CN110064313B - 一种喷射态气液交换设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及化学工程中的分离设备领域，公开了一种喷射态气液交换设备，其可以包括塔体、多层塔板、降液管和喷射罩；多层所述塔板沿所述塔体的轴向间隔设置，且与所述塔体的内壁密封连接，多层所述塔板上交替分布有若干组升气孔和若干个降液连接孔；每个所述降液连接孔中对应设有降液管，所述降液管的上端位于上层塔板上，其下端对应设有喷射罩，所述喷射罩对应设于下层塔板上，且每个所述喷射罩罩住一组所述升气孔，所述降液管的下部周向分布有多个旋流叶片，所述喷射罩的周向对应设有多个第一喷射孔，所述喷射罩的上端固定设有分离板，所述分离板上开有多个第二喷射孔。本发明能够避免液体返混，降低分离系统的能耗，提高分离的效率。

Description

一种喷射态气液交换设备
技术领域
本发明涉及化学工程中的分离设备技术领域，特别是涉及一种化工和炼油工业中传质传热分离用的喷射态气液交换设备。
背景技术
在石油化工分离操作中，塔板作为重要的传质设备元件已经得到广泛的应用。传统的浮阀、泡罩和筛板等塔板在气液传质后，气相进入上层塔板，而液相重新落回本层塔板，导致了其与未传质液相间的返混，降低了塔板的传质效率和传质推动力，进而影响了塔板的分离效率和塔的操作能力。
针对上述问题，已有专利一种低返混均效塔板(CN105413622A)改进了New-VST型塔板，在每个帽罩外安装桶状导流环，将气液传质后的液相实现了分流，并且将导流环与降液管相连通，将分流后的液相直接引入降液管中，避免了其与塔板上未传质的液相接触。但是这种结构中每一个帽罩都要连接两个降液管，其降液系统复杂，并不利于安装与实施，推广应用仍存在问题。
已有专利一种膜喷射无返混塔板(CN101507883A)，在喷射罩间和边缘喷射罩的外侧安装导液槽，导液槽三面有壁，一面开口，开口端伸入降液管，将传质后的液相引入下层塔板。但是并不能保证由喷射罩喷出的液体全部落到导液槽内，尤其是对边缘喷射罩，其外侧导液槽与塔壳间存在一定间隙，还是会造成一定量的液相返混。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种喷射态气液交换设备，可以避免液体的返混，降低分离系统的能耗，提高分离的效率。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供一种喷射态气液交换设备，其可以包括塔体、多层塔板、降液管和喷射罩；
多层所述塔板沿所述塔体的轴向间隔设置，且与所述塔体的内壁密封连接，多层所述塔板上交替分布有若干组升气孔和若干个降液连接孔；
每个所述降液连接孔中对应设有降液管，所述降液管的上端位于上层塔板上，其下端对应设有喷射罩，所述喷射罩对应设于下层塔板上，且每个所述喷射罩罩住一组所述升气孔，所述降液管的下部周向分布有多个旋流叶片，所述喷射罩的周向对应设有多个第一喷射孔，所述喷射罩的上端固定设有分离板，所述分离板上开有多个第二喷射孔。
本发明的实施例中，所述分离板的中心设有中心孔，所述降液管的下端穿过所述中心孔位于所述喷射罩中，所述降液管的下端与所对应的下层塔板之间留有一段距离。
本发明的实施例中，所述分离板与所述喷射罩的侧壁通过螺纹紧固件固定连接。
本发明的实施例中，所述降液管的上端与所在的上层塔板的上表面平齐。
本发明的实施例中，每组所述升气孔包括多个呈阵列排布的升气孔，所述升气孔的形状为圆形、三角形或矩形。
本发明的实施例中，所述旋流叶片水平固定在所述降液管的下部，且所述降液管的底部与所述旋流叶片之间的距离为20mm～30mm。
本发明的实施例中，所述旋流叶片呈扇形，扇形的弧度为10°～20°，所述旋流叶片与水平面呈5°～85°。
本发明的实施例中，所述降液连接孔的孔径与所述降液管的外径相匹配。
本发明的实施例中，所述塔体呈圆柱形、四方体形或锥台形。
本发明的实施例中，所述喷射罩的高度为100mm～150mm。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明提供的一种喷射态气液交换设备，通过设置多个降液管，液相沿着降液管从上层塔板直接流入到下层塔板的旋流罩内，避免了未传质的液相与传质后的液相在塔板上混合，大幅度提高了分离的效率和传质推动力，降低了分离能耗；
通过设置多个降液管，对液相进行分流，变相将液相分为各个“块”，且分别在喷射罩中与气相进行传质，提高了传质的效率；
气液两相在旋流罩内全逆流接触传质，提高了气液传质的效率，且由于降液管上旋流叶片的存在，提高了气液两相的接触时间和传质面积。
附图说明
图1是本发明一种喷射态气液交换设备的结构示意图；
图2是本发明一种喷射态气液交换设备中塔板的示意图；
图3是本发明一种喷射态气液交换设备中喷射罩的示意图；
图4是本发明一种喷射态气液交换设备中分离板的示意图；
图5是本发明一种喷射态气液交换设备中旋流叶片的示意图；
其中：1：塔体；2：分离板；3：喷射罩；4：第一喷射孔；5：降液连接孔；6：塔板；7：降液管；8：旋流叶片；9：升气孔；10：中心孔；11：第二喷射孔；12：螺栓；13：旋流叶片的中心孔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“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”等仅用于描述目的，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，可以视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上。
如图1所示，本发明实施例提供了一种喷射态气液交换设备，其可以包括塔体1、多层塔板6、降液管7和喷射罩3；
多层所述塔板6沿所述塔体1的轴向间隔设置，且与所述塔体1的内壁完全密封连接，多层所述塔板6上错位交替分布有若干组升气孔9和若干个降液连接孔5；
每个所述降液连接孔5中对应设有降液管7，所述降液管7的上端位于上层塔板6上，其下端对应设有喷射罩3，所述喷射罩3对应设于下层塔板6上，且每个所述喷射罩3罩住一组所述升气孔9，如图2所示，并且完全覆盖一组升气孔9，喷射罩3的形状可以是圆柱体、矩形体、梯形体等，在此不作限定，所述降液管7的下部周向分布有多个旋流叶片8，如图3所示，所述喷射罩3的周向对应设有多个第一喷射孔4，第一喷射孔4可以为圆形、三角形、条形，其数量和尺寸通过CFD流体力学计算得到，所述喷射罩3的上端固定设有分离板2，如图4所示，所述分离板2上开有多个第二喷射孔11，第二喷射孔11的形状可以是圆形、矩形或三角形，在此不作具体限定。通过设置多个降液管7，液相沿着降液管7从上层塔板6直接流入到下层塔板6的旋流罩内，避免了未传质的液相与传质后的液相在塔板6上混合，大幅度提高了分离的效率和传质推动力，降低了分离能耗。且对液相进行分流，变相将液相分为各个“块”，且分别在喷射罩3中与气相进行传质，提高了传质的效率；气液两相在旋流罩内全逆流接触传质，提高了气液传质的效率，且由于降液管7上旋流叶片8的存在，提高了气液两相的接触时间和传质面积。
本发明的实施例中，所述分离板2的中心设有中心孔10，所述降液管7的下端穿过所述中心孔10位于所述喷射罩3中，所述降液管7的下端与所对应的下层塔板6之间留有一段距离，降液管7底部与塔板6间的距离一般可以为30mm～75mm，优选为50mm～75mm。
本发明的实施例中，所述分离板2与所述喷射罩3的侧壁通过螺纹紧固件例如螺栓12固定连接。
本发明的实施例中，所述降液管7的上端与所在的上层塔板6的上表面平齐，以使得返回的液相从降液管7直接流入上层塔板6。
每组所述升气孔9包括多个呈阵列排布的升气孔9，所述升气孔9的形状可以为圆形、三角形或矩形等，本发明的实施例中，升气孔9的形状选为矩形，当然，也可以选择其他形状。
本发明的实施例中，降液管7垂直穿过旋流叶片的中心孔13，所述旋流叶片8水平固定在所述降液管7的下部，且所述降液管7的底部与所述旋流叶片8之间的距离为20mm～30mm。
本发明的实施例中，如图5所示，所述旋流叶片8呈扇形，扇形的弧度为10°～20°，优选为14°，所述旋流叶片8与水平面呈5°～85°，优选15°～30°，具体角度可以通过CFD流体力学计算得到。
本发明的实施例中，所述降液连接孔5的孔径与所述降液管7的外径相匹配，以保证降液管7与所在塔板6之间没有空隙，从而不会有液体漏下。
本发明的实施例中，所述塔体1可以呈圆柱形、四方体形或锥台形，当然，也可以选择其他适宜的形状。
本发明的实施例中，所述喷射罩3的高度可以为100mm～150mm，优选为120mm～150mm。
本发明实施例中，一种喷射态气液交换设备的工作过程是：如附图1所示，上层塔板6的液体自降液连接孔5流入降液管7，进而流到喷射罩3内，气体从塔板6上的升气孔9进入喷射罩3内，气体在旋流叶片8的作用下发生旋转，旋转上升的过程中将液体托起、拉成环状膜、破碎成液滴，加速气液分离与传质。一部分气液混合物经顶部水平分离板2折流后，从喷射罩3的侧壁的第一喷射孔4中喷出，另一部分从喷射罩3顶部的分离板2的第二喷射孔11喷出，喷出的气液混合物在塔板6空间内进行气液传质，液滴落到喷射罩3外的塔板6上，经降液管7流到下一层塔板6的喷射罩3内，气体经上层塔板6的升气孔9进入上一层塔板6。
由以上实施例可以看出，本发明通过设置多个降液管，避免了新鲜液体与传质后的液体混合，彻底实现了液相的无返混，有利于提高塔板的分离效率和分离精度；并且正真实现了气液两相的逆流接触，实现气液传质效率的最大化。经计算，本发明一种喷射态气液交换设备较现有技术塔板效率可提升10％，气液传质效率可提升10％～30％。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种喷射态气液交换设备，其特征在于，包括塔体、多层塔板、降液管和喷射罩；
多层所述塔板沿所述塔体的轴向间隔设置，且与所述塔体的内壁密封连接，多层所述塔板上交替分布有若干组升气孔和若干个降液连接孔；
每个所述降液连接孔中对应设有降液管，所述降液管的上端位于上层塔板上，其下端对应设有喷射罩，所述喷射罩对应设于下层塔板上，且每个所述喷射罩罩住一组所述升气孔，所述降液管的下部周向分布有多个旋流叶片，所述喷射罩的周向对应设有多个第一喷射孔，所述喷射罩的上端固定设有分离板，所述分离板上开有多个第二喷射孔。
2.根据权利要求1所述的喷射态气液交换设备，其特征在于，所述分离板的中心设有中心孔，所述降液管的下端穿过所述中心孔位于所述喷射罩中，所述降液管的下端与所对应的下层塔板之间留有一段距离。
3.根据权利要求1所述的喷射态气液交换设备，其特征在于，所述分离板与所述喷射罩的侧壁通过螺纹紧固件固定连接。
4.根据权利要求1所述的喷射态气液交换设备，其特征在于，所述降液管的上端与所在的上层塔板的上表面平齐。
5.根据权利要求1所述的喷射态气液交换设备，其特征在于，每组所述升气孔包括多个呈阵列排布的升气孔，所述升气孔的形状为圆形、三角形或矩形。
6.根据权利要求1-5任一项所述的喷射态气液交换设备，其特征在于，所述旋流叶片水平固定在所述降液管的下部，且所述降液管的底部与所述旋流叶片之间的距离为20mm～30mm。
7.根据权利要求6所述的喷射态气液交换设备，其特征在于，所述旋流叶片呈扇形，扇形的弧度为10°～20°，所述旋流叶片与水平面呈5°～85°。
8.根据权利要求1所述的喷射态气液交换设备，其特征在于，所述降液连接孔的孔径与所述降液管的外径相匹配。
9.根据权利要求1所述的喷射态气液交换设备，其特征在于，所述塔体呈圆柱形、四方体形或锥台形。
10.根据权利要求1所述的喷射态气液交换设备，其特征在于，所述喷射罩的高度为100mm～150mm。
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