，结果表明具有如下的优点：

1.均流效果好，能有效地消除盘面液体的沟流和回流，使盘面液体的停留时间差控制在8％以内；

2.均流效果依靠自身水力学条件来实现；

3.适应性强，可用于各种类型的板式塔，如筛板、浮阀板和泡罩板等；

4.采用无因次结构参数，对于不同塔径和各种液流条件的板式塔均能适用；

5.简单易行，尤其适用于工厂短期停车对旧塔的现场改造；

本发明所说的塔盘，能广泛应用于精馏、吸收、解吸、热质传递等操作过程，是一种具有广阔应用前景的板式塔塔盘。

下面将通过实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

某浮阀精馏塔，弓形降液管设置，采用图11所示的液流均布板作盘面液流的均布改造，各项技术参数如下：

塔内径D 1000mm 堰长lw 620mm

堰高h_w 25mm 液流强度Γ 8.06m₃/m.h

液流均布板4的安装位置d 18.55mm

液流均布板4的高度h 26mm

液流均布板4的长度l 664mm，两端与塔体1相连接

l₃/l＝0.12 l₁/l＝0.28 h₃/h＝0.077 h₄/h＝0.27

对该精馏塔的全部塔盘采取如上的均流设置，测得盘面液体停留时间为12±0.5秒，在确保产品质量的前提下，生产能力提高了10％。

实施例2

某林德板精馏塔，弓形降液管设置，盘面液体处于严重不均匀状态，采用图12所示的液流均布板，各项技术参数如下：

塔内径D 1800mm 堰长l_w 990mm

堰高h_w 30mm 液流强度Γ 22.25m³/m.h

液流均布板4的安装位置d 30mm

液流均布板4的基本高h 45mm

液流均布板4的长度l 1076mm，两端不与塔体1相连接，留

有缺口为l₆

l₅/l＝0.1 l₆/l＝0.075 h₅/h＝0.25

采取如上的均流设置后，盘面已无沟流，原有的回流现象消失，盘面液流均匀一致。

实施例3

直径为1600mm的泡罩式氨吸收塔，以软水为吸收剂，回收原料气中的NH₃和CO₂，以避免氨氮废水对环境的污染。采用本发明图13所说的具有齿口的液流均布板，其各项技术参数如下：

塔内径D 1600mm 堰长l_w 1040mm

堰高h_w 70mm 液流强度Γ 3.23m³/m.h

液流均布板4的安装位置d 15mm

液流均布板4的基本高h 70mm

液流均布板4的长度l 1074mm，两端与塔体1相连接

l₁/l＝0.15 h₁/h＝0.12

齿口参数：e＝16mm f＝18.5mm

i＝0 g＝0

在系统平衡软水2.8m³/h的生产条件下运行，在环境温度为36℃的夏季，尾气中NH₃和CO₂的指标仍能符合要求，全系统氨氮废水排放为零。

实施例4

某大型双溢流吸收塔，设计时采取了较小的堰长塔径比，运行中因过大的液流强度导致盘面液流严重不均，现采用本发明的技术作液流均布改造。

对出口堰5在中间的塔盘，在两侧弓形降液管下口附近设置如图12所示的液流均布板4，各项技术参数如下：

塔内径D 2400mm

堰长(两侧出口堰)/塔径 0.58.

堰高h_w 15mm 液流强度Γ 43m³/m.h

液流均布板4的安装位置d 45mm

液流均布板4的基本高h 20mm

液流均布板4的长度l 1074mm，两端不与塔体1相连接，

留有缺口为l₆

l₅/l＝0.15 l₆/l＝0.12

h₅/h＝0.30

对出口堰5在两侧的塔盘，液体只经历缩流过程，无沟流和回流，仅对出口堰5作适当改造，以消除缩流液体的局部涌高。出口堰5采用图9所示的单坡形，技术参数如下：

l₁/l＝0.15 h₁/h＝0.14

采用以上技术的双溢流塔盘，满足了液流均匀分布的要求。

Claims

1.一种液体停留时间均布的塔盘，主要由塔板(3)、气液接触元件、降液管(2)、

出口堰(5)所构成，其特征在于：

(1)在降液管(2)的液体出口处的塔板(3)上设有中间向两边倾斜的液流

均布板(4)；

(2)液流均布板(4)与降液管(2)下口之间的间距(d)为5～80mm；

(3)液流均布板(4)的高度(h)如下式所示：

(h)＝(h_L)+(-10～20)mm

式中：h_L————清液层高 mm

(4)倾斜部分的高度(h_q)与(h)之间的关系为：

(h_q)/(h)＝0.05～0.60；

所说的液流均布板(4)固定于塔板(3)上。

2.如权利要求1所说的塔盘，其特征在于：所说的液流均布板(4)为单坡形，长

度之间的关系为：

(l₁)/(l)＝0.04～0.50；

高度之间的关系为：

(h₁)/(h)＝0.05～0.60；

液流均布板(4)的两端与塔体(1)相连接。

3.如权利要求1所说的塔盘，其特征在于：所说的液流均布板(4)为曲坡形，长

度之间的关系为：

(l₂)/(l)＝0.04～0.50；

高度之间的关系为：

(h₂)/(h)＝0.05～0.60；

液流均布板(4)的两端与塔体(1)相连接。

4.如权利要求1所说的塔盘，其特征在于：所说的液流均布板(4)为双坡形，长

度之间的关系为：

(l₃)/(l)＝0.03～0.18 (l₄)/(l)＝0.05～0.50；

高度之间的关系为：

(h₃)/(h)＝0.02～0.38 (h₄)/(h)＝0.05～0.58；

液流均布板(4)的两端与塔体(1)相连接。

5.如权利要求1所说的塔盘，其特征在于：液流均布板(4)的上边设有齿口、梯口或矩口。

6.如权利要求2所说的塔盘，其特征在于：所说的液流均布板(4)的两端与塔体

(1)之间具有缺口，其长度之间的关系为：

(l₅)/(l)＝0.05～0.50 (l₆)/(l)＝0.04～0.20；

高度之间的关系为：

(h₅)/(h)＝0.15～0.55。

7.如权利要求1-6的任一个所说的塔盘，其特征在于：以液流均布板(4)取代出口堰(5)，安装于出口堰(5)的位置。