一種新型塔或管內構件立交盤的製作方法

2023-06-24 23:28:36

專利名稱：一種新型塔或管內構件立交盤的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種新型塔或管內構件，特別是涉及一種可消除塔或管內物料狀態的徑向差異，並提高化學反應或傳質操作效率的塔或管內構件立交盤。
物料流經空塔或管時，中心部流速高，邊緣部流速低，物料在塔或管內停滯時間分布較寬。如用夾套加熱或冷卻，傳熱阻力可能造成中央和周邊物料溫度不一。如有化學變化發生，停滯時間及溫度差異可能導致中央和周邊物料組成不勻。要消除這些現象，最簡捷的方法是在無死角、無短路和低阻力的前提下讓塔或管內中央和周邊的物料有規則地交替互換位置，使任意質點流經塔或管過程的徑向坐標變化的經歷相似。但是，迄今為止，工業化裝置或已公開專利及非專利文獻中都未見到能實現上述功能的簡單有效的塔或管內構件。
利用塔設備進行非均相體系化學反應或傳質操作時，參與反應或傳質的兩相物料應儘量保持活塞型逆向流動以獲得最大的反應或傳質推動力，分散相物料應分割成儘量細小的顆粒、液滴或氣泡均布在連續相物料中以提供最大的反應或傳質界面。為滿足這些要求，目前已有多種不同結構形式的板式塔和填料塔投入工業化運行，但其效率尚待進一步提高，操作彈性尚待進一步拓寬。
發明人在長期使用、改進化工、設備的實踐中研究開發出一種能使塔或管中央部位和周邊部位物料呈立體交叉流動，有規則地交替互換位置，並使兩相物料保持良好的活塞型逆向流動，且將分散相物料分割成細小顆粒、液滴或氣泡均勻分布在連續相物料中的新型塔內構件。
本發明的目的在於提供一種新型、簡單、高效新型塔內構件，特別是提供一種可消除塔或管內物料狀態(仃滯時間、溼度、組成等)的徑向差異，提高化學反應或傳質操作效率的簡單高效的塔或管內構件立交盤。
本發明提供的新型塔或管內構件立交盤時特徵在於包括立交盤盤底1、異形短管2、異形短管管間通道頂蓋3。所述立交盤盤底(簡稱盤底)1為圓錐面，錐底直徑小於塔或管內徑，為塔或管內徑的0.1～0.9倍，優選0.25～0.9倍。圓錐頂角為20～178°，優選60～160°；物料粘度越大，頂角越小。所述立交盤盤底圓錐面均勻分布兩個以上缺口6，塔或管直徑越大，缺口數越多。缺口由兩腰10和頂部11組成，頂部為一曲線，或縮成一點，兩腰直接相交。異形短管下口和盤底圓錐缺口相接，異形短管下口兩側接缺口兩腰，異形短管下口內端接缺口頂部。每一缺口分別連接一根異形短管2，異形短管下口和盤底圓錐所開缺口相接，異形短管外端面中心線與水平線成0～75°傾角指向盤頂側塔或管壁。根據使用場合，異形短管2可有不同形狀，一般由內端面7、外端面8和兩側面9組成。兩側面為曲面、平面或兩相交平面，內端面為曲面或兩相交平面，或兩側面直接相交縮為一直線或曲線，外端面為曲面或兩相交平面。通常外端面較內端面寬。
所述頂蓋3設在相鄰兩異形短管上口側壁間，頂蓋中央高兩側低，並向管壁側傾斜。相鄰兩異形短管間的相鄰側壁、頂蓋以及部分盤底圓錐面構成管間通道，作為管間通道底面的部分盤底圓錐面可變形為下凹曲面。諸異形短管上口外緣和頂蓋外緣組成的空間曲線在塔或管體橫截面的投影為完整圓周。該圓周直徑等於或略小於塔或管體內徑。塔設備如用於處理顆粒狀固體物料，立交盤盤底1、異形短管2、異形短管管間通道頂蓋3的所有平面或曲面傾角都應大於固體顆粒摩擦角，保證物料順暢下滑。
在本發明提供的立交盤盤頂側，諸異形短管上口內端及異形短管管間通道頂蓋內緣所組成的空間曲線將塔或管截面分割成兩部分，裡側為頂心區，外側為頂邊區，兩區面積之比為0.1～10，優選為0.5～6.0，更優選為0.5～2.0；在立交盤盤底側，諸異形短管下口外緣和異形短管管間通道底面外緣所組成的空間曲線將塔或管體截面分割為兩部分，裡側為底心區，外側為底邊區，兩區面積之比通常為0.1～10，優選為0.5～6.0，更優選為0.5～2.0。立交盤底阻隔底心區和頂心區，異形短管外端面及管間通道頂蓋阻隔底邊區和頂心區，諸異形短管連通底心區和頂邊區，諸異形短管管間通道則使底邊區和頂心區相通從而實現立體交叉流動。
本發明另一實施方案提供的立交盤中，還可以進一步包括在立交盤盤底圓錐頂內設置一頂角為40～178°，優選60～120°的倒置小圓錐。小圓錐底部和立交盤圓錐面底部所開缺口相切。所述倒置小圓錐的設置，可進一步避免在塔或管體內形成死角。
本發明又一實施方案提供的立交盤的異形短管和異形短管管間通道內設置多層孔板或網、填料(5)。所述孔板或網可水平安裝，亦可垂直或傾斜安裝。可逐層(個)安裝或組裝成單元再焊接固定在異形短管或異形短管管間通道內壁，亦可在異形短管或異形短管管間通道兩端設擋板或柵條固定孔板或網單元。填料可逐個裝入，亦可先組裝成單元後放入異形短管或異形短管管間通道內，異形短管或異形短管管間通道兩端設擋板或柵條固定。
本發明提供的立交盤用於管道時，管道可垂直、水平或傾斜安裝；本發明提供的立交盤用於塔設備時，可以盤頂朝上也可盤底朝上。塔或管內安裝的立交盤層數由工藝目標確定，盤數越多，流體徑向狀態差異越小，化學反應或傳質越充分。諸立交盤在塔或管內安裝時優選同角度排列，也可錯角度排列。立交盤與塔或管內壁直接焊接或裝配支撐，亦可將塔壁及立交盤外緣均加工成錐角相同的錐形，貼合套裝。對於不結汙垢的體系優選焊接。
本發明立交盤安裝在塔內時，相鄰立交盤間可設列管、盤管或螺旋板(Ⅲ型)換熱器以滿足工藝要求。
本發明提供的立交盤的異形短管及異形短管管間通道內可放置催化劑構成固定床反應器。
物料流在本發明提供的立交盤中，特別是裝有本發明多層立交盤的塔或管內流動為
物料可雙向流動，既可由盤底側流向盤頂側，也可以由盤頂側流向盤底側。物料如從盤底流入，盤底心區的物料經諸異形短管流向盤頂邊區，盤底邊區物料經諸異形短管管間通道流向盤頂心區。物料如從盤頂側流入，頂心區物料通過諸異形短管管間通道流向盤底邊區，盤頂邊區物料經諸異形短管流向盤底心區。這樣，物料每流經一塊立交盤，中心部和邊緣部物料互換一次位置，多塊盤串聯操作，物料流經塔或管的過程中任意質點徑向坐標變化的歷程相似，趨向理想活塞流。
此外，因立交盤同角度排列，物料由盤底側流入時，下層塔盤底心區的物料通過異形短管經該層盤頂邊區流向上層塔盤底邊區，被上層塔盤異形短管外端面阻攔，劈為兩半，相鄰的兩半在其間異形短管管間通道匯合，流向上層塔盤頂心區。下層塔盤底邊區的物料通過管間通道經該層盤頂心區流向上層塔盤底心區，被上層塔盤異形短管管間通道底面阻擋，劈割成兩半，相鄰的兩半在其間的異形短管內匯合，流向上層塔盤底邊區。同樣，物料如由盤頂側流入，上層塔盤頂邊區的物料通過異形短管經該層塔盤底心區流向下層塔盤頂心區，被下層塔盤諸異形短管內端面阻擋，劈分為兩半，相鄰的兩半在其間異形短管管間通道匯合，流向下層塔盤底邊區。上層塔盤頂心區的物料通過諸異形短管管間通道經該層塔盤底邊區流向下層塔盤頂邊區，被下層塔盤異形短管管間通道頂蓋阻攔劈分為兩半，相鄰兩半在其間的異形短管匯合，流向下層塔盤底心區。物料每流經一塊立交盤均獲一次周向分割-混合的機會，進一步提高均勻程度，消除塔或管內物料徑向狀態(停滯時間、溫度、組成)差異。
立交盤的異形短管和異形短管管間通道內如裝有孔板(網)或填料，塔內兩相物料在保持活塞態逆向流動的同時被異形短管及異形短管管間通道內的孔板(網)或填料反覆分割匯合，分散相物料呈微細狀態均布在連續相中，產生巨大的相界面並獲得充分的界面更新，促進化學反應或傳質操作。
本發明提供的一種新型塔或管內構件立交盤有如下特點1)物料通過立交盤時中心區物料流向邊緣區，邊緣區物料流向中心區，立體交叉流動，無死角，不返混，流經多塊立交盤後任何質點在塔內流動過程的徑向坐標變化經歷相似，比現有塔或管內構件更為有效地消除了物料狀態的徑向差異。2)每流經一塊立交盤，物料進行一次周向切割重組，進一步提高了物料狀態均勻性。3)異形短管及異形短管管間通道內的孔板(網)或填料使物料呈微細顆粒狀分割重組，相界面大，更新充分，化學反應或傳質操作效率高。4)用裝有本發明的立交盤的塔設備內，物料停留時間長，效率高，兩相流通界面大，操作彈性高於傳統板式塔或填料塔。5)結構簡單，製造成本較低，應用範圍廣。


圖1為立交盤的結構示意2為盤底圓錐頂內設一倒置小圓錐的立交盤的結構示意3、4為異形短管的結構示意5～6為均布各種形狀缺口的圓錐底示意圖本發明提供的塔或內構件立交盤用途廣泛，可用於製作例如1．高粘流體換熱器。2．聚合物熔體管道靜態混合器。3．螺杆擠壓機出口溫度均化器。4．需要保持物料活塞型流動的充填式反應塔，如聚醯胺聚合反應器、聚酯預縮聚反應器。5．固-液化學反應或傳質操作塔。6．固-氣化學反應(如聚酯固相縮聚塔)或傳質操作(乾燥塔)。7．液-液萃取塔。8．氣-液化學反應或傳質操作塔。9．固定床反應塔。
實施例1本發明的立交盤用作聚對苯二甲酸乙二酯的預縮聚反應塔，塔底設預熱器，塔體內設18塊立交盤，塔頂直徑放大，提供足夠的蒸發空間。塔體設夾套，開熱媒進、出口，完成酯化的齊聚物從底部進料口入塔，經預熱器加熱後向上順序通過18層立交盤，從上部出料口出塔，生成的乙二醇蒸汽從頂部抽氣口離塔。立交盤有效地縮小了物料流動狀態的徑向差異，使流動趨向活塞流，從而有效地加快了縮聚速度；在反應溫度280～285℃，壓力2000～3000Pa，反應時間40～75分鐘條件下，入口齊聚物數均聚合度為4～6，出口預聚物數均聚合度可達20～30，而且質量均一。
權利要求
1.一種新型塔或管內構件立交盤，其特徵在於包括立交盤盤底(1)、異形短管(2)、異形短管管間通道頂蓋(3)；所述立交盤盤底(1)為圓錐面，錐底直徑小於塔或管內徑，圓錐頂角為20～178°；所述立交盤盤底圓錐面均勻分布兩個以上缺口(6)；每一缺口分別連接一根異形短管2，異形短管下口和盤底圓錐所開缺口相接，異形短管外端面中心線以與水平線成0～75°傾角指向盤頂側塔或管壁；所述頂蓋3設在相鄰兩異形短管上口側壁間，相鄰兩異形短管間的相鄰側壁、頂蓋以及部分盤底圓錐面構成管間通道，諸異形短管上口外緣和頂蓋外緣組成的空間曲線在塔或管體橫截面的投影為完整圓周，該圓周直徑等於或略小於塔或管體內徑；在所述立交盤盤頂側，諸異形短管上口內端及管間通道頂蓋內緣所組成的空間曲線將塔或管截面分割成兩部分，裡側為頂心區，外側為頂邊區，兩區面積之比為0.1～10；在立交盤底側，諸異形短管下口外緣和管間通道底面外緣所組成的空間曲線將塔或管體截面分割為兩部分，裡側為底心區，外側為底邊區，兩區面積之比為0.1～10；立交盤底阻隔底心區和頂心區，異形短管外端面及管間通道頂蓋阻隔底心區和頂心區，諸異形短管連通底心區和頂邊區，諸管間通道則使底邊區和頂心區相通實現立體交叉流動。
2.根據權利要求1的塔或管內構件立交盤，其特徵在於所述異形短管由內端面(7)、外端面(8)和兩側面(9)組成，兩側面為平面、曲面或兩相交平面，內端面為曲面或兩相交平面，或兩側面直接相交縮為一直線或曲線，外端面為曲面或兩相交平面，外端面較內端面寬。
3.根據權利要求1的塔或管內構件立交盤，其特徵在於所述的圓錐錐底直徑為塔或管體內徑0.25～0.9。
4.根據權利要求1的塔或管內構件立交盤，其特徵在於所述異形短管管間通道底面的部分盤底圓錐面為下凹曲面。
5.根據權利要求1的塔或管內構件立交盤，其特徵在於所述盤底圓錐頂內設置一頂角為40～178°的倒置小圓錐4，小圓錐底部和立交盤圓錐面底部所開缺口相切。
6.根據權利要求1的塔或管內構件立交盤，其特徵在於所述異形短管及管間通道內設置孔板或網、填料(5)。
7.根據權利要求1的塔或管內構件立交盤，其特徵在於用於製作高粘流體換熱器、熔體管道靜態混合器、螺杆擠壓機出口溫度均化器以及需要保持物料活塞型流動的反應塔。
8.根據權利要求1、5的塔或管內構件立交盤，其特徵在於用於製作固-液或固-氣體系化學反應或傳質操作塔。
9.根據權利要求1、5、6的塔或管內構件立交盤，其特徵在於用於製作液-液萃取、液-氣化學反應或傳質操作塔。
10.根據權利要求1的塔或管內構件立交盤，其特徵在於所述立交盤的異形短管和異形短管管間通道內裝置催化劑，成為固定床反應器。
全文摘要
本發明涉及一種新型高效塔或管內構件立交盤,它包括立交盤盤底、異形短管、異形短管上口側面間設管間通道頂蓋,所述立交盤盤底為圓錐面,均布兩個以上缺口,每一缺口連接一根異形短管,短管和管間通道內還可增設孔板、網或填料,該盤可用以消除物流狀態的徑向差異及提高塔的化學反應和傳質效率。
文檔編號B01D3/14GK1305859SQ0110002
公開日2001年8月1日 申請日期2001年1月2日 優先權日2001年1月2日
發明者施景雲, 劉兆彥 申請人:劉兆彥