立式塔盘和具有该立式塔盘的气液接触传质设备的制作方法

1.本发明涉及石油化工生产设备，尤其涉及立式塔盘和具有该立式塔盘的气液接触传质设备。


背景技术：

2.塔器是炼油和化工生产过程中十分重要的设备。塔的形式可分为板式塔、填料塔。板式塔根据其内部塔盘形式又可分为筛板塔、浮阀塔、固阀塔等。在板式塔的气液传质过程中，液相均为连续相，而气相均为分散相。气体在液体中呈现鼓泡传质方式，气体在液体中的分散程度直接决定了气液传质效率。
3.目前很多板式塔采用的是立式喷射塔盘。立式喷射塔盘是一种在板上设置与塔盘之间有一定间隙的喷射罩体并在喷射罩上设置导向喷射孔的塔盘。在操作过程中，液体从喷射罩下方的空隙中通过气体的提升作用进入喷射罩内。进入喷射罩内的液体在气体的拉升、撕裂作用下破碎成微小的液滴，气液之间在罩内通过剧烈的碰撞实现液体表面更新和气液两相之间的传质过程。之后气液通过喷射罩上方的喷射孔道从罩内喷射出去。在喷射罩外面，气液在重力作用下实现分离，其中液体通过降液管进入下一层塔盘，气体通过升气孔进入上一层塔盘，从而实现气液的传质和传热过程。
4.为了提高气液传质效率，行业内对立式喷射塔盘进行了研究，例如，2000年3月8日公开的标题为“径向侧导喷射塔板”的中国实用新型专利(cn2367366y)提出在喷射罩的四周及顶盖上安装导向板以防止液体返混，降低塔板阻力。再例如，2002年2月6日公开的标题为“立体传质塔盘”的中国实用新型专利(cn2475448u)提出在喷射罩上方安装三层立体排布的分离板，以降低雾沫夹带量，并提高塔板分离效率。
5.这些立式喷射塔盘均具有改变传统的液相连续相气相分散相传质方式为气相连续相液相分散相的特点，分离板的设置也极大地降低了雾沫夹带量，提高了气液传质效率。然而，这些立式喷射塔盘也都存在以下问题：立式喷射塔盘的传质效果取决于气液比，上述立式喷射塔盘适合与于大气量的气液传质过程，如干气胺液脱硫过程、水洗降温过程等，当气相流量不足(低于正常负荷60％)或者气量波动时，立式喷射塔盘将无法实现正常运行。
6.因此，行业内对能够适应于气量进行自调节且无液体返混的自平衡立式塔盘存在一定需求。


技术实现要素：

7.本发明旨在提供一种立式塔盘，能根据气量大小自平衡操作过程，提升塔盘的低负荷操作弹性，且无液体返混。
8.本发明还旨在提供一种应用上述改进的立式塔盘的气液接触传质设备。
9.根据本发明的实施例，提供了一种立式塔盘，包括：塔板，塔板具有多个开孔；以及对应于多个开孔设置在塔板上的多个传质单元，至少一个传质单元包括罩在相应开孔上的固定罩和设置在固定罩上的活动部，其中活动部与固定罩之间限定出与相应开孔相连通的
气液出口，活动部相对于固定罩可运动地设置以能够调节气液出口的大小。
10.根据本发明的立式塔盘，活动部构造成可灵活浮动的浮阀的形式，使得塔盘操作弹性大，适应能力强。活动部通过运动来调节与塔板的开孔相连通的气液出口的大小，从而调节流经塔盘的气体通量。当上升气相量小时，气体上升推力不足以推开活动部，气液出口变小，塔盘的气体通量较小。当上升气量较大时，由于开孔直径一定，气相量增加时气体推动力增加，则活动部被气体推起并增大了气液出口，在保证气液传质效率的同时，增加了塔盘的气体通量。这样，即使在低气量时也能够形成液体喷射传质，实现了立式塔盘在小气相量条件下的高效传质过程。本发明的立式塔盘能够有效提升塔盘的低负荷操作弹性，活动部可根据气量自动调节，且可阻止液体返混。此外，本发明的立式塔盘安装和拆卸方便，提高了塔盘工作效率，效果显著。
11.在一些实施例中，固定罩具有滑道，活动部具有伸入滑道中并可沿滑道运动的支脚和连接在支脚上并设置在滑道中的止挡件。这样提供了一种结构简单的活动部运动结构。
12.在一些实施例中，滑道具有沿垂直于塔板的方向延伸的一个滑槽。活动部的支脚伸入滑槽中，使得活动部可以沿滑槽移动。
13.在一些实施例中，滑道具有各自沿垂直于塔板的方向延伸并互相连通的两个滑槽，两个滑槽中的一个相对于另一个更靠近塔板。活动部的支脚伸入其中一个滑槽中，并可以沿该滑槽移动，且活动部还可以移动到另一个滑槽中继续移动。两个滑槽设置成不平齐，即稍微错开的方式，相当于增加了活动部的运动行程，而无需设置很长的滑槽。这种构型使得滑道布局更加紧凑，节省空间。
14.在一些实施例中，活动部包括与支脚相连接的气液分离板，气液分离板可运动地盖在固定罩上以与固定罩一起限定出可调节大小的气液出口。气液分离板可以运动调节塔盘的气体通量，同时阻挡液体返混。
15.在一些实施例中，塔板具有对应于多个开孔的多个通道结构，每个通道结构具有与相应开孔相连通并沿远离塔板的方向延伸的至少一个流道，固定罩套设在通道结构上，且气液出口与至少一个流道相连通，活动部设置在固定罩的远离通道结构的一侧。通道结构可伸入固定罩中，流道将经塔板的开孔进入的上升气液直接引导向活动部，有助于推动活动部调节气通量。
16.在一些实施例中，固定罩的内周壁与通道结构的外周壁之间形成与至少一个流道相连通的空隙。该空隙可以将通道结构的流道与传质单元外部的气体相连通。
17.在一些实施例中，立式塔盘还包括：连接在塔板的一侧的受液盘；以及连接在塔板的另一侧并用于限定出降液管的竖向壁。受液盘和竖向壁可以防止液体返混，且这种立式塔盘可以直接安装在现有的气液接触传质设备，如吸收塔、冷却塔、水洗塔、精馏塔中，无需对气液接触传质设备进额外的改造。
18.根据本发明的另一个实施例，提供了一种气液接触传质设备，包括：限定出内部空间的塔壁；以及在内部空间中连接在塔壁上的塔盘；其中，塔盘为前述的立式塔盘。
19.根据本发明的又一个实施例，提供了一种气液接触传质设备，包括：限定出内部空间的塔壁；以及沿气液接触传质设备的纵向设置在内部空间中的多个塔盘；其中，多个塔盘中的每个塔盘为前述的立式塔盘，立式塔盘的受液盘连接至塔壁，立式塔盘的竖向壁与塔
壁之间限定出降液管，且每个立式塔盘的受液盘的位置与紧邻该立式塔盘的上面一个立式塔盘的竖向壁的位置相对应。
20.本发明的优选特征部分在下文描述，部分可通过阅读本文而明白。
附图说明
21.以下，结合附图来详细说明本公开的实施例，其中：
22.图1是根据本发明的实施例的气液接触传质设备的局部示意图；
23.图2是根据本发明的实施例的气液接触传质设备的横截面示意图；
24.图3是根据本发明的另一个实施例的气液接触传质设备的横截面示意图；
25.图4是图1的a处放大图，其示例性的示出了传质单元的结构；
26.图5是根据本发明的实施例的固定罩和活动部的示意图；以及
27.图6是根据本发明的另一个实施例的固定罩和活动部的示意图。
具体实施方式
28.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清晰明白，下面结合具体实施方式和附图，对本发明做详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
29.图1示出了根据本发明实施例的气液接触传质设备的局部示意图，该气液接触传质设备可以是石化行业中的吸收塔、冷却塔、水洗塔、精馏塔等。如图所示，气液接触传质设备的塔壁1可围成大致筒形，并限定出内部空间11。在塔壁1的内周壁上可设置有支撑圈2(如图2和图3所示)。在内部空间11中沿气液接触传质设备的纵向设置有多层立式塔盘8。在所示出的实施例中，这些立式塔盘8大致在纵向上对齐。立式塔盘8起到控制气液接触传质设备气通量的作用。
30.图2示出了立式塔盘8的一个实施例。如图所示，立式塔盘8包括设置在气液接触传质设备的内部空间11中的塔板5和设置在塔板5上的传质单元4。塔板5上形成多个供上升气液通过的圆形开孔51，每个开孔51处对应设置有一个传质单元4。塔板5的一侧通过受液盘6与塔壁1连接或者抵靠在支撑圈2上，另一侧设置有竖向壁3。竖向壁3与塔壁1相间隔，并在两者之间形成降液管31。在一些实施例中，圆形开孔51的直径为10-100mm，例如20-80mm。
31.图3示出了立式塔盘8的另一个实施例。如图所示，立式塔盘8包括设置在气液接触传质设备的内部空间11中的塔板5和设置在塔板5上的传质单元4。塔板5上形成多个供上升气液通过的长方形开孔51，每个开孔51处对应设置有一个传质单元4。塔板5的一侧通过受液盘6与塔壁1连接或者抵靠在支撑圈2上，另一侧设置有竖向壁3。竖向壁3与塔壁1相间隔，并在两者之间形成降液管31。
32.本领域技术人员将理解，除了图2所示的圆形开孔和图3所示的方形开孔，可以设置其他形状的开孔，只要能为上升气液提供通过路径即可。例如，开孔还可以是三角形、正方形、菱形、椭圆形、其他多边形等。
33.在一些实施例中，塔板5由多个塔板段组装构成，塔板段的数量可以是3-10个，例如3-8或3-6个。
34.在一些实施例中，每个塔板段的宽度为200-500mm，例如200-400mm。塔板段宽度小
于人孔直径以便于塔盘安装。
35.在一些实施例中，每个塔板段上开孔数量或者说传质单元数量为1-100个，例如1-50个。
36.在一些实施例中，塔板段上开孔的布局可以为相互交错、平行或成三角形等，优选为相互平行。
37.在一些实施例中，立式塔盘8的竖向壁3与紧邻其下方的下一层立式塔盘8的受液盘6对准，使得通过立式塔盘8的降液管31落下的液体能够被紧邻其下方的下一层立式塔盘8的受液盘6收集，防止液体滴落至其他地方或返混。
38.图4示例性示出了传质单元4的结构。如图所示，传质单元4包括罩在对应开孔51处的固定罩42和可运动地安装在固定罩42上的活动部43。固定罩42固定在开孔51上，在固定罩42内部限定出与开孔51相连通的内孔421，上升气液通过开孔51后可以进入固定罩42的内孔421中并进而对活动部43施压。活动部43与固定罩42之间限定出供上升气液通过的气液出口。当上升气相量大时，能够顶起活动部43，使得气液出口增大，增加气通量。当上升气相量小时，不能顶起活动部或仅能小幅度顶起活动部，使得气液出口减小，缩小气通量。
39.在一些实施例中，固定罩42的高度为30-150mm，例如50-100mm。
40.在一些实施例中，塔板5上相邻两个传质单元4的固定罩42之间的间距为10-200mm，例如20-200mm。
41.活动部43的可运动能够通过多种方式实现。图5示出了活动部43和固定罩42相配合的一个实施例。如图所示，在固定罩42上形成有滑道422，该滑道422由一对相互平行的滑槽423构成。在所示出的的实施例中，每个滑槽423从固定罩42的面向活动部43的顶面大致沿垂直于塔板5的方向延伸。活动部43包括气液分离板431和连接在气液分离板431的面向固定罩42的侧面上的一对支脚432，每个支脚432伸入一个滑槽423中，且每个支脚432的端部设有止挡件433。止挡件433起到限位作用，能防止活动部43在运动过程中从滑槽432脱出。虽然图中示出了一对滑槽432，但本领域技术人员将理解，其他构型的滑槽也是可行的，例如设置一个滑槽和对应的一个支脚，只要能限定活动部42的运动路径和行程即可。
42.图6示出了活动部43和固定罩42相配合的另一个实施例。如图所示，在固定罩42上形成有滑道422，该滑道422由两组相互平行的滑槽构成，每组滑槽包括相互连通的两个滑槽424、425。在所示出的实施例中，每组滑槽中，第一个滑槽424从固定罩42的面向活动部43的顶面大致沿垂直于塔板5的方向延伸，第二个滑槽425从偏离开固定罩42顶面的位置大致沿垂直于塔板5的方向延伸。第二个滑槽425与第一个滑槽424稍微错开，并更靠近塔板5。活动部43可根据气通量的实际需要而选择沿第一个滑槽424运动或沿第二个滑槽425运动。由于两个滑槽424、425是相互连通的，活动部43也可以从一个滑槽连续运动到另一个滑槽。两个滑槽错开设置相当于为活动部43增加了行程，同时不必设置一个很长的滑槽，结构更加紧凑。
43.气液分离板431盖在在一些实施例中，气液分离板431的边缘超出固定罩42的外周，使得被气液分离板431阻挡的液体不会滴落回固定罩42中，而是直接落在塔板5上并最终被受液盘6收集。
44.继续参考图4，在一些实施例中，对应于每个开孔51在塔板5上设有通道结构41。如图所示，通道结构41一端连接至塔板5，另一端沿远离塔板5的方向延伸，固定罩43套在通道
结构41上。在通道结构41中形成有供上升气液通过的流道411。流道411一端连接至开孔51的周边，另一端向远离塔板5的方向延伸，上升气液经开孔51通过流道411后进入固定罩42内并进而向活动部43施压。图中示出了通道结构41有两条细长的流道411，但本领域技术人员可以理解，流道411的数量可以根据需要而设置，例如一条、三条或更多。
45.在一些实施例中，通道结构41的横截面形状与塔板5上开孔51的形状相适配，例如可以是长方形、正方形、圆形、椭圆形、菱形、三角形等。
46.在一些实施例中，流道411的长度可以是10-100mm，例如10-50mm。
47.在一些实施例中，固定罩43套在通道结构41上且固定罩43的内周壁与通道结构41的外周壁之间存在空隙，该空隙的宽度可以是3-50mm，例如3-20mm。此外，固定罩43与塔板5之间存在空隙，该空隙高度可以是3-100mm，例如3-50mm。这样，固定罩43内部与外部环境是相连通的。
48.在一些实施例中，固定罩43的横截面形状与通道结构41形状相适配，例如可以是长方形、正方形、圆形、椭圆形、菱形、三角形等。
49.在一些实施例中，固定罩42比通道结构41高1-20mm，例如1-15mm。
50.实施例
51.下面给出本发明所述的立式塔盘与传统塔盘的对比试验数据。
52.在dn600的实验塔内，常压下采用空气、水物系进行冷模实验，塔内设一层传统立式喷射塔板和一层根据本发明的立式塔盘进行对比实验。
53.传统立式喷射塔盘结构参数如下：
54.降液管面积/塔横截面面积＝13.2％，塔板开孔率为10％(溢流堰长度为220mm，塔板外罩直径为90mm)，喷射罩间距为200mm，板间距为500mm，外罩高度为200mm，有效喷射区域为100mm。
55.根据本发明的立式塔盘的结构参数如下：
56.降液管面积/塔横截面面积＝12％，为了便于比较，通道结构横截面设计为圆形，且直径为50mm，通道结构与固定罩之间间距为15mm，固定罩与塔板之间间距为30mm，通道结构的顶部与气液分离板之间的间距为80mm，塔板上相邻两个传质单元之间的间距为200mm，塔板间距为500mm，区域内开孔率为20％。
57.实验过程中，调节气体流量，保持液体流量同为5m3/h，测量两种塔盘在不同液相负荷下的板压降以及两种塔盘的开孔动能因子，得到如下表所示数据：
[0058][0059]
由上述对比实验可以看出，在相同的操作条件下，本发明的立式塔盘的压降要比
传统立式喷射塔盘的压降低30％以上，且操作弹性有所提高，传统立式喷射塔盘正常操作时f0的范围为4.5-20pa
0.5
之间，而超出此范围时，本发明的立式塔盘仍能良好运行。
[0060]
本发明的立式塔盘相较于现有技术而言具有如下优点：
[0061]
(1)本发明的立式塔盘借助活动部浮阀自平衡，与传统喷射态塔盘相比，将气液分离活动部设计为可灵活浮动的形式。当上升气相量小时，气液上升推力不足以推开活动部，气体通量较小。当上升气量较大时，由于开孔直径一定，气相量增加时气体推动力增加，则活动部被气液推起，在保证气液传质效率的同时，增加气体通量。本发明实现了立式喷射态传质塔盘在小气相量条件下的高效传质过程。塔盘操作弹性大，适应能力强。
[0062]
(2)本发明的立式塔盘可应用于新建的气液接触传质设备中，也可以直接安装在已有的气液接触传质设备中，无需额外的适应性改造，实现装置的利旧，减少投资。
[0063]
在本文中，针对本发明的多个实施例进行了描述，但为简明起见，各实施例的描述并不是详尽的，各个实施例之间相同相似的特征或部分可能会被省略。在本文中，各实施例的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0064]
在本文中，术语“包括”、“包含”或者其变体意在涵盖式，而非穷尽式，从而包括一系列要素的过程、方法、产品或者设备可包括这些要素，而不排除还可包括没有明确列出的其他要素。
[0065]
已参考上述实施例具体示出并描述了本发明的示例性系统及方法，其仅为实施本系统及方法的最佳模式的示例。本领域的技术人员可以理解的是可以在实施本系统及/或方法时对这里描述的系统及方法的实施例做各种改变而不脱离界定在所附权利要求中的本发明的精神及范围。所附权利要求意在界定本系统及方法的范围，故落入这些权利要求中及与其等同的系统及方法可被涵盖。对本系统及方法的以上描述应被理解为包括这里描述的全部的新的及非显而易见的元素的结合，而本技术或后续申请中可存在涉及任何新的及非显而易见的元素的结合的权利要求。此外，上述实施例是示例性的，对于在本技术或后续申请中可以要求保护的全部可能特征及元素组合中，没有一个单一特征或元素是必不可少的。