CN1286540C

CN1286540C - 气液接触组合元件设置方法及使用该方法的传质分离塔

Info

Publication number: CN1286540C
Application number: CN 200410093934
Authority: CN
Inventors: 杜佩衡; 董艳河; 杜剑婷
Original assignee: Hebei University of Technology
Current assignee: Hebei University of Technology; Hebei Polytechnic University
Priority date: 2004-12-14
Filing date: 2004-12-14
Publication date: 2006-11-29
Anticipated expiration: 2024-12-14
Also published as: CN1660464A

Abstract

本发明涉及一种气液接触组合元件设置方法及使用该方法的传质分离塔技术。该设置方法的特征在于先将气液接触组合元件设计为两种不同的高度，再把两种不同高度的气液接触组合元件在横、纵两个排列方向中的至少一个排列方向上分别间隔开安装设置在传质分离塔内的塔板上，并要使相邻的两个气液接触组合元件的喷射孔在高度上不处于同一水平面上，然后在塔板的每一个气液接触组合元件的下面对应开有升气孔，且在气液接触组合元件下口与塔板之间留有液流通道。该传质分离塔采用本发明气液接触组合元件的设置方法来安装气液接触组合元件。本发明在不影响传质分离塔原有性能基础上，可减少“对喷”和雾沫夹带，提高塔板利用效率和操作弹性。

Description

气液接触组合元件设置方法及使用该方法的传质分离塔

技术领域

本发明涉及一种气液连续接触传质分离塔的制造技术，具体为一种在石油、化工、制药、环保等领域的传质(如精馏、吸收)、传热等过程中普遍应用的气液连续接触传质分离塔内的气液接触组合元件设置方法及使用该方法的传质分离塔技术。国际专利分类号拟为Int.Cl⁷.B01J19/00。

背景技术

目前在石油、化工、制药、环保领域的传质、传热、增湿等过程中板式传质分离塔(以下简称板式塔)被广泛应用着。板式塔有多种类型，如泡罩塔、筛板塔、浮阀塔等。日特公昭46-31321公开了一种气液接触装置。该装置主要包括顶盖、开有多个喷射孔侧壁的帽罩以及水平塔板；侧壁与水平塔板之间有缝隙，水平塔板上开有一定形状的升气孔作为气体通路。其工作原理是：当塔底的气体上升时，经塔板上升气孔产生缩流，气体的压力能部分转化为其动能，同时气体的静压降低；水平塔板上的液体经所述的缝隙进入该气液接触装置内与由下面上升的气体进行接触形成气液混合物。在此过程中气液两相之间进行充分的传质、传热，随后气液混合物向上经侧壁上的喷射孔喷射而出，经气液分离后，气体通过升气孔继续向上进入上一层塔板，而大的液滴则落回到本层塔板上，并随液相主体向前流动最后经降液管流到下一层塔板，完成气液接触交换工作。根据传质分离塔直径的大小，一定数量的这种气液接触装置以均匀排列方式被安装在传质分离塔中相应的塔板上，构成传质分离塔的工作组件。显然，气液接触装置是板式塔的关键组件，它的形状、结构和排列设置方式与传质分离塔的性能和传质效率直接相关。

中国专利ZL 92232700.9、ZL 93218445.6和ZL 99200122.6都分别对气液接触装置进行了不同改进，取得了不同的技术效果。但它们都存在着一个共同的缺陷，即气液接触装置在传质分离塔内的排布设置方法不够科学，以致影响了气液接触装置的工作效率。所述的排布设置方法不够科学是指现有技术的气液接触装置的高度设计是同一的，在塔板上安装设置后也是等高的，这将使相邻的两个气液接触装置的喷射孔在工作时产生“对喷现象”，造成能耗损失，增加了雾沫夹带，影响传质效率。而如果为避免这种“对喷”，加大每排和每列相邻两个气液接触装置的间距，则必然要减少气液接触装置在塔板上的安装数量，也即减少了关键工作组件的数量，意味着传质分离塔的效率降低。另外“对喷现象”的存在，也影响喷射孔在喷射板或喷射罩上的开孔数量或开孔率，进而也影响传递交换的传质交换效率。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种气液接触装置在传质分离塔内的排布设置方法以及使用这种方法的传质分离塔设备。该方法简单而更科学，可提高传质分离塔的性能和效率。

本发明拟解决所述方法技术问题的技术方案是：设计一种气液接触组合元件的设置方法，其特征在于先将所述气液接触组合元件设计为两种不同的高度，再把所述两种不同高度的气液接触组合元件在横、纵两个排列方向中的至少一个排列方向上分别间隔开安装设置在传质分离塔内的塔板上，并要使相邻的两个气液接触组合元件的喷射孔在高度上不处于同一水平面上，然后在塔板的每一个所述的气液接触组合元件的下面对应开有升气孔，且在所述的气液接触组合元件下口与塔板之间留有液流通道。

本发明拟解决所述传质分离塔设备技术问题的技术方案是：设计一种传质分离塔，该传质分离塔采用本发明所述的气液接触组合元件的设置方法来安装气液接触组合元件。

本发明设计的一种气液接触组合元件的设置方法，由于所述气液接触组合元件设计为两种不同的高度，并且将其分别间隔开安装设置在传质分离塔内的塔板上，因而可明显减少现有技术所存在的“对喷现象”，在不影响传质分离塔原有性能的基础上，能使同排相邻的气液接触组合元件间的间距缩小，每排气液接触组合元件的间距也可以缩小，这样可以有效地提高喷射板或喷射罩上的开孔率，增加塔板上安装气液接触组合元件的数量，提高传质分离塔的处理能力，并有效地减少雾沫夹带，提高塔板利用效率和操作弹性；同时由于相对于现有技术全部是等高的气液接触组合元件而言，约有一半的气液接触组合元件的高度有所降低，因而节约了生产组合元件的使用材料，降低了制造成本；另外，由于本发明方法主要是传质分离塔内气液接触组合元件设置方法的调整或者重新布置，因而方法简单，易于推广实施，具有显著的经济效益。

本发明气液接触组合元件设置方法技术可以使传质分离塔的性能较原来的一些塔板组件的性能得到大幅度的改善与提高。例如，经试验测试表明，在相同的试验条件下，采用本发明技术的雾沫夹带量可以比采用垂直筛板时的雾沫夹带量减少60％～90％以上(以比较对象为基准。专利ZL 92232700.9、ZL 93218445.6和ZL 99200122.都是垂直筛板的改进，其性能与垂直筛板的性能接近，故此处采用行业惯用的垂直筛板数据进行比较。下同)；作为以气相过量雾沫夹带为上限的板式塔，采用本发明技术可提高塔板的操作上限，因而本发明技术在提高处理能力同时亦使得操作弹性提高15～25％；试验测试的结果亦表明，采用本发明技术开孔率较垂直筛板提高15％～30％，而处理能力却能比垂直筛板提高30％～80％以上。因此，在处理同样任务的情况下，本发明技术可减少设计要求的塔板数目以及塔板直径，从而降低了设备费用。

由于本发明型方法技术提高了塔板上的开孔率，加大了气体通道面积，所以可以使塔板阻力减少。试验表明，采用本发明组合件技术较垂直筛板阻力减少60～80％以上，且有效地减少了喷射罩对板上液体流道的占用，从而可减少液体的流动阻力。

附图说明

图1为本发明设置方法的一种实施例的示意图；

图2为本发明设置方法图1所示实施例的另一种方向的示意图；

图3为本发明设置方法及使用该方法传质分离塔的一种实施例的立体示意图；

图4为本发明设置方法及使用该方法传质分离塔的一种实施例的平面结构形状示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及其附图进一步叙述本发明：

本发明为一种传质分离塔内气液接触组合元件的设置方法(参见图1-4)，其特征在于先将所述气液接触组合元件2设计为两种不同的高度，再把所述两种不同高度的气液接触组合元件2在横、纵两个排列方向中的至少一个排列方向上分别间隔开安装设置在传质分离塔内的塔板4上，并要使相邻的两个气液接触组合元件2的喷射孔在高度上不处于同一水平面上，然后在塔板4的每一个所述的气液接触组合元件2的下面对应开有升气孔1，且在所述的气液接触组合元件2下口与塔板4之间留有液流通道。这里所述的把气液接触组合元件2设计为两种不同的高度，主要是指针对现有技术的气液接触组合元件的高度而言，新设计的气液接触组合元件2一种高度可维持不变，而另一种高度可有所降低。这种设计可以使本发明方法简单方便地用于现有传质分离塔的维修和改造。但并不排除气液接触组合元件2的两种不同高度都新设计。这种全新设计适用于传质分离塔的整体新设计。

本发明所述的把两种不同高度的气液接触组合元件2在横、纵两个排列方向中的至少一个排列方向上分别间隔开安装设置在传质分离塔内的塔板4上，应当包括：1.在横排方向上，把所述两种不同高度的气液接触组合元件2分别或俩俩间隔开安装设置在传质分离塔内的塔板4上；2.在纵列方向上，把所述两种不同高度的气液接触组合元件2分别或俩俩间隔开安装设置在传质分离塔内的塔板4上；3.在横排和纵列两个方向上，把所述两种不同高度的气液接触组合元件都分别相间隔开安装设置在传质分离塔内的塔板4上；还包括4.在相邻的两个横排上，把所述两种不同高度的气液接触组合元件分别错位排列安装设置在传质分离塔内的塔板4上(参见图3、4)。

为了确保减少乃至避免所述的对喷现象，除了设计两种不同高度的气液接触组合元件2，并按照所说气液接触组合元件的安装设置方法排列以外，本发明方法还要求安装气液接触组合元件2时，要使相邻的两个气液接触组合元件2的喷射孔在高度上不处于同一水平面上，否则无意义或意义不大。这不仅意味着与气液接触组合元件2的安装设置方法有关，也意味着与所述气液接触组合元件2的高度设计有关。本发明方法的进一步特征是所述的两种气液接触组合元件2的高度差可以根据实际工况以及工作介质的性质变化，一般在45～90mm之间变化。在这一范围内，设计时，最好把一个气液接触组合元件2的喷射孔对准其所相邻的气液接触组合元件2上最靠近该喷射孔水平面的两个喷射孔的中间，以避免相邻的气液接触组合件之间喷射孔处于同一水平面时可能产生的对喷。

在选定或设计好所述两种气液接触组合元件2的排列方式后，还需要在塔板4的每一个已经定位的所述气液接触组合元件2的下口或底面对应开有升气孔1，并且在所述的气液接触组合元件2的下口或底面与塔板4之间留有液流通道。液流通道的大小与传质分离塔的用途有关。这还说明，当利用本发明方法对现有传质分离塔进行技术升级改造时，不仅要更换所述的气液接触组合元件2，而且塔板4也需要同时更换。

使用了本发明所述方法技术改造或设计新的气液接触传质分离塔是一种新型的气液接触传质分离塔，其工作原理没有本质的变化，因此未述及的技术内容适用于现有技术。但由于本发明所述方法可大幅减少甚至避免了现有技术的“对喷现象”，因而可以使传质分离塔的性能大为提高，从而使新设计塔的直径减少，塔板数减少，这样可以大大节约投资，同时还可以降低能耗。

下面给出本发明方法的具体应用实施例：

实施例1：

氯乙烯单体低沸精馏塔(原塔径为600mm)，采用F1型浮阀塔板，塔板数为38块，塔板为单溢流型，降液管截面呈弓形，溢流堰长456mm，板间距300mm。其生产能力为3.0万吨PVC/年，产品氯乙烯中含C₂H₂量≤10～20ppm。曾用垂直筛板塔改造该低沸塔(只更换塔板，其它如塔径、塔板数、板间距等均不变)，结果生产能力提高至5.5万吨PVC/年，产品氯乙烯中含C₂H₂量降至0(仪器检测不出来，下同)，塔板阻力降至原来的60％左右。采用本发明方法改造用垂直筛板改造过的同一型号的另一低沸塔，塔径不变，塔板数降为32块，产品氯乙烯中含C₂H₂量为0，生产能力可提高至8.5万吨PVC/年，塔板阻力又比垂直筛板改造过的低沸塔降低约30％，操作弹性则达到4.5以上。

实施例2：

饱和热水塔(化肥行业中变换气热量回收，并将此热量转化成水蒸气，使半水煤气饱和，为传热与增湿相结合的操作)，原塔径为2200mm，采用矩鞍型填料(饱和段填料层高5.0m，热水段填料层高4.5m)。在半水煤气水蒸气饱和度≥95％的条件下，生产能力为5.5万吨NH₃/年的半水煤气(21600Nm³/h)与变换气(27000Nm³/h)。在塔径、塔高等均不变的前提下，饱和段与热水段分别用13块与8块垂直筛板取代原矩鞍型填料，同样在半水煤气水蒸气饱和度≥95％的条件下，与原矩鞍型填料塔相比，改造后节省锅炉蒸汽约400kg/吨NH₃，而生产能力达到7.5万吨NH₃/年。采用本发明方法再次改造该热水塔(塔板数、板间距等均与垂直筛板相同，只更换塔板)后，在半水煤气水蒸气饱和度≥95％的条件下，与原矩鞍型填料塔相比，节省锅炉蒸汽约600～650kg/吨NH₃，比用垂直筛板改造此热水塔又提高了50-62.5％；生产能力达到12万吨NH₃/年，比原矩鞍型填料塔提高了167％，比垂直筛板改造的该热水塔提高了60％。

Claims

1.一种气液接触组合元件的设置方法，其特征在于先将所述气液接触组合元件设计为两种不同的高度，再把所述两种不同高度的气液接触组合元件在横、纵两个排列方向中的至少一个排列方向上分别间隔开安装设置在传质分离塔内的塔板上，并要使相邻的两个气液接触组合元件的喷射孔在高度上不处于同一水平面上，然后在塔板的每一个所述的气液接触组合元件的下面对应开有升气孔，且在所述的气液接触组合元件下口与塔板之间留有液流通道。

2.根据权利要求1所述的气液接触组合元件的设置方法，其特征在于所述两种不同高度的气液接触组合元件在横、纵两个排列方向上分别相间隔开安装设置在传质分离塔内的塔板上。

3.根据权利要求1或2所述的气液接触组合元件的设置方法，其特征在于所述的两种不同高度气液接触组合元件的高度差为45～90mm。

4.一种采用了权利要求1或2所述气液接触组合元件的设置方法的传质分离塔。

5.一种采用了权利要求3所述气液接触组合元件的设置方法的传质分离塔。