CN1978025A - 一种三层高效高速气液传质塔板 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种三层高效高速气液传质塔板，包括塔板1、板孔2、升气筒3、降液管4，塔板1上设有板孔2，塔板1与升气筒3相连，塔板1与降液管4联结，塔板1分三层，塔板1上由一个以上的由板孔2和升气筒3组成的传质元件并联构成，塔板1的底层为气液分散板，底层塔板与传质元件之间有间隙；中层塔板为集液板，与升气筒4顶部相连，且集液板与降液管联结；顶层塔板为雾沫挡板，气液相在元件内充分接触传质，而各层塔板上只是气相和液都是单相流动，传质前后液体完全不混合。气液传质后，液相通过传质元件和雾沫捕集板共同实现与气相的分离。该构形结构简单，能够消除放大效应、增大处理能力、强化传质。

Description

一种三层高效高速气液传质塔板

技术领域

本发明涉及一种主要用于石油和化学加工工业板式塔中的传质塔板，具体地说，是一种三层高效高速气液传质塔板。

背景技术

板式塔是最常见的气、液传质设备，塔板类型一般以鼓泡类的泡罩塔板、浮阀塔板和筛孔塔板为主，随着塔器技术的发展，对分离设备的要求也越来越高，相继开发了很多新型的塔板和内构件，以适应不断增长的需求。

板式塔内件的改进基本上都围绕塔板上气液接触构型、吹气方式、塔板空间的合理利用、减少机械阻力等方面的改进，以降低雾沫夹带、泄漏等，提高塔板的处理能力；或减少返混、提高塔板效率；改善降液管结构和形式，提高降液管液泛处理能力以及其它机械结构等方面进行的改进，因此这些新构形都属于泡罩塔板、浮阀塔板、筛孔塔板的改进和发展，塔设备的处理能力和传质效率还要受气、液两相的重力分离(涉及气相主体流动中的液滴分离和液相主体流动中的气泡分离问题)的限制而使处理能力无法产生质的突破。

由此看来，要提高板式塔的处理能力和传质效率，必需考虑利用超重力实现气液相分离的办法。高度喷射类的塔板正是利用气液相间的密度差，气液相高速运动时存在的惯性惯性力差来实现的气液相分离，可以不受自然重力的制约。

喷射类塔板相对来说更适用于气相负荷相对较高的操作体系，它与鼓泡类塔板产生用于气液传质的相界面的机制完全相同，都消耗气体的能量，都存在着放大效应的影响问题、先天性的液体滞留区的影响等问题，控制塔设备生产能力的因素是气液密度差和塔板上的气液分散程度。

目前常见的喷射提升类塔板主要有垂直筛板(VST)类塔板，它是1963年日本三井造船株式会社开发的一种塔板，由开孔的塔板和侧壁开孔的VST罩构成，其操作原理为气体通过板孔喷射，形成伯努利效应，在板孔附近形成低压区，将塔板上的液体卷吸、提升到VST罩中，然后气体携带着备分散的液相由管壁上的开孔水平喷出，进行传热传质。1968年日本三井造船株式会社对VST塔板进行了改造，发展了新型垂直筛板，并申请了多项专利(专利号：“US3,633,882”，“US3,779,527”)。与普通塔板相比，该塔板雾沫夹带相对降低，处理量显著增大，但是该塔板操作在大处理量时，板效率明显降低，同时塔板压降较高。

从80年代起，中国对VST塔板进行了大量的研究，涉及大连工学院的文丘利开孔，西北工业大学的矩形VST罩和不同结构的VST罩壁开孔，河北工业大学的CTST塔板，还有天津大学开发的“气液并流喷射接触无返混式塔板装置”(专利号：98124512.9)等。

现有喷射提升类塔板存在的主要问题如下所示：

(1)在大处理量下塔板效率会急剧下降。现有喷射提升类塔板的发展主要体现在对喷射元件罩子的改进，未对造成大处理量时板效率降低的原因进行分析，顶罩结构改进后虽然可以改善传质后气液两相的分离，降低雾沫夹带，但实际上经过实验研究发现，造成塔板板效率降低的原因是由于高气速操作时液体相对提升量的降低造成的，而现有喷射类塔板基本上都是通过传质元件底隙从塔板上吸液，必需要形成足够的负压才能保证液体的提升量，这就要求有足够高的气速，以牺牲塔板压降为代价，并且气速高到一定程度后对提升量的影响甚微。

(2)传质后的液体与未传质(未提升)的液体发生混合是其板效率低的另一种主要原因。而且，液体在提升管射流的初始段存在着液体循环问题，也会制约液体提升量的提高。有些专有技术虽然在传质塔板上方再增加一层塔板，用来收集传质后的液体，能解决液体返混的问题，但会大大增加塔板压降和结构的复杂化，造成不必要的能耗损失。

(3)现有喷射类塔板还有一个共同缺点是塔板压降大，因为该类塔板的固有特点就是利用高气速下在传质元件入口形成负压，吸引液体上升，而且在传质元件的顶部还要加上罩子或填料，这种输液方式的局限性会增大流体通过塔板的阻力系数，降低操作能力上限，而且也制约了该类塔板的使用范围。

(4)顶上加罩子，虽可加速相分散，能强化传质，在一定程度上提高传质效率，但也增加了相分离的困难，两个元件之间的对喷会加速雾沫夹带，降低塔设备的操作上限。

(5)现有塔板结构复杂、造价高，检修维护难度大，不能应用于易结焦体系和减压操作。发明目的

发明内容

本发明的目的在于提出一种三层高效高速气液传质塔板，塔板分为三层，气液分散板上由多个传质元件并联构成，塔板上没有滞留区，能消除塔设备规模扩大产生的放大效应；传质元件上不设顶罩，但气液分散板上有集液板和雾沫挡板，可以降低塔板压降并保证相分离的效果；采用离心分离技术，突破重力场的限制，允许在高气速和大喷淋量下操作，增加湍动程度和相接触面积，有效提高处理能力和塔板效率，，使传质过程得到强化。

本发明是这样实现的：

包括塔板1、板孔2、升气筒3、降液管4，塔板1上设有板孔2，塔板1与升气筒3相连，塔板1与降液管4联结。

塔板1分三层，，塔板1上由一个以上的由板孔2和升气筒3组成的传质元件并联构成，塔板1的底层为气液分散板，底层塔板与传质元件之间有间隙；中层塔板为集液板，与升气筒4顶部相连，且集液板与降液管联结；顶层塔板为雾沫挡板。

塔板1的顶层雾沫挡板上设置筛孔、浮阀、泡罩或者网孔传质构形。

由板孔2和升气筒3组成的传质元件为可插式构件。

塔板1上的由板孔2和升气筒3组成的传质元件或着直圆筒、或圆锥形结构，或着多边形直筒或着多边形锥筒结构，或着采用弧线形直筒和弧线形锥筒结构。

本发明的优点在于：

(1)本结构的特征是底层塔板上由多个传质元件并联构成，从底层塔板来的气液相高速流动进入传质元件，发生气液相分散，传质主要发生在元件中，气相和液相在元件外的流动基本是相对无关的单相流动，因为传质过程是在每个传质单元内进行的，所以可将整个塔板上的气液相传质过程分割成一个一个小的单元内进行，因而可消除塔设备规模扩大引起的放大效应。

(2)本结构的传质元件上没有顶罩，而是将单个元件的顶罩汇集为一层液体雾沫捕集板，所以结构简单，但是又能保证了从传质元件出来的气液相之间的分离，将被气体夹带上去的液体进行阻挡和捕集。与现有技术相比，该结构比元件带顶罩的结构的压降低，从而提高了设备的处理能力，并且喷出液滴在向上层板运动的过程中先经过自然沉降然后再被雾沫挡板阻挡和捕集，对液体的捕集较彻底，降低了液体的返混。

(3)传质前的液体由上层降液管送到气液分散板，然后与气相并流进入传质元件，传质后的液体从元件顶部喷出后大部分落到集液板上，剩下的液体被气体夹带后由雾沫挡板阻挡和捕集。因此，可解决传质后的液体与未传质(未提升)的液体发生混合的问题，能够改善塔板效率。

(4)本结构采用离心分离技术，突破了目前常用鼓泡类塔板气液相分离受自然重力差的制约，允许在高气速和大喷淋量下操作，因此相分离可以得到强化，极大地提高设备的处理能力。

(5)该构型的降液管比常规塔板的要长，一直伸到下层塔板下方，因此可以延迟降液管液泛，大大提高液相处理能力，对起泡体系的适应性也增强。

(6)该塔板结构简单，容易实现，板间距可以较低，对现有塔设备进行改造时只需更换塔板，内构件不需变动，改造费用较低，而且可针对不同体系和不同操作工况作调整，应用灵活。

附图说明

附图为本发明的结构示意图。

具体实施方式

如附图所示，本发明涉及的一种三层高效高速气液传质塔板，塔板1包括三层，底层为气液分散板，板上由多个传质元件并联构成，元件包括板孔2和升气筒3，底层塔板1与元件有间隙；中层塔板为集液板，与升气筒4顶部相连，捕集升气筒3喷出的液体，并且集液板与降液管4联结；顶层塔板1为雾沫挡板，阻挡和收集被气体夹带上去的液体雾沫。其特点是气液相在元件内充分接触传质，而塔板1上只是气相和液相的单相流动，离开元件后气液相分离，液体大部分被集液板捕集，液体雾沫被上层雾沫挡板阻挡和收集。顶层雾沫挡板上可以设置筛孔、浮阀、泡罩或者网孔等传质构形。气液分散板上的传质元件为可插式构件，其大小尺寸可以相同，也可以不同，根据具体的工艺条件进行设计。传质元件可以采用直圆筒或圆锥形结构，也可以采用多边形直筒和多边形锥筒结构，还可以采用弧线形直筒和弧线形锥筒结构。

本构型利用“小塔无放大效应，大塔有放大效应并随着塔径的增加而猛增”的现实，提出了通过无数个“小塔”来并联构造“大塔”的新机制，可以按传质元件的个数将塔板1划分为若干个区域，气液传质过程只是在元件内发生，而塔板1上只是气相和液相的单相流动，所以传质元件的气液接触传质效果不受塔设备规模的限制，塔板上基本没有滞留区，可以显著降低甚至消除塔设备规模扩大引起的放大效应。

本结构的传质元件上没有顶罩，而是将单个元件的顶罩汇集为一层液体雾沫捕集板，所以结构简单，但是又能保证了从传质元件出来的气液相之间的分离，将被气体夹带上去的液体进行阻挡和捕集。与现有技术相比，该结构比元件带顶罩的结构的压降低，从而提高了设备的处理能力，并且喷出液滴在向上层板运动的过程中先经过自然沉降然后再被雾沫挡板阻挡和捕集，对液体的捕集较彻底，降低了液体的返混。

传质前的液体由上层降液管4送到气液分散板，然后与气相并流进入传质元件，传质后的液体从元件顶部喷出后大部分落到集液板上，剩下的液体被气体夹带后由雾沫挡板阻挡和捕集。因此，可解决传质后的液体与未传质(未提升)的液体发生混合的问题，能够改善塔板效率。

本结构采用离心分离技术，突破了目前常用鼓泡类塔板气液相分离受自然重力差的制约，允许在高气速和大喷淋量下操作，因此相分离可以得到强化，极大地提高设备的处理能力。

该构型的降液管比常规塔板的要长，一直伸到下层塔板下方，因此可以延迟降液管液泛，大大提高液相处理能力，对起泡体系的适应性也增强。该塔板结构简单，容易实现，板间距可以较低，对现有塔设备进行改造时只需更换塔板，内构件不需变动，改造费用较低，而且可针对不同体系和不同操作工况作调整，应用灵活。

Claims (5)

1、一种三层高效高速气液传质塔板，包括塔板(1)、板孔(2)、升气筒(3)、降液管(4)，其特征在于：塔板(1)上设有板孔(2)，塔板(1)与升气筒(3)相连，塔板(1)与降液管(4)联结。

2、根据权利要求1所述的一种三层高效高速气液传质塔板，其特征在于：塔板(1)分三层，，塔板(1)上由一个以上的由板孔(2)和升气筒(3)组成的传质元件并联构成，塔板(1)的底层为气液分散板，底层塔板与传质元件之间有间隙；中层塔板为集液板，与升气筒(3)顶部相连，且集液板与降液管(4)联结；顶层塔板为雾沫挡板。

3、根据权利要求2所述的一种三层高效高速气液传质塔板，其特征在于：塔板1的顶层雾沫挡板上设置筛孔、浮阀、泡罩或者网孔传质构形。

4、根据权利要求2所述的一种三层高效高速气液传质塔板，其特征在于：由板孔2和升气筒3组成的传质元件为可插式构件。

5、根据权利要求2所述的一种三层高效高速气液传质塔板，其特征在于：塔板1上的由板孔2和升气筒3组成的传质元件或着直圆筒、或圆锥形结构，或着多边形直筒或着多边形锥筒结构，或着采用弧线形直筒和弧线形锥筒结构。

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