CN1110868A - 气液接触装置的高效塔板 - Google Patents

Abstract

在单溢流气—液接触塔中，液体水平流过多个竖 直方向分开的塔板(2)，并向下自塔板流向下一塔板， 同时气体上行通过塔板上的孔，在活动鼓泡区与液体 接触形成气—液混合物。每个开口包括塔板平面上 的孔(16)，和盖住孔的挡板，确定出侧向排气缝隙 (22)。孔(16)在其上游端要宽于下游端；挡板具有上 游和下游部分(18u，18d)跨过孔端。挡板可以是固 定的或竖直方向可动的。孔(16)的中心距在纵向于 流向上不大于约3.0英寸，在横向于流向上不大于约 2.0英寸。

Description

气液接触装置的高效塔板

本发明涉及气液接触装置，特别是涉及一种用在分馏塔或其它装置中的新型的单溢流塔板。

在典型的设备中，许多带有孔洞的水平板安装于一个密封、直立伸长，工业上叫作柱或塔的容器中。液体被引到最上面的板的上表面。在每个板的下游端，有一个堰通向降液管，降液管则通向下一较低板上的无孔上游区(降液管密封区)。气体从塔的低底引入。当流体流过塔板时，气体经由塔板上的孔洞上行至液体处形成一个鼓泡区，在此，气体和液体直接、有效地进行接触。液体比例高的体系如轻质烃的蒸馏所使用的塔和直接接触热交换所用的塔中，每个塔板平面可以有多条流径，包括有降液管、鼓泡区和降液管密封过渡区。

许多单溢流塔板是简单的筛板，即带有成百个圆孔的板。某些板上有与板孔相联的阀，而其它一些板上有固定的档板。US3463464(1969年8月26日)中所描述的(装置)是后者的例子，每个板开口包括一个在板平面上的梯形孔和一个固定的覆盖在孔上并对准孔的档板。档板和与之相邻的塔板表面确定了与直接蒸汽流向垂直的侧向排气缝隙，直接蒸汽通常是垂直于塔板上的液体流向，向上通过孔的。

本发明涉及对一种气液接触装置的改进，其中一个塔板上支承着自上游位置向下游位置、且通常以水平方向流动的液体。板上具有孔洞，引导在压力下上行的蒸汽进入液体。每个孔的纵轴平行于液体流向，而且每个孔在塔板平面上的形状是梯形，其垂直于液体流向的最大尺寸在其下游端。档板覆盖在孔上。每个档板包括一个上游部分、一个中央部分和一个下游部分。每个上游部分在所对孔的上游端处延伸到板的上方，平放跨过孔的最大横向宽度，从而把孔的全部罩住，档开向孔流动的液体。每个下游部分在所对孔的下游端延伸到塔板的上方，在所对孔的下游端延伸，平放跨过孔下游端的整个横向宽度，从而防止蒸汽从下游方向推动液体。每个档板和相邻的塔板确定了垂直于直接蒸汽流向的侧向排气缝隙，直接蒸汽通常是垂直于塔板上的液体流向，向上通过板孔。

一方面，本发明包括尺寸如下的排气缝隙的使用，其上边缘不长于约0.85吋，高度不大于约0.35吋，而下边缘不长于约1.5吋。

本发明的另一个特征与孔有关，在塔板平面上，每个孔的长度沿其纵轴不大于1.5吋，上游端宽度不大于约1.0吋，而下游端宽度不大于0.75吋。孔中心的距离，最好是在平行于流向的方向上不超过约3.0吋，在垂直于流向的方向上不超过约2.0吋。

另一特征用于本发明的优选方案中。孔设置成纵列，且相邻纵列中的孔的位置错开，使一列中的孔的纵向位置在相邻列两个孔纵向位置的中间。档板的中央部分由档板的上游和下游部分支承在塔板上。上游阻挡部分和下游阻挡部分是倾斜的，与塔板形成钝角。每个档板与塔板形成整体，其竖直投影基本上与相应的孔为几何相等。排气缝隙是梯形的，其周围做出凿纹。每个排气缝隙的面积为约0.3平方吋。这一面积大于普通筛板上1/2吋圆孔的面积(0.2平方吋)。

图1是气液接触塔中单溢流塔板的一般设置示意图。

图2是图1所示塔的平面示意图，示意降液管区、多孔活动鼓泡区和无孔降液管密封区的大致比例。

图3是透视图，示意依据本发明的一组塔板孔的结构。

图4是塔板局部底视图，示意孔的形状、比例和间距。

图5是沿图4中线5-5剖开的横截面视图。

图6是沿图5中线6-6剖开的剖视图，示意档板做成的曲度和凿纹。

图7是示意孔洞不同的流体接触塔板的效率特性曲线。

图8是示意接触板的夹带和漏液情况，它们是效率指标的函数。

图9示意本发明的改进，其中竖直可动的板是挡板。

图10表格示意本发明优选方案的尺寸，以及两个现有技术塔板相应的尺寸。

图1简略示意出本发明结构的单溢流板的基本环境。多个水平塔板2安装在直立塔4中，且彼此在竖直方向上分开。液体由液体供给管线6引入最上层的塔板。降液通道8自每个塔板的下游端引向下一较低板的上游端。塔板上开有孔洞(图1未示出)使由气体供给管线10引入塔较低端口的空气或其它气体能上行通过塔身，气体上行通过板孔进入板2上的液体中。塔的上端设有气体排出口，下端设有液体排出口。

典型塔板的比例示于图2中。每个塔板上有一个无孔上游段12(降液管密封过渡区)，它接受来自降液管8的液体，将其改向流至开有孔洞的活动区14(鼓泡区)。如前所述，标号8标出的是降液通道。在降液通道中，气—液混合物的成份发生分相或分离。分离的气体成份上行，液体成份被送至下一塔板上游端的无孔降液密封过渡区。

在典型的、塔4直径为48吋的装置中，无孔上游段8的长度L_S为约8吋，降液管8的水平尺寸L_D为约10吋。塔板活动区域14的长度L_A为约30吋。这个例子是普通单溢流塔板结构的实例。

本发明是1969年8月26日的US3,463,464揭示的塔板的改进。如前所述，此类型的塔板每个孔洞包括一个塔板平面上的梯形孔，和一个覆盖在孔上并与孔成钝角的挡板。挡板和相邻塔板表面确定了与直接蒸汽流向垂直的侧向排气缝隙，直接蒸汽通常是垂直于塔板上的液体流向，向上通过孔洞的。

本发明包括发现了如果将此型塔板的构造在孔间距、孔径和缝隙大小上加以改进，选择特定的、不同于迄今工业中使用的数值范围，就会得到优异的(塔板)性能。

如图3所示，依据本发明的塔板2上有许多覆盖着挡板18的孔16。该图示意出排成三列相邻纵列的板孔，列与列之间孔的位置是交错的，使一列中的孔16的纵向位置处在相邻列的两个纵向相邻孔16的纵向位置的中间。孔中心的间距为，用平行于液体流向距离S_L表示，不大于约3.0吋。垂直于液体流向的间距S_r，即相邻列的中线20之间的距离，不大于约2.0吋。

每个挡板18有一上游部分18u，中央部分18m，和一个下游部分18d。中央部分18m一般是水平的，而上游和下游部分18u、18d则分别相对于液流方向向上或向下倾斜。

在平面图中，每个挡板和其对应的孔都是基本上几何相等的。板平面上的孔16的尺寸示于图4中。其长度L不大于1.5吋，其上游宽Wu不大于约1.0吋，其下游宽W_D不大于约0.75吋。

侧视图5示意出与一个挡板相联的排气缝隙的结构。排气缝隙22一般是梯形的。它的下边缘由塔板的上表面确定，而它的上游边缘、下游边缘和上边缘由挡板的下边缘确定。其上边缘长度Lu不大于0.85吋，高度H不大于0.35吋，下边缘长度L_L不大于1.5吋。

仔细观察塔板，发现在阻挡部分18u和18d上加工过程中将其做成横向向上弯曲的形状，且缝隙四周有凿纹。图6示意了图5中剖线6-6剖开的平面上的凿纹24。除了通过提交局部端流使排气缝隙间的气体、液体的界面接触面积加大，从而提高塔板效率之外，这些凿纹24可能有利于改进漏液性能，下文将阐述。

与现有技术中的塔板相比，本发明塔板的孔间距较小。孔的长度较短、宽度较窄，排气缝隙的长和高都较小。本发明优选的尺寸符合计算机数字控制(“CNC”)冲压的生产能力，它就能为商业生产的需要高效地提供所需的缝隙尺寸和面积。

用于本发明优选方案的尺寸示于下表中，用MVG型标示，该表中还列出了现有技术中的L型塔板和S型塔板的孔的相应尺寸。

实验表明，当液体比例低而气体比例高时，L型塔板的夹带情况严重，不能令人满意。已知在筛板技术中，较小的孔造成的夹带现象较小，这就引导设计出S型板，其目的就是降低夹带，使之比无挡板、直径0.5吋圆孔标准筛板的夹带情况要好些。从降低商业服务中的结垢风险这个角度来看，L型和S型塔板的较大的孔径是成功的。

当S型塔板开发出来时，CNC冲压技术尚不能经济有效地完成这一尺寸塔板的生产，故在任何给定塔板面积上的缝隙数目被降至最低以减少生产费用。L型板得以广泛地使用是因为它与S型板相比，能提供较大的缝隙面积，较小的结垢风险和较低的生产费用。但是，L型板在低液比例时的夹带特性不能令人满意，这一直是其工业应用上的障碍。

图9示意一种塔板，其板孔与图3-6的板孔具有相同的尺寸、形状和方向，但挡板是一个竖直可动的挡板28。这种挡板具有向外翻出的支脚28f，可限制其向上的移动，还具有调整坑30，防止挡板完全关闭。当挡板在其抬起、打开的位置时，它是一个具有上游部分28u，中央部分28m和下游部分28d的挡板。这些部分的尺寸与相应的固定挡板18的尺寸相同，只是中央部分的宽度较大以免挡板关闭时掉入孔中。当挡板打开时，它和与之相邻的塔板确定出矩形蒸汽排出缝隙，引导上行蒸汽的流向大致垂直于塔板上液全的流向。

图7和图8列出了不同塔板的生产效率和液漏限度的对比数据。S型板和本发明的塔板的孔是交错的，如图3所示(“三角形”)而L型板相邻两列中的孔彼此是横向对齐的(“方形”)。正如预计的那样，本发明塔板的缝隙较小，结果是低液体比例时夹带现象较少。此外，还注意到在商业利润的整个液体比例范围内，其夹带都较少。

在工业上，10％夹带水平可以标示出一个方案的切实可行，故从图7看出本发明塔板的生产效率在从约7％的低比例到约9％的中等比例的连续液体比例范围内，优异性是非常明显的。

当具有如此理想的夹带和效率特性的塔板渐为人知时，人们估计此种塔板在其他的操作性能方面会有损失。但令人惊异的是，依据本发明制成的板具有更好的液漏性能。这一特性用图8曲线表示，可以看到，在10％的夹带一液漏水平上，在翻折点约32％后曲线上升。上行蒸汽率曲线是在发生夹带的范围内，而下降蒸汽率曲线是在发生液漏的范围内。可以看出本发明的塔板具有较低的漏液率(左)和较低的夹带率(右)。

MVG型塔板的改进了的液漏性能使得在鼓泡区更加均匀地通气，其情形类似于本发明人设计的复杂浮阀塔板所达到的通气情况。

从前文阐述可以看出，本发明提供了一种在操作和费用上都非常优越的流体接触塔板和装置。本领域技术人员可以认识到用不同于上文所述方案的塔板也能达到这些效果。故须强调本发明并非限制于所述的方案，而是包括符合下面权利要求精神的各种变化和改进。

Claims (13)

1.一种流体接触塔板，用以支承自上游位置向下游位置流动，通常以水平方向流过该塔板的液体，包括：

具有一组孔的板，这些孔引导在压力下上行的蒸汽进入所述的液体，所述孔的纵轴平行于所述的液体流向，每个所述孔在板平面上是梯形的，其垂直于所述流向的最大尺寸在其上游端，其垂直于所述流向的最小尺寸在其下游端；

多个固定挡板，每个挡板覆盖在对应的一个所述孔上并与之对齐，每个挡板包括一个上游部分，一个中央部分和一个下游部分；所述中央部分与所述上游和下游部分相连；

每个所述上游部分在一个所述孔的上游端处延伸到板的上方，平放跨过其对应孔的整个最大横向宽度，从而将孔全部罩住，挡开流向孔的液体；

每个所述的下游部分在一个所述孔的下游端处延伸到板的上方，平放跨过对应孔的下游端的整个横向宽度，防止蒸汽从下游方向推动液体；

每个所述挡板与所述板确定了垂直于直接蒸汽流向的排气缝隙，直接蒸汽通常是垂直于塔板上的液体流向，向上通过板孔的，所述塔板在所述侧向排气缝隙周围具有凿纹；

每个所述排气缝隙的上边缘不长于约0.85吋，高度不大于0.35吋，下边缘不长于约1.5吋；

所述孔的中心距在平行于所述流向的方向上不大于约3.0吋，在垂直于流向的方向上不大于约2.0吋；

2.根据权利要求1的装置，其中所述的上游阻挡部分和所述的下游阻挡部分是倾斜的，与所述的板形成钝角。

3.根据权利要求1的装置，其中，每个所述挡板与所述板形成整体，其竖直投影与其对应的孔基本上几何相等。

4.根据权利要求1的装置，其中，每个所述排气缝隙的面积为约0.3平方吋。

5.根据权利要求1的装置，其中，所述折孔呈纵列排列，相邻列中的孔是交错的使一列中的一外孔的纵向位置处于相邻列的两个也的纵向位置之间。

6.多个根据权利要求1的流体接触塔板，与塔结合起来；

所述塔板安装在所述塔中，在竖直方向上彼此分开；和

降液管从所述塔板的下游位置导向其下方塔板的上游位置。

7.根据权利要求1的装置，其中，每个所述孔的长度沿其纵轴不大于1.5吋，上游端宽不大于约1.0吋，下游端宽度不大于0.75吋。

8.一种流体接触塔板，用以支承自上游位置向下游位置流动，通常以水平方向流过该塔板的液体，包括：

具有一组孔的板，这些孔引导在压力下上行的蒸汽进入所述的液体，所述也的纵轴平行于所述的液体流向，每个所述孔在板平面上是梯形的，其垂直于所述流向的最大尺寸在其上游端，其垂直于所述流向的最小尺寸在其下游端，每个所述孔的长度沿其纵轴不大于1.5吋，上游端宽度不大于约1.0吋，下游端不大于0.75吋；

所述孔的中心距在平行于所述流向的方向上不大于约3.0吋，在垂直于流向的方向上不大于约2.0吋；

多个固定挡板，每个挡板覆盖在对应的一个所述孔上并与之对齐，每个挡板包括一个上游部分，一个中央部分和一个下游部分，所述中央部分通过所述的上游和下游部分与板相连；

每个所述上游部分在一个所述孔的上游端处延伸到板的上方，平放跨过其对应孔的整个最大横向宽度，从而将也全部罩住，挡开流向孔的液体；

每个所述的下游部分在一个所述孔的下游端处延伸到板的上方，平放跨过对应孔的下游端的整个横向宽度，防止蒸汽从下游方向推动液体；

每个所述挡板与所述板确定了垂直于直接蒸汽流向的侧向排气缝隙，直接蒸汽通常是垂直于塔板上的液体流向，向上通过板孔的，所述塔板在所述排气缝隙周围具有凿纹。

9.根据权利要求8的装置，其中，所述的上游阻挡部分和所述的下游阻挡部分是倾斜的，与所述的板形成钝角。

10.根据权利要求8的装置，其中，每个所述挡板与所述板形成整体，其竖直投影与其对应的孔基本上几何相等。

11.根据权利要求8的装置，其中，每个所述排气缝隙的面积为约0.3平方吋。

12.根据权利要求8的装置，其中，所述的孔呈现纵列排列，相邻列中的孔是交错的，使一列中的一个孔的纵向位置处于相邻列的两个孔的纵向位置之间。

13.多个根据权利要求8的流体接触塔板，与塔结合起来；

所述塔板安装在所述塔中，在竖直方向上彼此分开；及

降液管从所述塔板的下游位置导向其下方塔板的上游位置。

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