一种气液传质***
技术领域
本发明属于石油化工领域的气液传质设备,具体地说涉及一种塔器的气液传质技术,更具体的说涉及一种气液传质***。
技术背景
在石油化工领域,板式塔是重要的分离设备,而塔盘是板式塔中重要的传质设备,塔盘性能的好坏很大程度上决定了分离性能的高低。近年来,在泡罩、筛板、浮阀塔盘的基础上,开发出了许多新型结构的塔盘,尤其是立体喷射塔盘,它具有压降低、操作弹性大、传质效率高、雾沫夹带少等优点,但是这些塔盘都没有从根本解决液相返混的问题,影响了塔盘的传质效率。而返混又是板式塔在分离过程中最常见的问题,它减小了塔盘的传质推动力,降低了塔盘的传质效率和分离效率。
专利CN101015762A公开了一种喷射型吸收塔盘,它在板式塔内设计了特殊的导气管结构,把传统的导气管改造为带喷嘴的喷射管,在喷嘴处的液膜可形成喷射状态,液膜被分散成比表面积较大的小液滴,使得气液接触面积更大,表面更新快,提高了传质效率,阻力降非常小。
专利CN102240460A公开了一种无漏液喷射塔盘,该塔盘通过设置可移动的浮子来控制液相进入喷射孔中的流量,从而避免了低负荷下过度漏液现象的发生,增大了塔盘的处理能力范围,提高了操作弹性。以上技术解决了传统塔板的一些缺点,但并没有解决、甚至没有考虑液体返混问题。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提出一种气液传质***。可以避免液体的返混,增大塔器的传质推动力,提高塔器的分离效率,降低塔器的分离能耗,同时继承了立体喷射塔板的特点,传质效率高、雾沫夹带小,且抗堵性强。
本发明的一种气液传质***,主要包括塔盘、降液管、导流罩和喷射罩。其特征在于,所述的塔盘与塔体无缝相连接,塔盘上交替分布有若干组升气孔和降液孔,且以塔盘中心线为界,在塔盘左侧和右侧错位排列;每个降液孔对应下层的降液管,降液管为圆柱型;每一组升气孔上固定一个喷射罩,喷射罩顶部有水平分离板,喷射罩的至少一组相对的(左右两个)侧壁上部与水平分离板连接,下部与塔盘连接,且下部的中间部位开有凹形槽;喷射罩的另一组相对(前后两个)侧壁上下部分别与水平分离板和塔盘密封连接,且中间开有喷射孔;喷射罩的外部罩有导流罩,导流罩为“凹”型,喷射罩嵌在“凹”型中间;导流罩的顶部开有圆形孔,降液管伸入圆形孔中;导流罩和喷射罩间构成密封导流槽,用于将通过降液管的液相导流至塔盘。
本发明中,所述的塔盘与塔体无缝连接。塔盘上交替排列着若干组升气孔和降液孔,所述升气孔的形状可以是圆形、三角形、椭圆形或矩形,每一组升气孔集中分布在塔盘的固定位置上,通过CFD流体力学计算得到其开孔大小和开孔率。每一个降液孔的孔径与降液管的外径相同,下一层塔盘降液管的顶部与上一层塔盘的降液孔相连接,作为液体流动通道。本发明中,所述的喷射罩完全覆盖在一组升气孔上,喷射罩的外部形状可以是圆柱体、矩形体和梯形体,喷射罩的高度一般50mm~150mm,优选为100mm~150mm。喷射罩的顶部是水平分离板,水平分离板与塔盘平行;喷射罩的左右侧壁上部与水平分离板连接,且与水平分离板的连接角度为60°~90°,优选为80°~90°;下部与塔盘连接,且在中间位置开有凹形槽,凹形槽的形状可以为椭圆形和矩形,凹形槽的大小通过流体力学计算得到;喷射罩的前后侧壁开有喷射孔,喷射孔的形状可以是椭圆形、条形和圆形,其开孔大小和开孔率由CFD模拟得到。
本发明中,所示的导流罩为“凹”型,导流罩罩在喷射罩的外部,喷射罩嵌在导流罩的中间。导流罩的高度一般为200mm~300mm,优选为200mm~100mm;导流罩的左右支腿与塔盘垂直密封连接,导流罩的顶部与喷射罩的水平分离板相平行。喷射罩的水平分离板作为“凹”型导流罩中部底板,二者之间的距离一般为50mm~100mm,优选为60mm~80mm,且在导流罩顶部中心处开有圆形孔。圆形孔的大小与降液管的外径一直,降液管伸入到圆形孔中。导流罩的左右两侧壁与喷射罩的左右两侧壁留有一定距离,一般为30mm~100mm,优选为30mm~60mm,构成导流槽。
本发明的气液传质***的技术原理是:上层塔盘的液体自降液管流到导流罩内,经导流槽流到塔盘上,由喷射罩侧壁下部的凹形槽进入喷射罩内;下层塔盘的气体自升气孔喷入到喷射罩内,将液体托起、拉膜、成环、破碎成液滴,气液混合物喷射到喷射罩的水平分离板上,经水平分离板导流,向喷射孔两侧流动,最后经喷射孔喷出到塔盘空间内,完成气液传质,液体落入到塔盘上,经降液管流入下层塔盘,气体由导流罩外部流向上一层塔盘。
与现有技术相比,本发明的气液传质***具有以下优点:
1、本发明的气液传质***通过设置降液管和导流罩,上层塔板流下来的液相经降液管、导流槽、凹形槽进入喷射罩,在喷射罩内与气相完成气液传质,传质后的液相落入导流罩外,导流罩的存在将传质后的液相与未传质的液相彻底隔离,避免了液相的返混,增加了传质推动力,从而提高了塔盘的分离效率;
2、通过设置多个降液管,将液体均匀分布在塔盘上,实现了液体的分流,提高了抗堵性能。
附图说明
图1是本发明气液传质***的正视图。
图2是本发明气液传质***的水平塔盘示意图。
图3是本发明气液传质***导流罩侧视图。
图4是本发明气液传质***导流罩俯视图。
其中,1为塔体;2为降液管;3为导流罩;4为升气孔;5为导流槽;6为降液孔;7为塔盘;8为水平分离板;9为喷射罩;10为喷射孔;11为凹形槽。
具体实施方式
下面结合其附图对本发明一种无返混气液传质***进行更详细的描述:
本发明的一种无返混气液传质***(参见图1-图4),包括塔体1、塔盘7、升气孔4、降液孔6、降液管2、导流罩3和喷射罩9。塔盘7安装在塔体1内部,且塔盘7四周与塔体1密封连接,塔盘7上交替排列着升气孔4和降液孔6,降液孔6连接着下层塔盘的降液管2,作为两层塔盘间的液相流通通道;每一组升气孔4对应一个喷射罩9,升气孔4的形状可以是圆形、三角形、椭圆形或矩形,其开孔大小和开孔率可以通过CFD模拟计算得到。
本发明的气液传质***中,所述的喷射罩9位于导流罩3内部,且完全覆盖在一组升气孔4上。喷射罩9的外部形状可以是圆柱体、矩形体和梯形体,优选为矩形体。喷射罩的高度一般为50mm~150mm,优选为100mm~150mm。喷射罩9的顶部是分离板8,分离板8与塔盘7平行;喷射罩9的左右(其中一组相对的)两个侧壁上部与水平分离板8连接,且与水平分离板8的连接角度为60°~90°,优选为80°~90°;该相对的侧壁的下端(下沿)与塔盘7连接,且在侧壁下部中间位置开有凹形槽11,凹形槽11的形状可以为椭圆形和矩形,凹形槽的大小可以通过流体力学计算得到。喷射罩9的前后(即另一组相对的)侧壁的中上部开有喷射孔10,喷射孔10的形状可以是椭圆形、条形和圆形,其开孔大小和开孔率可由CFD模拟得到。
本发明的一种无返混气液传质***中,所示的导流罩3为倒“凹”型,导流罩3罩在喷射罩9的外部,喷射罩9嵌在导流罩3的中间,导流罩3的高度一般为200mm~300mm,优选为200mm~100mm;导流罩3与塔盘7垂直密封连接,导流罩3的顶部与喷射罩9的水平分离板8相平行,喷射罩9的水平分离板8作为倒“凹”型导流罩3的中部底板,两者之间的距离一般为50mm~100mm,优选为60mm~80mm,且导流罩3顶部中心处开有圆形孔,圆形孔的大小与降液管2的外径一直,降液管2伸入到圆形孔中;导流罩3的左右两侧壁与喷射罩9的左右两侧壁留有一定距离,一般为30mm~100mm,优选为30mm~60mm,构成导流槽5。
本发明的一种无返混气液传质***的工作过程是:如附图1所示,上层塔盘的液体自降液管2流到导流罩3内,经导流槽5流到塔盘7上,由喷射罩9其中一组相对侧壁下部的凹形槽11进入喷射罩9内;下层塔盘的气体自升气孔4喷入到喷射罩9内,将液体托起、拉膜、成环、破碎成液滴,气液混合物喷射到喷射罩9的水平分离板8上,经水平分离板8导流,向两侧喷射孔10方向流动,最后经喷射孔10喷出完成气液传质,液体落入到塔盘7上,经降液管3流入下层塔盘,气体由导流罩3外部流向上一层塔盘。
本发明的气液传质***,通过设置多个降液管,多个导流罩,将上层塔盘流下来的液体导入喷射罩内,与下层塔盘上升的气体在喷射罩内传质后,由喷射罩的喷射孔喷出,传质后的液体与未传质的液体通过导流罩隔离,避免了二者间的混合,实现了液相的无返混,有利于增大塔盘的传质推动力,提高塔盘的分离效率和分离精度。并且通过设置多个降液管,将上层塔盘上的液体均匀分布,很大程度上提高了塔盘的抗堵性能。
实施例
结合附图2和附图4,本发明的气液传质***中,升气孔4为椭圆形,降液孔6为圆形,喷射罩9为矩形体。
结合附图3和附图4,本发明一种无返混气液传质***中,喷射罩9的高度为150mm,喷射孔10为条形;喷射罩9侧壁与水平分离板8夹角为90°;导流罩3的高度为210mm,喷射罩9的水平分离板10与导流罩3顶部的距离为60mm,喷射罩9左右侧壁与导流罩3外壁的距离为60mm。