CN201775974U - 双螺旋液体同向流塔 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种双螺旋液体同向流塔，是一种在化工、炼油、石化、制药、环保等领域的传质、传热等过程中的气液接触设备。它包括塔体和多层连续传质塔板，每层连续传质塔板包括塔板、立体传质元件和降液系统，其降液系统能够使每层塔内的液体呈双螺旋方式同方向向下流动，使得塔板上不留有滞留区，增加了有效传质面积，增大了处理能力，大大提高了塔板上的气液传质平均推动力，进一步提高了塔板的传质效率。

Description

双螺旋液体同向流塔

技术领域

本实用新型涉及一种气液接触设备，特别是一种在化工、炼油、石化、制药、环保等领域的传质、传热等过程中普遍应用的一种液体并流塔。

背景技术

目前，在石油、化工、制药、环保等领域的传质(如精馏、吸收、解吸、气提等单元操作)、传热等过程中应用的气液接触设备多为板式塔，板式塔以筛板式、浮阀式和泡罩式等液相连续型塔板为基本类型，是在一个筒形的塔体内分别设置多层塔板，塔板上还设置一些传质元件。一些新开发的塔板也是这几种塔板的改进形式，这些塔板的处理能力较小、塔板效率低，而且压降大、能耗也相对较高。近年来出现了一些气相连续型塔板，如垂直筛板式及其后续发展形式，其处理能力和效率等方面都有明显的提高，但还是存在一些不足，如罩体过多占用塔板上的液体通道，在液相处理量大时会产生较大的液面梯度，影响气液正常接触；并且气相连续型塔板的发展一般局限在气液传质元件结构和排布的改进，基本都是采用了气液错流接触的传统方式，气相经过塔板上的开孔逐级上升，液相通过降液管和塔板逐级下降，液相在相邻的两层塔板上形成逆向流动状态，气相和液相在塔板局部形成错流状态。但是不管是气相连续型塔板还是液相连续型塔板，由于相邻塔板间液体的流向相反，因此都存在弓形滞缓区和周边死区，大约占塔板面积的20-30％，致使有效传质区大为减少，并且返混现象严重，大大影响分离效率。

Lewis推导的同向流效应为：当相邻两层精馏塔板液体流动方向相同时，塔板上的传质推动力最大，塔板效率最高。并且经研究进一步指出，Lewis同向流效应是塔板效率提高20％以上唯一可行的策略。1981年，Jenkins首先提出了Parastillation的同向流塔结构，并对其进行了实验研究，在相同的分离要求下，并流塔板分离效率大幅提高、所需回流比也大幅度降低；后人对该塔型进行了更为深入的研究和改进，结果证明同向流结构对精馏塔塔板效率的提高有明显促进作用，但由于设备和技术经济性问题，至今未见该类型塔板工业化的报道。Kuhni公司提出的Slit塔板，是Lewis同向流效应的直接工业实施，可以有效消除常规错流塔板的液体滞留区和增加塔板的鼓泡面积，从而在确保传质分离效果的基础上大大提升生产处理能力，但该塔板采用液相连续(鼓泡)型操作，传质区域仅限在塔板上的液层，不能尽显同向流效应大幅提高分离效率的优势。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种能够增大传质推动力，提高分离效率的大通量立体传质液体并流塔。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：

一种双螺旋液体同向流塔，包括塔体和多层连续传质塔板，每层连续传质塔板包括设置有升气孔的塔板、位于升气孔上方的立体传质元件和降液系统；所述每层连续传质塔板分成互相独立的两部分，每个独立的塔板上均设置有一套降液系统，降液系统为夹板式降液管，每套降液管包括降液板I、降液板II、降液挡板和溢流堰，平行设置的降液板I、降液板II之间为降液通道，降液通道上端、降液板I上设置有垂直于塔板的溢流堰；降液挡板垂直位于塔板上，其长度小于塔内径；降液板I、降液板II与降液挡板垂直设置，降液板I的上端与上层塔板上的另一降液管的溢流堰连接，下端与下一层的另一相交错的塔板固定连接；与降液板I平行设置的降液板II的上端与上层塔板上另一降液管的降液板I的下端连接，降液板II的下端与塔板之间设置有液体流出通道。

本实用新型所述降液管的改进在于：所述同一塔板上两套降液管的降液板II的上沿均位于与降液挡板垂直的塔内直径上，两套降液管降液板I的下沿位于下层塔板上、且与降液挡板垂直的直径重合。

所述降液板的改进在于：所述平行设置的降液板结构为折流式、直降式或曲线式中的任意一种。

本实用新型所述塔板的改进在于：所述塔板上升气孔的形状为矩形、弧形、圆形、梯形或它们的组合中任意一种。

本实用新型所述立体传质元件的改进在于：所述立体传质元件为帽罩，帽罩包括侧板、顶板和位于侧板下端用于与塔板固定连接的支脚，顶板与侧板之间的空隙为天窗，帽罩与塔板之间留有的空隙。

所述帽罩的改进在于：所述帽罩的侧板上设置有喷射孔，喷射孔的形状为圆形、矩形、栅板形或类鳞形中的任意一种。

本实用新型的改进还在于：所述帽罩与塔板之空隙的高度为0～25mm。

本实用新型的工作原理如下所述：

塔内的每层塔板被两套降液管分隔成对称的两部分，每套降液管流下的液体只流过每层塔板的一半空间，塔板上的两部分液体对称流动。液体被分成两部分沿两套降液管下行，由上层降液管流下通过降液板II下方的液体流出通道进入塔板，液体穿过降流挡板与塔体之间的通道流入另一侧塔板，然后越过溢流堰进入降液管并流入下层塔板，塔内液相整体呈双螺旋同方向流动的方式；气体同样被分为独立的两部分沿塔板逐层上升，在立体传质元件处与液体激烈接触进行传质；最终实现气液分离。由于降液板的导向作用，液体在板上的流型可以为顺时针流动或者逆时针方向流动。

由于采用了上述技术方案，本实用新型所取得的技术进步在于：

本实用新型与传统塔器相邻两层塔板液相逆流操作相比，其塔内液体的流向呈双螺旋方式同方向流动，消除了传统塔板上的液体滞留区，增加了有效传质面积，增大了处理能力，大大提高了塔板上的气液传质平均推动力，进一步提高了塔板的传质效率。本实用新型在达到相同分离要求的情况下可以提高传质效率，降低操作回流比，减少运行费用，同时可以减少实际塔板数或减小塔体直径，降低基础设施投资。

本实用新型降液系统中降液板II的上沿等于塔内径的设置，减少了相同塔径下液体在塔板上的流动长度，同时由于立体传质元件对液体的抽提作用也能降低塔板液面落差，因此相对于传统塔板具有更低的液面梯度，并且液相中的气含率也比较低，所以具有更大的液相处理能力，配合具有喷射能力的帽罩可形成塔内的气相连续，因此本立体传质液体同向流塔板具有更大的处理能力及更宽的操作弹性。

本实用新型降溢流堰的高度可以根据液体流量设置；立体传质元件设置成带有喷射孔的帽罩，可以使气相和液相充分接触，并使混合后的连续型带有液滴的气相从喷射孔和天窗喷出，不会使液滴在帽罩内沿侧板下流，帽罩与塔板的之间的底隙可以根据流量进行设置，以保证气相和液相的充分混合。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图中：1.塔体，2.塔板，31.降液板I，31’降液板I，32.降液板II，33.降液挡板，35.液体流出通道，4.溢流堰，5.帽罩，51.顶板，52.喷射孔，53.侧板，54.支脚，55.天窗，6.降液通道。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施例，对本实用新型作进一步详细说明。

图1是一种双螺旋液体同向流塔，用于酒精的提纯。它包括塔体1和设置在塔体1内的多层连续传质塔板，每层连续传质塔板包括设置有升气孔的塔板2、位于升气孔上方的帽罩5和降液系统。

每层连续传质塔板分成互相独立的两部分，每个独立的塔板2上均设置有一套降液系统，降液系统为夹板式降液管，所述每套降液管包括折流式降液板I 31、降液板II 32、降液挡板33和溢流堰4，平行设置的降液板I和降液板II之间为降液通道6，降液通道处设置有垂直于塔板的溢流堰4；降液挡板33垂直固定于塔板的中心线上，其长度小于塔内径；降液板与降液挡板垂直设置，降液板I的上端与上层塔板上另一降液管的溢流堰4连接，下端与下一层的另一相交错的塔板和塔体固定密封连接，与降液板I平行设置的降液板II 32的上端与上层塔板上另一降液管的降液板I 31’的下端连接，另一端与塔板之间设置有液体流出通道35。位于同一层塔板上的两套降液管的降液板II的上沿均位于与降液挡板垂直的塔内直径上，两套降液管的降液板I的上沿的宽度度小于塔内直径；而两套降液管的降液板I的下沿则均位于下一层塔板上，并与垂直于降液挡板的塔内直径重合，降液板II的下沿的宽度则小于塔内直径。

塔板水平设置在塔体内，由位于同一塔板上的两套降液管的降液板II分隔而成的两部分塔板上对称设置有数量相同的矩形升气孔，塔板上升气孔的上方设置有通过支脚固定的帽罩5；帽罩包括侧板53、顶板51和位于侧板下端用于与塔板固定连接的支脚54，侧板上开有圆形喷射孔52，顶板与侧板之间的空隙为天窗55，帽罩与塔板之间的空隙为底隙，底隙的高度为12mm。

本实施例在工作时，整个塔内空间被两套降液管分隔成对称的两部分，每套降液管流下的液体只流过每层塔板的一半空间，塔板上的两部分液体对称流动。液态酒精被分离成两部分，自塔顶部沿两套降液管下行，由上层降液管流下，通过降液板II下方的液体流出通道35进入塔板，液体穿过降液挡板与塔体之间的通道流入另一侧塔板，然后越过溢流堰进入降液管并流入下层塔板，塔内液相整体呈双螺旋方式同方向流动，液体在塔板上则为逆时针方向流动。

塔内的气态酒精也被分成独立的两部分，从塔的底部穿过塔板上的升气孔逐层上升，在帽罩内与液态酒精充分接触后，从帽罩的喷射孔和天窗中携带酒精液滴喷射而出；由于酒精中乙醇和水的沸点不同，这种携带有液滴的气态酒精在相邻塔板所形成的空间内进行分离，水降落在液态酒精中随液态酒精向下继续流动，直到塔底分离成纯水；而乙醇的沸点较低仍然成气态形式随气态酒精继续上升，直到塔顶分离出纯乙醇气体。最终完成精馏过程。

Claims (7)

1.一种双螺旋液体同向流塔，包括塔体(1)和多层连续传质塔板，每层连续传质塔板包括设置有升气孔的塔板(2)、位于升气孔上方的立体传质元件和降液系统，其特征在于：所述每层连续传质塔板分成互相独立的两部分，每个独立的塔板(2)上均设置有一套降液系统，降液系统为夹板式降液管，所述降液管包括降液板I(31)、降液板II(32)、降液挡板(33)和溢流堰(4)，平行设置的降液板I(31)、降液板II(32)之间为降液通道(6)，降液通道上端、降液板I(31)上设置有垂直于塔板的溢流堰(4)；降液挡板(33)垂直位于塔板上，其长度小于塔内径；降液板I(31)、降液板II(32)与降液挡板垂直设置，降液板I(31)的上端与上层塔板上的另一降液管的溢流堰(4)连接，下端与下一层的另一相交错的塔板固定连接；与降液板I(31)平行设置的降液板II(32)的上端与上层塔板上另一降液管的降液板I(31’)的下端连接，降液板II(32)的下端与塔板之间设置有液体流出通道(35)。

2.根据权利要求1所述的双螺旋液体同向流塔，其特征在于：所述同一塔板上两套降液管的降液板II的上沿均位于与降液挡板垂直的塔内直径上，降液板I的下沿位于下层塔板上、且与降液挡板垂直的直径重合。

3.根据权利要求1或2所述的双螺旋液体同向流塔，其特征在于：所述平行设置的降液板结构为折流式、直降式或曲线式中的任意一种。

4.根据权利要求1所述的双螺旋液体同向流塔，其特征在于：所述塔板上升气孔的形状为矩形、弧形、圆形、梯形或它们的组合中任意一种。

5.根据权利要求1所述的双螺旋液体同向流塔，其特征在于：所述立体传质元件为帽罩(5)，帽罩包括侧板(53)、顶板(51)和位于侧板下端用于与塔板固定连接的支脚(54)，顶板与侧板之间的空隙为天窗(55)，帽罩与塔板之间留有空隙。

6.根据权利要求5所述的双螺旋液体同向流塔，其特征在于：所述帽罩(5)的侧板上设置有喷射孔(52)，喷射孔的形状为圆形、矩形、栅板形或类鳞形中的任意一种。

7.根据权利要求5所述的双螺旋液体同向流塔，其特征在于：所述帽罩与踏板之间空隙的高度为0～25mm。

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