一種三層高效高速氣液傳質塔板的製作方法
2023-12-09 16:41:41
專利名稱：一種三層高效高速氣液傳質塔板的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種主要用於石油和化學加工工業板式塔中的傳質塔板，具體地說，是一種三層高效高速氣液傳質塔板。
背景技術：
板式塔是最常見的氣、液傳質設備，塔板類型一般以鼓泡類的泡罩塔板、浮閥塔板和篩孔塔板為主，隨著塔器技術的發展，對分離設備的要求也越來越高，相繼開發了很多新型的塔板和內構件，以適應不斷增長的需求。
板式塔內件的改進基本上都圍繞塔板上氣液接觸構型、吹氣方式、塔板空間的合理利用、減少機械阻力等方面的改進，以降低霧沫夾帶、洩漏等，提高塔板的處理能力；或減少返混、提高塔板效率；改善降液管結構和形式，提高降液管液泛處理能力以及其它機械結構等方面進行的改進，因此這些新構形都屬於泡罩塔板、浮閥塔板、篩孔塔板的改進和發展，塔設備的處理能力和傳質效率還要受氣、液兩相的重力分離(涉及氣相主體流動中的液滴分離和液相主體流動中的氣泡分離問題)的限制而使處理能力無法產生質的突破。
由此看來，要提高板式塔的處理能力和傳質效率，必需考慮利用超重力實現氣液相分離的辦法。高度噴射類的塔板正是利用氣液相間的密度差，氣液相高速運動時存在的慣性慣性力差來實現的氣液相分離，可以不受自然重力的制約。
噴射類塔板相對來說更適用於氣相負荷相對較高的操作體系，它與鼓泡類塔板產生用於氣液傳質的相界面的機制完全相同，都消耗氣體的能量，都存在著放大效應的影響問題、先天性的液體滯留區的影響等問題，控制塔設備生產能力的因素是氣液密度差和塔板上的氣液分散程度。
目前常見的噴射提升類塔板主要有垂直篩板(VST)類塔板，它是1963年日本三井造船株式會社開發的一種塔板，由開孔的塔板和側壁開孔的VST罩構成，其操作原理為氣體通過板孔噴射，形成伯努利效應，在板孔附近形成低壓區，將塔板上的液體卷吸、提升到VST罩中，然後氣體攜帶著備分散的液相由管壁上的開孔水平噴出，進行傳熱傳質。1968年日本三井造船株式會社對VST塔板進行了改造，發展了新型垂直篩板，並申請了多項專利(專利號「US3,633,882」，「US3,779,527」)。與普通塔板相比，該塔板霧沫夾帶相對降低，處理量顯著增大，但是該塔板操作在大處理量時，板效率明顯降低，同時塔板壓降較高。
從80年代起，中國對VST塔板進行了大量的研究，涉及大連工學院的文丘利開孔，西北工業大學的矩形VST罩和不同結構的VST罩壁開孔，河北工業大學的CTST塔板，還有天津大學開發的「氣液並流噴射接觸無返混式塔板裝置」(專利號98124512.9)等。
現有噴射提升類塔板存在的主要問題如下所示(1)在大處理量下塔板效率會急劇下降。現有噴射提升類塔板的發展主要體現在對噴射元件罩子的改進，未對造成大處理量時板效率降低的原因進行分析，頂罩結構改進後雖然可以改善傳質後氣液兩相的分離，降低霧沫夾帶，但實際上經過實驗研究發現，造成塔板板效率降低的原因是由於高氣速操作時液體相對提升量的降低造成的，而現有噴射類塔板基本上都是通過傳質元件底隙從塔板上吸液，必需要形成足夠的負壓才能保證液體的提升量，這就要求有足夠高的氣速，以犧牲塔板壓降為代價，並且氣速高到一定程度後對提升量的影響甚微。
(2)傳質後的液體與未傳質(未提升)的液體發生混合是其板效率低的另一種主要原因。而且，液體在提升管射流的初始段存在著液體循環問題，也會制約液體提升量的提高。有些專有技術雖然在傳質塔板上方再增加一層塔板，用來收集傳質後的液體，能解決液體返混的問題，但會大大增加塔板壓降和結構的複雜化，造成不必要的能耗損失。
(3)現有噴射類塔板還有一個共同缺點是塔板壓降大，因為該類塔板的固有特點就是利用高氣速下在傳質元件入口形成負壓，吸引液體上升，而且在傳質元件的頂部還要加上罩子或填料，這種輸液方式的局限性會增大流體通過塔板的阻力係數，降低操作能力上限，而且也制約了該類塔板的使用範圍。
(4)頂上加罩子，雖可加速相分散，能強化傳質，在一定程度上提高傳質效率，但也增加了相分離的困難，兩個元件之間的對噴會加速霧沫夾帶，降低塔設備的操作上限。
(5)現有塔板結構複雜、造價高，檢修維護難度大，不能應用於易結焦體系和減壓操作。發明目的
發明內容
本發明的目的在於提出一種三層高效高速氣液傳質塔板，塔板分為三層，氣液分散板上由多個傳質元件並聯構成，塔板上沒有滯留區，能消除塔設備規模擴大產生的放大效應；傳質元件上不設頂罩，但氣液分散板上有集液板和霧沫擋板，可以降低塔板壓降並保證相分離的效果；採用離心分離技術，突破重力場的限制，允許在高氣速和大噴淋量下操作，增加湍動程度和相接觸面積，有效提高處理能力和塔板效率，，使傳質過程得到強化。
本發明是這樣實現的包括塔板1、板孔2、升氣筒3、降液管4，塔板1上設有板孔2，塔板1與升氣筒3相連，塔板1與降液管4聯結。
塔板1分三層，，塔板1上由一個以上的由板孔2和升氣筒3組成的傳質元件並聯構成，塔板1的底層為氣液分散板，底層塔板與傳質元件之間有間隙；中層塔板為集液板，與升氣筒4頂部相連，且集液板與降液管聯結；頂層塔板為霧沫擋板。
塔板1的頂層霧沫擋板上設置篩孔、浮閥、泡罩或者網孔傳質構形。
由板孔2和升氣筒3組成的傳質元件為可插式構件。
塔板1上的由板孔2和升氣筒3組成的傳質元件或著直圓筒、或圓錐形結構，或著多邊形直筒或著多邊形錐筒結構，或著採用弧線形直筒和弧線形錐筒結構。
本發明的優點在於(1)本結構的特徵是底層塔板上由多個傳質元件並聯構成，從底層塔板來的氣液相高速流動進入傳質元件，發生氣液相分散，傳質主要發生在元件中，氣相和液相在元件外的流動基本是相對無關的單相流動，因為傳質過程是在每個傳質單元內進行的，所以可將整個塔板上的氣液相傳質過程分割成一個一個小的單元內進行，因而可消除塔設備規模擴大引起的放大效應。
(2)本結構的傳質元件上沒有頂罩，而是將單個元件的頂罩匯集為一層液體霧沫捕集板，所以結構簡單，但是又能保證了從傳質元件出來的氣液相之間的分離，將被氣體夾帶上去的液體進行阻擋和捕集。與現有技術相比，該結構比元件帶頂罩的結構的壓降低，從而提高了設備的處理能力，並且噴出液滴在向上層板運動的過程中先經過自然沉降然後再被霧沫擋板阻擋和捕集，對液體的捕集較徹底，降低了液體的返混。
(3)傳質前的液體由上層降液管送到氣液分散板，然後與氣相併流進入傳質元件，傳質後的液體從元件頂部噴出後大部分落到集液板上，剩下的液體被氣體夾帶後由霧沫擋板阻擋和捕集。因此，可解決傳質後的液體與未傳質(未提升)的液體發生混合的問題，能夠改善塔板效率。
(4)本結構採用離心分離技術，突破了目前常用鼓泡類塔板氣液相分離受自然重力差的制約，允許在高氣速和大噴淋量下操作，因此相分離可以得到強化，極大地提高設備的處理能力。
(5)該構型的降液管比常規塔板的要長，一直伸到下層塔板下方，因此可以延遲降液管液泛，大大提高液相處理能力，對起泡體系的適應性也增強。
(6)該塔板結構簡單，容易實現，板間距可以較低，對現有塔設備進行改造時只需更換塔板，內構件不需變動，改造費用較低，而且可針對不同體系和不同操作工況作調整，應用靈活。
附圖為本發明的結構示意圖。
具體實施例方式
如附圖所示，本發明涉及的一種三層高效高速氣液傳質塔板，塔板1包括三層，底層為氣液分散板，板上由多個傳質元件並聯構成，元件包括板孔2和升氣筒3，底層塔板1與元件有間隙；中層塔板為集液板，與升氣筒4頂部相連，捕集升氣筒3噴出的液體，並且集液板與降液管4聯結；頂層塔板1為霧沫擋板，阻擋和收集被氣體夾帶上去的液體霧沫。其特點是氣液相在元件內充分接觸傳質，而塔板1上只是氣相和液相的單相流動，離開元件後氣液相分離，液體大部分被集液板捕集，液體霧沫被上層霧沫擋板阻擋和收集。頂層霧沫擋板上可以設置篩孔、浮閥、泡罩或者網孔等傳質構形。氣液分散板上的傳質元件為可插式構件，其大小尺寸可以相同，也可以不同，根據具體的工藝條件進行設計。傳質元件可以採用直圓筒或圓錐形結構，也可以採用多邊形直筒和多邊形錐筒結構，還可以採用弧線形直筒和弧線形錐筒結構。
本構型利用「小塔無放大效應，大塔有放大效應並隨著塔徑的增加而猛增」的現實，提出了通過無數個「小塔」來並聯構造「大塔」的新機制，可以按傳質元件的個數將塔板1劃分為若干個區域，氣液傳質過程只是在元件內發生，而塔板1上只是氣相和液相的單相流動，所以傳質元件的氣液接觸傳質效果不受塔設備規模的限制，塔板上基本沒有滯留區，可以顯著降低甚至消除塔設備規模擴大引起的放大效應。
本結構的傳質元件上沒有頂罩，而是將單個元件的頂罩匯集為一層液體霧沫捕集板，所以結構簡單，但是又能保證了從傳質元件出來的氣液相之間的分離，將被氣體夾帶上去的液體進行阻擋和捕集。與現有技術相比，該結構比元件帶頂罩的結構的壓降低，從而提高了設備的處理能力，並且噴出液滴在向上層板運動的過程中先經過自然沉降然後再被霧沫擋板阻擋和捕集，對液體的捕集較徹底，降低了液體的返混。
傳質前的液體由上層降液管4送到氣液分散板，然後與氣相併流進入傳質元件，傳質後的液體從元件頂部噴出後大部分落到集液板上，剩下的液體被氣體夾帶後由霧沫擋板阻擋和捕集。因此，可解決傳質後的液體與未傳質(未提升)的液體發生混合的問題，能夠改善塔板效率。
本結構採用離心分離技術，突破了目前常用鼓泡類塔板氣液相分離受自然重力差的制約，允許在高氣速和大噴淋量下操作，因此相分離可以得到強化，極大地提高設備的處理能力。
該構型的降液管比常規塔板的要長，一直伸到下層塔板下方，因此可以延遲降液管液泛，大大提高液相處理能力，對起泡體系的適應性也增強。該塔板結構簡單，容易實現，板間距可以較低，對現有塔設備進行改造時只需更換塔板，內構件不需變動，改造費用較低，而且可針對不同體系和不同操作工況作調整，應用靈活。
權利要求
1.一種三層高效高速氣液傳質塔板，包括塔板(1)、板孔(2)、升氣筒(3)、降液管(4)，其特徵在於塔板(1)上設有板孔(2)，塔板(1)與升氣筒(3)相連，塔板(1)與降液管(4)聯結。
2.根據權利要求1所述的一種三層高效高速氣液傳質塔板，其特徵在於塔板(1)分三層，，塔板(1)上由一個以上的由板孔(2)和升氣筒(3)組成的傳質元件並聯構成，塔板(1)的底層為氣液分散板，底層塔板與傳質元件之間有間隙；中層塔板為集液板，與升氣筒(3)頂部相連，且集液板與降液管(4)聯結；頂層塔板為霧沫擋板。
3.根據權利要求2所述的一種三層高效高速氣液傳質塔板，其特徵在於塔板1的頂層霧沫擋板上設置篩孔、浮閥、泡罩或者網孔傳質構形。
4.根據權利要求2所述的一種三層高效高速氣液傳質塔板，其特徵在於由板孔2和升氣筒3組成的傳質元件為可插式構件。
5.根據權利要求2所述的一種三層高效高速氣液傳質塔板，其特徵在於塔板1上的由板孔2和升氣筒3組成的傳質元件或著直圓筒、或圓錐形結構，或著多邊形直筒或著多邊形錐筒結構，或著採用弧線形直筒和弧線形錐筒結構。
全文摘要
本發明涉及一種三層高效高速氣液傳質塔板，包括塔板1、板孔2、升氣筒3、降液管4，塔板1上設有板孔2，塔板1與升氣筒3相連，塔板1與降液管4聯結，塔板1分三層，塔板1上由一個以上的由板孔2和升氣筒3組成的傳質元件並聯構成，塔板1的底層為氣液分散板，底層塔板與傳質元件之間有間隙；中層塔板為集液板，與升氣筒4頂部相連，且集液板與降液管聯結；頂層塔板為霧沫擋板，氣液相在元件內充分接觸傳質，而各層塔板上只是氣相和液都是單相流動，傳質前後液體完全不混合。氣液傳質後，液相通過傳質元件和霧沫捕集板共同實現與氣相的分離。該構形結構簡單，能夠消除放大效應、增大處理能力、強化傳質。
文檔編號B01D3/14GK1978025SQ200510125699
公開日2007年6月13日 申請日期2005年12月5日 優先權日2005年12月5日
發明者劉豔升, 曹睿, 劉擁軍 申請人:中國石油天然氣集團公司, 中國石油大學(北京)