CN213555448U

CN213555448U - 一种低压降、低雾沫夹带的高性能波纹导向浮阀及其塔板

Info

Publication number: CN213555448U
Application number: CN202021964056.6U
Authority: CN
Inventors: 赵培; 张秋香; 孙浩
Original assignee: East China University of Science and Technology
Current assignee: East China University of Science and Technology
Priority date: 2020-09-10
Filing date: 2020-09-10
Publication date: 2021-06-29
Anticipated expiration: 2030-09-10

Abstract

本实用新型提供一种低压降、低雾沫夹带的高性能波纹导向浮阀及使用该浮阀的塔板，所述高性能波纹导向浮阀包括矩形阀片和阀腿，所述阀片表面压印有若干导向波纹，所述波纹导向浮阀通过阀腿可浮动的布置在阀孔中，所述阀孔具为具有圆弧倒角的矩形，其长边尺寸为60mm，短边尺寸为20mm，圆弧倒角的半径为2.5mm，所述高性能波纹导向浮阀与所述阀孔相配合，其尺寸小于现有技术中广泛采用的浮阀尺寸，使得使用所述高性能波纹导向浮阀的塔板具有更低的塔板压降和雾沫夹带率。

Description

一种低压降、低雾沫夹带的高性能波纹导向浮阀及其塔板

技术领域

本实用新型涉及一种气液传质设备的塔内件，具体涉及一种低压降、低雾沫夹带的高性能波纹导向浮阀及其塔板。

背景技术

板式塔是一种广泛应用的气液传质设备，其气液分离性能主要取决于塔板的类型和构造。目前常见的塔板类型包括筛孔塔板、冒罩塔板、固阀塔板和浮阀塔板等。浮阀塔板由于其浮阀可随气相负荷的变化而在一定范围内浮动，进而自动调整气相通道开度的特点，因而相较于其他类型的塔板具有更大的操作弹性。

塔板上气液两相接触传质的经典模式是错流接触，气相沿塔轴向自下而上流动，液相则沿塔的径向流动。受此限制，塔板上自受液盘至降液管的液体流动方向上往往存在非常明显的液面梯度，导致塔板效率降低。导向塔板可以很好的解决液面梯度的问题，其主要构思是在筛板或浮阀的阀片上设置向液相流动方向开口的导向孔，使部分气相自该导向孔喷出，对导向孔附近的液相形成推动，缩减塔板上的液面梯度。现有的导向塔板类型大致包括：导向筛板、导向固阀塔板和导向浮阀塔板，其中后者的研究相对较多，常见的如矩形导向浮阀、梯形导向浮阀、波纹导向浮阀等。

这类导向塔板能够很好的解决板上液面梯度的问题，但在实际的塔板设计和整塔运行过程中，还需考虑塔板压降（包括干板压降和湿板压降）、雾沫夹带量等参数。其中塔板压降的大小直接影响整塔操作的可靠性和能耗，雾沫夹带量则反应了液相返混的程度。

目前，对于塔板压降及雾沫夹带量的研究主要着重于塔板开孔率、板上液流强度、上升气速等影响因素。对于浮阀塔板，塔板压降可分解为两个阶段，即浮阀半开阶段和浮阀全开阶段，在塔板开孔率、液流强度等相关参数相同的情况下，前者主要受阀重制约，与气速的关系较小，后者则主要受气速的影响，而几乎与阀重无关。

现有技术中，塔径1000mm以上的中大型塔设备所使用的导向浮阀塔板广泛采用26*72（mm）或者更大的阀孔尺寸，较大的阀孔尺寸能在保证塔板开孔率的情况下减少浮阀的数量，而较少的浮阀数量进一步的可以降低塔板的加工难度、减少浮阀故障率以及削减阀孔气流对冲等不利因素。因此，在实际的塔板设计和使用过程中，研究者均倾向于采取较大阀孔尺寸、较少阀孔数量的布置方式。而现有技术中少有关于浮阀尺寸对塔板压降及雾沫夹带率的影响的研究报道，使得对塔板压降及雾沫夹带率的调节过于依赖对操作条件的控制。

发明内容

为克服上述技术问题，本实用新型提供一种低压降、低雾沫夹带的高性能波纹导向浮阀及其塔板，所述高性能波纹导向浮阀相比于传统的波纹导向浮阀而言在阀孔全开状态下能够实现更小的塔板压降和雾沫夹带量。

所述高性能波纹导向浮阀包括阀片和阀腿，所述阀片为矩形，其表面压印有若干平行间隔设置的导向波纹，所述阀片的宽度大于阀腿和阀孔的宽度使得所述波纹导向浮阀不会从阀孔上掉落，所述波纹导向浮阀通过阀腿可浮动的布置在阀孔中，所述导向波纹沿阀片宽度方向延伸，且相对于阀片长度方向的中线对称设置，所述导向波纹的中部相对于两边向一侧突出，且所述突出的一侧被布置为朝向液体来流方向，以使得液体在流经阀片表面时，部分液体被突出的导向波纹阻拦而向阀片两侧被引导，进而增强阀片侧边开口处的液流强度。

优选的，所述导向波纹的高度（波峰到波谷的落差）与相邻波峰的距离相同，具体为3-8mm。

所述阀孔为带圆弧倒角的矩形，其长边尺寸为60mm，短边尺寸为20mm，所述圆弧倒角的半径为2.5mm。

优选的，所述导向波纹在阀片上的投影为相交的直线段或弧线。

优选的，所述导向波纹上还可以开设有若干贯穿阀片的气孔，形成为有孔波纹导向浮阀，所述气孔设置在所述导向波纹朝向液流方向的一侧，进而可以增加流过阀片表面的液体流速，减小塔盘上的液面梯度。

优选的，所述波纹导向浮阀的两个阀腿具有不同的长度，且较短的阀腿被设置在靠近受液盘的一侧，这样的设置使得液体在流经阀片表面时需要爬升一定的高度，同时配合阀片表面的导向波纹，可以进一步增强向阀片侧边开口的液相导流效应。所述长短阀腿的长度差优选小于较短阀腿长度的三分之一。

本实用新型还提供一种使用上述高性能波纹导向浮阀的塔板，所述塔板包括塔盘，所述塔盘上开设有若干阀孔，所述高性能波纹导向浮阀通过阀腿可浮动的安装在所述阀孔内，所述阀孔在塔盘上被布置为沿液流方向的若干排，且任意相邻两排上的阀孔均交错布置，使得安装在相邻两排阀孔上的浮阀侧边气相出口不存在对冲区。所述塔盘上同时设置有无孔波纹导向浮阀和有孔波纹导向浮阀，其中，所述无孔波纹导向浮阀被设置为靠近降液管入口，所述有孔波纹导向浮阀被设置为靠近降液管出口/受液盘，以增加远离降液管入口处的液体流速，同时在降液管入口附近不对液体进行沿液流方向的导流，进而可以进一步的削减塔板表面的液面梯度。

优选的，所述塔盘由中央通道板和包含弓形区的两块侧边板组合而成。所述侧边板具有与弧形塔壁相配合的弧线边缘，所述中央通道板包括垂直于液流方向的直线边缘。所述塔壁上设置有若干用于支撑塔盘的支撑件，所述塔盘的直线边缘及弧形边缘的内侧均沿螺栓布置线设置有与所述支撑件配合的紧固螺栓。

优选的，所述塔盘上的弓形区靠近降液管的一侧内设有若干朝向降液管倾斜的波纹导向浮阀。所述塔盘上的若干排波纹导向浮阀中，除弓形区外的其他任意一排浮阀中均设有至少一个无孔波纹导向浮阀。所述弓形区不设置无孔波纹导向浮阀，且所述倾斜设置的浮阀的中轴线与液流方向呈20度角。

优选的，所述塔盘上升气孔的截面积与塔总截面积之比（即开孔率）为10%。

相比于现有技术，本实用新型至少能够取得如下有益效果：通过适当的缩小浮阀的尺寸，在不显著增加加工难度和浮阀故障率的情况下，显著的降低了使用本实用新型所述浮阀的塔设备的干、湿板压降和雾沫夹带率，使得整塔具备更大的操作弹性。

附图说明

图1为无孔浮阀示意图；

图2为阀孔示意图；

图3为有孔浮阀示意图；

图4为具有不同高度阀腿的浮阀安装示意图；

图5为具有弧线导向波纹的浮阀示意图；

图6为布置有有孔和无孔两种导向波纹浮阀的塔板示意图；

图7为大小浮阀塔板的干板压降曲线；

图8为大小浮阀塔板的湿板压降曲线；

图9为大小浮阀塔板的雾沫夹带率曲线。

图中：1为侧边板的弧线边缘，2为中央通道板垂直于液流方向的直线边缘，3为塔板支撑件，4为螺栓布置线，5为紧固螺栓，6为无孔波纹导向浮阀，7为有孔波纹导向浮阀；A为本实用新型的高性能波纹导向浮阀数据点，B为传统波纹导向浮阀（26*72mm）数据点，ΔP为塔板压降，F ₀为阀孔动能因子，L为液流强度，h_W为堰高，箭头所指方向为降液管方向/板上液流方向/导向孔开口方向。

具体实施方式

实施例1。

如图1-2所示，本实施例提供低压降、低雾沫夹带的一种高性能波纹导向浮阀，包括矩形阀片及固定设置在所述矩形阀片下表面两端的阀腿，所述阀腿被设置为允许所述无孔波纹导向浮阀在阀孔内可浮动；所述阀片表面压印有起伏的导向波纹，所述导向波纹沿阀片宽度方向延伸，其中部相对于两边朝向液体来流方向突出，所述导向波纹在阀片上的投影为相交的直线段。

所述导向波纹的高度（波峰到波谷的落差）与相邻波峰的距离相同，具体为3-8mm。

实施例2。

如图3所示，本实施例提供一种低压降、低雾沫夹带的高性能波纹导向浮阀，区别于实施例1的是，所述导向波纹朝向液流方向的一侧开设有贯穿阀片的气孔，从而形成为有孔波纹导向浮阀。

实施例3。

如图4所示，本实施例提供一种低压降、低雾沫夹带的高性能波纹导向浮阀，区别于实施例1的是，所述波纹导向浮阀的两个阀腿具有不同的长度，且两阀腿长度的差值小于较短阀腿长度的三分之一。安装时，较短的阀腿被设在阀孔靠近受液盘的一侧。

实施例4。

如图5所示，本实施例提供一种低压降、低雾沫夹带的高性能波纹导向浮阀，区别于实施例1的是，所述导向波纹在阀片上的投影为中间向液体来流方向突出的弧线。

实施例5。

如图6所示，本实施例提供一种安装有波纹导向浮阀的塔板，所述塔板包括开有阀孔塔盘和可浮动设置在阀孔内的波纹导向浮阀，所述塔盘由中央通道板和两块侧边板构成，所述塔盘上垂直于液流方向设置有7排波纹导向浮阀，且相邻两排的波纹导向浮阀交错设置，使得相对设置的浮阀侧边开口的距离最大化，减小气相对冲强度。靠近降液管的两排浮阀的最外侧的波纹导向浮阀以朝向降液管呈20度角的方式倾斜布置，其余波纹导向浮阀均按照长度方向平行于液流方向的方式布置。

所述塔盘上同时设置有如实施例1所述的无孔波纹导向浮阀和如实施例2所述的有孔波纹导向浮阀，其中，靠近降液管的两排浮阀除最外侧外倾斜布置的浮阀外均为无孔波纹导向浮阀，其余浮阀为有孔波纹导向浮阀。

流体力学性能测试。

干板压降测试。

使用1200mm塔径的热模精馏塔，及安装有波纹导向浮阀的塔板，测试不同阀孔动能因子（F₀）下塔板的干板压降。实验分两组进行，所述两组实验使用的塔板开孔率均为6.3%。其中，第一组实验使用具有26﹡72（mm）阀孔尺寸的波纹导向浮阀（下称大型波纹导向浮阀）塔板；第二组实验使用具有20﹡60（mm）阀孔尺寸的波纹导向浮阀（下称高性能波纹导向浮阀）塔板。所得实验结果参照图7所示的干板压降曲线。

湿板压降测试。

使用1200mm塔径的热模精馏塔，以环己烷、正庚烷为物系，测试不同阀孔动能因子（F₀）下塔板的湿板压降。实验分两组进行，所述两组实验使用的塔板开孔率均为10%。其中第一组实验使用高性能波纹导向浮阀塔板；第二组实验使用大型波纹导向浮阀塔板。操作条件为堰高h_w=30mm，板上液流强度为L=70m³/(h.m)。所得实验结果参照图8所示的湿板压降曲线。

雾沫夹带率测试。

使用1200mm塔径的热模精馏塔，以环己烷、正庚烷为物系，测试不同阀孔动能因子（F₀）下塔板的雾沫夹带率。实验分两组进行，所述两组实验使用的塔板开孔率均为15%。其中第一组实验使用高性能波纹导向浮阀塔板；第二组实验使用大型波纹导向浮阀塔板。操作条件为堰高h_w=30mm，板上液流强度为L=70m³/(h.m)。所得实验结果参照图9所示的雾沫夹带率曲线。

通过上述针对大型波纹导向浮阀和高性能波纹导向浮阀的流体力学性能测试可知，在塔板开孔率、液流强度、阀孔动能因子等参数相同的条件下，高性能波纹导向浮阀塔板具有比大型波纹导向浮阀塔板更低的干、湿板压降和更低的雾沫夹带率。

以上仅是对本实用新型技术方案的较佳实施方式的举例，其不应当被理解为是对本实用新型技术方案所以可行方式的限制，本领域的普通技术人员在不经过创造性的劳动的情况下进行的简单替换、合并等修改所得到的方案也属于本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种低压降、低雾沫夹带的高性能波纹导向浮阀，包括阀片和阀腿，可以被安装在塔盘的阀孔中，所述阀片上压印有导向波纹，其特征在于：所述阀片为矩形，导向波纹沿阀片宽度方向延伸，且其中部被设置为朝向液体来流方向突出，所述阀孔为带圆弧倒角的矩形，其长边尺寸为60mm，短边尺寸为20mm，所述圆弧倒角的半径为2.5mm，所述高性能波纹导向浮阀具有与所述阀孔相配合的尺寸，使得可以通过阀腿被可浮动的设置在塔盘上的阀孔内，同时不会从所述阀孔上掉落。

2.如权利要求1所述的低压降、低雾沫夹带的高性能波纹导向浮阀，其特征在于：所述导向波纹的高度与相邻波峰的距离相同。

3.如权利要求1所述的低压降、低雾沫夹带的高性能波纹导向浮阀，其特征在于：所述导向波纹朝向液流方向的一侧开设有贯穿阀片的气孔。

4.如权利要求1所述的低压降、低雾沫夹带的高性能波纹导向浮阀，其特征在于：所述导向波纹在阀片上的投影为相交的直线段。

5.如权利要求1所述的低压降、低雾沫夹带的高性能波纹导向浮阀，其特征在于：所述导向波纹在阀片上的投影为弧线。

6.如权利要求1所述的低压降、低雾沫夹带的高性能波纹导向浮阀，其特征在于：所述阀腿的数量为两个，且分别被设置在所述阀片的前后两端，所述两个阀腿具有不同的长度，安装时，较短的阀腿被设置为靠近受液盘一侧。

7.一种低压降、低雾沫夹带的高性能波纹导向浮阀塔板，包括塔盘及如权利要求1-6中任一项所述的高性能波纹导向浮阀，其特征在于：所述塔板包括塔盘，所述塔盘上开设有若干阀孔，所述高性能波纹导向浮阀通过阀腿可浮动的安装在所述阀孔内，所述阀孔在塔盘上被布置为沿液流方向的若干排，且任意相邻两排上的阀孔均交错布置，使得安装在相邻两排阀孔上的浮阀侧边气相出口不存在对冲区，所述塔盘上同时设置有无孔波纹导向浮阀和有孔波纹导向浮阀，其中，所述无孔波纹导向浮阀被设置为靠近降液管入口，所述有孔波纹导向浮阀被设置为靠近降液管出口/受液盘。

8.如权利要求7所述的高性能波纹导向浮阀塔板，其特征在于：所述塔盘上的弓形区靠近降液管的一侧设有若干朝向降液管倾斜的波纹导向浮阀。

9.如权利要求8所述的高性能波纹导向浮阀塔板，其特征在于：所述塔盘上的若干排波纹导向浮阀中，除弓形区外的其他任意一排浮阀中均设有至少一个无孔波纹导向浮阀。

10.如权利要求9所述的高性能波纹导向浮阀塔板，其特征在于：所述弓形区不设置无孔波纹导向浮阀，且倾斜设置的浮阀的中轴线与液流方向呈20度角。