CN2396883Y - 锥体旋流式气体分布器 - Google Patents
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Abstract
一种锥体旋流式气体分布器,它是一个无上、下底的锥台,锥面上开有多个气体通道,在全部或部分气体通道上设置有导流板,导流板的一条纵边连接在气体通道的边缘上,并向锥台内翻折,与连接边相切平面成20～70°夹角。采用本实用新型的锥体旋流式气体分布器压降小,气体分布效果好,气液相分流容易,可消除雾沫夹带,且结构简单。
Description
本实用新型涉及塔设备和反应器部件，具体地说，是使得进入塔或反应器的气相在整个设备截面上的流速均布性较好的气体分布器。
随着化工生产的日益大型化，大直径的塔设备和反应器不断涌现，有的直径已达十余米。对于大直径(φ2000以上)的塔器和反应器，一旦进气初始分布不均匀，势必影响设备内的传质、传热和反应效果，严重时会造成气液反应器的脉动和飞温、催化剂床层的局部穿透与失活、以及分离塔传质效率的大幅度下降。因此，近年来国内外对化工设备进气初始分布的研究开发颇为重视，已开发出多孔直管式，直管挡板式、切向号角式、单切向环流式、双列叶片式等多种进气初始分布器。但这些分布器的气体分布效果均不理想，有的还存在压降高、雾沫夹带严重等弊端。为了进一步强化气体的分布效果，Glitsch公司开发出了双切向环流式进气分布器，其结构形式见图1，但使用结果表明尚存在：塔中心气流偏多；环塔壁区气流偏少，气流返转流动时易将塔底部液层搅起形成严重雾沫夹带等不足。近期天津大学开发出了辐射式进气分布器，其结构形式见图2，这种分布器虽然可使气体分布较为均匀，但压降大，结构复杂，成本较高，且当气相中夹带有液相时，实现气液相分离较为困难。
本实用新型的目的是，提供一种压降小、气体分布效果好、气液相分流容易、可消除雾沫夹带，且结构简单的锥体旋流式气体分布器。
本实用新型的技术方案如下：
一种用于塔器和反应器的锥体旋流式进气分布器，它以如图3所示的薄壁锥台为主体，锥台与分离塔或反应器设备同心，锥台的大直径与设备直径相似，满足装配要求，锥面与设备轴线的夹角α＝20～75°，优选的α＝30～60°。锥台高度H既与塔径D有关，又与进气管直径d有关，一般H＝(0.3～1.5)D，优选的H＝(0.4～1.0)D，H＝(0.5～10)d。锥台上、下端面与设备轴线垂直，大直径端的外径略小于设备内径，二者之间的间隙应满足设备安装的需要。
锥面上开有若干个沿圆周方向均布的气体通道。一般气体通道的数量为3～24个，优选的数量为5～12个，需根据设备直径和进气量而定。气体通道可以是矩形、梯形或平行四边形等。通道宽度方向与圆周方向一致，宽度L＝(0.1～0.5)d，优选的值为L＝(0.15～0.25)d，通道为梯形时，宽度L指梯形上、下底的平均值，底边与腰的夹角β＝60～90°。通道高h＝(0.2～0.9)H，优选的值为h＝(0.4～0.8)H，需根据进气量的情况确定。在全部或部分通道上设有导流板，部分设置时，有无导流板的比例可以是1∶2，1∶1，2∶1，导流板的设置应沿圆周方向均布，当设有和不设有导流板的气体通道数量比为2∶1时，应以有——无——有导流板的三个气体通道为一组，各组沿圆周方向均布。导流板可以是矩形、梯形或由矩形冲压成的圆弧形等。导流板高度h1与h相等，宽度L1＝(0.8～1.5)L，优选的值为L1＝(0.9～1.2)L，常取L1＝L。导流板与气体通道的连接方式见图4。其制造方法为：当在锥台上开气体通道时，保留某一纵边不切开，然后向锥台内翻折而形成所需角度的导流板；也可将导流板单独制好后，焊接(或粘接等)在气体通道的某一长边上。导流板与连接边相切平面的夹角γ＝20～70°，优选的γ＝30～60°。导流板顺(或逆)时针方向设置，具体形式见图4。
气体分布器的材质可以是金属板、工程塑料或无机非金属材料。用金属板时，可整板卷板焊制，或采用分块拼焊制成。本实用新型可作为设备顶部、中部和下部进气时的气体分布和再分布器，当作进气分布器使用时，进气管轴心应对准某个带导流档板的气体通道沿高度方向的中心线。气体向上流动时，锥台的大直径端在上，锥台小直径端的下沿可以开锯齿2，一般锯齿高H1＝(0～0.3)d或H1＝(0～0.2)H。锯齿的齿顶间距S＝(0.5～2)H1，沿该端面圆周方向均布。当气体向下流动时，大直径端则在下。锥台大直径端应与设备壁面固定，在避开气体通道的原则下用3～12根斜支撑将分布器与设备固连为一体，斜支撑一端与分布器中部相连，另一端被固定在设备壁上，与设备壁面的夹角为30～45°，支撑沿圆周方向均布。必要时也可在分布器底部设置3～12个支座，支座沿圆周方向均布，除具有支撑分布器的作用外，还可对分布器作定位作用。使用底座时，分布器顶部设有多个沿圆周方向均布的定位板。
本实用新型的锥体环流式气体分布器具有以下特点：
1.大部分气体沿分布器周边均匀进入分布器内，利用流道的渐扩结构使气体在整个截面上均布，且不存在双切向环流式等分布器的流体流动死区，气体的分布效果好。
2.当气体向上流动时，从分布器小直径端折返向上的气体流速较低，不会造成将底部液体搅起从而导致雾沫夹带的现象。
3.对于进气中夹带的液相，有少部分直冲向带导流档板的气体通道，由于惯性作用撞击在导流板上，聚集后下落。未被捕集的液相随气流切向进入分布器内，因气体进入分布器后流动截面扩大，轴向及径向流速均远小于进气管内的流速值，有较大的空间和时间使液滴在气流中进行重力和离心沉降分离；大部分流体首先要转向沿边壁流动，部分液滴被离心力甩向器壁，部分撞击在分布器外壁而被捕集。末被捕集的液滴在进入带导流板的气体通道时，情况与前述分析相同。在进入不带导流板的气体通道时，由于是沿壁绕流而入，且受邻近带导流板的进气通道的流体冲击，不会直冲向设备中心，而是随其它流体一起流动并实现气液相分离。同时，多股流动方向不同的流体相互冲撞不仅能使小液滴聚合长大，而且气相动能在冲撞中损失亦有利于液滴的下落分离。由于上述原因，该分布器的气体雾沫夹带量很小。
4.不带导流板的气体通道，起到了防止气体沿壁过度旋转，而产生沿边壁流量大，沿中心流量小的情况，进一步改善了气体的轴向流速分布。
5.由于气体通道面积大，流程短，且气体进入设备后均以导引的方式逐渐变方向分流，并采用渐扩的方式逐渐扩大至整个截面，故压降低，能耗小。
6.本分布器结构简单、用料少、制造维修方便、成本低。
附图说明：
附图1.Glitsch公司的双切向环流式进气初始分布器示意图；
附图2.带伞形导流器的辐射式进气初始分布器示意图；
附图3.锥台体旋流式气体分布器结构示意图，a.正视图，b.俯视图；
附图4.锥体旋流式气体分布器的导流板布置示意图；
图中：1.锥台；2.锯齿；3.气体通导；4.导流板。
以下通过实例进一步说明本实用新型。
实施例一。醋酸—水体系精馏塔改造，采用锥体旋流式气体分布器。塔直径D＝3000mm，底部进气，进气管直径d＝1000mm，设计的锥体旋流式气体分布器的高度H＝1500mm，锥面与设备轴线的夹角α＝20°，进气通道数为12个，进气通道3宽L＝150mm，高h＝1200mm，设与不设导流板的通道比为2∶1，导流板4高h1＝1200mm，宽L1＝150mm，与连接边相切平面形成的夹角γ＝30°。锥台1采用6根斜支撑，锥台和支撑均用SUS 317L的不锈钢制造，锥台壁厚为10mm，由6块拼装焊接制成。采用该分布器后，使塔底进气的分布情况大为改善，气相分布不均匀度由原来的127％减至32％，从而使塔底醋酸含量从93％提高到95％，而且全塔的压降未见明显提高。
实施例二。某固定床催化反应器，直径为D＝3200mm，上部进气，进气管直径d＝800mm。改造前，催化剂平均寿命为7300小时，采用锥体旋流式气体分布器的高度H＝1200mm，α＝60°，通道数为10个，气体通道3宽L＝200mm，高h＝480mm，设与不设导流板的通道比为1∶1，导流板4高h1＝480mm，宽L1＝200mm，与连接边相切平面形成的夹角γ＝45°，采用本实用新型气体分布器后，的本实用新型后，使进气分布催化剂和床层截面的气相分布明显改善，催化剂平均寿命比改造前延长680～720小时，经济效益明显。
Claims (8)
1.一种锥体旋流式气体分布器，其特征是它是一个无上、下底的锥台(1)，锥台(1)与分离塔或反应器设备同心，锥台(1)的大直径与设备直径相似，满足装配要求，锥面与设备轴线的夹角α＝20～75°，锥面上开有多个沿锥台(1)圆周方向均布的气体通道(3)，在全部或部分气体通道上设置有导流板(4)，导流板(4)沿圆周方向均布，导流板(4)的一条纵边连接在锥台(1)的气体通道(3)的边缘上，并向锥台内翻析，与连接边相切平面形成夹角γ＝20～70°。
2.根据权利1所述的气体分布器，其特征是锥台(1)的高度H与设备直径D满足如下关系：H＝(0.3～1.5)D。
3.根据权利要求1所述的气体分布器，其特征是锥台(1)的高度H与进气管直径d满足如下关系：H＝(0.5～10)d。
4.根据权利要求1所述的气体分布器，其特征是锥台(1)的锥面上开有3～24个。
5.根据权利要求4所述的气体分布器，其特征是气体通道(3)的优选数量是5～12个。
6.根据权利要求1所述的气体分布器，其特征是气体通道(3)为矩形，梯形或平行四边形，气体通道(3)的宽度L与进气管直径d存在如下关系L＝(0.1～0.5)d，气体通道(3)的高度h与锥台(1)的高度H存在如下关系：h＝(0.2～0.9)H。根据权利要求1所述的分布器，其特征是它与设备为同轴心固定。
7.根据权利要求1所述的气体分布器，其特征是导流板(4)为矩形或梯形，它的高度h1与气体通道(3)的高度h相等，宽度L1＝(0.8～1.5)L(L为气体通道宽度)。
8.根据权利要求1所述的气体分布器，其特征是气体分布器用于气体向上流动的设备时，锥台(1)的大直径端在上，小直径端在下，锥台(1)小直径端的下沿开有锯齿(2)。
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