CN114433002A - 一种气液传质系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气液传质系统。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、空心螺旋板喷头、进液管和双螺旋结构帽；气液分离管贯穿塔板设置，其中下部设置空心螺旋板喷头，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板喷头进口焊接固定；空心螺旋板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板喷头进口管同轴；空心螺旋板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

一种气液传质系统

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。

本发明提供了一种气液传质系统，所述气液传质系统由塔板构件、塔板及壳体构成，所述壳体内包括多块塔板和多个塔板构件；

每个所述塔板构件包括气液分离管、底板、降液管、空心螺旋板喷头、环板、进液管和双螺旋结构帽；

所述的多个塔板构件均匀布置于每层塔板上，相邻两层塔板上的塔板构件交错布置；

所述的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板喷头，空心螺旋板喷头的中下部设置环板，环板与空心螺旋板喷头线接触处焊接固定；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，底板内边缘与环板外壁焊接固定。

进一步地，所述空心螺旋板喷头呈螺旋板状，其内部为空心结构，螺旋板外表面设置若干小孔，若干小孔与进液管相连通。若干小孔的开孔面积小于等于进液管截面积。所述的进液管一端与空心螺旋板喷头顶端进液口连接，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。更进一步地，所述空心螺旋板喷头的螺旋板外表面均匀设置若干翅片，若干翅片与螺旋板外表面焊接固定。

进一步地，所述降液管的上端进液口与圆环形底板焊接，降液管的出液口延伸至相邻的下方塔板上方，距塔板的距离一般为10~40mm，优选20~30mm。降液管的下端出液口低于下方塔板构件的进液管进液口，优选低10~20mm。降液管一般为为DN15~DN50的不锈钢管。

进一步地，所述进液管的进口端穿过气液分离管且固定于气液分离管上，进液管放置于塔板上且与塔板固定连接，进液管的进口向下。进液管进口高于该层塔板上表面。进液管进口距塔板的距离一般为10~50mm，优选20~40mm。

进一步地，空心螺旋板喷头上设置的小孔为圆孔。圆孔的直径一般为1~3mm，优选1~2mm。

进一步地，所述空心螺旋板喷头上设置的翅片形状为圆形、半圆形或椭圆形；翅片的直径一般为2~8mm，优选3~5mm。

进一步地，所述的空心螺旋板喷头上翅片的数量等于或小于小孔的数量。

进一步地，所述气液分离管的内壁设有若干分离构件。分离构件的高度与气液分离管高度一致，分离构件优选为螺旋形，与气液分离管线接触处焊接固定，分离构件的厚度一般为1~2mm，宽度一般为5~100mm，分离构件的表面上优选设置若干翅片。

本发明所述气液传质系统的工作原理是：上一层塔板上的液体通过进液管进入空心螺旋板喷头中，经由空心螺旋板喷头表面的小孔流出。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沿螺旋形流道向上移动，先后撞击空心螺旋板喷头外表面的翅片、气液分离管内壁及其上分离构件以及双螺旋结构帽，携带雾化液体的气体的流动速度及流动方向均持续发生骤然改变。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结合处被捕获并不断聚结直至沿气液分离管内壁流下。通过翅片、分离构件与双螺旋结构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，随后通过降液管流至下一层塔板上，上述过程在各层塔板上的塔板构件内不断循环进行。

与现有技术相比，本发明所述的气液传质系统具有如下有益效果：

1、本发明气液传质系统中，液体通过空心螺旋板喷头、气液分离管及双螺旋结构帽多次强化传质，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。

3、本发明气液传质系统中，气体由下一层塔盘上塔板构件顶部流出后，撞击上一层塔盘底部后再从上一层塔盘塔板构件底部进入，使得整个塔盘截面内的气体均匀分布，同时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，使得部分雾化的液滴在塔盘底部被捕获，进一步强化了气液传质效果。

附图说明

图1 是本发明气液传质系统的整体结构示意图。

图2是本发明单个塔板构件的结构示意图。

图3是本发明气液分离管及其内壁分离构件的结构示意图。

图4是本发明空心螺旋板喷头局部开孔及翅片的结构示意图。

图中，各数字标记分别对应：1-壳体，2-塔板，3-塔板构件，4-底板，5-降液管，6-空心螺旋板喷头，7-进液管，8-双螺旋结构帽，9-气液分离管，10-小孔，11-分离构件，12-环板，13-翅片。

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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语 “上”、“下”、“内”、“外”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设有”、“置于”、“相连”、“连接”、“安装”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，本发明提供了一种气液传质系统，所述气液传质系统由塔板构件3、塔板2及壳体1构成，所述壳体1内包括多块塔板2和多个塔板构件3；

每个所述塔板构件3包括气液分离管9、底板4、降液管5、空心螺旋板喷头6、环板12、空心螺旋板喷头7和双螺旋结构帽8；

所述的多个塔板构件3均匀布置于每层塔板2上，相邻两层塔板2上的塔板构件3交错布置；

所述的气液分离管9贯穿塔板2设置；气液分离管9的中下部设置空心螺旋板喷头6，空心螺旋板喷头6的中下部设置环板12，环板12与空心螺旋板喷头6线接触处焊接固定；气液分离管9下端设置圆环形底板4，所述底板4外边缘与气液分离管9底部焊接，底板4内边缘与环板12外壁焊接固定。

进一步地，所述空心螺旋板喷头6呈螺旋板状，其内部为空心结构，螺旋板外表面设置若干小孔10，若干小孔10与空心螺旋板喷头7相连通。若干小孔10的开孔面积小于等于空心螺旋板喷头7截面积。所述的空心螺旋板喷头7一端与空心螺旋板喷头6顶端进液口连接，另一端即进口端穿过气液分离管9管壁延伸至相邻塔板2上方。更进一步地，所述空心螺旋板喷头6的螺旋板外表面均匀设置若干翅片13，若干翅片13与螺旋板外表面焊接固定。

进一步地，所述降液管5的上端进液口与圆环形底板4焊接，降液管5的出液口延伸至相邻的下方塔板2上方，距塔板2的距离一般为10~40mm，优选20~30mm。降液管5的下端出液口低于下方塔板构件3的空心螺旋板喷头7进液口，优选低10~20mm。降液管5一般为为DN15~DN50的不锈钢管。

进一步地，所述空心螺旋板喷头7的进口端穿过气液分离管9且固定于气液分离管9上，空心螺旋板喷头7放置于塔板2上且与塔板2固定连接，空心螺旋板喷头7的进口向下。空心螺旋板喷头7进口高于该层塔板2上表面。空心螺旋板喷头7进口距塔板2的距离一般为10~50mm，优选20~40mm。

进一步地，空心螺旋板喷头6上设置的小孔10为圆孔。圆孔的直径一般为1~3mm，优选1~2mm。

进一步地，所述空心螺旋板喷头6上设置的翅片13形状为圆形、半圆形或椭圆形；翅片13的直径一般为2~8mm，优选3~5mm。

进一步地，所述的空心螺旋板喷头6上翅片13的数量等于或小于小孔10的数量。

进一步地，所述气液分离管9的内壁设有若干分离构件11。分离构件11的高度与气液分离管9高度一致，分离构件11优选为螺旋形，与气液分离管9线接触处焊接固定，分离构件11的厚度一般为1~2mm，宽度一般为5~100mm，分离构件11的表面上优选设置若干翅片。

本发明所述气液传质系统的工作原理是：上一层塔板2上的液体通过空心螺旋板喷头7进入空心螺旋板喷头6中，经由空心螺旋板喷头6表面的小孔10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沿螺旋形流道向上移动，先后撞击空心螺旋板喷头6外表面的翅片13、气液分离管9内壁及其上分离构件11以及双螺旋结构帽8，携带雾化液体的气体的流动速度及流动方向均持续发生骤然改变。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11与气液分离管9结合处被捕获并不断聚结直至沿气液分离管9内壁流下。通过翅片13、分离构件11与双螺旋结构帽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9分离的液体聚结成液流，随后通过降液管5流至下一层塔板2上，上述过程在各层塔板2上的塔板构件3内不断循环进行。

Claims (15)

1.一种气液传质系统，所述气液传质系统由塔板构件、塔板及壳体构成，所述壳体内包括多块塔板和多个塔板构件；

每个所述塔板构件包括气液分离管、底板、降液管、空心螺旋板喷头、环板、进液管和双螺旋结构帽；

所述的多个塔板构件均匀布置于每层塔板上，相邻两层塔板上的塔板构件交错布置；所述的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板喷头，空心螺旋板喷头的中下部设置环板，环板与空心螺旋板喷头线接触处焊接固定；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，底板内边缘与环板外壁焊接固定。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述空心螺旋板喷头呈螺旋板状，其内部为空心结构，螺旋板外表面设置若干小孔，若干小孔与进液管相连通。

3.根据权利要求2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.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的进液管一端与空心螺旋板喷头顶端进液口连接，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。

5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述空心螺旋板喷头的螺旋板外表面均匀设置若干翅片，若干翅片与螺旋板外表面焊接固定。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述降液管的上端进液口与圆环形底板焊接，降液管的出液口延伸至相邻的下方塔板上方。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，降液管出口距塔板的距离为10~40mm。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，降液管的下端出液口低于下方塔板构件的进液管进液口。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述进液管的进口端穿过气液分离管且固定于气液分离管上，进液管放置于塔板上且与塔板固定连接，进液管的进口向下。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述进液管的进口高于该层塔板上表面。

11.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述的翅片为圆形、半圆形或椭圆形。

12.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述翅片的数量等于或小于小孔的数量。

13.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述气液分离管的内壁设有若干分离构件。

14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述分离构件的高度与气液分离管高度一致。

15.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述的分离构件为螺旋形，其与气液分离管线接触处焊接固定。

Images