高效導向篩板塔的製作方法
2023-11-09 18:51:32
專利名稱：高效導向篩板塔的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於氣液傳質、傳熱過程的板式塔設備，特別是對篩板塔塔板的改進。
背景技術：
當板式塔用於傳質過程時，由於物料在塔板上需要從上遊向下遊流動，這樣就有一個液位落差，而且如果物料粘度越大，液流路線越長，液位落差就越大。液位落差的存在，致使上遊物料液層厚實而下遊物料液層較薄，這樣在上遊上升氣體難以穿過塔板引起塔板上液體鼓泡，在下遊氣速過大會將過薄的液層吹開，氣液在塔板上不能均勻流動，降低了塔板效率和生產能力。所以如何使氣液在各塔板上均勻流動是板式塔設計的關鍵。中國專利912070846公開了一種低溫精餾塔導向篩板，該專利在塔板上除均勻分布有篩孔外，還均勻分布有導向孔，且該導向孔的對稱中心線與篩板平面的垂直線構成銳角，這樣使通過該孔的氣流向上方傾斜噴出，利用氣體斜噴時在水平方向的分量推動液體沿塔板流動，使篩板上的整個液層的厚度差減小，達到改善氣液分布均勻的作用。但是該專利採用同向、均勻分布的導向孔，不能完全滿足塔板液流均勻、穩定分布的需要，因為通常在圓形塔板中間液體流動較快，而兩側液體流動較慢，尤其在塔板兩側的弓形區域內液流不均勻，甚至會使兩側出現液相返混，降低塔板效率。另外，從導向孔斜向上方噴出的氣流容易帶著霧滴進入上層塔板，造成霧沫夾帶現象。除此之外，該專利沒有克服目前常用的塔板存在的「非活化區」問題，即在液流的上遊區域，由於液體在從降液管流下的過程中，釋放了所含的氣體，因此剛進入上遊區域的液體是實在的液體，難以被上升的氣體穿過而形起鼓泡(氣液是在鼓泡表面進行傳質的)，這樣在塔板上形成「非活化區」，一般達30％左右，極大的影響塔板效率和生產能力。當液面梯度較大，大到降液管內液體達到上層塔板上溢流堰時，就會出現液泛，此時上層塔板的液體流不下來，整個塔上每層塔板的液體都流不下來，塔的操作陷入癱瘓狀態，需要停車處理。
發明內容
本發明針對現有技術的不足，解決塔板不同區域氣液穩定、均勻分布及減少塔板「非活化區」等影響塔板效率的技術問題，設計出一種高效導向篩板，從而大幅度提高導向篩板塔的分離效率和生產能力，同時可以防止堵塔和液泛發生，尤其適合高粘度物料的精餾。
本發明採取的主要技術方案包括塔板、塔體、塔板上有受液盤、降液管、溢流堰，在開有篩孔的塔板上設有導向孔，每個導向孔為側面開縫並與塔板相連的凸起，且開縫的水平中心線與塔板水平方向平行，使導向孔噴出的氣體完全沿水平方向推動液體前進。在塔板的不同區域，導向孔呈非均勻分布，且其對稱中心線與塔板的溢流堰中心線方向有0-90°轉角，促使塔板上不同區域液流分布均勻、穩定。從塔板不同區域的氣液動量衡算出發，導向孔的分布及轉角按照從導向孔噴出的氣體推動液體前進，傳遞給液體的動量與液體克服前進阻力所需要的動量相等的原則布置。此外，為了有效的減少「非活化區」，本發明在塔板上設有凸起的斜臺狀鼓泡促進器，將上遊區域的液層厚度降低，同時使液流的跡徑發生變化，誘導和促進液體發生鼓泡。該促進器背流面與塔板的水平方向呈1-30°傾角。
除此之外，本發明在塔板上設有誘導液體向兩側弓形區域流動的導流板。使塔板流動均勻。
溢流堰上開有缺口，控制液流路徑，起到均布的作用。
上述的導向孔分布及轉角布置按照以下塔板上液體不同區域的流速分布公式確定uxx+uyy=0---(1)]]>DuxDt=-Px+t(2uxx2+2uxy2)-1h(sx+vx-vx)---(2)]]>DuyDt=-Py+t(2uyy2+2uyx2)-1h(sy+vy-vy)---(3)]]>公式中
P——流動微元體所受的壓力；ρ——液體密度； ——速度u對t的隨體導數； μt——湍流粘性係數；ux，uy——液體的速度向量； h——液層高度；τsx，τsy——單位面積板面對流動微元體的曳力；τvx，τvy——氣體穿過液層時單位面積板面每秒帶走的動量；τvx，τvy——導向孔氣體每秒帶入液層中的動量；上述塔板導向孔對稱中心線與塔板的溢流堰中心線方向的轉角在塔板中心區域呈0-30°範圍變化，在兩側弓形區域呈0-90°範圍變化。
上述凸起的斜臺狀鼓泡促進器是截面為三角形凸起斜臺。
上述導向孔與塔板相連的凸起呈圓弧過渡，至使開縫水平中心線與塔板水平方向平行。
本發明的效果1、本發明根據塔板不同區域液流穩定、均勻流動的需要合理設置和分布導向孔，且導向孔的開縫方向與水平方向平行，使從其中噴出的氣體，水平推動塔板上液體均勻前進，使其流動接近於「活塞流」，提高了塔板的傳質效率。同時，強化物料在塔板上的流動，避免了粘性物料、大直徑塔等的液面落差大、易堵塔、液泛、霧沫夾帶、液相返混等問題。
2、設在液流上遊的鼓泡促進器誘導液體鼓泡，基本消滅了塔板上的「非活化區」(可由30％降至5％左右)。增大了塔板上氣泡數量和氣液接觸面積，大幅度地提高了板效率。同時增大了氣液通道和塔的生產能力。
本發明使塔板效率提高20～50％，生產能力提高30～80％以上，提高了產品質量，降低了生產消耗，節能達50％(與鼓泡塔相比)，可擴產100％。且重量輕、成本低，其造價相當於泡罩塔板的40～50％，浮閥塔板的60～70％，降低了一次性投資。
具體實施例方式
圖1是本發明導向篩板塔局部結構原理圖。
圖2是圖1的俯視3是鼓泡促進器結構圖4是導向孔結構圖以下結合附圖，對本發明進一步詳細說明。
如圖1、圖2、圖3所示本導向篩板塔由塔體6、塔板4、受液盤1、降液管2、導向孔3、鼓泡促進器5、溢流堰內14、溢流外堰13、導流板12組成。在開有篩孔11的塔板上，設有導向孔3，每個導向孔為與塔板相連圓弧過渡的凸起，側面開縫，且開縫的水平中心線與塔板水平方向平行，使導向孔噴出的氣體完全沿水平方向推動液體前進。導向孔呈非均勻分布，在塔板中心區域的導向孔開縫方向與塔板溢流堰中心線方向轉角呈0°左右，兩側弓形區域的導向孔開縫方向與塔板溢流堰中心線方向轉角呈1-30°不等，塔板各區域的導向孔分布密度及轉角布置根據不同區域的流速進行動量衡算，即以從導向孔噴出的氣體推動液體前進，傳遞給液體的動量與液體克服前進阻力所需要的動量相等。不同區域的流速分布公式uxx+uyy=0---(1)]]>DuxDt=-Px+t(2uxx2+2uxy2)-1h(sx+vx-vx)---(2)]]>DuyDt=-Py+t(2uyy2+2uyx2)-1h(sy+vy-vy)---(3)]]>公式中ρ——液體密度； P——流動微元體所受的壓力； ——速度u對t的隨體導數； μt——湍流粘性係數；ux，uy——液體的速廈向量；h——液層高度；τsx，τsy——單位面積板面對流動微元體的曳力；τvx，τvy——氣體穿過液層時單位面積板面每秒帶走的動量；τvx，τvy——導向孔氣體每秒帶入液層中的動量；此外，為了有效的減少「非活化區」，本發明在塔板上遊區域設有凸起的斜臺狀鼓泡促進器5，將上遊區域的液層厚度降低，同時使液流的跡徑發生變化，誘導和促進液體發生鼓泡。該促進器背流面與塔板的水平方向呈1-30°傾角。
本發明導向篩板塔的工作過程如下自上層塔板降液管2流下的液體，經過塔板4上遊鼓泡促進器5時厚度被減薄，同時被誘導出現氣泡，沿塔板向下遊流動。氣體從塔板4下方以一定的氣速通過塔板上的導向孔3和篩孔11，通過篩孔的氣體繼續上升至上一層塔板。通過導向孔的氣體水平前進，將動能傳遞給液體，從而推動液體沿水平方向均勻穩定流動至更下一層塔板，氣體則上升至上一層塔板，完成一個塔板的傳質過程。理論上已證明，當液體沿塔板均勻流動接近於「活塞流」時，塔板的分離效率最高；本發明中合理設置和分布導向孔，使從其中噴出的氣體，水平推動塔板上液體均勻前進，使其流動接近於「活塞流」，提高了塔板的傳質效率。同時，本發明強化物料在塔板上的流動，避免了粘性物料、大直徑塔等的液面落差大、易堵塔、液泛等問題。設在液流上遊的鼓泡促進器誘導液流鼓泡，基本消滅了塔板上的「非活化區」，增大了塔板上氣泡數量和氣液接觸面積，大幅度地提高了塔板效率。根據實驗本塔板傳質效率是75～95％，阻力降約為10～40mm水柱/板。同時增大了氣液通道和塔的生產能力。本發明可根據實際工藝要求設計塔體直徑和安裝塔板層數。
實施例1在塔徑為1200mm的導向篩板塔中，進行甲醇-水精餾分離，塔板上導向孔分布用上述的動量衡算公式計算得出，塔板中間區域導向孔開孔率為2～4％，與溢流堰中心線方向轉角在0°～30°之間變化，兩側弓形區域導向孔開孔率為4～10％，與溢流堰中心線方向轉角在0°～90°之間變化，鼓泡促進器設在每一層塔板液流的上遊區域，其截面為三角狀的凸起斜臺，背流面與塔板的水平方向有7°傾角。除此之外，本發明在塔板上設有誘導液體向兩側弓形區域流動的導流板。使塔板上液體流動均勻。溢流堰上開有缺口，控制液流路徑，起到均布的作用。按本實例對原篩板塔進行改造後，擴大生產能力100％，提高分離效率50％，塔頂甲醇質量由98.5％提高到99.9％，塔釜排放殘液中甲醇含量由0.05％降至0.01％，回流比由4.28降至1.8，取得大幅度擴產、節能、降耗、提高產品質量的效果。同時塔的操作壓力降低10％，進一步穩定了操作。
權利要求
1.一種導向篩板塔，包括塔體(6)、塔板(4)、受液盤(1)、降液管(2)、溢流堰，在開有篩孔的塔板上設有導向孔，其特徵在於每個導向孔為側面開縫並與塔板相連的凸起，且開縫的水平中心線與塔板水平方向平行，使導向孔噴出的氣體完全沿水平方向推動液體前進；在塔板的不同區域，導向孔呈非均勻分布，且每個導向孔對稱中心線與塔板的溢流堰中心線方向有轉角，導向孔的分布及轉角以從導向孔噴出的氣體推動液體前進，傳遞給液體的動量與液體克服前進阻力所需要的動量相等的原則布置，在塔板上設有凸起的斜臺狀鼓泡促進器，鼓泡促進器上亦有篩孔及導向孔。
2.根據權利要求1所述的篩板塔，其特徵在於，塔板上導向孔分布及轉角布置按照以下的塔板上液體不同區域的流速分布公式確定uxx+uyy=0---(1)]]>DuxDt=-Px+t(2uxx2+2uxy2)-1h(sx+vx-vx)---(2)]]>DuyDt=-Py+t(2uyy2+2uyx2)-1h(sy+vy-vy)---(3)]]>公式中P——流動微元體所受的壓力； ρ——液體密度； ——速度u對t的隨體導數； μt-湍流粘性係數；ux，uy-液體的速度向量； h——液層高度；τsx，τsy——單位面積板面對流動微元體的曳力；τvx，τvy——氣體穿過液層時單位面積板面每秒帶走的動量；τvx，τvy——導向孔氣體每秒帶入液層中的動量；
3.根據權利要求1所述的篩板塔，其特徵在於，塔板導向孔對稱中心線與塔板的溢流堰中心線方向的轉角在塔板中心區域呈0-30°範圍變化，在兩側弓形區域呈0-90°範圍變化。
4.根據權利要求1所述的篩板塔，其特徵在於，導向孔與塔板相連的凸起呈圓弧狀過渡，使開縫水平中心線與塔板水平方向平行。
5.根據權利要求1所述的篩板塔，其特徵在於，鼓泡促進器背流面與塔板的水平方向呈1-30°傾角。
6.根據權利要求1所述的篩板塔，其特徵在於，塔板上設有誘導液體向兩側弓形區域流動的導流板。
7.根據權利要求1所述的篩板塔，其特徵在於，溢流堰上開有缺口。
全文摘要
本發明涉及一種高效導向篩板塔。在開有篩孔的塔板上設有導向孔，每個導向孔是與塔板相連的凸起，側面開縫，且開縫的水平中心線與塔板水平方向平行，使導向孔噴出的氣體完全沿水平方向推動液體前進。在塔板的不同區域，導向孔呈非均勻分布，且其對稱中心線與塔板的溢流堰中心線方向有轉角，促使塔板上不同區域液流分布均勻、穩定。同時在塔板的上遊區域設置有鼓泡促進器，將上遊區域的液層厚度降低，誘導和促進液體發生鼓泡。提高了傳熱、傳質設備的生產能力和分離效率。
文檔編號B01D3/14GK1419946SQ01134859
公開日2003年5月28日 申請日期2001年11月16日 優先權日2001年11月16日
發明者李群生 申請人:北京化工大學