專利名稱：分餾塔傳質(zhì)構(gòu)件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種分餾塔傳質(zhì)構(gòu)件，尤其涉及一種具有多孔噴射提升類塔板、液體提升量效率高的分餾塔傳質(zhì)構(gòu)件，屬于石油和化學(xué)加工工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
分餾塔傳質(zhì)構(gòu)件中的噴射提升類塔板統(tǒng)指當(dāng)前工程實(shí)施的VST(垂直篩板)類塔板。垂直篩板是1963年日本三井造船株式會(huì)社開發(fā)的一種大處理能力塔板，開孔的塔板和側(cè)壁開孔的VST罩構(gòu)成，其操作原理為氣體通過(guò)板孔噴射，產(chǎn)生伯努利效應(yīng)，在板孔附近形成低壓區(qū)，將塔板上的液體卷吸、提升到VST罩中，實(shí)現(xiàn)汽液分散、傳質(zhì)過(guò)程，然后氣體攜帶著被分散的液相由管壁上的開孔水平噴出，實(shí)現(xiàn)相分離，其工作原理如圖3所示。1968年日本三井造船株式會(huì)社對(duì)VST塔板進(jìn)行了完善，發(fā)展了新型垂直篩板，并申請(qǐng)了多項(xiàng)專利，(專利號(hào)“US3,633,882”，“US3,779,527”)。與普通塔板相比，該塔板霧沫夾帶相對(duì)降低，處理量顯著增大，但是美國(guó)FRI測(cè)試的結(jié)果表明，該塔板處理能力大，操作彈性大，但傳質(zhì)效率操作在大處理量明顯降低，同時(shí)塔板壓降較高。
從80年代起，國(guó)內(nèi)外業(yè)界對(duì)傳質(zhì)構(gòu)件進(jìn)行了大量的研究和結(jié)構(gòu)發(fā)展工作，其中包括文丘利板孔結(jié)構(gòu)、矩形VST罩和不同結(jié)構(gòu)的VST罩側(cè)壁開孔，以及立體傳質(zhì)塔板；還有的是將塔板與填料復(fù)合，開發(fā)了JCPT塔板(并流噴射填料塔板，Jet Co-flow Packing Tray，CN114712A，詳見(jiàn)圖1)。這些傳質(zhì)構(gòu)件中的塔板技術(shù)的一個(gè)共同特點(diǎn)就是每個(gè)VST罩對(duì)應(yīng)一個(gè)塔板孔，對(duì)這類技術(shù)其積極的推進(jìn)作用，但是都存在著大處理量時(shí)塔板效率降低的缺陷。
為了充分發(fā)揮VST類塔板大處理能力的操作特點(diǎn)，改善該類塔板大處理量操作時(shí)塔板效率降低的問(wèn)題極為重要課題。
經(jīng)過(guò)大量的文獻(xiàn)調(diào)研和理論分析發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有上述噴射提升類塔板的發(fā)展主要體現(xiàn)在對(duì)VST罩的改進(jìn)，對(duì)造成VST塔板大處理量時(shí)板效率降低的原因未見(jiàn)太多的報(bào)道和分析。
液體提升量的大小是影響塔板效率的主要因素。按照文獻(xiàn)，VST該類塔板的液體的絕對(duì)提升量隨著氣速的變化不大，其變化數(shù)據(jù)如圖2所示，而相對(duì)提升量隨著氣速而降低，因此造成VST塔板板效率降低的直接原因是高氣速操作時(shí)，液體的相對(duì)提升量降低造成的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種分餾塔傳質(zhì)構(gòu)件，在維持噴射提升類塔板大處理能力時(shí)，噴射提升類塔內(nèi)塔板的液體提升量較高，氣液相接觸均勻，提高該裝置的工作效率，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，成本較低。
本發(fā)明的目的是通過(guò)如下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種分餾塔傳質(zhì)構(gòu)件，它至少包括塔板和VST罩，其中，VST罩罩設(shè)在塔板的上方，塔板上開設(shè)有一個(gè)以上通孔。
多個(gè)通孔的個(gè)數(shù)根據(jù)塔內(nèi)氣相、液相負(fù)荷之間的關(guān)系來(lái)確定。
當(dāng)塔內(nèi)處于氣相負(fù)荷大于液相負(fù)荷的減壓體系時(shí)，所述的一個(gè)以上通孔為2-3個(gè)；當(dāng)塔內(nèi)處于氣相負(fù)荷等于液相負(fù)荷的常壓體系時(shí)，所述的一個(gè)以上通孔為4-5個(gè)；當(dāng)塔內(nèi)處于氣相負(fù)荷小于液相負(fù)荷的加壓體系時(shí)，所述的一個(gè)以上通孔為6-7個(gè)。
通孔形狀為矩形或圓形或異形。VST罩截面形狀與塔板截面形狀和塔板上所開設(shè)的多個(gè)通孔的形狀相對(duì)應(yīng)。
當(dāng)采用的VST罩截面形狀為圓形時(shí)，塔板也為圓形，其上開設(shè)的多個(gè)通孔的形狀為圓形或者圓環(huán)形；當(dāng)采用的VST罩截面形狀為矩形時(shí)，塔板和通孔的形狀也相應(yīng)地采用矩形。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1、本發(fā)明將傳統(tǒng)的噴射類塔板開孔由單孔改為多孔，所以在同樣提升推動(dòng)力(孔速)下，多孔的氣液相接觸環(huán)隙面積總和比單孔大大增加，并隨著孔數(shù)的提升量大大增加。
2、單孔中會(huì)形成較大的等速氣核，液體不能進(jìn)入氣核，嚴(yán)重影響了氣液相接觸的效果，改成多孔后，每個(gè)孔內(nèi)的氣核直徑大大縮小，氣液相接觸更均勻。
綜上所述，本發(fā)明大大提高了噴射提升類塔內(nèi)塔板的液體提升量，氣液分離效果好。


圖1為JCPT塔板結(jié)構(gòu)及流體流動(dòng)示意圖；圖2為平板孔和噴嘴板孔的液體提升量對(duì)比圖；圖3為VST塔板開設(shè)單孔的結(jié)構(gòu)及流體流動(dòng)示意圖；圖4為本發(fā)明塔板開設(shè)多孔的結(jié)構(gòu)及流體流動(dòng)示意圖；圖5為本發(fā)明(4孔)與VST提升量的對(duì)比圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例一塔板截面示意圖；圖7為本發(fā)明實(shí)施例二塔板截面示意圖；圖8為本發(fā)明開設(shè)多孔塔板與VST罩的結(jié)構(gòu)位置關(guān)系示意圖；圖9為圖8的俯視圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)一步地說(shuō)明。
實(shí)施例一本發(fā)明為一種分餾塔傳質(zhì)構(gòu)件，如圖4所示，分餾塔傳質(zhì)構(gòu)件通常由VST罩1和塔板2組成，VST罩1罩設(shè)在塔板2的外側(cè)，在塔板2上開設(shè)有一個(gè)以上通孔21’，當(dāng)流體通過(guò)塔板2時(shí)，由于開設(shè)的多孔塔板2形成多孔射流3，在相同的孔速下，液體流動(dòng)推動(dòng)力不變，而射流3的初始汽液接觸界面積得到提高，液體提升量增加。而現(xiàn)有技術(shù)中通常采用的是單孔塔板2，其機(jī)構(gòu)示意圖如圖3所示。單孔中會(huì)形成較大的等速氣核，液體不能進(jìn)入氣核，嚴(yán)重影響了氣液相接觸的效果，改成多孔后，每個(gè)孔內(nèi)的氣核直徑大大縮小，氣液相接觸更均勻。
本發(fā)明多孔塔板與現(xiàn)有技術(shù)單孔塔板液體提升量隨板孔氣速變化的對(duì)比曲線如圖5所示，從圖中可知，VST內(nèi)部的氣液分散更加均勻。
塔板及塔板上開設(shè)的通孔形狀通常與VST罩的形狀是相對(duì)應(yīng)的，如圖6所示，當(dāng)VST罩1的形狀為圓形時(shí)，塔板2上所開設(shè)的多孔A1-A5的形狀則為原形或者環(huán)行。
如圖5所示的液體提升量與板效率之間存在一定的聯(lián)系，其簡(jiǎn)單關(guān)系如下所示按照“汽液相接觸傳質(zhì)過(guò)程初始接觸的瞬間發(fā)生90-95％的傳質(zhì)程度”的原理，假定被提升的液體的傳質(zhì)效率為90％，未被提升液體的汽液傳質(zhì)效率為0％，則可通過(guò)定義基于液相負(fù)荷的液體提升比概念，來(lái)推算塔板效率。
基于液相負(fù)荷的液體提升比定義為 則VST類塔板的效率可以按下式推算E＝0.90LVST罩的液體提升量越大和VST罩內(nèi)部氣液分散越均勻，塔板效率越高，因此提高液體提升量和改善VST罩內(nèi)氣液分散的均勻性就可以達(dá)到實(shí)現(xiàn)提高傳質(zhì)效率的目的。
影響液體提升量大小的主要因素為氣液初始接觸面積AVL、液體向氣液初始接觸面的推動(dòng)力和液體通過(guò)VST罩底間隙的阻力等三個(gè)個(gè)方面。
對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中所采用的單孔VST類塔板，隨著操作孔氣速的提高，相應(yīng)的塔板孔射流與塔板上液層間的初始接觸相界面處的壓力降低，引起了液體流動(dòng)推動(dòng)力的增加，同時(shí)由于液速的增加，液體通過(guò)VST類罩底的縫隙面積的流動(dòng)阻力增加；當(dāng)塔板上液層高度一定的情況下，而該位置的汽液初始接觸相界面AVL無(wú)明顯變化，被提升液體的通量受到初始汽液接觸面積大小的制約；射流等速內(nèi)核高度增加，由于液滴難以分散到該核內(nèi)部而導(dǎo)致VST罩內(nèi)液含率的降低，導(dǎo)致液體相對(duì)提升量降低。在VST罩內(nèi)汽液分布明顯不均勻，造成液體通過(guò)VST側(cè)孔出現(xiàn)短路流動(dòng)。
因此，本發(fā)明將單孔射流改為多孔射流的方法，是一種改善VST罩內(nèi)的汽液分散的均勻性和增大塔板上液體和板孔射流初始接觸的汽液界面最簡(jiǎn)單、易行的方法。
另外，還可以通過(guò)采用等直徑圓孔來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的有效性。
假定所考慮的單孔直徑為Dh，而多孔平均直徑為dh，則每個(gè)孔的氣液初始接觸面積A＝πdhhL。
假定在液層高度范圍內(nèi)，氣體射流的直徑變化可以忽略；在相同開孔面積的前提下，可推導(dǎo)出多孔與單孔射流的氣液初始接觸面積之比R。
n=(Dhdh)2]]>R=n........(0.1)]]>換算成面積增加的分率Δ，Δ=R-1=n-1......(0.2)]]>對(duì)方程(0.2)進(jìn)行計(jì)算，可得氣液初始接觸面積的增量，詳見(jiàn)下表。

由此可見(jiàn)，隨著孔數(shù)的增加，氣液初始接觸的面積增加量是不同的。
在相同的處理量下，由于假定了開孔面積相等，故氣體通過(guò)板孔的速度是相同的，因此由單孔改為多孔后，液體擴(kuò)散的推動(dòng)力(P1-P2)+ρLghL不變，因此隨著孔數(shù)的增加，液體提升量增加，提升量需要增加多少，取決于不同的工藝條件要求。
例如，對(duì)于塔徑不大的情況設(shè)計(jì)上的一些考慮對(duì)于減壓體系，由于氣相負(fù)荷大而液相負(fù)荷低，故一般不需要增加太多的液體提升量，可選擇2-3個(gè)孔；對(duì)于常壓體系而言，氣液負(fù)荷中等，可選擇4-5個(gè)孔；對(duì)于加壓體系，由于氣相負(fù)荷低而液相負(fù)荷大，可選擇6-7個(gè)孔等等。
如圖8、圖9所示，塔板2上開設(shè)多孔21，其上方的VST罩1的分布狀況如圖中所示。
實(shí)施例二如圖7所示，為本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例。本實(shí)施例中，采用的是矩形VST罩，塔板2的形狀也為矩形，其上開設(shè)的通孔A1-A5也相應(yīng)為矩形。
本實(shí)施例的技術(shù)特征除上述內(nèi)容之外，均與實(shí)施例一相同，可參見(jiàn)實(shí)施例一的相關(guān)內(nèi)容，在此不再贅述。
最后所應(yīng)說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種分餾塔傳質(zhì)構(gòu)件，它至少包括塔板和VST罩，其中，VST罩罩設(shè)在塔板的上方，塔板上開設(shè)有通孔，其特征在于所述的通孔為一個(gè)以上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分餾塔傳質(zhì)構(gòu)件，其特征在于當(dāng)塔內(nèi)處于氣相負(fù)荷大于液相負(fù)荷的減壓體系時(shí)，所述的通孔為2-3個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分餾塔傳質(zhì)構(gòu)件，其特征在于當(dāng)塔內(nèi)處于氣相負(fù)荷等于液相負(fù)荷的常壓體系時(shí)，所述的通孔為4-5個(gè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分餾塔傳質(zhì)構(gòu)件，其特征在于當(dāng)塔內(nèi)處于氣相負(fù)荷小于液相負(fù)荷的加壓體系時(shí)，所述的通孔為6-7個(gè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的分餾塔傳質(zhì)構(gòu)件，其特征在于所述的通孔形狀為矩形或圓形或異形或其不同形狀的組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的分餾塔傳質(zhì)構(gòu)件，其特征在于所述的塔板上開設(shè)的通孔的形狀與VST罩截面形狀與塔板截面形狀相對(duì)應(yīng)。
全文摘要
一種分餾塔傳質(zhì)構(gòu)件，它至少包括塔板和VST罩，其中，VST罩罩設(shè)在塔板的上方，塔板上開設(shè)有一個(gè)以上通孔。采用本發(fā)明多孔塔板，在同樣提升推動(dòng)力(孔速)下，多孔的氣液相接觸環(huán)隙面積總和比單孔大大增加，并隨著孔數(shù)的提升量大大增加，每個(gè)孔內(nèi)的氣核直徑大大縮小，氣液相接觸更均勻，將噴射提升類塔板的液體提升量提高50％以上，在維持該類塔板大處理能力操作的基礎(chǔ)上，塔板效率提高10％以上。
文檔編號(hào)B01D3/20GK1493381SQ0214606
公開日2004年5月5日 申請(qǐng)日期2002年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月29日
發(fā)明者劉艷升, 曹睿, 張萬(wàn)有 申請(qǐng)人:中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司