CN1123377C - 一种塔或管内构件立交盘 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高效塔或管内构件立交盘，它包括立交盘盘底、异形短管、异形短管上口侧面间设管间通道顶盖，所述立交盘盘底为圆锥面，均布两个以上缺口，每一缺口连接一根异形短管，短管和管间通道内还可增设孔板、网或填料，该盘可用以消除物流状态的径向差异及提高塔的化学反应和传质效率。

Description

一种塔或管内构件立交盘

技术领域

本发明涉及一种塔或管内构件，特别是涉及一种可消除塔或管内物料状态的径向差异，并提高化学反应或传质操作效率的塔或管内构件立交盘。

背景技术

物料流经空塔或管时，中心部流速高，边缘部流速低，物料在塔或管内停滞时间分布较宽。如用夹套加热或冷却，传热阻力可能造成中央和周边物料温度不一。如有化学变化发生，停滞时间及温度差异可能导致中央和周边物料组成不匀。要消除这些现象，最简捷的方法是在无死角、无短路和低阻力的前提下让塔或管内中央和周边的物料有规则地交替互换位置，使任意质点流经塔或管过程的径向坐标变化的经历相似。但是，迄今为止，工业化装置或已公开专利及非专利文献中都未见到能实现上述功能的简单有效的塔或管内构件。

利用塔设备进行非均相体系化学反应或传质操作时，参与反应或传质的两相物料应尽量保持活塞型逆向流动以获得最大的反应或传质推动力，分散相物料应分割成尽量细小的颗粒、液滴或气泡均布在连续相物料中以提供最大的反应或传质界面。为满足这些要求，目前已有多种不同结构形式的板式塔和填料塔投入工业化运行，但其效率尚待进一步提高，操作弹性尚待进一步拓宽。

发明内容

发明人在长期使用、改进化工设备的实践中研究开发出一种能使塔或管中央部位和周边部位物料呈立体交叉流动，有规则地交替互换位置，并使两相物料保持良好的活塞型逆向流动，且将分散相物料分割成细小颗粒、液滴或气泡均匀分布在连续相物料中的新型塔内构件。

本发明的目的在于提供一种新型、简单、高效新型塔内构件，特别是提供一种可消除塔或管内物料状态(仃滞时间、湿度、组成等)的径向差异，提高化学反应或传质操作效率的简单高效的塔或管内构件立交盘。

本发明提供的新型塔或管内构件立交盘的特征在于包括：立交盘盘底1、异形短管2、异形短管管间通道顶盖3。所述立交盘盘底(简称盘底)1为圆锥面，锥底直径小于塔或管内径，为塔或管内径的0.1～0.9倍，优选0.25～0.9倍。圆锥顶角为20～178°，优选60～160°；物料粘度越大，顶角越小。所述立交盘盘底圆锥面均匀分布两个以上缺口6，塔或管直径越大，缺口数越多。缺口由两腰10和顶部11组成，顶部为一曲线，或缩成一点，两腰直接相交。异形短管下口和盘底圆锥缺口相接，异形短管下口两侧接缺口两腰，异形短管下口内端接缺口顶部。每一缺口分别连接一根异形短管2，异形短管下口和盘底圆锥所开缺口相接，异形短管外端面中心线与水平线成0～75°倾角指向盘顶侧塔或管壁。根据使用场合，异形短管2可有不同形状，一般由内端面7、外端面8和两侧面9组成。两侧面分别为曲面、平面或两相交平面，内端面为曲面或两相交平面，或两侧面直接相交使内端面缩为一直线或曲线，外端面为曲面或两相交平面。通常外端面较内端面宽。

所述顶盖3设在相邻两异形短管上口侧壁间，顶盖中央高两侧低，并向管壁侧倾斜。相邻两异形短管间的相邻侧壁、顶盖以及部分盘底圆锥面构成管间通道，作为管间通道底面的部分盘底圆锥面可变形为下凹曲面。诸异形短管上口外缘和顶盖外缘组成的空间曲线在塔或管体横截面的投影为完整圆周。该圆周直径等于或略小于塔或管体内径。塔设备如用于处理颗粒状固体物料，立交盘盘底1、异形短管2、异形短管管间通道顶盖3的所有平面或曲面倾角都应大于固体颗粒摩擦角，保证物料顺畅下滑。

在本发明提供的立交盘盘顶侧，诸异形短管上口内端及异形短管管间通道顶盖内缘所组成的空间曲线将塔或管截面分割成两部分，里侧为顶心区，外侧为顶边区，两区面积之比为0.1～10，优选为0.5～6.0，更优选为0.5～2.0；在立交盘盘底侧，诸异形短管下口外缘和异形短管管间通道底面外缘所组成的空间曲线将塔或管体截面分割为两部分，里侧为底心区，外侧为底边区，两区面积之比通常为0.1～10，优选为0.5～6.0，更优选为0.5～2.0。立交盘底阻隔底心区和顶心区，异形短管外端面及管间通道顶盖阻隔底边区和顶边区，诸异形短管连通底心区和顶边区，诸异形短管管间通道则使底边区和顶心区相通从而实现立体交叉流动。

本发明另一实施方案提供的立交盘中，还可以进一步包括在立交盘盘底圆锥顶内设置一顶角为40～178°，优选60～120°的倒置小圆锥。小圆锥底部和立交盘圆锥面底部所开缺口相切。所述倒置小圆锥的设置，可进一步避免在塔或管体内形成死角。

本发明又一实施方案提供的立交盘的异形短管和异形短管管间通道内设置多层孔板或网、填料5。所述孔板或网可水平安装，亦可垂直或倾斜安装。可逐层(个)安装或组装成单元再焊接固定在异形短管或异形短管管间通道内壁，亦可在异形短管或异形短管管间通道两端设挡板或栅条固定孔板或网单元。填料可逐个装入，亦可先组装成单元后放入异形短管或异形短管管间通道内，异形短管或异形短管管间通道两端设挡板或栅条固定。

本发明提供的立交盘用于管道时，管道可垂直、水平或倾斜安装；本发明提供的立交盘用于塔设备时，可以盘顶朝上也可盘底朝上。塔或管内安装的立交盘层数由工艺目标确定，盘数越多，流体径向状态差异越小，化学反应或传质越充分。诸立交盘在塔或管内安装时优选同角度排列，也可错角度排列。立交盘与塔或管内壁直接焊接或装配支撑，亦可将塔壁及立交盘外缘均加工成锥角相同的锥形，贴合套装。对于不结污垢的体系优选焊接。

本发明立交盘安装在塔内时，相邻立交盘间可设列管、盘管或螺旋板(III型)换热器以满足工艺要求。

本发明提供的立交盘的异形短管及异形短管管间通道内可放置催化剂构成固定床反应器。

物料流在本发明提供的立交盘中，特别是装有本发明多层立交盘的塔或管内流动为：

物料可双向流动，既可由盘底侧流向盘顶侧，也可以由盘顶侧流向盘底侧。物料如从盘底流入，盘底心区的物料经诸异形短管流向盘顶边区，盘底边区物料经诸异形短管管间通道流向盘顶心区。物料如从盘顶侧流入，顶心区物料通过诸异形短管管间通道流向盘底边区，盘顶边区物料经诸异形短管流向盘底心区。这样，物料每流经一块立交盘，中心部和边缘部物料互换一次位置，多块盘串联操作，物料流经塔或管的过程中任意质点径向坐标变化的历程相似，趋向理想活塞流。

此外，因立交盘同角度排列，物料由盘底侧流入时，下层塔盘底心区的物料通过异形短管经该层盘顶边区流向上层塔盘底边区，被上层塔盘异形短管外端面阻拦，劈为两半，相邻的两半在其间异形短管管间通道汇合，流向上层塔盘顶心区。下层塔盘底边区的物料通过管间通道经该层盘顶心区流向上层塔盘底心区，被上层塔盘异形短管管间通道底面阻挡，劈割成两半，相邻的两半在其间的异形短管内汇合，流向上层塔盘底边区。同样，物料如由盘顶侧流入，上层塔盘顶边区的物料通过异形短管经该层塔盘底心区流向下层塔盘顶心区，被下层塔盘诸异形短管内端面阻挡，劈分为两半，相邻的两半在其间异形短管管间通道汇合，流向下层塔盘底边区。上层塔盘顶心区的物料通过诸异形短管管间通道经该层塔盘底边区流向下层塔盘顶边区，被下层塔盘异形短管管间通道顶盖阻拦劈分为两半，相邻两半在其间的异形短管汇合，流向下层塔盘底心区。物料每流经一块立交盘均获一次周向分割——混合的机会，进一步提高均匀程度，消除塔或管内物料径向状态(停滞时间、温度、组成)差异。

立交盘的异形短管和异形短管管间通道内如装有孔板(网)或填料，塔内两相物料在保持活塞态逆向流动的同时被异形短管及异形短管管间通道内的孔板(网)或填料反复分割汇合，分散相物料呈微细状态均布在连续相中，产生巨大的相界面并获得充分的界面更新，促进化学反应或传质操作。

本发明提供的一种新型塔或管内构件立交盘有如下特点：

1)物料通过立交盘时中心区物料流向边缘区，边缘区物料流向中心区，立体交叉流动，无死角，不返混，流经多块立交盘后任何质点在塔内流动过程的径向坐标变化经历相似，比现有塔或管内构件更为有效地消除了物料状态的径向差异。

2)每流经一块立交盘，物料进行一次周向切割重组，进一步提高了物料状态均匀性。

3)异形短管及异形短管管间通道内的孔板(网)或填料使物料呈微细颗粒状分割重组，相界面大，更新充分，化学反应或传质操作效率高。

4)用装有本发明的立交盘的塔设备内，物料停留时间长，效率高，两相流通界面大，操作弹性高于传统板式塔或填料塔。

5)结构简单，制造成本较低，应用范围广。

附图说明

图1为立交盘的结构示意图

图2为盘底圆锥顶内设一倒置小圆锥的立交盘的结构示意图

图3、4为均布各种形状缺口的圆锥底示意图

图5、6为异形短管的结构示意图

本发明提供的塔或管内构件立交盘用途广泛，可用于制作例如：

1.高粘流体换热器。

2.聚合物熔体管道静态混合器。

3.螺杆挤压机出口温度均化器。

4.需要保持物料活塞型流动的充填式反应塔，如聚酰胺聚合反应器、聚酯预缩聚反应器。

5.固-液化学反应或传质操作塔。

6.固-气化学反应(如聚酯固相缩聚塔)或传质操作(干燥塔)。

7.液-液萃取塔。

8.气-液化学反应或传质操作塔。

9.固定床反应塔。

具体实施方式

实施例1

本发明的立交盘用作聚对苯二甲酸乙二酯的预缩聚反应塔，塔底设预热器，塔体内设18块立交盘，塔顶直径放大，提供足够的蒸发空间。塔体设夹套，开热媒进、出口，完成酯化的齐聚物从底部进料口入塔，经预热器加热后向上顺序通过18层立交盘，从上部出料口出塔，生成的乙二醇蒸汽从顶部抽气口离塔。立交盘有效地缩小了物料流动状态的径向差异，使流动趋向活塞流，从而有效地加快了缩聚速度；在反应温度280～285℃，压力2000～3000Pa，反应时间40～75分钟条件下，入口齐聚物数均聚合度为4～6，出口预聚物数均聚合度可达20～30，而且质量均一。

实施例2

装有10块本发明立交盘的萃取塔用于尼龙6切片萃取，水从下部进塔(温度120℃)，从上部出塔(温度98℃)；切片从上部进塔，从底部出塔。切片和水呈活塞态逆向流动，萃取效率显著提高。经过萃取，切片中可萃取物含量从10％降至0.3％以下，出塔水中萃取物含量大于14％。

Claims (9)

1、一种塔或管内构件立交盘，其特征在于包括：立交盘盘底(1)、异形短管(2)、异形短管管间通道顶盖(3)；所述立交盘盘底(1)为圆锥面，锥底直径小于塔或管内径，圆锥顶角为20～178°；所述立交盘盘底圆锥面均匀分布两个以上缺口(6)；每一缺口分别连接一根异形短管(2)，异形短管下口和盘底圆锥所开缺口相接，异形短管外端面中心线以与水平线成0～75°倾角指向盘顶侧塔或管壁；所述顶盖(3)设在相邻两异形短管上口侧壁间，相邻两异形短管间的相邻侧壁、顶盖以及部分盘底圆锥面构成管间通道，诸异形短管上口外缘和顶盖外缘组成的空间曲线在塔或管体横截面的投影为完整圆周，该圆周直径等于或略小于塔或管体内径；在所述立交盘盘顶侧，诸异形短管上口内端及管间通道顶盖内缘所组成的空间曲线将塔或管截面分割成两部分，里侧为顶心区，外侧为顶边区，两区面积之比为0.1～10；在立交盘底侧，诸异形短管下口外缘和管间通道底面外缘所组成的空间曲线将塔或管体截面分割为两部分，里侧为底心区，外侧为底边区，两区面积之比为0.1～10；立交盘底阻隔底心区和顶心区，异形短管外端面及管间通道顶盖阻隔底边区和顶边区，诸异形短管连通底心区和顶边区，诸管间通道则使底边区和顶心区相通实现立体交叉流动，所述异形短管由内端面(7)、外端面(8)和两侧面(9)组成，两侧面分别为平面、曲面或两相交平面，内端面为曲面或两相交平面，或两侧面直接相交使内端面缩为一直线或曲线，外端面为曲面或两相交平面，外端面较内端面宽。

2、根据权利要求1的塔或管内构件立交盘，其特征在于所述的圆锥锥底直径为塔或管体内径的0.25～0.9倍。

3、根据权利要求1的塔或管内构件立交盘，其特征在于所述异形短管管间通道底面的部分盘底圆锥面为下凹曲面。

4、根据权利要求1的塔或管内构件立交盘，其特征在于所述盘底圆锥顶内设置一顶角为40～178°的倒置小圆锥(4)，小圆锥底部和立交盘圆锥面底部所开缺口相切。

5、根据权利要求1的塔或管内构件立交盘，其特征在于所述异形短管及管间通道内设置孔板或网、填料(5)。

6、根据权利要求1的塔或管内构件立交盘，其特征在于所述立交盘的异形短管和异形短管管间通道内装置催化剂，成为固定床反应器。

7、权利要求1的塔或管内构件立交盘用于制作高粘流体换热器、熔体管道静态混合器、螺杆挤压机出口温度均化器以及需要保持物料活塞型流动的反应塔的用途。

8、权利要求1或5的塔或管内构件立交盘用于制作固-液或固-气体系化学反应或传质操作塔的用途。

9、根据权利要求1、5或6的塔或管内构件立交盘用于制作液-液萃取、液-气化学反应或传质操作塔的用途。

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