一种液体导流型垂直筛孔塔板装置 【技术领域】
本发明涉及一种液体导流型的垂直筛孔塔板装置,属于石油化工领域用板式塔新型塔内件结构的优化。
背景技术
板式塔是石油化工领域如精馏、吸收等单元操作中重要的分离设备,因其具有结构简单、易于放大、生产能力大、传质效率高和操作弹性大等优点,在现在化学工业中发挥着非常重要的作用,因此新型高效塔板的设计和开发具有非常实际的意义。基于此,长期以来,人们围绕高效率、大通量、宽弹性、低压降的宗旨陆续开发了80余种新型塔板。在这些新型的塔板中,垂直筛孔塔板因具有处理能力大、操作弹性大以及特别能处理易发泡物系等优点,引起了人们的普遍关注。本实验室(化学工程联合国家重点实验室)通过研究发现该类塔板上的气液接触传质元件对于塔板上液相的总体流型改变很小,传统塔板的非理想流动现象如回流,沟流,液层高度差等在该类塔板上依然存在,并且,塔板上气液接触传质元件局部会出现严重的回流现象。具体表现如下:首先是液相流经气液接触元件发生传质后,仍然落到气液接触元件周围,会导致局部液相返混;其次,由于气液混合物在传质元件中发生各向均匀喷射,会造成部分液相在流动方向上的返混。以上这些方面均影响着这类垂直筛孔塔板上液体流动的均匀性和有序性,进而降低塔板的分离效率。为解决该类塔板的这些不足之处,进一步提高塔板的传质、传热效率,本发明借鉴化学工程联合国家重点实验室精馏分离实验室的前期研究成果(CN1220179A,公开日:1999年6月23日),经过新的创新和实验研究,提出了一种能够有效避免液相局部回流,限制液相主体返混,引导液相均匀有序地向前流动的一种液体导流型垂直筛孔塔板装置。
【发明内容】
本发明涉及的液体导流型的垂直筛孔塔板,包括液体导流结构改进后的梯形垂直筛孔塔板(如图1所示),矩形垂直筛孔塔板(如图2所示)以及圆形垂直筛孔塔板(如图3所示)等。这种新型的塔板结构可以有效避免液相在气液接触传质元件局部的回流和主体流动方向上的返混,从而使塔板上液相的分布更加均匀。此外,装置中的挡板结构也改善了气相的分布状况,有效地提高了塔板的传质分离效率。
本发明是通过以下技术方案实现的:
本发明的一种液体导流型的垂直筛孔塔板装置,塔板上的传质元件主要由挡板和传统气液接触传质元件的组合组成;其中挡板实体包括底面3、侧端面2和后端面1;挡板的后端面1与传质元件的端板7(对于梯形垂直筛孔塔板而言)或喷射板6(对于圆形、矩形垂直筛孔塔板而言)之间、底面3与塔板板面10之间均留有空隙,挡板的底面3部分区域挖空,对于圆形、矩形垂直筛孔塔板,挖空部分的截面与气液接触传质元件的喷射板6焊接;对于梯形垂直筛孔塔板,挖空部分的截面与气液接触传质元件的喷射板6和端板7一起焊接。
所述的挡板的侧端面2与底面3成90°~135°角;挡板的后端面1封闭,目的在于防止液相主体流动方向f上的返混。挡板的前端面8和上端面9完全敞开,以便有效引导液相和气相的均匀流动;挡板的后端面1为圆弧形或方形;底面3开孔区域是圆形或方形;
所述的气液接触传质元件为梯形,矩形或圆形。
所述的一个挡板可以与一个或多个传质元件一起装配。
所述的挡板与传质元件装配时,要保证其底面3与塔板10留有空隙,并使其位于喷射板6或开孔区域的下面,从而阻止液相从喷射孔5喷出后降落到塔板表面上,进而避免了液相在单个传质元件内的局部回流。
本发明的优点是并流接触的气液两相从传质元件喷射板6的喷射孔5中喷出后,经挡板的导流作用,有效地实现了气液两相的均匀流动,避免了液相的返混和局部回流。对于气相而言,在挡板侧端面2的引导下,成一定的角度向上喷射流动,这样便可以与相邻传质元件喷出的气相更加均匀的混合;对于液相,则通过与挡板侧端板2地接触导流作用,较为均匀的向前流动,从而避免了液相的局部循环流动。同时,从传质元件喷出的气液两相混合物与挡板冲击作用可以更好的将气液两相实现分离,减少气相在液相中的停留时间,减少气沫夹带量。综上所述,液体导流型垂直筛孔塔板装置有效地改善了塔板上和塔板间的流动状况,提高了塔板的操作弹性和分离效率。
【附图说明】
图1a为梯形垂直筛孔塔板装置一层塔板的俯视图;
图1b为梯形垂直筛孔塔板装置一层塔板的正视图;
图1c为梯形垂直筛孔塔板装置一层塔板的左视图;
图2为矩形垂直筛孔塔板装置一层塔板的俯视图;
图3为圆形垂直筛孔塔板装置一层塔板的俯视图;
图4为矩形挡板的结构示意图;
图5为圆形挡板的结构示意图;
图6为梯形垂直筛孔塔板上挡板和气液接触传质元件的装配示意图;
图7为矩形垂直筛孔塔板上挡板和气液接触传质元件的装配示意图;
图8为圆形垂直筛孔塔板上挡板和气液接触传质元件的装配示意图。
图示说明:1:挡板后端面;2:挡板侧端面;3:挡板底面;4:气液接触传质元件分离板;5:气液接触传质元件喷射孔;6:气液接触传质元件喷射板;7:气液接触传质元件端板(仅在梯形传质元件中存在);8:挡板前端面;9:挡板上端面;10:塔板板面;a:气液接触传质元件喷射孔的喷射方向;b:气液混合物经挡板冲击分离后气相的流动方向;c:气液混合物经挡板冲击分离后液相的流动方向;d:液相降落到挡板上后在挡板上的流动方向;e:气相的主体流动方向;f:液相的主体流动方向。
备注:前后是相对于流动方向而言的,上游为前,下游为后。
【具体实施方式】
结合附图对本发明加以进一步说明:
一种液体导流型垂直筛孔塔板装置的结构主要由挡板和传统气液接触传质元件组合而成。其中挡板可以是矩形挡板(如图4所示),也可以是圆形挡板(如图5所示),两类挡板的实体均包括底面3、侧端面2和后端面1,具体而言,其前端面8和上端面9完全敞开,后端面1、底面3封闭,此外,挡板的侧端面2与底面3为90°、110°、135°,底面3开孔区域为圆形或方形;与挡板组合的传统气液接触传质元件的类型有、梯形(如图6所示)、矩形(如图7所示)或圆形(如图8所示)传质元件,与同一个挡板组合的传质元件的数目为1,2,3,4,5;对于挡板和传质元件的装配结构而言,如图6、图7、图8所示,挡板的后端面1与传质元件的端板7(对于梯形塔板而言)或喷射板6(对于矩形和圆形塔板而言)之间、底面3与塔板板面10之间均留有一定的空隙,挡板的底面3部分区域挖空,对于圆形、矩形垂直筛孔塔板,挖空部分的截面与气液接触传质元件的喷射板6焊接;对于梯形垂直筛孔塔板,挖空部分的截面与气液接触传质元件的喷射板6和端板7一起焊接。
一种液体导流型垂直筛孔塔板装置的工作流程和状态如图1a、图1b、图1c、图2、图3所示,气液混合物沿图1(c)所示的a方向从气液接触传质元件喷射板6上的喷射孔5喷出后,经过挡板侧端面2的冲击导流作用,一方面,液相沿图1(c)所示的c方向返回到挡板的底面3,由于挡板后端面1的封闭作用,液相只能沿着图1a、图2、图3中所示的d方向向前流动,从而有效地避免了液相的主体返混,同时由于挡板底面3的封闭作用,使得液相无法直接返回到同一个气液接触传质元件的底部板面上,即挡板避免了传质元件内部液相的局部回流;另一方面,气相在经过挡板的冲击作用后,进一步从液相中分离出来,最后沿着图1(c)所示的b方向较为均匀的流向上一块塔板。此外,整个塔板的总体流动情况如图1a、图2、图3所示,由于挡板的加设,在塔板上不仅总体的流动方向如此,在每一个气液接触传质元件内气液的流动方向也基本如此,因此本专利提出的液体导流型垂直筛孔塔板装置有效地改善了塔板上气液两相的流动状况,增加了流动的均匀性和有序性,提高了塔板上传质、分离的效率,经模拟计算发现,本专利的液体导流型梯形垂直筛孔塔板装置的分离效率比传统垂直筛孔塔板装置高30%,矩形垂直筛孔塔板高26%,圆形垂直筛孔高33%。