CN1541742A - 一种栅缝降膜脱挥塔 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的一种栅缝降膜脱挥塔由塔体、液体分配器及塔芯组成，所述塔芯包括立柱和多层栅板，其截面为正方形或矩形，立柱四根分立于塔芯四角。各栅板层有一对横梁、多根栅条及相应的导流构件，横梁位于栅板层对边，固定在立柱上；栅条与横梁垂直，导流构件置于栅条的栅缝间，液体穿过各层栅缝降膜，产生巨大脱挥界面，本发明的特殊设计保证各层膜面充分更新。该栅缝降膜脱挥塔结构简单、脱挥效率高、操作弹性大、制造和运行费用低，可广泛用于各种化工脱挥操作单元中。

Description

一种栅缝降膜脱挥塔

技术领域：

本发明涉及一种重力降膜脱挥塔，特别涉及一种膜面不断更新的高比界面栅缝降膜脱挥塔。

背景技术：

脱挥是化工生产的一个重要环节，其任务是把挥发性物质从液相转移到气相。提高脱挥效率的主要途径包括：

1、提高脱挥体系温度；

2、减小气相中该挥发组份的分压；

3、加大气液界面；

4、及时更新界面。

脱挥体系温度受制于工艺条件许可，减小挥发组份气相分压可通过控制脱挥器操作压力或采用惰性气体为载体来实现，加大气液界面和界面更新则主要取决于脱挥器结构。

目前已有多种形式的脱挥器在工业装置中运行。管内降膜或流下液柱(滴)型脱挥器能提供相当大的气液界面，但界面基本不更新，且停留时间不可控，可能因时间不足影响脱挥效果。配置单轴或双轴多圆盘(网)搅拌的卧式脱挥器虽能一定程度上有效更新界面并可调整液位控制停留时间，但结构过于复杂，制造和运行成本高。为保证成膜率，这类脱挥器底部必须有足够液层深度，静压头对脱挥效果有负面影响。

发明内容：

本发明的目的是提供一种新型栅缝降膜脱挥塔，其特点为气液界面大，更新好，全部物料均处于薄膜状态，且结构简单，制造、运行费用低。

本发明提供的新型栅缝降膜脱挥塔，是发明人先期授权专利ZL 97 121654.1“一种栅板式聚酯缩聚塔”的进一步改进和拓展，其结构明显不同于原缩聚塔，成膜范围更宽，性能更稳定，应用领域更广，属于新一代脱挥塔。

本发明提供的新型栅缝降膜脱挥塔由塔体(1)、液体分配器(2)和塔芯(3)组成。所述塔体通常为圆筒形，操作压力较低时截面亦可为正方形或矩形，其功能是为脱挥操作提供工艺要求的温度和压力环境；塔体包括顶盖(1-1)、塔身(1-2)、塔底(1-3)，彼此以法兰连接，亦可将塔身和塔底做成一体。所述顶盖设进料口a，气相出口c。所述塔底设物料出口b。顶盖、塔身、塔底外均设保温夹套或外盘管，各置一对或几对热媒进、出口d、e。除上述接口外，尚可设置各种检测仪表或其它必要的接口。

所述液体分配器置于顶盖内或塔身上部，与进料口相接，其功能为使入塔物料均匀分布在首层栅板上。

所述塔芯截面通常为正方形，亦可为矩形或其它形状，其组成包括立柱(3-1)和多层栅板(3-2)。塔芯的功能是使物料形成巨大的膜面并使膜面不断更新。所述立柱一般为四根，通常为角钢或其它型钢，分立截面为正方形或矩形的塔芯的四角。立柱(3-1)上部设挂耳(3-1-1)，塔身(1-2)上部设支撑架(1-2-1)，挂耳置于支撑架上方，用螺栓连接，把塔芯固定在塔体内，便于拆卸；立柱(3-1)下部设定位块(3-1-2)，塔体下部设配套限位装置(1-2-2)，用于限止塔芯底部摆动，但允许温度变化材料涨缩时塔芯在塔体内上下滑动。

所述塔芯栅板层数取决于工艺要求的膜面更新次数，通常为2-500层，优选5-200层。各栅板层有一对横梁(3-2-1)、多根(至少两根)栅条(3-2-2)和对应的导流构件(3-2-3)。典型的栅板层立柱、横梁、栅条、导流构件的单元配置见图2。所述横梁位于栅板层对边，同一层高度呈水平状，焊接或用螺栓与立柱固定，相邻两栅板层横梁的方向同向或90°交错，其水平标高间隔称为层距通常为20-500mm，优选40-250mm，各层层高可相同亦可不同。各栅板层的栅条根数根据脱挥体系的流量、粘度及塔的大小确定，栅条方向与横梁垂直，栅条可单排、双排或多排平行水平阵列。栅条截面为三角形或用薄金属条折成角形，也可采用圆管、菱形管或其它截面形状。最外侧栅条为一斜板条或有较高直边的折弯条(3-2-2’)，兼作保持栅板层液位的挡板。栅条与横梁焊接固定，也可以在横梁上开孔将栅条插入固定。

所述栅条宽度及高度取决于刚性，栅条越长，宽度及高度(主要是高度)越大，必须保证栅条挠度不超过许可范围。相邻两栅条间缝隙宽度称栅缝是决定脱挥效果的关键之一，应根据物料粘度、表面张力、挥发性组分含量以及流量和操作压力等参数计算或实验确定。在高粘度、高流量场合，可将栅板层中诸栅条呈双排或多排阵列，提高其通过能力；此时，上、下层栅条宽度可相同，亦可不同。如物料粘度或含气量有较大变化，则应从上到下逐渐调整栅条宽度或栅条根数以改变栅缝宽度。

所述导流构件由导流(丝)网(3-2-3-1)和起固定导流(丝)网作用的顶条(3-2-3-2)组成，导流(丝)网可采用金属丝、金属丝编织网、金属薄板、金属薄板冲孔网、用金属薄板切缝后拉制的菱形孔网即钢板拉网；如需在塔内补加或移走热量导流网可采用如图3所示的金属波纹管板，即将两张波纹板相对并合，接触处碰焊固定组成管板，波纹管板内通加热或冷却介质。如操作温度低，导流(丝)网亦可采用塑料等非金属材料。导流构件与栅条平行，置于两栅条间栅缝处，其顶条与横梁焊接，或在横梁上开孔将顶条嵌入固定。最外侧顶条(3-2-3-2’)加高兼作保持栅板层液位的挡板。导流(丝)网也可以直接固定在栅条下方省去顶条。

为进一步扩大脱挥操作弹性，本发明提供了一种溢流式成膜方式，即顶条位于栅条两侧组成栅斗，此时顶条成为溢流堰板，液体流量或粘度较小时栅斗内液位低于顶条顶部，物料仅穿过栅条和顶条间缝隙降膜，如流量或粘度加大，部分物料溢过顶条，顺顶条外侧降落，和从栅条与顶条间缝隙流出的物料合并沿丝网降膜，该方式设计有效扩大了流量、粘度适应范围，操作弹性更大。

在每层栅板中，物料凭重力穿过栅缝沿导流构件降膜，提供巨大的脱挥界面。

为更新界面，相邻两栅板层可采用以下三种布置：

甲、同向排列，上、下层栅条错开半个膜距或斗距：

1、单排栅条同向排列如(图4)所示；

2、双排栅条同向排列如(图5)所示；

3、溢流成膜方式同向排列可选择以下三种结构：

1)栅条双排设置，栅斗位于下排，上排栅条宽不小于位于其下方的两栅斗间间隙宽度，如(图6)所示；

2)取消上排栅条，相邻两栅斗间间隙小于栅斗宽度，如(图7)所示；

3)取消上排栅条，相邻两栅斗的导流(丝)网的下部彼此倾斜，相互靠拢如(图8)所示；

乙、交错排列：

1、单排栅条上下层交错排列如(图9)所示；

2、双排栅条上下层交错排列如(图10)所示；

3、溢流成膜方式上下层交错排列：栅条双排设置，上排栅条宽不小于位于其下排的两栅斗间间隙如(图11)所示。

丙、甲、乙两种方式混用。

本发明的栅缝降膜脱挥塔是这样工作的：

物料从塔顶进料口a入塔，经液体分配器均匀落入首层栅板，穿过栅缝顺导流丝网降膜，液膜受第二层栅条阻挡，穿过该层栅缝顺导流丝网降膜，液膜又受第三层栅条阻挡，穿过该层栅缝顺导流丝网降膜，……，直至穿过最底层栅缝落入塔底，经出料口b离塔。

降膜过程中从膜面脱除的气体穿过液膜间的窄缝空间经塔体(1)与塔芯(3)之间的弓形区域汇向塔顶，从c口离塔。

各栅板层是这样实现膜面更新的：

1、相邻两层栅条错开半个膜距或栅斗距同向排列：

沿上层导流丝网降落的液膜刚好落在下层栅条的角顶被劈成两半，相邻两上层液膜的左右两半在其间栅缝处汇合后穿过该层栅缝顺导流丝网降膜，在上述液膜分合过程，两片上层液膜原相邻表面被夹入下层液膜中央，原中心层则被暴露为下层液膜的左右膜面，实现膜面更新。

2、相邻两层栅条90交错：

在每层栅板，物料纵横混合，因相邻两层液膜方向垂直，实现膜面更新。

本发明提供的栅缝降膜脱挥塔用途极广，适用于粘度0.2mPa·s-2000Pa·s的液体脱挥，可广泛用于石油化工、精细化工、医药、食品等行业。与传统脱挥器比较具有以下优点：

1、脱挥界面大，单位体积物料拥有的脱挥面积高；

2、界面更新充分；

3、操作弹性大，脱挥效率高；

4、适用范围广，可用于粘度为0.2mPa·s-2000Pa·s的物料脱挥。

5、无流动死角，无轴向返混；

6、全部物料均为薄膜态，避免了静压头对脱挥效果的负面影响。

7、结构简单、维修方便、制造及运行费用低。

附图说明

图1为栅缝降膜脱挥塔结构剖面示意图。

图2为栅板层的立柱、横梁、栅条、导流构件的单元配置示意图。

图3为金属波纹管板导流网示意图。

图4为单排栅条、上下栅板层同向排列结构示意图。

图5为双排栅条、上下栅板层同向排列结构示意图。

图6为溢流成膜、栅条双排设置、栅斗位于下排，上、下栅板层同向排列结构示意图。

图7为溢流成膜、栅条单排设置，上、下栅板层同向排列结构示意图。

图8为溢流成膜、栅条单排设置，上、下栅板层同向排列、相邻栅斗的两相邻导流网下部彼此倾斜、相互靠拢的结构示意图。

图9为栅条单排设置，上、下栅板层交错排列结构示意图。

图10为栅条双排设置，上、下栅板层交错排列结构示意图。

图11为溢流成膜，上、下栅板层交错排列结构示意图。

具体实施方式：本发明用下列实施例来进一步说明本发明，但本发明保护范围并不限于以下实施例。

实施例一：高粘聚酯终缩聚塔

塔径1600mm，高8000mm。塔芯1000mm×1000mm×6000mm，设80层栅条，交错垂直，溢流式，顶层栅距15mm，底层栅距37.5mm。入塔预聚物特性粘度0.3，温度285℃，流量2500公斤/小时。塔内压力100Pa。出塔聚合物特性粘度0.85。

实施例二：环氧乙烷水溶液脱CO₂

环氧乙烷水溶液水合  反应前须脱除CO₂，避免腐蚀设备。

脱气塔直径1000mm，高7500mm，塔芯620mm×620mm×5000mm，设置80层栅条，混合排列，栅距8mm。

含2％二氧化碳的环氧乙烷水溶液入塔，温度40℃，流量60,000公斤/小时。塔内压力0.135MPa。出塔环氧乙烷水溶液中二氧化碳可脱净。

Claims (10)

1、一种栅缝降膜脱挥塔由塔体(1)、液体分配器(2)和塔芯(3)组成，其特征在于所述塔体为圆筒形、正方形或矩形；所述塔芯包括立柱(3-1)和多层栅板(3-2)，四根立柱分立截面为正方形或矩形的塔芯的四角；栅板层数为2-500层，相邻两栅板层的层距为20-500mm。各栅板层有一对横梁(3-2-1)、多根(至少两根)栅条(3-2-2)和对应的导流构件(3-2-3)，横梁位于栅板层对边，同一高度呈水平状固定在立柱上；栅条方向与横梁垂直，可单排、双排或多排水平、平行阵列固定在横梁上，栅条截面为三角形、用薄金属条折成的角形、园管或其它截面形状；导流构件由导流网(3-2-3-1)和起固定导流网作用的顶条(3-2-3-2)组成，导流构件与栅条平行，置于两栅条的栅缝间，其顶条固定在横梁上；所述栅板层的最外侧栅条为一斜板条或为一有较高直边的折弯条(3-2-2′)，兼作保持栅板层液位的挡板；或所述栅板层最外侧导流构件的顶条加高兼则作保持栅板层液位的挡板。

2、根据权利要求1的一种栅缝降膜脱挥塔，其特征在于所述立柱上部设挂耳(3-1-1)，塔身(1-2)上部设支撑架(1-2-1)，挂耳置于支撑架上方，用螺栓连接，把塔芯(3)固定在塔体内；立柱下部设定位块(3-1-2)，塔身下部设限位装置(1-2-2)用于限止塔芯底部摆动。

3、根据权利要求1的一种栅缝降膜脱挥塔，其特征在于所述多层栅板层数(3-2)为5-200层，相邻两栅板层的栅距为40-250mm。

4、根据权利要求1的一种栅缝降膜脱挥塔，其特征在于相邻两栅板层栅条排列方式为：a、同向排列，但上、下层栅条错开半个膜距；b、上、下层栅条90°交错排列；c、同向与90°交错混合排列。

5、根据权利要求1的一种栅缝降膜脱挥塔，其特征在于所述导流(丝)网为金属丝、金属丝编织网、金属薄板、金属薄板冲孔网、钢板拉网、金属波纹管板或非金属材料网；导流(丝)网也可直接固定在栅条下方，省去顶条。

6、根据权利要求5的一种栅缝降膜脱挥塔，其特征在于所述金属波纹管板为将两张金属波纹板相对并合，接触处碰焊固定组成管板，管板内通加热或冷却介质。

7、根据权利要求1的一种栅缝降膜脱挥塔，其特征为采用溢流式成膜，顶条位于栅条两侧组成栅斗，顶条成为溢流堰板。

8、根据权利要求7的一种栅缝降膜脱挥塔，其特征为相邻两栅斗的相邻两顶条上方设一栅条，栅条宽度不小于其下方两顶条间的间距，相邻两栅板层栅斗(条)90°交错或者同向排列、但错开半个栅斗距。

9、根据权利要求7的一种栅缝降膜脱挥塔，其特征为相邻两栅板层栅斗同向单排阵列但错开半个栅斗距，相邻两栅斗的相邻两顶条间的间距小于同一栅斗两侧顶条间间距或相邻两栅斗的相邻两导流(丝)网向内折拢。

10、根据权利要求1的一种栅缝降膜脱挥塔，其特征在于所述栅板层的栅条从上到下各层栅缝宽度递增。

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