CN106377919B - 多层式立体旋流筛板及多层式旋流筛板塔 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种多层式立体旋流筛板及多层式旋流筛板塔，涉及塔设备的技术领域，包括内筒、中筒、外筒和旋流筛板；内筒、中筒和外筒依次自内向外套装在一起；旋流筛板包括内旋流筛板和外旋流筛板；内筒与中筒之间通过内旋流筛板连接；中筒与外筒之间通过外旋流筛板连接；旋流筛板上设有孔；多层式立体旋流筛板，多层立体旋流筛板的组合，多层式立体旋流筛板传质效率高，与其他类型塔板比较，在达到相同传质效果的前提下，能够减少塔板的安装数量；压降低，能有效减少水泵、风机等能量消耗；多层式立体旋流筛板通量更大，能够适应更大的塔径吸收塔的选择，机械强度稳定，安全可靠；抗堵性能出色，在净化处理含尘气体上具有明显的优势。

Description

多层式立体旋流筛板及多层式旋流筛板塔
技术领域
本发明涉及塔设备技术领域，尤其是涉及一种多层式立体旋流筛板及多层式旋流筛板塔。
背景技术
塔设备在化工、石化等生产行业中应用广泛，主要进行精馏、吸收、解吸、气体的增湿及冷却等单元操作。塔设备按内构件形式的不同，常分为板式塔与填料塔两大类，相较于填料塔，板式塔具有处理能力大，阻力能耗低，抗堵性能出众，造价低廉等优势。
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。现阶段，学者将工作重点放在不设降液管式的穿流型塔板上。穿流型因其塔板流通面积大，压降低，能够适用于气液逆流与气液并流两种流动形式，气液逆流时能够显著提高液泛上限，气液并流时更能够成倍提高气液通过能力；并且穿流型塔板因其流通面积大，抗堵性能强，在处理含尘气体时具有明显的优势。
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。
因此，如何研究高效的多层式立体旋流筛板塔，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多层式立体旋流筛板及多层式旋流筛板塔，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，本发明提供一种多层式立体旋流筛板，包括：内筒、中筒、外筒和旋流筛板；
所述内筒、所述中筒和所述外筒依次自内向外套装在一起；
旋流筛板包括内旋流筛板和外旋流筛板；
所述内筒与所述中筒之间通过内旋流筛板连接；
所述中筒与所述外筒之间通过外旋流筛板连接；
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，所述旋流筛板上的孔均匀设置，所述孔的直径为4mm-10mm，开孔率大于等于25％且小于40％。
进一步地，所述内筒形成区域的截面积小于所述中筒形成的区域总截面积的20％。
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，与所述内筒可拆卸地连接以封堵所述内筒内部通道的封堵机构，所述封堵机构为连接于所述内筒两端的盲板，所述盲板形状为T型帽罩式。
进一步地，所述内筒与所述盲板螺纹连接。
进一步地，所述外筒边缘设有用于固定所述多层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。
第二方面，本发明还提供一种多层式旋流筛板塔包括第一方面中提供的任一种所述的多层式立体旋流筛板。
本发明提供的一种多层式立体旋流筛板及多层式旋流筛板塔具有以下有益效果：
采用本发明提供的一种多层式立体旋流筛板，上述立体旋流筛板属于穿流型塔板，内筒、中筒和外筒依次自内向外套装在一起，内筒与中筒之间通过内旋流筛板连接，中筒与外筒之间通过外旋流筛板连接，旋流筛板上设置有孔，这样的设计使得气液两相均从内旋流筛板和外旋流筛板间旋流流动和穿孔流动，且两种状态相互作用，能够有效的增强气液混合程度，延长气液接触时间，从而达到强化传质及传热目的，并且能够显著强化不同高度与不同周向区域间流体的接触与混合，对于含固体颗粒流体的处理过程而言，即可实现高效的传质过程，又可消减固体颗粒在旋流筛板上的沉积与堵塞现象，上述含固体颗粒流体如烟气。
多层式立体旋流筛板传质效率高，与其他类型塔板比较，在达到相同传质效果的前提下，能够减少塔板的安装数量；压降低，能有效减少水泵、风机等能量消耗；多层式立体旋流筛板通量更大，能够适应更大的塔径吸收塔的选择，机械强度稳定，安全可靠；抗堵性能出色，在净化处理含尘气体上具有明显的优势；结构简单，拆装式的设计便于安装与维护；内外层筛板数量、角度可调可控，便于在不同气液量下，进行调控，使传质效果达到最佳。
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多层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多层式立体旋流筛板的主视图；
图3为本发明实施例提供的多层式立体旋流筛板的俯视图；
图4为本发明实施例提供的多层式立体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；31-内旋流筛板；32-外旋流筛板；4-中筒；5-封堵机构；6-内筒。
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多层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多层式立体旋流筛板的主视图；图3为本发明实施例提供的多层式立体旋流筛板的俯视图；图4为本发明实施例提供的多层式立体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多层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多层式立体旋流筛板，包括：
内筒6、中筒4、外筒2和旋流筛板3；
内筒6、中筒4和外筒2依次自内向外套装在一起；
旋流筛板3包括内旋流筛板31和外旋流筛板32；
内筒6与中筒4之间通过内旋流筛板31连接；
中筒4与外筒2之间通过外旋流筛板32连接；
旋流筛板3上设有孔。
需要说明的是，在内筒6与中筒4中间设置的内旋流筛板31和中筒4与外筒2之间设置的外旋流筛板32，两组筛板的旋向是相反的，但是本发明保护的旋流筛板的旋向不仅限于上述此种旋向，还包括，内筒6与中筒4中间设置的外旋流筛板32和中筒4与外筒2之间设置的内旋流筛板31。
具体地，设置在内筒6与中筒4之间的内旋流筛板31和中筒4与外筒2之间外旋流筛板32，上述两个区域的旋流筛板3在相同开孔率和扭转角下为最佳，但是其根据不同工况和实际操作条件下，也可以进行不同开孔率和扭转角的配合使用。
其中相邻旋流筛板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。
具体地，旋流筛板3上的孔均匀设置，孔的直径为4mm-10mm，开孔率大于等于25％且小于40％。
需要说明的是，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％。
其中，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)。
旋流筛板3沿和下沿间扭转角度为30°-60°，旋流筛板3数量为6-20块。
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。
进一步地，旋流筛板3数量为6-20块。
需要说明的是，旋流筛板3的布置数量根据多层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。
其中，内筒6形成区域的截面积小于中筒4形成的区域总截面积的20％。
考虑到气液量较小时传质效率的问题，在内筒6可拆卸地连接以封堵内筒6内部通道的封堵机构5，封堵机构5为连接于内筒6两端的盲板，盲板形状为T型帽罩式。
需要说明的是，封堵机构5用于防止气液量较小时，气液大部分从内筒6通过，影响传质效果。当气液量较大时，因内筒6截面较小，受内筒6的节流作用，气液大部分会从旋流筛板3处通过，可忽略内筒6内通过液体传质效果不佳的影响，封堵机构5可拆卸，拆卸后能够减小塔板阻力。
需要说明的是，多层式立体旋流筛板的内筒6上可拆卸的连接有封堵机构5。
上述封堵机构有多种选择方式，如：
方式一，封堵机构5为连接于内筒6的柱体。
需要说明的是，多层式立体旋流筛板的内筒6上可拆卸的连接有柱体，可以为实心柱体，也可以为空心柱体。
具体地，多层式立体旋流筛板的内筒6与柱体采用螺纹连接，柱体旋入内筒6。内筒6内壁上开有内螺纹，柱体外壁上开有外螺纹；或者，内筒6内壁上开有外螺纹，柱体外壁上开有内螺纹。
或者，内筒6与柱体卡接，具体地可以为，内筒6内壁上设有滑槽，柱体外侧设有与内筒6内壁上的滑槽相配合的滑块；或者，内筒6内壁上设有滑块，柱体外侧设有与内筒6内壁上的滑槽相配合的滑槽。
方式二，封堵机构5为连接于内筒6两端的盲板。
需要说明的是，多层式立体旋流筛板的内筒6上可拆卸的连接有盲板，连接于内筒6的两端，这种设计相比实心柱体节省材料，既能够达到封堵内筒6的内部通道的作用，又可以节约成本。盲板封堵在内筒6两端，用于防止气液量较小时，气液大部分从内筒6通过，影响传质效果。内筒6两端的盲板可拆卸，拆卸后能够减小塔板阻力。
其中，盲板形状为T型帽罩式。
需要说明的是，内筒6两端的盲板采用T型帽罩式设计，采用T型帽罩式设计，可有效防止盲板壁面的流体分离现象和溢流现象的出现，减小流体流动阻力，提高传质效果。
进一步地，内筒6与盲板螺纹连接。
需要说明的是，内筒6与盲板螺纹连接。内筒6内壁上开有内螺纹，盲板外壁上开有外螺纹；或者，内筒6内壁上开有外螺纹，盲板外壁上开有内螺纹。具体地，帽罩下部外缘开外螺纹，用于与内筒6开设的内螺纹配合；或者，
帽罩下部外缘开内螺纹，用于与内筒6开设的外螺纹配合。
上述封堵机构的连接方式有多种选择方式，如：
方式一，内筒6与封堵机构5螺纹连接。内筒6内壁上开有内螺纹，封堵机构5外壁上开有外螺纹；或者，内筒6内壁上开有外螺纹，封堵机构5外壁上开有内螺纹。
方式二，内筒6与封堵机构5卡接。
需要说明的是，卡接的优势在于避免了螺纹连接、夹紧、粘贴等其他的连接方法，这些卡接结构是采用模具成型的，不需要额外把它们连接起来。另外，如果设计得当，还可以达到重复安装和拆卸而不损伤零件。卡接结构可以设计成一次性的和多次使用的。一次性的卡接是指零件安装以后不需要再拆下来。多次使用的卡接结构则多用在需要便于拆卸的场合。
除此之外，外筒2边缘设有用于固定所述多层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多层式立体旋流筛板，具体可以用螺栓固定，开孔数量视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。
在生产中当塔经大于2米的情况下，可适当增加旋流筛板区域，即采用多筒相套的形式，用于增强旋流筛板的稳定性。
本发明第二方面的实施例提供了一种多层式旋流筛板(图中未示出)，包括上述任一项实施例中的多层式立体旋流筛板。
以烟道气脱硫除尘为例：在塔径超过1米的吸收塔内吸收段安装若干多层式立体旋流筛板，相邻塔板采用不同旋流筛板旋向，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多层式立体旋流筛板后，气液两相在内层和外层各自旋流筛板区域，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，两种流动状态相互作用，同时通过中筒筛孔能使内外层区域间的两相相互流通。气液在多层式立体旋流筛板区域具有多种流动状态，能够显著强化不同高度和不同周向区域之间流体的接触与混合，实现传质过程高效化，又能消减固体颗粒在筛板上的沉积与堵塞现象，如烟尘。
采用本发明提供的一种多层式立体旋流筛板，上述多层式立体旋流筛板属于穿流型塔板，内筒、中筒和外筒依次自内向外套装在一起，内筒与中筒之间通过内旋流筛板连接，中筒与外筒之间通过外旋流筛板连接，旋流筛板上设置有孔，这样的设计使得气液两相均从内旋流筛板和外旋流筛板间旋流流动和穿孔流动，且两种状态相互作用，能够有效的增强气液混合程度，延长气液接触时间，从而达到强化传质及传热目的，并且能够显著强化不同高度与不同周向区域间流体的接触与混合，对于含固体颗粒流体的处理过程而言，即可实现高效的传质过程，又可消减固体颗粒在旋流筛板上的沉积与堵塞现象，上述含固体颗粒流体如烟气。
多层式立体旋流筛板传质效率高，与其他类型塔板比较，在达到相同传质效果的前提下，能够减少塔板的安装数量；压降低，能有效减少水泵、风机等能量消耗；多层式立体旋流筛板通量更大，能够适应更大的塔径吸收塔的选择，机械强度稳定，安全可靠；抗堵性能出色，在净化处理含尘气体上具有明显的优势；结构简单，拆装式的设计便于安装与维护；内外层筛板数量、角度可调可控，便于在不同气液量下，进行调控，使传质效果达到最佳。
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)

1.一种多层式立体旋流筛板，其特征在于，包括：内筒(6)、中筒(4)、外筒(2)和旋流筛板(3)；
所述内筒(6)、所述中筒(4)和所述外筒(2)依次自内向外套装在一起；
旋流筛板(3)包括内旋流筛板(31)和外旋流筛板(32)；
所述内筒(6)与所述中筒(4)之间通过内旋流筛板(31)连接；
所述中筒(4)与所述外筒(2)之间通过外旋流筛板(32)连接；
所述旋流筛板(3)上设有孔；
与所述内筒(6)可拆卸地连接以封堵所述内筒(6)内部通道的封堵机构(5)，所述封堵机构(5)为连接于所述内筒(6)两端的盲板，所述盲板形状为T型帽罩式。
2.根据权利要求1所述的多层式立体旋流筛板，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所述的多层式立体旋流筛板，其特征在于，所述旋流筛板(3)上的孔均匀设置，所述孔的直径为4mm-10mm，开孔率大于等于25％且小于40％。
4.根据权利要求1所述的多层式立体旋流筛板，其特征在于，所述内筒(6)形成区域的截面积小于所述中筒(4)形成的区域总截面积的20％。
5.根据权利要求1所述的多层式立体旋流筛板，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所述的多层式立体旋流筛板，其特征在于，所述内筒(6)与所述盲板螺纹连接。
7.根据权利要求1所述的多层式立体旋流筛板，其特征在于，所述外筒(2)边缘设有用于固定所述多层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。
8.根据权利要求7所述的多层式立体旋流筛板，其特征在于，所述安装孔数量为4-12个。
9.一种多层式旋流筛板塔，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的多层式立体旋流筛板。
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