CN108744895B - 一种旋流管塔 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于强化传递过程的旋流管塔设备。该装置能同时完成传质及相分离过程，具有传递效率高、避免液泛、单位体积设备的处理量大等特点。本发明将旋流管作为传递元件，多个旋流管并联完成一级传递，达到一定的处理量要求，多级串联形成一个整体传递设备，达到一定的传递效率要求。从第N级旋流管流出的重相物料流到塔板上，进入下方第N+1级旋流管，与来自N+2级的轻相物料接触传递。从N+1级旋流管出来的轻相物料流到上一层塔板间，进入第N级的旋流管，与来自N‑1级的重相物料接触传递。以此类推连接，从而完成密度不同的两相的多级逆流传递过程。

Description

一种旋流管塔
技术领域
本发明涉及一种用旋流管作为内件来强化传递过程的塔设备。
背景技术
塔设备为一种传热传质设备，可用于蒸馏、吸收、气提、萃取等传递分离过程。塔设备的设计要点是提高传递性能和相分离性能。传统的塔设备有板式塔和填料塔。板式塔主要通过筛板等来形成分散相液滴，以此增加传质表面积。由于液滴或液膜的内循环呈停滞状态，所以传递作用受到很大的限制。填料塔通过填料层为物料提供均匀的微小通道，以增加传质表面积。传统的塔器，不管是板式塔还是填料塔，都是在重力场下完成传递过程，存在液泛、沟流或偏流等问题，处理量和两相的传质效率受到很大的限制。
专利CN206715355,一种浮阀塔,发明了一种新型浮阀塔，此浮阀塔壳体内自上而下均布有呈水平布置的塔板,塔板一组对应边分别与塔壳体的内壁呈固定密封状连接,塔板另一组对应边中的一边固连有受液盘,另一边固连接有呈竖直布置的溢流板,溢流板上边的高度高于对应塔板上板面的高度。所述塔板上均布有阀孔,阀孔上均有浮阀。其特点是所述浮阀包括中心圆盘,中心圆盘的外侧套有支撑环,支撑环的内环面与中心圆盘的外周面间均布有导流叶片。该浮阀塔的工作效率较高。然而，该塔主要依靠重力场和两相的密度差来完成，两相混合传质效率会受到很大的限制，还可能会有液泛、夹带。
专利CN107469376,一种高效节能化工分离用泡罩塔,此发明公开了一种高效节能化工分离用泡罩塔。其特征是在塔体顶端安装有用于驱动泡罩转动的传动机构，此发明结构合理，操作简单，能够有效实现气体与液体的融合。然而，此发明仅限于气液两相的传质，且通过外加的驱动设备来增强传质效率会增加整体塔设备的制造、运行、维护的成本，也有液泛、夹带的可能。
专利CN206167965U，一种精馏装置填料塔，此专利公开了一种精馏装置填料塔,此新型填料塔是在填料中串联安装铁丝网，旨在增加气液两相逆流接触面积从而提高填料塔的分离效率，然而，像其他填料塔一样存在液泛、沟流(或偏流)和夹带等问题，处理量和两相的传质效率受到很大的限制。
专利CN106693620，一种旋流板塔，通过转动驱动盘以调节叶片的倾斜角度，缓解了上层的旋流板利用效率偏低的问题，达到提升旋流板利用效率的目的。然而，此类塔设备存在整个横截面上流动不均现象，塔径越大，分布越不均匀。
专利CN206535387U，一种带液封的超重力错流旋转填料床，可以在超重力条件下强化传递过程，所以在混合过程中可以加倍地细化液滴尺寸从而大大增加传质接触面积，提高传质效率，但其像填料塔一样也存在液泛、沟流(或偏流)和夹带等问题，且其为动设备，制造、运行和维护比较困难。
本发明提供一种新型的超重力传递强化设备——静态超重力设备，塔内件为一种特殊的旋流管。旋流管内形成静态超重力场，既能强化传递过程，又能强化相分离过程。多个旋流管并联组成一个塔板层，多层塔板串联形成一个塔器。
发明内容
本发明涉及一种用于强化传递过程的旋流管塔设备。该装置能同时完成传质及相分离过程，具有传递效率高、避免液泛、单位体积设备的处理量大等特点。
本发明所采用的技术方案是：一种旋流管塔，其特征是：包括壳体(12)、上封头(2)、下封头(19)、法兰(4)、多个旋流管(10)、重相入口(6)、重相出口(20)、轻相入口(15)、轻相出口(1)、多层塔板(7)和定距管(13)。所述旋流管塔立式安装。壳体(12)、上封头(2)和下封头(19)形成一个腔体。塔板(7)从上到下将所述腔体分割成顶腔(3)、多个传递腔(9)、轻相进料腔(14)和重相收集腔(18)。轻相出口(1)位于顶腔(3)的顶部，重相入口(6)位于顶腔(3)下部的侧面，轻相入口(15)位于轻相进料腔(14)的侧面，重相出口(20)位于重相收集腔(18)的底部。
旋流管作为传递元件，包括圆柱-圆锥形腔体、进料管(8)、溢流管(5)和底流管(11)。所述的进料管(8)与所述圆柱形腔体上部相切。切向入口可以是一个，也可以是中心对称的两个或多个。所述溢流管(5)和底流管(11)与圆柱-圆锥形腔体同轴。所述溢流管(5)自上往下插入圆柱-圆锥形腔体的距离为0.8-0.9倍的圆柱段直径，且所述溢流管(5)插入塔板上的孔，并通过所述溢流管外侧的弹性件与塔板的固定。
多个旋流管并联完成一级传递，达到一定的处理量要求，多级串联形成一个整体传递设备，达到一定的传递效率要求。从第N级旋流管底流管(11)出来的重相物料流到塔板上，进入下方第N-1级旋流管，与来自N-2级的轻相物料接触传递。从N-1级旋流管溢流管(5)出来的轻相物料流到上一层塔板间，从旋流管进料管(8)进入第N级的旋流管，与来自N+1级的重相物料接触传递。以此类推连接，从而完成密度不同的两相的多级逆流传递过程。
作为本发明所述的旋流塔的另一种优选方案，在塔器的顶腔(3)内，再加一层塔板(23)，将顶腔分割成轻相收集腔(21)和重相进料腔(22)，加长溢流管(5)向上伸入轻相收集腔(21)，或不加长溢流管，而在顶层塔板(23)上再加一级无环形通道的旋流管(31)，以得到更好相分离效果。
本发明的有益之处在于：
本发明所述的旋流管塔内的传质元件既能通过湍流使得两相物料充分地混合传质，又能利用超重力场(离心力)有效的实现相分离；继而又将多个传质元件并联形成一级，并且多级串联，在保证处理量的前提下保证传递效果；能根据需求调整结构以处理多种物料；能用于多种传递过程，如液液萃取、吸收、气提、气泡分馏等操作；不会液泛；不会沟流或偏流；即使有固体沉淀产生也不易堵塞；易于放大；能持续工作满足大型工业化生产的需要。以对某种物料体系的萃取为例，与工业生产中的传统重力场传质分离设备相比，单级传质效率为70％左右，远大于传统重力场设备的20％-40％；两相夹带水平为4％-10％，优于传统塔设备。
附图说明
图1是所述的无环形入口旋流管的结构示意图。
图2是所述的无环形入口旋流管的结构示意图的俯视图。
图3是所述的有环形入口旋流管的结构示意图。
图4是所述的有环形入口旋流管的结构示意图的俯视图。
图5是所述的一种旋流管塔设备的结构示意图。
图6是所述的一种具有单独轻相收集腔的旋流管塔设备的结构示意图。
图7是所述的一种具有轻、重相分离旋流管的塔设备的结构示意图。
图中：1轻相出口、2上封头、3顶腔、4法兰、5溢流管、6重相入口、7塔板、8旋流管进料管、9传递腔、10无环形入口旋流管、11旋流管底流管、12筒体、13定距管、14轻相进料腔、15轻相进料口、16底层隔板、17塔内圈、18重相收集腔、19下封头、20重相出口、21轻相收集腔、22重相进料腔、23顶层隔板、24旋流管环形入口、25套管、26弹性件、27柱-锥形腔体、28径向筋板、29无环形入口旋流管、30有环形入口旋流管、31相分离旋流管
具体实施方式
以下实例用于说明本发明专利，但不用来限制本发明专利的应用范围。
实施例1
所述溢流管(5)内同时作为重相和轻相的通道，轻相从溢流管内中央区域自下往上流动，重相从溢流管内贴壁自上往下流动。如图5所示为一种静态超重力传质分离旋流管塔，旋流管作为传递元件，多个旋流管并联完成一级传递，达到一定的处理量要求，多级串联形成一个整体传递设备，达到一定的传递效果要求。相邻两层的旋流管为径向错位布置。旋流管设置于筒体12内，每一级塔板通过定距管13定位固定，形成一个整体塔内件。相邻级的筒体间通过旋流管的溢流管联通，最上一级筒体设有重相入口6，上封头设有轻相出口1，最下一级筒体上设有轻相入口15，下封头设有重相出口20。重相物料和轻相物料分别通过重相入口和轻相入口进入该分离设备，两相在各级传质元件中进行传递及相分离，最后分别经旋流管的底流口11和溢流口5排出旋流管。从第N级旋流管的溢流管5流出的轻相物料向上通过旋流管进料管8进入第N+1级旋流管，与来自N+2级旋流管底流、从第N+1级旋流管的溢流管5贴壁流进的重相物料接触传递。从N级旋流管出来的重相物料，流到下一层第N-1级塔板上，进入第N-1级旋流管，与来自N-2级的轻相物料接触传递。以此类推，完成密度不同的两相物料的多级逆流传递过程。
实施例2
所述溢流管只作为轻相流出的通道，在所述溢流管外面，开设一个环形入口(24)，供重相从所述环形入口自上往下流入旋流管。所述溢流管(5)通过环形入口(24)中的径向筋板(28)定位固定。如图6、图7所示为一种静态超重力传质分离旋流管塔，旋流管作为传递元件，多个旋流管并联完成一级传递，达到一定的处理量要求，多级串联形成一个整体传递设备，达到一定的传递效果要求。相邻两层的旋流管为径向错位布置。旋流管设置于筒体12内，每一级塔板通过定距管13定位固定，形成一个整体塔内件。相邻级的筒体间通过旋流管的溢流管联通，最上一级筒体设有重相入口6，上封头设有轻相出口1，最下一级筒体上设有轻相入口15，下封头设有重相出口20。重相物料和轻相物料分别通过重相入口和轻相入口进入该分离设备，两相在各级传质元件中进行传递及相分离，最后分别经旋流管的底流口11和溢流口5排出旋流管。从第N级旋流管的溢流管5流出的轻相物料向上通过旋流管进料管8进入第N+1级旋流管，与来自N+2级旋流管底流、从第N+1级旋流管的环形入口24流进的重相物料接触传递。从N级旋流管出来的重相物料，流到下一层第N-1级塔板上，通过第N-1级旋流管的环形入口24进入第N-1级旋流管，与来自N-2级的轻相物料接触传递。以此类推，完成密度不同的两相物料的多级逆流传递过程。

Claims (7)

1.一种旋流管塔，其特征是：包括筒体（12）、上封头（2）、下封头（19）、法兰（4）、多个旋流管（10）、重相入口（6）、重相出口（20）、轻相入口（15）、轻相出口（1）、多层塔板（7）和定距管（13）；所述旋流管塔立式安装；筒体（12）、上封头（2）和下封头（19）形成一个腔体；塔板（7）从上到下将所述腔体分割成顶腔（3）、传递腔（9）、轻相进料腔（14）和重相收集腔（18）；轻相出口（1）位于顶腔（3）的顶部，重相入口（6）位于顶腔（3）下部的侧面，轻相入口（15）位于轻相进料腔（14）的侧面，重相出口（20）位于重相收集腔（18）的底部；旋流管作为传递元件，多个旋流管并联完成一级传递，多级串联形成一个整体传递设备；从第N级旋流管流出的重相物料流到塔板上，进入下方第N+1级旋流管，与来自N+2级的轻相物料接触传递；从N+1级旋流管出来的轻相物料流到上一层塔板间，进入第N级的旋流管，与来自N-1级的重相物料接触传递；以此类推连接，从而完成密度不同的两相的多级逆流传递过程；相邻两层的旋流管为径向错位布置。
2.根据权利要求1所述的一种旋流管塔，其特征是：所述旋流管的溢流管（5）插入塔板上的孔，并通过所述溢流管外侧的弹性件与塔板的固定。
3.根据权利要求1所述的一种旋流管塔，其特征是：每一块塔板通过定距管定位固定，形成一个整体塔内件；将所述整体塔内件从筒体（12）的上端放入，支撑并固定在塔内圈（17）上。
4.根据权利要求1所述的一种旋流管塔，其特征是：旋流管（10）包括圆柱-圆锥形腔体、进料管（8）、溢流管（5）和底流管（11）；所述的进料管（8）与所述圆柱形腔体上部相切；切向入口是一个，或是中心对称的多个；所述溢流管（5）和底流管（11）与圆柱-圆锥形腔体同轴；所述溢流管（5）自上往下插入圆柱-圆锥形腔体的距离为0.8-0.9倍的圆柱段直径。
5.根据权利要求2所述的一种旋流管塔，其特征是：所述溢流管（5）内同时作为重相和轻相的通道，轻相从溢流管内中央区域自下往上流动，重相从溢流管内外围自上往下流动；所述溢流管也可以只作为轻相的通道，在所述溢流管外面，开设一个环形入口（24），重相从所述环形入口自上往下流入旋流管；所述溢流管（5）通过环形入口（24）中的径向筋板（28）定位固定。
6.根据权利要求1所述的一种旋流管塔，其特征是：在采用没有环形入口旋流管的塔器的顶腔（3）内，再加一层塔板（23），将顶腔分割成轻相收集腔（21）和重相进料腔（22），在顶层塔板（23）上再加一级旋流管（24）。
7.根据权利要求1所述的一种旋流管塔，其特征是：在采用具有环形入口（26）旋流管的塔器顶腔（3）内，将顶腔（3）分割成重相进料腔（22）和轻相收集腔（21），采用加长溢流管（25），让加长溢流管（25）向上伸入轻相收集腔（21），或不加长溢流管，而在顶层塔板（23）上再加一级旋流管（24）。
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