專利名稱：大通量板式分離塔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化工分離用的有降液管的板式分離塔。
在石油加工、化工、精細(xì)化工、環(huán)保等化學(xué)工程過(guò)程中，要大量用到各種板式傳質(zhì)與分離塔器(以下簡(jiǎn)稱板式塔)，以便使多種多樣的液相混合物，氣相混合物按人們的意愿分離開(kāi)。板式塔有多種類型，如泡罩塔、篩板塔、浮閥塔、舌型板塔、穿流柵板塔及旋流板塔等等。板式塔的塔板可分為有降液管和無(wú)降液管(穿流板)兩大類。有降液管塔板又有單降液管和多降液管型。
傳統(tǒng)有降液管塔板的構(gòu)造如附圖1所示。在圓柱型塔筒內(nèi)每隔一定距離安裝有水平的塔板1，塔板的兩側(cè)或中部分別有降液管2和液體溢流堰3，塔板上安設(shè)泡罩、浮閥等元件，或按一定規(guī)律開(kāi)成篩孔，即分別稱為泡罩塔、浮閥塔和篩板塔，等等。由附圖1可見(jiàn)，有降液管塔(無(wú)論是單降液管還是多降液管)大多存在弓形區(qū)I和II。在塔板工作時(shí)，由于要接納和導(dǎo)引上一塊塔板流下的液體，以及通過(guò)溢流方式將本板的液體在傳質(zhì)后導(dǎo)流向下一塊塔板，故在弓形區(qū)內(nèi)，理論上沒(méi)有氣、液的直接接觸和質(zhì)量傳遞，從而不發(fā)生明顯的傳質(zhì)與分離作用。換言之，弓形區(qū)在塔板工作時(shí)實(shí)際上是傳質(zhì)與分離的盲區(qū)。根據(jù)板式塔的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，有降液管塔板弓形區(qū)所占的面積一般為塔筒橫截面積的15～30％，最大時(shí)可達(dá)40％以上。這種設(shè)計(jì)導(dǎo)致的很明顯的問(wèn)題是(1)每塊塔板由于較大面積弓形區(qū)的存在，其傳質(zhì)與分離效率沒(méi)有得以充分發(fā)揮；(2)由于汽流無(wú)法通過(guò)弓形區(qū)，故理論上使得整個(gè)塔的處理能力(或稱通量)至少降低了15～30％。
美國(guó)的NYE 曾對(duì)板式塔在直徑不變情況下的擴(kuò)容設(shè)計(jì)提出了一種改進(jìn)結(jié)構(gòu)(參見(jiàn)G.de Bruyn，H.A.Gangriwala，J.O.Nye，Proccedings of“Distillationand Absorpti on′92”，Birmingham，U.K.，1992)如圖4所示。其基本原理是(1)采用懸掛式降液管4，其出口下沿距下層塔板有一定距離，以省出被傳統(tǒng)降液管占據(jù)的該弓形區(qū)面積；(2)降液管外形與傳統(tǒng)的類似，只是在下部出口處設(shè)置一平板5以維持降液管的液封效果；(3)降液管下端開(kāi)口面向塔中心區(qū)。這樣改進(jìn)的結(jié)果可使塔板理論上的有效傳質(zhì)面積比傳統(tǒng)的增大8～15％。然而，此種結(jié)構(gòu)仍然存在兩方面嚴(yán)重缺陷其一，在弓形區(qū)懸掛式降液管下部，上升的汽相受到懸掛式降液管底部平板5的阻擋，不能順暢地與塔內(nèi)上升的汽相主體匯合，從而一方面在平板5與塔板以及塔壁匯成的狹小空間內(nèi)形成汽相旋渦，影響傳質(zhì)效果，另一方面使塔的壓力降增加；其二，由于降液管向塔中心方向開(kāi)口，流下的液體欲與弓形區(qū)I上升的汽相發(fā)生傳質(zhì)交換，就必須先返流至上述狹小空間內(nèi)，然后再順液體宏觀流動(dòng)方向向塔板的另一側(cè)流去。這樣，在此降液管下方塔板的弓形區(qū)內(nèi)，液相就不可避免地存在旋渦和返混現(xiàn)象，而且可能會(huì)出現(xiàn)流動(dòng)“死區(qū)”，從而嚴(yán)重影響傳質(zhì)效果。因此，雖然從理論上全塔增加了8～15％的傳質(zhì)面積，但塔板并沒(méi)有達(dá)到其應(yīng)有的傳質(zhì)效率。
本發(fā)明的目的是提供一種大通量的有降液管(單降液管或多降液管)的板式分離塔，其塔板的有效傳質(zhì)面積比相同直徑的傳統(tǒng)塔板提高10％以上。
本發(fā)明的技術(shù)方案是一種大通量板式分離塔，它主要由塔筒、塔板、溢流堰和降液管組成，靠塔壁的溢流堰6和降液管7的橫截面為月牙形，即將傳統(tǒng)的溢流堰3降液管2，如圖1所示的弓形橫截面中的直線改變?yōu)槿鐖D3、圖4所示的弧線，以減小溢流堰3和降液管2在塔板中所占的面積。對(duì)于多降液管板式分離塔塔板中部的降液管仍為直線形，如圖4所示。本發(fā)明的月牙形溢流堰6和月牙形降液管7橫截面的弧長(zhǎng)l′w為(1/6)πD≤l′w＜(1/2)πD優(yōu)選的l′w為(1/5)πD≤l′w＜(2/5)πD(D為塔徑)并使單個(gè)溢流堰劃出的溢流區(qū)面積II’不大于塔板總面積的5％。
本發(fā)明的月牙形降液管可以是拖尾懸掛降液管，即月牙形降液管8的管尾向塔壁收縮，其拖尾處縱剖面可以是直線形，如圖4a所示，也可以是流線型，如圖4b所示。月牙形懸掛降液管7的出口下沿距下層塔板的距離略大于下層塔板的溢流堰高度。對(duì)于多降液管的板式分離塔，塔板中部的拖尾降液管，則向中間收縮成狹縫，其拖尾處縱剖面可以是直線型，也可以是流線型，也可以是懸掛降液管，即出口下沿距下層塔板的距離大于下層塔板的溢流堰高度。
本發(fā)明具有以下的優(yōu)點(diǎn)1.由于采用了月牙形溢流堰，其溢流通道所占空間縮小。對(duì)于單降液管板式塔，采用本發(fā)明后，塔板上非傳質(zhì)區(qū)面積從圖1a中的I和II兩個(gè)弓形陰影區(qū)變成圖3中一個(gè)陰影區(qū)I’，對(duì)于多降液管板式塔，采用本發(fā)明后，塔板上非傳質(zhì)區(qū)面積則從圖1b中的三個(gè)陰影區(qū)變成了圖4a中的中部條形陰影區(qū)和圖4b中的兩個(gè)月牙形陰影區(qū)。從而使非傳質(zhì)區(qū)在整塊塔板上所占的面積比傳統(tǒng)的溢流區(qū)面積要小3％以上，甚至達(dá)到20％，使塔板的有效傳質(zhì)面積明顯增加；2.由于采用了月牙形拖尾式懸掛降液管，使降液管流下的液體直接沿塔壁流下，并從塔板的一側(cè)最邊緣處向塔板的另一側(cè)流動(dòng)，從而使塔板上液體宏觀流動(dòng)狀態(tài)處于較理想的“活塞流”狀態(tài)，又由于月牙形溢流堰6和月牙形降液管7有一定的弧度，使整個(gè)塔板上的液體都均勻地流動(dòng)，沒(méi)有“死區(qū)”，因此有助于提高傳質(zhì)效率；3.由于本發(fā)明的降液管7采用拖尾式懸掛降液管，出口處不占塔板面積，故它與傳統(tǒng)塔板相比，相當(dāng)于省出了圖1中弓形區(qū)I的塔板面積，增加了塔板的有效傳質(zhì)面積。在塔徑一定的情況下，本發(fā)明的生產(chǎn)能力(通量)與傳統(tǒng)的塔相比可提高10-25％，有時(shí)可達(dá)35％(視傳統(tǒng)的兩個(gè)弓形區(qū)面積不同而異)。
4.本發(fā)明在省出的塔板面積區(qū)域上，不需增加其它異于該板傳質(zhì)元件的其它傳質(zhì)器件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作方便，經(jīng)濟(jì)且可靠。


圖1為傳統(tǒng)有降液管板式分離塔結(jié)構(gòu)示意圖，a為單降液管，b為多降液管；圖2為NYE改進(jìn)的板式分離塔結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明的單降液管板式分離塔結(jié)構(gòu)示意圖，a和b為兩種月牙形溢流堰和降壓管的形狀，a為尖頭月牙形，b為平頭月牙形；圖4為本發(fā)明的多降液管板式分離塔結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明的拖尾式降液管側(cè)視示意圖。
以下通過(guò)實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明。
實(shí)施例一。乙醇一水分離體系，原塔徑D＝1200mm，采用傳統(tǒng)小孔篩板，單降液管型，塔板間距為HT＝500mm，弓形降液管的堰長(zhǎng)lw＝876mm，寬度Wd＝190mm，降液管與溢流區(qū)所占面積為全塔橫面積的20.4％，即有效傳質(zhì)面積為79.6％如圖1a所示。采用本發(fā)明新結(jié)構(gòu)后，仍然為單溢流型，板間距不變，溢流堰長(zhǎng)為l′w＝930mm，寬度Wd′＝1.25mm。降液管尾部采用直線相交型連接，開(kāi)口寬度b＝14mm。降液管尾部下沿距塔板高度h1＝25mm，如圖3所示。測(cè)定顯示，本發(fā)明所示塔的處理能力比原塔提高16.2％，塔底殘液中乙醇含量比原塔降低83％。
實(shí)施例二。醋酸脫水塔，傳統(tǒng)篩板雙降液管型，D＝3200mm/3500mm。操作壓力塔頂111.7kpa，塔底189kpa。塔板數(shù)90塊，板間距610mm/1450mm，弓形降液管的溢流堰寬Wd平均為332mm/842mm，弓形區(qū)I，II與中間降液管所占面積與塔橫截面積之比為41％，如圖1b所示。
采用本發(fā)明新結(jié)構(gòu)，仍為雙降液管，板數(shù)和板間距不變。溢流堰高度與原來(lái)相等，兩側(cè)溢流區(qū)形狀由弓形變?yōu)樵卵佬?，中間降液管寬度縮小，采用拖尾懸掛式降液管，總面積占塔橫截面積的比例平均為7.8％，降液管尾部采用流線型連接，降液管中清液高度維持在100-200之間，其下沿距塔板高度h1＝50mm。新、舊結(jié)構(gòu)塔操作顯示新結(jié)構(gòu)塔生產(chǎn)能力比原來(lái)增加20％。同時(shí)，塔底醋酸純度由原來(lái)的98.9％提高到99.3％。
權(quán)利要求
1.一種大通量板式分離塔，它主要由塔筒、塔板、溢流堰和降液管組成，其特征是靠塔壁的溢流堰(7)和降液管(8)，其橫截面為月牙形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的板式分離塔，其特征是月牙形溢流堰(7)和降液管橫截面的內(nèi)側(cè)弧長(zhǎng)l′w為(1/6)πD≤l′w＜(1/2)πD優(yōu)選的長(zhǎng)度為(1/5)πD≤l′w＜(2/5)πD(D為塔徑)并使單個(gè)溢流堰劃出的溢流橫截面積(II)′不大于塔筒橫截面積的5％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的板式分離塔，具特征是月牙形降液管(8)為拖尾懸掛降液管。
全文摘要
一種大通量板式分離塔,它主要由塔筒、塔板、溢流堰和降液管組成,靠塔壁的溢流堰和降液管的橫截面為月牙形,以減小溢流堰和降液管在塔板中所占的面積。采用本發(fā)明后,塔板上非傳質(zhì)區(qū)面積大大減少,整個(gè)塔板上的液體都均勻地流動(dòng),沒(méi)有“死區(qū)”,生產(chǎn)能力與傳統(tǒng)的塔相比可提高10%—35%。
文檔編號(hào)B01D3/16GK1198959SQ9710708
公開(kāi)日1998年11月18日 申請(qǐng)日期1997年8月21日 優(yōu)先權(quán)日1997年5月9日
發(fā)明者張志炳, 趙靜, 卞克建 申請(qǐng)人:南京大學(xué)