CN111729340B - 立体传质塔板用帽罩、低压降喷射塔板及其气液传质方法 - Google Patents

立体传质塔板用帽罩、低压降喷射塔板及其气液传质方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种立体传质塔板用帽罩、低压降喷射塔板及其气液传质方法，所述帽罩包括喷射罩和固定盖合于所述喷射罩顶部的盖板，其中：所述盖板沿喷射罩的喷射板侧向下进行弧度折弯形成盖板外沿，所述盖板外沿的边缘向上弧度弯折形成外翻边；所述喷射板的顶部为向外圆滑过渡的翻边结构；所述喷射罩的底部设有供液体进入喷射罩的底隙，所述盖板外沿和所述喷射板的顶部的翻边结构之间形成喷射通道；所述喷射板上设有多个喷射分离孔；所述喷射分离孔为向外突出的喷嘴结构，所述喷嘴结构的外侧翻边为过渡圆弧结构，可大大降低板压降。

Description

立体传质塔板用帽罩、低压降喷射塔板及其气液传质方法
技术领域
本发明涉及化工生产用气液传质设备技术领域，特别是涉及一种立体传质塔板用帽罩、低压降喷射塔板及其气液传质方法。
背景技术
在化工、制药、石油等各个领域都离不开精馏塔，塔板是精馏塔内件的重要组成部分。普通塔板上气液流动接触呈泡沫状态，而立体传质塔板上气液流动则呈喷射状态，气液两项采取并流接触模式。立体传质塔板存在传质效率高，传质空间利用率好，处理能力大，操作弹性大，压降小等优点。
例如专利ZL92236034.0介绍了一种喷嘴孔板网罩垂直筛板塔盘，干板阻力降比原有垂直筛板塔板低50％，总阻力降低35～40％，喷射罩用板网卷成，其上有无数多个宽3～5mm，长5-10mm的菱形孔道，但是孔道数量多，孔道小，防堵塞能力差。
专利ZL200510014750.5开发了一种大持液量的喷射塔板，这种塔板在常规的板间距600mm，塔板上的清液层高度可以在20～400mm范围内任意调整，但是这种塔板单层塔板压力降600Pa左右，不能满足全塔低压降的要求。
因此亟需开发一种既能适用于塔内较大气液负荷，又能满足全塔压降低的要求的低压降喷射塔板。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的立体传质塔板不能满足全塔低压降要求的问题，而提供一种立体传质塔板用帽罩。
本发明的另一个目的是提供一种低压降喷射塔板。
本发明的另一个目的是提供所述低压降喷射塔板的气液传质方法。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
一种立体传质塔板用帽罩，包括喷射罩和固定盖合于所述喷射罩顶部的盖板，其中：
所述盖板沿喷射罩的喷射板侧向下进行弧度折弯形成盖板外沿，所述盖板外沿的边缘向上弧度弯折形成外翻边；
所述喷射板的顶部为向外圆滑过渡的翻边结构；
所述喷射罩的底部设有供液体进入喷射罩的底隙，所述盖板外沿和所述喷射板的顶部的翻边结构之间形成喷射通道；所述喷射板上设有多个喷射分离孔。
在上述技术方案中，所述喷射分离孔为向外突出的喷嘴结构。
在上述技术方案中，所述喷射板上的喷射分离孔呈矩阵分布。
在上述技术方案中，所述喷射罩包括两块相对设置的端板和两块相对设置的喷射板，所述端板和所述喷射板围合构成所述喷射罩，所述盖板固定于所述端板的顶部，优选的，所述端板本体为梯形或长方形，所述喷射板为长方形或梯形；
或者所述喷射罩的喷射板为一体成型的圆筒形结构，所述圆筒形结构的顶部圆形边缘向外圆滑过渡形成所述的翻边结构，所述盖板通过支架固定于圆筒形结构的上方。
在上述技术方案中，所述喷射罩的横截面为圆形、正方形或矩形。
在上述技术方案中，所述端板本体为梯形或长方形，所述喷射板为长方形或梯形。
在上述技术方案中，所述端板包括端板本体和与所述端板本体呈一体结构的固定底座，所述固定底座上设有螺栓孔。
在上述技术方案中，所述喷嘴结构内的喷嘴通道为喇叭形，所述喷嘴通道的横截面由内到外逐渐缩小，所述喷嘴结构的外侧翻边为过渡圆弧结构。
在上述技术方案中，所述外侧翻边的圆弧半径为2～6mm，圆心位于喷嘴结构外侧，所述喷嘴结构突出于喷射板的高度为2～6mm。
在上述技术方案中，所述喷射罩的横截面积从下到上逐渐缩小。
在上述技术方案中，所述盖板的平板与所述盖板外沿的平板之间的夹角β为120～150°，圆心位于盖板的平板和盖板外沿的平板内侧，所述盖板外沿的外翻边的圆心角γ为30～45°，所述外翻边的圆心位于所述盖板外沿上方；
所述喷射板的翻边结构的圆心角α为75～90°，所述翻边结构的圆心位于所述喷射板外侧。
在上述技术方案中，所述盖板的平板与所述盖板外沿的平板交角处的过渡圆弧半径R1为10～20mm，所述盖板外沿的外翻边的圆弧半径R2为5～15mm，所述喷射板的顶部的翻边结构的圆弧半径R3为3～10mm。
本发明的另一方面，一种低压降喷射塔板，包括塔板本体，所述塔板本体的每一个开孔上方固定有一个所述帽罩。
在上述技术方案中，所述开孔为矩形孔或圆形孔。
本发明的另一方面，所述低压降喷射塔板的气液传质方法：
气体从塔板本体的开孔进入喷射罩内上升，同时液体通过底隙进入喷射罩内，并被气体吹拉呈液膜，液膜在被气体提升的过程中，在表面张力的作用下破碎呈液体滴，形成的气液混合流由喷射分离孔和喷射通道喷出，在流经喷射通道时，喷射通道的宽度逐渐扩大，在流经喷射分离孔时，喷嘴通道的孔径逐渐降低，气相和液滴在两层塔板间分离后，气相升至上一层塔板，各喷射分离孔喷射出的液滴相互冲击后，部分小液滴撞击变大，落到本层塔板上。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)盖板向下进行圆弧折弯，盖板外沿边缘做成向上带弧度的翻边结构与喷射板上端向外的带弧度的翻边结构，三个过渡圆弧弯折共同将喷射通道由原来的突然扩大改为逐渐扩大结构，降低气相阻力损失；
2)喷射板上的喷射孔由平直孔改为向外的喷嘴结构，以减少突然收缩引起的阻力损失，降低气相阻力。
3)本发明与原有的立体传质塔板相比，板压降降低1/2左右。
附图说明
图1所示为本发明的帽罩的结构示意图。
图2是喷射板上端节点图。
图3是原有的立体传质塔板中帽罩的结构示意图。
图中：1-盖板，11-盖板外沿，111-外翻边，
2-喷射板，21-翻边结构；
3-底隙，4-喷射通道，5-喷射分离孔；
6-端板；61-端板本体；62-固定底座；63-螺栓孔
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
在φ600试验塔内，降液管面积占塔截面积的7.4％，板间距300mm，堰高60mm，降液管或者降液板底隙高40mm。常压下，采用空气、水物系进行冷模实验。
塔板上开有4个30x210的开孔(塔板开孔率8.92％)，每一个开孔上安装一个帽罩，如图1和2所示，所述帽罩包括喷射罩和固定盖合于所述喷射罩顶部的盖板1，所述盖板1沿喷射罩的喷射板2侧向下进行弧度折弯形成盖板外沿11，所述盖板外沿11的边缘向上弧度弯折形成外翻边111；所述喷射板2的顶部为向外圆滑过渡的翻边结构21；所述喷射罩的底部设有供液体进入喷射罩的底隙3，所述盖板外沿11和所述翻边结构21之间形成喷射通道4；所述喷射板2上设有多个喷射分离孔5。
所述喷射分离孔5既可以为形成在喷射板2上的通孔，也可以为形成在喷射板2上的向外突出的喷嘴结构。优选为本实施例的向外突出的喷嘴结构，更为优选的，所述喷嘴结构内的喷嘴通道51为喇叭形，所述喷嘴通道51的横截面由内到外逐渐缩小，所述喷嘴结构的外侧翻边52为过渡圆弧结构。更进一步的，喷射分离孔5呈矩阵分布在喷射板2上。
所述喷射罩既可以为一体成型的筒状结构，也可以由两个相对的喷射板2和两个相对的端板6围合组成，所述喷射罩的横截面积从下到上既可以相同，也可以逐渐缩小，优选为逐渐缩小的设置方式，所述的喷射罩的横截面为圆形、正方形或矩形，本实施例中为矩形。更进一步的，端板6的底部可以直接焊接在塔板上，也可以通过一体成型的固定底座62利用螺栓紧固与塔板上。优选的，端板6的底部弯折形成带有螺栓孔63的固定底座62。喷射板2为长方形板，长方形板的顶部为向外圆滑过渡的翻边结构21。
实施例1.1：低压降喷射塔板1
塔板上的开孔为矩形孔，端板6为梯形结构，所述盖板1的平板与所述盖板外沿11的平板之间的夹角β为135°，盖板1的平板与盖板外沿11的平板交角处的过渡圆弧半径R1为15mm；盖板外沿11的外翻边111(盖板外沿11边缘处的过渡圆弧)的圆弧半径R2为10mm，盖板外沿111的外翻边的圆心角γ为45°；喷射板2上端的翻边结构21的圆弧半径(喷射板2上端向外翻边结构的过渡圆弧半径)R3为5mm，喷射板2上端的翻边结构21的圆心角为α为80°；喷嘴结构的外侧翻边52的圆弧半径R4为4mm，圆心位于外侧翻边52外侧，喷嘴高度H为4mm。
实施例1.2：低压降喷射塔板2
塔板上的开孔为矩形孔，端板6为长方形结构。所述盖板1的平板与所述盖板外沿11的平板之间的夹角β为150°，盖板1的平板与盖板外沿11的平板交角处的过渡圆弧半径R1为15mm；盖板外沿11的外翻边111(盖板外沿11边缘处的过渡圆弧)的圆弧半径R2为10mm，盖板外沿111的外翻边的圆心角γ为30°；喷射板2上端的翻边结构21的圆弧半径(喷射板2上端向外翻边结构的过渡圆弧半径)R3为5mm，喷射板2上端的翻边结构21的圆心角α为90°；喷嘴结构的外侧翻边52的圆弧半径R4为5mm，圆心位于外侧翻边52外侧，喷嘴高度H为5mm。
实施例1.3：低压降喷射塔板3
塔板上的开孔为圆形孔，所述喷射罩的喷射板为一体成型的圆筒形结构，所述圆筒形结构的顶部圆形边缘向外圆滑过渡形成所述的翻边结构，盖板通过支架板固定于圆筒形结构的上方，所述盖板1的平板与所述盖板外沿11的平板之间的夹角β为120°，盖板1的平板与盖板外沿11的平板交角处的过渡圆弧半径R1为20mm；盖板外沿11的外翻边111(盖板外沿11边缘处的过渡圆弧)的圆弧半径R2为8mm，盖板外沿111的外翻边的圆心角γ为45°；喷射板2上端的翻边结构21的圆弧半径(喷射板2上端向外翻边结构的过渡圆弧半径)R3为6mm，喷射板2上端的翻边结构21的圆心角α为75°；喷嘴结构的外侧翻边52的圆弧半径R4为5mm，圆心位于外侧翻边52外侧，喷嘴高度H为5mm。
保持液体流量为15m3/h，调节气相流量，测定塔板不同气相负荷下的塔板压降。
塔板型式 气体流量m<sup>3</sup>/h 塔板压降，Pa
低压降喷射塔板1 1000 230
低压降喷射塔板2 1000 270
低压降喷射塔板3 1000 245
对比例1：
在
Figure BDA0002610947370000052
试验塔内，降液管面积占塔截面积的7.4％，塔板开孔率8.92％，板间距300mm，堰高60mm，降液管底隙高40mm。常压下，采用空气、水物系进行冷模实验。
分别将原有的立体传质塔板(如图3所示，盖板1为直角弯折板，喷射板2的顶部边缘为直边，喷射分离孔5为形成在喷射板2上的平直通孔)和实施例1中的低压降喷射塔板进行了平行对比实验。
调节气液流量，保持液体流量为10m3/h，测定不同几种塔板下不同气相负荷下的塔板压降。
对比例1.1
气体流量为1000m3/h，相同空塔气速下两种塔板压降对比
Figure BDA0002610947370000051
Figure BDA0002610947370000061
对比例1.2
气体流量为2000m3/h，相同空塔气速下两种塔板压降对比
塔板型式 塔板压降，Pa
立体传质塔板 580
低压降喷射塔板1 290
低压降喷射塔板2 325
低压降喷射塔板3 310
由对比实验可以看出，低压降喷射塔板压降均比原有的立体传质塔板低1/2左右。
为了易于说明，实施例中使用了诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。
而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种立体传质塔板用帽罩，其特征在于，包括喷射罩和固定盖合于所述喷射罩顶部的盖板，其中：
所述盖板沿喷射罩的喷射板侧向下进行弧度折弯形成盖板外沿，所述盖板外沿的边缘向上弧度弯折形成外翻边；
所述喷射板的顶部为向外圆滑过渡的翻边结构；
所述喷射罩的底部设有供液体进入喷射罩的底隙，所述盖板外沿和所述喷射板的顶部的翻边结构之间形成喷射通道；所述喷射板上设有多个喷射分离孔，所述喷射罩包括两块相对设置的端板和两块相对设置的喷射板，所述端板和所述喷射板围合构成所述喷射罩，所述盖板固定于所述端板的顶部；
所述喷射分离孔为向外突出的喷嘴结构，所述喷嘴结构的外侧翻边为过渡圆弧结构。
2.如权利要求1所述的立体传质塔板用帽罩，其特征在于，所述喷射板上的喷射分离孔呈矩阵分布。
3.如权利要求1所述的立体传质塔板用帽罩，其特征在于，所述端板本体为梯形或长方形，所述喷射板为长方形或梯形；
或者所述喷射罩的喷射板为一体成型的圆筒形结构，所述圆筒形结构的顶部圆形边缘向外圆滑过渡形成所述的翻边结构，所述盖板通过支架固定于圆筒形结构的上方。
4.如权利要求1所述的立体传质塔板用帽罩，其特征在于，所述喷射罩的横截面为圆形、正方形或矩形，所述喷射罩的横截面积从下到上逐渐缩小。
5.如权利要求3所述的立体传质塔板用帽罩，其特征在于，所述端板包括端板本体和与所述端板本体呈一体结构的固定底座，所述固定底座上设有螺栓孔。
6.如权利要求1所述的立体传质塔板用帽罩，其特征在于，所述喷嘴结构内的喷嘴通道为喇叭形，所述喷嘴通道的横截面由内到外逐渐缩小。
7.如权利要求6所述的立体传质塔板用帽罩，其特征在于，所述外侧翻边的圆弧半径为2~6mm，圆心位于喷嘴结构外侧，所述喷嘴结构突出于喷射板的高度为2~6mm。
8.如权利要求1所述的立体传质塔板用帽罩，其特征在于，所述盖板的平板与所述盖板外沿的平板之间的夹角β为120~150°，圆心位于盖板的平板和盖板外沿的平板内侧，所述盖板外沿的外翻边的圆心角γ为30~45°，所述外翻边的圆心位于所述盖板外沿上方；
所述喷射板的翻边结构的圆心角α为75~90°，所述翻边结构的圆心位于所述喷射板外侧；
所述盖板的平板与所述盖板外沿的平板交角处的过渡圆弧半径R1为10~20mm，所述盖板外沿的外翻边的圆弧半径R2为5~15mm，所述喷射板的顶部的翻边结构的圆弧半径R3为3~10mm。
9.一种低压降喷射塔板，其特征在于，包括塔板本体，所述塔板本体的每一个开孔上方固定有一个如权利要求1-8中任一项所述的帽罩。
10.如权利要求9所述的低压降喷射塔板的气液传质方法，其特征在于，气体从塔板本体的开孔进入喷射罩内上升，同时液体通过底隙进入喷射罩内，并被气体吹拉呈液膜，液膜在被气体提升的过程中，在表面张力的作用下破碎呈液体滴，形成的气液混合流由喷射分离孔和喷射通道喷出，在流经喷射通道时，喷射通道的宽度逐渐扩大，在流经喷射分离孔时，喷嘴通道的孔径逐渐降低，气相和液滴在两层塔板间分离后，气相升至上一层塔板，各喷射分离孔喷射出的液滴相互冲击后，部分小液滴撞击变大，落到本层塔板上。
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