專利名稱：雙螺旋液體同向流塔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型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)備多為板式塔，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(gè)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(shí)會(huì)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(cuò)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(dòng)狀態(tài)，氣相和液相在塔板局部形成 錯(cuò)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(dòng)方向相同時(shí)，塔板上 的傳質(zhì)推動(dòng)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(shí)驗(yàn)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(bào)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(shí)施， 可以有效消除常規(guī)錯(cuò)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。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠增大傳質(zhì)推動(dòng)力，提高分離效率的 大通量立體傳質(zhì)液體并流塔。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型所采取的技術(shù)方案是一種雙螺旋液體同向流塔，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)；所述每層連續(xù)傳質(zhì) 塔板分成互相獨(dú)立的兩部分，每個(gè)獨(dú)立的塔板上均設(shè)置有一套降液系統(tǒng)，降液系統(tǒng)為夾板式降液管，每套降液管包括降液板I、降液板II、降液擋板和溢流堰，平行設(shè)置的降液板I、 降液板II之間為降液通道，降液通道上端、降液板I上設(shè)置有垂直于塔板的溢流堰；降液擋 板垂直位于塔板上，其長度小于塔內(nèi)徑；降液板I、降液板11與降液擋板垂直設(shè)置，降液板I 的上端與上層塔板上的另一降液管的溢流堰連接，下端與下一層的另一相交錯(cuò)的塔板固定 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的下端與塔板之間設(shè)置有液體流出通道。本實(shí)用新型所述降液管的改進(jìn)在于所述同一塔板上兩套降液管的降液板II的 上沿均位于與降液擋板垂直的塔內(nèi)直徑上，兩套降液管降液板I的下沿位于下層塔板上、 且與降液擋板垂直的直徑重合。所述降液板的改進(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。本實(shí)用新型所述塔板的改進(jìn)在于所述塔板上升氣孔的形狀為矩形、弧形、圓形、 梯形或它們的組合中任意一種。本實(shí)用新型所述立體傳質(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。本實(shí)用新型的改進(jìn)還在于所述帽罩與塔板之空隙的高度為0 25mm。本實(shí)用新型的工作原理如下所述塔內(nèi)的每層塔板被兩套降液管分隔成對稱的兩部分，每套降液管流下的液體只流 過每層塔板的一半空間，塔板上的兩部分液體對稱流動(dòng)。液體被分成兩部分沿兩套降液管 下行，由上層降液管流下通過降液板II下方的液體流出通道進(jìn)入塔板，液體穿過降流擋板 與塔體之間的通道流入另一側(cè)塔板，然后越過溢流堰進(jìn)入降液管并流入下層塔板，塔內(nèi)液 相整體呈雙螺旋同方向流動(dòng)的方式；氣體同樣被分為獨(dú)立的兩部分沿塔板逐層上升，在立 體傳質(zhì)元件處與液體激烈接觸進(jìn)行傳質(zhì)；最終實(shí)現(xiàn)氣液分離。由于降液板的導(dǎo)向作用，液體 在板上的流型可以為順時(shí)針流動(dòng)或者逆時(shí)針方向流動(dòng)。由于采用了上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型所取得的技術(shù)進(jìn)步在于本實(shí)用新型與傳統(tǒng)塔器相鄰兩層塔板液相逆流操作相比，其塔內(nèi)液體的流向呈雙 螺旋方式同方向流動(dòng)，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(dòng)力，進(jìn)一步提高了塔板的傳質(zhì)效率。本實(shí)用新 型在達(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(yùn)行費(fèi)用，同時(shí) 可以減少實(shí)際塔板數(shù)或減小塔體直徑，降低基礎(chǔ)設(shè)施投資。本實(shí)用新型降液系統(tǒng)中降液板II的上沿等于塔內(nèi)徑的設(shè)置，減少了相同塔徑下 液體在塔板上的流動(dòng)長度，同時(shí)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)，因此本立體傳質(zhì)液 體同向流塔板具有更大的處理能力及更寬的操作彈性。本實(shí)用新型降溢流堰的高度可以根據(jù)液體流量設(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(huì)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為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1.塔體，2.塔板，31.降液板I，31’降液板I，32.降液板II，33.降液擋板， 35.液體流出通道，4.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。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合說明書附圖和具體實(shí)施例，對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖1是一種雙螺旋液體同向流塔，用于酒精的提純。它包括塔體1和設(shè)置在塔體 1內(nèi)的多層連續(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2、位于升氣孔上方 的帽罩5和降液系統(tǒng)。每層連續(xù)傳質(zhì)塔板分成互相獨(dú)立的兩部分，每個(gè)獨(dú)立的塔板2上均設(shè)置有一套 降液系統(tǒng)，降液系統(tǒng)為夾板式降液管，所述每套降液管包括折流式降液板I 31、降液板II 32、降液擋板33和溢流堰4，平行設(shè)置的降液板I和降液板II之間為降液通道6，降液通道 處設(shè)置有垂直于塔板的溢流堰4;降液擋板33垂直固定于塔板的中心線上，其長度小于塔 內(nèi)徑；降液板與降液擋板垂直設(shè)置，降液板I的上端與上層塔板上另一降液管的溢流堰4連 接，下端與下一層的另一相交錯(cuò)的塔板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的上端與上層塔板上另一降液管的降液板I 31’的下端連接，另一端與塔板之間 設(shè)置有液體流出通道35。位于同一層塔板上的兩套降液管的降液板II的上沿均位于與降 液擋板垂直的塔內(nèi)直徑上，兩套降液管的降液板I的上沿的寬度度小于塔內(nèi)直徑；而兩套 降液管的降液板I的下沿則均位于下一層塔板上，并與垂直于降液擋板的塔內(nèi)直徑重合， 降液板II的下沿的寬度則小于塔內(nèi)直徑。塔板水平設(shè)置在塔體內(nèi)，由位于同一塔板上的兩套降液管的降液板II分隔而成 的兩部分塔板上對稱設(shè)置有數(shù)量相同的矩形升氣孔，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(shí)施例在工作時(shí)，整個(gè)塔內(nèi)空間被兩套降液管分隔成對稱的兩部分，每套降液 管流下的液體只流過每層塔板的一半空間，塔板上的兩部分液體對稱流動(dòng)。液態(tài)酒精被分 離成兩部分，自塔頂部沿兩套降液管下行，由上層降液管流下，通過降液板II下方的液體 流出通道35進(jìn)入塔板，液體穿過降液擋板與塔體之間的通道流入另一側(cè)塔板，然后越過溢 流堰進(jìn)入降液管并流入下層塔板，塔內(nèi)液相整體呈雙螺旋方式同方向流動(dòng)，液體在塔板上 則為逆時(shí)針方向流動(dòng)。塔內(nèi)的氣態(tài)酒精也被分成獨(dú)立的兩部分，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(diǎn)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(dòng)，直到塔底分離成純水；而乙醇的沸 點(diǎn)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1.一種雙螺旋液體同向流塔，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(2)、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 所述每層連續(xù)傳質(zhì)塔板分成互相獨(dú)立的兩部分，每個(gè)獨(dú)立的塔板(2)上均設(shè)置有一套降液 系統(tǒng)，降液系統(tǒng)為夾板式降液管，所述降液管包括降液板I (31)、降液板II (32)、降液擋板 (33)和溢流堰(4)，平行設(shè)置的降液板I (31)、降液板II (32)之間為降液通道(6)，降液通 道上端、降液板I (31)上設(shè)置有垂直于塔板的溢流堰(4)；降液擋板(33)垂直位于塔板上， 其長度小于塔內(nèi)徑；降液板I (31)、降液板II (32)與降液擋板垂直設(shè)置，降液板I (31)的上 端與上層塔板上的另一降液管的溢流堰(4)連接，下端與下一層的另一相交錯(cuò)的塔板固定 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 1(31’ )的下端連接，降液板II (32)的下端與塔板之間設(shè)置有液體流出通道(35)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙螺旋液體同向流塔，其特征在于所述同一塔板上兩套降 液管的降液板II的上沿均位于與降液擋板垂直的塔內(nèi)直徑上，降液板I的下沿位于下層塔 板上、且與降液擋板垂直的直徑重合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙螺旋液體同向流塔，其特征在于所述平行設(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。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙螺旋液體同向流塔，其特征在于所述塔板上升氣孔的形 狀為矩形、弧形、圓形、梯形或它們的組合中任意一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙螺旋液體同向流塔，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。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的雙螺旋液體同向流塔，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。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的雙螺旋液體同向流塔，其特征在于所述帽罩與踏板之間空 隙的高度為0 25mm。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種雙螺旋液體同向流塔，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。它包括塔體和多層連續(xù)傳質(zhì)塔板，每層連續(xù)傳質(zhì)塔板包括塔板、立體傳質(zhì)元件和降液系統(tǒng)，其降液系統(tǒng)能夠使每層塔內(nèi)的液體呈雙螺旋方式同方向向下流動(dòng)，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，大大提高了塔板上的氣液傳質(zhì)平均推動(dòng)力，進(jìn)一步提高了塔板的傳質(zhì)效率。
文檔編號B01D3/18GK201775974SQ201020219088
公開日2011年3月30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