一種液體停留時間均布的塔盤的製作方法

2023-05-18 10:29:36 2

專利名稱：一種液體停留時間均布的塔盤的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種板式塔的核心構件--塔盤。
板式塔是一種用途十分廣泛的氣液傳質設備，在煉油、石油化工和化肥等行業中佔有重要的位置。眾所周知，板式塔是圓型結構，設有圓形的降液管，並在盤面兩側形成兩個弧形區域，正是這種結構，使其在盤面液體均布上存在著一個顯著的缺陷(1)對於單溢流塔盤，由於弓形降液管具有液體的集流作用，降液管下口中間區域的出液量為弓形兩端邊緣區域的1.5～3.5倍，同時，由於盤面上的液流還先後經歷了擴流和縮流兩個過程，以及液流沿圓周的路程較沿直徑的路程長得多，因此，塔盤中部形成溝流，塔盤兩側弧形區域形成回流和相對穩定的滯流死區，致使盤面上液體的停留時間具有很大的差異。

圖1即為盤面上液體停留時間分布示意圖。
(2)對於雙溢流塔盤，則有兩種不同的情況出口堰在中間的塔盤，塔盤上的液體由兩側弓形降液管向中間出口堰流動，其弓形降液管所引起的下口出液不均和隨之的擴張流動將導致盤面中間區域的溝流，並在盤面兩側弧形區域形成回流和相對穩定的滯流死區，也使盤面上液體的停留時間分布具有很大的差異，見圖2；出口堰在兩側的塔盤，塔盤上的液體由中間向兩側流動，因其降液管為矩形，降液管下口出液量基本上是均勻的，且盤面液流只經歷單一的縮流過程，不再發生液體回流現象，僅因液流路程的長短而使盤面液體停留時間稍有差異，見圖3。
為了保持較高的有效塔截面積，工業塔盤的lw/D(堰長/塔徑)通常僅為0.55～0.7，這就使得此類塔盤上液體的停留時間更為不勻，成為進一步提高板效率的主要障礙。眾多的科技人員為了提高板式塔的塔板效率，曾致力於研究各種液體均勻分布的板式塔塔盤，其中較為典型的有以下幾種1．Muller E.A.,Chem.Eng.Comm.,1988,74:195～161提出將弓形降液管擋板下口做成兩邊開缺口的形狀，藉以增加弓形降液管尖角區的液流量；2．Biddulph M.W.,Chem.Eng.Prog.,1993,89(12):56～60建議在弓形降液管內部增設一塊擋板，以使弓形降液管內的流動狀態得以局部改善；3．黃潔，餘國琮，石油化工，1984,13(3):182～189公開了一種在盤面上沿液流方向設置導流板藉以疏導液流和阻擋回流的方法。
然而上述諸方法的液流均布作用有限，不能準確地達到塔盤上液體停留時間均布的目的。
本發明的目的在於公開一種在塔盤上設有液流均布板的塔盤，可使盤面液體停留時間差異控制在8％以內，使現有工業塔的板效率能有5～10％的提高。
本發明的構思是這樣的在塔盤上弓形降液管液體出口處設置一塊中間向兩邊傾斜的液流均布板，控制一定的高度、長度、形狀和傾斜度，使液體在進入塔盤之前，先進行一次液體的均勻分布，同時，有效地調控進入盤面各個位置的液體流量，即可使液體在塔盤上的流動停留時間趨於均勻。
所說的盤面液體停留時間均勻分布，是指整個塔盤上從降液管下口至出口堰之間各流線的液體停留時間總體上的一致。只有盤面停留時間均布的塔盤，才能在實際運行中滿足接觸均勻的要求，以達到提高板效率的目的。
根據上述構思，發明人基於大型塔盤冷模裝置的長期實驗研究，提出了實施本發明的具體的技術方案，闡述如下本發明所說的塔盤為一個組合體，主要由塔板、氣液接觸元件、降液管、出口堰和液流均布板所組成。
圖4為單溢流塔盤的示意圖。圖5為圖4中A-A向示圖。
圖6為雙溢流出口堰在中間的塔盤的示意圖。圖7為圖6中B-B向示圖。
圖中1------塔體2------降液管
3-----塔板4------液流均布板5-----出口堰l-----液流均布板4的長度h-----液流均布板4的高度lw-----出口堰5的長度所說的液流均布板4為一塊中間向兩邊傾斜的條形板。圖8為所說的液流均布板4的示意圖。hq為傾斜部分的高度。坡形曲線為橢圓的一部分。所說的液流均布板4設置於降液管2的液體出口處，液流均布板4與降液管2下口之間的間距d為一個重要的參數，在液流強度Γ=0.5～40m3/m.h的條件下，d=5～80mm。為使液流在此區間內不會形成阻力控制，d應大於或等於h0，h0為降液管2下緣與塔板3之間的間距。
液流均布板4的高度h與清液層高度hL有關，可用下式確定h=hL+(-10～20)清液層高度hL的計算方法在一般的塔器設計資料中都有敘述，此處不再贅述。傾斜部分的高度hq與h之間的關係為hq/h=0.05～0.60。
所說的液流均布板4的下邊固定於塔板3上，兩端可與塔體1相連接，也可不相連接。
所說的液流均布板4也可採用以下三種形式(1)單坡形，圖9為單坡形液流均布板4的示意圖。
(2)曲坡形，圖10為曲坡形液流均布板4的示意圖。
(3)雙坡形，圖11為雙坡形液流均布板4的示意圖。圖中l1、l2、l3、l4、---液流均布板4傾斜部分的長度h1、h2、h3、h4、--液流均布板4傾斜部分的高度所說的液流均布板4在不同的液流條件下可具有不同的高度、長度、形狀和傾斜度
1．在中等液流強度下，如液流強度Γ=3～14m3/m.h時，液流均布板4的兩端與塔體1相連接，其長度l可根據d和lw按幾何關係加以確定，長度之間的關係如下所示單坡形l1/l=0.04～0.50雙坡形l3/l=0.03～0.18 l4/l=0.06～0.50曲坡形l2/l=0.04～0.50各個坡段的高度關係如下所示單坡形h1/h=0.05～0.60雙坡形h3/h=0.02～0.38 h4/h=0.05～0.58曲坡形h2/h=0.05～0.60曲坡形的坡形為橢圓的一部分。
2．在大液流強度下，如液流強度Γ＞14m3/m.h時，液流均布板4的兩端不再與塔體1相連接，留有l6的缺口，以提供更大的兩側液流通道，抵消盤面兩側弧形區域液體的回流，即可達到盤面液體停留時間均布的目的。如圖12所示。
圖中l5、----液流均布板4傾斜部分的長度l6-----液流均布板4與塔體1之間的距離h5-----液流均布板4傾斜部分的高度長度和高度的各個參數如下所示l5/l=0.05～0.50l6/l=0.04～0.20h5/h=0.15～0.55此液流均布板4的長度l可根據lw、d和l6/l按幾何關係加以確定。
此液流均布板4的形式可為單坡形、曲坡形或雙坡形。
3．在小液流強度下，如液流強度Γ＜3m3/m.h時，由於堰上液高較低，液流均布板4的上邊可設置齒口、梯口或矩口，以消除因安裝公差而引起的液流不均，其兩端與塔體1相連接。圖13為此液流均布板4的局部示圖。
參數如下e=5～30mm f=5～40mm
g=0～fmmi=0～10fmm本發明所說的液流均布板4可用於單溢流塔盤，也可用於出口堰5在中間的雙溢流塔盤。對於出口堰5在兩側的雙溢流塔盤，因上層塔盤的降液管為矩形，且液流只經歷縮流過程，只須將出口堰5改成液流均布板4的形式，就能取得較為滿意的均流效果。
本發明可用於各種類型的板式塔，如篩板、浮閥板和泡罩板等。
本發明所說的塔盤經大型冷模裝置試驗和工業塔實際應用考察，結果表明具有如下的優點1．均流效果好，能有效地消除盤面液體的溝流和回流，使盤面液體的停留時間差控制在8％以內；2．均流效果依靠自身水力學條件來實現；3．適應性強，可用於各種類型的板式塔，如篩板、浮閥板和泡罩板等；4．採用無因次結構參數，對於不同塔徑和各種液流條件的板式塔均能適用；5．簡單易行，尤其適用於工廠短期停車對舊塔的現場改造；本發明所說的塔盤，能廣泛應用於精餾、吸收、解吸、熱質傳遞等操作過程，是一種具有廣闊應用前景的板式塔塔盤。
下面將通過實施例對本發明作進一步的說明。
實施例1某浮閥精餾塔，弓形降液管設置，採用圖11所示的液流均布板作盤面液流的均布改造，各項技術參數如下塔內徑D 1000mm堰長lw620mm堰高hw25mm 液流強度Γ 8.06m3/m.h液流均布板4的安裝位置d18.55mm液流均布板4的高度h26mm液流均布板4的長度l664mm，兩端與塔體1相連接l3/l=0.12 l4/l=0.28 h3/h=0.077 h4/h=0.27對該精餾塔的全部塔盤採取如上的均流設置，測得盤面液體停留時間為12±0.5秒，在確保產品質量的前提下，生產能力提高了10％。
實施例2某林德板精餾塔，弓形降液管設置，盤面液體處於嚴重不均勻狀態，採用圖12所示的液流均布板，各項技術參數如下塔內徑D 1800mm 堰長lw990mm堰高hw30mm 液流強度Γ 22.25m3/m.h液流均布板4的安裝位置d 30mm液流均布板4的基本高h45mm液流均布板4的長度l 1076mm，兩端不與塔體1相連接，留有缺口為l6l5/l=0.1 l6/l=0.075 h5/h=0.25採取如上的均流設置後，盤面已無溝流，原有的回流現象消失，盤面液流均勻一致。
實施例3直徑為1600mm的泡罩式氨吸收塔，以軟水為吸收劑，回收原料氣中的NH3和CO2，以避免氨氮廢水對環境的汙染。採用本發明圖13所說的具有齒口的液流均布板，其各項技術參數如下塔內徑D 1600mm堰長lw1040mm堰高hw70mm 液流強度Γ 3.23m3/m.h液流均布板4的安裝位置d 15mm液流均布板4的基本高h 70mm液流均布板4的長度l 1074mm，兩端與塔體1相連接l1/l=0.15 h1/h=0.12齒口參數e=16mm f=18.5mmi=0g=0在系統平衡軟水2.8m3/h的生產條件下運行，在環境溫度為36℃的夏季，尾氣中NH3和CO2的指標仍能符合要求，全系統氨氮廢水排放為零。
實施例4某大型雙溢流吸收塔，設計時採取了較小的堰長塔徑比，運行中因過大的液流強度導致盤面液流嚴重不均，現採用本發明的技術作液流均布改造。
對出口堰5在中間的塔盤，在兩側弓形降液管下口附近設置如圖12所示的液流均布板4，各項技術參數如下塔內徑D2400mm堰長(兩側出口堰)/塔徑 0.58堰高hw15mm 液流強度Γ 43m3/m.h液流均布板4的安裝位置d 45mm液流均布板4的基本高h 20mm液流均布板4的長度l 1074mm，兩端不與塔體1相連接，留有缺口為l6l5/l=0.15l6/l=0.12h5/h=0.30對出口堰5在兩側的塔盤，液體只經歷縮流過程，無溝流和回流，僅對出口堰5作適當改造，以消除縮流液體的局部湧高。出口堰5採用圖9所示的單坡形，技術參數如下l1/l=0.15 h1/h=0.14採用以上技術的雙溢流塔盤，滿足了液流均勻分布的要求。
權利要求
1．一種液體停留時間均布的塔盤，主要由塔板(3)、氣液接觸元件、降液管(2)、出口堰(5)所構成，其特徵在於(1)在降液管(2)的液體出口處的塔板(3)上設有中間向兩邊傾斜的液流均布板(4)；(2)液流均布板(4)與降液管(2)下口之間的間距(d)為580mm；(3)液流均布板(4)的高度(h)如下式所示(h)=(hL)+(-10～20)mm式中hL-----清液層高mm(4)傾斜部分的高度(hq)與(h)之間的關係為(hq)/(h)=0.05～0.60；所說的液流均布板(4)固定於塔板(3)上。
2．如權利要求1所說的塔盤，其特徵在於所說的液流均布板(4)為單坡形，長度之間的關係為(l1)/(l)=0.04～0.50；高度之間的關係為(h1)/(h)=0.05～0.60；液流均布板(4)的兩端與塔體(1)相連接。
3．如權利要求1所說的塔盤，其特徵在於所說的液流均布板(4)為曲坡形，長度之間的關係為(l2)/(l)=0.04～0.50；高度之間的關係為(h2)/(h)=0.05～0.60；液流均布板(4)的兩端與塔體(1)相連接。
4．如權利要求1所說的塔盤，其特徵在於所說的液流均布板(4)為雙坡形，長度之間的關係為(l3)/(l)=0.03～0.18 (l4)/(l)=0.05～0.50；高度之間的關係為(h3)/(h)=0.02～0.38 (h4)/(h)=0.05～0.58；液流均布板(4)的兩端與塔體(1)相連接。
5．如權利要求1所說的塔盤，其特徵在於液流均布板(4)的上邊設有齒口、梯口或矩口。
6．如權利要求2所說的塔盤，其特徵在於所說的液流均布板(4)的兩端與塔體(1)之間具有缺口，其長度之間的關係為(l5)/(l)=0.05～0.50 (l6)/(l)=0.04～0.20；高度之間的關係為(h5)/(h)=0.15～0.55。
7．如權利要求1-6所說的塔盤，其特徵在於以液流均布板(4)取代出口堰(5)，安裝於出口堰(5)的位置。
全文摘要
本發明公開了一種液體停留時間均布的塔盤。本發明在塔盤上弓形降液管液體出口處設置一塊中間向兩邊傾斜的液流均布板,控制一定的高度、長度、形狀和傾斜度,使液體在進入塔盤之前,先進行一次液體的均勻分布,同時有效地調控進入盤面各個位置的液體流量,能有效地消除盤面液體的溝流和回流,使盤面液體的停留時間差控制在8%以內。所說的塔盤可用於各種類型的板式塔,如篩板、浮閥板和泡罩板等,尤其適用於工廠短期停車對舊塔的現場改造,是一種具有廣闊應用前景的板式塔塔盤。
文檔編號B01D3/14GK1211459SQ9811089
公開日1999年3月24日 申請日期1998年6月11日 優先權日1998年6月11日
發明者張成芳, 劉時賢, 鄭志勝, 鍾思青 申請人:華東理工大學