CN1103236C - 大通量板式分离塔 - Google Patents
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Abstract
一种大通量板式分离塔,它主要由塔筒、塔板、溢流堰和降液管组成,靠塔壁的溢流堰和降液管的横截面为月牙形,以减小溢流堰和降液管在塔板中所占的面积。采用本发明后,塔板上非传质区面积大大减少,整个塔板上的液体都均匀地流动,没有“死区”,生产能力与传统的塔相比可提高10%-35%。
Description
本发明涉及化工分离用的有降液管的板式分离塔。
在石油加工、化工、精细化工、环保等化学工程过程中,要大量用到各种板式传质与分离塔器(以下简称板式塔),以便使多种多样的液相混合物,气相混合物按人们的意愿分离开。板式塔有多种类型,如泡罩塔、筛板塔、浮阀塔、舌型板塔、穿流栅板塔及旋流板塔等等。板式塔的塔板可分为有降液管和无降液管(穿流板)两大类。有降液管塔板又有单降液管和多降液管型。
传统有降液管塔板的构造如附图1所示。在圆柱型塔筒内每隔一定距离安装有水平的塔板1,塔板的两侧或中部分别有降液管2和液体溢流堰3,塔板上安设泡罩、浮阀等元件,或按一定规律开成筛孔,即分别称为泡罩塔、浮阀塔和筛板塔,等等。由附图1可见,有降液管塔(无论是单降液管还是多降液管)大多存在弓形区I和II。在塔板工作时,由于要接纳和导引上一块塔板流下的液体,以及通过溢流方式将本板的液体在传质后导流向下一块塔板,故在弓形区内,理论上没有气、液的直接接触和质量传递,从而不发生明显的传质与分离作用。换言之,弓形区在塔板工作时实际上是传质与分离的盲区。根据板式塔的传统设计准则,有降液管塔板弓形区所占的面积一般为塔筒横截面积的15~30%,最大时可达40%以上。这种设计导致的很明显的问题是:(1)每块塔板由于较大面积弓形区的存在,其传质与分离效率没有得以充分发挥;(2)由于汽流无法通过弓形区,故理论上使得整个塔的处理能力(或称通量)至少降低了15~30%。
美国的NYE曾对板式塔在直径不变情况下的扩容设计提出了一种改进结构(参见G.de Bruyn,H.A.Gangriwala,J.O.Nye,Proccedings of“Distillationand Absorpti on′92”,Birmingham,U.K.,1992)如图4所示。其基本原理是:(1)采用悬挂式降液管4,其出口下沿距下层塔板有一定距离,以省出被传统降液管占据的该弓形区面积;(2)降液管外形与传统的类似,只是在下部出口处设置一平板5以维持降液管的液封效果;(3)降液管下端开口面向塔中心区。这样改进的结果可使塔板理论上的有效传质面积比传统的增大8~15%。然而,此种结构仍然存在两方面严重缺陷:其一,在弓形区悬挂式降液管下部,上升的汽相受到悬挂式降液管底部平板5的阻挡,不能顺畅地与塔内上升的汽相主体汇合,从而一方面在平板5与塔板以及塔壁汇成的狭小空间内形成汽相旋涡,影响传质效果,另一方面使塔的压力降增加;其二,由于降液管向塔中心方向开口,流下的液体欲与弓形区I上升的汽相发生传质交换,就必须先返流至上述狭小空间内,然后再顺液体宏观流动方向向塔板的另一侧流去。这样,在此降液管下方塔板的弓形区内,液相就不可避免地存在旋涡和返混现象,而且可能会出现流动“死区”,从而严重影响传质效果。因此,虽然从理论上全塔增加了8~15%的传质面积,但塔板并没有达到其应有的传质效率。
本发明的目的是提供一种大通量的有降液管(单降液管或多降液管)的板式分离塔,其塔板的有效传质面积比相同直径的传统塔板提高10%以上。
本发明的技术方案是:
一种大通量板式分离塔,它主要由塔筒、塔板、溢流堰和降液管组成,靠塔壁的溢流堰6和降液管7的横截面为月牙形,即将传统的溢流堰3降液管2,如图1所示的弓形横截面中的直线改变为如图3、图4所示的弧线,以减小溢流堰3和降液管2在塔板中所占的面积。对于多降液管板式分离塔塔板中部的降液管仍为直线形,如图4所示。本发明的月牙形溢流堰6和月牙形降液管7横截面的弧长lw为:
(1/6)πD≤l′w<(1/2)πD优选的l′w为:
(1/5)πD≤l′w<(2/5)πD (D为塔径)并使单个溢流堰划出的溢流区面积II’不大于塔板总面积的5%。
本发明的月牙形降液管可以是拖尾悬挂降液管,即月牙形降液管8的管尾向塔壁收缩,其拖尾处纵剖面可以是直线形,如图4a所示,也可以是流线型,如图4b所示。月牙形悬挂降液管7的出口下沿距下层塔板的距离略大于下层塔板的溢流堰高度。对于多降液管的板式分离塔,塔板中部的拖尾降液管,则向中间收缩成狭缝,其拖尾处纵剖面可以是直线型,也可以是流线型,也可以是悬挂降液管,即出口下沿距下层塔板的距离大于下层塔板的溢流堰高度。
本发明具有以下的优点:
1.由于采用了月牙形溢流堰,其溢流通道所占空间缩小。对于单降液管板式塔,采用本发明后,塔板上非传质区面积从图1a中的I和II两个弓形阴影区变成图3中一个阴影区I’,对于多降液管板式塔,采用本发明后,塔板上非传质区面积则从图1b中的三个阴影区变成了图4a中的中部条形阴影区和图4b中的两个月牙形阴影区。从而使非传质区在整块塔板上所占的面积比传统的溢流区面积要小3%以上,甚至达到20%,使塔板的有效传质面积明显增加;
2.由于采用了月牙形拖尾式悬挂降液管,使降液管流下的液体直接沿塔壁流下,并从塔板的一侧最边缘处向塔板的另一侧流动,从而使塔板上液体宏观流动状态处于较理想的“活塞流”状态,又由于月牙形溢流堰6和月牙形降液管7有一定的弧度,使整个塔板上的液体都均匀地流动,没有“死区”,因此有助于提高传质效率;
3.由于本发明的降液管7采用拖尾式悬挂降液管,出口处不占塔板面积,故它与传统塔板相比,相当于省出了图1中弓形区I的塔板面积,增加了塔板的有效传质面积。在塔径一定的情况下,本发明的生产能力(通量)与传统的塔相比可提高10-25%,有时可达35%(视传统的两个弓形区面积不同而异)。
4.本发明在省出的塔板面积区域上,不需增加其它异于该板传质元件的其它传质器件,结构简单,制作方便,经济且可靠。
附图说明:
图1为传统有降液管板式分离塔结构示意图,a为单降液管,b为多降液管;
图2为NYE改进的板式分离塔结构示意图;
图3为本发明的单降液管板式分离塔结构示意图,a和b为两种月牙形溢流堰和降压管的形状,a为尖头月牙形,b为平头月牙形;
图4为本发明的多降液管板式分离塔结构示意图;
图5为本发明的拖尾式降液管侧视示意图。
以下通过实施例进一步阐明本发明。
实施例一。乙醇一水分离体系,原塔径D=1200mm,采用传统小孔筛板,单降液管型,塔板间距为HT=500mm,弓形降液管的堰长lw=876mm,宽度Wd=190mm,降液管与溢流区所占面积为全塔横面积的20.4%,即有效传质面积为79.6%如图1a所示。采用本发明新结构后,仍然为单溢流型,板间距不变,溢流堰长为l′w=930mm,宽度Wd′=125mm。降液管尾部采用直线相交型连接,开口宽度b=14mm。降液管尾部下沿距塔板高度h1=25mm,如图3所示。测定显示,本发明所示塔的处理能力比原塔提高16.2%,塔底残液中乙醇含量比原塔降低83%。
实施例二。醋酸脱水塔,传统筛板双降液管型,D=3200mm/3500mm。操作压力:塔顶111.7kpa,塔底189kpa。塔板数90块,板间距610mm/1450mm,弓形降液管的溢流堰宽Wd平均为332mm/842mm,弓形区I,II与中间降液管所占面积与塔横截面积之比为41%,如图1b所示。
采用本发明新结构,仍为双降液管,板数和板间距不变。溢流堰高度与原来相等,两侧溢流区形状由弓形变为月牙形,中间降液管宽度缩小,采用拖尾悬挂式降液管,总面积占塔横截面积的比例平均为7.8%,降液管尾部采用流线型连接,降液管中清液高度维持在100-200之间,其下沿距塔板高度h1=50mm。新、旧结构塔操作显示:新结构塔生产能力比原来增加20%。同时,塔底醋酸纯度由原来的98.9%提高到99.3%。
Claims (2)
1.一种大通量板式分离塔,它主要由塔筒、塔板、溢流堰和降液管组成,其特征是靠塔壁的溢流堰(6)和降液管(7),其横截面为月牙形,其横截面的内侧弧长l′w为:
(1/6)πD≤l′w<(1/2)πD (D为塔径)
2.根据权利要求1所述的分离塔,其特征是优选的横截面的内侧弧长l′w为:
(1/5)πD≤l′w<(2/5)πD (D为塔径)。
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