專利名稱：一種大型穿流篩板塔及塔板的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種化工氣液傳質(zhì)領域中的無溢流塔板裝置，特別是一種塔板上液相流動結(jié)構得到優(yōu)化的新型穿流篩板塔板及由該穿流篩孔塔板所構成的穿流篩板塔。
背景技術：
穿流篩板塔是一種無溢流裝置的篩板塔，結(jié)構簡單，處理量大，廣泛應用于大型煉油及氣體的吸收、除塵等工業(yè)過程。穿流篩板塔實現(xiàn)兩相分離的主要原理是發(fā)生傳質(zhì)的氣液兩相以逆流形式在穿流篩板塔內(nèi)流動，氣相自下而上，液相自上而下；液相在板間淋降過程中與上升的氣相發(fā)生相間傳質(zhì)；另一方面，氣相穿過塔板時對液相層鼓泡，增加了兩相接觸混合強度，并使兩相界面更新速率大大增強，在該過程中發(fā)生鼓泡傳質(zhì)。然而仔細分析傳統(tǒng)穿流篩板塔，可以發(fā)現(xiàn)由于穿流篩板塔板的塔徑一般較大(直徑大于10m)，在實際的安裝過程中，塔板的水平度出現(xiàn)1°左右的傾斜角是很正常的，但即便是如此小的水平度偏差也會致使液相在塔板上的分布嚴重不均，進而導致塔板上壓降過大，需要增加大量承重梁來支撐。此外，傳統(tǒng)穿流篩板塔板上液相分布的不均勻性和由此引發(fā)的氣相流動結(jié)構的不均勻性，嚴重限制了氣液兩相間的有效接觸，造成塔板的傳質(zhì)效率大大降低。綜合以上兩個方面，進一步優(yōu)化穿流篩板塔板的幾何結(jié)構以提高其上氣液兩相流動結(jié)構的均勻性，進而在減少塔板操作動力消耗的同時并提高了氣液兩相傳質(zhì)的效率，也是目前開發(fā)新型氣液傳質(zhì)設備的重要方向。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在開發(fā)一種新型穿流篩板塔及塔板，該塔中有兩種不同結(jié)構的新型穿流篩孔塔板交替排布。每種結(jié)構的新型穿流篩孔塔板通過將傳統(tǒng)穿流篩孔塔板分塊安裝并在各個塔板子塊上加設導流擋板來實現(xiàn)。該新型穿流篩孔塔可以保證其內(nèi)每級穿流篩孔塔板安裝的水平度，進而在有效減少塔板壓降的同時，優(yōu)化了穿流篩板塔內(nèi)氣液兩相流動結(jié)構的均勻性，提高了塔板傳質(zhì)分離效率。本發(fā)明通過以下技術方案來實現(xiàn)本發(fā)明提出的新型的穿流篩板塔主要由塔壁12、新型穿流篩孔塔板1、氣相進口 7、氣相分布器9、液相進口 5和液相分布器4組成，如圖1所示。在這種新型穿流篩板塔中，交替排列著兩種不同幾何結(jié)構的新型穿流篩孔塔板，分別為圖一中的新型穿流篩孔塔板(I)和新型穿流篩孔塔板(II)。這兩種不同結(jié)構的新型穿流篩孔塔板可以通過對傳統(tǒng)穿流篩孔塔板進行矩形分塊安裝得到，如圖3、圖4所示；也可以通過對傳統(tǒng)穿流篩孔塔板進行弧形分塊安裝得到，如圖5、圖6所示。其中塔板分塊時要求每個子塊的面積不得大于 5m2,以保證每個塔板子塊的水平度偏差小于5mm，從而避免了液相在每個塔板子塊中發(fā)生主體流動。在塔板分塊安裝以后，要在每個塔板子塊的周圍加設擋板，使其各自獨立，導流擋板的高度應高出塔板液層高度50 250mm，以避免傳統(tǒng)穿流篩孔塔板上明顯的液相主體流動。此外，由于本發(fā)明中新型穿流篩板塔內(nèi)交替排布的相鄰兩級塔板結(jié)構不同，從上一級塔板的某個封閉塔板子塊內(nèi)流下的液相在相鄰的下一塊塔板上分配到不同的塔板子塊內(nèi)， 如圖2所示，從而實現(xiàn)了液相在相鄰兩層塔板間的重新混合分布，改善了氣液兩相濃度在穿流篩板塔內(nèi)部分布的均勻性，進一步強化了兩相傳質(zhì)。所述的新型穿流篩孔塔板，塔板是由分塊的子塊塔板組成，每個子塊的面積不得大于5m2，每個塔板子塊的周圍設置有擋板導流，導流擋板的高度應高出塔板液層高度50 250mm，各個塔板子塊所包圍的篩孔數(shù)目大于3個；所述的新型穿流篩孔塔板上導流擋板與各塔板子塊以及各個塔板子塊之間以焊接的方式連接；所述的新型穿流篩孔塔板可以由通過矩形分割形成的各個子塊塔板組裝實現(xiàn)，也可以由通過弧形分割形成的各個子塊塔板組裝實現(xiàn)；采用本發(fā)明的新型穿流篩孔塔板制備的大型穿流篩板塔，大型穿流篩孔塔內(nèi)交替排列著兩種不同幾何結(jié)構的穿流篩孔塔板。但同一個穿流篩板塔內(nèi)兩種不同結(jié)構的穿流篩孔塔板必須同時為矩形分割形成的各個子塊塔板組裝實現(xiàn)或者同時為弧形分割形成的各個子塊塔板組裝實現(xiàn)。對于矩形分割實現(xiàn)的穿流篩板塔，其內(nèi)兩種不同結(jié)構的塔板裝配時應保證其上所有的導流擋板應該互相垂直或平行；對于弧形分割實現(xiàn)的穿流篩板塔，其內(nèi)兩種不同結(jié)構的塔板裝配時應保證每一級塔板上任一徑向擋板在水平面上的投影正好位于相鄰級塔板對應的兩個徑向擋板在同一水平面上投影的中間。本發(fā)明的優(yōu)點在于同傳統(tǒng)的穿流篩板塔相比，本發(fā)明所提出的新型穿流篩板塔由兩種不同結(jié)構的新型穿流篩孔塔板交替排布實現(xiàn)。其中每級穿流篩孔塔板被分割成多個塔板子塊進行安裝，保證了每個塔板子塊安裝的水平度，從而使得每個塔板子塊內(nèi)傳質(zhì)兩相的混合更加充分。此外，在各個塔板子塊的周圍加設了導流擋板，避免了液相在整個塔板表面的主體流動，使得整個塔板上的液相分布更加均勻。這種新型的穿流篩板塔改善了其內(nèi)每級穿流篩孔塔板上液相的流動狀況，使每一級塔板上液相的總壓降大大降低，減少了支撐梁的用料及費用，同時提高了傳質(zhì)效率。另外，交替排列的兩種不同結(jié)構塔板實現(xiàn)了液相在穿流篩板塔內(nèi)的重新混合分布，使得每層塔板上氣液兩相濃度分布趨于均勻，有利于兩相間的有效傳質(zhì)。


圖1 本發(fā)明中提出的大型穿流篩板塔的主視圖；圖2 本發(fā)明中大型穿流篩板塔內(nèi)相鄰兩級不同結(jié)構塔板上液相重新混合分布圖。圖3 本發(fā)明中加設矩形擋板后新型穿流篩孔塔板(I)的三維立體結(jié)構圖；圖4 本發(fā)明中加設矩形擋板后新型穿流篩孔塔板(II)的三維立體結(jié)構圖；圖5 本發(fā)明中加設弧形擋板后新型穿流篩孔塔板(I)的三維立體結(jié)構圖；圖6 本發(fā)明中加設弧形擋板后新型穿流篩孔塔板(II)的三維立體結(jié)構圖；圖7 本發(fā)明中實施例一中兩種不同結(jié)構穿流篩孔塔板的幾何參數(shù)圖；圖8 本發(fā)明中實施例二中新型穿流篩孔塔板(I)的幾何參數(shù)圖；圖9 本發(fā)明中實施例二中新型穿流篩孔塔板(II)的幾何參數(shù)圖。圖示說明1 塔板；2 擋板；3 篩孔；4 液相分布器；5 液相進口 ；6 氣相出口 ；7:氣相進口 ；8:液相出口 ；9:氣相分布器；10:局部放大圖邊框；11:穿流篩孔塔板上被分割形成的各個塔板子塊；12 塔壁；a 液相；b 氣相；c 液相流動方向；ρ 垂直方向；q 水平方向
具體實施例方式實施例一以本發(fā)明提出的塔徑為12. 6m、含有四塊塔板的新型穿流篩板塔為例， 塔板的幾何結(jié)構如圖7所示，塔體從塔頂?shù)剿捉惶媾挪紴槿鐖D5、圖6所示的兩種已加設弧形導流擋板2的新型穿流篩孔塔板1，塔板間距為5. Om0其中一種塔板結(jié)構，如圖5所示， 將塔板分成十七個塔板子塊11，擋板2高度為1. 9m。最內(nèi)層圓形擋板2的半徑為1. 8m,中間圓形擋板2的半徑為4. 58m,外層塔板1的半徑為6. 3m ；內(nèi)層和中間層擋板2之間連接有 8塊直線擋板2，每相鄰兩塊間隔45°，直線擋板2將該環(huán)形區(qū)域分割成8等份；同理，外層塔板1和中間層擋板2之間也連接有8塊直線擋板2，正好分別與外層的直線擋板2在同一直線上，每相鄰兩塊擋板2同樣間隔45°，直線擋板2將該環(huán)形區(qū)域也分割成8等份，具體結(jié)構如圖5所示。另外一種塔板結(jié)構，如圖6所示，將塔板1分成9塊，內(nèi)層圓形擋板2的半徑為2. 86m,外層塔板1半徑為6. 3m ；內(nèi)層擋板2和外層塔板1之間連接有8塊直線擋板 2，每相鄰兩塊間隔45°，直線擋板2將該環(huán)形區(qū)域分割成8等份，具體結(jié)構如圖6所示；此外，兩種不同結(jié)構塔板1在穿流篩板塔內(nèi)的安裝方位如圖7所示，兩種不同結(jié)構塔板1的俯視圖上相鄰直線擋板2的夾角為23°。為說明上述實施例的實際作用效果，本發(fā)明對傳統(tǒng)穿流篩板塔和新型穿流篩板塔分別進行了二氧化碳解吸模擬計算，實驗中液相a為飽和的水溶液，從塔頂進入；氣相b為空氣，從塔底進入。具體過程如下常溫下將飽和二氧化碳水溶液從穿流篩板塔塔頂進口 5 處經(jīng)液相分布器4打入塔內(nèi)，空氣從塔底進口 7處經(jīng)氣體分布器9進入，液相a和氣相b在塔內(nèi)逆向流動，進行兩相淋降傳質(zhì)。在塔板附近，液相穿過上一級塔板篩孔3沿方向c漏液至下一級塔板，上一級塔板中某個塔板子塊中的液相a在下一級塔板上被分配到投影處的多個塔板子塊中，如圖2中局部放大圖邊框10內(nèi)的兩級塔板所示，實現(xiàn)了液相a的重新混合分布。氣相b則穿過塔板上篩孔3，到上一級塔板，在塔板上各個塔板子塊內(nèi)與液相充分混合，發(fā)生鼓泡湍動傳質(zhì)。最終氣相在塔頂通過氣相出口 6排出，液相從塔底底閥8流出到收集罐。模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對于安裝嚴格水平的穿流篩板塔而言，在相同的操作條件下，采用傳統(tǒng)穿流篩板塔，液相濃度變化量為0. 0105mol/L，采用新型穿流篩板塔，液相濃度變化量為0.0151mol/L，且單板壓降降低了 501^。對于安裝發(fā)生輕微傾斜(塔板平面和水平面夾角為1° )的穿流篩板塔而言，采用傳統(tǒng)穿流篩板塔，液相濃度變化量為0. 0089mol/L ；采用新型穿流篩板塔，液相濃度變化量為0. 0146mol/L，單板壓降降低了 55Pa。由此可以看出， 采用結(jié)構優(yōu)化后的新型穿流篩板塔的傳質(zhì)效率較傳統(tǒng)穿流篩孔塔板有了較大的提高。實施例二以本發(fā)明提出的塔徑為12. 6m、含有四塊塔板的穿流篩板塔為例，塔體從塔頂?shù)剿捉惶媾挪紴閮煞N已加設矩形導流擋板2的新型塔板1，塔板間距為5. 0m，塔板 1裝配時應保證兩種不同結(jié)構的塔板1上的所有導流擋板2在同一水平面的投影應互相垂直或平行，例如在本實施例中要求塔板1上所有導流擋板2均平行于水平方向q或者垂直方向P。其中一種塔板1的幾何結(jié)構如圖8所示，整個塔板1結(jié)構以圓心呈軸對稱，在這種塔板1結(jié)構上共有25個子塊塔板11，其中包括靠近圓心的9個近似正方形的子塊11、靠近塔壁的8塊扁長方形子塊11、4個弓形子塊11和4個W型子塊11。具體幾何尺寸如下弧形子塊塔板11的弦到塔中心的垂直距離為5. 455m ；扁長方形子塊塔板11近圓心長邊到塔中心的垂直距離為4. 05m,長邊長3. 15m,兩相鄰扁長方形子塊塔板11的公共邊正好位于某一條直徑上；最中心子塊塔板11為正方形，變長為3. 15m，其中心正好與塔板中心重合。此外，擋板2高度均為1. 9m ；另外一種塔板1的幾何結(jié)構如圖9所示，整個塔板1結(jié)構以圓心呈軸對稱，在這種塔板結(jié)構上共有觀個子塊塔板11，其中包括靠近圓心的4個近似正方形的子塊11、靠近塔壁12的8塊扁長方形子塊11、8個近似三角形子塊11、4個缺角矩形子塊 11和4個弧矩形子塊11。具體幾何尺寸如下弧矩形子塊塔板11的短邊到塔中心的垂直距離為1. 575m ；扁長方形子塊塔板11的短邊到塔中心的垂直距離為3. 15m，長邊到塔中心的垂直距離為4. 825m。此外，所有擋板2高度也均為1. 9m。經(jīng)過二氧化碳解吸模擬計算可知，該實施例的新型穿流篩板塔與同等直徑、塔板數(shù)和塔板間距的傳統(tǒng)穿流篩板塔相比，不僅在塔板分離效率上提升了接近15%，同時整個塔板的壓降也降低了約10%。
權利要求
1.一種大型穿流篩孔塔板，其特征在于，塔板是由分塊的塔板子塊安裝得到，每個塔板子塊的幾何面積不得大于5m2，且其周圍均設置擋板導流，導流擋板的高度應高出塔板液層高度50 250mm，每個塔板子塊所包圍的篩孔數(shù)目大于3個。
2.如權利要求1所述的大型穿流篩孔塔板，其特征在于，穿流塔板上導流擋板與各塔板子塊以及各個塔板子塊之間以焊接的方式連接。
3.如權利要求1所述的大型穿流篩孔塔板，其特征在于，該穿流塔板通過矩形分割形成的各個子塊塔板組裝實現(xiàn)，或通過弧形分割形成的各個子塊塔板組裝實現(xiàn)。
4.采用權利要求1的大型穿流篩孔塔板制備的大型穿流篩孔塔，其特征是大型穿流篩孔塔內(nèi)交替排列著兩種不同幾何結(jié)構的塔板子塊構成的穿流塔板，但同一個穿流篩孔塔塔內(nèi)兩種不同結(jié)構的穿流塔板必須同時為矩形分割形成的各個子塊塔板組裝實現(xiàn)或者同時為弧形分割形成的各個子塊塔板組裝實現(xiàn)；對于矩形分割實現(xiàn)的穿流篩孔塔，其內(nèi)兩種不同結(jié)構的塔板裝配時應保證其上所有的導流擋板在同一水平面上的投影應該互相垂直或平行；對于弧形分割實現(xiàn)的穿流塔，其內(nèi)兩種不同結(jié)構的塔板裝配時應保證每一級塔板上任一徑向擋板在水平面上的投影正好位于相鄰級塔板對應的兩個徑向擋板在同一水平面上投影的中間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種大型穿流篩板塔及塔板；塔板是由分塊的塔板子塊安裝得到，每個塔板子塊的幾何面積不得大于5m2，且其周圍均設置擋板導流，每個塔板子塊所包圍的篩孔數(shù)目大于3個。該穿流塔板通過矩形分割形成的各個子塊塔板組裝實現(xiàn)，或通過弧形分割形成的各個子塊塔板組裝實現(xiàn)；大型穿流篩孔塔內(nèi)交替排列著兩種不同幾何結(jié)構的塔板子塊構成的穿流塔板，但同一個穿流篩孔塔塔內(nèi)兩種不同結(jié)構的穿流塔板必須同時為矩形分割形成的各個子塊塔板組裝實現(xiàn)或者同時為弧形分割形成的各個子塊塔板組裝實現(xiàn)。改善了其內(nèi)每級穿流篩孔塔板上液相的流動狀況，使每一級塔板上液相的總壓降大大降低，減少了支撐梁的用料及費用，同時提高了傳質(zhì)效率。
文檔編號B01D3/26GK102309867SQ20111006814
公開日2012年1月11日 申請日期2011年3月21日 優(yōu)先權日2011年3月21日
發(fā)明者劉春江, 李雪, 段長春, 王冰, 袁希鋼, 趙丹 申請人:天津大學