一种塔板用喷射单元、大持液量立体喷射塔板及其气液传质方法转让专利
申请号 : CN202010752521.8
文献号 : CN111729339B
文献日 : 2021-10-01
发明人 : 李柏春 , 孙立军 , 王海涛 , 李春利
申请人 : 天津普莱化工技术有限公司 , 天津市普莱特科技发展有限公司
摘要 :
本发明提供了一种塔板用喷射单元、大持液量立体喷射塔板及其气液传质方法，所述喷射单元包括喷射罩和安装于所述喷射罩顶部的气液分离板，所述喷射罩的升气喷射板由上下布置的喷射板和升气板构成，所述缝隙形成在所述喷射板和升气板之间，所述喷射孔开设在所述喷射板上，所述升气喷射板与所述气液分离板之间形成喷射通道，所述缝隙的上边缘或/和下边缘上固定有一导液板。本发明可满足塔板大持液量的要求，单层塔板压降不大于450Pa。
权利要求 :
1.一种塔板用喷射单元，其特征在于，包括喷射罩和安装于所述喷射罩顶部的气液分离板，所述喷射罩的升气喷射板由上下布置的喷射板和升气板构成，所述喷射板和升气板之间形成供液体进入到喷射罩内的缝隙，所述缝隙的上边缘或/和下边缘上固定有一导液板，所述喷射孔开设在所述喷射板上，所述升气喷射板与所述气液分离板之间形成喷射通道；
所述喷射罩由两个相对的升气喷射板和两个相对的端板围合而成；
所述喷射板的底部边缘上和所述升气板的顶部边缘上均固定有一倾斜的导液板，喷射板底部的导液板位于所述喷射罩外且倾斜向下，升气板顶部的导液板位于所述喷射罩内且倾斜向上，两个导液板平行设置，所述缝隙和位于其上下的导液板构成进液通道。
2.如权利要求1所述的塔板用喷射单元，其特征在于，所述升气板为矩形或梯形，所述端板为梯形或长方形。
3.如权利要求1所述的塔板用喷射单元，其特征在于，所述缝隙的宽度为5‑50mm，所述导液板的宽度为0‑100mm，所述升气板高度为0‑350mm。
4.如权利要求1所述的塔板用喷射单元，其特征在于，所述导液板与升气板之间的夹角或导液板与喷射板之间的夹角为90‑150°。
5.大持液量立体喷射塔板，其特征在于，包括塔板本体，所述塔板本体上开有规则排列的板孔，每一所述板孔上对应安装一个如权利要求1‑4中任一项所述的喷射单元。
6.如权利要求5所述的大持液量立体喷射塔板，其特征在于，所述升气板与所述塔板本体之间的夹角为5‑150°。
7.如权利要求5所述的大持液量立体喷射塔板，其特征在于，所述板孔为矩形、梯形或圆形，所述板孔的列数为1‑25，塔板开孔率1‑25％；所述塔板本体与一侧的降液板之间形成降液板溢流堰，所述塔板本体的另一侧设有受液盘。
8.如权利要求7所述的大持液量立体喷射塔板，其特征在于，降液板溢流堰高度为20‑
450mm。
9.如权利要求5所述的大持液量立体喷射塔板，其特征在于，所述升气板的底部焊接于塔板本体的上表面上，喷射板的两侧、升气板的两侧分别焊接于端板的边缘上。
10.如权利要求5所述大持液量立体喷射塔板的气液传质方法，其特征在于，气体从塔板本体的板孔进入喷射单元，气体进入喷射单元上升的同时，液体在导液板的作用下，通过升气喷射板中部的缝隙进入喷射单元内，并被气体吹拉成液膜，液膜在被气体提升的过程中，在表面张力的作用下，在喷射孔处破碎成液滴，气液混合流由喷射孔和喷射通道喷出，由顶部喷出的气液混合流在气液分离板处分离。
说明书 :
一种塔板用喷射单元、大持液量立体喷射塔板及其气液传质
方法
技术领域
[0001] 本发明属于化工塔器内件技术领域，涉及化学工程反应精馏过程中的气液传质设备，特别是涉及一种塔板用喷射单元、大持液量立体喷射塔板及其气液传质方法。
背景技术
[0002] 反应精馏是一种具有广泛应用前景的新型分离工艺。反应和分离过程在反应精馏塔内同时完成，塔板上的持液量决定液体在塔内的停留时间即反应时间，过去，在反应精馏
过程中常采用持液量较大的板式塔，多数是泡罩塔、浮阀塔、筛板塔等或者采用以上塔板的
改进型塔板。由于工艺要求液体在塔内有足够的停留时间，采用这些塔板时均需要提高溢
流堰高度，使板上液层高度达到反应时间的要求，但此时塔板压降大、操作弹性小且难于控
制，同时处理能力较小、塔板效率低。
过程中常采用持液量较大的板式塔，多数是泡罩塔、浮阀塔、筛板塔等或者采用以上塔板的
改进型塔板。由于工艺要求液体在塔内有足够的停留时间，采用这些塔板时均需要提高溢
流堰高度，使板上液层高度达到反应时间的要求，但此时塔板压降大、操作弹性小且难于控
制，同时处理能力较小、塔板效率低。
[0003] 目前对大持液量立体喷射塔板的研究和报道中，CN1736528A公开了一种“大持液量喷射塔板”，其中采用的是喷射罩+升气管的结构，结构复杂，喷射罩与升气管之间留有缝
隙，加工时两者之间的缝隙均匀程度得不到保障；喷射罩采用两个螺栓连接在塔板上，升气
管焊接在塔板上，耗材较大；另外，CN1736528A中的液相通道是通过喷射罩与升气管之间的
缝隙流入到达升气管的高度后与气相接触拉膜，该种结构液相流程更长，而且喷射罩和升
气管之间间隙较小，液相流动阻力较大，增大塔内件的阻力降。
隙，加工时两者之间的缝隙均匀程度得不到保障；喷射罩采用两个螺栓连接在塔板上，升气
管焊接在塔板上，耗材较大；另外，CN1736528A中的液相通道是通过喷射罩与升气管之间的
缝隙流入到达升气管的高度后与气相接触拉膜，该种结构液相流程更长，而且喷射罩和升
气管之间间隙较小，液相流动阻力较大，增大塔内件的阻力降。
发明内容
[0004] 本发明的目的是针对现有技术中大持液量喷射塔板塔内件的阻力降大的问题，而提供一种塔板用喷射单元。
[0005] 本发明的另一个目的是，提供一种基于所述塔板用喷射单元的大持液量喷射塔板。
[0006] 本发明的另一个目的是，提供所述大持液量喷射塔板的气液传质方法。
[0007] 为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
[0008] 一种塔板用喷射单元，包括喷射罩和安装于所述喷射罩顶部的气液分离板，所述喷射罩的升气喷射板由上下布置的喷射板和升气板构成，所述喷射板和升气板之间形成供
液体进入到喷射罩内的缝隙，所述缝隙的上边缘或/和下边缘上固定有一导液板，所述喷射
孔开设在所述喷射板上，所述升气喷射板与所述气液分离板之间形成喷射通道。
液体进入到喷射罩内的缝隙，所述缝隙的上边缘或/和下边缘上固定有一导液板，所述喷射
孔开设在所述喷射板上，所述升气喷射板与所述气液分离板之间形成喷射通道。
[0009] 在上述技术方案中，所述喷射罩由两个相对的升气喷射板和两个相对的端板围合而成。
[0010] 在上述技术方案中，所述升气板为矩形或梯形，所述端板为梯形或长方形。
[0011] 在上述技术方案中，所述缝隙的宽度为5‑50mm，所述导液板的宽度为0‑100mm，所述升气板高度为0‑350mm，所述升气板高度可以为0，当其为0时，缝隙形成在最底部。
[0012] 在上述技术方案中，所述喷射板的底部边缘上和所述升气板的顶部边缘上均固定有一倾斜的导液板，喷射板底部的导液板位于所述喷射罩外且倾斜向下，升气板顶部的导
液板位于所述喷射罩内且倾斜向上，两个导液板平行设置，所述缝隙和位于其上下的导液
板构成进液通道。
液板位于所述喷射罩内且倾斜向上，两个导液板平行设置，所述缝隙和位于其上下的导液
板构成进液通道。
[0013] 在上述技术方案中，所述导液板与升气板之间的夹角或导液板与喷射板之间的夹角为90‑150°。
[0014] 本发明的另一方面，大持液量立体喷射塔板，包括塔板本体，所述塔板本体上开有规则排列的板孔，每一所述板孔上对应安装一个所述喷射单元。
[0015] 在上述技术方案中，所述升气板与所述塔板本体之间的夹角为5‑150°。
[0016] 在上述技术方案中，所述板孔为矩形、梯形或圆形，所述板孔的列数为1‑25，塔板开孔率1‑25％，所述升气板为矩形或梯形，所述端板为梯形或长方形。
[0017] 在上述技术方案中，所述塔板本体与一侧的降液板之间形成降液板溢流堰，所述塔板本体的另一侧设有受液盘，优选的，降液板溢流堰高度为20‑450mm。
[0018] 在上述技术方案中，所述升气板的底部焊接于塔板本体的上表面上，喷射板的两侧、升气板的两侧分别焊接于端板的边缘上。
[0019] 本发明的另一方面，所述大持液量喷射塔板的气液传质方法，气体从塔板本体的板孔进入喷射单元，气体进入喷射单元上升的同时，液体在导液板的作用下，通过升气喷射
板中部的缝隙进入喷射单元内，并被气体吹拉成液膜，液膜在被气体提升的过程中，在表面
张力的作用下，在喷射孔处破碎成液滴，气液混合流由喷射孔和喷射通道喷出，由顶部喷出
的气液混合流在气液分离板处分离。
板中部的缝隙进入喷射单元内，并被气体吹拉成液膜，液膜在被气体提升的过程中，在表面
张力的作用下，在喷射孔处破碎成液滴，气液混合流由喷射孔和喷射通道喷出，由顶部喷出
的气液混合流在气液分离板处分离。
[0020] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0021] 1.在塔板间距为较常规的500或600mm时，塔板上清液层高度可以在20‑450mm范围内任意调整，以满足精馏系统对大持液量的要求，同时在此液层高度范围内，单层塔板压降
不大于450Pa，同等操作条件下，更加节能，操作弹性、塔板分离效率均高于普通塔板。
不大于450Pa，同等操作条件下，更加节能，操作弹性、塔板分离效率均高于普通塔板。
[0022] 2.相对于现有技术中，本发明的进液通道流程缩短，液相流动阻力降低，塔内件的阻力降较小。
[0023] 3.供液体进入到喷射罩内的缝隙设置于升气喷射板的中部，可以有效提高塔板的持液量，同时导液板的设置，有效降低了塔内件的阻力降。
附图说明
[0024] 图1所示为喷射单元的局部剖面图。
[0025] 图2所示为喷射单元的主视图。
[0026] 图3是喷射塔板的侧视图。
[0027] 图4是喷射塔板的俯视图。
[0028] 图5是图4中A‑A面的剖面图。
[0029] 图中：1‑气液分离板，2‑缝隙，3‑喷射孔，4‑端板，5‑喷射板，6‑升气板，7‑导液板，8‑塔板本体，9‑降液板，10‑受液盘，11‑塔体。
具体实施方式
[0030] 以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0031] 实施例1
[0032] 一种塔板用喷射单元，包括喷射罩和安装于所述喷射罩顶部的气液分离板1，所述喷射罩的升气喷射板5的中部形成供液体进入到喷射罩内的缝隙2，所述喷射罩的升气喷射
板5的顶部开设喷射孔3，所述升气喷射板与所述气液分离板1之间形成喷射通道。
板5的顶部开设喷射孔3，所述升气喷射板与所述气液分离板1之间形成喷射通道。
[0033] 所述喷射罩既可以为一体成型的筒状结构，也可以由两个相对的升气喷射板和两个相对的端板4围合而成。所述喷射罩的横截面积从下到上既可以相同，也可以逐渐缩小，
优选为逐渐缩小的设置方式，所述的喷射罩的横截面为圆形、正方形或矩形，优选为矩形。
优选为逐渐缩小的设置方式，所述的喷射罩的横截面为圆形、正方形或矩形，优选为矩形。
[0034] 所述升气喷射板可以是一体成型的板，缝隙2开设在中部，喷射孔3开设在上部，更为优选的，所述升气喷射板由上下布置的喷射板5和升气板6构成，所述缝隙2形成在所述喷
射板5和升气板6之间，所述喷射孔3开设在所述喷射板5上。升气板6的高度是根据工艺计算
的结果来加工其高度
射板5和升气板6之间，所述喷射孔3开设在所述喷射板5上。升气板6的高度是根据工艺计算
的结果来加工其高度
[0035] 为了使得液体可以随气相平滑拉膜，所述喷射板5的底部边缘上和所述升气板6的顶部边缘上均固定有一倾斜的导液板7，喷射板5底部的导液板7位于所述喷射罩外侧且倾
斜向下，升气板6顶部的导液板7位于所述喷射罩内侧且倾斜向上，两个导液板7平行设置，
所述缝隙2和位于其上下的导液板7构成进液通道。导液板7的设置使得液相流动更加顺畅，
阻力更小，气液接触更加充分。相比于CN1736528A中的液相通道结构，本发明液体直接通过
导液板7进入，流程更短、阻力更小，塔内件阻力降更低，应用时更加节能。
斜向下，升气板6顶部的导液板7位于所述喷射罩内侧且倾斜向上，两个导液板7平行设置，
所述缝隙2和位于其上下的导液板7构成进液通道。导液板7的设置使得液相流动更加顺畅，
阻力更小，气液接触更加充分。相比于CN1736528A中的液相通道结构，本发明液体直接通过
导液板7进入，流程更短、阻力更小，塔内件阻力降更低，应用时更加节能。
[0036] 作为优选的，所述缝隙2的宽度为5‑50mm，所述导液板7的宽度为0‑100mm，所述导液板7与升气板6之间的夹角或导液板7与喷射板5之间的夹角为90‑150°，所述升气板6高度
为0‑350mm。
为0‑350mm。
[0037] 实施例2
[0038] 大持液量立体喷射塔板，包括塔板本体8，所述塔板本体8上开有规则排列的板孔，每一板孔上安装有如实施例1所述的喷射单元。所述升气板6的底部焊接于塔板本体8的上
表面上，喷射板5的两侧、升气板6的两侧分别焊接于端板4的边缘上。相比于CN1736528A中
的结构，该发明只有一种结构，直接与塔板焊接，没有升气管，结构更加简单，加工更加方
便，节约耗材。
表面上，喷射板5的两侧、升气板6的两侧分别焊接于端板4的边缘上。相比于CN1736528A中
的结构，该发明只有一种结构，直接与塔板焊接，没有升气管，结构更加简单，加工更加方
便，节约耗材。
[0039] 作为优选的，升气板6与塔板本体8之间的夹角为5‑150°，所述板孔为矩形、梯形或圆形，所述板孔的排列数为1‑25，塔板开孔率1‑25％，所述升气板6为矩形或梯形，所述端板
4为梯形或长方形，所述塔板本体8与一侧的降液板9之间形成降液板溢流堰，所述塔板本体
8的另一侧设有受液盘10，优选的，降液板溢流堰高度为20‑450mm。
4为梯形或长方形，所述塔板本体8与一侧的降液板9之间形成降液板溢流堰，所述塔板本体
8的另一侧设有受液盘10，优选的，降液板溢流堰高度为20‑450mm。
[0040] 气体从塔板本体8的下方通过喷射单元，气体无需通过塔板本体8上的液层，在气体进入喷射单元上升的同时，液体通过导液板7进入喷射单元内，并被气体吹拉成液膜，液
膜在被气体提升的过程中，在表面张力的作用下，在喷射孔3处破碎成液滴。这股气液混合
流由喷射孔3和喷射通道喷出。由顶部喷出的气液混合流在气液分离板1处分离，液相在重
力作用下回落到塔板本体8上，而气相在压差的作用下绕过气液分离板1，上升到上一层塔
板。回落到塔板本体8上的液体，则通过降液管流到下一层塔板。
膜在被气体提升的过程中，在表面张力的作用下，在喷射孔3处破碎成液滴。这股气液混合
流由喷射孔3和喷射通道喷出。由顶部喷出的气液混合流在气液分离板1处分离，液相在重
力作用下回落到塔板本体8上，而气相在压差的作用下绕过气液分离板1，上升到上一层塔
板。回落到塔板本体8上的液体，则通过降液管流到下一层塔板。
[0041] 在Φ600实验塔内，常压下，采用空气、水物系进行冷模实验，塔内设1层普通浮阀塔板作为普通板式塔塔板结构和大持液量立体喷射塔板进行了对比实验。
[0042] 实施例2.1
[0043] 塔体11内设有大持液量立体喷射塔板结构，其参数如下：
[0044] 降液板面积/塔截面积＝14.2％，塔板开孔率8.87％(4个30x210矩形孔)，板间距500mm，堰高150mm，降液板底隙高度50mm。
[0045] 本实施例中喷射罩由两个相对的升气喷射板和两个相对的端板围合而成。所述喷射罩的横截面积从下到上逐渐缩小，所述的喷射罩的横截面为矩形。
[0046] 所述升气喷射板由上下布置的喷射板和升气板构成，所述缝隙形成在所述喷射板和升气板之间，所述喷射孔开设在所述喷射板上。
[0047] 所述喷射板的底部边缘上和和所述升气板的顶部边缘上均固定有一倾斜的导液板，喷射板底部的导液板位于所述喷射罩外侧且倾斜向下，升气板顶部的导液板位于所述
喷射罩内侧且倾斜向上，两个导液板平行设置。
喷射罩内侧且倾斜向上，两个导液板平行设置。
[0048] 所述缝隙的宽度为40mm，所述导液板的宽度为55mm，所述导液板与升气板之间的夹角或导液板与喷射板之间的夹角为120°，所述升气板高度为120mm。
[0049] 对比例2.1
[0050] 塔体11内设有1层普通浮阀塔板作为普通板式塔塔板，结构参数如下：
[0051] 降液板面积/塔截面积＝14.2％，塔板开孔率8.87％(21个Φ39孔)，板间距500mm，堰高150mm，降液板底隙高度50mm。浮阀尺寸调整至压降最低。
[0052] 对比例2.2
[0053] 塔体11内设有CN1736528A应用实施例中的塔板，结构参数如下：
[0054] 降液板面积/塔截面积＝14.2％，塔板开孔率8.87％(4个30x210矩形孔)，板间距500mm，堰高150mm，降液板底隙高度50mm。喷射单元尺寸调整至压降最低。
[0055] 调节气液流量，保持液体流量为10m3/h，测量对比例2.1，2.2和实施例2.1的两种塔板不同气相负荷下的塔板压降。
[0056] 对比实验一，气体流量为1000m3/h，相同空塔气速下两种塔板压降对比：
[0057]塔板型式 塔板压降，mmH2O
对比例2.1 180
对比例2.2 50
实施例2.1 35
对比例2.1 180
对比例2.2 50
实施例2.1 35
[0058] 对比实验二，气体流量为2000m3/h，相同空塔气速下两种塔板压降对比：
[0059]
[0060]
[0061] 由上述对比实验可以看出，在相同的操作工况条件下，大持液量立体喷射塔板压降比传统浮阀塔板低的多，低负荷时(实验一)降低了80.6％，高负荷时(实验二)降低了
88.8％。
88.8％。
[0062] 相比于CN1736528A中的实验结果，低负荷时压降50mmH2O，降低了30％；高负荷时压降60mmH2O，降低了25％。
[0063] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰
也应视为本发明的保护范围。
也应视为本发明的保护范围。