氣升旋流吸液與降液隔離式塔板的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明氣升旋流吸液與降液隔離式塔板，屬于接觸式氣液傳質(zhì)技術(shù)領(lǐng)域。其機(jī)理和外貌類似于普通塔板，但具明顯差別。首先，該發(fā)明增設(shè)了一個隔絕氣相的進(jìn)液儲液夾層，從而完全避免了常規(guī)塔板中，高速氣相上升流推舉液相，使其下降受阻導(dǎo)致“液泛”的問題。其次，在氣相上升流各通道中，均固裝一組旋流導(dǎo)流葉片，使上升氣相高速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生離心力場:一方面從中心低壓區(qū)吸入液相，使液相的循環(huán)流動更加順暢；另一方面使吸入的液相在氣相旋轉(zhuǎn)“組合渦”層間角速度差剪切的作用下，撕裂成無數(shù)細(xì)小的霧滴顆粒，大大增加了與氣相接觸的比表面積，提高氣液傳質(zhì)的效率；同時，高速旋轉(zhuǎn)流場使得形成的霧滴高效分離，避免了霧沫夾帶現(xiàn)象。該發(fā)明可成倍提升塔內(nèi)氣體流速、減小塔徑，提高設(shè)備的單位體積效率。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，塔板的處理量和體積也變得巨大。大直徑的塔設(shè)備面臨運(yùn)輸、現(xiàn)場組裝以及熱處理等難題。傳統(tǒng)板式塔的氣體處理量，受到過量霧沫夾帶和降液管液泛的限制，難以提高上升氣速即處理量。因此，研發(fā)高效、大通流量的氣液傳質(zhì)塔和塔盤，具有很大的意義。
[0003]已有不少高效、大流量的塔板板結(jié)構(gòu)相繼問世，主要分為兩大類:一類在降液管結(jié)構(gòu)、氣液接觸元件、氣液接觸方式等方面改進(jìn)，以降低霧沫夾帶，增大氣速，如日本三井造船的新型垂直塔板New-VST，河北工業(yè)大學(xué)立體傳質(zhì)塔板CTST，天津大學(xué)并流噴射塔板JCPT ；另一類大通量塔板，引入離心裝置，通過離心力強(qiáng)化氣液的分離，從而允許更大的操作氣速，如Shell公司開發(fā)的Con-Sep塔板，Jager公司開發(fā)的Co-Flo塔板，以及Koch-Glitsch公司推出的Ultra-Frac塔板。但這些新型塔板的降液過程仍只借助液體重力，降液效果受限，其次，以離心力場強(qiáng)化傳質(zhì)后，如何再使得氣液能高效分離，避免霧沫被夾帶至上層塔板，也缺有效的技術(shù)手段。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述不足，本發(fā)明創(chuàng)新出一種全新結(jié)構(gòu)的氣升旋流吸液與降液隔離式塔板，利用夾層結(jié)構(gòu)，將降液管與氣相上升流徹底隔離，避免對降液的推舉；引入旋流導(dǎo)流元件，構(gòu)成旋流式塔板，強(qiáng)化氣液傳質(zhì)過程。
[0005]為實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)解決方案為:
[0006]1、施加單獨(dú)的降液管(組)，將上層塔板上的液體，引導(dǎo)到下層塔板之下的封閉夾層當(dāng)中，使下降液流全程不與氣流接觸，從而完全避免了普通板式塔中，高速上升氣流推舉下降液相產(chǎn)生“液泛”的問題。
[0007]2、塔板下封閉夾層中的液相，通過各組輻射狀聚中的數(shù)根橫向?qū)Ч苓B通流入聚于該組中心的液相上升管段中，上升管段的底端封閉，上端敞口或開多個孔洞，形成唯一的液體上返通流口。
[0008]3、每根液相上升管段的外周，均添加一根內(nèi)徑明顯大于液相上升管段、且穿過多層塔板的氣相升流管，升流管的外周與各個塔板和夾層板的穿管內(nèi)孔貼合密封，使得氣相只能從該升流管內(nèi)流向上層塔板，而在夾層的軸向尺寸范圍，由于液相上升管段的中心占位，氣流是在內(nèi)、外管圍成了環(huán)狀截面通道中流過的。如此，也完全隔離了上升氣流對下降液相的推舉。
[0009]4、在如上所述的每一液相上升管段外的環(huán)狀截面通道中，都固裝一組數(shù)片旋流導(dǎo)流葉片，使高速上升氣流流過后，產(chǎn)生強(qiáng)烈的旋轉(zhuǎn)。
[0010]由于離心力場的作用，氣流旋轉(zhuǎn)中心區(qū)即液相上升管段上開口處的壓力明顯降低，能將液相向上抽吸，并在離心力作用下被甩向氣相升流管的內(nèi)壁。在此過程中，液相受到氣相旋流“組合渦”各旋層間因角速度不同而產(chǎn)生的強(qiáng)烈剪應(yīng)力的撕扯，被破碎成大量的霧滴。由此而大大增加了與氣相傳質(zhì)吸收的比表面積，產(chǎn)生強(qiáng)烈高效的傳質(zhì)效果。
[0011]5、氣相升流管暴露于兩層塔板之間的部分，在其圓周壁均勻開透多量的小孔，使得上述吸收了氣相之后的霧滴，被離心力甩到氣相升流管內(nèi)壁之后，凝聚流出氣相升流管，外出流到該層塔板上，在通過連通該層塔板上與下層塔板夾層的又一層降液管，密閉流到下一層塔板夾層中，重復(fù)上述的過程……，形成由上而下一層一層的反復(fù)氣液傳質(zhì)過程。
[0012]本發(fā)明氣升旋流吸液與降液隔離式塔板的結(jié)構(gòu)和原理技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)為:
[0013]1、各自獨(dú)立的氣相升流管(組)、和降液管(組)。將塔板之間的氣相上升流與液相下降流完全隔離而避免“液泛”，可提高氣速增大處理量，更為接下的高速旋流吸液和剪切破碎傳質(zhì)創(chuàng)造優(yōu)勢條件。
[0014]2、各液相上升管段位于各氣相旋流導(dǎo)流葉片的中心。由于前者的占位，使氣相流過環(huán)周旋流導(dǎo)流葉片的速度更高，產(chǎn)生更強(qiáng)烈旋流，強(qiáng)力抽吸液相上升管段上開口處的液相、和強(qiáng)力剪切破碎液流液滴，大大增強(qiáng)傳質(zhì)效果。
[0015]3、塔板之間的氣相上升管段，沿圓周和軸向開多個孔。這些孔使液相(夾少量氣相)離開氣相上升管到塔板之間，沉降落到塔板表面，再沿降液管下到下一層塔板下的封閉夾層。又在氣相上升管的稍上部位內(nèi)壁圓周邊，布置一個或多個擋液環(huán)，阻止液相沿氣相上升管內(nèi)壁的繼續(xù)上升。
[0016]氣相上升管段內(nèi)被氣相夾帶的細(xì)小液相顆粒，可直接通過過濾除沫元件，對細(xì)小液滴進(jìn)行聚結(jié)捕集分離，或經(jīng)管壁孔后進(jìn)入塔板空間的氣相再經(jīng)過過濾除沫元件進(jìn)行聚結(jié)捕集分離。
[0017]氣相上升管可以是整根結(jié)構(gòu)兼做支撐對位，也可斷開分段安裝，各段之間的距離任意，安裝除沫過濾組件，非常靈活方便。
[0018]本發(fā)明氣升旋流吸液與降液隔離式塔板的有益效果是:
[0019]1、由于徹底杜絕了上升氣流和下降液相的接觸，因此完全避免了液泛問題，為氣速即塔處理量的提高創(chuàng)造了充分的條件，可明顯增大處理量和縮小塔徑。
[0020]2、允許氣速的提高，又促進(jìn)了離心力場的增強(qiáng)。離心抽吸和旋流破碎作用也更加顯著，提高了單層塔板的傳質(zhì)效率。
[0021]3、由于上升氣流和下降液相的隔絕，加之高效旋流分離作用，就不需要像普通板式塔那樣，需要足夠的高度距離才能分離開接觸的氣、液兩相，故各層塔板的距離可以大大縮小，塔的高度也大為降低了。
[0022]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。
【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明氣升旋流吸液與降液隔離式塔板的結(jié)構(gòu)圖。
[0024]圖2是本發(fā)明氣升旋流吸液與降液隔離式塔板過濾除沫元件的兩種結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖3A是本發(fā)明氣升旋流吸液與降液隔離式塔板三維旋流葉片進(jìn)出口結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖3B是本發(fā)明氣升旋流吸液與降液隔離式塔板三維旋流葉片進(jìn)出口剖面圖。
[0027]圖4A是本發(fā)明氣升旋流吸液與降液隔離式塔板旋流筒液相出口結(jié)構(gòu)圖(豎直型直槽)。
[0028]圖4B是本發(fā)明氣升旋流吸液與降液隔離式塔板旋流筒液相出口結(jié)構(gòu)圖(傾斜型直槽)。
[0029]圖中:1.進(jìn)氣管，2.殼體，3.夾層板，4.塔板，5.降液管，6.液相上升管段，7.旋流導(dǎo)流葉片，8.管壁孔，9.過濾除沫結(jié)構(gòu)，10.出氣管，11.進(jìn)液管，12.塔板之間的空間，13.液相上升管出口，14.氣相升流管，15，夾層，16.橫向?qū)Ч埽?7.氣相升流管下開口，18.出液口，19.過濾除沫元件，20.擋液環(huán)。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面以一個典型的實(shí)施案例對本發(fā)明做詳細(xì)說明，但不局限于本實(shí)施案例。
[0031]圖1示意了氣升旋流吸液與降液隔離式塔板，主要由進(jìn)氣管1、殼體2、出氣管10、出液管16、多塊塔板4、夾層板3、降液管5、氣相升流管14、橫向?qū)Ч?6、液相上升管段6、旋流導(dǎo)流葉