CN108404439B - 一种浮阀以及设有该浮阀的精馏塔盘 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种浮阀，包括呈倒V型的浮阀元件，浮阀元件由等腰三角形板材沿底边上的中线弯折而成，包括与水平面成倾角的脊梁、分别位于脊梁两侧的三角形；在所述的浮阀元件前端设有合页，在所述的浮阀元件后端设有固定阀杆；沿等腰三角形板材的两条腰分别设有斜锯齿形成齿型翼槽，斜锯齿的尖端向浮阀元件的尾端倾斜。本发明还公开了设有所述的浮阀的精馏塔盘，相邻两列浮阀交错排列，每列浮阀至少一端的至少一个浮阀的脊梁在塔板上的射影与塔板的切线平行使同一端的浮阀沿塔壁成弧形排布，其余浮阀的脊梁在塔板上的射影与塔板上液体流动方向平行。本发明浮阀增加了传质效果，传质效率比传统阀提高10％以上，同时克服了浮阀易堵塞的问题。

Description

一种浮阀以及设有该浮阀的精馏塔盘
技术领域
本发明涉及一种用于化工精馏分离工程的气液传热传质装置，具体涉及一种浮阀，以及设有该浮阀的精馏塔盘。
背景技术
塔盘是板式塔内的主要构件结构，包括塔板2、降液管、溢流堰3，各种不同形式的阀件、紧固件及支承塔盘类型的支承件等。塔盘是实现传热、传质的部件，主要有浮阀塔盘和筛板塔板两大类，以浮阀塔盘占据板式塔的大多数。浮阀塔盘中常用的浮阀为T型浮阀、F1型浮阀、华东理工大学的导向浮阀、舌型固阀、MVG固阀，但是上述浮阀塔盘传质效果有限，尤其是在处理较小气体量的时候(如图1，图中圆圈代表气体)，上述浮阀或固阀形成的二维结构直接与塔盘密闭而导致无法使用，浮阀完全封死，无法传质。
此外，传统的板式塔塔体为圆柱体结构，浮阀4对称设计(如图2)，在远离塔盘中轴线两侧近塔壁处，液体没有直接冲刷的作用，导致液体一直旋转无法进入到下游中，重复返混，降低塔的有效使用面积，根据实际工业经验数据，现场采用小帆船模型放置在该区域，小帆船连续测量10次，平均35min左右可以进入到下层塔盘中，可见返混时间之长，传质效果之差。同时，在传统板式塔的阀结构中，气相从下层塔盘进入到液相中传质，气相沿传质阻力最小的地方通道，大量气相喷射出来，形成合力的通道以后，气相会成股鱼贯而出，导致气相在塔盘中与液体的接触面积大大减小而降低了塔的使用效率。
中国发明专利申请201010289561.X公开了板式化工塔器，其塔板主要由一定数量的飞机型浮阀元件和圆形小孔及长条形孔缝组成，飞阀外形的前缘平直，两条长边呈33-35°倾斜成后掠角向两侧展开，其斜边与中心线约呈55°，后缘呈“双W型”，由于飞阀尾部呈“双W型”，较传统的浮阀或固阀，在飞阀尾部可以形成湍流，但是传质效果仍然有限，同时在操作弹性小的时候，和传统浮阀存在一样的通病，形成的二维结构直接与塔盘密闭而导致无法使用，那就是小气体处理量的时候，浮阀完全封死，无法传质。
发明内容
本发明的目的在于提供一种符阀，该浮阀呈折弯倒V型，并在浮阀的两侧边缘设置齿型翼槽，使得传质过程无返混，传质面积大大增加。该浮阀固定于塔板使用时则为固阀塔盘，克服了传统固阀型塔板常见的弊病，如：物料返混，液面梯度和阻力大，存在死区和滞缓区现象；浮阀通过浮动卡件连接在塔板上使用则为浮阀加固阀复合塔盘，克服了传统浮阀易堵塞的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种浮阀(YSP型浮阀)，包括呈折弯倒V型的浮阀元件5，所述的浮阀元件5由等腰三角形板材沿底边上的中线弯折而成，包括与水平面成倾角的脊梁6、分别位于脊梁两侧的相同的三角形；在所述的浮阀元件5前端设有合页7以将浮阀前端固定在塔板上，在所述的浮阀元件5后端设有固定阀杆8以将浮阀后端连接在塔板上，通过前端合页与后端固定阀杆使浮阀固定一个点转动；沿所述的等腰三角形板材的两条腰分别设有一系列斜锯齿10形成齿型翼槽，斜锯齿10的尖端向浮阀元件的尾端倾斜。
在所述的等腰三角形板材的两条腰上距离合页5-10mm处开始设置斜锯齿。
所述的脊梁6与水平面的夹角α为15-45°。最优选为15°、30°、45°角。
所述的等腰三角形板材沿底边上的中线弯折形成V型角β为150-175°。
所述的相邻两个斜锯齿的尖端沿等腰三角形的腰的距离(即相邻两个齿缝的波峰到波峰的距离)为4-15mm，深度(即斜锯齿的较短边的长)为2-6mm，在浮阀上设置上述尺寸的斜锯齿，既可强化湍流效果，也可以保证浮阀强度，同时避免阀缝隙太大出现易漏液的情况。
所述的相邻两个斜锯齿之间形成钝角三角形齿缝，齿缝的最长边与等腰三角形的腰所在直线成5-15°角。液体总是水平方向流动，但是当浮阀的齿缝的角度太大，会导致气相喷射方向向下或者左下，导致气液混合物的合速度方向向下，乃至左下方向，这样气相传质一次以后速度减小继续回到水平方向的时候，就形成了返混，传质一次已经饱和，无法二次传质。如图6、图7所示，本发明通过控制齿缝的角度，控制气相出口的方向不会出现返混现象，采用本发明齿缝结构，气液合速度沿着倒V结构内表面以后，根据卡曼涡街原理，气液混合物在浮阀尾部形成卡曼涡街，物料各分子间产生强烈碰撞形成大量气液混合气泡的湍流强化了传质过程。
所述的固定阀杆8的一端固定于浮阀元件的后端，另一端弯折形成挡块9使浮阀与塔板形成铰支连接，使浮阀以合页为固定点在竖直方向转动。
所述的固定阀杆的数量为1-2个。
作为本发明浮阀的另一种技术方案，所述的浮阀元件5也可以由燕尾型板材沿底边上的中线弯折而成。所述的燕尾型板材由等腰三角形板材在其底边上挖去一个较小的等腰三角形获得，较小的等腰三角形与较大的等腰三角形等底边。
根据物料的性质、设计需要、塔径的大小等不同因素，可以调整本发明浮阀的尺度。
一种设有本发明所述的浮阀的精馏塔盘，包括塔板2、溢流堰3、降液管、若干列浮阀4；所述的浮阀前端合页固定在塔板2上，浮阀后端通过固定阀杆7的挡块9与塔板2形成铰支连接使浮阀的脊梁6与塔板2平面成15-75°角；相邻两列浮阀交错排列，每列浮阀至少一端的至少一个浮阀的脊梁在塔板上的射影与塔板的切线平行使同一端的浮阀沿塔壁成弧形排布，其余浮阀的脊梁在塔板上的射影与塔板上液体流动方向平行。
所述的塔板的切线是指连接塔板圆心与浮阀脊梁在塔板上的射影的中点的直线与塔板圆弧交点的切线。
所述的精馏塔板使用同一规格的浮阀或大小不同的浮阀。相邻两列浮阀交错排列，形成扇状散射面，减少返混的能力更强。所述的浮阀可以作为固阀使用，则为固阀塔盘，也可以通过安装形成浮阀加固阀复合塔盘。
本发明塔盘中每列浮阀至少一端的至少一个浮阀沿塔壁成弧形排布，实现定向导流作用，从本质上消除液体旋转现象的发生。进一步的，成弧形排布的浮阀的底面与塔板平面成0°角，作为固阀使用，此时塔盘为浮阀加固阀复合塔盘，固阀气相面积比浮阀小，从阀尾喷射的气体流速快，高流速利于液体的流动，同时保证了传质效果。有效提高传质面积15％以上，从而在有效面积、高度的塔内大大提高塔效率，采用本发明布置原理，可以提高传质5％以上，综合强化传质提高10％以上，效果显著，经济效益高，节能明显。
相邻两个浮阀的合页7之间的距离为等腰三角形板材底边上的中线的1.5-10倍，优选为1.2-3倍。
浮阀的排布与塔板的直径有关，直径较大时，每列浮阀至少一端的至少1-3个浮阀的脊梁在塔板上的射影与塔板的切线平行使同一端的浮阀沿塔壁成弧形排布；塔板直径较小时，每列浮阀至少一端的1个浮阀的脊梁在塔板上的射影与塔板的切线平行使同一端的浮阀沿塔壁成弧形排布。
本发明浮阀呈倒V结构，形成三维空间结构，在较低气速时，浮阀边缘的斜锯齿尖端与塔板接触，作为固阀使用，不仅实现传质，同时由于浮阀尾端形成气相出口，气相吹走附着在浮阀上的颗粒，具备抗堵能力，形成低操作弹性条件。
操作时，由气液所组成的物料流体迎浮阀三角形头部通过阀体，合速度沿着倒V结构表面以后，气液混合物在浮阀尾部形成卡曼涡街，进而形成大量气液混合气泡的湍流，实现了充分的传热、传质，过程没有任何返混现象，使得传质更为均匀和合理(图6、图7)。相邻浮阀呈扇状散射面排布，物料各分子间产生强烈碰撞而产生质的变化，且无返混。浮阀向下的倒V形结构，使得下层塔盘喷射的气体向下传质，增大了传质面积，有效提高了传质效果。同时浮阀边缘两侧均匀开齿型翼槽，气体经过齿缝后形成大量气泡，将成股的气相均匀分散为小股或者微小气泡(图8)，大大提高气液接触的面积，进一步提高了塔的效率。同时，由于浮阀在前端采用合页结构，浮阀后端通过固定阀杆的挡块扣在塔板上形成铰支连接，使浮阀固定一个点转动，由于气体作用使浮阀升起，使其脊梁与塔板平面在15-75°角度内浮动。如图8所示，气相经过倒V结构喷射，速度是向着塔盘表面，在塔盘上维持一定液位，气相走过的液体停留时间较其他塔盘更长，在单位液体体积内，气液传质时间更长，传质面积最大，传质效率比传统阀提高10％以上。
附图说明
图1为传统浮阀塔盘在处理较小气体量时的示意图；
图2为传统的板式塔塔盘上的浮阀安装示意图；
图3为本发明浮阀的俯视图。
图4为本发明浮阀的侧视图。
图5为本发明浮阀的后视图。
图6为本发明浮阀传质过程气液合速度示意图。
图7为本发明浮阀传质过程中形成卡曼涡街示意图。
图8为精馏塔盘的结构示意图。
图9为本发明浮阀气液传质中气相行程图。
图中，图1中，1-塔体，2-塔板，3-溢流堰，4-浮阀或固阀，5-浮阀元件，6-合页，7-固定阀杆，8-斜锯齿，9-挡块。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步说明。
实施例1
图3-5所示，一种浮阀，包括呈折弯倒V型(V型角β为150°)的浮阀元件5，浮阀元件5由等腰三角形板材(等腰三角形板材的顶角为18°、腰长40mm)沿底边上的中线弯折而成，包括脊梁6、分别位于脊梁两侧的相同的三角形，脊梁6与水平面所成倾角α为15°；在浮阀元件5前端设有合页7，在浮阀元件5后端设有固定阀杆8，固定阀杆8的一端弯折形成挡块9使浮阀与塔板形成铰支连接；沿等腰三角形板材的两条腰分别设有一系列斜锯齿10形成齿型翼槽，斜锯齿10的尖端向浮阀元件的尾端倾斜，相邻两个斜锯齿的尖端沿等腰三角形的腰的距离为6mm，深度(即斜锯齿的较短边的长)为2mm。
采用本实施例浮阀的精馏塔盘(如图8所示)，包括塔板2、溢流堰3、降液管、若干列浮阀4；浮阀前端合页固定在塔板2上，相邻两个浮阀合页的距离为100mm，浮阀后端通过固定阀杆7的挡块9与塔板2形成铰支连接使浮阀的脊梁6与塔板2平面成15-75°角；相邻两列浮阀交错排列，每列浮阀每一端的1个浮阀的脊梁在塔板上的射影与塔板的切线平行，使沿塔壁的1圈浮阀成弧形排布，其余浮阀的脊梁在塔板上的射影与塔板上液体流动方向平行。
实施例2
一种浮阀，包括呈折弯倒V型(V型角β为150°)的浮阀元件5，浮阀元件5由等腰三角形板材(等腰三角形板材的顶角为30°、腰长50mm)沿底边上的中线弯折而成，包括脊梁6、分别位于脊梁两侧的相同的三角形，脊梁6与水平面所成倾角α为30°；在浮阀元件5前端设有合页7，在浮阀元件5后端设有固定阀杆8，固定阀杆8的一端弯折形成挡块9使浮阀与塔板形成铰支连接；沿等腰三角形板材的两条腰分别设有一系列斜锯齿10形成齿型翼槽，斜锯齿10的尖端向浮阀元件的尾端倾斜，相邻两个斜锯齿的尖端沿等腰三角形的腰的距离为6mm，深度(即斜锯齿的较短边的长)为3mm。
采用本实施例浮阀的精馏塔盘，包括塔板2、溢流堰3、降液管、若干列浮阀4；浮阀前端合页固定在塔板2上，相邻两个浮阀合页的距离为65mm，浮阀后端通过固定阀杆7的挡块9与塔板2形成铰支连接使浮阀的脊梁6与塔板2平面成15-75°角；相邻两列浮阀交错排列，每列浮阀每一端的1个浮阀的脊梁在塔板上的射影与塔板的切线平行，使沿塔壁的1圈浮阀成弧形排布，其余浮阀的脊梁在塔板上的射影与塔板上液体流动方向平行。
实施例3
一种浮阀，包括呈折弯倒V型(V型角β为150°)的浮阀元件5，浮阀元件5由等腰三角形板材(等腰三角形板材的顶角为24°、腰长50mm)沿底边上的中线弯折而成，包括脊梁6、分别位于脊梁两侧的相同的三角形，脊梁6与水平面所成倾角α为45°；在浮阀元件5前端设有合页7，在浮阀元件5后端设有固定阀杆8，固定阀杆8的一端弯折形成挡块9使浮阀与塔板形成铰支连接；沿等腰三角形板材的两条腰分别设有一系列斜锯齿10形成齿型翼槽，斜锯齿10的尖端向浮阀元件的尾端倾斜，相邻两个斜锯齿的尖端沿等腰三角形的腰的距离为8mm，深度(即斜锯齿的较短边的长)为4mm。
采用本实施例浮阀的精馏塔盘(如图8所示)，包括塔板2、溢流堰3、降液管、若干列浮阀4；浮阀前端合页固定在塔板2上，相邻两个浮阀合页的距离为80mm，浮阀后端通过固定阀杆7的挡块9与塔板2形成铰支连接使浮阀的脊梁6与塔板2平面成15-75°角；相邻两列浮阀交错排列，每列浮阀每一端的1个浮阀的脊梁在塔板上的射影与塔板的切线平行，使沿塔壁的1圈浮阀成弧形排布，其余浮阀的脊梁在塔板上的射影与塔板上液体流动方向平行。
对比例1
采用中国专利申请201310137941.5的飞机型浮阀(KT-A型)。飞机型浮阀在塔板上的排布同实施例1。
采用乙醇-水系统对上述实施例的塔盘进行测试(塔盘DN600)，测试方案和测试平台搭建参见文献(袁旭宏熊双喜.板式塔分离乙醇-水系统板效率的测定与优化[J].科学技术与工程，2011，11(19)：4644-4656)。结果见表1。
表1
实施例1 实施例2 实施例3 对比例1
传质效率 87％ 80％ 81％ 72％

Claims (7)

1.一种浮阀，其特征在于包括呈倒V型的浮阀元件(5)，所述的浮阀元件(5)由等腰三角形板材沿底边上的中线弯折而成，包括与水平面成倾角的脊梁(6)、分别位于脊梁两侧的三角形；在所述的浮阀元件(5)前端设有合页(7)，在所述的浮阀元件(5)后端设有固定阀杆(8)；沿所述的等腰三角形板材的两条腰分别设有斜锯齿(10)形成齿型翼槽，斜锯齿(10)的尖端向浮阀元件的尾端倾斜；
所述的脊梁(6)与水平面成15-45°角；等腰三角形板材沿底边上的中线弯折形成150-175°的V型角；
相邻两个斜锯齿(10)的尖端沿等腰三角形的腰的距离为4-15mm，深度为2-6mm；
相邻两个斜锯齿(10)之间形成钝角三角形齿缝，齿缝的最长边与等腰三角形的腰所在直线成5-15°角。
2.根据权利要求1所述的浮阀，其特征在于所述的固定阀杆(8)的一端固定于浮阀元件的后端，另一端弯折形成挡块(9)。
3.根据权利要求1或2所述的浮阀，其特征在于所述的固定阀杆的数量为1-2个。
4.根据权利要求1所述的浮阀，其特征在于所述的浮阀元件(5)由燕尾型板材沿底边上的中线弯折而成。
5.一种精馏塔盘，其特征在于包括塔板、溢流堰、降液管、若干列权利要求1所述的浮阀；所述的浮阀前端合页固定在塔板上，浮阀后端通过固定阀杆的挡块与塔板连接；相邻两列浮阀交错排列，每列浮阀至少一端的至少一个浮阀的脊梁在塔板上的射影与塔板的切线平行使同一端的浮阀沿塔壁成弧形排布，其余浮阀的脊梁在塔板上的射影与塔板上液体流动方向平行；
所述的塔板的切线是指连接塔板圆心与浮阀脊梁在塔板上的射影的中点的直线与塔板圆弧交点的切线。
6.根据权利要求5所述的精馏塔盘，其特征在于相邻两个浮阀的合页之间的距离为等腰三角形板材底边上的中线的1.5-10倍。
7.根据权利要求6所述的精馏塔盘，其特征在于相邻两个浮阀的合页之间的距离为等腰三角形板材底边上的中线的1.2-3倍。
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Applicant after: NANJING JIAHUA ENGINEERING TECHNOLOGY Co.,Ltd.

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Applicant before: NANJING YSP ENGINEERING TECHNOLOGY CO.,LTD.

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Applicant before: NANJING JIAHUA ENGINEERING TECHNOLOGY Co.,Ltd.

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