CN1198959A - 大通量板式分离塔 - Google Patents
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Abstract
一种大通量板式分离塔,它主要由塔筒、塔板、溢流堰和降液管组成,靠塔壁的溢流堰和降液管的横截面为月牙形,以减小溢流堰和降液管在塔板中所占的面积。采用本发明后,塔板上非传质区面积大大减少,整个塔板上的液体都均匀地流动,没有“死区”,生产能力与传统的塔相比可提高10%—35%。
Description
本发明涉及化工分离用的有降液管的板式分离塔。
在石油加工、化工、精细化工、环保等化学工程过程中，要大量用到各种板式传质与分离塔器(以下简称板式塔)，以便使多种多样的液相混合物，气相混合物按人们的意愿分离开。板式塔有多种类型，如泡罩塔、筛板塔、浮阀塔、舌型板塔、穿流栅板塔及旋流板塔等等。板式塔的塔板可分为有降液管和无降液管(穿流板)两大类。有降液管塔板又有单降液管和多降液管型。
传统有降液管塔板的构造如附图1所示。在圆柱型塔筒内每隔一定距离安装有水平的塔板1，塔板的两侧或中部分别有降液管2和液体溢流堰3，塔板上安设泡罩、浮阀等元件，或按一定规律开成筛孔，即分别称为泡罩塔、浮阀塔和筛板塔，等等。由附图1可见，有降液管塔(无论是单降液管还是多降液管)大多存在弓形区I和II。在塔板工作时，由于要接纳和导引上一块塔板流下的液体，以及通过溢流方式将本板的液体在传质后导流向下一块塔板，故在弓形区内，理论上没有气、液的直接接触和质量传递，从而不发生明显的传质与分离作用。换言之，弓形区在塔板工作时实际上是传质与分离的盲区。根据板式塔的传统设计准则，有降液管塔板弓形区所占的面积一般为塔筒横截面积的15～30％，最大时可达40％以上。这种设计导致的很明显的问题是：(1)每块塔板由于较大面积弓形区的存在，其传质与分离效率没有得以充分发挥；(2)由于汽流无法通过弓形区，故理论上使得整个塔的处理能力(或称通量)至少降低了15～30％。
美国的NYE 曾对板式塔在直径不变情况下的扩容设计提出了一种改进结构(参见G.de Bruyn，H.A.Gangriwala，J.O.Nye，Proccedings of“Distillationand Absorpti on′92”，Birmingham，U.K.，1992)如图4所示。其基本原理是：(1)采用悬挂式降液管4，其出口下沿距下层塔板有一定距离，以省出被传统降液管占据的该弓形区面积；(2)降液管外形与传统的类似，只是在下部出口处设置一平板5以维持降液管的液封效果；(3)降液管下端开口面向塔中心区。这样改进的结果可使塔板理论上的有效传质面积比传统的增大8～15％。然而，此种结构仍然存在两方面严重缺陷：其一，在弓形区悬挂式降液管下部，上升的汽相受到悬挂式降液管底部平板5的阻挡，不能顺畅地与塔内上升的汽相主体汇合，从而一方面在平板5与塔板以及塔壁汇成的狭小空间内形成汽相旋涡，影响传质效果，另一方面使塔的压力降增加；其二，由于降液管向塔中心方向开口，流下的液体欲与弓形区I上升的汽相发生传质交换，就必须先返流至上述狭小空间内，然后再顺液体宏观流动方向向塔板的另一侧流去。这样，在此降液管下方塔板的弓形区内，液相就不可避免地存在旋涡和返混现象，而且可能会出现流动“死区”，从而严重影响传质效果。因此，虽然从理论上全塔增加了8～15％的传质面积，但塔板并没有达到其应有的传质效率。
本发明的目的是提供一种大通量的有降液管(单降液管或多降液管)的板式分离塔，其塔板的有效传质面积比相同直径的传统塔板提高10％以上。
本发明的技术方案是：
一种大通量板式分离塔，它主要由塔筒、塔板、溢流堰和降液管组成，靠塔壁的溢流堰6和降液管7的横截面为月牙形，即将传统的溢流堰3降液管2，如图1所示的弓形横截面中的直线改变为如图3、图4所示的弧线，以减小溢流堰3和降液管2在塔板中所占的面积。对于多降液管板式分离塔塔板中部的降液管仍为直线形，如图4所示。本发明的月牙形溢流堰6和月牙形降液管7横截面的弧长l′w为：(1/6)πD≤l′w＜(1/2)πD优选的l′w为：(1/5)πD≤l′w＜(2/5)πD (D为塔径)并使单个溢流堰划出的溢流区面积II’不大于塔板总面积的5％。
本发明的月牙形降液管可以是拖尾悬挂降液管，即月牙形降液管8的管尾向塔壁收缩，其拖尾处纵剖面可以是直线形，如图4a所示，也可以是流线型，如图4b所示。月牙形悬挂降液管7的出口下沿距下层塔板的距离略大于下层塔板的溢流堰高度。对于多降液管的板式分离塔，塔板中部的拖尾降液管，则向中间收缩成狭缝，其拖尾处纵剖面可以是直线型，也可以是流线型，也可以是悬挂降液管，即出口下沿距下层塔板的距离大于下层塔板的溢流堰高度。
本发明具有以下的优点：
1.由于采用了月牙形溢流堰，其溢流通道所占空间缩小。对于单降液管板式塔，采用本发明后，塔板上非传质区面积从图1a中的I和II两个弓形阴影区变成图3中一个阴影区I’，对于多降液管板式塔，采用本发明后，塔板上非传质区面积则从图1b中的三个阴影区变成了图4a中的中部条形阴影区和图4b中的两个月牙形阴影区。从而使非传质区在整块塔板上所占的面积比传统的溢流区面积要小3％以上，甚至达到20％，使塔板的有效传质面积明显增加；
2.由于采用了月牙形拖尾式悬挂降液管，使降液管流下的液体直接沿塔壁流下，并从塔板的一侧最边缘处向塔板的另一侧流动，从而使塔板上液体宏观流动状态处于较理想的“活塞流”状态，又由于月牙形溢流堰6和月牙形降液管7有一定的弧度，使整个塔板上的液体都均匀地流动，没有“死区”，因此有助于提高传质效率；
3.由于本发明的降液管7采用拖尾式悬挂降液管，出口处不占塔板面积，故它与传统塔板相比，相当于省出了图1中弓形区I的塔板面积，增加了塔板的有效传质面积。在塔径一定的情况下，本发明的生产能力(通量)与传统的塔相比可提高10-25％，有时可达35％(视传统的两个弓形区面积不同而异)。
4.本发明在省出的塔板面积区域上，不需增加其它异于该板传质元件的其它传质器件，结构简单，制作方便，经济且可靠。
附图说明：
图1为传统有降液管板式分离塔结构示意图，a为单降液管，b为多降液管；
图2为NYE改进的板式分离塔结构示意图；
图3为本发明的单降液管板式分离塔结构示意图，a和b为两种月牙形溢流堰和降压管的形状，a为尖头月牙形，b为平头月牙形；
图4为本发明的多降液管板式分离塔结构示意图；
图5为本发明的拖尾式降液管侧视示意图。
以下通过实施例进一步阐明本发明。
实施例一。乙醇一水分离体系，原塔径D＝1200mm，采用传统小孔筛板，单降液管型，塔板间距为HT＝500mm，弓形降液管的堰长lw＝876mm，宽度Wd＝190mm，降液管与溢流区所占面积为全塔横面积的20.4％，即有效传质面积为79.6％如图1a所示。采用本发明新结构后，仍然为单溢流型，板间距不变，溢流堰长为l′w＝930mm，宽度Wd′＝1.25mm。降液管尾部采用直线相交型连接，开口宽度b＝14mm。降液管尾部下沿距塔板高度h1＝25mm，如图3所示。测定显示，本发明所示塔的处理能力比原塔提高16.2％，塔底残液中乙醇含量比原塔降低83％。
实施例二。醋酸脱水塔，传统筛板双降液管型，D＝3200mm/3500mm。操作压力：塔顶111.7kpa，塔底189kpa。塔板数90块，板间距610mm/1450mm，弓形降液管的溢流堰宽Wd平均为332mm/842mm，弓形区I，II与中间降液管所占面积与塔横截面积之比为41％，如图1b所示。
采用本发明新结构，仍为双降液管，板数和板间距不变。溢流堰高度与原来相等，两侧溢流区形状由弓形变为月牙形，中间降液管宽度缩小，采用拖尾悬挂式降液管，总面积占塔横截面积的比例平均为7.8％，降液管尾部采用流线型连接，降液管中清液高度维持在100-200之间，其下沿距塔板高度h1＝50mm。新、旧结构塔操作显示：新结构塔生产能力比原来增加20％。同时，塔底醋酸纯度由原来的98.9％提高到99.3％。
Claims (3)
1.一种大通量板式分离塔，它主要由塔筒、塔板、溢流堰和降液管组成，其特征是靠塔壁的溢流堰(7)和降液管(8)，其横截面为月牙形。
2.根据权利要求1所述的板式分离塔，其特征是月牙形溢流堰(7)和降液管横截面的内侧弧长l′w为
(1/6)πD≤l′w＜(1/2)πD优选的长度为：
(1/5)πD≤l′w＜(2/5)πD (D为塔径)并使单个溢流堰划出的溢流横截面积(II)′不大于塔筒横截面积的5％。
3.根据权利要求1所述的板式分离塔，具特征是月牙形降液管(8)为拖尾悬挂降液管。
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