專利名稱：一種用于氣液傳質(zhì)的塔板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煉油和石油化工生產(chǎn)中的一種用于氣液傳質(zhì)的塔板，用于分餾塔、吸收塔等塔設(shè)備。
板式塔是石油化工生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的一種氣液傳質(zhì)設(shè)備。根據(jù)塔板上傳質(zhì)構(gòu)件的形式可以分為泡罩塔、篩板塔、浮閥塔和斜孔塔等。塔板的結(jié)構(gòu)在一定程度上決定了它們操作時的流體力學狀態(tài)和傳質(zhì)性能。評價塔板的性能有以下幾個方面(1)塔板的生產(chǎn)能力；(2)塔板的傳質(zhì)效率；(3)操作彈性；(4)塔板的壓降；(5)結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度和造價等。在應(yīng)用中往往根據(jù)工藝特點和塔板的性能選用適當?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式。
石油化工生產(chǎn)的發(fā)展要求節(jié)能降耗、消除“瓶頸”，對板式塔內(nèi)件提出了更高的要求，圍繞著提高處理能力和傳質(zhì)效率、擴大操作彈性等方面做了大量的工作。目前國內(nèi)除繼續(xù)采用F1型圓浮閥、篩板等傳統(tǒng)塔板外，近十年還有一些新型塔板得到了相當廣泛的推廣應(yīng)用，如條形浮閥、船形浮閥、導(dǎo)向浮閥、JF浮閥等。
國內(nèi)外關(guān)于新型塔板的專利很多。美國專利US5762834發(fā)明的是一種梯形浮閥，在每個閥對應(yīng)的塔板上開有一圓形孔作為氣流通道，孔的面積要能完全被浮閥的閥板所覆蓋，在梯形閥板的兩底對應(yīng)的部位分別開有一個細縫，兩閥腿安裝在細縫內(nèi)。US5788894公開的是一種高負荷塔板，其單個元件與VIGRID塔板相似，不同之處在于排列形式變順排為T形混排，并加設(shè)了部分導(dǎo)流孔；US5360583發(fā)明的傳質(zhì)元件與VIGRID塔板結(jié)構(gòu)相似，在排布上采用完全錯開的形式；US5120474公開的是一種圓形浮閥，閥板面平整，閥上兩閥腿對稱，閥的直徑小于常規(guī)的F1浮閥。中國專利ZL96229716.X(授權(quán)公告號CN2258088Y)發(fā)明的是矩形導(dǎo)向浮閥和梯形導(dǎo)向浮閥混排的結(jié)構(gòu)。ZL93244365.6(授權(quán)公告號CN2186593Y)披露的是一種帶可調(diào)降液管的齒孔型塔板。ZL97249621.1(授權(quán)公告號CN2310609Y)公開了一種帶翼浮閥，閥的主體呈船形結(jié)構(gòu)，與船閥的差別是閥的兩側(cè)開有鋸齒形的縫，一個閥腿上還開有導(dǎo)流孔。
上述各種塔板的應(yīng)用在一定程度上克服了傳統(tǒng)塔板的某些不足，取得了顯著的經(jīng)濟效益。但所存在的問題是，這些塔板在空間利用上不夠充分，許多塔板的傳質(zhì)效率都在60％以下。
本發(fā)明的目的在于提供一種塔板，能夠充分利用塔內(nèi)空間，為氣液兩相提供更大的接觸面積，提高塔板效率，從而解決現(xiàn)有各類塔板傳質(zhì)效率不高的問題。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種用于氣液傳質(zhì)的塔板，在塔板上設(shè)有出口堰、降液管，其特征在于塔板的上方設(shè)有附加傳質(zhì)部件。
采用本發(fā)明所述塔板，具有如下的有益效果本發(fā)明在塔板上增加了一層附加傳質(zhì)部件，充分地利用了塔板上方的空間，增大了氣、液兩相的接觸面積，延長了兩相接觸時間。附加傳質(zhì)部件的存在還有利于減小液體的返混(液體沿塔板流動方向上的返混和沿塔軸向的返混)，增大氣液相間的傳質(zhì)推動力。因此，本發(fā)明能顯著提高塔板的傳質(zhì)效率。
為進一步提高本發(fā)明塔板的傳質(zhì)效率，可在塔板液體進口區(qū)設(shè)置導(dǎo)流部件，在出口堰的下方開設(shè)引流孔，以改善氣液的流動和分布狀態(tài)，促進兩相間的接觸。
綜合采取以上幾個方面的措施，能使本發(fā)明每層塔板的傳質(zhì)效率較現(xiàn)有的各類常規(guī)塔板提高20～40％，并通過提高傳質(zhì)效率在一定程度上擴大塔板的處理能力。此外，附加傳質(zhì)部件對氣液兩相的流動都不會產(chǎn)生過大的阻力，因而壓力降不會增大太多。
對于篩板、斜孔和浮閥類塔板，其傳質(zhì)元件在塔板上占據(jù)的空間高度較??；在其上方設(shè)置一層附加傳質(zhì)部件，可以變單層塔板的接觸模式為雙層塔板的接觸模式，變單層板效率為雙層板效率，這樣就提高了塔板的傳質(zhì)效果。傳質(zhì)效率的改善對塔板的其它性能也將帶來有益的影響。例如塔板傳質(zhì)效率提高后，對精餾塔而言可以在較低的回流比下達到同樣的分離效果；這既有利于節(jié)能降耗，又有利于提高塔的處理能力。對于吸收塔，則可以以較低的溶劑比而達到同樣的吸收效果；這將減少輸送吸收劑的動力消耗，同時也在一定程度上使吸收塔可以在更大的處理量下進行操作。
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細的說明。


圖1是本發(fā)明塔板沿塔軸向的剖視圖。
圖2是圖1的C-C視圖。
圖3是圖1的B向視圖(放大)。
圖4～圖13為圖1的A-A剖視圖，示出了各種結(jié)構(gòu)附加傳質(zhì)部件的斷面形狀。其中圖4所示為平面形的附加傳質(zhì)部件，它的兩側(cè)固定于下部的塔板上。
圖5為在圖4所示結(jié)構(gòu)上增加了隔板的附加傳質(zhì)部件；隔板可以開孔，也可以不開孔。
圖6所示為鋸齒形的附加傳質(zhì)部件。
圖7所示為波紋形的附加傳質(zhì)部件。
圖8所示為分成多個單元的矩形附加傳質(zhì)部件。
圖9所示為分成多個單元的波紋形附加傳質(zhì)部件。
圖10所示為分成多個單元的半圓形附加傳質(zhì)部件。
圖11所示為分成多個單元的倒V字形附加傳質(zhì)部件。
圖12所示為分成多個單元的半橢圓形附加傳質(zhì)部件。
圖13所示為分成多個單元的梯形附加傳質(zhì)部件。
如圖1、圖2所示，塔板1安裝在塔板支撐圈6上，塔板支撐圈6固定于塔殼體4。塔板1上設(shè)有出口堰7和降液管5，出口堰7安裝在降液管5的管板上。塔板1可以是現(xiàn)有常用的篩板、浮閥、斜孔類塔板。附加傳質(zhì)部件3固定于塔板1的上方。
圖中所示的附加傳質(zhì)部件3可選用篩板，以及具有多種斷面形狀(如圖4～圖13所示)的開孔板、網(wǎng)板或絲網(wǎng)編制板等。其中，各種形狀開孔板上的開孔可以是圓孔、方孔、菱形孔、橢圓形孔等。此外，對于圖8～圖13中所示的分成多個單元的幾種結(jié)構(gòu)，還可以進行組合，形成多單元組合形附加傳質(zhì)部件。例如，圖8中的矩形和圖13中梯形的組合，圖10中的半圓形和圖11中倒V字形的組合，圖9中的波紋形和圖12中半橢圓形的組合，等等?？傊?，可以在圖8～圖13中分成多個單元的結(jié)構(gòu)中進行兩種甚至多種組合。
附加傳質(zhì)部件3的設(shè)置需要滿足以下要求(1)根據(jù)液體負荷的大小設(shè)計部件在塔板上的高度，保證部件至少在高負荷下被液體所浸沒，以起到傳質(zhì)作用；(2)開孔率或孔隙率高于其下部的塔板1，以免部件對氣流的阻力過大而降低塔板的負荷能力；(3)附加傳質(zhì)部件3不能對液體產(chǎn)生過大的阻力；比如對斷面為波紋形的附加傳質(zhì)部件3，波紋在液體流動的方向上應(yīng)適當敞開，即波紋間距不能太小；(4)部件設(shè)計應(yīng)充分考慮氣液兩相流動產(chǎn)生的沖擊，保證其有足夠的強度。
本發(fā)明所述的附加傳質(zhì)部件，其材質(zhì)可選擇金屬、陶瓷或塑料等。
為防止氣體偏流，在塔板1上的液體進口區(qū)設(shè)置導(dǎo)流部件2。設(shè)置導(dǎo)流部件2能夠減小返混，改善流體的分布，促進兩相接觸，有助于提高塔板的傳質(zhì)效率。圖1、圖2所示的導(dǎo)流部件2為二排固舌。導(dǎo)流部件2還可以是浮舌、導(dǎo)流孔或具有導(dǎo)向作用的浮閥等。
圖1中，在出口堰7的下方開有引流孔8，引流孔8為一排鋸齒形孔，如圖3所示。在出口堰7的下方開設(shè)引流孔可以減小近塔板層液體的滯留，從而使塔板上的液體有更均勻的停留時間，有利于提高傳質(zhì)效率。根據(jù)需要，引流孔8還可以采用其它的形狀，如半圓形、半橢圓形等。
以上結(jié)合附圖以單流塔板為例對本發(fā)明做了詳細說明。雙流及多流程塔板可依此類推。
下面舉例說明本發(fā)明的一個實際使用情況。
某煉油廠10×104噸/年氣體分餾裝置的丙烯/丙烷分餾塔A，原生產(chǎn)方案為塔頂生產(chǎn)95％的粗丙烯，塔底產(chǎn)85％的丙烷。全塔共120層單流F1浮閥塔板，塔徑Φ2000毫米，板間距450毫米，開孔率為11.4％，降液管面積為塔截面積的10.4％。后因產(chǎn)品方案調(diào)整，塔頂要求產(chǎn)精丙烯(純度≥99.5％)。為滿足生產(chǎn)要求，需要對塔進行改造，提高全塔的傳質(zhì)效率。有兩套方案可以實現(xiàn)這一目標(1)增加塔板數(shù)。即原有的120層單流塔板保留不動，另建一座同樣塔徑，塔高為34米的塔B，在此塔內(nèi)設(shè)置60層F1型單流浮閥塔板，板間距450毫米，開孔率和降液管面積分率分別為11.4％和10.4％。A、B兩塔串聯(lián)操作。預(yù)計改造投資為100萬元。
(2)原有塔及塔板保留不動，在每層塔板上40毫米處附加一層開孔率為25％、孔徑為3毫米的篩孔板。改造投資為15萬元。
為節(jié)省投資，減小占地面積和改造的工作量，最終決定采用方案(2)。方案實施過程只用了20天。投產(chǎn)后進行了生產(chǎn)標定，產(chǎn)品質(zhì)量完全達標。在回流比為14的情況下(改造前回流比需14.5)，塔頂精丙烯含量達99.65％，塔底丙烷達91.2％。丙烯收率大幅度提高(收率增幅超過3.8％)，經(jīng)濟效益顯著。
通過該例可以看出，附加傳質(zhì)部件的使用，充分利用了塔板上的空間，極大地提高了塔板的效率(改造前單板效率平均80.5％，改造后的單板效率達120.7％)，大幅度地減小了改造投資。在操作費用無明顯增加的情況下，使產(chǎn)品的質(zhì)量上了一個等級，并增加了丙烯的回收率。對改造的經(jīng)濟評估表明，每年生產(chǎn)效益可增加457萬元?？梢?，設(shè)置附加傳質(zhì)部件的雙層塔板有著很好的市場前景。
權(quán)利要求
1.一種用于氣液傳質(zhì)的塔板，在塔板(1)上設(shè)有出口堰(7)、降液管(5)，其特征在于塔板(1)的上方設(shè)有附加傳質(zhì)部件(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塔板，其特征在于所述塔板(1)為篩板、浮閥塔板或斜孔塔板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塔板，其特征在于所述附加傳質(zhì)部件(3)為篩板、開孔板、網(wǎng)板或絲網(wǎng)編制板。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任何一項所述的塔板，其特征在于附加傳質(zhì)部件(3)的高度應(yīng)使其至少在高負荷下被塔板(1)上的液體所浸沒。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任何一項所述的塔板，其特征在于附加傳質(zhì)部件(3)的開孔率或孔隙率高于其下部的塔板(1)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的塔板，其特征在于附加傳質(zhì)部件(3)的開孔率或孔隙率高于其下部的塔板(1)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的塔板，其特征在于塔板(1)的液體進口區(qū)設(shè)有導(dǎo)流部件(2)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的塔板，其特征在于導(dǎo)流部件(2)為導(dǎo)流孔、固舌、浮舌或具有導(dǎo)向作用的浮閥。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的塔板，其特征在于出口堰(7)的下方設(shè)有引流孔(8)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的塔板，其特征在于出口堰(7)的下方設(shè)有引流孔(8)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種煉油和石油化工生產(chǎn)中用于氣液傳質(zhì)的塔板。本發(fā)明在常規(guī)塔板上設(shè)置一層附加傳質(zhì)部件,形成雙層塔板,充分利用塔板上部的空間,為氣液兩相提供更大的相界面積和更長的停留時間,同時減小塔板上液體的返混,顯著地提高了塔板效率。為達到更好的效果,在液體進口區(qū)設(shè)置導(dǎo)流部件,在出口堰的下方開設(shè)引流孔,以改善氣液的流動和分布狀態(tài),促進兩相間的接觸。本發(fā)明,塔板單板效率較之常規(guī)塔板可提高20～40%。
文檔編號B01D3/14GK1298751SQ0010527
公開日2001年6月13日 申請日期2000年4月4日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月4日
發(fā)明者漆萍 申請人:中國石油化工集團公司, 中國石化集團洛陽石油化工工程公司