CN109985576B

CN109985576B - 一种气液传质系统

Info

Publication number: CN109985576B
Application number: CN201811291428.0A
Authority: CN
Inventors: 薄德臣; 高明; 张英; 陈建兵; 王璐瑶
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Dalian Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Current assignee: Sinopec Dalian Petrochemical Research Institute Co ltd; China Petroleum and Chemical Corp
Priority date: 2017-12-29
Filing date: 2018-10-31
Publication date: 2021-05-04
Anticipated expiration: 2038-10-31
Also published as: CN109985576A

Abstract

本发明公开了一种气液传质系统。所述传质系统包括若干层塔盘、降液管、导流罩和喷射罩，所述塔盘与塔体无缝相连接，塔盘上交替分布有若干组升气孔和降液孔，每个降液孔均对应下层的降液管；每组升气孔上方均对应固定一个喷射罩，喷射罩顶部设置水平分离板；所述喷射罩的至少一组相对的侧壁上部与水平分离板连接，下端与塔盘连接，且下部开有凹形槽；喷射罩的另一组相对侧壁的上下端分别与水平分离板和塔盘密封连接，且中间开有喷射孔；喷射罩的外部罩有导流罩，导流罩的顶部开有圆孔，降液管伸入圆形孔中；导流罩和喷射罩间构成密封导流槽，用于将通过降液管的液相导流至塔盘。本发明的气液传质系统提高了传质效率，并减少了液体返混现象。

Description

一种气液传质系统

技术领域

本发明属于石油化工领域的气液传质设备，具体地说涉及一种塔器的气液传质技术，更具体的说涉及一种气液传质系统。

技术背景

在石油化工领域，板式塔是重要的分离设备，而塔盘是板式塔中重要的传质设备，塔盘性能的好坏很大程度上决定了分离性能的高低。近年来，在泡罩、筛板、浮阀塔盘的基础上，开发出了许多新型结构的塔盘，尤其是立体喷射塔盘，它具有压降低、操作弹性大、传质效率高、雾沫夹带少等优点，但是这些塔盘都没有从根本解决液相返混的问题，影响了塔盘的传质效率。而返混又是板式塔在分离过程中最常见的问题，它减小了塔盘的传质推动力，降低了塔盘的传质效率和分离效率。

专利CN101015762A公开了一种喷射型吸收塔盘，它在板式塔内设计了特殊的导气管结构，把传统的导气管改造为带喷嘴的喷射管，在喷嘴处的液膜可形成喷射状态，液膜被分散成比表面积较大的小液滴，使得气液接触面积更大，表面更新快，提高了传质效率，阻力降非常小。

专利CN102240460A公开了一种无漏液喷射塔盘，该塔盘通过设置可移动的浮子来控制液相进入喷射孔中的流量，从而避免了低负荷下过度漏液现象的发生，增大了塔盘的处理能力范围，提高了操作弹性。以上技术解决了传统塔板的一些缺点，但并没有解决、甚至没有考虑液体返混问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种气液传质系统。可以避免液体的返混，增大塔器的传质推动力，提高塔器的分离效率，降低塔器的分离能耗，同时继承了立体喷射塔板的特点，传质效率高、雾沫夹带小，且抗堵性强。

本发明的一种气液传质系统，主要包括塔盘、降液管、导流罩和喷射罩。其特征在于，所述的塔盘与塔体无缝相连接，塔盘上交替分布有若干组升气孔和降液孔，且以塔盘中心线为界，在塔盘左侧和右侧错位排列；每个降液孔对应下层的降液管，降液管为圆柱型；每一组升气孔上固定一个喷射罩，喷射罩顶部有水平分离板，喷射罩的至少一组相对的（左右两个）侧壁上部与水平分离板连接，下部与塔盘连接，且下部的中间部位开有凹形槽；喷射罩的另一组相对（前后两个）侧壁上下部分别与水平分离板和塔盘密封连接，且中间开有喷射孔；喷射罩的外部罩有导流罩，导流罩为“凹”型，喷射罩嵌在“凹”型中间；导流罩的顶部开有圆形孔，降液管伸入圆形孔中；导流罩和喷射罩间构成密封导流槽，用于将通过降液管的液相导流至塔盘。

本发明中，所述的塔盘与塔体无缝连接。塔盘上交替排列着若干组升气孔和降液孔，所述升气孔的形状可以是圆形、三角形、椭圆形或矩形，每一组升气孔集中分布在塔盘的固定位置上，通过CFD流体力学计算得到其开孔大小和开孔率。每一个降液孔的孔径与降液管的外径相同，下一层塔盘降液管的顶部与上一层塔盘的降液孔相连接，作为液体流动通道。本发明中，所述的喷射罩完全覆盖在一组升气孔上，喷射罩的外部形状可以是圆柱体、矩形体和梯形体，喷射罩的高度一般50mm~150mm，优选为100mm~150mm。喷射罩的顶部是水平分离板，水平分离板与塔盘平行；喷射罩的左右侧壁上部与水平分离板连接，且与水平分离板的连接角度为60°~90°，优选为80°~90°；下部与塔盘连接，且在中间位置开有凹形槽，凹形槽的形状可以为椭圆形和矩形，凹形槽的大小通过流体力学计算得到；喷射罩的前后侧壁开有喷射孔，喷射孔的形状可以是椭圆形、条形和圆形，其开孔大小和开孔率由CFD模拟得到。

本发明中，所示的导流罩为“凹”型，导流罩罩在喷射罩的外部，喷射罩嵌在导流罩的中间。导流罩的高度一般为200mm~300mm，优选为200mm~100mm；导流罩的左右支腿与塔盘垂直密封连接，导流罩的顶部与喷射罩的水平分离板相平行。喷射罩的水平分离板作为“凹”型导流罩中部底板，二者之间的距离一般为50mm~100mm，优选为60mm~80mm，且在导流罩顶部中心处开有圆形孔。圆形孔的大小与降液管的外径一直，降液管伸入到圆形孔中。导流罩的左右两侧壁与喷射罩的左右两侧壁留有一定距离，一般为30mm~100mm，优选为30mm~60mm，构成导流槽。

本发明的气液传质系统的技术原理是：上层塔盘的液体自降液管流到导流罩内，经导流槽流到塔盘上，由喷射罩侧壁下部的凹形槽进入喷射罩内；下层塔盘的气体自升气孔喷入到喷射罩内，将液体托起、拉膜、成环、破碎成液滴，气液混合物喷射到喷射罩的水平分离板上，经水平分离板导流，向喷射孔两侧流动，最后经喷射孔喷出到塔盘空间内，完成气液传质，液体落入到塔盘上，经降液管流入下层塔盘，气体由导流罩外部流向上一层塔盘。

与现有技术相比，本发明的气液传质系统具有以下优点：

1、本发明的气液传质系统通过设置降液管和导流罩，上层塔板流下来的液相经降液管、导流槽、凹形槽进入喷射罩，在喷射罩内与气相完成气液传质，传质后的液相落入导流罩外，导流罩的存在将传质后的液相与未传质的液相彻底隔离，避免了液相的返混，增加了传质推动力，从而提高了塔盘的分离效率；

2、通过设置多个降液管，将液体均匀分布在塔盘上，实现了液体的分流，提高了抗堵性能。

附图说明

图1是本发明气液传质系统的正视图。

图2是本发明气液传质系统的水平塔盘示意图。

图3是本发明气液传质系统导流罩侧视图。

图4是本发明气液传质系统导流罩俯视图。

其中，1为塔体；2为降液管；3为导流罩；4为升气孔；5为导流槽；6为降液孔；7为塔盘；8为水平分离板；9为喷射罩；10为喷射孔；11为凹形槽。

具体实施方式

下面结合其附图对本发明一种无返混气液传质系统进行更详细的描述：

本发明的一种无返混气液传质系统（参见图1-图4），包括塔体1、塔盘7、升气孔4、降液孔6、降液管2、导流罩3和喷射罩9。塔盘7安装在塔体1内部，且塔盘7四周与塔体1密封连接，塔盘7上交替排列着升气孔4和降液孔6，降液孔6连接着下层塔盘的降液管2，作为两层塔盘间的液相流通通道；每一组升气孔4对应一个喷射罩9，升气孔4的形状可以是圆形、三角形、椭圆形或矩形，其开孔大小和开孔率可以通过CFD模拟计算得到。

本发明的气液传质系统中，所述的喷射罩9位于导流罩3内部，且完全覆盖在一组升气孔4上。喷射罩9的外部形状可以是圆柱体、矩形体和梯形体，优选为矩形体。喷射罩的高度一般为50mm~150mm，优选为100mm~150mm。喷射罩9的顶部是分离板8，分离板8与塔盘7平行；喷射罩9的左右（其中一组相对的）两个侧壁上部与水平分离板8连接，且与水平分离板8的连接角度为60°~90°，优选为80°~90°；该相对的侧壁的下端（下沿）与塔盘7连接，且在侧壁下部中间位置开有凹形槽11，凹形槽11的形状可以为椭圆形和矩形，凹形槽的大小可以通过流体力学计算得到。喷射罩9的前后（即另一组相对的）侧壁的中上部开有喷射孔10，喷射孔10的形状可以是椭圆形、条形和圆形，其开孔大小和开孔率可由CFD模拟得到。

本发明的一种无返混气液传质系统中，所示的导流罩3为倒“凹”型，导流罩3罩在喷射罩9的外部，喷射罩9嵌在导流罩3的中间，导流罩3的高度一般为200mm~300mm，优选为200mm~100mm；导流罩3与塔盘7垂直密封连接，导流罩3的顶部与喷射罩9的水平分离板8相平行，喷射罩9的水平分离板8作为倒“凹”型导流罩3的中部底板，两者之间的距离一般为50mm~100mm，优选为60mm~80mm，且导流罩3顶部中心处开有圆形孔，圆形孔的大小与降液管2的外径一直，降液管2伸入到圆形孔中；导流罩3的左右两侧壁与喷射罩9的左右两侧壁留有一定距离，一般为30mm~100mm，优选为30mm~60mm，构成导流槽5。

本发明的一种无返混气液传质系统的工作过程是：如附图1所示，上层塔盘的液体自降液管2流到导流罩3内，经导流槽5流到塔盘7上，由喷射罩9其中一组相对侧壁下部的凹形槽11进入喷射罩9内；下层塔盘的气体自升气孔4喷入到喷射罩9内，将液体托起、拉膜、成环、破碎成液滴，气液混合物喷射到喷射罩9的水平分离板8上，经水平分离板8导流，向两侧喷射孔10方向流动，最后经喷射孔10喷出完成气液传质，液体落入到塔盘7上，经降液管3流入下层塔盘，气体由导流罩3外部流向上一层塔盘。

本发明的气液传质系统，通过设置多个降液管，多个导流罩，将上层塔盘流下来的液体导入喷射罩内，与下层塔盘上升的气体在喷射罩内传质后，由喷射罩的喷射孔喷出，传质后的液体与未传质的液体通过导流罩隔离，避免了二者间的混合，实现了液相的无返混，有利于增大塔盘的传质推动力，提高塔盘的分离效率和分离精度。并且通过设置多个降液管，将上层塔盘上的液体均匀分布，很大程度上提高了塔盘的抗堵性能。

实施例

结合附图2和附图4，本发明的气液传质系统中，升气孔4为椭圆形，降液孔6为圆形，喷射罩9为矩形体。

结合附图3和附图4，本发明一种无返混气液传质系统中，喷射罩9的高度为150mm，喷射孔10为条形；喷射罩9侧壁与水平分离板8夹角为90°；导流罩3的高度为210mm，喷射罩9的水平分离板10与导流罩3顶部的距离为60mm，喷射罩9左右侧壁与导流罩3外壁的距离为60mm。

Claims

1.一种气液传质系统，包括若干层塔盘、降液管、导流罩和喷射罩，其特征在于：所述塔盘与塔体无缝相连接，塔盘上交替分布有若干组升气孔和降液孔，每个降液孔均对应下层的降液管；每组升气孔上方均对应固定一个喷射罩，喷射罩顶部设置水平分离板；所述喷射罩的至少一组相对的侧壁上部与水平分离板连接，下端与塔盘连接，且下部的中间部位开有凹形槽；喷射罩的另一组相对的侧壁上下部分别与水平分离板和塔盘密封连接，且中间开有喷射孔；喷射罩的外部罩有导流罩，导流罩的顶部开有圆孔，降液管伸入圆形孔中；导流罩和喷射罩间构成密封导流槽，用于将通过降液管的液相导流至塔盘。

2.按照权利要求1所述的气液传质系统，其特征在于，所述的降液管为圆柱型。

3.按照权利要求1所述的气液传质系统，其特征在于，所述若干组升气孔和降液孔以塔盘中心线为界，在塔盘左侧和右侧错位排列。

4.按照权利要求1所述的气液传质系统，其特征在于，所述的导流罩为倒“凹”型，喷射罩嵌在倒“凹”型中间。

5.按照权利要求1所述的气液传质系统，其特征在于，所述的凹形槽为椭圆形或矩形。

6.按照权利要求1所述的气液传质系统，其特征在于，所述升气孔的形状为圆形、三角形、椭圆形或矩形。

7.按照权利要求1所述的气液传质系统，其特征在于，所述喷射罩的其中一组相对侧壁与水平分离板的连接角度为60°~90°。

8.按照权利要求1所述的气液传质系统，其特征在于，所述喷射孔的形状为椭圆形、条形和圆形。

9.按照权利要求1所述的气液传质系统，其特征在于，所述导流罩的高度为200mm~300mm。

10.按照权利要求1所述的气液传质系统，其特征在于，所述的导流罩与塔盘垂直密封连接，导流罩的顶部与喷射罩的水平分离板相平行。

11.按照权利要求10所述的气液传质系统，其特征在于，所述导流罩的左右两侧壁与喷射罩的左右两侧壁留有一定距离，二者之间的通道构成导流槽。

12.按照权利要求1所述的气液传质系统，其特征在于，所述喷射罩的水平分离板作为导流罩的中部底板。

13.按照权利要求7所述的气液传质系统，其特征在于，所述喷射罩的其中一组相对侧壁与水平分离板的连接角度为80°~90°。