CN2403477Y

CN2403477Y - 用于填料塔和反应器的液体分配装置

Info

Publication number: CN2403477Y
Application number: CN 99258255
Authority: CN
Inventors: 熊杰明; 高广达; 郁浩然; 刘军超; 黄继红; 张丽萍
Original assignee: Beijing Institute of Petrochemical Technology
Current assignee: Beijing Institute of Petrochemical Technology
Priority date: 1999-12-30
Filing date: 1999-12-30
Publication date: 2000-11-01
Anticipated expiration: 2009-12-30

Abstract

本实用新型设计的液体分配装置包括一个配合精馏、吸收等气液两相逆流装置横截面形状的液体分配板,分配板上开有数个孔,分配板上方中央设有小于分配板板径的液体缓冲挡板,还包括与所述液体分配板相平行的喷射型分配板,板上开有喷射孔。本实用新型设计的液体分配装置结构简单、喷淋点密度大大超过普通分配装置、可以克服安装倾斜和液面波动对液体分配的影响、能确保在不同的操作负荷下实现良好的液体分配。

Description

用于填料塔和反应器的液体分配装置

本实用新型涉及一种新型液体分配装置，属于精馏塔、吸收塔或滴流床反应器内构件之一，特别是一种用于填料塔和反应器的液体分配装置。

在精馏、吸收等气液两相逆流操作装置中，现有的液体分配装置主要特点是液体分配板位于气相出口之下，气相必须穿过液体分配板，从塔的顶部进出塔内。这必然带来液体分配装置设计上的困难。为了实现良好的液体分配，设计的液体分配装置应具有较大的喷淋点密度和空隙率，同时还应减小气相通过的阻力。然而，这两方面却是一对矛盾，因为欲减小气相通过的阻力，必然增大液体分配装置的空隙率，而增大空隙率必然限制喷淋点密度，反之亦然。设计上往往顾此失彼，结构上非常复杂，却难以达到理想的效果。

由于设计上的困难，一般按照传统设计理论，以100个喷淋点/(m²塔截面积)作为基准。事实上，这样的喷淋点密度是很小的，当液体接触填料表面之后，并在填料层中扩散直致全部润湿填料表面的过程中，必须经过一定的填料高度，在这段高度内的填料不可能被液体完全覆盖，从而影响分离的效率，这就是填料的“端效应”，“端效应”是目前我国大多数填料塔均难以避免的现象。

在填料塔分配板设计中需要考虑的另一问题就是分配板的安装倾斜和液位的波动。目前商业填料塔尚无法保证分配板面完全水平。通常，安装误差会使分配板面存在1/8′-1/2′的倾斜，最大倾斜可达3/2′。即使安装之初完全水平，在操作过程中，也会因为热膨胀和负载使分配板面失去水平。通常，分配板设计要求接受最低限度的偏差，并使系统对这种偏差不敏感。一般分配器采用V型、H型和圆形溢流切口，从上述切口中溢流的液量Q与切口处的液位高H之间分别存在Q＝CΔH^1.5、Q＝CΔH和Q＝CΔH^0.5关系，其中C是与切口几何形状和尺寸有关的常数。如果分配板因安装倾斜或液位波动造成分配板不同位置的液位高度ΔH不同，则从不同位置的切口中溢入的液量Q不相同。显然，以V型切口的流量差别最大，H型和圆形切口的流量差别依次减小。因此，以锐孔型或圆形溢流切口的分配装置，在克服安装倾斜和液位波动所引起的液体分配不均方面能力最强，V型切口的分配装置最差。然而，传统的锐孔形分配板因板面上必须留有气流通道(即升气管)，液位不能超过升气管口，否则液相会从升气管口溢入下层填料，并且由于Q＝CΔH^0.5关系，其操作弹性很小。故目前工业装置大多采用V型或H型或多种溢流切口相结合的分配装置。显然，带有V型或H型溢流切口的分配装置，其克服安装倾斜和液位波动引起的液体分配不均的能力是不能令人满意的。

在滴流床反应器等气液两相并流操作过程的液体分配装置设计中，除了上述问题之外，由于是气液并流操作，液相分配在微观上的不均匀引起催化剂填料的“端效应”更加突出，而液相分配在宏观上的不均匀情况则会在床层中延续很长一段距离，使反应器的宏观反应速率、产品收率及催化剂失活速度等均受影响，导致催化剂使用率降低，床层中温度分布不均等。特别是由于滴流床加氢反应多数是强烈的放热过程，在催化剂床层中反应原料的分配不均匀会导致床层的局部过热和催化剂的结焦等，至致过早停车。因此，商业分配装置不仅要确保反应原料液体分配的宏观均匀性，还要保证原料液体分配的微观均匀性。于是出现了文丘里形的分配器，使反应原料液相与气相在文丘里形管中加速，液相充分雾化，以雾状喷洒到催化剂填料上。这种分配器在较大负荷下操作时，能取得不错的效果。实践证明，液相的雾化有利于气液两相之间预传质，并且这种状态会在床层中保持很长一段距离，大大提高了气液接触效率和反应过程效率。但一方面文丘里形分配器结构复杂，而且体积较大，需占用较大的空间，各分配器之间必须保持较大的间距，因而喷淋点密度较小；另一方面，喷雾状的气液混合相中心流体的流速和液相浓度始终高于其周围流体，过大的间距使液相总的分配效果仍然不均匀，尤其在低负荷操作区，液相不能充分雾化和分散时，液体分配会激剧恶化。相比之下，垂直管分配器结构简单，使喷淋点密度大幅提高，并使液体分配对操作负荷不敏感，但没有使液相形成喷雾的优点，微观均匀性是有限的。

本实用新型的目的在于为精馏、吸收等气液两相逆流操作装置以及为滴流床反应器等气液两相并流操作装置提供一种结构简单、喷淋点密度大大超过普通分配装置、可以克服安装倾斜和液面波动对液体分配的影响、能确保在不同的操作负荷下实现良好的液体分配的液体分配装置。

本实用新型设计的液体分配装置包括一个配合精馏、吸收等气液两相逆流装置横截面形状的液体分配板，分配板上开有数个孔，分配板上方中央设有小于分配板板径的液体缓冲挡板。

其中，所述孔的排列方式可为正方形，也可为正三角形。

所述孔的位置上可由大于分配板板厚的短管代替，但短管的上端要与分配板的上平面保持平齐。

本实用新型设计的液体分配装置还可以包括与所述液体分配板相平行的且与液体分配板的锐孔或短管的排列方式和孔心距完全相同、并且喷射器的上部开口较大，以确保从上部液体分配板各锐孔或短管降下来的液相分别落入对应的喷射孔中，但喷射孔的上部开口的直径必须略小于其孔心距的喷射型分配板，板上开有喷射孔。

所述缓冲挡板的直径取塔径的0.1-0.5倍，与液体分配板之间的垂直净空为5-10cm。

所述喷射孔的排列方式可为正方形，也可为正三角形。

所述喷射孔可呈上大下小的漏斗形状。

该装置结构简单，设计和加工容易，制造成本低；喷淋点密度大大超过普通分配装置，使液体到达填料表面之后能迅速均匀地覆盖和润湿填料所有表面，消除填料的“端效应”；使分配板面维持至少2-10cm的液位高度，以克服安装倾斜和液面波动对液体分配的影响，确保液体分配的宏观均匀性，特别适合于液流强度低的情况；由于板上没升气管等气流通道，没有液位高度的限制，操作弹性大；气相不必按传统方式穿过狭窄的分配板，阻力降小，因而也适合于填料塔真空操作等有阻力降要求的情况。

本实用新型设计的双层液体分配装置，上层分配板的设计方法和特点与气液逆流操作装置的分配设计方法和特点完全相同，以确保液体分配的宏观均匀性；下层分配板位于气相进口之下，使从上层分配板各个喷淋点下来的液体进一步被气相吹散、雾化，从而实现液体分配的微观均匀性、气液两相预混合和预传质。本实用新型结构简单，喷淋点密度大，能确保在不同的操作负荷下实现良好的液体分配。

当本实用新型设计的液体分配装置用于精馏、吸收等气液两相逆流操作的装置时，使液相从塔顶降落到缓冲挡板上，进而降落在液体分配板上，通过分配板的均匀分布的锐孔使液相实现均匀分配；气相则从液体分配板之下流出塔内。由于气相不需要穿过液体分配板，液体分配板不需要预留气相通道。液体分配板上的锐孔可以根据介质的粘度、液流强度、液相中固体杂质情况等因素设计，以确保液相分配的宏观均匀性。

下面结合附图和实施例进一步描述本实用新型

附图1为一种液体分配装置用于精馏、吸收等气液两相逆流操作时的反应器的局部示意图。

附图2为另一种液体分配装置用于滴流床反应器等气液两相并流操作时的反应器的局部示意图。

附图3a、图3b为所述液体分配板的锐孔的两种排列方式示意图。

附图4a、图4b为两种液体分配板的剖面示意图。

附图5为气相负荷相当大时的反应器局部剖示图。

附图6a、图6b为所述喷射型分配板的喷射孔的两种排列方式示意图。

附图7为喷射型分配板的剖面示意图。

其中，标号1为填料塔塔体，2为气相进口或出口，3为液相进口，4为锐孔形液体分配板，5为液相缓冲挡板，6为分配板锐孔，7为塔内填料，8为垂直短管，9为喷射型分配板，10为漏斗形喷射孔。

如图1所示的液体分配装置，它包括一个配合精馏、吸收等气液两相逆流装置横截面形状的液体分配板4，分配板上开有数个孔6，分配板上方中央设有小于分配板板径的液体缓冲挡板5。

其中，所述孔的排列方式为正方形或正三角形。

如图4a、4b所示所述孔的位置上由大于分配板板厚的短管代替，但短管的上端要与分配板的上平面保持平行。

如图2所示的液体分配装置包括与所述液体分配板相平行的且与液体分配板的锐孔或短管的排列方式和孔心距完全相同、并且喷射器的上部开口较大，以确保从上部液体分配板各锐孔或短管降下来的液相分别落入对应的喷射孔中，但喷射孔的上部开口的直径必须略小于其孔心距的喷射型分配板9，板上开有喷射孔10，所述喷射孔呈上大下小的漏斗形状。

所述喷射孔的排列方式为正方形或正三角形。

实际制作本实用新型时，液体分配板4正上方应设一缓冲挡板5(如图1)，其直径可取塔径的0.3倍左右，与液体分配板之间的垂直净空为5-10cm，以避免从塔顶人口管来的液流直接冲击液体分配板造成局部压力不均匀，影响液相的均匀分布。分配板上的锐孔排列可以是正方形也可以是正三角形(如图3a、图3b)。当液流强度大时，锐孔可以很简单，液流强度很小或分配板存在安装倾斜时，推荐采用垂直短管8代替锐孔6(如图4a、图4b)，短管与液体分配板上端平齐，不得突出分配板上平面；下端则突出分配板下端，以限制液相沿分配板下沿横向流动而造成液体分配不均。根据需要，当气相负荷非常大时，短管可以设计得较长，并使其下端适当低于气相出口管(图5)，以确保均匀分配的液相不受出口气流的干扰。但无论选用何种排列方式与孔的形式、以及孔心距与孔直径等，液相通过分配板的总的流通面积应足够小，以使分配板上维持2-10cm的液位高度，以确保分配板存在安装倾斜或液位波动时，液体分配具有良好的宏观均匀性。

当本实用新型设计的液体分配装置用于滴流床反应器等气液两相并流操作的装置时，除了于上部安装与气液逆流操作过程的设计完全相同的液体分配器，以确保液相分配的宏观均匀性之外，还要在气相进口之下部增设一喷射型分配板9(如图2)，以确保液相分配的微观均匀性。喷射型分配板9上有很多喷射器10。当气液混合相高速通过喷射器时，由于喷射效应，液相高度雾化和分散，确保了液相分配的微观均匀性，同时使气液两相高度混合，达到良好的预传质目的。喷射器10为漏斗形(图7)。喷射器的排列方式可以是正方形也可以是正三角形(如图6a、图6b)，但其排列方式和孔心距必须与其上方的液体分配板4的锐孔或短管的排列方式和孔心距完全相同；并且喷射器的上部开口应尽可能大，以确保从上部液体分配板4各锐孔或短管降下来的液相分别落入对应的漏斗形喷射器中，不致出现液相二次分配的现象。但喷射器的上部开口的直径必须略小于其孔心距，以防止各喷射器之间连通。

Claims

1、一种液体分配装置，其特征是它包括一个配合精馏、吸收等气液两相逆流装置横截面形状的液体分配板，分配板上开有数个孔，分配板上方中央设有小于分配板板径的液体缓冲挡板。

2、如权利要求1所述的液体分配装置，其特征是所述孔的排列方式为正方形或正三角形。

3、如权利要求1所述的液体分配装置，其特征是所述孔的位置上由大于分配板板厚的短管代替，但短管的上端要与分配板的上平面保持平齐。

4、如权利要求1所述的液体分配装置，其特征是还包括与所述液体分配板相平行的且与液体分配板的锐孔或短管的排列方式和孔心距完全相同、并且喷射器的上部开口较大，以确保从上部液体分配板各锐孔或短管降下来的液相分别落入对应的喷射孔中，但喷射孔的上部开口的直径必须略小于其孔心距的喷射型分配板，板上开有喷射孔。

5、如权利要求1所述的液体分配装置，其特征是所述缓冲挡板的直径取塔径的0.1-0.5倍，与液体分配板之间的垂直净空为5-10cm。

6、如权利要求1所述的液体分配装置，其特征是所述喷射孔的排列方式为正方形或正三角形。

7、如权利要求1所述的液体分配装置，其特征是所述喷射孔呈上大下小的漏斗形状。