專利名稱：帶有氣體分布功能的液體預(yù)分布器的制作方法
帶有氣體分布功能的液體預(yù)分布器技術(shù)領(lǐng)域 ，本發(fā)明屬于分布器的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及帶有氣體分布功能的液體預(yù)分布器。
背景技術(shù)：
填料塔內(nèi)尤其是大直徑填料塔氣體分布其實(shí)非常重要。氣體分布不均勻不但造成填料 傳質(zhì)效率的下降，而且由于它的偏流存在，產(chǎn)生"馬太效應(yīng)"，進(jìn)而造成原本與其逆向均 勻流動(dòng)的液體偏流，因此高效填料塔的設(shè)計(jì)與改造，對(duì)于氣相進(jìn)料及氣體分布裝置的設(shè)計(jì) 應(yīng)予以足夠的重視。氣相分布裝置就是為了在不同情況下使氣相進(jìn)入塔內(nèi)初期達(dá)到穩(wěn)定、 均勻的目的。氣體分布器主要有管式、排管式、缺口式、雙列葉片式、雙切向環(huán)流式等。 在液體進(jìn)料裝置中，液體進(jìn)料狀態(tài)不同，進(jìn)料裝置各異。對(duì)于一般流量液體單相進(jìn)料， 可直接進(jìn)入液體分布器，對(duì)于大流量液體單相進(jìn)料則先進(jìn)入液體預(yù)分布器，然后再由液體 預(yù)分布器流入液體分布器。進(jìn)液裝置中的液體預(yù)分布器就對(duì)液體分布器性能發(fā)揮的好壞產(chǎn)生重要的影響。重力型 液體分布器是依靠每個(gè)分布孔上的液位一致性達(dá)到均勻分布得目的，如果每個(gè)孔上液位不 一樣，則意味著每個(gè)分布孔流出的液體量不相同，達(dá)不到均勻分布的效果。當(dāng)進(jìn)液預(yù)分布 器的下面采用槽盤式液體分布器且液體流量較大時(shí)，如果采用一般的進(jìn)液預(yù)分布器，由于 液體預(yù)分布器分布點(diǎn)少，液體預(yù)分布器每孔流出的液體流量大、初始流速高、動(dòng)量大，再 加上自由落體的加速度，使得進(jìn)入到槽盤式液體分布器的液體具有很高的速度，造成對(duì)液 體分布器液面的沖擊，沖擊點(diǎn)附近的液位極不穩(wěn)定，從而造成液體不均勻分布，進(jìn)而影響 到填料的傳質(zhì)性能。通常填料塔進(jìn)料位置分為塔底進(jìn)料、填料層間進(jìn)料、塔頂進(jìn)料。包括氣相進(jìn)料、液相 進(jìn)料與氣液兩相進(jìn)料。在填料塔的進(jìn)料中，存在著大量的汽液混合進(jìn)料過程，如中間再沸 器的進(jìn)料、減壓進(jìn)料、閃蒸進(jìn)料等。為了使氣液兩相均勻分布， 一般處理方法分為兩種， 一是在塔外設(shè)置汽液分離罐先將汽液進(jìn)行分離然后分別進(jìn)入塔內(nèi)，其缺點(diǎn)是增加一臺(tái)設(shè)備；二是采用最常用的管式汽液分布器，在塔內(nèi)進(jìn)行汽液分離，但缺點(diǎn)是在大流量下容易 造成氣體分布不均勻，且占塔空間大。對(duì)于閃蒸進(jìn)料，由于存在氣相而不能直接進(jìn)入分布 器或集液槽中，而必須先將氣液分離開，然后氣體和液體分別進(jìn)入上段填料層和下面的液 體分布器中。已申請(qǐng)的專利2006201520038 "提高氣液分布器液流量精度的壁流布液器"就一種提 高槽盤式氣液分布器液流量精度的液體預(yù)分布器。它針對(duì)在大液體流量下，氣液分布器上 面下流的液體直接落在受液盤的液面上動(dòng)能較大，使受液盤上的液面波動(dòng)很大，因此造成 槽盤式液體分布器上各噴淋孔的液流量波動(dòng)大、不均勻、與設(shè)計(jì)值相差較大，致使液體分 布不均勻、傳質(zhì)效率低下等問題，使之得到改善和解決。但是對(duì)于含有氣體的混合進(jìn)料過 程，如果使用該專利，只能在沿塔壁周邊的環(huán)形范圍內(nèi)分布上升氣體，而塔中心處沒有氣 體，氣體分布及不均勻，并且由于環(huán)形氣體上升的面積小造成上升氣速非常高，形成霧沫 夾帶造成填料塔內(nèi)傳質(zhì)效率的下降。發(fā)明內(nèi)容為解決上述問題，本發(fā)明在"提高氣液分布器液流量精度的壁流布液器"專利的基礎(chǔ) 上，經(jīng)過更進(jìn)一步的研究和實(shí)驗(yàn)，利用面對(duì)稱兩維導(dǎo)流型雙列葉片氣體分布器氣體分布均 勻的特性，同時(shí)設(shè)計(jì)加入擋氣密封環(huán)2，使其與集液內(nèi)筒3、集液底環(huán)4共同形成環(huán)狀物 料汽液兩相分離室。該室的上端開有方形或圓形孔作為汽液分離后氣體的出口，然后氣體 進(jìn)入到面對(duì)稱兩維導(dǎo)流型雙列葉片氣體分布器中，均勻分布后再進(jìn)入到上面的填料層中， 而液體則通過分離室底部集液底環(huán)上的導(dǎo)流孔中流入下面的汽液分布器中。但是，這并不 是簡(jiǎn)單的組合，而是經(jīng)過諸多的實(shí)驗(yàn)、計(jì)算而得到的。隨著計(jì)算流體力學(xué)理論與計(jì)算手段的發(fā)展，采用數(shù)值模擬方法對(duì)化工單元操作設(shè)備的 內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行分析，并將結(jié)果和結(jié)論用于指導(dǎo)大型氣體分布結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已成為可能.按照填 料塔內(nèi)氣體分布結(jié)構(gòu)截面對(duì)稱的設(shè)計(jì)原則，并且采用FLUENT軟件應(yīng)用相應(yīng)的物理數(shù)學(xué)模 型對(duì)不同結(jié)構(gòu)的氣體分布結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)值模擬，以此來設(shè)計(jì)氣體分布器。對(duì)面對(duì)稱兩維導(dǎo)流 型雙列葉片氣體分布器可采用三維N—S方程作為控制方程，利用標(biāo)準(zhǔn)湍流模型和封閉雷諾時(shí)均方程，選擇合適的壁函數(shù)方法處理其湍流的固體邊界，研究得出氣體進(jìn)口處流體動(dòng) 能因子的最佳取值范圍在4.5—13 (m/s* (Kg/m3) a5)之間，可以充分保證面對(duì)稱兩維 導(dǎo)流型雙列葉片氣體分布器的分布不均勻度控制在0.5以下。因?yàn)闅怏w初始進(jìn)氣速度對(duì)氣 體分布器的分布均勻度影響至關(guān)重要， 一般以控制汽液分離后氣體進(jìn)入雙列葉片氣體分布 器進(jìn)口的動(dòng)能因數(shù)為主，其計(jì)算公式為F —?jiǎng)幽芤蜃?m/s (Kg/m3) 05) 當(dāng)然氣體分布不均勻度還同氣體粘度、雙列葉片長(zhǎng)度、葉片結(jié)構(gòu)形式等參數(shù)有關(guān)，但 計(jì)算結(jié)果表明只要?jiǎng)幽芤蜃釉谝欢ǚ秶鷥?nèi)其不均勻度變化范圍不大，在工程控制誤差范圍 內(nèi)，是可行的。本發(fā)明的帶有氣體分布功能的液體預(yù)分布器，包括集液內(nèi)筒3、集液底環(huán)4、擋氣密 封環(huán)2、導(dǎo)液體5、雙列葉片氣體分布器l、防沖環(huán)板6;其特征是所述雙列葉片氣體分布 器1固定在集液內(nèi)筒3上面，雙列葉片氣體分布器1氣體進(jìn)口與集液內(nèi)筒3上的出口相接。所述雙列葉片氣體分布器l的大端形狀和面積與集液內(nèi)筒上的方孔或圓孔相匹配，其 面積大于集液內(nèi)筒上的方孔或圓孔的面積。所述的集液內(nèi)筒3置于集液底環(huán)4的上面并與之密封焊接，在其上端面的外側(cè)與擋氣 密封環(huán)2密封焊接。所述的擋氣密封環(huán)2與集液內(nèi)筒3、塔壁7相密封焊接，并同集液底環(huán)4共同形成環(huán) 狀物料汽液兩相分離室，經(jīng)過面對(duì)稱兩維導(dǎo)流型雙列葉片氣體分布器，氣體均勻分布后進(jìn) 入到上面的填料層中，液體則通過分離室底部集液底環(huán)上的導(dǎo)流孔中流入下面的汽液分布 器中。所述集液底環(huán)4與塔壁7相焊接。在其之上開有一定數(shù)量的布液孔并通過該孔液體流 到導(dǎo)液板5上。在填料塔的設(shè)計(jì)和改造過程中，可于存在的下列情況中采用帶有氣體分布功能的液其中小一進(jìn)料中含氣率(Kg/Kg )Pg —?dú)怏w密度(Kg/m3)L一進(jìn)料流量(Kg/h)As—集液內(nèi)筒3開孔面積(m2)體預(yù)分布器1. 在塔體的頂端、填料之間、和塔體下端設(shè)有進(jìn)料口。2. 進(jìn)塔物料中含有汽液兩相或進(jìn)塔后液體物料部分形成閃蒸。3. 含有一定量氣體且液體流量非常大， 一般指空塔液體噴淋密度大于20m3/ m2.h。4. 與槽盤式汽液分布器共同使用。5. 空塔液體噴淋密度小于20m'7 m2.h時(shí)可與其它進(jìn)液預(yù)分布形式并存。帶有氣體分布功能的液體預(yù)分布器比較排管式液體預(yù)分布器制作簡(jiǎn)單，省工、省料成 本低；占塔空間低，節(jié)約設(shè)備投資；安裝簡(jiǎn)便要求低，操作彈性范圍廣，適用性強(qiáng)。可用 于工業(yè)生產(chǎn)中氣液傳質(zhì)、分離、傳熱等操作過程中各種規(guī)格的填料塔的兩相進(jìn)料或閃蒸進(jìn) 料的裝置中。


圖1:本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。圖2:本發(fā)明俯視結(jié)構(gòu)示意圖。圖3:本發(fā)明側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。圖4:本發(fā)明在填料塔內(nèi)工作狀態(tài)示意圖。圖5:本發(fā)明中雙列葉片氣體分布器局部放大結(jié)構(gòu)示意圖。圖6:本發(fā)明局部放大結(jié)構(gòu)示意圖一。圖7:本發(fā)明局部放大結(jié)構(gòu)示意圖二。1-雙列葉片氣體分布器 2-擋氣密封環(huán) 3-集液內(nèi)筒 4-集液底環(huán) 5-導(dǎo)液板 6-防沖環(huán)板7-塔壁8-進(jìn)料管9-槽盤式液體分布器具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖1-7對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一歩的詳細(xì)說明參見附圖1、圖2和圖3含有一定 量的氣體進(jìn)料溶液從進(jìn)料管8送入到塔內(nèi)，首先進(jìn)入到有集液內(nèi)筒3、集液底環(huán)4、擋氣 密封環(huán)2、塔壁7共同形成環(huán)形的汽液體分離和儲(chǔ)存空間，在其中氣體從溶液中分離或閃 蒸出來儲(chǔ)存在空間的上部，不含氣體的溶液儲(chǔ)存在空間的下部；上部的氣體通過設(shè)在集液內(nèi)筒3上的方形或圓形氣體出口一定的流速進(jìn)入到面對(duì)稱兩維導(dǎo)流型雙列葉片氣體分布器 1中，參見附圖5，氣體分布器將氣體均勻分布后進(jìn)入到上面的填料層中；參見附圖6和 附圖7，儲(chǔ)存空間下部的液體則通過集液底環(huán)4上的導(dǎo)流孔流入到導(dǎo)液板5上。導(dǎo)液板5 焊接在集液底環(huán)2上，并與之形成30度角并朝向塔壁7傾斜。參見附圖4，從導(dǎo)液板5 流下的液體流到防沖環(huán)板6上并沿塔壁流到下面的槽盤式汽液分布器中。該分布器再將液 體進(jìn)行均勻分布。某石油化工廠甲乙酮裝置中的萃取精餾塔，直徑2400mm，高度約71米，工藝上采用 MEK溶液萃取精餾丁烷和丁烯。為了提高精餾效率，降低能耗在塔的中部設(shè)置了2個(gè)中間 再沸器。從上段填料經(jīng)收集后流出的液體進(jìn)入再沸器，經(jīng)過其加熱后再進(jìn)入下段的填料層 中。再沸器中溶液循環(huán)量為170m3/h，液體空塔噴淋密度達(dá)到45 m3/m、h ，加熱后氣化率 約為循環(huán)量的10-20%，含有大量的氣體。原設(shè)計(jì)進(jìn)料方式僅為單管式塔內(nèi)汽液分離進(jìn)料形 式，由于氣體集中在塔中心的一條直線范圍內(nèi)閃蒸，使得在如此大的直徑塔中進(jìn)入上段填 料的氣體分布極不均勻；同時(shí)由于其液體出口流出速度為3 m/s左右，再加上分布管孔距 離液體分布器液面1.2m的高度，液體進(jìn)入到分布器中的流速高達(dá)5-6m/s，這樣高的速度 會(huì)對(duì)液體分布器的液面穩(wěn)定性帶來極不利的影響，使得液體流入處的液面產(chǎn)生劇烈波動(dòng)， 從而造成液體分布不均勻。由于汽液初始分布的不均勻，影響到填料的傳質(zhì)效率，使得萃 取精餾塔丁烷收率標(biāo)達(dá)不到規(guī)定要求。如果設(shè)計(jì)采用塔外汽液分離罐，會(huì)增加許多附加設(shè) 備投資，如果采用塔內(nèi)氣體分布加液體分布器，由于需要空間較大，塔體高度增加較多， 不但增加內(nèi)件投資也增加設(shè)備投資。我們?cè)O(shè)計(jì)采用帶有氣體分布功能的液體預(yù)分布器。含有氣體的溶液從直徑為3000mm 進(jìn)液管8中進(jìn)入塔內(nèi)，帶有氣體分布功能的液體預(yù)分布器的集液底環(huán)2距槽盤式氣液分布 器底盤1200mm;集液底環(huán)4和擋氣密封環(huán)2的寬度都為240mm;集液內(nèi)筒3高度450mm, 其上開有沿塔周長(zhǎng)方向長(zhǎng)400mm，沿塔高方向長(zhǎng)200mm的方形氣體出口 。分離后的氣體 經(jīng)此口進(jìn)入到面對(duì)稱兩維導(dǎo)流型雙列葉片氣體分布器l中，然后進(jìn)行氣體分布，氣體進(jìn)口 的動(dòng)能因子為llm/s* (Kg/m3) Q5，可以滿足氣體分布器均勻分布的要求。由于雙列葉片 氣體分布器l的存在，使得上段填料的氣體初始分布得到較好的改善，分布非常均勻；在 集液底環(huán)4之上開有218個(gè)015mm的布液孔，液體通過該孔流到導(dǎo)液板5上。從導(dǎo)液板流下的液體流到防沖環(huán)板6上并沿塔壁流到下面的槽盤式液體分布器中。防沖環(huán)板6是具 有400mm高度和12mm厚度且沿塔體周長(zhǎng)焊接一圈的與塔體具有相同材質(zhì)的材料，其作 用一是起到動(dòng)能緩沖，二是防止對(duì)塔壁造成沖刷腐蝕。導(dǎo)液板5充分吸收了高速液體的沖 擊能量并在全塔周長(zhǎng)的范圍內(nèi)流出液體，使得液體初始流速非常低。以50mm液體出口寬 度計(jì)算，液體初始流速僅為0.4m/s，再加上lm的空間高度到達(dá)液體分布器液面，液體流 速不過2.5m/s，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于排管式液體預(yù)分布器的液體流速，對(duì)槽盤式液體分布器液面帶來 的影響幾乎為零，從而保證了從槽盤式氣液體分布器的升氣槽槽板上的噴淋孔噴流出的液 體量穩(wěn)定，提高了氣液分布器液流量精度。所以采用本發(fā)明不但在氣體得到均勻分布的同 時(shí)，液體分布器的分布也得到保證，是非常好的方案。生產(chǎn)操作的結(jié)果表明，采用帶有氣體分布功能的液體預(yù)分布器后，由于氣體、液體分 布器初始分布的均勻性的提高，汽液傳質(zhì)效果明顯得到改善，傳質(zhì)效率大幅提高，丁烷的 收率達(dá)到了規(guī)定要求從而降低了產(chǎn)品成本，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。
權(quán)利要求
1.一種帶有氣體分布功能的液體預(yù)分布器，包括集液內(nèi)筒(3)、集液底環(huán)(4)、擋氣密封環(huán)(2)、導(dǎo)液體(5)、雙列葉片氣體分布器(1)、防沖環(huán)板(6)；其特征是雙列葉片氣體分布器(1)固定在集液內(nèi)筒(3)上面，雙列葉片氣體分布器氣體進(jìn)口與集液內(nèi)筒上的出口相接。
2. 如權(quán)利要求1所述的帶有氣體分布功能的液體預(yù)分布器，其特征是所述的雙列葉片氣 體分布器的大端的形狀和面積與集液內(nèi)筒上的連接的出口相匹配。
3. 如權(quán)利要求2所述的帶有氣體分布功能的液體預(yù)分布器，其特征是所述的雙列葉片氣 體分布器的大端面積大于集液內(nèi)筒上的方孔或圓孔的面積。
4. 如權(quán)利要求1所述的帶有氣體分布功能的液體預(yù)分布器，其特征是所述的集液內(nèi)筒(3) 置于集液底環(huán)(4)的上面并與之密封焊接，在其上端面的外側(cè)與擋氣密封環(huán)(2)密 封焊接。
5. 如權(quán)利要求4所述的帶有氣體分布功能的液體預(yù)分布器，其特征是所述的擋氣密封環(huán)(2)與集液內(nèi)筒(3)、塔壁(7)相密封焊接，并同集液底環(huán)(4)共同形成環(huán)狀物料 汽液兩相分離室，經(jīng)過面對(duì)稱兩維導(dǎo)流型雙列葉片氣體分布器，氣體均勻分布后進(jìn)入 到上面的填料層中，液體則通過分離室底部集液底環(huán)上的導(dǎo)流孔中流入下面的汽液分 布器中。
全文摘要
本發(fā)明屬帶有氣體分布功能的液體預(yù)分布器。利用面對(duì)稱兩維導(dǎo)流型雙列葉片氣體分布器氣體分布均勻的特性，同時(shí)設(shè)計(jì)加入擋氣密封環(huán)2，使其與集液內(nèi)筒3、集液底環(huán)4共同形成環(huán)狀物料汽液兩相分離室。該室的上端開有方形或圓形孔作為汽液分離后氣體的出口，氣體進(jìn)入到面對(duì)稱兩維導(dǎo)流型雙列葉片氣體分布器中，均勻分布后進(jìn)入到上面的填料層中，而液體則通過分離室底部集液底環(huán)上的導(dǎo)流孔中流入下面的汽液分布器中。本發(fā)明占塔空間低，節(jié)約設(shè)備投資；安裝簡(jiǎn)便要求低，操作彈性范圍廣，適用性強(qiáng)?？捎糜诠I(yè)生產(chǎn)中氣液傳質(zhì)、分離、傳熱等操作過程中各種規(guī)格的填料塔的兩相進(jìn)料或閃蒸進(jìn)料的裝置中。
文檔編號(hào)B01D53/18GK101239248SQ20071015033
公開日2008年8月13日 申請(qǐng)日期2007年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月22日
發(fā)明者杰 何, 張衛(wèi)江, 張桔蘋, 張鵬飛, 朱慧銘, 輝 王 申請(qǐng)人:天津大學(xué)