CN1154664A - 气液接触塔 - Google Patents

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Abstract

用于使向上流动的气体与向下流动的液体接触的塔(1)，该塔(1)包括水平塔盘(3，5)，该塔盘包括装有管状气/液接触装置(8，10)的塔板(6，7)，该管状气/液接触装置(8，10)包括一个位于塔板(6，7)以下的接触段(12)、一个在接触段(12)以上的分离段(13)、以及一个在分离段(13)以上并位于塔板(6，7)以上的出口段(15)，其中接触段(12)底部封闭，其中接触段(12)的器壁装有许多切向气体入口(16)，其中液体导出管(19)通入接触段(12)的下端，并且其中出口段(15)包括装有聚结器装置(25)的透气性器壁，并且其中出口段的顶部装有一个盖(27)。

Description

气液接触塔
本发明涉及一种用于使向上流动的气体与向下流动的液体接触以在两相间进行传质、传热和动量传递的塔。这类气液接触塔是公知的，它们用于例如蒸馏、精馏、吸收和汽提。
本文中，对气体和蒸汽不作区分；“气体”一词也指蒸汽。
用于使向上流动的气体与向下流动的液体接触的塔通常装有设在塔下部的气体入口、设在塔上部的液体入口、设在塔下端部的液体出口和设在塔上端部的气体出口。一般而言，仅设有一个位于塔上端的气体出口；不过，塔可以装有多个液体和气体入口以及多个液体出口，这些入口和出口的数量及其位置视应用而定。
塔中至少设有一个水平塔盘，正常操作期间，使液体和气体相互接触。这种水平塔盘的一个例子是装有降液管的孔板。
在装有带降液管的孔板的塔的正常操作中，液体连续地提供到孔板上并收集在孔板上的液层中。流经孔板上的孔的气体与孔板上的液体接触。过多的液体经降液管从孔板排出，并排放到一下较低层的孔板上，在这里继续接触。应理解，当该孔板是最低层的孔板时，液体流入塔的下端部，由此处经液体出口排出。从液层中冒出的气体向上流入下一较高层的孔板上，在这里继续接触。应理解，当该孔板是最上层的孔板时，气体流入塔的上端部，由此处经气体出口排出。
本发明特别涉及一种气液接触塔，其中，水平塔盘包括一个装有管状气/液接触装置的塔板。该管状气/液接触装置包括一个位于塔板以下的接触段、一个在接触段以上的分离段、一个在分离段以上并位于塔板以上的出口段，其中接触段的底部封闭，其中接触段的器壁装有许多切向气体入口，其中液体导出管通到接触段的下端，并且其中出口段具有装有聚结器装置的透气性器壁。
英国专利说明书No.1123546公开了这种装置。在这个已知的装置中，出口段的装有聚结器装置的透气性器壁包括两个同心的金属网层，而出口段在其上端开口。
在正常操作中，向上流动的气体经切向气体入口流入管状气/液接触装置的接触段，而液体经液体导出管供给接触段的下部。流入接触段的液体被涡流气体所分散，分散状的液体与气体接触。涡流流体流入管状气/液接触装置的分离段。在分离段中，液体在离心力的作用下向外移动并收集在分离段的器壁的内表面上。气体和液体进入出口段，气体经开口的上端离开管状气/液接触装置的出口段，而液体聚结在金属网上，从这里滴到塔板上。
由于出口段的上端是开口的，所以大量液体可以随着经上端离开出口段的气体夹带出去。
为减少这种夹带，提出了一种改进的管状气/液接触装置，而这种装置公开于“Mathematical description and analysis of mass transfermechanics in contact equipment with vortical concurrent stream flow”由N I Saval’ev和N A Nikolaev，Kirov Kazan Chemical TechnologyInstitute，翻译自Teoreticheskie Osnovy Khimicheskoi Tekhnologii，Vol.23，No.4，pages 435-444，July-August，1989。
在后一种气/液接触装置中，装有聚结器装置的透气性器壁包括一个带有安装了切向出口的圆筒形器壁的开口管，以及一个设在开口管上端以上的U形环状挡板，该环状挡板具有一个遍布收集液体用的切向出口的边缘。这样，在正常操作中，一部分向上流动的气体被折挡而且气体中夹带的液体从气体中分离出来。
申请人已发现，一些液体收集在中心液体导出管上，而且这种液体随后被吹走并夹带于向上流动的气团的中心。既然这种气体不被U形环状挡板折挡，那么就仍有一些液体随气体离开开口的出口段。因此，气液分离不完全。
本发明的一个目的是减小随离开上述管状气/液接触装置的气体而夹带出的液体量。
为此，根据本发明的用于使向上流动的气体与向下流动的液体接触的塔的特征在于，出口段的顶部装有一个盖。
这个盖封闭了出口段的上端，因此，在正常操作中，这个盖挡住向上流过的流体，这样流体流经安装了聚结器装置的透气性器壁。
液体导出管把液体送入管状气/液接触装置的接触段的下部。液体可以来自该管状气/液接触装置与之相配的水平塔盘，为此，在水平塔盘以上的管状气/液接触装置器壁上开设了入口开孔，而且利用供应管将液体导出管与这些开孔相连。液体也可以来自该管状气/液接触装置以上的水平塔盘，为此，液体导出管是一个向下贯穿管状气/液接触装置的降液管。
适宜地，出口段的装有聚结器装置的透气性器壁包括一个管状聚结剂材料层，其中管状层的内径等于或大于分离段的外径。管状层的内径大小是这样选取的：使收集于管状聚结剂材料层中的液体可以滴到管状气/液接触装置之外的空间并滴到塔板上。为了使对经管状聚结剂材料层的气体流动的阻力不至太大，管状聚结剂材料层的有效截面大于或等于管状气/液接触装置的截面面积的1-1.5倍。
适宜地，聚结剂材料包括一层金属网，它是一种被切开并延展成网格状的金属板。更适宜的是，聚结剂材料包括至少两个同心的金属网层。
为了改善液体从流经出口段的装有聚结器装置的透气性器壁的气体中的分离，该出口段进一步包括两个或更多个沿装有聚结器装置的透气性器壁的外表面以一定间隔设置的聚结器条(strip)。
在已知装置中，接触段装有几个沿接触段圆周以一定间隔设置的延长的切向气体入口。各个切向气体入口包括一个向接触段内部弯曲的延长的条，该条的高度大致等于接触段的高度。进入接触段的向上流动的气体被挡住，而接触段中气体的速度有一个轴向分量和一个周向分量。轴向速度的大小决定气液相互接触的时间，应理解，接触时间与轴向速度的大小成反比。为减小轴向速度的大小，用设置在塔中的多个切向入口代替延长的切向气体入口。各个切向气体入口包括一个向接触段内部弯曲的舌，其中舌的高度小于接触段的高度。适宜地，舌的高度比接触段高度的10％还要小。
适宜地，接触段装有两列或更多列这类切向气体入口，其中这些列是沿接触段圆周以一定间隔设置的。
现在参照示意性表示本发明塔的剖面的附图更详细地描述本发明。
根据本发明的用于使向上流动的气体与向下流动的液体接触的塔1装有设在塔1底部的气体入口(未示出)、设在塔1上部的液体入口(未示出)、设于塔1下端部的液体出口(未示出)和设于塔1上端部的气体出口(未示出)。
塔1中设有两个水平塔盘，即上部水平塔盘3和下部水平塔盘5。水平塔盘3和5位于最低层气体入口和气体出口之间。上部水平塔盘3包括一个水平塔板6，该塔板6装有两个贯穿塔板6上开孔的垂直管状气/液接触装置8；而下部塔盘5包括一个水平塔板7，该塔板7装有一个贯穿塔板7上开孔的垂直管状气/液接触装置10。
管状气/液接触装置8和10各包括一个接触段12、一个设于接触段12以上的分离段13、以及一个设于分离段13以上的出口段15。管状气/液接触装置8的接触段12位于塔板6以下而出口段15位于塔板6以上；管状气/液接触装置10的接触段12位于塔板7以下，而出口段15位于塔板7以上。接触段12、分离段13和出口段15彼此有流体连通。
接触段12的器壁装有许多切向气体入口16。每个切向气体入口16包括一个向接触段12的内部弯曲的舌，舌的高度小于接触段12的高度，而各个切向气体入口16在列17中以一个在另一个以上的方式设置。为清楚起见，并不是所有切向气体入口都用标号表示，而且舌也没有用标号表示。
用盖18将接触段12的下端封闭。液体导出管19通入接触段12的下端。管状气/液接触装置8的液体导出管19与供应管20相连，供应管20具有开孔于塔板6以上的入口开孔21。管状气/液接触装置10的液体导出管19是降液管23，降液管23从下一个较高塔盘3向下到管状气/液接触装置10贯穿塔板6上的开孔，该降液管23具有一个位于入口开孔21以上的入口开孔24。
出口段15包括一个装有聚结器装置25的透气性器壁。出口段15的顶部装有一个盖27。
装有聚结器装置25的透气性器壁包括一个管状聚结器装置层，其形式为两个同心的金属网层30，管状聚结器装置层的内径等于或大于分离段13的外径，这样管状层就套在分离段13上。出口段15进一步包括两个沿装有聚结器装置25的透气性器壁的外表面以一定间隔设置的聚结器条32。
在正常操作中，液体连续供给设于塔1上部的液体入口(未示出)，而气体连续供给设于塔1下部的气体入口(未示出)。提供给塔1上端的液体收集于上层水平塔盘3的塔板6上。部分液体经入口开孔21流入液体导出管19，另一部分液体经入口开孔24和降液管23流入管状气/液接触装置10的接触段12的下端，其它液体留在塔板6上。向上流动的气体经切向气体入口16流入管状气/液接触装置8的接触段12。进入接触段12的液体被涡流气体所分散，分散形式的液体与气体接触。涡流液体进入管状气/液接触装置8的分离段13。在分离段13中，液体在离心力作用下向外移动并收集在分离段13的器壁的内表面上。气体和液体进入出口段15，并经聚结器装置离开管状气/液接触装置8的出品段15，所述聚结器装置的形式为两个同心的金属网层30。液体收集在聚结器装置上并向下滴到塔板6上，而气体向上流动。出口段8装有聚结器条32，这改善了分离效果，并减小了气体中夹带的液体。盖27挡住了向上流动的流体，从而流体流经聚结器装置。
在上层水平塔盘3以上还有一个水平塔盘(未示出)的情形中，气体与这个水平塔盘的接触装置(未示出)中的液体接触，接触后液体经降液管(未示出)流到塔板6上。而在上层水平塔盘3就是最上层的水平塔盘时，气体流到塔1的上端，气体从这里经气体出口(未示出)排出；而这种情形下提供给液体入口的液体直接提供到塔板6上。
流经降液管23的液体送入与下层水平塔盘5相配的管状气/液接触装置10的下端。在管状气/液接触装置10中，气体和液体相互接触，其接触方式与上面针对管状气/液接触装置8的描述相同。离开管状气/液接触装置10的出口段15的液体收集在下层水平塔盘5的塔板7上，而多余的液体经贯穿塔板7上开孔的降液管35从下层水平塔盘5排出。
在下层塔盘5以下还有一个水平塔盘(未示出)的情形中，降液管35通入这个水平塔盘的管状气/液接触装置(未示出)中；而在下层水平塔盘5就是最下层水平塔盘的情形中，液体排入塔1的下端，液体从这里经液体出口(未示出)排出。
做了一些试验以证实本发明的气/液接触装置的效果。在这两个试验中，四个水平塔盘装有气/液接触装置，把水用作液体而把空气用作气体。用现有技术的装置进行第一批试验，其中装有聚结器装置的透气性器壁包括一个开口管和一个挡板。所述开口管带有安装了切向出口的圆筒形器壁，出口形式为垂直缝隙；所述挡板在上端，其形式为安装在出口段上端的环形圈。每个塔盘包括11个内径为50mm的装置。在0.70m/s的气体负荷下，平均夹带量约为0.3。可以将这一结果与每个塔盘装有4个根据本发明的装置(各装置内径为100mm)的4个塔盘的结果进行比较。对相同的液体流速而言，0.70m/s气体负荷下的夹带量为0.03。
上述结果中，夹带量是每单位时间夹带的液体体积除以每单位时间提供给塔的液体体积。而气体负荷因子是每单位时间提供给接触装置的气体体积除以气/液接触装置的面积乘以气体密度与液体密度和气体密度的差之比的平方根。采用本发明的管状气/液接触装置，显著降低了离开管状气/液接触装置出口段的气体中的液体夹带量。
为改善接触，管状气/液接触装置10的接触段12的下端在最低层的切向气体入口16以下装有一个防涡器，其形式为设在盖18上的垂直平板38，液体导出管19的下端安在平板38的顶边中的凹槽40中。该防涡器还可以包括两个平板，其中一个平板在图的平面中(象平板38那样)，而其中第二个平板(未示出)与图的平面垂直。
出口段25可以包括比图中所示的2个聚结器条更多的条，例如3～5个，所有聚结器条都沿装有聚结器装置25的透气性器壁的外表面以一定间隔适宜地设置。聚结器条的宽度大约为透气性器壁周长的10％。
象参照附图所讨论的那样，管状气/液接触装置的剖面是环形的，不过，剖面也可以是多边形的。
应理解，液体导出管19的下端安装在最下面的切向气体入口16以下，这样，在正常操作中，管状气/液接触装置8和10每一个的下端中存在的液体把液体导出管19封住。为了使每个接触管的下端得以填注，每个接触管的器壁安装了一个小孔(未示出)，该小孔设在接触管与其相配的水平塔盘的塔板以上而在降液管23的入口开孔24以下。为了排空管状气/液接触装置的下端，在接触段12的底部的盖18上安装了一个小孔(未示出)。器壁中和盖中的小孔的大小是这样选取的：使小孔的存在不会对管状气/液接触装置的分离性能产生不利影响。

Claims (8)

1.用于使向上流动的气体与向下流动的液体接触的塔，该塔包括水平塔盘，该塔盘包括一个装有管状气/液接触装置的塔板，该管状气/液接触装置包括一个位于塔板以下的接触段、一个在接触段以上的分离段、以及一个在分离段以上并位于塔板以上的出口段，其中接触段底部封闭，其中接触段的器壁装有许多切向气体入口，其中液体导出管通入接触段的下端，并且其中出口段包括装有聚结器装置的透气性器壁，其特征在于，出口段的顶部装有一个盖。
2.如权利要求1的塔，其中液体导出管是向下贯穿管状气/液接触装置的降液管。
3.如权利要求1或2的塔，其中出口段的装有聚结器装置的透气性器壁包括一个管状聚结剂材料层，该管状层的内径至少等于分离段的外径。
4.如权利要求3的塔，其中聚结剂材料包括一层金属网。
5.如权利要求4的塔，其中聚结剂材料包括两个同心的金属网层。
6.如权利要求1-5任一项的塔，其中出口段进一步包括两个或更多个沿装有聚结器装置的透气性器壁的外表面以一定间隔设置的聚结器条。
7.如权利要求1-6任一项的塔，其中每个切向气体入口包括一个向接触段内部弯曲的舌，舌的高度小于接触段的高度，并且其中切向气体入口以一个在另一个之上的方式成列设置。
8.如权利要求7的塔，其中接触段装有两列或更多列切向入口，这些列沿接触段的圆周以一定间隔设置。
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