CN107029654B - 立体传质塔板及板式塔 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种立体传质塔板。所述立体传质塔板包括板体、设于所述板体的若干个筛孔和若干个浮阀结构，每一所述浮阀结构包括形成于所述板体的阀孔、套设于所述阀孔内并与所述板体固定连接的倒锥形筒体、固定于所述板体的支架、与所述支架连接且插入所述倒锥形筒体内的支撑杆和套设于所述支撑杆的浮片，所述倒锥形筒体的上沿高出所述板体的表面。本发明提供的立体传质塔板传质效率高、且通量高。本发明还提供一种板式塔。

Description

立体传质塔板及板式塔

技术领域

本发明涉及化工设备技术领域，具体涉及一种立体传质塔板及板式塔。

背景技术

板式塔是一类用于气-液或液-液系统的分级接触传质设备，由塔体和按一定间距分布在塔体内的若干塔板组成，广泛应用于精馏和吸收。以气-液系统为例，操作时液体在重力作用下，自上而下依次流过各层塔板，至塔底排出；气体在压力差推动下，自下而上依次穿过各层塔板，至塔顶排出。每块塔板上保持着一定高度的液层，气体通过塔板分散到液层中去，进行相际接触传质。

板式塔被广泛应用于石油、化工、轻工等行业，且随着化工行业的发展，对其大型化要求越来越高。而我国大量新建化工企业集中在非水运航线地区，绝大多数大型塔器由于技术要求不得不远离基建现场加工制造，但由于运输线路的高度限制，使大型塔器直径不得大于4.2m，只能采用多塔并联方式，以满足大型化要求。随之带来了塔器投资急剧上升，配套输送管线、设备和控制系统等成倍增加，从而造成操作能耗和成本增加等问题。因此，需要开发一种高效、高通量的板式塔开发成功，以减少塔器直径或套数，从而降低生产能耗及成本。

相关技术中，为了提高板式塔的通量，采用的措施为适当增加降液管面积。然而，在塔体截面积不变的条件下必然会使传质面积减少，从而降低了其传质效率和板式塔的处理效率；同时，受塔截面积的限制，塔板上的开孔率一般为12％左右，不超过20％，开孔率的限制降低了气液相的接触面积，进一步影响传质效率。

因此，有必要提供一种新的板式塔解决上述技术问题。

发明内容

本发明的目的是克服上述技术问题，提供一种传质效率高、且通量高的立体传质塔板及应用该立体传质塔板的板式塔。

本发明的技术方案是：

一种立体传质塔板，包括板体、设于所述板体的若干个筛孔和若干个浮阀结构，每一所述浮阀结构包括形成于所述板体的阀孔、套设于所述阀孔内并与所述板体固定连接的倒锥形筒体、固定于所述板体的支架、与所述支架连接且插入所述倒锥形筒体内的支撑杆和套设于所述支撑杆的浮片，所述倒锥形筒体的上沿高出所述板体的表面。

优选的，所述支撑杆与所述倒锥形筒体同圆心。

优选的，所述倒锥形筒体高出所述板体的高度为所述立体传质塔板堰高的1/2-3/4。

优选的，所述倒锥形筒体的锥度为30-60°，且大口径一端的直径为78-156mm，小口径一端的直径为39-78mm。

优选的，所述倒锥形筒体包括若干个形成于其侧壁的气流孔，所述气流孔的直径为3-15mm。

优选的，所述筛孔的孔径为3-15mm。

优选的，所述浮片包括主体部、设于所述主体部的多个通气孔、与所述主体部连接且在所述主体部的正投影位于所述通气孔内的阀片；优选的，所述阀片与所述主体部围合形成三角形。

优选的，所述主体部呈圆形，其直径为40-80mm。

优选的，所述立体传质塔板还包括设于所述板体的若干个导向结构，所述导向结构包括形成于所述板体的导向孔、设于所述导向孔的罩体及设于所述罩体一侧的开口；优选的，所述开口的形状为梯形。

基于所述立体传质塔板，本发明还提供一种应用所述立体传质塔板的板式塔。所述板式塔包括塔体、设于所述塔体内的多个平行间隔设置的所述立体传质塔板、设于每一所述立体传质塔板相对两侧的降液管和受液盘。

与现有技术相比，本发明提供的立体传质塔板，具有如下有益效果：

一、气液相传质效率高

1、所述立体传质塔板包括若干个设于所述板体的浮阀结构，所述浮阀结构包括形成于所述板体的阀孔、套设于所述阀孔内并与所述板体固定连接的倒锥形筒体、固定于所述板体的支架、与所述支架连接且插入所述倒锥形筒体内的支撑杆和套设于所述支撑杆的浮片，所述倒锥形筒体的上沿高出所述板体的表面。

当处于刚开车情况下，气流量较小，液相大多所述筛孔中流出，塔板上液层不高，无法漫过所述倒锥形筒体的上沿，使所述倒锥形筒体内无持液量；

随着气相流量增大，从筛孔漏下的液流量大幅减少，所述立体传质塔板上持液量增大，液层增高，液流漫过所述倒锥形筒体的上沿，沿其侧壁加速斜冲而下，上升的气流逐渐增大有力地托住了顺势而下的液流，使所述倒锥形筒体内有一定的持液量；在此过程中下降的液流与上升的气流形成对撞，气液相的接触面积增大；

当浮片继续上升直至完全打开时，板式塔处于正常工作状态，部分气流从筛孔穿过与液流接触，进行部分传质作用，大部分的传质作用发生在所述倒锥形筒体周围。

2、所述倒锥形筒体包括若干个设于其侧壁的气流孔，在浮片完全打开的状态下，紧贴所述倒锥形筒体的内壁且通过与所述浮片的环隙顺势而下的液流与所述倒锥形筒体侧壁上的气流孔穿过的气流对撞，且所述倒锥形筒体内的液流与所述气流孔穿入的气流对撞，进一步提高了气液相的传质效率。

3、所述浮片包括主体部、设于所述主体部的多个通气孔、与所述主体部连接且在所述主体部的正投影位于所述通气孔内的阀片，至下而上的气流在穿过所述通气孔后，向所述阀片的两侧流动，与所述浮片上的液流进行对撞传质，进一步提高气液相的传质效率。

4、所述立体传质塔板还包括若干个导向结构，所述导向结构包括导向孔、设于所述导向孔的罩体及设于所述罩体一侧的开口，经所述导向孔的气流由所述开口流出，推动塔板上的液流水平流动，进一步提高了气液相的传质效率。

因此，在所述板式塔内的不同方向进行气液相传质，传质更加剧烈、气液接触时间长、气液接触更充分，从而使得立体传质塔板在整个立体空间形成了有效的传质区，提高了板式塔内气液相的传质效果。

二、液流强度增加，处理能力增大

所述浮片与所述倒锥形筒体内壁之间形成环隙，所述倒锥形筒体侧壁的所述气流孔和所述环隙均增加了单位时间内气体的通量，即提高了其通过的空塔气速；所述倒锥形筒体的设置，提高了单位时间内液流的通量，且所述导向结构的设置，增加了液流流动的动力，进一步提高液流通量；所述倒锥形筒体内的持液层缓和了由所述倒锥形筒体内冲出的气体造成的气液喷射情况，从而降低了雾沫夹带量。

三、操作弹性高

与普通塔板相比，本发明提供的立体传质塔板，因所述浮阀结构的设计，环隙的大小随着所述浮片的上升而增大，使板孔动能因子F₀在更大的数值下操作也不易出现降液管液泛、过量雾沫夹带等不正常现象(操作上限动能因子F₀大，操作弹性大)。

四、提高了塔板的开孔率

设于所述板体的筛孔、导向结构、所述倒锥形筒体侧壁的气流孔，所述浮片与倒锥形筒体内壁形成的环隙、以及所述浮片上的通气孔，均作为所述立体传质塔板上的开孔，因此，大幅提高了所述立体传质塔板的开孔率，开孔率可达30-45％。

五、抗结垢、堵塞性能好，且有自冲洗的能力

自所述倒锥形筒体上部斜冲而下的液流，对撞到所述浮片上，将所述浮片进行冲洗；气流从所述浮片上的通气孔穿孔，直接吹洗浮片；穿过所述倒锥形筒体侧壁上的气流孔从多个方向涌入筒体内，造成所述浮片周围的液体湍动，所述浮片上下旋动，使液流中的颗粒、聚合物、污垢等杂质难以堆积在所述浮片上；且所述阀片无阀腿，不会造成卡死的问题。

附图说明

图1为本发明提供的板式塔的结构示意图；

图2为图1所示板式塔的另一角度的结构示意图；

图3为图1所示板式塔中立体传质塔板的结构示意图；

图4为图3所示立体传质塔板中浮片的结构示意图；

图5为图4中沿A-A剖面线的结构示意图；

图6为图3所示立体传质塔板在开车状态时的气液相状态图；

图7为图3所示立体传质塔板在浮片未完全打开时的气液相状态图；

图8为图3所示立体传质塔板在浮片完全打开时的气液相状态图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。

请结合参阅图1和图2，其中图1为本发明提供的板式塔的结构示意图；图2为图1所示板式塔的另一角度的结构示意图。所述板式塔100包括塔体1、设于所述塔体1内的多个立体传质塔板2、设于所述塔体1内的降液管3和受液盘4，其中多个所述立体传质塔板2平行间隔设置，所述降液管3和所述受液盘4的数量为多个，每一所述立体传质塔板2的两侧分别对应设置所述降液管3和所述受液盘4。

请结合参阅图3，为图1所示板式塔中立体传质塔板的结构示意图。所述立体传质塔板2包括板体21、设于所述板体21的若干个筛孔22、若干个导向结构23和若干个浮阀结构24。

所述板体21的形状与所述塔体1的形状相匹配，其相对的两端分别与所述降液管3和受液盘4连接。

所述筛孔22的数量为多个，均匀分布与所述板体21并贯穿所述板体21。所述筛孔22的孔径为3-15mm，如可以是3mm、5mm、8mm、10mm、12mm、15mm，或者其它尺寸。

所述导向结构23包括形成于所述板体21的导向孔231、设于所述导向孔231的罩体232及设于所述罩体232一侧的开口233。所述导向孔231的形状可以为圆形、方形、多边形，且可以为规则结构或不规则结构，当其采用规则结构时，可方便其加工。优选的，所述导向孔231为矩形。所述导向孔231的尺寸大小大于所述筛孔22，且与所述筛孔22间隔排列，间隔排列的方式可以为两个相邻的所述导向孔231之间排列一个所述筛孔22，也可以两个相邻的所述导向孔231之间排列两个或三个或者更多个所述筛孔22。

所述罩体232沿所述导向孔231的边沿突出于所述板体21形成，突出高度为8-12mm，其由所述板体21冲压形成。

流体在所述板体21上水平流动，所述开口233位于所述罩体232的一侧，且至所述开口233吹出的气流与所述板体21上的液流的水平流动方向一致，使吹出的气流推动液流流动，一方面可避免返混，另一方面可提高液流的流动速率，且增加气液接触面积。优选的，所述开口233的形状为梯形，且其高度为2-4mm。具体的，所述开口233的高度指液流流动方向(板式塔自上而下的方向)的长度。

所述浮阀结构24包括形成于所述板体21的阀孔(未标号)、套设于所述阀孔内并与所述板体21固定连接的倒锥形筒体242、固定于所述板体21的支架243、与所述支架243连接且部分位于所述倒锥形筒体242内的支撑杆244和套设于所述支撑杆244的浮片245。

所述阀孔呈圆形，直径为78-156mm，其均匀分布于所述板体21上。除此之外，所述阀孔的形状还可以为其它形状，如四边形或其它多边形结构，其形状与所述倒锥形筒体242的形状相匹配。

所述倒锥形筒体242为上下开口的中空筒状结构，沿气流流动方向，进气口一端为小口径一端，出气口一端为大口径一端，且大口径一端直径为78-156mm，小口径一端直径为39-78mm。所述倒锥形筒体242的锥度为30-60°，其高度可依据锥度及两端的直径确定。

所述倒锥形筒体242的上沿(大口径一端)高出所述板体21的表面，高出高度为所述立体传质塔板2堰高的1/2-3/4。所述立体传质塔板2的堰高是指所述板体21一端溢流堰的高度，液流翻越溢流堰后进入所述降液管3。

所述倒锥形筒体242包括若干个形成于其侧壁的气流孔2421，所述气流孔2421的孔径为3-15mm，气流自所述倒锥形筒体242的底部上升，部分经所述气流孔2421进入所述倒锥形筒体内部。

所述支架243包括一个横梁2431、分别与所述横梁2431的两端连接的支腿2432，其中所述横梁2431水平放置，且与液流的流动方向(自上而下)垂直，所述支腿2432与所述板体21连接。两个所述支腿2432对称分布于所述阀孔的两侧，且两个所述支腿2432的间距为100-185mm，即每一所述支腿2432距离所述阀孔2421边沿的最短距离为11-13mm。所述横梁2431距离所述板体21的距离为25-30mm，该距离即为所述支腿2432的高度。

所述支撑杆244与所述横梁2431连接，且所述横梁2431用于支撑固定所述支撑杆244。所述支撑杆244插入所述倒锥形筒体242内，其直径为5-15mm。所述支撑杆244可以倾斜设置，其与所述板体21的夹角为60°-120°，优选的，所述支撑杆244与所述倒锥形筒体242同圆心，即所述支撑杆244垂直于所述板体21。

请结合参阅图4、图5，其中图4为图3所示立体传质塔板中浮片的结构示意图；图5为图4中沿A-A剖面线的结构示意图。所述浮片245为环形结构，套设于所述支撑杆244外，在气流的推动作用下，所述浮片245向上运动。在所述支撑杆244优选为垂直于所述板体21的条件下，所述浮片245安装时与所述板体21平行，在气流的推动作用力下，所述浮片245可以产生一定程度的偏转。所述浮片的直径为40-80mm，其与所述倒锥形筒体242的内壁之间有间隙，该间隙成为环隙246。

所述浮片245包括主体部2451、设于所述主体部2451的多个通气孔2452、与所述主体部2451连接且在所述主体部2451的正投影位于所述通气孔内的阀片2453。

多个所述通气孔2452均匀分布与所述主体部2451，优选的，其数量为四个。所述通气孔2452的大小可与所述阀片2453在所述主体部2451上的正投影大小一致，也可以大于所述阀片2453在所述主体部2451上的正投影。

优选的，所述阀片2453与所述主体部2451围合形成三角形，所述阀片2453的两端直接与所述主体部2451连接，省略了现有技术中的阀腿结构，可防止卡死的现象。

与上一层所述立体传质塔板2连接的所述降液管3位于与下一层所述立体传质塔板2连接的受液盘4上方，即通过上一层对应的所述降液管3流出的液体进入下一层的所述受液盘4内，液体进入下一层塔板后，由设置有所述受液盘4的一端向另一端流出。优选的，所述受液盘4为与所述塔体1的内壁连接的环形凹槽结构，且所述受液盘4的底面低于所述板体21的表面。

所述板式塔100的工作原理如下：

请参阅图6，为图3所示立体传质塔板在开车状态时的气液相状态图。图中虚线表示液流，除标号以外的箭头表示气流流向。当处于刚开车情况下，气流量较小，液相大多所述筛孔22和所述导向结构23中流出，所述立体传质塔板2上液层不高，无法漫过所述倒锥形筒体242的上沿(所述倒锥形筒体242大口径一端)，使所述倒锥形筒体242内无持液量；

请参阅图7，为图3所示立体传质塔板在浮片未完全打开时的气液相状态图。图中虚线表示液流，除标号以外的箭头表示气流流向。随着气相流量增大，从所述筛孔22和所述导向孔231漏下的液流量大幅减少，所述立体传质塔板2上持液量增大，液层增高，液流漫过所述倒锥形筒体242的上沿，沿其侧壁加速斜冲而下，大部分液流冲射到所述浮片245上，小部分从所述倒锥形筒体242与所述浮片245形成的环隙246顺势而下，但是从所述浮片245上升的气流逐渐增大有力地托住了顺势而下的液流，使所述倒锥形筒体242内有一定的持液量，此时，所述倒锥形筒体242内的持液均位于所述浮片245上方，所述浮片245不断上浮，直至完全打开。

请参阅图8，为图3所示立体传质塔板在浮片完全打开时的气液相状态图。图中虚线表示液流，除标号以外的箭头表示气流流向。当所述浮片完全打开时，属于所述板式塔100正常的运行状态，也是传质作用的主要发生阶段。气流从所述筛孔22和所述导向结构23的所述开口233穿过，并与液流接触，有一定的传质作用，但主要的传质作用还是发生在所述倒锥形筒体242周围。在所述倒锥形筒体242内，斜冲而下冲射到所述浮片245上的液流和穿过所述通气孔2452的气流对撞；流经所述环隙246的液流与穿过所述气流孔2421的气流对撞；所述倒锥形筒体242内的持液与穿过所述气流孔2421的气流对撞。此时，所述倒锥形筒体242内的部分持液位于所述浮片245的下方。

通过上述工作原理可以看出，在所述板式塔100内的不同方向进行气液相传质，传质更加剧烈、气液接触时间长、气液接触更充分，从而使得所述立体传质塔板2在整个立体空间形成了有效的传质区，提高了所述板式塔100内气液相的传质效果。

与现有技术相比，本发明提供的立体传质塔板及板式塔，具有如下有益效果：

一、气液相传质效率高

在所述板式塔100内的不同方向进行气液相传质，传质更加剧烈、气液接触时间长、气液接触更充分，从而使得所述立体传质塔板2在整个立体空间形成了有效的传质区，提高了所述板式塔100内气液相的传质效果。

二、液流强度增加，处理能力增大

所述浮片245与所述倒锥形筒体242内壁之间形成所述环隙246，所述倒锥形筒体242侧壁的所述气流孔2421和所述环隙246均增加了单位时间内气体的通量，即提高了其通过的空塔气速；所述倒锥形筒体242的设置，提高了单位时间内液流的通量，且所述导向结构23的设置，增加了液流流动的动力，进一步提高液流通量；所述倒锥形筒体242内的持液层缓和了由所述倒锥形筒体242内冲出的气体造成的气液喷射情况，从而降低了雾沫夹带量。

三、操作弹性高

与普通塔板相比，本发明提供的立体传质塔板2，因所述浮阀结构24的设计，所述环隙246的大小随着所述浮片的上升而增大，使板孔动能因子F₀在更大的数值下操作也不易出现降液管液泛、过量雾沫夹带等不正常现象(操作上限动能因子F₀大，操作弹性大)。

四、提高了塔板的开孔率

设于所述板体21的筛孔22、导向结构23、所述倒锥形筒体242侧壁的所述气流孔2421、所述浮片245与所述倒锥形筒体242内壁形成的所述环隙246以及所述浮片245上的所述通气孔2452，均作为所述立体传质塔板2上的开孔，因此，大幅提高了所述立体传质塔板2的开孔率，开孔率可达30-45％。

五、抗结垢、堵塞性能好，且有自冲洗的能力

自所述倒锥形筒体242上部斜冲而下的液流，对撞到所述浮片245上，将所述浮片245进行冲洗；气流从所述浮片245上的所述通气孔2452穿孔，直接吹洗所述浮片245；穿过所述倒锥形筒体242侧壁上的所述气流孔2421从多个方向涌入筒体内，造成所述浮片245周围的液体湍动，所述浮片上下旋动，使液流中的颗粒、聚合物、污垢等杂质难以堆积在所述浮片245上；且所述阀片2453无阀腿，不会造成卡死的问题。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种立体传质塔板，包括板体、设于所述板体的若干个筛孔和若干个浮阀结构，其特征在于，每一所述浮阀结构包括形成于所述板体的阀孔、套设于所述阀孔内并与所述板体固定连接的倒锥形筒体、固定于所述板体的支架、与所述支架连接且插入所述倒锥形筒体内的支撑杆和套设于所述支撑杆的浮片，所述浮片与所述倒锥形筒体内壁之间形成环隙，所述倒锥形筒体的上沿高出所述板体的上表面，所述倒锥形筒体的下沿凸出所述板体的下表面。

2.根据权利要求1所述的立体传质塔板，其特征在于，所述支撑杆与所述倒锥形筒体同圆心。

3.根据权利要求1所述的立体传质塔板，其特征在于，所述倒锥形筒体高出所述板体的高度为所述立体传质塔板堰高的1/2-3/4。

4.根据权利要求3所述的立体传质塔板，其特征在于，所述倒锥形筒体的锥度为30-60°，且大口径一端的直径为78-156mm，小口径一端的直径为39-78mm。

5.根据权利要求1所述的立体传质塔板，其特征在于，所述倒锥形筒体包括若干个形成于其侧壁的气流孔，所述气流孔的直径为3-15mm。

6.根据权利要求1所述的立体传质塔板，其特征在于，所述筛孔的孔径为3-15mm。

7.根据权利要求1所述的立体传质塔板，其特征在于，所述浮片包括主体部、设于所述主体部的多个通气孔、与所述主体部连接且在所述主体部的正投影位于所述通气孔内的阀片；所述阀片与所述主体部围合形成三角形。

8.根据权利要求7所述的立体传质塔板，其特征在于，所述主体部呈圆形，其直径为40-80mm。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的立体传质塔板，其特征在于，所述立体传质塔板还包括设于所述板体的若干个导向结构，所述导向结构包括形成于所述板体的导向孔、设于所述导向孔的罩体及设于所述罩体一侧的开口；所述开口的形状为梯形。

10.一种板式塔，其特征在于，所述板式塔包括塔体、设于所述塔体内的多个平行间隔设置的如权利要求1至9中任一项所述的立体传质塔板、设于每一所述立体传质塔板相对两侧的降液管和受液盘。