CN110064355A - 一种导流结构塔板及其板式塔 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种塔板导流板，涉及精馏塔、吸收塔的板式塔结构，本发明提供的技术方案是为了解决降低板压降，提高板效率，本发明通过设置引流通道，改变气体流动通道优化流动状态，减少涡流，从而达到降低板压降的目的，本技术方案具有结构简单便于制造安装。
Description
技术领域
本发明涉及工业设备技术领域，特别涉及一种导流结构塔板及其板式塔。
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。伯努利原理往往被表述为p+1/2ρv2+ρgh=C，这个式子被称为伯努利方程。式中p为水中某点的压强，v为水该点的流速，ρ为水密度，g为重力加速度，h为该点所在高度，C是一个常量。它也可以被表述为p1+1/2ρv1 2+ρgh1=p2+1/2ρv2 2+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、吸收等塔器设备，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。现有技术的改进主要是针对塔板上的结构进行改进，主要为了增加气液接触传质效率，如现有技术研究的立体塔板，但是由于气相的冲击影响了液相进入帽罩。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
本发明的目的是解决现有技术的不足，提供了一种通过优化流体流动通道，减小涡流和流动直径突然改变导致的能量损失，从而降低板压降达到节能的效果，本发明是通过以下技术手段实现的。
一种导流结构塔板，包括塔板板体、板体上的开孔，其特征在于，在板体开孔的下侧设置导流孔，所述导流孔上部与板体上的开孔相对应连接，所述导流孔上部开孔小下部开孔大。
进一步，所述板体上开孔为圆形开孔、矩形开孔。
根据权利要求1所述一种导流结构塔板，其特征在于，板体开孔上设有帽罩。
进一步，所述导流孔设置在导流板上，所述导流板设置在板体下侧。
进一步，所述导流板为薄板结构，所述导流板与塔板板体开孔对应位置由向上弯曲形成上部开孔小下部开孔大的导流孔结构。
一种种带有导流结构的板式塔，包括塔体、降液管，其特征在于，所述塔体内设有所述的带有导流结构塔板。
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一种导流结构塔板示意图；
图2为根据本发明实施例一种导流结构塔板爆炸视图；
图3为根据本发明实施例一种导流结构塔板爆炸视图；
图4为根据本发明实施例一种导流结构塔板视图；
图5为根据本发明实施例一种导流结构塔板视图；
图6为根据本发明实施例一种导流结构塔板视图；
图7为根据本发明实施例一种种带有导流结构的板式塔示意图；
图8为根据本发明实施例一种带有导流结构的板式塔示意图；
图9为根据本发明实施例一种带有导流结构的板式塔示意图；
图10为根据本发明实施例普通板式塔气相流动轨迹示意图；
图11为根据本发明实施例一种带有导流结构的板式塔气相流动轨迹示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明中附图对本发明进行清除、完整的描述。
实施例一
参照图1，图1位本发明一种导流结构塔板视图，包括塔板板体1，所述塔板板体1水平安装与塔体3内部，本发明没有特殊说明塔板板体为水平安装以下实施例不再赘述，以及塔板板体上开的塔板开孔101和导流孔201；其中导流孔201为具有引导气体流动的作用，导流孔102与塔板开孔101相连接并且下相接处轮廓线相重合，导流孔与板开孔101不相接的另一侧截面直径大于导流孔201与塔板开孔101相连接处截面直径。使用时塔板板体安装于塔体内部，气体从导流孔201穿过流入塔板开孔101，然后进入上一次塔板导流孔和塔板开孔直至排出塔体，具体操作方式及工作原理见下述一种带有导流结构的板式塔实施例。结合图5至6可知塔板开孔2可以使圆形也可以是矩形，导流板2上导流孔201可以是圆形也可以是矩形。
实施例二
参照实施例一可以发现为了设置导流孔201需要塔板要有足够的厚度，塔板板体厚度增加会导致塔板重量增加不利于加工制造，同时材料成本增加，为此本实施例提供了一种可以拆卸的导流板2结构，由于可以拆卸，此时导流板2的主要功能是提供导流作用，所以可以使用轻质材料进行制造，以降低设备质量，从而便于加工制造同时便于安装，更利于实际的应用。
参照图2，图2位本发明一种导流结构塔板视图，包括塔板板体1，以及塔板板体上开的塔板开孔101，导流板2，以及导流板上所开导流孔201，所述导流板2与塔板板体1相连接，并且导流孔201与塔板开孔101相对应，其中导流孔201为具有引导气体流动的作用，导流孔201与塔板开孔101相连接并且下相接处轮廓线相重合，导流孔与板开孔101不相接的另一侧截面直径大于导流孔201与塔板开孔101相连接处截面直径。使用时塔板板体安装于塔体内部，气体从导流孔201穿过流入塔板开孔101，然后进入上一次塔板导流孔和塔板开孔直至排出塔体，具体操作方式及工作原理见下述一种带有导流结构的板式塔实施例。结合图5至6可知塔板开孔2可以使圆形也可以是矩形，导流板2上导流孔201可以是圆形也可以是矩形。
实施例三
参照实施例二可以发现虽然设置了导流板以便于安装和降低质量，但是由于导流孔需要一定的高度所以导流板2也需要足够的厚度开设导流孔201，因此为了进一步降低导流板的质量本实施例提供了一种薄壳结构导流板2。本实施例提供的薄壳结构导流板2可以使钢板冲压成型、铸造成型等。
参照图3，图3位本发明一种导流结构塔板视图，包括塔板板体1，以及塔板板体上开的塔板开孔101，导流板2，以及导流板上所开导流孔201，所述导流板2与塔板板体1相连接，并且导流孔201与塔板开孔101相对应，其中导流孔201为具有引导气体流动的作用，导流孔201与塔板开孔101相连接并且下相接处轮廓线相重合，导流孔与板开孔101不相接的另一侧截面直径大于导流孔201与塔板开孔101相连接处截面直径。使用时塔板板体安装于塔体内部，气体从导流孔201穿过流入塔板开孔101，然后进入上一次塔板导流孔和塔板开孔直至排出塔体，具体操作方式及工作原理见下述一种带有导流结构的板式塔实施例。结合图5至6可知塔板开孔2可以使圆形也可以是矩形，导流板2上导流孔201可以是圆形也可以是矩形。
实施例四
参照图7、图8一种带有导流结构的板式塔示意图，在塔壁301内装有降液管302和水平塔板1，所述塔板为本发明实施例一至实施例三所述的带有导流孔的一种导流结构塔板，所述塔板1上开有塔板开孔101，塔板开孔下方设有导流孔201，所述降液管可以设置在塔体的两侧如图7图8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9所示。
工作时液体有上层水平塔板流下，并通过降液管302流入本层塔板板体1上部，并沿本层塔板2向下层降液管303方向流动，从而在塔板板体1上方形成液体层，上升的气体通过导流孔201的导流作用经过塔板开孔101后经过塔板板体1上的液体层气体继续上升进入上一层塔板；从而实现液相和气相之间的接触，实现传质传热达到分离各组分的目的。
结合图10和图11可以看出没有设有导流孔201的塔板结构由于气相流通通道突然的减小导致在塔板开孔101处形成如图中旋涡401所示意的流动，旋涡的存在会导致流动能量以热能耗散，导致流动损失增大，及时导致气相通过塔板需要更大的能量，从而使板压降增加导致塔板效率下降，结合图11采用导流孔后可以对气相有导流作用，从而避免了气相流动通道的突然缩小而导致的涡流，从而可以有效的降低能量损失和板压降，从而有助于塔板效率的能加，有助于提升精馏塔的效率，从而达到节能减排的作用。
为了验证导流孔的作用，应工程流体模拟软件软件对加上到流控的塔板压降和没有加到流控的塔板压降进行了模拟，模拟模型直径为300mm塔板两侧塔体长度各500mm，矩形开孔为200mm×200mm，塔板厚度6mm，导流孔201为圆形倒角倒角半径20mm，工程模拟中viscous model采用k-e模型，模拟气相设置为空气，进口采用速度控制进口，进口速度为1m/s，实验结果为没有导流孔201塔板的单层板压降为182.0Pa，有导流孔201的板压降为95.7Pa，没有导流孔201；同时对在不同进口速度下进行模拟，在5m/s时，实验结果为没有导流孔201塔板的单层板压降为490.0Pa，有导流孔201的板压降为253.4Pa；在10m/s时，实验结果为没有导流孔201塔板的单层板压降为925.0Pa，有导流孔201的板压降为210.0Pa；在20m/s时，实验结果为没有导流孔201塔板的单层板压降为8570.0Pa，有导流孔201的板压降为4090.0Pa；表明增加导流孔201可以显著降低板压降。
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)
1.一种导流结构塔板，包括塔板板体、板体上的开孔，其特征在于，在板体开孔的下侧设置导流孔，所述导流孔上部与板体上的开孔相对应连接，所述导流孔上部开孔小下部开孔大。
2.根据权利要求1所述一种导流结构塔板，其特征在于，所述板体上开孔为圆形开孔、矩形开孔。
3.根据权利要求1所述一种导流结构塔板，其特征在于，板体开孔上设有帽罩。
4.根据权利要求1所述一种导流结构塔板，其特征在于，所述导流孔设置在导流板上，所述导流板设置在板体下侧。
5.根据权利要求4所述一种导流结构塔板，其特征在于，所述导流板为薄板结构，所述导流板与塔板板体开孔对应位置由向上弯曲形成上部开孔小下部开孔大的导流孔结构。
6.一种带有导流结构的板式塔，包括塔体、降液管，其特征在于，所述塔体内设有至少一个如权利要求1至5所述的带有导流结构塔板。
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| CN201910225044.7A CN110064355A (zh) | 2019-03-25 | 2019-03-25 | 一种导流结构塔板及其板式塔 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN110064354A (zh) * | 2019-03-25 | 2019-07-30 | 陇东学院 | 一种自吸式立体帽罩及其板式塔 |
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2019
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Cited By (2)
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| CN110064354B (zh) * | 2019-03-25 | 2023-05-23 | 陇东学院 | 一种自吸式立体帽罩及其板式塔 |
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