CN106345391B - 复合式立体旋流筛板及复合式筛板塔 - Google Patents

复合式立体旋流筛板及复合式筛板塔 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种复合式立体旋流筛板及复合式筛板塔，涉及塔设备的技术领域，包括内筒、外筒，旋流筛板和支撑网；在所述内筒底部可拆卸的设置有所述支撑网，所述内筒壁面设有筛孔；所述内筒与所述外筒同轴设置；在所述内筒和所述外筒中间设置有旋流筛板，所述旋流筛板上设有孔；复合式立体旋流筛板，填料区域和旋流筛板区域组合的特点，使该种塔板在相同处理量的情况下，能够减小塔径，节约制作成本；抗堵性能出色，在含尘气体的净化处理上具有明显的优势；板结构简单，可拆卸式设计便于安装与维护；充分利用传质空间，提高传质能力。

Description

复合式立体旋流筛板及复合式筛板塔
技术领域
本发明涉及塔设备技术领域，尤其是涉及一种复合式立体旋流筛板及复合式筛板塔。
背景技术
塔设备在石油、化工等行业中应用广泛，主要进行精馏、吸收解吸、气体的增湿及冷却等单元操作。
塔板是板式塔设备中的核心构件，是气(汽)液或液液两相充分接触的主要场所，以此达到两相间传热与传质的目的。塔板性能的优劣直接影响着产品的质量及性能、工厂的生产产值、能耗以及经济效益。现有的塔板多是采用具有降液管形式设计，且只适合气下液上的逆流流动形式，此类型塔板因气液流通面积较小，且会受液泛的影响，造成处理能力较低，往往适合处理量较小的精馏场合，在脱硫除尘等吸收等需要大气液通量的场合往往表现不佳。
塔设备按其内构件形式的不同，通常会分为板式塔与填料塔两种，两种塔内件各具特点。
填料塔气液两相为连续式接触传质，通常情况下，填料塔的尺寸较小，传质效果高，适用于易发泡和腐蚀性体系，但填料塔操作范围小，不适用于处理含固体悬浮物的物料，且清洗维护不便，并且填料造价高昂。相较于填料塔，板式塔内气液两相为层级式接触传质，具有处理能力大，能耗低，抗堵性能出众，造价低廉等优势，但是传质效率相对较低。
近年来，以塔板为主体，结合填料为辅的复合式塔板相继被研发，但多采用塔板与规整填料上下相邻安装的形式，虽然具有一定传质效果的提升，但两种类型塔板优势得以体现的同时，劣势也相应的叠加，特点并不鲜明。
因此，如何研究高效的复合式塔板，仍是现阶段研究工作者的一项重点内容。
发明内容
本发明的目的在于提供一种复合式立体旋流筛板及复合式筛板塔，以解决了传质效率低、能耗高和生产成本高的问题。
为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种复合式立体旋流筛板，包括：
内筒、外筒，旋流筛板和支撑网；
在所述内筒底部可拆卸的设置有所述支撑网，所述内筒壁面设有筛孔；
所述内筒与所述外筒同轴设置；
在所述内筒和所述外筒中间设置有旋流筛板，所述旋流筛板上设有孔。
进一步地，相邻所述旋流筛板间隔设置，相邻所述旋流筛板中间设置有连接所述外筒两侧的螺旋通道。
进一步地，所述筛孔均匀设置在所述内筒壁面，所述孔均匀设置在所述旋流筛板上。
进一步地，所述内筒截面积大于所述外筒总截面积的40％。
进一步地，所述旋流筛板上的所述孔的直径为4mm－10mm，所述孔的开孔率大于等于25％且小于40％。
进一步地，所述旋流筛板上沿和下沿间扭转角度为30°－60°，所述旋流筛板数量为6－20块。
进一步地，所述外筒边缘设有用于固定所述复合式立体旋流筛板的支撑圈，所述支撑圈周向均匀开有安装孔。
进一步地，所述安装孔数量为4－12个。
进一步地，所述内筒形成的区域为填料层或催化剂区域，所述外筒与所述内筒间为旋流筛板区域，或，所述内筒形成的区域为旋流筛板区域，所述外筒与所述内筒间为填料层或催化剂区域。
第二方面，本发明还提供一种复合式筛板塔，包括第一方面中提供的任一种所述的复合式立体旋流筛板。
本发明提供的一种复合式立体旋流筛板及复合式筛板塔具有以下有益效果：
采用本发明提供的一种复合式立体旋流筛板，在内筒底部可拆卸的设置有支撑网，同时在内筒壁面设有筛孔，内筒形成的区域为填料层或催化剂区域，在内筒和外筒中间设置有旋流筛板，旋流筛板上设有孔；这种旋流筛板和填料板组合的方式设置塔板具有较高的传质效率，与其他类型塔板或填料相比，在达到相同传质效果的前提下，能够减少塔板的安装数量；同时压降低，能有效节约水泵、风机等能量消耗；通量大，处理能力强，在相同处理量的情况下，能够减小塔径，节约制作成本；抗堵性能出色，在含尘气体的净化处理上具有明显的优势；板结构简单，可拆卸式设计便于安装与维护；充分利用传质空间，提高传质能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的复合式立体旋流筛板的三维结构示意图；
图2为本发明实施例提供的复合式立体旋流筛板的主视图；
图3为本发明实施例提供的复合式立体旋流筛板的俯视图；
图4为本发明实施例提供的复合式立体旋流筛板中旋流筛板的立体折叠结构示意图。
图标：1－支撑圈；2－外筒；3－旋流筛板；4－内筒；5－填料层或催化剂区域；6－支撑网。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
图1为本发明实施例提供的复合式立体旋流筛板的三维结构示意图；
图2为本发明实施例提供的复合式立体旋流筛板的主视图；
图3为本发明实施例提供的复合式立体旋流筛板的俯视图；
图4为本发明实施例提供的复合式立体旋流筛板中的旋流筛板的立体折叠结构示意图。
请参照图1、图2、图3和图4，下面将结合附图对本发明实施例提供的复合式立体旋流筛板作详细说明。
本发明第一方面的实施例提供了一种复合式立体旋流筛板，包括：
内筒4、外筒2，旋流筛板3和支撑网6；
在内筒底部可拆卸的设置有支撑网6，内筒4壁面设有筛孔；
内筒4与外筒2同轴设置；
在内筒4和外筒2中间设置有旋流筛板3，旋流筛板3上设有孔。
其中，筛孔均匀设置在内筒4壁面，孔均匀设置在旋流筛板3上。
旋流筛板3可以采用矩形均匀布孔，也可以采用正三角形均匀布孔，孔径为4mm－10mm，具体可以为4mm、4.5mm、5mm、5.5mm、6mm、6.5mm、7mm、7.5mm、8mm、8.5mm、9mm、9.5mm、10mm，开孔率大于等于25％且小于40％，具体可以为25％、28％、30％、33％、36％、39.9％。
具体地，内筒底部可拆卸连接设置的支撑网6，支撑网6与内筒形成的区域为填料层或催化剂区域5，用于填放或者存放填料和催化剂，气液两相在填料层或催化剂区域5充分混合。
本发明第一方面实施例提供的复合式立体旋流筛板分为两个传质区域，分别为：支撑网与内筒形成的填料层或催化剂区域和内筒和外筒2形成的旋流筛板区域，内筒中空区域用于存放填料和催化剂，气液两相在此区域充分混合，由于壁流作用，部分气液顺着内筒壁筛孔流入旋流筛板区域；而旋流筛板区域的立体层叠特点，能够使气液两相在旋流筛板3间有旋流及穿孔流两种流动状态，且这两种状态相互作用。
上述填料层和催化剂区域存放的填料和催化剂既要满足生产工艺的要求，又要使设备投资和操作费用最低。
填料种类的选择要考虑分离工艺的要求，通常考虑以下几个方面：(1)传质效率要高一般而言，规整填料的传质效率高于散装填料；(2)通量要大，在保证具有较高传质效率的前提下，应选择具有较高泛点气速或气相动能因子的填料；(3)填料层的压降要低；(4)填料抗污堵性能强，拆装、检修方便。
旋流筛板3上均匀设有孔，孔的直径为4mm－10mm，开孔率大于等于25％且小于40％，当气液两相穿过立体旋流筛板时，气液两相具有旋流筛板间的旋流流动和贴近旋流筛板壁面的穿孔流动的两种流动状态，因此复合式立体旋流筛板多种流动相互混合的特点能够极大增强气液两相间的传质。
开孔率规定为筛板上筛孔的总面积与开孔区面积的比值，即：Φ＝A0/Aa，式中：Φ－开孔率(％)，A0－筛板上筛孔的总面积(m2)，Aa－开孔区的面积(m2)。
需要说明的是，相邻旋流筛板3间隔设置，相邻旋流筛板3中间设置有连接外筒2两侧的螺旋通道。
旋流筛板3上沿和下沿间扭转角度为30°、45°、60°。
旋流筛板3，采用扭转式设计，同一旋流筛板3上沿和下沿夹角为扭转角，扭转角可以为30°、45°、60°。旋流筛板3的扭转旋向可以分为顺时针与逆时针两种。
旋流筛板3的立体层叠结构如图4中所示，nu和(n+1)u间夹角为45°，nu和nd间夹角为90°，其中n代表筛板序号，下标u和d分别代表筛板上沿和下沿。依此设计，在竖直投影方向上，第n块筛板上半部将与第n－1块筛板的下半部重合，第n块筛板下半部将与第n+1块筛板的上半部重合。
需要说明的是，内筒4截面积大于外筒2总截面积的40％。这样的设计可以保证一定数量的旋流筛板3能够完全在内筒4和外筒2间连接。
具体地，旋流筛板3数量为6－20块。
需要说明的是，旋流筛板3的布置数量根据复合式立体旋流筛板尺寸、材质和工况而定，具体可以为6块、8块、10块、12块、14块、16块、18块、20块。
此外，外筒2边缘设有用于固定复合式立体旋流筛板的支撑圈1，支撑圈1周向均匀开有安装孔。
并且，安装孔数量为4－12个。
需要说明的是，支撑圈1连接于外筒2外壁上边沿，支撑圈1上周向均匀开孔用于固定旋流筛板3，具体可以用螺栓固定，开孔数量根据塔板具体尺寸宜选用4－12个，可以为4个，可以为6个，可以为8个，可以为10个，还可以为12个。
内筒4形成的区域为填料层或催化剂区域，外筒2与内筒4间为旋流筛板区域，或者，内筒形成的区域为旋流筛板区域，外筒2与内筒4间为填料层或催化剂区域5。
上述安装方式可根据具体工况而改变安装方式，或者在大塔径的情况下，增加上述填料层或催化剂区域和旋流筛板区域这两区域数量，采用两区域相间隔的形式，即，从内到外为：填料层或催化剂区域、旋流筛板区域、填料层或催化剂区域这种方式，或是填料层或催化剂区域、旋流筛板区域、填料层或催化剂、旋流筛板区域，具体的组合方式不限于上述几种，只要为两区域间隔组合的方式连接形成的塔板均落入本发明的保护范围内。
本发明实施例提供的一种复合式旋流筛板塔内件，兼具了流通面积大、传质效果好、塔板压降低、处理能力大等优点，同时，用于气液并流操作时亦无液泛及雾沫夹带现象发生。
本发明实施例提供的一种复合式立体旋流筛板传质效率高，与其他类型塔板相比，在达到相同传质效果的前提下，能够减少塔板的安装数量。复合式立体旋流筛板压降低，能有效节约水泵、风机等能量消耗。立体选流筛板通量大，处理能力强，在相同处理量的情况下，能够减小塔径，节约制作成本。复合式立体旋流筛板抗堵性能出色，在含尘气体的净化处理上具有明显的优势。复合式立体旋流筛板结构简单，可拆卸式设计便于安装与维护。
本发明第二方面的实施例提供了一种复合式筛板塔(图中未示出)，包括上述任一实施例中的复合式立体旋流筛板。
以烟道气脱硫除尘为例：在吸收塔内吸收段安装若干复合式立体旋流筛板，相邻两塔板筛板采用不同旋向，气液采用同时自上而下的并流形式，烟气与脱硫吸收剂流经复合式立体旋流筛板后，在气液在旋流筛板区域，一部分气液沿旋转方向自上而下的旋流流动，一部分气液沿贴近筛板壁面向下的穿孔流动。在内筒填料层区域，气液不仅在填料层区域进行传质，并且通过壁流作用顺着内筒壁筛孔流向旋流筛板区域，同时旋流筛板区域的部分气液也会通过内筒壁流入填料层区域，两种区域气液流动状态各自保持，又互相作用，极大增强了气液传质，同时含尘颗粒在旋流筛板板区域被甩向外筒壁聚集，流入下层塔板，避免了塔板堵塞。
本发明第二方面的实施例提供的复合式筛板塔在多塔板安装时，相邻两塔板采用不同旋向安装，多塔板安装时，相邻两塔板间采用交替筛板旋向安装、传质效果更佳。复合式立体旋流筛板适用气液逆流与气液并流两种流动方式，尤其适用于气液并流时大液、气通量的操作工况，可广泛应用于吸收、除尘、洗气、增湿、催化等场合。
采用本发明提供的一种复合式立体旋流筛板，在内筒底部可拆卸的设置有支撑网，同时在内筒壁面设有筛孔，内筒形成的区域为填料层或催化剂区域，在内筒和外筒中间设置有旋流筛板，旋流筛板上设有孔；这种旋流筛板和填料板组合的方式设置塔板具有较高的传质效率，与其他类型塔板或填料相比，在达到相同传质效果的前提下，能够减少塔板的安装数量；同时压降低，能有效节约水泵、风机等能量消耗；通量大，处理能力强，在相同处理量的情况下，能够减小塔径，节约制作成本；抗堵性能出色，在含尘气体的净化处理上具有明显的优势；板结构简单，可拆卸式设计便于安装与维护；充分利用传质空间，提高传质能力。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种复合式立体旋流筛板，其特征在于，包括：内筒(4)、外筒(2)，旋流筛板(3)和支撑网(6)；
在所述内筒底部可拆卸的设置有所述支撑网(6)，所述内筒(4)壁面设有筛孔；
所述内筒(4)与所述外筒(2)同轴设置；
在所述内筒(4)和所述外筒(2)中间设置有旋流筛板(3)，所述旋流筛板(3)上设有孔；
所述内筒(4)截面积大于所述外筒(2)总截面积的40％。
2.根据权利要求1所述的复合式立体旋流筛板，其特征在于，相邻所述旋流筛板(3)间隔设置，相邻所述旋流筛板(3)中间设置有连接所述外筒(2)两侧的螺旋通道。
3.根据权利要求1所述的复合式立体旋流筛板，其特征在于，所述筛孔均匀设置在所述内筒(4)壁面，所述孔均匀设置在所述旋流筛板(3)上。
4.根据权利要求1所述的复合式立体旋流筛板，其特征在于，所述旋流筛板(3)上的所述孔的直径为4mm－10mm，所述孔的开孔率大于等于25％且小于40％。
5.根据权利要求1所述的复合式立体旋流筛板，其特征在于，所述旋流筛板(3)上沿和下沿间扭转角度为30°－60°，所述旋流筛板(3)数量为6－20块。
6.根据权利要求1所述的复合式立体旋流筛板，其特征在于，所述外筒(2)边缘设有用于固定所述复合式立体旋流筛板的支撑圈(1)，所述支撑圈(1)周向均匀开有安装孔。
7.根据权利要求6所述的复合式立体旋流筛板，其特征在于，所述安装孔数量为4－12个。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的复合式立体旋流筛板，其特征在于，所述内筒(4)形成的区域为填料层或催化剂区域，所述外筒(2)与所述内筒(4)间为旋流筛板区域，或，所述内筒形成的区域为旋流筛板区域，所述外筒(2)与所述内筒(4)间为填料层或催化剂区域(5)。
9.一种复合式筛板塔，其特征在于，包括权利要求1至8中任一项所述的复合式立体旋流筛板。
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