CN210813991U - 一种高效气液传质的精馏塔 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高效气液传质的精馏塔，属于精馏装置技术领域，具体包括：塔体，所述塔体内腔从上到下依次为液体分布段、精馏段和气体分配段，所述精馏段内设有多个塔板，所述塔板上端面间隔均布有若干个导向柱，所述导向柱呈水滴状且具有过渡光滑的流线形轮廓，所述导向柱的长轴方向和来流方向平行，所述导向柱的曲率半径沿液体流动方向逐渐降低，同列相邻所述导向柱之间设有筛孔。通过水滴状的导流柱及设于其上的通孔，确保各个鼓泡区均匀稳定分布流体，同时导向柱的设置可以遏制气体鼓泡不均匀导致的液体大范围横向震荡的问题，进一步保证气液均匀稳定分布，有效减少气液传质盲区，传质效率高，产品品质好。

Description

一种高效气液传质的精馏塔

技术领域

本实用新型涉及精馏装置技术领域，特别涉及一种高效气液传质的精馏塔。

背景技术

精馏是利用混合物中各组分挥发度不同而将各组分加以分离的一种分离过程，是气液两相之间的传质过程。进行精馏操作的装置为精馏塔，精馏过程中，塔内气液两相直接接触，利用物质沸点的不同，通过连续的蒸发冷凝过程使得沸点较低的物质呈气态向塔顶流动，而沸点较高的物质呈液态向塔底流动，在上下流动过程中不断进行传质与换热，分别提高两种物质的纯度。

中国专利号CN201520690870.6公开了一种己烷精馏塔，顶部和底部分别设有进料口和出料口，在进料口下方直至出料口设置有多层带筛孔的塔板，塔板仅一端与塔内壁设有用于液体向下层流动的空隙，相邻层塔板的空隙交错设置，塔板的上表面固定设有导流板，导流板顺液体流向设置有多条；筛孔设置于导流板之间，筛孔的孔径为8.5mm～12mm。导流板的设置，使得液体分流，流体压力损失较大，且在流道内，液体倾向于从前面的筛孔中流出，出现短路及液面梯度过大而造成的漏液和液乏现象，也容易产生气液传质盲区，降低塔板效率。其次，气体在相邻层塔板流通时，需要克服降液管帘幕液体的阻力，流速较高时，气体压力若不足，则难以突破该区域，进而使得液体只能从筛孔中流出，而无法起到延长气体流程的作用，将严重降低传质效率；而且就算克服降液管帘幕液体的阻力，也将导致气速降低，同样会降低塔板传质效率。

实用新型内容

针对以上现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种高效气液传质的精馏塔。

为实现上述目的，本实用新型具体通过以下技术实现：

一种高效气液传质的精馏塔，包括塔体、再沸加热器、液体分布器和冷凝器；所述塔体内腔从上到下依次为液体分布段、精馏段和气体分配段，所述精馏段内设有多个塔板，所述塔板上端面间隔均布有若干个导向柱，所述导向柱呈水滴状且具有过渡光滑的流线形轮廓，所述导向柱的长轴方向和来流方向平行，所述导向柱的曲率半径沿液体流动方向逐渐降低，同列相邻所述导向柱之间设有筛孔。

工作时，液体由液体分布段进入，进料后在塔板上沿着水平方向流动，然后由降液管导流到下层塔板上；蒸气由气体分配段进入，一部分经塔板筛孔上升，形成鼓泡区，另一部分沿蛇形通道流通，蒸气与下降的液体进行逆流接触，两相接触中，液体中的易挥发组分不断地向气相中转移，气相中的难挥发组分不断地向液体中转移，气相愈接近塔顶，其易挥发组分浓度愈高，而液体愈接近塔底，其难挥发组分则愈富集，从而达到组分分离的目的。

液流方向上布置导向柱，可以使得液体和蒸汽等流体在流经导向柱的过程中流道扩张，即以导向柱为中心向两侧分散，流体在流动过程中出现分支或汇合的现象，有利于液体和气体在筛板上均匀分布，确保各个鼓泡区合理分配液体，促进气液均匀传质；同时，筛孔设于同一层相邻导向柱之间，可以防止气体鼓泡不均匀导致的液体大范围横向震荡，横向波动撞击到导向柱后被遏制，降低了冲击，进一步保证气液均匀稳定分布，有效减少气液传质盲区。其次，流线形的导向柱为曲面结构且其外壁光滑过渡，流阻系数小，大大减小了对流体的阻碍和扰动作用，可以减小或消除塔板上流体流动的涡流及滞流现象，增加了流体流动的平稳性，且减少了流体在流动时的能量损耗和压力损失，促使流体在塔板上均匀稳定流动，避免短路及液面梯度过大而造成的漏液、夹带以及液乏现象，从而提高精馏塔操作的稳定性和连续性。

进一步的，相邻的两列所述导向柱交错布置；使得流体经历连续的流道收缩—流道扩张—流道收缩—流道扩张过程，并实现多级转弯，流体分布更加均匀，消除了液体滞止区和气液传质盲区，增大传质效率。

进一步的，所述导向柱沿其长轴向设有贯穿的通孔；即通孔的方向和液体来流方向相同。液体流经导向柱时，一部分经导向柱大径端的圆弧面分流，沿两侧曲面流过，另一部分经圆弧面直接自通孔内流过，增加了分散区域，进一步消除液体滞止区，同时液体能够更加顺畅的通过导向柱分散，进一步降低了液体的压力损失，提高液体在塔板上流动的稳定性和均匀性。

进一步的，所述塔板一端与所述塔体内壁固定连接，所述塔板另一端为自由端，相邻所述塔板交错设置，通过交错设置的所述塔板和塔体内壁围合形成气体和液体流经的蛇形通道，使得气体和液体曲回流动，流程长，增大了气液传质面积，提高分离效果。

进一步的，所述塔板自由端设有降液管，所述降液管顶部高出所述塔板上端面且低于所述导向柱上端面，所述降液管底部呈锯齿状，使得从降液管流出的液体分隔流淌，形成气体流动的空隙通道，一部分气体从空隙中流动，进入塔板的上方，不必穿过降液层的帘幕液体，避免了气液的直接冲撞，液沫夹带小，且气流阻力减小，可大大提高气流速度，减少塔板压降，进而提高低沸点物质的吸收效率，增强分离效果。

进一步的，所述塔板上端面对应所述降液管的位置设有凸起；使得该处的液层厚度变薄，有助于消除水力梯度，形成一个易于被气体突破的薄弱位置，部分气体可以流经该处，在通过降液管的空隙，进入上层塔板的上方，从而增加气体流程，提高传质效率。

采用上述的技术方案：锯齿状的降液管和塔板上的凸起大大降低了气体流通的阻力，使得一部分气体较容易通过蛇形通道，另一部分则通过塔板上的筛孔上升，有利于延长气体流程和增大气液接触面积及气体流动能力，气体流程长、传质面积大、传质效果好，分离效率明显提高。其次，带有气泡的液体流经锯齿状和凸起的尖端时，绝大多数的气泡会发生破裂，然后气体回到上一层塔板，液体通过降液管进入下一层塔板，保证精馏塔在工作时不发生气相返混和降液管液泛。

进一步的，所述筛孔呈上小下大的圆台状结构，气体在穿过筛孔时，气体流道逐渐变窄，形成文丘里效应，气体上升过程中流速逐渐加快，从而能够对液体更好的破碎雾化，使其分散成更大量的小液体，为气液增加接触面积，提升传质效果。

本实用新型的有益效果是：

1、通过水滴状的导流柱及设于其上的通孔，使得流体流经导向柱时分散开来，确保各个鼓泡区均匀稳定分布流体，促进气液均匀传质，同时导向柱的设置可以遏制气体鼓泡不均匀导致的液体大范围横向震荡的问题，进一步保证气液均匀稳定分布，有效减少气液传质盲区，传质效率高，产品品质好。

2、导向柱的流线型结构流阻系数小，有利于流体在塔板上均匀稳定流动，避免短路及液面梯度过大而造成的漏液、夹带以及液乏现象，进而提高精馏塔操作的稳定性和连续性。

3、锯齿状的降液管和塔板上的凸起大大降低了气体流通的阻力，使得一部分气体较容易通过蛇形通道，另一部分则通过塔板上的筛孔上升，有利于延长气体流程和增大气液接触面积及气体流动能力，气体流程长、传质面积大、传质效果好，分离效率明显提高。其次，带有气泡的液体流经锯齿状和凸起的尖端时，绝大多数的气泡会发生破裂，然后气体回到上一层塔板，液体通过降液管进入下一层塔板，保证精馏塔在工作时不发生气相返混和降液管液泛。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是实施例1的高效气液传质的精馏塔的结构示意图；

图2是实施例1的塔板的俯视图；

图3是实施例2的导流柱的结构示意图；

图4是实施例3的高效气液传质的精馏塔的结构示意图；

图5是实施例3的降液管的结构示意图；

图中，1、塔体；11、出气口；12、出液口；13、进液口；14、进气口；2、再沸加热器；3、液体分布器；31、喷淋管；32、喷头；4、冷凝器；41、回流管；42、产品出口；5、塔板；51、受液区；52、鼓泡区；53、降液区；54、筛孔；6、降液管；7、导向柱；71、通孔；8、凸起。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

参见图1～2，一种精馏筛板塔，包括塔体1、再沸加热器2、液体分布器3和冷凝器4；所述塔体1的顶端设有出气口11，底部设有出液口12，侧壁上部设有进液口13，侧壁下部设有进气口14；所述塔体1内腔从上到下依次为液体分布段、精馏段和气体分配段，即所述塔体1内腔的上部为液体分布段，所述塔体1内腔的下部为气体分配段，所述液体分布段与气体分配段之间为精馏段，所述精馏段内设置有多层塔板5，所述塔板5一端与所述塔体1内壁固定连接，如可以通过螺栓固定，所述塔板5另一端为自由端，伸入所述塔体1内腔，相邻所述塔板5交错设置，通过交错设置的所述塔板5和塔体1内壁围合形成气体和液体流经的蛇形通道，使得气体和液体曲回流动，流程长，增大了气液传质面积，提高分离效果，所述塔板5上从固定端到自由端的方向依次包含受液区51、鼓泡区52和降液区53，所述受液区51正对上一层塔板5的降液管6，所述鼓泡区52介于受液区51和降液区53之间是气液两相传质的主要区域，所述降液区53上设有降液管6，所述降液管6的下端向下延伸接近下层塔板5的受液区51。

所述再沸加热器2入口和出口分别通过气体输送管道与所述出液口12和所述塔体1内腔相连通；设置再沸加热器2能够为精馏塔提供热源，使出液口12的冷凝液转化为气态，进行二次甚至多次蒸馏，提高分离效率。本实施例中，所述再沸加热器2选择釜式再沸器。

所述冷凝器4的入口和出口分别通过回流管41与所述出气口11和液体分布器3相连通，所述冷凝器4上还设有产品出口42；冷凝器4中的液体一部分作为塔顶产品通过产品出口42流出精馏塔，另一部分通过回流管41作为回流液送回精馏塔内，补充精馏塔中的轻组分，使精馏塔中的液体成分保持稳定，保证精馏操作连续稳定地进行。

所述液体分布器3包括喷淋管31，所述喷淋管31穿过进液口13且连通所述回流管41，所述喷淋管31上设有多个朝向所述塔板5的喷头32，用于将回流来的冷凝液均匀喷洒在塔板5上，增强液体分散作用。

所述塔板5上端面间隔均布有若干个导向柱7，相邻的两列所述导向柱7交错布置，所述导向柱7呈水滴状且具有过渡光滑的流线形轮廓，所述导向柱7的长轴方向和来流方向平行，所述导向柱7的曲率半径沿液体流动方向逐渐降低，即所述导向柱7的大径端朝向塔板5的受液区51，所述导向柱7的小径端朝向塔板5的降液区53；同列相邻所述导向柱7之间设有筛孔54。本实施例中，所述筛孔54呈上小下大的圆台状结构，形成文丘里效应，有利于气体上升过程中流速加快，从而能够对液体更好的破碎雾化，为气液增加接触面积，提升传质效果。

采用上述的技术方案：液流方向上布置导向柱7，可以使得液体和蒸汽等流体在流经导向柱7的过程中流道扩张，而交错布置使得流体经历连续的流道收缩—流道扩张—流道收缩—流道扩张过程，并实现多级转弯，有利于液体和气体在筛板上均匀分布，确保各个鼓泡区52合理分配液体，消除了液体滞止区和气液传质盲区，增大传质效率；同时，筛孔54设于同一层相邻导向柱7之间，可以遏制气体鼓泡不均匀导致的液体大范围横向震荡，进一步保证气液均匀稳定分布，有效减少气液传质盲区，促进气液均匀传质，传质效率高，产品品质好。流线形则增加了流体流动的平稳性，促使流体在塔板5上均匀稳定流动，避免短路及液面梯度过大而造成的漏液、夹带以及液乏现象，从而提高精馏塔操作的稳定性和连续性。

实施例2

实施例2与实施例1基本相同，参见图3，其区别在于：所述导向柱7沿其长轴向设有贯穿的通孔71；即通孔71的方向和液体来流方向相同。有助于增加流体分散区域，进一步消除液体滞止区，同时液体能够更加顺畅的通过导向柱7分散，降低液体的压力损失，提高液体在塔板5上流动的稳定性和均匀性。

实施例3

实施例2与实施例1或实施例2基本相同，参见图4～5，其区别在于：所述塔板5自由端设有降液管6，所述降液管6顶部高出所述塔板5上端面且低于所述导向柱7上端面，形成溢流堰，所述降液管6底部呈锯齿状，所述塔板5上端面对应所述降液管6的位置设有凸起8，使得该处的液层厚度变薄，有助于消除水力梯度。

采用上述的技术方案：锯齿状的降液管6和塔板5上的凸起8大大降低了气体流通的阻力，使得一部分气体较容易通过蛇形通道，另一部分则通过塔板5上的筛孔54上升，延长气体流程和增大气液接触面积及气体流动能力，气体流程长、传质面积大、传质效果好，分离效率明显提高。其次，带有气泡的液体流经锯齿状和凸起8的尖端时，气泡会发生破裂，然后气体回到上一层塔板5，液体通过降液管6进入下一层塔板，保证精馏塔在工作时不发生气相返混和降液管6液泛。

Claims (7)

1.一种高效气液传质的精馏塔，包括塔体(1)、再沸加热器(2)、液体分布器(3)和冷凝器(4)，其特征在于，所述塔体(1)内腔从上到下依次为液体分布段、精馏段和气体分配段，所述精馏段内设有多个塔板(5)，所述塔板(5)上端面间隔均布有若干个导向柱(7)，所述导向柱(7)呈水滴状且具有过渡光滑的流线形轮廓，所述导向柱(7)的长轴方向和来流方向平行，所述导向柱(7)的曲率半径沿液体流动方向逐渐降低，同列相邻所述导向柱(7)之间设有筛孔(54)。

2.如权利要求1所述的高效气液传质的精馏塔，其特征在于，相邻的两列所述导向柱(7)交错布置。

3.如权利要求1所述的高效气液传质的精馏塔，其特征在于，所述导向柱(7)沿其长轴向设有贯穿的通孔(71)。

4.如权利要求1～3任一项所述的高效气液传质的精馏塔，其特征在于，所述塔板(5)一端与所述塔体(1)内壁固定连接，所述塔板(5)另一端为自由端，相邻所述塔板(5)交错设置。

5.如权利要求4所述的高效气液传质的精馏塔，其特征在于，所述塔板(5)自由端设有降液管(6)，所述降液管(6)顶部高出所述塔板(5)上端面且低于所述导向柱(7)上端面，所述降液管(6)底部呈锯齿状。

6.如权利要求5所述的高效气液传质的精馏塔，其特征在于，所述塔板(5)上端面对应所述降液管(6)的位置设有凸起(8)。

7.如权利要求1所述的高效气液传质的精馏塔，其特征在于，所述筛孔(54)呈上小下大的圆台状结构。

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