CN116688546A - 氪氙精提取装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及氪氙精提取的技术领域，尤其是涉及氪氙精提取装置，主要包括塔板组件，塔板组件包括塔板、溢流堰和降液管，塔板沿水平方向安装在塔体的内壁上，塔板上设置有多个筛孔，溢流堰设置有两个，且相对布设在塔板的上端面，降液管沿竖直方向安装在塔板的下端面，降液管位于两个溢流堰之外，塔板的下端面设置有环形管，环形管沿竖直方向布设，且与多个筛孔连通，环形管的内壁上开设有弧形的导流槽，导流槽围绕环形管轴线方向布设，环形管内设置有导流块，导流块正对导流槽的面为弧面，导流块和导流槽的槽壁之间设置有连接件。本申请具有尽量在保证精馏塔的具有相对较好的分离效果和效率的情况下，还能降低设备的制造成本的效果。

Description

氪氙精提取装置

技术领域

本申请涉及氪氙精提取的技术领域，尤其是涉及氪氙精提取装置。

背景技术

氪氙精提取装置是一种利用分馏原理分离氪和氙的设备，其中精馏塔（又称分离塔）是最关键的部分。精馏塔内部通过填充物或者塔板将气体分为不同的组分，然后根据气体分子在不同条件下的物理特性（如沸点、凝点、扩散速率等）对不同气体进行分离。

目前，精馏塔主要由进料口、塔体、塔板、冷凝器、出料口等组成。 精馏塔的工作原理是将混合气体从塔体的进料口进入，经过多个塔板的作用，将气体分离成不同的组分，然后从不同的出料口分别收集。塔板的作用是增加气体与液体的接触面积，促进能量传递。一般来说，气体分子的沸点越低，其在精馏塔中的分离效果越好。因此，对于氪氙精提取装置，精馏塔通常采用低温冷却的方式，使气体混合物中的氧气、氮气等高沸点气体液化，而氪气和氙气则保持气态，从而实现氪氙分离的目的。

然在精馏塔内，气体在不同塔板之间进行传递和混合，而在传递和混合的过程中，气体会发生相互作用，如吸附、反应等，这些作用会影响气体的分离效率。增加精馏塔的高度和塔板数可以增加气体在精馏塔内的接触时间和接触次数，从而增加气体之间的相互作用，提高分离效率和气体纯度，但是，其也会增大设备的体积，极大的增加了设备制造的成本。

发明内容

为了尽量在保证精馏塔的具有相对较好的分离效果和效率的情况下，还能降低设备的制造成本，本申请提供一种氪氙精提取装置。

本申请提供的一种氪氙精提取装置采用如下的技术方案：

氪氙精提取装置，包括：

塔体，所述塔体的侧壁上开设有进液孔，所述塔体的下端面开设有出液孔，所述塔体的上端面开设有出气孔；

冷凝装置，所述冷凝装置通过出气管与所述出气孔连通，所述冷凝装置上连接有回流管，所述回流管与所述冷凝装置连通，所述回流管的一端与塔体的上部分连通，所述回流管的另一端与轻组分收集装置连桶；

再沸装置，所述再沸装置通过出液管与所述出液孔连通，所述再沸装置上连接有导气管，所述导气管的一端与所述再沸装置连通，所述导气管的一端与塔体的下部分连通，所述再沸装置通过导管与重组分收集装置连通；

塔板组件，所述塔板组件包括塔板、溢流堰和降液管，所述塔板沿水平方向安装在塔体的内壁上，所述塔板上开设有多个筛孔，所述溢流堰设置有两个，且相对布设在塔板的上端面，所述降液管沿竖直方向安装在塔板的下端面，所述降液管位于两个所述溢流堰之外，所述塔板的下端面设置有环形管，所述环形管沿竖直方向布设，且与多个所述筛孔连通，所述环形管的内壁上开设有弧形的导流槽，所述导流槽围绕环形管轴线方向布设，所述环形管内设置有导流块，所述导流块与所述导流槽相适配，所述导流块正对所述导流槽的面为弧面，所述导流块为环形块，且与所述环形管同轴布设，所述导流块和导流槽的槽壁之间设置有连接件，所述连接件用于将所述导流块固定在所述环形管内。

通过采用上述技术方案，当设备启动后，塔体内底部的混合气体会上升至塔体的上端部分，当混合气体流进环形管内时，进入环形管中的一部分混合气体会从环形管中间部分流过，而另一部分则会进入导流槽内，然后再进入环形管内的中间部分，而因为导流槽为弧形，因此从导流槽出来的混合气体的流动方向与环形管中间部分混合气体的流动发现存在一定角度，从而两个路径的混合气体会发生碰撞，混合气体的碰撞会使得混合气体的流速减慢，从而使得混合气体在塔体内流动时间增加，而各种气体之间相互作用的时间便越长，进而提高了气体分离的效率和效果，同时，由于气体的碰撞，各种气体之间的作用强度也会增加，进而进一步提高了气体分离的效率和效果，另外，这种结构并未增加设备的体积，其制造成本也未增加，从而在整体上尽量保证精馏塔的具有相对较好的分离效果和效率，同时降低了设备的制造成本。

可选的，所述导流槽沿环形管轴线方向设置有多个，所述导流块沿环形管轴向方向设置有多个，多个导流块与多个导流槽一一对应，所述连接件设置有多个，多个所述连接件与所述导流块一一对应。

通过采用上述技术方案，能够进一步降低气体的流动速度、以及增加了气体发生碰撞的次数，从而进一步增强了各种气体之间相互作用的效果，进而进一步提高了气体分离的效率和效果。

可选的，多个所述导流槽沿环形管轴线方向均匀间隔布设，多个所述导流块沿环形管轴线方向均匀间隔布设。

通过采用上述技术方案，一方面，导流槽和导流块的均匀间隔分布能够相对稳定的却逐步的对气体的流动进行减速，从而尽量避免混合气体对环形管内壁的某一部分产生巨大冲击的情况发生，进而降低了环形管损坏的概率；另一方面，导流槽的均匀间隔布设能够使得环形管的整体的质量分布相对均匀，从而提高了环形管的自身载荷强度，进而进一步降低环形管损坏的概率。

可选的，所述连接件包括连接块，所述连接块设置有多个，相邻两个所述连接块之间形成导流孔，所述连接块的一端固定连接于所述导流槽的槽壁，所述连接块的一端固定连接于所述导流块。

通过采用上述技术方案，实现了导流块和环形管的连接，且同时保证了混合气体能够从导流槽顺畅的流通。

可选的，多个所述连接块围绕所述环形管轴线均匀间隔布设。

通过采用上述技术方案，使得每个连接块上所承载的载荷相对均匀，从而尽量避免了连接块由于载荷过大而发生断裂的情况，进而提高了导流块和环形管的连接强度。

可选的，相邻两个所述连接块所相对的面均为沿相互远离方向倾斜的斜面。

通过采用上述技术方案，使得导流孔相对靠近塔体底部的孔径小于相对远离塔体底部的孔径，因此，当混合气体从导流孔流过时，混合气体是从相对较小的空间移动至相对较大的空间，从而混合气体的压力减小，其流动速度会进一步减慢，从而使得混合气体在塔体内流动时间进一步增加，混合气体之间相互作用的时间便越长，进而进一步提高了混合气体分离的效率和效果。

可选的，所述塔板上端面设置有缓流件，所述缓流件用于减缓所述塔板上混合液体的流动速率。

通过采用上述技术方案，使得混合液体在塔板上的流动速度变慢，从而使得混合气体与混合液体的接触时间更长，增强了混合气体与混合液体之间的热量的交换效果，进而进一步提高了混合气体中的各组分的分离效果。

可选的，所述缓流件包括缓流板，所述缓流板设置有两个，两个所述缓流板相对布设于所述塔板的上端面，且两个所述缓流板均位于两个溢流堰之间，两个所述缓流板相对的端面上开设有弧形的缓流槽，所述塔板上还设置有缓流块，所述缓流块位于所述缓流槽内，所述缓流块正对所述缓流槽的端面为弧面。

通过采用上述技术方案，当混合液体流经塔板的上端面时，缓流槽和缓流块所起到的效果与导流槽和导流块起到的效果相同，缓流槽和缓流块同样使得一部分混合液体回流，从而与塔板中间的混合液体发生碰撞，进而实现对混合液体的流动速度进行降低的效果。

可选的，所述缓流槽设置有多个，多个所述缓流槽沿混合液体流动方向均匀间隔布设，所述缓流块设置有多个，多个所述缓流块沿混合液体流动方向均匀间隔布设，且与多个所述缓流槽一一对应。

通过采用上述技术方案，同样的增强了缓流板的自身载荷强度，进而降低了缓流板损坏的概率。

可选的，所述缓流板和缓流块的高度不高于溢流堰的高度。

通过采用上述技术方案，当缓流板和缓流块的高度高于溢流堰时，缓流板和缓流块就会对混合液体进行一个导向，从而加速了混合液体的流动，因此，当设置一样的高度时，便能够尽量减缓混合液体的流动速度，从而进一步加强了混合气体与混合液体之间的热量的交换效果，进而进一步提高了混合气体中的各组分的分离效果。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.通过环形管的设置，使得从塔体底部到顶部的气体发生碰撞，气体的碰撞会使得气体的流速减慢，从而使得气体在塔体内流动时间增加，气体之间相互作用的时间便越长，进而提高了气体分离的效率和效果，同时，由于气体的碰撞，各种气体之间的作用强度也会增加，进而进一步提高了气体分离的效率和效果，另外，这种结构并未增加设备的体积，其制造成本也未增加，从而在整体上尽量保证精馏塔的具有相对较好的分离效果和效率，同时降低了设备的制造成本；

2.连接块的设置，不仅实现了导流块和环形管的连接，而且相邻的两个连接块之间形成导流孔，导流孔沿气体流动方向的孔径越来越小，使得气体的流动速度进一步减慢，从而使得气体在塔体内流动时间进一步增加，气体之间相互作用的时间便越长，进而进一步提高了气体分离的效率和效果；

3.缓流件的设置，使得液体在塔板上的流动速度变慢，从而使得气体与液体的接触时间更长，增强了气体与液体之间的热量的交换效果，进而进一步提高了气体中的各组分的分离效果。

附图说明

图1是本申请实施例中氪氙精提取装置的整体结构示意图。

图2是本申请实施例中塔板组件的结构示意图。

图3是图2中A处的放大示意图。

图4是本申请实施例中缓流件的结构示意图。

图5是本申请实施例中连接件的结构示意图。

附图标记说明：

1、塔体；11、进液孔；12、进液管；13、出气孔；14、出液孔；2、冷凝装置；21、出气管；22、回流管；3、再沸装置；31、出液管；32、导气管；4、塔板组件；41、塔板；411、筛孔；42、溢流堰；43、降液管；44、环形管；441、导流块；442、导流槽；443、连接件；444、导流孔；45、缓流件；451、缓流板；4511、缓流槽；452、缓流块。

具体实施方式

以下结合附图1-5对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种氪氙精提取装置。参照图1，氪氙精提取装置包括塔体1、冷凝装置2、再沸装置3和塔板组件4。

本实施例中的塔体1设置为圆柱体状，其沿竖直方向布设。塔体1的侧壁上开设有进液孔11，进液孔11位于塔体1沿竖直方向的中间部位，进液孔11处连通有进液管12，进液管12远离塔体1的一端与压缩机（图中未展示）连通，压缩机用于将气体进行液化，然后通过进液管12输送到塔体1内（现有技术，在此不做过多赘述）。塔体1的下端面开设有出液孔14，塔体1的上端面开设有出气孔13。

本实施例中的冷凝装置2为冷凝器，其主要是将汽化的液体进行冷却，使其回到液体状态，当然，在其他可选的实施例中冷凝装置2也可以是其他具有冷却功能的器件。冷凝器中设置有冷凝元件和回流通道（图中未展示），冷凝器上设置有出气管21，出气管21的一端与回流通道连通，出气管21的另一端与塔体1上的出气孔13连通，冷凝器上还固定连接有回流管22，本实施例中的回流管22为三通管，回流管22的第一端与冷凝器内的回流通道连通，回流管22的第二端伸入塔体1，且位于塔体1内部的上端，回流管22的第三端与轻组分收集装置连通，轻组分收集装置主要用于将气体中的质量较轻的气体进行收集，也可以是与压缩机连通，以便进行再一次的分馏。

本申请实施例中的再沸装置3为再沸器，其实将液体加热，使其汽化为气体，当然，在其他可选的实施例中，再沸器也可以是其他具有加热功能的器件。再沸器与冷凝器的结构类似，再沸器的内部设置有加热元件和回流管22道（图中未展示），再沸器上设置有出液管31，出液管31的一端与再沸器中的回流通道连通，出液管31的另一端与出液孔14连通，再沸器上还固定连接有导气管32，导气管32的一端与再沸器中的回流通道连通，导气管32的另一端伸入塔体1，且位于塔体1内部的下端，再沸器固定连接有一根导管，导管远离再沸器的一端与重组分收集装置连通，重组分收集装置是用于收集未汽化的液体或气体中质量较轻的气体。

塔板组件4设置有多个，多个塔板组件4沿塔体1的轴线方向均匀间隔布设，本实施例中的塔板组件4设置为六个，当然，在其他可选的实施例中，塔板组件4的数量可以根据实际情况而定。塔板组件4包括塔板41、溢流堰42和降液管43。

本实施例中，塔板41相应的设置为圆形，塔板41沿水平方向固定安装在塔体1的内壁上，塔板41的中间部位开设有多个筛孔411，多个筛孔411在塔板41上呈阵列排布。溢流堰42设置有两个，且相对布设在塔板41的上端面，降液管43沿竖直方向安装在塔板41的下端面，降液管43不处于两个溢流堰42之间的空间中，其处于两个溢流堰42的左侧或者右侧。

由于六个塔板组件4是沿竖直方向均匀间隔布设，而降液管43也是沿竖直方向间隔布设，因此，当液体从塔体1上的回流管22流出时，液体便首先落在最上端塔板41的上端面，待液体的液面超过溢流堰42时，液体便从降液管43流至下一层塔板41上，而上下塔板41上的降液管43的间隔错开设置，使得液体能够呈现S形流动，其相对增加了液体流动的路程，且配合溢流堰42的作用，延缓了液体的流动速度，使得塔体1中液体和气体能够进行充分的热量交换，从而加快各种气体的分离。

塔板41的下端面设置有环形管44，本实施例中环形管44同样设置有六个，六个环形管44与六个塔板41一一对应，环形管44沿竖直方向布设，且与多个筛孔411连通，环形管44的内壁上开设有多个弧形的导流槽442，多个导流槽442均围绕环形管44轴线方向布设。本实施例中的导流槽442仅展示一个，当然，在其他可选的实施例中，导流的数量可以根据实际情况而定，两个以上的导流槽442便沿环形管44的轴向方向依次均匀间隔布设，其使得环形管44的整体质量分布相对均匀，从而提高了环形管44的整体载荷强度。

环形管44内设置有多个导流块441，导流块441与导流槽442相适配，因此，本实施例中的导流块441的数量也设置为一个，导流块441正对导流槽442的面为弧面，导流块441为环形块，且与环形管44同轴布设。

导流块441和导流槽442的槽壁之间设置有连接件443，连接件443为多个连接块。

连接块的一端固定连接于导流槽442的槽壁，连接块的一端固定连接于导流块441。本实施例中的连接块设置有六个，六个连接块围绕环形管44轴线均匀间隔布设，六个连接块的均匀间隔布设能够使得六个连接块所承载的载荷基本相同，因此其中的某个连接块不会受到巨大载荷而断裂，从而提高了导流块441和环形管44的连接强度，当然，在其他可选的实施例中，连接块的数量可以根据实际情况而定。

另外，相邻两个连接块之间形成导流孔444，以便气体从导流槽442中流过，而且，相邻两个连接块所相对的面均为沿相互远离方向倾斜的斜面，因此导流孔444便为一个锥形孔，导流孔444的孔径沿气体的流动方向逐渐增大，因此，当气体从导流孔444流过时，气体是从相对较小的空间移动至相对较大的空间，从而气体的压力减小，其流动速度会进一步减慢，从而使得气体在塔体1内流动时间进一步增加，气体之间相互作用的时间便越长，进而进一步提高了气体分离的效率和效果。

综上所述，当浓缩的混合液从进液管12流进塔内时，启动冷凝装置2和再沸装置3，混合液会沿着下部分的塔板41流到塔体1底部，然后沿着出液管31流进再沸装置3，再沸装置3将一部分混合液进行加热汽化，形成混合气体，而混合气体便通过进气管进入塔体1底部，塔体1底部的压强逐渐增大，且由于混合气体的质量轻且温度高，混合气体便向上流动，然后混和气体便会达到塔板41的筛孔411处，强大的气压会将筛孔411顶开，并与温度较低的混合液接触，从而实现混合液会将混合气体中的一部分热量吸收，而质量较轻的气体便会继续向上流动，而质量较重的气体则会留在原地或者下移塔体1内底部。

塔体1上部分的气体便通过出气管21进入到冷凝装置2中，冷凝装置2便会对一部分气体进行冷却液化，然后新的液体便会通过回流管22的一端进入塔体1内进行进一步的分馏，而一部分轻质量的气体便通过回流管22的一端进行收集。依次循环，混合液会被经过多次的分馏，从而最后得到相应的氪氙气体。

而在此过程中，当混合气体流进环形管44内时，进入环形管44中的一部分混合气体会从环形管44中间部分流过，而另一部分则会进入导流槽442内，然后再进入环形管44内的中间部分，而因为导流槽442为弧形，因此从导流槽442出来的混合气体的流动方向与环形管44中间部分混合气体的流动发现存在一定角度，从而两个路径的混合气体会发生碰撞，混合气体的碰撞会使得混合气体的流速减慢，从而使得混合气体在塔体1内流动时间增加，混合气体之间相互作用的时间便越长，进而提高了混合气体分离的效率和效果。

同时，由于混合气体的碰撞，各种混合气体之间的作用强度也会增加，进而进一步提高了混合气体分离的效率和效果，另外，这种结构并未增加设备的体积，其制造成本也未增加，从而在整体上尽量保证精馏塔的具有相对较好的分离效果和效率，同时降低了设备的制造成本。

而且，气体流动速度的减慢也增加了混合气体和混合液体的接触时间，使得混合气体和混合液体的热量传递效果更好，从而进一步加快了混合气体中各种气体的分离，进一步提高了本装置的分离效果和效率。

因此，为了进一步提高本装置的分离效果和效率，塔板41上端面设置有缓流件45，缓流件45包括缓流板451。

缓流板451设置有两个，两个缓流板451相对布设于塔板41的上端面，且位于塔板41的边缘部分，两个缓流板451均位于两个溢流堰42之间，两个缓流板451相对的端面上开设有弧形的缓流槽4511，塔板41上还设置有缓流块452，缓流块452位于缓流槽4511内，缓流块452正对缓流槽4511的端面为弧面，其中缓流槽4511和缓流块452与导流槽442和导流块441所起的作用原理和作用效果相同，缓流槽4511和缓流块452能够减缓液体的流动速度，增加了混合气体和混合液体的接触时间，使得混合气体和混合液体的热量传递效果进一步增强，从而进一步加快了混合气体中各种气体的分离。

同理，缓流槽4511设置有多个，多个缓流槽4511沿液体流动方向均匀间隔布设，缓流块452设置有多个，多个缓流块452沿液体流动方向均匀间隔布设，且与多个缓流槽4511一一对应，本实施例中，每个缓流板451上的缓流槽4511和缓流块452各设置有六个，其中，两个缓流板451中的缓流槽4511在水平方向上一一对应，当然，在其他可选的实施例中，缓流槽4511的数量可以根据实际情况而定。

另外，当缓流板451和缓流块452的高度高于溢流堰42时，缓流板451和缓流块452就会对液体进行一个导向，从而加速了液体的流动，因此，本实施例中缓流板451、缓流块452和溢流堰42的高度相同，当设置一样的高度时，便能够尽量减缓液体的流动速度，从而进一步加强了气体与液体之间的热量的交换效果，进而进一步提高了气体中的各组分的分离效果，当然，在其他可选的实施例中，缓流板451和缓流块452的高度也可以低于溢流堰42的高度。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.氪氙精提取装置，其特征在于，包括：

塔体（1），所述塔体（1）的侧壁上开设有进液孔（11），所述塔体（1）的下端面开设有出液孔（14），所述塔体（1）的上端面开设有出气孔（13）；

冷凝装置（2），所述冷凝装置（2）通过出气管（21）与出气孔（13）连通，冷凝装置（2）上连接有回流管（22），回流管（22）与冷凝装置（2）连通，回流管（22）的一端与塔体（1）的上部分连通，回流管（22）的另一端与轻组分收集装置连桶；

再沸装置（3），所述再沸装置（3）通过出液管（31）与所述出液孔（14）连通，所述再沸装置（3）上连接有导气管（32），所述导气管（32）的一端与所述再沸装置（3）连通，所述导气管（32）的一端与塔体（1）的下部分连通，所述再沸装置（3）通过导管与重组分收集装置连通；

塔板组件（4），所述塔板组件（4）包括塔板（41）、溢流堰（42）和降液管（43），所述塔板（41）沿水平方向安装在塔体（1）的内壁上，塔板（41）上开设有多个筛孔（411），溢流堰（42）设置有两个，且相对布设在塔板（41）的上端面，降液管（43）沿竖直方向安装在塔板（41）的下端面，降液管（43）位于两个溢流堰（42）之外，塔板（41）的下端面设置有环形管（44），环形管（44）沿竖直方向布设，且与多个筛孔（411）连通，环形管（44）的内壁上开设有弧形的导流槽（442），导流槽（442）围绕环形管（44）轴线方向布设，环形管（44）内设置有导流块（441），导流块（441）与导流槽（442）相适配，导流块（441）正对导流槽（442）的面为弧面，导流块（441）为环形块，且与环形管（44）同轴布设，导流块（441）和导流槽（442）的槽壁之间设置有连接件（443），连接件（443）用于将导流块（441）固定在环形管（44）内。

2.根据权利要求1所述的氪氙精提取装置，其特征在于：所述导流槽（442）沿环形管（44）轴线方向设置有多个，所述导流块（441）沿环形管（44）轴向方向设置有多个，多个导流块（441）与多个导流槽（442）一一对应，所述连接件（443）设置有多个，多个所述连接件（443）与所述导流块（441）一一对应。

3.根据权利要求2所述的氪氙精提取装置，其特征在于：多个所述导流槽（442）沿环形管（44）轴线方向均匀间隔布设，多个所述导流块（441）沿环形管（44）轴线方向均匀间隔布设。

4.根据权利要求1所述的氪氙精提取装置，其特征在于：所述连接件（443）包括连接块，所述连接块设置有多个，相邻两个所述连接块之间形成导流孔（444），所述连接块的一端固定连接于所述导流槽（442）的槽壁，所述连接块的一端固定连接于所述导流块（441）。

5.根据权利要求4所述的氪氙精提取装置，其特征在于：多个所述连接块围绕所述环形管（44）轴线均匀间隔布设。

6.根据权利要求4所述的氪氙精提取装置，其特征在于：相邻两个所述连接块所相对的面均为沿相互远离方向倾斜的斜面。

7.根据权利要求1所述的氪氙精提取装置，其特征在于：所述塔板（41）上端面设置有缓流件（45），所述缓流件（45）用于减缓所述塔板（41）上液体的流动速率。

8.根据权利要求7所述的氪氙精提取装置，其特征在于：所述缓流件（45）包括缓流板（451），所述缓流板（451）设置有两个，两个缓流板（451）相对布设于塔板（41）的上端面，且两个缓流板（451）均位于两个溢流堰（42）之间，两个缓流板（451）相对的端面上开设有弧形的缓流槽（4511），塔板（41）上还设置有缓流块（452），缓流块（452）位于缓流槽（4511）内，缓流块（452）正对缓流槽（4511）的端面为弧面。

9.根据权利要求8所述的氪氙精提取装置，其特征在于：所述缓流槽（4511）设置有多个，多个所述缓流槽（4511）沿液体流动方向均匀间隔布设，所述缓流块（452）设置有多个，多个所述缓流块（452）沿液体流动方向均匀间隔布设，且与多个所述缓流槽（4511）一一对应。

10.根据权利要求8所述的氪氙精提取装置，其特征在于：所述缓流板（451）和缓流块（452）的高度不高于溢流堰（42）的高度。