CN202777878U

CN202777878U - 一种微气泡整体传质塔盘

Info

Publication number: CN202777878U
Application number: CN 201220286064
Authority: CN
Inventors: 李洪; 李鑫钢; 高鑫; 姜斌; 张劲松; 杨振明
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2012-06-18
Filing date: 2012-06-18
Publication date: 2013-03-13
Anticipated expiration: 2022-06-18

Abstract

本实用新型涉及一种微气泡整体传质塔盘。整个塔盘均由微气泡传质材料，气相通过塔盘上的孔隙向上流动，整个塔盘面全部作为气液接触的鼓泡区。微气泡整体传质材料采用粘接、卡扣、螺丝、镶嵌或他们之间的组合方法固定在塔内壁上的塔盘支撑圈上，微气泡整体传质材料径向横截面积占全塔横截面积的10%-90%。由于整个塔盘均为微气泡传质材料构成，故气相通过塔盘上的孔隙向上传递，微气泡结构能够提供较为均匀的微气泡气体分布，增加了气体与液层的接触面积；特别能适用于液相负荷较大/气相负荷较小的情况；同时可以增大操作弹性，提高塔盘生产能力。另外，由于气相以微气泡的形式通过液层，可以减少其液体夹带量，从而能够降低塔板间距，降低精馏塔高度。

Description

一种微气泡整体传质塔盘

技术领域

本实用新型涉及一种用于炼油、石化、化学工业等领域中的塔板，精馏、吸收等操作中的一种气液接触进行传质传热的重要设备，特别是涉及一种微气泡整体传质塔盘。

背景技术

板式塔是逐板接触式的气液传质设备。在塔体内装有若干层一定间距放置的水平塔板，根据塔板类型不同，塔板开有不同形式、不同尺寸的孔，或者安装有浮动的或固定的阀，每层塔板靠塔壁处设有降液管。操作时，液体靠重力作用由上层塔板经过降液管流至下层塔板，横向流过塔板，塔板上的出口堰会使板面上维持一定厚度的流动液层；气体从塔底靠压强差推动，逐板由下向上穿过塔板上的孔或阀以及板上液层而流向塔顶，气体通过每层板上液层时，形成气泡和液沫，泡沫层为两相接触提供足够大的相际接触面，有利于相间传质。

为了满足近代炼油和石油化学工业对塔设备的要求，塔设备应具有下列性能：气液两相能充分接触，以保证较高的分离效率；操作弹性大，以使塔器在负荷变动较大时仍能稳定操作；流体流动的阻力小，以减小压力降，降低能耗；气液处理量大；结构简单可靠，制造成本低；易于操作、调节及检修。但板式塔普遍存在效率较低、压力降较高等缺点。

对于固阀塔板，由于阀体本身多为冲压出的结构，其气相通道较大且固定，故而适应性和灵活性较差，容易产生漏液，操作负荷范围小。

对于浮阀塔板来说，气体从阀体周围喷出，会在与液流流动方向相反的方向上产生返混，从而降低传质效率，而且由于阀体之间气体对喷现象因而阀体的排布不能很近，从而也限制了塔板的开孔率。

筛孔型塔板本身可以提供垂直向上喷射的气体，但受到孔径大小的限制，若开孔较大，则不能产生均匀分布的小气泡，传质效率不高，且极易漏液；而若开孔较小，气泡较为均匀，但塔盘的开孔率会下降，降低传质能力和工作负荷。受到塔板本身强度的限制，筛孔开孔率不能太高。

中国专利CN101972555A公开有微气泡传质塔板及阀体与塔盘的连接方法，其由塔盘、微气泡传质阀体、阀孔组成，阀孔采用按照顺位或错位，单排或多排排列方式在塔盘上设置，且其周围设有用来固定微气泡传质阀体的螺纹孔、螺栓孔或粘结、焊接、镶嵌用结构。与普通筛板相比，基本不漏液，且由于气体通过微气泡传质阀体会向上喷出较为均匀的小气泡，传质效率可得到有效提高。但若在开孔面积的相同或相近的前提下，其压降远高于筛板，从而可能会增加塔釜能耗，消弱了其本身具有的优势。因此，开发新型低压降的微气泡传质塔盘是解决该新型塔板在工业中应用的关键问题。

发明内容

本实用新型目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种微气泡整体传质塔盘，在最大限度提高开孔率的同时，克服传统塔板气液接触效果较差、液面落差大、容易漏液、液体返混等缺点，并在保证压降不高的前提下提供较高的传质分离能力和处理负荷。

本实用新型的技术方案如下：

一种微气泡整体传质塔盘，整个塔盘均由微气泡传质材料，气相通过塔盘上的孔隙向上流动，整个塔盘面全部作为气液接触的鼓泡区。

微气泡整体传质材料采用粘接、卡扣、螺丝、镶嵌或他们之间的组合方法固定在塔内壁上的塔盘支撑圈上，微气泡整体传质材料径向横截面积占全塔横截面积的10%-90%。

本实用新型的微气泡整体传质塔盘可以整块装入塔内，也可以分块装入塔内，分块后的各块微气泡传质材料可采用相同材质的材料制成，也可以采用不同材质的材料制成。各分块微气泡整体传质材料之间紧密连接。

材质结构为束状、海绵状、规则或不规则多孔结构或他们之间的组合，孔隙体积分数10%-90%，孔径0.1-10mm，微气泡整体传质材料的厚度为1-500mm。该微气泡整体传质塔盘材料可以使用均一的孔径材料，也可以采用不同孔径材料的组合作为微气泡整体传质塔盘。

微气泡整体传质塔盘的材质包括石墨、塑料、碳化硅、陶瓷、树脂、金属、金属氧化物或他们之间的组合。

本实用新型具有如下优点，由于整个塔盘均为微气泡传质材料构成，故气相通过塔盘上的孔隙向上传递，该微气泡结构能够提供较为均匀的微气泡气体分布，增加了气体与液层的接触面积，增大传质效率；由于整块塔盘均为多孔结构，提高了整体的开孔率，从而能够保持较低的压降，而且多孔的结构决定其不容易产生漏液，特别能适用于液相负荷较大/气相负荷较小的情况；同时可以增大操作弹性，提高塔盘生产能力。另外，由于气相以微气泡的形式通过液层，可以减少其液体夹带量，从而能够降低塔板间距，降低精馏塔高度。

附图说明

图1是一种设置有降液管、受液盘、进口堰和出口堰的圆形塔盘的俯视图，微气泡整体传质塔盘长方形

图2是一种设置有降液管、受液盘、进口堰和出口堰的方形塔盘的俯视图，微气泡整体传质塔盘形状为圆形

图3是一种设置有降液管、受液盘、进口堰和出口堰的圆形塔盘俯视图，微气泡整体传质塔盘形状为方形和圆形的组合

图4是一种设置有降液管、受液盘、进口堰和出口堰的圆形塔盘俯视图，微气泡整体传质塔盘形状为圆形

图5是一种设置有降液管、受液盘、进口堰和出口堰的方形塔盘的俯视图，微气泡整体传质塔盘形状为梯形

图6是一种设置有降液管、受液盘、进口堰和出口堰的方形塔盘的俯视图，微气泡整体传质塔盘形状为三角形

图7是一种设置有降液管、受液盘、进口堰和出口堰的圆形塔盘俯视图，微气泡整体传质塔盘形状为多边形

图8是一种设置有降液管、受液盘、进口堰和出口堰的圆形塔盘俯视图，微气泡整体传质塔盘为分块形式采用均一材质均一孔径的材料拼装成一块完整的塔盘

图9是一种设置有降液管、受液盘、进口堰和出口堰的圆形塔盘俯视图，微气泡整体传质塔盘为分块形式采用四种不同材质不同孔径的材料拼装成一块完整的塔盘

图10是一种设置有降液管、受液盘、进口堰和出口堰的圆形塔盘俯视图，微气泡整体传质塔盘为分块形式采用八种不同材质不同孔径的材料拼装成一块完整的塔盘

其中，1微气泡整体传质塔盘，2塔盘支撑，3出口堰，4降液管，5受液盘，6进口堰。

具体实施方式

一种微气泡整体传质塔盘，整个塔盘均由微气泡传质材料构成，气相通过塔盘上的孔隙向上流动，整个塔盘面全部作为气液接触的鼓泡区。

典型实例如下：

实施例1：

该板式塔由塔盘支撑2、设置在塔盘支撑2上的微气泡整体传质塔盘1、降受液结构（降液管4、受液盘5、进口堰6和出口堰3）组成，其中塔盘整体结构如图1所示，其中，整个塔盘均为微气泡传质材料构成，采用陶瓷制成，使用粘接的方法固定在塔内壁的塔盘支撑圈上，孔隙体积分数为90%，孔径为0.1mm，材料为均一孔径，微气泡整体传质材料径向横截面积占全塔横截面积的10%，传质材料厚度为1mm，其结构为海绵状多孔结构。

塔板在工作时，液体从降液管落下，由于整个塔盘均为微气泡传质材料构成，故气相通过塔盘上的孔隙向上传递，该微气泡结构能够提供较为均匀的微气泡气体分布，增加了气体与液层的接触面积，增大传质效率；由于整块塔盘均为多孔结构，提高了整体的开孔率，从而能够保持较低的压降，而且多孔的结构决定其不容易产生漏液，特别能适用于液相负荷较大/气相负荷较小的情况；同时可以增大操作弹性，提高塔盘生产能力。通过乙醇-水物系测试，该微气泡整体传质塔盘与微气泡传质塔盘相比，压降降低60%，效率提高13.9%，处理能力提高约40%；与传统筛板相比，开孔率提高160%，压降降低约5%，效率提高90%，处理能力提高约40%。

实施例2：

该板式塔由塔盘支撑2、设置在塔盘支撑2上的微气泡整体传质塔盘1、降受液结构（降液管4、受液盘5、进口堰6和出口堰3）组成，其中塔盘整体结构如图2所示，其中，整个塔盘均为微气泡传质材料构成，采用碳化硅制成，使用卡扣的方法固定在塔内壁的塔盘支撑圈上，孔隙体积分数为50-90%，孔径为0.1-5mm，材料为非均一孔径，整块材料由上下两层不同孔径的材料构成，上层材料孔径0.1mm，下次材料孔径为5mm，微气泡整体传质材料径向横截面积占全塔横截面积的20%，传质材料厚度为10mm，其结构为不规则多孔结构。

塔板在工作时，液体从降液管落下，由于整个塔盘均为微气泡传质材料构成，故气相通过塔盘上的孔隙向上传递，该微气泡结构能够提供较为均匀的微气泡气体分布，增加了气体与液层的接触面积，增大传质效率；由于整块塔盘均为多孔结构，提高了整体的开孔率，从而能够保持较低的压降，而且多孔的结构决定其不容易产生漏液，特别能适用于液相负荷较大/气相负荷较小的情况；同时可以增大操作弹性，提高塔盘生产能力。通过环己烷-正庚烷物系测试，该微气泡整体传质塔盘与微气泡传质塔盘相比，压降降低53%，效率提高12%，处理能力提高约45%；与传统筛板相比，开孔率提高170%，压降降低约10%，效率提高93%，处理能力提高约45%。

实施例3：

该板式塔由塔盘支撑2、设置在塔盘支撑2上的微气泡整体传质塔盘1、降受液结构（降液管4、受液盘5、进口堰6和出口堰3）组成，其中塔盘整体结构如图3所示，其中，整个塔盘均为微气泡传质材料构成，采用树脂制成，使用螺丝的方法固定在塔内壁的塔盘支撑圈上，孔隙体积分数为50%，孔径为5mm，材料为均一孔径，微气泡整体传质材料径向横截面积占全塔横截面积的30%，传质材料厚度为100mm，其结构为束状多孔结构。

塔板在工作时，液体从降液管落下，由于整个塔盘均为微气泡传质材料构成，故气相通过塔盘上的孔隙向上传递，该微气泡结构能够提供较为均匀的微气泡气体分布，增加了气体与液层的接触面积，增大传质效率；由于整块塔盘均为多孔结构，提高了整体的开孔率，从而能够保持较低的压降，而且多孔的结构决定其不容易产生漏液，特别能适用于液相负荷较大/气相负荷较小的情况；同时可以增大操作弹性，提高塔盘生产能力。通过乙醇-正丙醇物系测试，该微气泡整体传质塔盘与微气泡传质塔盘相比，压降降低53%，效率提高12%，处理能力提高约46%；与传统筛板相比，开孔率提高150%，压降降低约3%，效率提高88%，处理能力提高约40%。

实施例4：

该板式塔由塔盘支撑2、设置在塔盘支撑2上的微气泡整体传质塔盘1、降受液结构（降液管4、受液盘5、进口堰6和出口堰3）组成，其中塔盘整体结构如图4所示，其中，整个塔盘均为微气泡传质材料构成，分别采用石墨、塑料制成，使用镶嵌的方法固定在塔内壁的塔盘支撑圈上，孔隙体积分数为30-50%，孔径为1-5mm，材料为非均一孔径，整块材料由上下两层不同孔径的材料构成，上层材料孔径1mm，下次材料孔径为5mm，微气泡整体传质材料径向横截面积占全塔横截面积的40%，传质材料厚度为200mm，其结构为正十四面体规则多孔结构。

塔板在工作时，液体从降液管落下，由于整个塔盘均为微气泡传质材料构成，故气相通过塔盘上的孔隙向上传递，该微气泡结构能够提供较为均匀的微气泡气体分布，增加了气体与液层的接触面积，增大传质效率；由于整块塔盘均为多孔结构，提高了整体的开孔率，从而能够保持较低的压降，而且多孔的结构决定其不容易产生漏液，特别能适用于液相负荷较大/气相负荷较小的情况；同时可以增大操作弹性，提高塔盘生产能力。通过乙醇-水物系测试，该微气泡整体传质塔盘与微气泡传质塔盘相比，压降降低51%，效率提高10.5%，处理能力提高约40%；与传统筛板相比，开孔率提高130-150%，压降降低约2-7%，效率提高80-90%，处理能力提高约40%。

实施例5

该板式塔由塔盘支撑2、设置在塔盘支撑2上的微气泡整体传质塔盘1、降受液结构（降液管4、受液盘5、进口堰6和出口堰3）组成，其中塔盘整体结构如图5所示，其中，整个塔盘均为微气泡传质材料构成，分别采用金属、金属氧化物制成，使用粘接和镶嵌相结合的方法固定在塔内壁的塔盘支撑圈上，孔隙体积分数为30%，孔径为1mm，材料为均一孔径，微气泡整体传质材料径向横截面积占全塔横截面积的60%，传质材料厚度为300mm，其结构为正十二面体规则多孔结构。

塔板在工作时，液体从降液管落下，由于整个塔盘均为微气泡传质材料构成，故气相通过塔盘上的孔隙向上传递，该微气泡结构能够提供较为均匀的微气泡气体分布，增加了气体与液层的接触面积，增大传质效率；由于整块塔盘均为多孔结构，提高了整体的开孔率，从而能够保持较低的压降，而且多孔的结构决定其不容易产生漏液，特别能适用于液相负荷较大/气相负荷较小的情况；同时可以增大操作弹性，提高塔盘生产能力。通过乙醇-水物系测试，该微气泡整体传质塔盘与微气泡传质塔盘相比，压降降低约40-50%，效率提高约10%，处理能力提高约35-45%；与传统筛板相比，开孔率提高150%，压降降低约4%，效率提高80%，处理能力提高约40%。

实施例6

该板式塔由塔盘支撑2、设置在塔盘支撑2上的微气泡整体传质塔盘1、降受液结构（降液管4、受液盘5、进口堰6和出口堰3）组成，其中塔盘整体结构如图6所示，其中，整个塔盘均为微气泡传质材料构成，采用石墨、碳化硅和陶瓷组合材料制成，使用螺丝和卡扣相结合的方法固定在塔内壁的塔盘支撑圈上，孔隙体积分数为10-30%，孔径为0.1-1mm，材料为非均一孔径，整块材料由上下两层不同孔径的材料构成，上层材料孔径1mm，下次材料孔径为5mm，微气泡整体传质材料径向横截面积占全塔横截面积的70%，传质材料厚度为400mm，其结构为海绵状多孔结构。

实施例7

该板式塔由塔盘支撑2、设置在塔盘支撑2上的微气泡整体传质塔盘1、降受液结构（降液管4、受液盘5、进口堰6和出口堰3）组成，其中塔盘整体结构如图7所示，其中，整个塔盘均为微气泡传质材料构成，采用金属和金属氧化物组合材料制成，使用粘接和卡扣相结合的方法固定在塔内壁的塔盘支撑圈上，孔隙体积分数为10%，孔径为0.1mm，材料为均一孔径，微气泡整体传质材料径向横截面积占全塔横截面积的80%，传质材料厚度为450mm，其结构为立方体的规则多孔结构。

塔板在工作时，液体从降液管落下，由于整个塔盘均为微气泡传质材料构成，故气相通过塔盘上的孔隙向上传递，该微气泡结构能够提供较为均匀的微气泡气体分布，增加了气体与液层的接触面积，增大传质效率；由于整块塔盘均为多孔结构，提高了整体的开孔率，从而能够保持较低的压降，而且多孔的结构决定其不容易产生漏液，特别能适用于液相负荷较大/气相负荷较小的情况；同时可以增大操作弹性，提高塔盘生产能力。通过乙醇-水物系测试，该微气泡整体传质塔盘与微气泡传质塔盘相比，压降降低约42%，效率提高约16%，处理能力提高约45%；与传统筛板相比，开孔率提高160%，压降降低约5%，效率提高80%，处理能力提高约40%。

实施例8

该板式塔由塔盘支撑2、设置在塔盘支撑2上的微气泡整体传质塔盘1、降受液结构（降液管4、受液盘5、进口堰6和出口堰3）组成，其中塔盘整体结构如图8所示，其中，整个塔盘分成8块装入塔内，其材质均为微气泡传质材料构成，分成的1到8块均采用塑料和树脂组合材料制成，使用镶嵌和螺丝相结合的方法固定在塔内壁的塔盘支撑圈上，孔隙体积分数为10%，孔径为0.1mm，材料为均一孔径，微气泡整体传质材料径向横截面积占全塔横截面积的90%，传质材料厚度为500mm，其结构为不规则多孔结构。

实施例9

该板式塔由塔盘支撑2、设置在塔盘支撑2上的微气泡整体传质塔盘1、降受液结构（降液管4、受液盘5、进口堰6和出口堰3）组成，其中塔盘整体结构如图8所示，其中，整个塔盘分成8块装入塔内，其材质均为微气泡传质材料构成，其中1、2块采用孔径为0.1mm的塑料材质制成，3、4块采用孔径为1mm的石墨材质制成，5、6块采用孔径为5mm的碳化硅材质制成，7、8块采用孔径为10mm的金属材质制成，使用镶嵌和螺丝相结合的方法固定在塔内壁的塔盘支撑圈上，孔隙体积分数为10%，微气泡整体传质材料径向横截面积占全塔横截面积的85%，传质材料厚度为450mm，其结构为不规则多孔结构。

塔板在工作时，液体从降液管落下，由于整个塔盘均为微气泡传质材料构成，故气相通过塔盘上的孔隙向上传递，该微气泡结构能够提供较为均匀的微气泡气体分布，增加了气体与液层的接触面积，增大传质效率；由于整块塔盘均为多孔结构，提高了整体的开孔率，从而能够保持较低的压降，而且多孔的结构决定其不容易产生漏液，特别能适用于液相负荷较大/气相负荷较小的情况；同时可以增大操作弹性，提高塔盘生产能力。通过乙醇-水物系测试，该微气泡整体传质塔盘与微气泡传质塔盘相比，压降降低约38%，效率提高约17%，处理能力提高约44%；与传统筛板相比，开孔率提高155%，压降降低约4.5%，效率提高78%，处理能力提高约37%。

实施例10

该板式塔由塔盘支撑2、设置在塔盘支撑2上的微气泡整体传质塔盘1、降受液结构（降液管4、受液盘5、进口堰6和出口堰3）组成，其中塔盘整体结构如图8所示，其中，整个塔盘分成8块装入塔内，其材质均为微气泡传质材料构成，其中1块采用孔径为0.1mm的塑料材质制成，2块采用孔径为1mm的石墨材质制成，3块采用孔径为2mm的碳化硅材质制成，4块采用孔径为3mm的陶瓷材质制成，5块采用孔径为4mm的树脂材质制成，6块采用孔径为5mm的金属材质制成，7块采用孔径为8mm的金属氧化物材质制成，8块采用孔径为10mm的塑料和树脂组合材质制成，使用镶嵌和螺丝相结合的方法固定在塔内壁的塔盘支撑圈上，孔隙体积分数为10%，微气泡整体传质材料径向横截面积占全塔横截面积的75%，传质材料厚度为100mm，其结构为不规则多孔结构。

塔板在工作时，液体从降液管落下，由于整个塔盘均为微气泡传质材料构成，故气相通过塔盘上的孔隙向上传递，该微气泡结构能够提供较为均匀的微气泡气体分布，增加了气体与液层的接触面积，增大传质效率；由于整块塔盘均为多孔结构，提高了整体的开孔率，从而能够保持较低的压降，而且多孔的结构决定其不容易产生漏液，特别能适用于液相负荷较大/气相负荷较小的情况；同时可以增大操作弹性，提高塔盘生产能力。通过乙醇-水物系测试，该微气泡整体传质塔盘与微气泡传质塔盘相比，压降降低约43%，效率提高约17%，处理能力提高约42%；与传统筛板相比，开孔率提高165%，压降降低约6%，效率提高81%，处理能力提高约41%。

本实用新型提出的一种微气泡整体传质塔盘，已通过较佳实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本实用新型内容、精神和范围内对本文所述的结构和连接方法进行改动或适当变更与组合，来实现本实用新型技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本实用新型精神、范围和内容中。

Claims

1.一种微气泡整体传质塔盘，其特征是，整个塔盘均为微气泡传质材料构成，材质结构为束状、海绵状、规则或不规则多孔结构，孔隙体积分数10%-90%，孔径0.1-10mm。

2.如权利要求1所述的微气泡整体传质塔盘，其特征是所述微气泡传质塔盘材料采用均一的孔径，或采用不同孔径材料的组合作为微气泡传质塔盘。

3.如权利要求1所述的微气泡整体传质塔盘，其特征是所述微气泡整体传质塔盘采用粘接、卡扣、螺丝或他们之间的组合方法固定在塔内壁上的塔盘支撑圈上。

4.如权利要求1所述的微气泡整体传质塔盘，其特征是所述微气泡传质材料径向横截面积占全塔横截面积的10%-90%。

5.如权利要求1所述的微气泡整体传质塔盘，其特征是所述微气泡传质材料的厚度为1-500mm。

6.如权利要求1所述的微气泡整体传质塔盘，其特征是所述微气泡传质材料以整块装入塔内；或以分块装入塔内，各分块微气泡传质材料之间紧密连接。

7.如权利要求1所述的微气泡整体传质塔盘，其特征是所述微气泡传质材料以分块形式装入塔内。