CN105749574B - 一种塔器气液交换系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种塔器气液交换系统。所述系统包括旋流叶片式升气孔、喷射罩、降液板、收集板、分离器、分离板；在塔板上设有旋流叶片式升气孔，升气孔对应位置处通过支撑固定着喷射罩，喷射罩底部与塔板间留有空隙，构成塔板上液体进入喷射罩内的通道；喷射罩的侧壁上开有喷射孔，顶部设有气液分离板；喷射罩内在装有气液分离器，降液板与塔体构成降液管，在降液管外降液板背部固定收集板，切线与降液板垂直的两端固定在塔壁上，另外一端向下弯曲伸入下层塔板降液管。本发明的系统可以强化气液接触，提高气液传质效率；而且能耗水平低，结构简单，便于安装与维修。

Description

一种塔器气液交换系统

技术领域

本发明属于石油化工和环保等领域的气液传质传热设备，具体地说涉及一种塔器气液传质传热技术，更具体说涉及一种塔器气液交换系统。

技术背景

石油化工和环保行业中物流分离技术普遍使用各种传质塔板。根据其结构形式的不同可分为筛孔塔板、泡罩塔板、浮阀塔板、旋流塔板、立体塔板等类型，这些塔板具有各自不同的优缺点，如：筛孔塔板结构简单、处理气量大，但操作弹性较小，尤其在低负荷时易产生液体短路或塔板漏液现象；泡罩塔板、浮阀塔板操作弹性好，生产能力高，效率在一定程度上有所提高，但存在塔板上液面梯度大，存在液体滞留区等现象。为克服传统塔板存在的诸多缺点，近年来出现了许多技术创新和发明。

CN1298751A公开了一种用于气液传质的塔板。该塔板为双层结构，塔板上方设置附加传质部件，利用塔板上部空间强化气液传质。ZL9920012.6公开了一种立体喷射气液接触组合元件。该技术是在塔板升气孔上方设置带有喷射孔的帽罩。帽罩与塔板之间留有固定的底隙，液体从底隙由气体携带进入帽罩，经过混合、喷射完成气液接触传质。CN102527071A公开了一种夹层气液均布喷射塔板。该塔板采用夹层结构实现对液体的分离、收集和均布，并利用喷射传质，在消除塔板偏流、滞留和液面梯度的同时，提高塔板效率。以上技术措施解决了传统塔板的一些缺点，但没有解决液体返混的问题。

CN101507883A公开了一种膜喷射无返混塔板。该塔板利用喷射传质，在相邻两个喷射罩之间设有导液槽，导液槽三面有壁，一面开口，开口端伸入降液管。该塔板可避免液体返混。但没有解决传统塔板重力式气液分离固有的物理极限。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种塔器气液交换系统。可以提高气液传质、分离效率，大幅提升过程处理能力。并可防止液体返混，减少由于液面梯度或低负荷下塔板的漏液现象，提高操作弹性。

本发明的一种塔器气液交换系统，包括塔板、收集板、降液板和喷射罩；其特征在于：所述的收集板位于塔板上方，喷射罩贯穿收集板，并与收集板密闭连接；并固定在塔板上；在塔板上设有旋流叶片式升气孔，升气孔对应位置处通过支撑固定着喷射罩；喷射罩底部与塔板间留有空隙，构成塔板上液体进入喷射罩内的通道；在喷射罩的侧壁上开有喷射孔，顶部设有气液分离板；喷射罩内在高于喷射孔的位置装有气液分离器；所述的降液板与塔体构成降液管，在降液管外降液板背部固定收集板（的一个直边），收集板的弧形边与降液板竖直的两边固定在塔壁上，收集板的另一直边向下弯曲伸入下层塔板的降液管内。

本发明的一种塔器气液交换系统中，所述的旋流叶片升气孔是将旋流叶片按一定的倾斜角度，逐级围绕升气孔中心排列构成。若干旋流叶片呈扇形，圆心固定在升气孔中心板上，圆弧上的象限点固定在塔板上。叶片与塔板呈5°~85°角度，优选15°~65°，具体角度可以通过CFD流体力学计算得到。

本发明的一种塔器气液交换系统中，所述的喷射罩由支腿固定在水平塔板上。喷射罩的形状可以是圆柱体、矩形体、梯形体、圆台体等。喷射罩的形状若为圆柱体和圆台体时，其中心位置对准升气孔中心；若为矩形体和梯形体时，可对称布置多个旋流叶片式升气孔。在喷射罩的侧壁上高于收集板的位置开有喷射孔。所述的喷射孔可以是圆形、条形、方形，其数量和形状尺寸通过流体力学计算确定。

本发明的一种塔器气液交换系统中，喷射罩内所述的分离器为空心圆柱筒，其外壁制成六角或八角体凸型状。分离器的两底面中心穿过一横轴，该横轴水平固定在喷射罩体上。空心圆柱筒可以绕横轴自由转动。根据喷射罩形状的不同，可以设置多个气液分离器。设置多个分离器时，分离器的横轴应固定在喷射罩体的长边上。

本发明的一种塔器气液交换系统中，所述的分离板为固定在喷射罩顶部的面板，分离板与喷射罩顶部留有缝隙。面板朝向喷射罩的内侧设有若干凸点，或者可以设置若干沟槽，以便于液体的聚集、滴落。面板外缘应超出喷射罩一定尺寸，一方面能够使从分离板和喷射罩缝隙中出来的气体发生折流；另一方面还可以对从喷射孔出来的气体进行破夹带。

本发明的一种塔器气液交换系统中，所述的收集板可以平行于塔板，或与塔板成5°~10°的角度。所述的收集板整体呈簸箕状，一个直边固定在降液板的背板上，两个弧形边与塔壁密封连接，其开口端略向下弯曲并越过塔板出口堰而伸入下层降液管中。喷射罩穿过收集板，并与收集板在相交处固定。收集板距离塔板的距离一般可以为30mm～150mm，优选50mm～100mm。若收集板与塔板有夹角，该距离以最小值为准。所述的喷射罩侧壁的开孔位置在收集板高度之上。

本发明的一种塔器气液交换系统中，所述的其它技术内容，如受液盘、塔板堰等设计是本领域技术人员熟知的技术内容。

本发明的塔器气液交换系统的技术原理是：上层塔板的液体自降液管流到塔板上，气体从塔板下方通过旋流叶片式升气孔，发生旋转并将液体从底隙吸入，带动液体进入喷射罩内，液体在旋转气流作用下被托起、拉膜，破碎成液滴。部分气液混合物从喷射罩上的喷射孔喷出。喷出的气液混合物利用塔板间空间完成气液分离，液体落入收集板上，从收集板的开口端导入降液管中；气体上升经分离板外缘并折流到上一层塔板。在喷射罩内的其余气液混合物带动分离器旋转，加速气液分离。液体经分离器碰撞，旋转甩出，或直接从喷射罩喷出落到收集板上；或由上升气流携带从喷射孔喷出，最终落到收集板上；而气体上升到分离板，经分离板折流从分离板和喷射罩间隙出来，上升到上一层塔板。夹带的液体在分离板板面上聚集，滴落下来由气流携带从喷射孔喷出，最终落到收集板上。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1）本发明的气液交换系统，通过设置旋流叶片升气孔，使上升气流发生旋转，从而强化气液接触，提高了气液传质效率。

2）喷射罩内设置的旋转分离器促使上升气液进行气、液分离，有效抑制气体的雾沫夹带，有利于提高系统操作上限。

3）塔板上方设置的收集板聚集经过气液传质后的液体，避免与上层塔板下来的新鲜液体混合，有利于提高塔板效率，从而减少一定分离要求下所需的理论板数，降低分离能耗。

4）本发明的气液交换系统技术先进合理，能耗水平低，结构简单，便于安装与维修。对于旧塔的改造，具有设备改造量少、投资低，改造工期短，装置收益明显快，并有利于扩能升级等优点；对于新装置的设计建设，具有技术合理先进，能耗水平低，降低投资、提高效益等特点。

附图说明

图1为本发明一种塔器气液交换系统示意图。

图2为气液交换单元结构示意图。

图3为塔器气液交换系统收集板俯视图。

图4为塔器气液交换系统分离器横截面示意图。

其中1为降液管；2为降液板；3为受液盘；4为喷射孔；5为收集板；6为分离板；7为分离器；8为喷射罩；9为塔壁；10为升气孔；11为旋流叶片；12为塔板；13为升气孔中心板；14为收集板开口端；15为分离器横轴；16为分离器凸型。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的塔器气液交换系统进行更详细的描述。

如图1和图2所示：本发明的塔器气液交换系统，包括塔板12、收集板5、降液板2和喷射罩8。收集板5位于塔板12上方，与塔板12平行或成一定角度。喷射罩8贯穿收集板5，并与收集板密封连接。在塔板12上设有旋流叶片式升气孔10，升气孔对应位置处通过支撑固定喷射罩8。喷射罩底部与塔板间留有空隙，构成塔板上液体进入喷射罩内的通道。在喷射罩的侧壁上开有喷射孔4，顶部设有（气液）分离板6。喷射罩内部在高于喷射孔的位置装有（气液）分离器7。所述的降液板2与塔体（壁）构成降液管1。收集板5的一个直边固定在在降液管外降液板的背部，收集板的弧形边与降液板的两个竖边均固定在塔壁9上，收集板的另一个直边向下弯曲伸入下层塔板的降液管内。

如图2和图3所示，旋流叶片升气孔10是将旋流叶片11按一定的倾斜角度，逐级围绕升气孔中心排列构成。若干旋流叶片11呈扇形，圆心固定在升气孔中心板上13，圆弧上的象限点固定在塔板12上。旋流叶片11与塔板12呈5°~85°角，优选15°~65°，具体角度可以通过CFD流体力学计算得到。

喷射罩8由支腿（支撑）固定在水平塔板12上。喷射罩8的形状可以是圆柱体、矩形体、梯形体或圆台体等。喷射罩的形状若为圆柱体和圆台体，其中心位置对准升气孔中心。喷射罩的形状若为矩形体和梯形体，可在塔板上对称布置多个旋流叶片式升气孔与之对应。喷射罩侧壁上喷射孔4的开孔位置应高于收集板。喷射孔4的形状可以为圆形、条形或方形，其数量和形状尺寸通过流体力学计算确定。

本发明的气液交换系统中，分离器7为空心圆柱筒，其外壁制成六角或八角体凸型状。分离器7的两底面中心穿过一横轴15，该横轴水平固定在喷射罩8的侧壁上。分离器7可以绕横轴15自由转动。根据形状的不同，喷射罩内可以设置多个分离器7。当设置多个分离器时，分离器的横轴应固定在喷射罩的长边上。

所述的分离板6与喷射罩8顶端之间留有缝隙，以供分离后的气体由此通道离开喷射罩。分离板6朝向喷射罩的内侧可以设有若干凸点，或者可以设置若干沟槽。分离板的外缘应超出喷射罩一定尺寸，一方面可以使从分离板和喷射罩缝隙中出来的气体发生折流；另一方面对从喷射孔出来的气体进行破夹带。

所述的收集板5可以平行于塔板，或与塔板成5°~10°的角度。收集板5整体呈簸箕状，一个直边固定在降液板2的背板上，两个弧形边与塔壁密封连接，其开口端略向下弯曲并越过塔板出口堰而伸入下层降液管中。喷射罩8穿过收集板5，并与收集板在相交处固定，并形成密闭连接。收集板5距离塔板12的距离一般可以为30mm～150mm，优选50mm～100mm。若收集板5与塔板12有夹角，该距离以最小值为准。所述的喷射罩侧壁的喷射孔开孔位置高于收集板。

本发明的一种塔器气液交换系统中，所述的其它技术内容，如受液盘、塔板堰等设计是本领域技术人员熟知的技术内容。如，所述的受液盘一般包括一水平设置的弓形板与垂直于该弓形板的竖板，受液盘的弧形变固定在塔壁上构成密闭连接。在塔板的一侧直边固定受液盘的直边（竖板），受液盘的位置应低于塔板。而塔板的另一直边，固定在下层降液板的背板（降液管之外）上，并低于降液板的上沿，从而构成塔板出口堰。

本发明的一种塔器气液交换系统工作过程是：如附图1所示，上层塔板下降的液体由塔壁9和降液板2构成的降液管1流到本层塔板12的受液盘3上，然后在塔板水平处从塔板12和喷射罩8间的通道进入喷射罩8内。上升气体由旋流叶片升气孔10进入喷射罩，将液层提升、拉膜、破碎，从喷射罩侧壁的喷射孔4喷出。气液混合物在惯性作用上升至分离器7，气液惯性力驱动分离器7旋转，实现气液分离。气相由分离板6进一步破夹带后从喷射罩和分离板间的空隙流出，经分离板边缘折流上升到上一层塔板；液相最终从喷射孔喷出。从喷射孔喷出的气液混合物经分离后，液相落到收集板5上，由开口端流入降液管中。

本发明的塔器气液交换系统，通过设置旋流叶片式升气孔，强化气液接触效果，并设置气液分离器利用气体惯性力作用，实现了气液分离，有利于提高塔器内气液传质、分离效率。设置传质后液体收集板，避免了与降液管下来的新鲜液体混合，彻底消除塔器气液交换中的存在的返混问题。经计算，本发明塔器气液交换单元较现有技术可塔板效率提高10%，通量提高30%~50%，操作弹性与传统塔板相当。

实施例1

结合附图2，本发明设计的一种塔器气液交换系统的塔板12上的喷射罩8为圆柱型，塔板升气孔10为圆形，中心与喷射罩中心相对应。旋流叶片11与水平塔板倾斜25°，呈扇形状，圆心固定在升气孔中心板13上，圆弧上的象限点固定在塔板12上。升气孔中安装12组旋流叶片。

结合附图3，塔器气液交换系统的收集板5整体呈簸箕状，一端固定在降液板2上，两侧边固定在塔壁9上，开口端14略向下弯曲伸入降液管中。喷射罩8穿过收集板，并与收集板密封连接。

结合附图4，塔器气液交换系统的分离器7为圆柱型空心筒，横轴15穿过分离器中心固定在圆柱型喷射罩8上。分离器制成绕中心对称分布六角体凸型16。

经冷模试验证明，本发明的气液交换系统较同尺寸的现有气液传质元件提高通量50%，在超过允许负荷的情况下，没有出现雾沫夹带及液泛现象，气液分离效果大幅提升。

Claims (16)

1.一种塔器气液交换系统，包括塔板、收集板、降液板和喷射罩；其特征在于：所述的收集板位于塔板上方，喷射罩贯穿收集板，并与收集板密闭连接；并固定在塔板上；在塔板上设有旋流叶片式升气孔，升气孔对应位置处通过支撑固定着喷射罩；喷射罩底部与塔板间留有空隙，构成塔板上液体进入喷射罩内的通道；在喷射罩的侧壁上开有喷射孔，顶部设有气液分离板；喷射罩内在高于喷射孔的位置装有气液分离器，所述气液分离器为空心圆柱筒，其外壁制成六角或八角体凸型状，气液分离器的两底面中心穿过一横轴，该横轴水平固定在喷射罩体上；所述的降液板与塔体构成降液管，在降液管外降液板背部固定收集板，收集板的弧形边与降液板竖直的两边固定在塔壁上，收集板的另一直边向下弯曲伸入下层塔板的降液管内。

2.按照权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的旋流叶片升气孔是将旋流叶片按一定的倾斜角度，逐级围绕升气孔中心排列构成。

3.按照权利要求2所述的系统，其特征在于，所述的旋流叶片呈扇形，圆心固定在升气孔中心板上，圆弧上的象限点固定在塔板上。

4.按照权利要求3所述的系统，其特征在于，所述的叶片与塔板呈5°~85°角度。

5.按照权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的喷射罩由支腿固定在水平塔板上。

6.按照权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的喷射罩的形状为圆柱体、矩形体、梯形体或圆台体。

7.按照权利要求6所述的系统，其特征在于，所述的喷射罩的形状为圆柱体或圆台体，其中心位置对准升气孔中心。

8.按照权利要求6所述的系统，其特征在于，所述的喷射罩为矩形体和梯形体时，对称布置多个旋流叶片式升气孔。

9.按照权利要求1所述的系统，其特征在于，所述喷射孔在喷射罩侧壁上的位置高于收集板。

10.按照权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的喷射孔是圆形、条形、方形。

11.按照权利要求1所述的系统，其特征在于，设置多个气液分离器，多个分离器的横轴固定在喷射罩体的长边上。

12.按照权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的分离板为固定在喷射罩顶部的面板，分离板与喷射罩顶部留有缝隙。

13.按照权利要求12所述的系统，其特征在于，所述的面板朝向喷射罩的内侧设有若干凸点，或者设置若干沟槽。

14.按照权利要求12所述的系统，其特征在于，所述面板的外缘超出喷射罩一定尺寸。

15.按照权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的收集板平行于塔板，或与塔板成5°~10°的角度。

16.按照权利要求4所述的系统，其特征在于，所述的叶片与塔板呈15°~65°角。