CN110064354B - 一种自吸式立体帽罩及其板式塔 - Google Patents

一种自吸式立体帽罩及其板式塔 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种自吸式立体喷射塔板，涉及精馏塔、吸收塔的板式塔结构，本发明采用流体通道改变的立体帽罩，气相进口通道截面变小使压力下降，促进液相进入，然后通过混合段增加压力使压力缓慢增加，本发明提供的技术方案在达到解决提高气液接触效果增大液体与气体的接触量的同时有利于降低板压降，从而提高塔板传质效率，达到节能减排的效果。

Description

一种自吸式立体帽罩及其板式塔
技术领域
本发明涉及工业设备技术领域，特别涉及一种自吸式立体帽罩及其板式塔。
技术背景
伯努利原理是丹尼尔·伯努利在1726年提出了“伯努利原理”。这是在水力学的连续介质理论方程建立之前，水力学所采用的基本原理，其实质是水的机械能守恒。即：动能+重力势能+压力势能=常数。其最为著名的推论为：等高流动时，流速大，压力就小。它可以被表述为p1+1/2ρv12+ρgh1=p2+1/2ρvl2+ρgh2。常用的技术方案是蒸气喷射式热泵，蒸汽喷射式热泵主要由喷嘴、接受室、混合室、扩压室等几部分组成喷射式热泵的工作原理是以蒸汽减压前后的能量差为动力，高压蒸汽通过喷嘴时产生高速气流，在喷嘴出口处产生低压区，在此区域将低压蒸汽吸入设备，高压蒸汽在膨胀的同时压缩低压蒸汽，用高压蒸汽的裕压提高低压蒸汽的品位，然后通过混合室进行良好混合，混合后的蒸汽再通过扩压室恢复部分压力损失，达到要求的蒸汽压力后供给热用户使用。
塔板主要应用于精馏、萃取、吸收等设备，主要用于两相流体接触传质传热的塔设备重要的结构，常见的塔器有填料塔和板式塔，由于板式塔操作范围大、操作弹性、不易堵塞等优点广泛应用与化工塔器设备上，常见的板式塔有泡罩塔板、筛板塔板、浮阀塔板、喷射型踏板、立体塔板等。为了提高气液接触量现有技术的改进主要是针对塔板形状，如立体喷射塔板。立体喷射型塔板是近年发展较快的一种塔板，其传质作用空间是立体的，操作工况为气液并流喷射型，结构特点是在塔板上开孔(如圆孔、方孔、矩形孔)，孔上布置相应形状的帽罩。操作时，气体从板孔进人帽罩，在塔板板孔处形成低压区，塔板上的液体在板上液层静压强作用和罩内外压差的作用下流人罩内，经提升、破碎、喷射分离等过程，完成气液接触传质，此过程中液体为分散相而气体为连续相，随着对节能减排的要求提高，节能成了立体塔板的发展趋势。虽然立体喷射塔板有效的增加了气液传质，但是由于液体在塔板底部进气易导致气体从进气口喷出等现象，这种现象同时抑制了液体的进入量妨碍的气液接触。同时由于下一层气相进入塔板开孔是流通通道突然减小，在塔板开孔处由于能量守恒根据伯努利原理静压头转换为静压头，在塔板开孔处压力下降，通过塔板开孔后流通通道突然增大，动压头转换为静压头，由于压力和流通通道的突然改变容易导致边界层分离产生旋涡从而导致能量损失，增加板压降，导致塔器能耗增加。
发明内容
本发明提出了一种技术方案，主要是提供了一种技术手段，通过设置具有自吸效果的立体帽罩结构促进液相进入帽罩以达到促进气液接触的目的。本发明是通过以下技术手段实现的。
一种自吸式立体帽罩，包含气相进口、气相进口段、液相进口、混合段、混合段出口，所述液相进口位于气相进口与混合段出口之间，所述气相进口段沿气相流动方向截面积逐渐减小、所述混合段截面积沿着气相流动方向截面积逐渐增加。
进一步，所述帽罩进口截面为圆形或矩形。
进一步，所述混合段出口上方设有挡板。
一种自吸式立体板式塔，包括塔体、降液管、塔板，所述塔板上设有至少如上所述自吸式立体帽罩，所述塔板上开有与帽罩对应的塔板开孔，所述帽罩安装于塔板开孔处，使下一层塔板的气相从自吸式立体帽罩气相进口进入、液相从液相进口进入、气相与液相混合后由混合段出口排出。
进一步，所述自吸式立体帽罩嵌入塔板，帽罩进口位于塔板下侧且液相进口位于塔板上侧。
进一步，帽罩气相进口处设有导流板，所述导流板连接与气相进口外侧。
进一步，所述自吸式立体帽罩为分体式设计，所述进口段独立安装于塔板下侧，液相进口和混合段位于塔板上侧，述气相进口段与液相进口和混合段之间设有塔板开孔。
进一步，所述气相进口处设有导流板。
进一步，气相进口段与导流板为一体式结构组成导流板。
附图说明
在下文中参考附图来描述本发明，在附图中：
图1为根据本发明实施例帽罩示意图；
图2为根据本发明实施例另一种帽罩示意图；
图3为根据本发明实施例另一种帽罩示意图；
图4为根据本发明实施例另一种帽罩示意图；
图5为根据本发明实施例自吸式立体板式塔罩示意图；
图6为根据本发明实施例另一种自吸式立体板式塔罩示意图；
图7为根据本发明实施例另一种自吸式立体板式塔罩示意图；
图8为根据本发明实施例另一种自吸式立体板式塔罩示意图；
图9为根据本发明实施例另一种自吸式立体板式塔罩示意图；
图10为根据本发明实施例另一种自吸式立体板式塔罩示意图；
图11为根据本发明实施例导流板示意图；
图12为根据本发明实施例导流板与塔板组装爆炸示意图；
图13为根据本发明实施例另一种导流板与塔板组装爆炸示意图；
图14为根据本发明实施例导流板与塔板组装爆炸示意图；
图15为根据本发明实施例帽罩与塔板组装示意图；
图16为根据本发明实施例帽罩与塔板组装示意图。
实施方式
下面将结合本发明中附图对本发明进行清楚、完整的描述。
本发明提出一种实验室供水系统。
实施例一
参照图1至4，图1至4位本发明一种自吸式立体喷射帽罩1示意图，所述自吸式立体帽罩1为中间设有流体通道的结构，包括混合段出口101、混合段102、液相进口103、气相进口段104、气相进口105，所述液相进口103位于气相进口105与混合段102之间，所述气相进口段104沿气相进口105到液相进口103方向，即沿气相流动方向截面逐渐减小、所述混合段102截面积沿着液相进口103向混合段出口101方向，既沿气相流动方向截面积逐渐增加。根据图1所示液相进口103截面为矩形结构，帽罩截面为圆形结构；根据图2所示液相进口103截面为孔形结构，帽罩截面为圆形结构；根据图3所示液相进口103截面为矩型结构，帽罩截面为矩形结构；根据图4所示液相进口103截面为孔型结构，帽罩截面为矩形结构；工作时气相有气相进口105进入到气相进口段104，由于气相进口段104截面积逐渐减小使气相速度增加，根据能量守恒动能及伯努利原理气相在进口段104内动能增加静压能下降，既速度增加压力下降，当气相到达液相进口103时压力由于进口段104截面的减小使液相进口103处压力下降，从而促进了液相在液相进口103处流入自吸式立体帽罩1，从液相进口103处流入的液相和由气相进口105处流入的气相在自吸式立体帽罩1的液相进口103处混合后进混合段102，混合段102的截面积逐渐增加，根据能量守恒动能及伯努利原理气相在混合段102内动能下降静压能增加，既速度减小压力增大，即气液混合后经过混合段102后速度下降压力增加，为进入下一层塔板做准备，在塔器内的具体工作方式将在以下使用本实施例中自吸式立体帽罩1的塔器中详细描述，此处不再赘述。
通过上述描述可以发现，本发明利用了流体在流动中由于流通截面发生改变而导致压力改变的原理，通过再改变立体帽罩的结构使帽罩流体进口103处截面减小从而促进了液相的进入，促进了气相和液相在自吸式立体帽罩1内的接触量，气液充分接触有利于提高气液传质效果，从而提高精馏塔的处理能力和效率，从而到达节能环保的目的。
实施例二
参照图5，图5位本发明一种自吸式立体板式塔示意图，包括塔体3、降液管301、下一层降液管302、塔板2、设置于塔板2上的塔板开孔201、安装与塔板开孔201处的自吸式立体帽罩1，在塔壁内装有降液管302和塔板2，所述自吸式立体帽罩1为发明实施例一所述的自吸式立体帽罩，所述塔板2上开有塔板开孔201，塔板2开孔上安装有自吸式立体帽罩1，所述降液管可以设置在塔体的两侧如图5所示；也可以设置在塔体的两侧和中心，并且是一层设置在中心一层设置在两侧交替设置如图10所示。
工作时液相由上层塔板经过降液管301流下，流入本层塔板2上部，并沿本层塔板2向下层降液管302方向流动，在塔板2上方形成液体层，上升的气相通过塔板开孔201流入，经过塔板开孔201的气相流入自吸式立体帽罩1的进气孔105气相通过气相进口105进入到气相进口段104，由于气相进口段104截面积逐渐减小使气相速度增加，根据能量守恒动能及伯努利原理气相在进口段104内动能增加静压能下降，既速度增加压力下降，当气相到达液相进口103时压力由于进口段104截面的减小使液相进口103处压力下降，从而促进了液相在液相进口103处流入自吸式立体帽罩1，从液相进口103处流入的液相和由气相进口105处流入的气相在自吸式立体帽罩1的液相进口103处混合后进混合段102，混合段102的截面积逐渐增加，根据能量守恒动能及伯努利原理气相在混合段102内动能下降静压能增加，既速度减小压力增大，即气液混合后经过混合段102后速度下降压力增加，气液混合相经过混合段102后经过混合段出口进入本层塔板空间，此时气液两相分离，液相回到本层塔板的液层上随着液相流动经过下层降液管302流入下层塔板，气相继续向上流动进入上一层塔板，经过这样的交替重复气液接触实现塔器的气液接触传质传热实现不同物质的分离。
实施例三
参照图6，图6位本发明一种自吸式立体板式塔示意图，根据实施例二所述的自吸式立体板式塔，其自吸式立体帽罩1安装与塔板2上方，这样会导致自吸式立体帽罩1上液相进口103位于塔板上方一定距离，并要达到塔板2上的液层没过自吸式立体帽罩1上液相进口103，这样导致塔板2上的液层过高，需要塔板2承受更大的液层重量，塔板2有足够承重能力就需要塔板2有足够的厚度，因此会增加塔器的设备重量以及操作重量，对经济成本和操作稳定性带来了不好的影响，为解决上述技术问题，本实施例提供了自吸式立体帽罩1的新的安装方式，安装时自吸式立体帽罩1的气相进口段嵌入塔板2的开孔处，使气相入口位于塔板2下侧，液相进口103位于塔板2的上侧，这样安装可以使液相进口103更加接近塔板2，即对液层的高度要求降低，可以到达下更低的液层下到达气液混合的目的。
工作时液体由上层塔板经过降液管301流下，流入本层塔板2上部，并沿本层塔板2向下层降液管302方向流动，在塔板2上方形成液体层，下层塔板流出的气相上升的气相流入自吸式立体帽罩1的进气孔105，通过气相进口105进入到气相进口段104，由于气相进口段104截面积逐渐减小使气相速度增加，根据能量守恒动能及伯努利原理气相在进口段104内动能增加静压能下降，既速度增加压力下降，当气相到达液相进口103时压力由于进口段104截面的减小使液相进口103处压力下降，从而促进了液相在液相进口103处流入自吸式立体帽罩1，从液相进口103处流入的液相和由气相进口105处流入的气相在自吸式立体帽罩1的液相进口103处混合后进混合段102，混合段102的截面积逐渐增加，根据能量守恒动能及伯努利原理气相在混合段102内动能下降静压能增加，既速度减小压力增大，即气液混合后经过混合段102后速度下降压力增加，气液混合相经过混合段102后经过混合段出口进入本层塔板空间，此时气液两相分离，液相回到本层塔板的液层上随着液相流动经过下层降液管302流入下层塔板，气相继续向上流动进入上一层塔板，经过这样的交替重复气液接触实现塔器的气液接触传质传热实现不同物质的分离。
实施例四
参照实施例三、四，在立体帽罩工作过程中气相会携带液相向上层塔板流动，被气相携带的液相进入上层塔板会导致在不同塔板将液体的返混，及下层较重的组分进入上层塔板导致了分离效果的下降，为了解决这种问题的产生本发明在实施例三、实施例四的基础上设置了阻挡液体进入上层塔板的挡板4。所述挡板为一薄板结构能阻挡气液混合相直接向上层塔板运动，通过阻挡的作用促进了气液两相的分离，从而达到促进板效率的作用。
参照图7、图16，帽罩嵌入安装于塔板上时，工作时液体由上层塔板经过降液管301流下，流入本层塔板板体2上部，并沿本层塔板2向下层降液管302方向流动，在塔板板体2上方形成液体层，下层塔板流出的气相上升的气相流入自吸式立体帽罩1的进气孔105，通过气相进口105进入到气相进口段104，由于气相进口段104截面积逐渐减小使气相速度增加，根据能量守恒动能及伯努利原理气相在进口段104内动能增加静压能下降，既速度增加压力下降，当气相到达液相进口103时压力由于进口段104截面的减小使液相进口103处压力下降，从而促进了液相在液相进口103处流入自吸式立体帽罩1，从液相进口103处流入的液相和由气相进口105处流入的气相在自吸式立体帽罩1的液相进口103处混合后进混合段102，混合段102的截面积逐渐增加，根据能量守恒动能及伯努利原理气相在混合段102内动能下降静压能增加，既速度减小压力增大，即气液混合后经过混合段102后速度下降压力增加，气液混合相经过混合段102后经过混合段出口101向上运动，流出混合段出口的气液混合物绕过挡板4进入本层塔板的空间，在绕过挡板4的过程中改变了气液混合物的流动方向避免了气液混合物直接向上流动将液相带入上层塔板形成返混，在绕过挡板4的时候同时也增加了液相的沉降时间促进了液相回到本层塔板上，此时气液两相分离，液相回到本层塔板的液层上随着液相流动经过下层降液管302流入下层塔板，气相继续向上流动进入上一层塔板，经过这样的交替重复气液接触实现塔器的气液接触传质传热实现不同物质的分离。
在帽罩另一种安装于塔板之上的连接方式时，参照图8、图15工作时液体从上层塔板经过降液管301流下，流入本层塔板2上部，并沿本层塔板2向下层降液管302方向流动，在塔板2上方形成液体层，上升的气相通过塔板开孔201流入，经过塔板开孔201的气相流入自吸式立体帽罩1的进气孔105气相通过气相进口105进入到气相进口段104，由于气相进口段104截面积逐渐减小使气相速度增加，根据能量守恒动能及伯努利原理气相在进口段104内动能增加静压能下降，既速度增加压力下降，当气相到达液相进口103时压力由于进口段104截面的减小使液相进口103处压力下降，从而促进了液相在液相进口103处流入自吸式立体帽罩1，从液相进口103处流入的液相和由气相进口105处流入的气相在自吸式立体帽罩1的液相进口103处混合后进混合段102，混合段102的截面积逐渐增加，根据能量守恒动能及伯努利原理气相在混合段102内动能下降静压能增加，既速度减小压力增大，即气液混合后经过混合段102后速度下降压力增加，气液混合相经过混合段102后经过混合段出口101向上运动，流出混合段出口的气液混合物绕过挡板4进入本层塔板的空间，在绕过挡板4的过程中改变了气液混合物的流动方向避免了气液混合物直接向上流动将液相带入上层塔板形成返混，在绕过挡板4的时候同时也增加了液相的沉降时间促进了液相回到本层塔板上，此时气液两相分离，液相回到本层塔板的液层上随着液相流动经过下层降液管302流入下层塔板，气相继续向上流动进入上一层塔板，经过这样的交替重复气液接触实现塔器的气液接触传质传热实现不同物质的分离。
实施例五
根据实施例三、实施例四所描述的自吸式立体板式塔，所述气相进口位于塔板下侧，使自吸式立体帽罩1的气相进口段一部分或全部突出于塔板2下侧，这样会导致下层塔板气相进入本层塔板2的自吸式立体帽罩1时流动路线曲折，并在此由于流动通道的不连续性导致边界层分离和涡流的产生，从而使流动气相的机型能耗散掉，从而导致了板压降的增加，为了解决上述技术问题，本实施例提供了一种导流装置。
参照图9、图10、图11、图12、图13、图14，所述导流板设置与自吸式立体帽罩1的气相进气口105的两侧并向塔体3和下一层降液管302延伸形成一个面，组织气体向上流动超过气相进液口105的高度然后气相折回到气相进液口导致能力损失。
为了便于安装，本发明实施例提出了自吸式立体帽罩1的气相进口段104与进液口103和混合段102分开的结构设计，安装是从塔板2的下侧安装，并且气相进口段104与导流板可以为一体式的设计，这样可以大大降低施工和制造的难度和成本；参照图9、图12、图13，此时自吸式立体帽罩1的气相进口段104与导流板为一体式设计，使用时只需要将气相进口段104与导流板的组合体安装在塔板的下部既可以实现进气效果。参照图11，为了进一步简化结构将导流板和气相进口段104以及塔板2设计为一体式结构。
使用时液体有上层塔板经过降液管301流下，流入本层塔板2上部，并沿本层塔板2向下层降液管302方向流动，在塔板2上方形成液体层，下层塔板流出的气相上升，经过导流板的引导进入自吸式立体帽罩1的进气孔105，通过气相进口105进入到气相进口段104，由于气相进口段104截面积逐渐减小使气相速度增加，根据能量守恒动能及伯努利原理气相在进口段104内动能增加静压能下降，既速度增加压力下降，当气相到达液相进口103时压力由于进口段104截面的减小使液相进口103处压力下降，从而促进了液相在液相进口103处流入自吸式立体帽罩1，从液相进口103处流入的液相和由气相进口105处流入的气相在自吸式立体帽罩1的液相进口103处混合后进混合段102，混合段102的截面积逐渐增加，根据能量守恒动能及伯努利原理气相在混合段102内动能下降静压能增加，既速度减小压力增大，即气液混合后经过混合段102后速度下降压力增加，气液混合相经过混合段102后经过混合段出口101向上运动，流出混合段出口的气液混合物绕过挡板4进入本层塔板的空间，在绕过挡板4的过程中改变了气液混合物的流动方向避免了气液混合物直接向上流动将液相带入上层塔板形成返混，在绕过挡板4的时候同时也增加了液相的沉降时间促进了液相回到本层塔板上，此时气液两相分离，液相回到本层塔板的液层上随着液相流动经过下层降液管302流入下层塔板，气相继续向上流动进入上一层塔板，经过这样的交替重复气液接触实现塔器的气液接触传质传热实现不同物质的分离。
必须指出的是在本文中以几个最优选的实施例描述了本发明。因此应了解本发明并不限于所公开的实施例，而是预期涵盖包括于如所附权利要求所限定的本发明的范围内的其特点和若干其它应用的各种组合或修改。结合不同实施例所述的特点也可在本发明的基本概念内结合其它实施例利用和/或以不同组合来进行组合，如果需要这样且对于这些而言存在技术上的可能性。

Claims (6)

1.一种自吸式立体板式塔，包括塔体、降液管、塔板，其特征在于，所述塔板上设有自吸式立体帽罩，所述自吸式立体帽罩，包含气相进口、气相进口段、液相进口、混合段、混合出口，所述液相进口位于气相进口与混合段之间，所述气相进口段沿气相流动方向截面积逐渐减小、所述混合段截面积沿着气相流动方向截面积逐渐增加，所述塔板上开有与帽罩对应的塔板开孔，所述帽罩安装于塔板开孔处，使下一层塔板的气相从自吸式立体帽罩气相进口进入、液相从液相进口进入、气相与液相混合后由混合段出口排出，所述自吸式立体帽罩嵌入塔板，帽罩进口位于塔板下侧且液相进口位于塔板上侧，所述帽罩气相进口处设有导流板，导流板连接与气相进口外侧。
2.根据权利要求1所述一种自吸式立体板式塔，其特征在于，所述帽罩进口截面为圆形或矩形。
3.根据权利要求1所述所述一种自吸式立体板式塔，其特征在于，所述混合段出口上方设有挡板。
4.根据权利要求1所述一种自吸式立体板式塔，其特征在于，所述自吸式立体帽罩为分体式设计，所述进口段独立安装于塔板下侧，液相进口和混合段位于塔板上侧，所述气相进口段与液相进口和混合段之间设有塔板开孔。
5.根据权利要求1所述一种自吸式立体板式塔，其特征在于，所述气相进口处设有导流板。
6.根据权利要求1所述一种自吸式立体板式塔，其特征在于，气相进口段与导流板为一体式结构组成导流板。
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