專利名稱：一種液體并流復(fù)合塔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣液接觸設(shè)備，特別是一種在化工、煉油、石化、制藥、環(huán)保等領(lǐng)域 的傳質(zhì)、傳熱等過程中普遍應(yīng)用的一種液體并流塔。
背景技術(shù)：
目前，在石油、化工、制藥、環(huán)保等領(lǐng)域的傳質(zhì)(如精餾、吸收、解吸、氣提等單元操 作)、傳熱等過程中應(yīng)用的氣液接觸設(shè)備，板式塔的應(yīng)用最為廣泛，板式塔以篩板式、浮閥式 和泡罩式等液相連續(xù)型塔板為基本類型，是在一個筒形的塔體內(nèi)分別設(shè)置多層塔板，塔板 上還設(shè)置一些傳質(zhì)元件。一些新開發(fā)的塔板也是這幾種塔板的改進(jìn)形式，這些塔板的處理 能力較小、塔板效率低，而且壓降大、能耗也相對較高。近年來出現(xiàn)了一些氣相連續(xù)型塔板， 如垂直篩板式及其后續(xù)發(fā)展形式，其處理能力和效率等方面都有明顯的提高，但還是存在 一些不足，如罩體過多占用塔板上的液體通道，在液相處理量大時會產(chǎn)生較大的液面梯度， 影響氣液正常接觸；并且氣相連續(xù)型塔板的發(fā)展一般局限在氣液傳質(zhì)元件結(jié)構(gòu)和排布的改 進(jìn)，基本都是采用了氣液錯流接觸的傳統(tǒng)方式，氣相經(jīng)過塔板上的開孔逐級上升，液相通過 降液管和塔板逐級下降，液相在相鄰的兩層塔板上形成逆向流動狀態(tài)，氣相和液相在塔板 局部形成錯流狀態(tài)。但是不管是氣相連續(xù)型塔板還是液相連續(xù)型塔板，由于相鄰塔板間液 體的流向相反，因此都存在弓形滯緩區(qū)和周邊死區(qū)，大約占塔板面積的20-30%，致使有效 傳質(zhì)區(qū)大為減少，并且返混現(xiàn)象嚴(yán)重，大大影響分離效率。Lewis推導(dǎo)的同向流效應(yīng)為當(dāng)相鄰兩層精餾塔板液體流動方向相同時，塔板上 的傳質(zhì)推動力最大，塔板效率最高。并且經(jīng)研究進(jìn)一步指出，Lewis同向流效應(yīng)是塔板效率 提高20%以上唯一可行的策略。1981年，Jenkins首先提出了 Parastillation的同向流 塔結(jié)構(gòu)，并對其進(jìn)行了實驗研究，在相同的分離要求下，并流塔板分離效率大幅提高、所需 回流比也大幅度降低；后人對該塔型進(jìn)行了更為深入的研究和改進(jìn)，結(jié)果證明同向流結(jié)構(gòu) 對精餾塔塔板效率的提高有明顯促進(jìn)作用，但由于設(shè)備和技術(shù)經(jīng)濟(jì)性問題，至今未見該類 型塔板工業(yè)化的報道。Kuhni公司提出的Slit塔板，是Lewis同向流效應(yīng)的直接工業(yè)實施， 可以有效消除常規(guī)錯流塔板的液體滯留區(qū)和增加塔板的鼓泡面積，從而在確保傳質(zhì)分離效 果的基礎(chǔ)上大大提升生產(chǎn)處理能力，但該塔板采用液相連續(xù)(鼓泡)型操作，傳質(zhì)區(qū)域僅限 在塔板上的液層，不能盡顯同向流效應(yīng)大幅提高分離效率的優(yōu)勢。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠增大傳質(zhì)推動力，提高分離效率的大通 量液體并流復(fù)合塔。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是一種液體并流復(fù)合塔，包括塔體和多層連續(xù)傳質(zhì)塔板，每層連續(xù)傳質(zhì)塔板包括設(shè) 置有升氣孔的塔板、位于升氣孔上方的立體傳質(zhì)元件和降液系統(tǒng)，所述塔體分為內(nèi)塔和外 塔，內(nèi)塔套裝在外塔內(nèi)，所述內(nèi)塔中平行設(shè)置有與內(nèi)塔橫截面相應(yīng)的塔板I，所述外塔中也平行設(shè)置有與外塔橫截面相應(yīng)的塔板II，所述塔板上設(shè)置有能夠使每層塔板上的液體呈同 方向流動的降液系統(tǒng)；所述外塔內(nèi)設(shè)置的降液系統(tǒng)為交替設(shè)置的降液管，每套降液管包括平行設(shè)置的降 液板I和降液板II，兩塊降液板之間為降液通道，降液通道的上端、降液板I上設(shè)置有垂直 于塔板II的溢流堰；降液板I、降液板II與內(nèi)塔外壁垂直設(shè)置，降液板I的上端與上層塔板 上另一降液管的溢流堰連接，下端與塔板II密封連接；與降液板I平行設(shè)置的降液板II的 上端與上層塔板上另一降液管的降液板I的下端連接，降液板II的下端與塔板II之間設(shè)置 有液體流出通道；所述內(nèi)塔中的降液系統(tǒng)位于內(nèi)塔中心，包括穿越塔板I中心的中心降液管、中間 受液盤、降液擋板、導(dǎo)流管和環(huán)形受液盤；在塔板I上對應(yīng)中心降液管的進(jìn)口周圍設(shè)置有與 其相連并高出塔板I平面的中心溢流堰；中心降液管位于中間受液盤的上方，中間受液盤 的周邊間隔設(shè)置有導(dǎo)流管，各導(dǎo)流管之間設(shè)置有降液擋板；環(huán)形受液盤位于下一層塔板I 的周邊，導(dǎo)流管出口與環(huán)形受液盤對應(yīng)。本發(fā)明所述塔體的改進(jìn)在于所述塔體和內(nèi)塔均為圓柱形，外塔為圓環(huán)形。本發(fā)明外塔降液系統(tǒng)的改進(jìn)在于所述平行設(shè)置的降液板結(jié)構(gòu)為折流式、直降式 或曲線式中的任意一種。本發(fā)明所述外塔的改進(jìn)在于所述外塔內(nèi)包括由單套或多套降液管組成的降液系 統(tǒng)。本發(fā)明所述內(nèi)塔降液系統(tǒng)的改進(jìn)在于所述中心降液管和中間受液盤為圓形或規(guī) 則多邊形；所述導(dǎo)流管為圓形管、矩形管或上開口槽鋼中的一種；所述環(huán)形受液盤通過進(jìn) 口堰與塔板I固定連接。本發(fā)明所述立體傳質(zhì)元件的改進(jìn)在于所述立體傳質(zhì)元件為帽罩，帽罩包括側(cè)板、 頂板和位于側(cè)板下端用于與塔板固定連接的支腳，頂板與側(cè)板之間的空隙為天窗，帽罩與 塔板之間留有一定的空隙。所述帽罩的改進(jìn)在于所述帽罩的側(cè)板上設(shè)置有噴射孔，噴射孔的形狀為圓形、矩 形、柵板形或類鱗形中的任意一種。本發(fā)明的改進(jìn)還在于所述帽罩與塔板之間空隙的高度為0 25mm。由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明所取得的技術(shù)進(jìn)步在于本發(fā)明的內(nèi)塔和外塔可分別或共用一個氣體通道，氣體自下而上通過各層塔板， 內(nèi)塔液體由塔壁四周的環(huán)形受液盤通過進(jìn)口堰進(jìn)入塔板I，然后流經(jīng)傳質(zhì)元件經(jīng)過氣液傳 質(zhì)后越過溢流堰進(jìn)入中心降液管，降液至中心受液盤，經(jīng)過降液擋板分配后由導(dǎo)流管導(dǎo)流 至下層塔板的環(huán)形受液盤，然后再向中心降液管方向流動；外塔液體在整個外塔內(nèi)呈螺旋 方式下行，在外部環(huán)形塔板II上沿逆時針或順時針方向流動，通過各自降液管降至下層塔 板，內(nèi)外塔在塔內(nèi)全部實現(xiàn)各層塔板液體同方向流動的方式，與傳統(tǒng)塔器相鄰兩層塔板液 相逆流操作相比，其塔內(nèi)每層塔板上的液體呈同向方式流動，消除了傳統(tǒng)塔板上的液體滯 留區(qū)，增加了有效傳質(zhì)面積，增大了處理能力，大大提高了塔板上的氣液傳質(zhì)平均推動力， 進(jìn)一步提高了塔板的傳質(zhì)效率。本發(fā)明在達(dá)到相同分離要求的情況下可以提高傳質(zhì)效率， 降低操作回流比，減少運行費用，同時可以減少實際塔板數(shù)或減小塔體直徑，降低基礎(chǔ)設(shè)施 投資。
本發(fā)明中降液系統(tǒng)減少了相同塔徑下液體在塔板上的流動長度，同時由于立體傳 質(zhì)元件對液體的抽提作用也能降低塔板液面落差，因此相對于傳統(tǒng)塔板具有更低的液面梯 度，并且液相中的氣含率也比較低，所以具有更大的液相處理能力，配合具有噴射能力的帽 罩可形成塔內(nèi)的氣相連續(xù)，因此本液體并流復(fù)合塔板具有更大的處理能力及更寬的操作彈 性。本發(fā)明溢流堰的高度可以根據(jù)流量設(shè)置；立體傳質(zhì)元件設(shè)置成帶有噴射孔的帽 罩，可以使氣相和液相充分接觸，并使混合后的連續(xù)型帶有液滴的氣相從噴射孔和天窗噴 出，不會使液滴在帽罩內(nèi)沿側(cè)板下流，帽罩與塔板的之間的底隙可以根據(jù)流量進(jìn)行設(shè)置，以 保證氣相和液相的充分混合。
圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1.塔體，2.塔板I，2，·塔板II，31.降液板I，31’降液板II，32.降液板I，
33.降液擋板，34.中心降液管，35.液體流出通道，36.中間受液盤，38.環(huán)形受液盤，39.導(dǎo) 流管，4.溢流堰，4’.中心溢流堰，5.帽罩，51.頂板，52.噴射孔，53.側(cè)板，54.支腳，55.天 窗，6.降液通道，7.進(jìn)口堰，8.內(nèi)塔，9.外塔。
具體實施例方式下面結(jié)合說明書附圖和具體實施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖1為一種液體并流復(fù)合塔，包括圓柱形塔體1和設(shè)置在塔體1內(nèi)的多層連續(xù)傳 質(zhì)塔板，塔體分為圓柱形內(nèi)塔8和環(huán)形外塔9，內(nèi)塔套裝在外塔內(nèi)，內(nèi)塔中的塔板I 2與內(nèi) 塔橫截面相應(yīng)，且平行設(shè)置，外塔中也平行設(shè)置有與外塔橫截面相應(yīng)的環(huán)形塔II 2’ ；內(nèi)塔 和外塔中分別設(shè)置有降液系統(tǒng)。外塔的降液系統(tǒng)包括環(huán)繞于外塔內(nèi)部的交替設(shè)置的四套降液管，四套降液管將整 個外塔II平分成四部分，(當(dāng)然降液管也可為單套或多套)，每套降液管包括兩塊平行設(shè)置 的折流式降液板I 31、降液板II 32和溢流堰4，兩塊降液板之間為降液通道6，降液通道 的上端設(shè)置有垂直于塔板II的溢流堰4;降液板I 31、降液板II 32與內(nèi)塔的外壁垂直設(shè) 置，降液板I 31的上端與上層塔板II上另一套降液管的溢流堰4連接，下端與塔板II和塔 體固定密封連接；與降液板I平行設(shè)置的降液板II 32的上端與上層塔板II上另一降液管 的降液板I 31’的下端連接，另一端與塔板II之間設(shè)置有液體流出通道35 ；所有降液板的 長度均與環(huán)形外塔的寬度相等，即四套降液管嵌入外塔中。內(nèi)塔的降液系統(tǒng)包括穿越塔板I中心的中心降液管34、中間受液盤36、降液擋板 33、導(dǎo)流管39和環(huán)形受液盤38 ；中間受液盤和中心降液管均設(shè)置成圓形，中間受液盤位于 中心降液管的下方，中心降液管的直徑小于中間受液盤上的直徑，中間受液盤的周邊、垂直 于中間受液盤的上方交替設(shè)置有降液擋板33和導(dǎo)流管39，導(dǎo)流管為上開口型槽鋼，導(dǎo)流 管的底部高度高于中間受液盤；中心降液管位于塔板I上方的位置相應(yīng)設(shè)置有中心溢流堰 4’ ；環(huán)形受液盤38位于下一層塔板的圓周上，呈平板型，并與塔板I通過進(jìn)口堰7固定連 接；導(dǎo)流管的出口對應(yīng)落在環(huán)形受液盤38內(nèi)。
5
塔板水平設(shè)置在塔體內(nèi)，內(nèi)塔中的塔板I與外塔中的塔板II位于同一水平上，當(dāng) 然也可以錯位設(shè)置。塔板上均設(shè)置有矩形升氣孔，塔板上升氣孔的上方設(shè)置有通過支腳固 定的帽罩5 ；帽罩包括側(cè)板53、頂板51和位于側(cè)板下端用于與塔板固定連接的支腳54，側(cè) 板上開有圓形噴射孔52，頂板與側(cè)板之間的空隙為天窗55，帽罩與塔板之間的空隙為底 隙，底隙的高度為12mm。本實施例在工作時，外塔的整個空間被四套降液管分隔成對稱的四部分，每套降 液管流下的液體只流過每層塔板II的四分之一空間，塔板II上的四部分液體對稱流動。液 態(tài)酒精被分離成四部分，自塔頂部沿四套降液管下行，由上層降液管流下，通過降液板II 32下方的液體流出通道35進(jìn)入塔板II，然后越過溢流堰進(jìn)入降液管并從降液通道6流入下 層塔板，塔內(nèi)液相整體呈螺旋方式同向流動，液體在塔板上逆時針方向流動。內(nèi)塔中，液態(tài)酒精自塔頂部沿降液系統(tǒng)下行，液體由塔壁四周的環(huán)形受液盤越過 進(jìn)口堰7流入塔板I，然后越過中心溢流堰4’后進(jìn)入中心降液管，并降液至中心受液盤， 經(jīng)過降液擋板分配后由導(dǎo)流管導(dǎo)流至下層塔板的環(huán)形受液盤，然后再向中心降液管方向流 動。每層塔板I上的液體流動方向都是由塔體流向中心降液管，在塔內(nèi)實現(xiàn)各層塔板液體 同向流動的流動方式。塔內(nèi)的氣態(tài)酒精則從塔的底部穿過塔板上的升氣孔逐層上升，在帽罩內(nèi)與液態(tài)酒 精充分接觸后，從帽罩的噴射孔和天窗中攜帶酒精液滴噴射而出；由于酒精中乙醇和水的 沸點不同，這種攜帶有液滴的氣態(tài)酒精在相鄰塔板所形成的空間內(nèi)進(jìn)行分離，水降落在液 態(tài)酒精中隨液態(tài)酒精向下繼續(xù)流動，直到塔底分離成純水；而乙醇的沸點較低仍然成氣態(tài) 形式隨氣態(tài)酒精繼續(xù)上升，直到塔頂分離出純乙醇?xì)怏w。最終完成精餾過程。
權(quán)利要求
一種液體并流復(fù)合塔，包括塔體(1)和多層連續(xù)傳質(zhì)塔板，每層連續(xù)傳質(zhì)塔板包括設(shè)置有升氣孔的塔板、位于升氣孔上方的立體傳質(zhì)元件和降液系統(tǒng)，其特征在于所述塔體分為內(nèi)塔(8)和外塔(9)，內(nèi)塔(8)套裝在外塔(9)內(nèi)，所述內(nèi)塔(8)中平行設(shè)置有與內(nèi)塔(8)橫截面相應(yīng)的塔板Ⅰ(2)，所述外塔(9)中也平行設(shè)置有與外塔(9)橫截面相應(yīng)的塔板Ⅱ(2’)，所述塔板上設(shè)置有能夠使每層塔板上的液體呈同方向流動的降液系統(tǒng)；所述外塔內(nèi)設(shè)置的降液系統(tǒng)為交替設(shè)置的降液管，每套降液管包括降液板Ⅰ(31)、降液板Ⅱ(32)和溢流堰(4)，平行設(shè)置的降液板Ⅰ(31)和降液板Ⅱ(32)之間為降液通道(6)，降液通道的上端、降液板Ⅰ(31)上設(shè)置有垂直于塔板Ⅱ的溢流堰(4)；降液板Ⅰ(31)、降液板Ⅱ(32)與內(nèi)塔外壁垂直設(shè)置，降液板Ⅰ(31)的上端與上層塔板上另一降液管的溢流堰(4)連接，下端與塔板Ⅱ密封連接；與降液板Ⅰ(31)平行設(shè)置的降液板Ⅱ(32)的上端與上層塔板上另一降液管的降液板Ⅰ(31’)的下端連接，降液板Ⅱ(32)的下端與塔板Ⅱ之間設(shè)置有液體流出通道(35)；所述內(nèi)塔中的降液系統(tǒng)位于內(nèi)塔中心，包括穿越塔板Ⅰ中心的中心降液管(34)、中間受液盤(36)、降液擋板(33)、導(dǎo)流管(39)和環(huán)形受液盤(38)；在塔板Ⅰ(2)上對應(yīng)中心降液管(34)的進(jìn)口周圍設(shè)置有與其相連并高出塔板Ⅰ平面的中心溢流堰(4’)；中心降液管(34)位于中間受液盤(36)的上方，中間受液盤的周邊間隔設(shè)置有導(dǎo)流管(39)，各導(dǎo)流管(39)之間設(shè)置有降液擋板(33)；環(huán)形受液盤(38)位于下一層塔板的周邊，導(dǎo)流管出口與環(huán)形受液盤(38)對應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液體并流復(fù)合塔，其特征在于所述內(nèi)塔為圓柱形，外塔 為圓環(huán)形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液體并流復(fù)合塔，其特征在于所述外塔中平行設(shè)置的 降液板結(jié)構(gòu)為折流式、直降式或曲線式中的任意一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種液體并流復(fù)合塔，其特征在于所述外塔內(nèi)包括由單套 或多套降液管組成的降液系統(tǒng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液體并流復(fù)合塔，其特征在于所述內(nèi)塔中的中心降液 管和中間受液盤為圓形或規(guī)則多邊形；所述導(dǎo)流管為圓形管、矩形管或上開口槽鋼中的一 種；所述環(huán)形受液盤通過進(jìn)口堰(7)與塔板I固定連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液體并流復(fù)合塔，其特征在于所述立體傳質(zhì)元件為帽 罩(5)，帽罩包括側(cè)板(53)、頂板(51)和位于側(cè)板下端用于與塔板固定連接的支腳(54)，頂 板與側(cè)板之間的空隙為天窗(55)，帽罩與塔板之間留有空隙。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種液體并流復(fù)合塔，其特征在于所述帽罩(5)的側(cè)板上 設(shè)置有噴射孔(52)，噴射孔的形狀為圓形、矩形、柵板形或類鱗形中的任意一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種液體并流復(fù)合塔，其特征在于所述帽罩與塔板之間空 隙的高度為0 25mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種液體并流復(fù)合塔，是一種在化工、煉油、石化、制藥、環(huán)保等領(lǐng)域的傳質(zhì)、傳熱等過程中的氣液接觸設(shè)備。它包括塔體，塔體分為內(nèi)塔和外塔，內(nèi)塔套裝在外塔內(nèi)，內(nèi)塔和外塔中分別設(shè)置有與其橫截面相應(yīng)的塔板；塔板上設(shè)置有能夠使每層塔板上的液體呈同方向流動的降液系統(tǒng)。本發(fā)明可以實現(xiàn)大通量液體的傳質(zhì)，使得塔板上不留有滯留區(qū)，增加了有效傳質(zhì)面積，增大了處理能力，提高了塔板上的氣液傳質(zhì)平均推動力，進(jìn)一步提高了塔板的傳質(zhì)效率。
文檔編號C07C29/82GK101905089SQ20101019510
公開日2010年12月8日 申請日期2010年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月9日
發(fā)明者張繼軍 申請人:石家莊工大化工設(shè)備有限公司