專利名稱：錐段設(shè)有夾套冷卻系統(tǒng)的噴霧造粒分離塔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化工分離工程機(jī)械設(shè)備，特別是涉及一種錐段設(shè)有夾套冷卻系統(tǒng)的噴霧造粒分離塔，可以應(yīng)用于重油梯級(jí)分離工藝中浙青殘?jiān)膰婌F造粒及分離過程，在實(shí)現(xiàn) 造粒和對(duì)溶劑與顆粒進(jìn)行高效分離的同時(shí)，有效吸收造粒塔內(nèi)過剩的熱量，保證造粒分離 塔內(nèi)的熱量平衡，并對(duì)顆粒進(jìn)行冷卻降溫，有利于工藝的順利進(jìn)行以及顆粒的下一步輸送。
背景技術(shù)：
在重油超臨界梯級(jí)萃取分離工藝中，脫浙青油等優(yōu)質(zhì)組分分離之后，需將剩余的 浙青和膠質(zhì)等殘?jiān)M(jìn)行閃蒸噴霧造粒，以便后續(xù)的處理和應(yīng)用。在噴霧造粒塔中，高溫高壓 下的液體溶劑(戊烷)和浙青顆粒的混合物從噴嘴中快速噴出，溶劑閃蒸汽化，系統(tǒng)溫度 降低，浙青和膠質(zhì)霧化為細(xì)小液滴之后，由于溶劑的揮發(fā)和系統(tǒng)溫度的降低，凝聚為固體顆 粒。同時(shí)，造粒塔還要具備氣固分離功能，造出的顆粒與汽化的溶劑快速分離，以便回收溶 劑重復(fù)使用，降低生產(chǎn)成本。由于超臨界流體中溶劑所占的比例一定，在噴霧造粒過程中， 溶劑閃蒸汽化所吸收的熱量還不足以使系統(tǒng)溫度降到規(guī)定溫度，造粒塔內(nèi)有過剩的熱量， 過高的溫度為浙青顆粒的分離、輸出和包裝帶來困難，同時(shí)過高的溫度使浙青顆粒表面發(fā) 粘，增大了顆粒聚團(tuán)板結(jié)的概率，為系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行帶來隱患。因此需要采取有效措施，對(duì)造 粒塔系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步的冷卻降溫，降低造粒塔內(nèi)整個(gè)系統(tǒng)及顆粒溫度，便于后續(xù)輸送。由于 浙青殘?jiān)w粒在造粒塔環(huán)境的溫度及溶劑分壓條件下，仍然具有相當(dāng)?shù)恼承?，為了避免?青顆粒在造粒塔中架橋、堵塞，不能在造粒塔中安裝內(nèi)構(gòu)件，因此塔內(nèi)不能安裝冷卻部件， 為造粒塔的冷卻和溫度控制帶來困難。本發(fā)明提出一種錐段設(shè)有夾套冷卻系統(tǒng)的造粒塔結(jié) 構(gòu)，可以在不加內(nèi)構(gòu)件的條件下對(duì)造粒塔進(jìn)行冷卻，從而解決這一問題。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的噴霧造粒系統(tǒng)由于超臨界噴霧造粒過程中，溶劑閃蒸汽化后塔內(nèi) 溫度仍然過高，為浙青顆粒的分離、輸出帶來困難的問題，本發(fā)明提出一種錐段設(shè)有夾套冷 卻系統(tǒng)的噴霧造粒分離塔，在造粒塔的整個(gè)錐段的內(nèi)表面形成換熱冷卻面積。在錐段設(shè)置 的夾套中通入冷卻水，可以在沒有冷卻內(nèi)構(gòu)件的條件下，及時(shí)吸收造粒塔內(nèi)過剩的熱量，降 低造粒塔系統(tǒng)及浙青顆粒的溫度，便于浙青顆粒的分離、輸出及包裝。本發(fā)明解決這個(gè)技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是在噴霧造粒塔錐段的外部，設(shè)置 冷卻水夾套，不改變錐段的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和形狀，不增加任何內(nèi)構(gòu)件，通過整個(gè)錐段的內(nèi)表面， 實(shí)現(xiàn)對(duì)造粒塔和浙青顆粒的冷卻。通過控制循環(huán)水量、循環(huán)水入口溫度，可以及時(shí)帶走造粒 塔內(nèi)過剩的熱量，實(shí)現(xiàn)對(duì)造粒塔的冷卻和溫度控制，使造粒塔和浙青顆粒達(dá)到所要求的溫度。本發(fā)明包括，一種噴霧造粒分離塔，該分離塔的主要結(jié)構(gòu)由上至下主要包含有造 粒塔塔體、噴霧造粒噴嘴系統(tǒng)、下排料罐三部分。所述的噴霧造粒分離塔，其特征是造粒塔塔體由分離沉降段(3)、錐段(4)、夾套冷卻系統(tǒng)(6)所組成；分離沉降段(3)的直徑為D，高度為Hl ；錐段(4)的上口直徑為D，下 口直徑為D4，高度為H2;夾套冷卻系統(tǒng)(6)的高度為L3，距離錐段上部的距離為L2，水套 的寬度為b ；其中，Hl的變化范圍為0. 3D 5D，D4的變化范圍為0. ID 1D，H2的變化范 圍為0. 5D 5D，L3的變化范圍為0. 5D 5D，L2的變化范圍為0 0. 5D，b的變化范圍為 0. OlD 0. 3D。所述的噴霧造粒分離塔，其特征是夾套冷卻系統(tǒng)(6)由冷卻水出口(5)、冷卻水 入口(7)和夾套主體所組成；冷卻水入口(7)位于夾套冷卻系統(tǒng)(6)下部，冷卻水沿切向進(jìn) 入夾套，冷卻水出口(5)位于夾套冷卻系統(tǒng)(6)上部，吸熱后的冷卻水沿徑向流出夾套；入 口和出口的夾角為β，β的變化范圍為0° 360°。所述的噴霧造粒分離塔，其特征是噴霧造粒噴嘴系統(tǒng)由一個(gè)分布器總管與η個(gè) 分布器支管連接所組成(圖1中，η = 4)，各個(gè)分布器支管呈對(duì)稱分布，分布器總管安裝在 造粒塔內(nèi)部距離頂部為Ll的位置，分布器支管出口位于同一圓周Dl上，出口的射流方向與 豎直方向成一定的角度α，用來形成帶有切向速度的旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)，并且該角度可被調(diào)節(jié)以實(shí) 現(xiàn)不同的分離效率；其中，η的變化范圍2 10之間的整數(shù)，Ll的變化范圍為0. ID 2D， Dl的變化范圍為0. ID 0. 8D，α的變化范圍為1° 120°。所述的噴霧造粒分離塔，其特征是下排料罐由直徑為D5、高度為Η4的圓柱形筒 體和上口直徑為D5、下口直徑為D6、高度為Η5的錐段組成；其中，D5的變化范圍為0. 3D 2D, Η4的變化范圍為0. 3D 5D，D6的變化范圍為0. ID 0. 5D。


圖1是本發(fā)明的噴霧造粒分離塔主體圖。圖2是本發(fā)明的夾套冷卻系統(tǒng)示意圖(進(jìn)出口橫截面)。圖1中，1.混合物進(jìn)料管，2.噴霧造粒噴嘴系統(tǒng)，3.分離沉降段，4.錐段，5.冷卻 水出口，6.夾套冷卻系統(tǒng)，7.冷卻水入口，8.過渡段，9.下排料罐，10.固相排料口，11.氣 相排出口。圖2中，5.冷卻水出口，7.冷卻水入口。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的噴霧造粒分離塔的工作過程進(jìn)行說明。本發(fā)明的噴霧造粒分離塔使用過程，例如可以是，高溫高壓液相溶劑與浙青殘?jiān)?的混合物經(jīng)混合物進(jìn)料管(1)進(jìn)入噴霧造粒噴嘴系統(tǒng)(2)，混合物料通過每個(gè)噴嘴噴入造 粒塔，由于壓力降低，液相溶劑在下發(fā)生閃蒸汽化，浙青則成為固體顆粒。在完成造粒過程 的同時(shí)，通過噴嘴的排布，在造粒塔的分離沉降段(3)內(nèi)形成向下的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在離心力的 作用下，氣相溶劑與固體顆粒分離，固體顆粒被分離到壁面處，并沿壁面呈螺旋狀向下滑 動(dòng)，進(jìn)入裝置錐段(4)，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)向下滑落，顆粒的旋轉(zhuǎn)動(dòng)能逐漸耗盡，同時(shí)在經(jīng)過夾套冷卻 系統(tǒng)(6)的冷卻作用后，顆粒以及氣相溶劑的溫度降低，經(jīng)過渡段⑶進(jìn)入下排料罐(9)，并 進(jìn)一步進(jìn)行沉降分離，以便脫盡溶劑，然后經(jīng)固相排料口(8)排出裝置，進(jìn)行輸送包裝。而 氣相溶劑則沿中心的負(fù)壓區(qū)向上流動(dòng)，經(jīng)裝置上部的氣相排出口(11)排出裝置，進(jìn)行循環(huán) 使用。
在圖1和圖2中，冷卻水從錐形夾套冷卻系統(tǒng)下部切向入口(7)進(jìn)入夾套中，形 成旋轉(zhuǎn)向上的流動(dòng)，這樣可以溫度沿周向均勻分布，然后從上部出口(5)流出夾套，在水套 中冷卻水向上旋流的旋轉(zhuǎn)方向與造粒塔錐段內(nèi)顆粒向下旋流的方向相同或相反，旋轉(zhuǎn)方向 相反時(shí)可以實(shí)現(xiàn)逆流換熱。冷卻水的入口溫度、壓力、流量等參數(shù)需要根據(jù)工藝要求進(jìn)行優(yōu) 化。對(duì)本發(fā)明提出的錐段設(shè)有夾套冷卻系統(tǒng)的噴霧造粒分離塔進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明， 只要優(yōu)化設(shè)計(jì)噴霧造粒噴嘴系統(tǒng)和夾套冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，合理組織氣固兩相流體的 流動(dòng)和傳熱，可以滿足工藝過程對(duì)造粒塔溫度控制的要求。本發(fā)明提出的錐段設(shè)有夾套冷卻系統(tǒng)的噴霧造粒分離塔，可以用于所有的噴霧造 粒場(chǎng)所。
權(quán)利要求
一種噴霧造粒分離塔，該分離塔的主要結(jié)構(gòu)由上至下主要包含有造粒塔塔體、噴霧造粒噴嘴系統(tǒng)、下排料罐三部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴霧造粒分離塔，其特征是造粒塔塔體由分離沉降段(3)、 錐段(4)、夾套冷卻系統(tǒng)(6)所組成；分離沉降段(3)的直徑為D，高度為Hl ；錐段(4)的上 口直徑為D，下口直徑為D4，高度為H2 ；其中，Hl的變化范圍為0. 3D 5D，D4的變化范圍 為0. 1D 1D，H2的變化范圍為0. 5D 5D。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴霧造粒分離塔，其特征是夾套冷卻系統(tǒng)(6)由冷卻水出 口(5)、冷卻水入口(7)和夾套主體所組成；冷卻水入口位于夾套冷卻系統(tǒng)(6)下部，冷卻 水沿切向進(jìn)入夾套，冷卻水出口(5)位于夾套冷卻系統(tǒng)(6)上部，吸熱后的冷卻水沿徑向流 出夾套；夾套冷卻系統(tǒng)(6)的高度為L3，夾套冷卻系統(tǒng)(6)的上沿距離錐段(4)上部的距 離為L2，水套的寬度為b，冷卻水入口(7)和冷卻水出口(5)的夾角為β ；其中，L3的變化 范圍為0. 5D 5D，L2的變化范圍為0 0. 5D，b的變化范圍為0. 01D 0. 3D，β的變化 范圍為0° 360°。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴霧造粒分離塔，其特征是噴霧造粒噴嘴系統(tǒng)由一個(gè)分布 器總管與N個(gè)分布器支管連接所組成(圖1中，N = 4)，各個(gè)分布器支管呈對(duì)稱分布，分布 器總管安裝在造粒塔內(nèi)部距離頂部為Ll的位置，分布器支管出口位于同一圓周Dl上，出口 的射流方向與豎直方向成一定的角度α，用來形成帶有切向速度的旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)，并且該角度 可被調(diào)節(jié)以實(shí)現(xiàn)不同的分離效率；其中，η的變化范圍2 10之間的整數(shù)，Ll的變化范圍 為0. 1D 2D，Dl的變化范圍為0. 1D 0. 8D，α的變化范圍為1° 120°。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴霧造粒分離塔，其特征是下排料罐(9)由直徑為D5、高度 為Η4的圓柱形筒體和上口直徑為D5、下口直徑為D6、高度為Η5的錐段組成；其中，D5的變 化范圍為0. 3D 2D，Η4的變化范圍為0. 3D 5D，D6的變化范圍為0. 1D 0. 5D。
全文摘要
一種錐段設(shè)有夾套冷卻系統(tǒng)的噴霧造粒分離塔，主要結(jié)構(gòu)由上至下主要包含有造粒塔塔體，噴霧造粒噴嘴系統(tǒng)、下排料罐三部分。造粒塔塔體可以由分離沉降段、錐段和夾套冷卻系統(tǒng)所組成。噴霧造粒噴嘴系統(tǒng)可以由一個(gè)分布器總管與多個(gè)分布器支管連接所組成，各個(gè)分布器支管呈對(duì)稱分布，其出口的射流方向與豎直方向成一定的角度，可形成帶有切向速度的旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)。夾套冷卻系統(tǒng)由冷卻水切向出口、冷卻水徑向入口和夾套主體所組成，冷卻水在夾套中旋轉(zhuǎn)向上流動(dòng)、被分離的顆粒在噴霧造粒分離塔中旋轉(zhuǎn)向下流動(dòng)，二者旋流方向相反，構(gòu)成逆流換熱。通過調(diào)整進(jìn)料分布器支管的角度以及分布器支管的個(gè)數(shù)，可以在造粒塔內(nèi)形成不同程度的旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)不同的顆粒分布狀態(tài)與氣固分離效率。通過調(diào)整冷卻水入口的溫度、壓力、流量、冷卻水套的結(jié)構(gòu)尺寸，可以實(shí)現(xiàn)不同的換熱效率，降低顆粒溫度，實(shí)現(xiàn)對(duì)造粒塔溫度的控制。
文檔編號(hào)B01J2/04GK101987286SQ20091016246
公開日2011年3月23日 申請(qǐng)日期2009年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月6日
發(fā)明者孫學(xué)文, 徐春明, 毛羽, 王娟, 王江云, 趙鎖奇 申請(qǐng)人:中國石油大學(xué)(北京)