CN113117633A - 一种高速自旋流气液传质系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高速自旋流气液传质系统。所述系统由多个塔板构件、塔板及壳体构成，壳体内包括多个塔板构件和多块塔板；所述塔板构件包括气液分离管、底板、降液管、空心螺旋喷头、进液管和实心螺旋帽；气液分离管贯穿塔板设置，其中下部设置空心螺旋喷头，下端设置圆环形底板，所述底板外边缘与气液分离管底部焊接，底板内边缘与空心螺旋喷头进口焊接固定；空心螺旋喷头中心流道为空心、螺旋锥为空心结构，中心流道与空心螺旋喷头进口管同轴；空心螺旋喷头螺旋锥四周均匀设置若干小孔。本发明系统强化了气液传质效果，减少塔径塔高，提高气液传质效率。
Description
技术领域
本发明涉及气液强化传质及节能技术领域，特别是涉及一种高速自旋流气液传质系统。
背景技术
随着石油化工生产装置的不断扩能升级，生产装置的处理量和体积不断加大，其中塔器是石化生产装置中尤为重要的设备。大直径塔器设备不仅增加了设备运输、现场安装的难度，重要的是大幅度增加了设备投资。因此，研发高效、大通量的气液传质塔器及塔盘具有很大的意义。
国内外Ⅰ类大通量塔板是通过减少阻力来增加有效重力系数，一方面采用喷射式塔板减少板间压降，比如舌型塔板、网孔塔板等；另一方面通过改变降液管结构或气液接触元件减少阻力。国内外Ⅱ类大通量塔板的原理是通过离心力来增加重力场力，通过引入离心接触和分离装置，提高塔板的处理能力和效果。比如Shell公司开发的Con-Sep塔板、Jager公司研发的Co-Flo塔板等，这些塔板以离心力强化传质后，存在大量雾沫夹带现象，如何再使气液能高效分离是该塔板的技术不足。
专利CN104959106B公开了一种气升旋流吸液与降液隔离式塔板，该发明属于接触式气液传质技术领域。 其机理和外貌类似于普通塔板，但具明显差别。首先，该发明增设了一个隔绝气相的进液储液夹层，从而完全避免了常规塔板中，高速气相上升流推举液相，使其下降受阻导致“液泛”的问题。其次，在气相上升流各通道中，均固装一组旋流导流叶片，使上升气相高速旋转，产生离心力场：一方面从中心低压区吸入液相，使液相的循环流动更加顺畅；另一方面使吸入的液相在气相旋转“组合涡”层间角速度差剪切的作用下，撕裂成无数细小的雾滴颗粒，大大增加了与气相接触的比表面积，提高气液传质的效率；同时，高速旋转流场使得形成的雾滴高效分离，避免了雾沫夹带现象。该发明可成倍提升塔内气体流速、减小塔径，提高设备的单位体积效率。但是该发明中气相升流管的管壁设有多个管壁孔，处理气体可以通过管壁孔进入塔板之间的空间形成涡流而增加塔板阻力，并且气体只能通过气相升流管流动至塔顶，气体在塔板间不能再次分配，气体在塔内可能存在偏流问题。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种高速自旋流气液传质系统，所述系统通过设置静态旋流构件、高效气液分离构件等，强化气液传质效果，减少塔径塔高，提高气液传质效率。该系统具有安全可靠、设备及操作简单、投资费用低等特点。
本发明提供了一种高速自旋流气液传质系统，所述气液传质系统由多个塔板构件、塔板及壳体构成，所述壳体内包括多个塔板构件和多块塔板；所述塔板构件包括气液分离管、底板、降液管、空心螺旋喷头、进液管和实心螺旋帽；
所述气液分离管贯穿塔板设置；气液分离管的中下部设置空心螺旋喷头，气液分离管下端设置圆环形底板，所述底板外边缘与气液分离管底部焊接，底板内边缘与空心螺旋喷头进口焊接固定：
所述空心螺旋喷头中心流道为空心，螺旋锥为空心结构，中心流道与空心螺旋喷头进口管同轴，进液管一端与空心螺旋喷头螺旋锥顶端进液口连接，另一端即进口端穿过气液分离管管壁延伸至相邻塔板上方；所述空心螺旋喷头螺旋锥四周均匀设置若干小孔，若干小孔与进液管相通，若干小孔的开孔面积小于等于进液管截面积；
所述降液管的进液口设置于所述底板上，降液管的出液口延伸至相邻的下方塔板上方。
进一步的，进液管的进口端穿过气液分离管且固定于气液分离管上，进液管的进口向下，进液管进口距塔板的高度一般为10~50mm，优选20~40mm。
本发明中，所述的降液管上端进液口与底板焊接，将液管下端距塔板的高度为10~40mm，优选20~30mm。且降液管的下端低于下层进液管进液口10~20mm，降液管口径为DN15~DN50不锈钢管。
本发明中，空心螺旋喷头上设置小孔的孔径一般为1~3mm，优选1~2mm。
本发明中，所述气液分离管的内壁设有若干条分离构件。分离构件高度与气液分离管高度一致，分离构件厚度一般为1~2mm，宽度一般为4~10mm。宽度方向与分离管内壁固定焊接。
本发明所述塔板系统的工作原理是：上一层塔板上的液体通过进液管进入空心螺旋喷头中，经由空心螺旋喷头螺旋锥四周的小孔流出。液体在螺旋喷头表面被螺旋上升的气体剪切、雾化，并发生传质过程。被雾化的液体随气流螺旋移动与气液分离管和实心螺旋帽相遇，携带雾化液体的气体撞击气液分离管内壁及实心螺旋帽壁，气体流速及流动方向均发生改变。气体流速和流向的改变，降低了气体对其中所含雾化液体的携带能力，使得雾化的液滴在分离构件与气液分离管管壁结合处被捕获并发生聚结。通过分离构件和实心螺旋帽实现雾化液体与气体分离，在气液分离的过程中进一步强化气液传质，被气液分离管分离的液体聚结成液流，并沿着分离构件由上向下流动至底板上。分离下来的液体通过降液管流至下一层塔板上。
与现有技术相比，本发明所述的高速自旋流气液传质系统具有如下优点：
1、本发明高速自旋流气液传质系统中，液体通过空心螺旋喷头、气液分离管及实心螺旋帽多次强化传质，强化气液传质及分离效果，有效地提高了塔板的传质效率。在气速增大的条件下，本发明强化传质效果更明显，可有效缩小塔板间距和塔径，减少塔器投资。
2、本发明高速自旋流气液传质系统中，液体通过气液分离管从气体中分离出来，再经降液管自流至下一层塔板，在液体和气体通过上下层塔板时，气液两相无直接接触，可有效避免上升气体对下降液体的推举作用引起的气液夹带现象。
附图说明
图1 是本发明高速自旋流气液传质系统的结构示意图。
图2是本发明高速自旋流气液传质系统气液分离管的纵截面结构示意图。
图3是本发明高速自旋流气液传质系统气液分离管的横截面结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施例来进一步说明本发明的具体情况，但不限于下述的实施例。
如图1所示，本发明提供了一种高速自旋流气液传质系统，所述气液传质系统由多个塔板构件3、塔板2及壳体1构成。所述壳体1内包括多个塔板构件3和多块塔板2。塔板2与壳体1固定焊接，塔板构件3与塔板2固定焊接。所述塔板构件3包括底板4、降液管5、空心螺旋喷头6、进液管7、实心螺旋帽8、气液分离管9。
所述的气液分离管9贯穿踏板2设置。气液分离管9的中下部设置空心螺旋喷头6。气液分离管6下端设置底板4，其底部与与底板4外边缘焊接。底板4为圆环形结构。底板4的内边缘与空心螺旋喷头6进口焊接固定，空心螺旋喷头进口直径一般不超过圆环形底板外直径的三分之二。空心螺旋喷头6的中心与圆形底板4中心同轴，空心螺旋喷头6进口与底板4焊接，空心螺旋喷头6空心螺旋喷头螺旋锥顶端进液口与进液管7出口端连接（连通）并固定。进液管7的出口端同时与实心螺旋帽8的尖端连接固定。进液管7的进口端穿过气液分离管9的管壁并延伸至塔板上方，且固定于气液分离管9上。进液管7的进口端向下，距塔板2距离一般为10~50mm，优选20~40mm。
本发明中所述的降液管5的进液口设置于底板4，且与底板4焊接。降液管5的下端出液口延伸至相邻的下方塔板上方，且距塔板2的距离为10~40mm，优选20~30mm。降液管5的下端低于进液管7的进口端10~20mm。降液管5口径为DN15~DN50不锈钢管。
本发明中所述的空心螺旋喷头6中心流道为空心、螺旋锥为空心结构，喷头螺旋锥四周均匀设置若干小孔10，小孔10与进液管7连通。小孔的孔径一般为1~3mm，优选1~2mm。
如图2-3所示，在气液分离管9内壁还设有若干条分离构件11，分离构件11高度与气液分离管9一致，宽度方向与气液分离管9内壁固定焊接。分离构件11的厚度为一般为1~2mm，宽度一般为4~10mm。
本发明中所述高速自旋流气液传质系统的工作原理是上一层塔板2上的液体通过进液管7进入空心螺旋喷头6中，液体由空心螺旋喷头6上的小孔10流出，液体在螺旋喷头6表面被螺旋上升的气体剪切雾化，并发生传质过程，被雾化的液体随气流螺旋移动与气液分离管9和实心螺旋帽8相遇，带有雾化液体的气体撞击气液分离管9内壁及实心螺旋帽8壁，改变气体流速及流动方向，通过分离构件11和实心螺旋帽8实现雾化液体与气体分离，在气液分离的过程中进一步强化气液传质，被气液分离管分离的液体顺流分离构件11由上向下流动至底板4上。分离下来的液体通过降液管5流至下一层塔板2上。
Claims (13)
1.一种高速自旋流气液传质系统，所述气液传质系统由多个塔板构件、塔板及壳体构成，所述壳体内包括多个塔板构件和多块塔板；所述塔板构件包括气液分离管、底板、降液管、空心螺旋喷头、进液管和实心螺旋帽；
所述气液分离管贯穿塔板设置；气液分离管的中下部设置空心螺旋喷头，气液分离管下端设置圆环形底板，所述底板外边缘与气液分离管底部焊接，底板内边缘与空心螺旋喷头进口焊接固定；
所述空心螺旋喷头中心流道为空心、螺旋锥为空心结构，中心流道与空心螺旋喷头进口管同轴，进液管一端与空心螺旋喷头螺旋锥顶端进液口连接，另一端即进口端穿过气液分离管管壁延伸至相邻塔板上方；所述空心螺旋喷头螺旋锥四周均匀设置若干小孔，若干小孔与进液管相通；
所述降液管的进液口设置于所述底板上，降液管的出液口延伸至相邻的下方塔板上方。
2.按照权利要求1所述的系统，其特征在于，所述空心螺旋喷头的中心与底板中心、气液分离管中心同轴。
3.按照权利要求1所述的系统，其特征在于，若干小孔的开孔面积小于等于进液管截面积。
4.按照权利要求1所述的系统，其特征在于，所述气液分离管内还设有实心螺旋帽，实心螺旋帽的尖端与进液管一端连接固定。
5.按照权利要求1所述的系统，其特征在于，所述实心螺旋帽的上端不高于气液分离管的上沿。
6.按照权利要求1所述的系统，其特征在于，所述进液管的进口端进口向下。
7.按照权利要求5所述的系统，其特征在于，所述降液管的下端低于进液管的进口端。
8.按照权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的实心螺帽的中心与底板中心、气液分离管中心同轴。
9.按照权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的气液分离管内壁设有若干条分离构件，分离构件高度与气液分离管一致。
10.按照权利要求1所述的系统，其特征在于，所述气液分离管的宽度方向与分离管内壁固定焊接。
11.按照权利要求6所述的系统，其特征在于，所述进液管进口距塔板的高度为10~50mm。
12.按照权利要求1所述的系统，其特征在于，所述降液管的进液口与底板焊接，降液管下端距塔板的高度为10~40mm，且降液管的下端低于下层进液管进液口10~20mm。
13.按照权利要求1所述的系统，其特征在于，所述空心螺旋喷头的进口直径不超过圆环形底板外直径的三分之二。
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