專利名稱：一種大型穿流篩板塔及塔板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種化工氣液傳質(zhì)領(lǐng)域中的無溢流塔板裝置，特別是一種塔板上液相流動(dòng)結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化的新型穿流篩板塔板及由該穿流篩孔塔板所構(gòu)成的穿流篩板塔。
背景技術(shù)：
穿流篩板塔是一種無溢流裝置的篩板塔，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，處理量大，廣泛應(yīng)用于大型煉油及氣體的吸收、除塵等工業(yè)過程。穿流篩板塔實(shí)現(xiàn)兩相分離的主要原理是發(fā)生傳質(zhì)的氣液兩相以逆流形式在穿流篩板塔內(nèi)流動(dòng)，氣相自下而上，液相自上而下；液相在板間淋降過程中與上升的氣相發(fā)生相間傳質(zhì)；另一方面，氣相穿過塔板時(shí)對(duì)液相層鼓泡，增加了兩相接觸混合強(qiáng)度，并使兩相界面更新速率大大增強(qiáng)，在該過程中發(fā)生鼓泡傳質(zhì)。然而仔細(xì)分析傳統(tǒng)穿流篩板塔，可以發(fā)現(xiàn)由于穿流篩板塔板的塔徑一般較大(直徑大于10m)，在實(shí)際的安裝過程中，塔板的水平度出現(xiàn)1°左右的傾斜角是很正常的，但即便是如此小的水平度偏差也會(huì)致使液相在塔板上的分布嚴(yán)重不均，進(jìn)而導(dǎo)致塔板上壓降過大，需要增加大量承重梁來支撐。此外，傳統(tǒng)穿流篩板塔板上液相分布的不均勻性和由此引發(fā)的氣相流動(dòng)結(jié)構(gòu)的不均勻性，嚴(yán)重限制了氣液兩相間的有效接觸，造成塔板的傳質(zhì)效率大大降低。綜合以上兩個(gè)方面，進(jìn)一步優(yōu)化穿流篩板塔板的幾何結(jié)構(gòu)以提高其上氣液兩相流動(dòng)結(jié)構(gòu)的均勻性，進(jìn)而在減少塔板操作動(dòng)力消耗的同時(shí)并提高了氣液兩相傳質(zhì)的效率，也是目前開發(fā)新型氣液傳質(zhì)設(shè)備的重要方向。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在開發(fā)一種新型穿流篩板塔及塔板，該塔中有兩種不同結(jié)構(gòu)的新型穿流篩孔塔板交替排布。每種結(jié)構(gòu)的新型穿流篩孔塔板通過將傳統(tǒng)穿流篩孔塔板分塊安裝并在各個(gè)塔板子塊上加設(shè)導(dǎo)流擋板來實(shí)現(xiàn)。該新型穿流篩孔塔可以保證其內(nèi)每級(jí)穿流篩孔塔板安裝的水平度，進(jìn)而在有效減少塔板壓降的同時(shí)，優(yōu)化了穿流篩板塔內(nèi)氣液兩相流動(dòng)結(jié)構(gòu)的均勻性，提高了塔板傳質(zhì)分離效率。本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明提出的新型的穿流篩板塔主要由塔壁12、新型穿流篩孔塔板1、氣相進(jìn)口 7、氣相分布器9、液相進(jìn)口 5和液相分布器4組成，如圖1所示。在這種新型穿流篩板塔中，交替排列著兩種不同幾何結(jié)構(gòu)的新型穿流篩孔塔板，分別為圖一中的新型穿流篩孔塔板(I)和新型穿流篩孔塔板(II)。這兩種不同結(jié)構(gòu)的新型穿流篩孔塔板可以通過對(duì)傳統(tǒng)穿流篩孔塔板進(jìn)行矩形分塊安裝得到，如圖3、圖4所示；也可以通過對(duì)傳統(tǒng)穿流篩孔塔板進(jìn)行弧形分塊安裝得到，如圖5、圖6所示。其中塔板分塊時(shí)要求每個(gè)子塊的面積不得大于 5m2,以保證每個(gè)塔板子塊的水平度偏差小于5mm，從而避免了液相在每個(gè)塔板子塊中發(fā)生主體流動(dòng)。在塔板分塊安裝以后，要在每個(gè)塔板子塊的周圍加設(shè)擋板，使其各自獨(dú)立，導(dǎo)流擋板的高度應(yīng)高出塔板液層高度50 250mm，以避免傳統(tǒng)穿流篩孔塔板上明顯的液相主體流動(dòng)。此外，由于本發(fā)明中新型穿流篩板塔內(nèi)交替排布的相鄰兩級(jí)塔板結(jié)構(gòu)不同，從上一級(jí)塔板的某個(gè)封閉塔板子塊內(nèi)流下的液相在相鄰的下一塊塔板上分配到不同的塔板子塊內(nèi)， 如圖2所示，從而實(shí)現(xiàn)了液相在相鄰兩層塔板間的重新混合分布，改善了氣液兩相濃度在穿流篩板塔內(nèi)部分布的均勻性，進(jìn)一步強(qiáng)化了兩相傳質(zhì)。所述的新型穿流篩孔塔板，塔板是由分塊的子塊塔板組成，每個(gè)子塊的面積不得大于5m2，每個(gè)塔板子塊的周圍設(shè)置有擋板導(dǎo)流，導(dǎo)流擋板的高度應(yīng)高出塔板液層高度50 250mm，各個(gè)塔板子塊所包圍的篩孔數(shù)目大于3個(gè)；所述的新型穿流篩孔塔板上導(dǎo)流擋板與各塔板子塊以及各個(gè)塔板子塊之間以焊接的方式連接；所述的新型穿流篩孔塔板可以由通過矩形分割形成的各個(gè)子塊塔板組裝實(shí)現(xiàn)，也可以由通過弧形分割形成的各個(gè)子塊塔板組裝實(shí)現(xiàn)；采用本發(fā)明的新型穿流篩孔塔板制備的大型穿流篩板塔，大型穿流篩孔塔內(nèi)交替排列著兩種不同幾何結(jié)構(gòu)的穿流篩孔塔板。但同一個(gè)穿流篩板塔內(nèi)兩種不同結(jié)構(gòu)的穿流篩孔塔板必須同時(shí)為矩形分割形成的各個(gè)子塊塔板組裝實(shí)現(xiàn)或者同時(shí)為弧形分割形成的各個(gè)子塊塔板組裝實(shí)現(xiàn)。對(duì)于矩形分割實(shí)現(xiàn)的穿流篩板塔，其內(nèi)兩種不同結(jié)構(gòu)的塔板裝配時(shí)應(yīng)保證其上所有的導(dǎo)流擋板應(yīng)該互相垂直或平行；對(duì)于弧形分割實(shí)現(xiàn)的穿流篩板塔，其內(nèi)兩種不同結(jié)構(gòu)的塔板裝配時(shí)應(yīng)保證每一級(jí)塔板上任一徑向擋板在水平面上的投影正好位于相鄰級(jí)塔板對(duì)應(yīng)的兩個(gè)徑向擋板在同一水平面上投影的中間。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于同傳統(tǒng)的穿流篩板塔相比，本發(fā)明所提出的新型穿流篩板塔由兩種不同結(jié)構(gòu)的新型穿流篩孔塔板交替排布實(shí)現(xiàn)。其中每級(jí)穿流篩孔塔板被分割成多個(gè)塔板子塊進(jìn)行安裝，保證了每個(gè)塔板子塊安裝的水平度，從而使得每個(gè)塔板子塊內(nèi)傳質(zhì)兩相的混合更加充分。此外，在各個(gè)塔板子塊的周圍加設(shè)了導(dǎo)流擋板，避免了液相在整個(gè)塔板表面的主體流動(dòng)，使得整個(gè)塔板上的液相分布更加均勻。這種新型的穿流篩板塔改善了其內(nèi)每級(jí)穿流篩孔塔板上液相的流動(dòng)狀況，使每一級(jí)塔板上液相的總壓降大大降低，減少了支撐梁的用料及費(fèi)用，同時(shí)提高了傳質(zhì)效率。另外，交替排列的兩種不同結(jié)構(gòu)塔板實(shí)現(xiàn)了液相在穿流篩板塔內(nèi)的重新混合分布，使得每層塔板上氣液兩相濃度分布趨于均勻，有利于兩相間的有效傳質(zhì)。


圖1 本發(fā)明中提出的大型穿流篩板塔的主視圖；圖2 本發(fā)明中大型穿流篩板塔內(nèi)相鄰兩級(jí)不同結(jié)構(gòu)塔板上液相重新混合分布圖。圖3 本發(fā)明中加設(shè)矩形擋板后新型穿流篩孔塔板(I)的三維立體結(jié)構(gòu)圖；圖4 本發(fā)明中加設(shè)矩形擋板后新型穿流篩孔塔板(II)的三維立體結(jié)構(gòu)圖；圖5 本發(fā)明中加設(shè)弧形擋板后新型穿流篩孔塔板(I)的三維立體結(jié)構(gòu)圖；圖6 本發(fā)明中加設(shè)弧形擋板后新型穿流篩孔塔板(II)的三維立體結(jié)構(gòu)圖；圖7 本發(fā)明中實(shí)施例一中兩種不同結(jié)構(gòu)穿流篩孔塔板的幾何參數(shù)圖；圖8 本發(fā)明中實(shí)施例二中新型穿流篩孔塔板(I)的幾何參數(shù)圖；圖9 本發(fā)明中實(shí)施例二中新型穿流篩孔塔板(II)的幾何參數(shù)圖。圖示說明1 塔板；2 擋板；3 篩孔；4 液相分布器；5 液相進(jìn)口 ；6 氣相出口 ；7:氣相進(jìn)口 ；8:液相出口 ；9:氣相分布器；10:局部放大圖邊框；11:穿流篩孔塔板上被分割形成的各個(gè)塔板子塊；12 塔壁；a 液相；b 氣相；c 液相流動(dòng)方向；ρ 垂直方向；q 水平方向
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一以本發(fā)明提出的塔徑為12. 6m、含有四塊塔板的新型穿流篩板塔為例， 塔板的幾何結(jié)構(gòu)如圖7所示，塔體從塔頂?shù)剿捉惶媾挪紴槿鐖D5、圖6所示的兩種已加設(shè)弧形導(dǎo)流擋板2的新型穿流篩孔塔板1，塔板間距為5. Om0其中一種塔板結(jié)構(gòu)，如圖5所示， 將塔板分成十七個(gè)塔板子塊11，擋板2高度為1. 9m。最內(nèi)層圓形擋板2的半徑為1. 8m,中間圓形擋板2的半徑為4. 58m,外層塔板1的半徑為6. 3m ；內(nèi)層和中間層擋板2之間連接有 8塊直線擋板2，每相鄰兩塊間隔45°，直線擋板2將該環(huán)形區(qū)域分割成8等份；同理，外層塔板1和中間層擋板2之間也連接有8塊直線擋板2，正好分別與外層的直線擋板2在同一直線上，每相鄰兩塊擋板2同樣間隔45°，直線擋板2將該環(huán)形區(qū)域也分割成8等份，具體結(jié)構(gòu)如圖5所示。另外一種塔板結(jié)構(gòu)，如圖6所示，將塔板1分成9塊，內(nèi)層圓形擋板2的半徑為2. 86m,外層塔板1半徑為6. 3m ；內(nèi)層擋板2和外層塔板1之間連接有8塊直線擋板 2，每相鄰兩塊間隔45°，直線擋板2將該環(huán)形區(qū)域分割成8等份，具體結(jié)構(gòu)如圖6所示；此外，兩種不同結(jié)構(gòu)塔板1在穿流篩板塔內(nèi)的安裝方位如圖7所示，兩種不同結(jié)構(gòu)塔板1的俯視圖上相鄰直線擋板2的夾角為23°。為說明上述實(shí)施例的實(shí)際作用效果，本發(fā)明對(duì)傳統(tǒng)穿流篩板塔和新型穿流篩板塔分別進(jìn)行了二氧化碳解吸模擬計(jì)算，實(shí)驗(yàn)中液相a為飽和的水溶液，從塔頂進(jìn)入；氣相b為空氣，從塔底進(jìn)入。具體過程如下常溫下將飽和二氧化碳水溶液從穿流篩板塔塔頂進(jìn)口 5 處經(jīng)液相分布器4打入塔內(nèi)，空氣從塔底進(jìn)口 7處經(jīng)氣體分布器9進(jìn)入，液相a和氣相b在塔內(nèi)逆向流動(dòng)，進(jìn)行兩相淋降傳質(zhì)。在塔板附近，液相穿過上一級(jí)塔板篩孔3沿方向c漏液至下一級(jí)塔板，上一級(jí)塔板中某個(gè)塔板子塊中的液相a在下一級(jí)塔板上被分配到投影處的多個(gè)塔板子塊中，如圖2中局部放大圖邊框10內(nèi)的兩級(jí)塔板所示，實(shí)現(xiàn)了液相a的重新混合分布。氣相b則穿過塔板上篩孔3，到上一級(jí)塔板，在塔板上各個(gè)塔板子塊內(nèi)與液相充分混合，發(fā)生鼓泡湍動(dòng)傳質(zhì)。最終氣相在塔頂通過氣相出口 6排出，液相從塔底底閥8流出到收集罐。模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對(duì)于安裝嚴(yán)格水平的穿流篩板塔而言，在相同的操作條件下，采用傳統(tǒng)穿流篩板塔，液相濃度變化量為0. 0105mol/L，采用新型穿流篩板塔，液相濃度變化量為0.0151mol/L，且單板壓降降低了 501^。對(duì)于安裝發(fā)生輕微傾斜(塔板平面和水平面夾角為1° )的穿流篩板塔而言，采用傳統(tǒng)穿流篩板塔，液相濃度變化量為0. 0089mol/L ；采用新型穿流篩板塔，液相濃度變化量為0. 0146mol/L，單板壓降降低了 55Pa。由此可以看出， 采用結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的新型穿流篩板塔的傳質(zhì)效率較傳統(tǒng)穿流篩孔塔板有了較大的提高。實(shí)施例二以本發(fā)明提出的塔徑為12. 6m、含有四塊塔板的穿流篩板塔為例，塔體從塔頂?shù)剿捉惶媾挪紴閮煞N已加設(shè)矩形導(dǎo)流擋板2的新型塔板1，塔板間距為5. 0m，塔板 1裝配時(shí)應(yīng)保證兩種不同結(jié)構(gòu)的塔板1上的所有導(dǎo)流擋板2在同一水平面的投影應(yīng)互相垂直或平行，例如在本實(shí)施例中要求塔板1上所有導(dǎo)流擋板2均平行于水平方向q或者垂直方向P。其中一種塔板1的幾何結(jié)構(gòu)如圖8所示，整個(gè)塔板1結(jié)構(gòu)以圓心呈軸對(duì)稱，在這種塔板1結(jié)構(gòu)上共有25個(gè)子塊塔板11，其中包括靠近圓心的9個(gè)近似正方形的子塊11、靠近塔壁的8塊扁長(zhǎng)方形子塊11、4個(gè)弓形子塊11和4個(gè)W型子塊11。具體幾何尺寸如下弧形子塊塔板11的弦到塔中心的垂直距離為5. 455m ；扁長(zhǎng)方形子塊塔板11近圓心長(zhǎng)邊到塔中心的垂直距離為4. 05m,長(zhǎng)邊長(zhǎng)3. 15m,兩相鄰扁長(zhǎng)方形子塊塔板11的公共邊正好位于某一條直徑上；最中心子塊塔板11為正方形，變長(zhǎng)為3. 15m，其中心正好與塔板中心重合。此外，擋板2高度均為1. 9m ；另外一種塔板1的幾何結(jié)構(gòu)如圖9所示，整個(gè)塔板1結(jié)構(gòu)以圓心呈軸對(duì)稱，在這種塔板結(jié)構(gòu)上共有觀個(gè)子塊塔板11，其中包括靠近圓心的4個(gè)近似正方形的子塊11、靠近塔壁12的8塊扁長(zhǎng)方形子塊11、8個(gè)近似三角形子塊11、4個(gè)缺角矩形子塊 11和4個(gè)弧矩形子塊11。具體幾何尺寸如下弧矩形子塊塔板11的短邊到塔中心的垂直距離為1. 575m ；扁長(zhǎng)方形子塊塔板11的短邊到塔中心的垂直距離為3. 15m，長(zhǎng)邊到塔中心的垂直距離為4. 825m。此外，所有擋板2高度也均為1. 9m。經(jīng)過二氧化碳解吸模擬計(jì)算可知，該實(shí)施例的新型穿流篩板塔與同等直徑、塔板數(shù)和塔板間距的傳統(tǒng)穿流篩板塔相比，不僅在塔板分離效率上提升了接近15%，同時(shí)整個(gè)塔板的壓降也降低了約10%。
權(quán)利要求
1.一種大型穿流篩孔塔板，其特征在于，塔板是由分塊的塔板子塊安裝得到，每個(gè)塔板子塊的幾何面積不得大于5m2，且其周圍均設(shè)置擋板導(dǎo)流，導(dǎo)流擋板的高度應(yīng)高出塔板液層高度50 250mm，每個(gè)塔板子塊所包圍的篩孔數(shù)目大于3個(gè)。
2.如權(quán)利要求1所述的大型穿流篩孔塔板，其特征在于，穿流塔板上導(dǎo)流擋板與各塔板子塊以及各個(gè)塔板子塊之間以焊接的方式連接。
3.如權(quán)利要求1所述的大型穿流篩孔塔板，其特征在于，該穿流塔板通過矩形分割形成的各個(gè)子塊塔板組裝實(shí)現(xiàn)，或通過弧形分割形成的各個(gè)子塊塔板組裝實(shí)現(xiàn)。
4.采用權(quán)利要求1的大型穿流篩孔塔板制備的大型穿流篩孔塔，其特征是大型穿流篩孔塔內(nèi)交替排列著兩種不同幾何結(jié)構(gòu)的塔板子塊構(gòu)成的穿流塔板，但同一個(gè)穿流篩孔塔塔內(nèi)兩種不同結(jié)構(gòu)的穿流塔板必須同時(shí)為矩形分割形成的各個(gè)子塊塔板組裝實(shí)現(xiàn)或者同時(shí)為弧形分割形成的各個(gè)子塊塔板組裝實(shí)現(xiàn)；對(duì)于矩形分割實(shí)現(xiàn)的穿流篩孔塔，其內(nèi)兩種不同結(jié)構(gòu)的塔板裝配時(shí)應(yīng)保證其上所有的導(dǎo)流擋板在同一水平面上的投影應(yīng)該互相垂直或平行；對(duì)于弧形分割實(shí)現(xiàn)的穿流塔，其內(nèi)兩種不同結(jié)構(gòu)的塔板裝配時(shí)應(yīng)保證每一級(jí)塔板上任一徑向擋板在水平面上的投影正好位于相鄰級(jí)塔板對(duì)應(yīng)的兩個(gè)徑向擋板在同一水平面上投影的中間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種大型穿流篩板塔及塔板；塔板是由分塊的塔板子塊安裝得到，每個(gè)塔板子塊的幾何面積不得大于5m2，且其周圍均設(shè)置擋板導(dǎo)流，每個(gè)塔板子塊所包圍的篩孔數(shù)目大于3個(gè)。該穿流塔板通過矩形分割形成的各個(gè)子塊塔板組裝實(shí)現(xiàn)，或通過弧形分割形成的各個(gè)子塊塔板組裝實(shí)現(xiàn)；大型穿流篩孔塔內(nèi)交替排列著兩種不同幾何結(jié)構(gòu)的塔板子塊構(gòu)成的穿流塔板，但同一個(gè)穿流篩孔塔塔內(nèi)兩種不同結(jié)構(gòu)的穿流塔板必須同時(shí)為矩形分割形成的各個(gè)子塊塔板組裝實(shí)現(xiàn)或者同時(shí)為弧形分割形成的各個(gè)子塊塔板組裝實(shí)現(xiàn)。改善了其內(nèi)每級(jí)穿流篩孔塔板上液相的流動(dòng)狀況，使每一級(jí)塔板上液相的總壓降大大降低，減少了支撐梁的用料及費(fèi)用，同時(shí)提高了傳質(zhì)效率。
文檔編號(hào)B01D3/26GK102309867SQ20111006814
公開日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2011年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月21日
發(fā)明者劉春江, 李雪, 段長(zhǎng)春, 王冰, 袁希鋼, 趙丹 申請(qǐng)人:天津大學(xué)