一种化学合成及精馏用填料塔塔节 【技术领域】
本发明涉及一种化学合成及精馏用填料塔塔节，属于化学反应工程与分离工程领域。
背景技术
在现代化学工业中，反应与精馏单元过程越来越注重连续式操作，它不仅有利于提高和稳定产品质量，对简化操作、降低物料和能源消耗有着重要的作用。目前在实验室里通常是用层析柱或刺形蒸馏柱来模拟填料塔的这种过程，但这种模拟自身存在很大的局限性和误差，如对汽液两相流体通道的分布、塔层间温度的了解极为有限，仍属于“黑匣子”。因而，对于这类过程的工业放大，往往是理论与试验脱节，多是参照其它模型或经验进行，给后期试车及工艺定型留下巨大的摸索工作量。
现有的工业精馏塔主要包括塔体和多层塔板，它只能检测某几个塔板的反应温度，而无法同时检测各层塔板的实时温度，对全面了解精馏塔中的反应进程存在障碍，属于“黑匣子”。因此如何通过实验室手段模拟工业用精馏塔所需塔板数以及各塔板的反应温度，实现对精馏塔内化学反应或精馏过程的分节(板)了解，并对用于指导后续的工业放大设计和应用具有重要的参考价值。
【发明内容】
针对现有实验室里用层析柱或刺形蒸馏柱模拟填料塔，在进行工业放大时理论与试验脱节的缺陷，本发明旨在提供一种可以模拟化学合成及精馏用填料塔塔节，它相当于一块实际塔板，可模拟连续式反应器和精馏塔塔板间的能量和质量传递过程，从而实现对塔器内化学反应或精馏过程的分节(板)进行模拟和了解。
为了实现上述目的，本发明的所采用的技术方案是：一种化学合成及精馏用填料塔塔节，包括顶端设有蒸汽逸出口，底端设有蒸汽上升口的塔体，其结构特点是，塔体内设有对上升蒸汽起均匀分配作用的上升蒸汽分配器；塔体一侧上部有溢流进管，该溢流进管下部为位于塔体内的U形液体封头；塔体另一侧的下部设有溢流出管，该溢流出管上部位于塔体内。
所述塔节的一侧的中间部位设置一个开口方向与竖直方向成α角的填料装卸口，所述α为10°～80°，所述填料装卸口内置有测温仪，以便准确监测该塔节内的温度。
所述溢流进管位于塔体内的U形液体封头的高度为5mm～100mm，溢流出管位于塔体内的高度为5mm～100mm，保障溢流进管和液流出管内有足够的液柱高度足以阻止蒸汽经过该溢流进管短路上升。
所述蒸汽逸出口和蒸汽上升口的内径大于溢流进管和溢流出管的内径。
所述上升蒸汽分配器优选为不锈钢丝网和填料的组合体。
本发明的工作原理：利用化工过程的热量、质量传递与守恒原理，参照化学工业生产中的填料塔装置之结构，用玻璃、透明的树脂材料、不锈钢等材料制作实验室用的小型“塔节”，实现塔板结构的微型化模拟。
工作前，将多个塔节装配完毕，保证所述该塔节的溢流进管与上一塔节的溢流出管对接连通，且该塔节的蒸汽逸出口与上一塔节的蒸汽上升口对接连通。当连续式化学反应或精馏过程在塔器装置中进行时，蒸汽从下一个塔节上部的蒸汽逸出口通过本塔节下部的蒸汽上升口进入本塔节，经过不锈钢丝网和填充其上的填料所组成的上升蒸汽分配器的分配与导向，穿过液层，同时实现汽液两相的质量与热量传递。同样塔节内聚集的液体经过设在下部的溢流出管下落至下一个塔节的溢流进管中，再进入下一塔节内。通过溢流进出管的分侧设置来限制液体在塔节中的流动路径，由其高度和结构来阻止蒸汽通过溢流进管和溢流出管而可能发生的“短路上升”。
与现有的层析柱或刺形蒸馏柱相比，本发明所达到的技术效果是：1、模拟仿真效果更好。本发明能更逼真地模拟填料塔内塔板上蒸汽和液体地流通过程，分塔板逐一监测各塔节物料温度，根据塔板效率的不同可以用有限个“塔节”竖直串联组合来完成连续式反应或精馏过程，将得到的具体塔节数，该塔节数相当于工业装置中的塔板数，应用于工业装置的设计、放大时更贴切、更有效。
2、试验数据更可靠。利用本发明做精馏实验，能够为工业设计和放大该实验室小试过程时提供可信度更高的试验数据，从根本上摆脱以往精馏塔的工业设计时没有试验数据，完全依赖经验和参照其它精馏塔数据的困扰。
【附图说明】
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明所述填料塔塔节的结构示意图；
图2是本发明所述填料塔多个塔节的装配示意图。
在图中
1-蒸汽逸出口；2-蒸汽上升口；3-上升蒸汽分配器；
4-溢流进管；5-溢流出管；6-填料装卸口；
7-测温仪； 8-塔体； 9-U形液体封头。
【具体实施方式】
一种化学合成及精馏用填料塔塔节，参照图1所示，顶端设有蒸汽逸出口1，底端设有蒸汽上升口2的塔体8，设在塔体8内可对上升蒸汽起分配和导向作用的上升蒸汽分配器3，该上升蒸汽分配器3优选为不锈钢丝网和填料的组合体。所述塔体8一侧上部还设有溢流进管4，该溢流进管4下部为位于塔体8内的U形液体封头9，其高度为5mm～100mm；塔体8另一侧的下部设有溢流出管5，该溢流出管5上部位于塔体8内，其高度为5mm～100mm，可保障溢流进管和液流出管内有足够的液柱高度足以阻止蒸汽经过该溢流进管和液流出管短路上升。
所述蒸汽逸出口1和蒸汽上升口2的内径大于溢流进管4和溢流出管5的内径，其中蒸汽逸出口1和蒸汽上升口2的内径为8mm～250mm，溢流进管4和溢流出管5的内径为2mm～100mm。
所述塔体8的一侧的中间部位设置一个开口方向与竖直方向成α角的填料装卸口6，所述α为10°～80°，优选为45°。所述该填料装卸口6内径8mm～300mm，且在填料装卸口6内设置有测温仪7，以便准确测量该塔节内的温度。
本装置的构造材料优选为玻璃、透明的树脂材料或不锈钢，其整体高度为50mm～600mm，装置内径为50mm～600mm。
如图2所示，工作前，将多个塔节装配完毕，保证所述该塔节8的溢流进管4与上一塔节的溢流出管5对接连通，且该塔节8的蒸汽逸出口1与上一塔节的蒸汽上升口2对接连通，其中塔节间连接管口的总高度为20mm～160mm。
当连续式化学反应或精馏过程在塔器装置中进行时，蒸汽从下一个塔节上部的蒸汽逸出口1通过本塔节下部的蒸汽上升口3进入本塔节，经过不锈钢丝网和填充其上的填料所组成的上升蒸汽分配器3的分布与导向，穿过液层，同时实现汽液两相的质量与热量传递。同样塔节内聚集的液体经过设在下部的溢流出管5下落至下一个塔节的溢流进管4中，再进入下一塔节内。