專利名稱：一種催化精餾塔構(gòu)件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及化學(xué)工程領(lǐng)域催化精餾過程中的氣液傳質(zhì)設(shè)備，具體的講是一種 結(jié)構(gòu)簡單，壓降低，催化劑利用率高，反應(yīng)與精餾同時(shí)高效進(jìn)行的催化精餾塔構(gòu)件。
背景技術(shù)：
催化精餾是一種具有廣泛應(yīng)用前景的新型分離工藝。一個(gè)成功的反應(yīng)精餾塔設(shè) 計(jì)，必須同時(shí)具有合理的塔構(gòu)件?，F(xiàn)有塔構(gòu)件雖然部分已在醚化、烷基化等反應(yīng)中獲得工 業(yè)應(yīng)用，但均存在一定缺陷。通常做法大體分以下兩種一種用能包住催化劑的多孔材料將 催化劑包住做成填料筐，放置在塔板上或降液管內(nèi)液體流過的地方，此種方法由于塔板的 結(jié)構(gòu)導(dǎo)致催化劑裝填量小，占用空間大，流體不能很好的與催化劑接觸；可能造成流體徑向 分布不均，甚至溝流等；另一種方法是固體催化劑直接放置也可捆扎之后放置在多個(gè)立體 噴射帽罩之間，這種方法由于帽罩之間噴出的液體互相對沖，并轉(zhuǎn)而向上，使較多液沫被夾 帶至上層塔板，從而霧沫夾帶量較大，導(dǎo)致塔板效率降低?？傊?，現(xiàn)有的技術(shù)導(dǎo)致催化精餾 效率降低，未能發(fā)揮催化精餾的優(yōu)點(diǎn)，從而限制了這些塔構(gòu)件的大規(guī)模應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容為了解決背景技術(shù)中存在的不足，本實(shí)用新型提供一種催化精餾塔構(gòu)件，該精餾 塔構(gòu)件具有結(jié)構(gòu)簡單、壓降低、霧沫夾帶小、催化劑利用率高、反應(yīng)與分離同時(shí)進(jìn)行及成本 低的特點(diǎn)。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是該催化精餾塔構(gòu)件用多孔材料把催化劑固定于圓柱形 帽罩中上部構(gòu)成的。塔構(gòu)件包括塔板，塔板的一側(cè)固定有降液管，降液管穿過塔板其下部固 定有液封槽，塔板中部開圓形升氣孔，升氣孔上固定有圓柱形帽罩，升氣孔與圓柱形帽 罩同心設(shè)置，帽罩底部與塔板之間有過液通道，帽罩上端設(shè)檔板，檔板為向上凸起的孤 形，帽罩中上部間隔固定有絲網(wǎng)，兩層絲網(wǎng)之間為催化劑床層，催化劑床層上方的帽罩壁上 開有規(guī)則排列的圓形孔。本實(shí)用新型具有如下有益效果本實(shí)用新型將催化劑和帽罩結(jié)合，有效的結(jié)合了 催化精餾塔和板式塔的優(yōu)點(diǎn)。首先新型塔構(gòu)件保留了垂直篩板具有特別大的處理能力、較 高的效率、且結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)較低、壓降平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)，而且本實(shí)用新型提出的把催化劑放置 在帽罩中上部特殊的催化劑裝填方式，增大了氣液固的接觸面積，催化劑裝填簡單，大大提 高了塔內(nèi)的空間利用率，當(dāng)塔板上向上流動的氣相穿過催化劑床層時(shí)，催化劑處于流化狀 態(tài)，增大了床層的空隙率，增加了細(xì)小液滴在塔構(gòu)件空間的停留時(shí)間，所以催化劑利用率提 高、塔構(gòu)件漏液量降低、傳質(zhì)效果好；液相在單層構(gòu)件上循環(huán)運(yùn)動，被氣相多次提升，反應(yīng)物 與催化劑接觸進(jìn)行催化反應(yīng)并且連續(xù)脫除生成物，提高了轉(zhuǎn)化率和選擇性。氣體的抽提作 用，加強(qiáng)了液體流動，反應(yīng)熱可及時(shí)放出來，有利于精餾分離和保護(hù)催化劑，反應(yīng)及分離效 率均提高。氣相在通過塔板時(shí)，并不穿過液層，因此操作壓降較低；由于催化劑裝填在垂直 篩板圓柱形帽罩內(nèi)，四面均受到很好的保護(hù)，催化劑不易損壞和流失。另外由于帽罩頂部的弧形擋板設(shè)計(jì)，當(dāng)氣液混合物向上沖向頂蓋時(shí)，由于弧形擋板的反射作用液沫自罩孔向外 噴射時(shí)，有一向下的分速度，故可進(jìn)一步減少霧沫夾帶。


圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)剖視圖；圖2是本實(shí)用新型的工作原理圖；圖3是本實(shí)用新型的工作流程圖。1-塔板，2-過液通道，3-帽罩，4-催化劑床層，5-孔，6-擋板，7_升氣孔， 8-降液管，9-液封槽，10-進(jìn)水管，11-進(jìn)氣管，12-絲網(wǎng)，B-過液通道高度，C-帽罩高度， A-催化劑床層高度。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明該催化精餾塔構(gòu)件包括塔板1，塔板1 的一側(cè)固定有降液管8，降液管8穿過塔板1其下部固定有液封槽9，液封槽9可防止氣體 通過降液管8進(jìn)入上層塔板，又可防止液體由降液管8流入下層塔板時(shí)速度過快。塔板1 中部軸向上開升氣孔7，用于氣液混合物的噴射通道。塔板1上中部固定有帽罩3，帽罩 3與升氣孔7同心設(shè)置。為液體能夠進(jìn)入塔構(gòu)件內(nèi)，帽罩3底部與塔板1之間有過液通道 2，帽罩3上端設(shè)檔板6，檔板6為向上凸起的孤形使氣液兩相能夠更有效的分離，同時(shí)減 小霧沫夾帶。帽罩3中上部間隔固定有絲網(wǎng)12，兩層絲網(wǎng)12之間為催化劑床層4，絲網(wǎng)12 用來固定催化劑床層4。催化劑床層用于進(jìn)行氣-液-固三相催化反應(yīng)，同時(shí)增大了氣液的 接觸面積。催化劑床層4上方的帽罩3壁上開有規(guī)則排列的圓形孔5，孔5即氣液分離孔， 是氣液混合物噴出塔構(gòu)件的通道。開孔直徑可為2mm、2. 5mm、3mm，開孔數(shù)量依據(jù)孔徑調(diào)節(jié)， 使開孔率在7 10%內(nèi)，原因在于帽罩開孔率小于7%不能形成有效的液體噴射，導(dǎo)致操作 范圍變??；而帽罩開孔率大于10%時(shí)，在較大的液流強(qiáng)度下會因液體噴射過度易產(chǎn)生液泛。所述的擋板6的弧度為1. 57rad，弧形的反射作用可以進(jìn)一步減小霧沫夾帶。所述的塔構(gòu)件的帽罩高度C與過液通道高度B比值為13 25。所述的塔板開孔率為12 40%。所述的塔構(gòu)件升氣孔7直徑與帽罩3的直徑比值為0. 3 1，比值低于這個(gè)范圍時(shí) 氣體進(jìn)入帽罩阻力過大，造成壓降過大，進(jìn)入帽罩內(nèi)液體不能被充分提升，破碎，使漏液量 增大。[0017]所述的塔構(gòu)件內(nèi)的催化劑床層4裝填高度為3 10mm。所述的帽罩高度C與催化劑床層高度A比值為4 6，使用的催化劑為直徑2 5mm的各種形狀的顆粒。所述的帽罩3可以為矩形、梯型或倒錐形。本實(shí)用新型的氣液接觸狀態(tài)如圖2所示(1)來自下一層塔板的氣相從塔構(gòu)件的孔5進(jìn)入帽罩3 ；來自上一層塔板的液相通 過降液管8流到塔板上，進(jìn)而通過塔構(gòu)件過液通道2進(jìn)入帽罩3。進(jìn)入帽罩3內(nèi)的氣液兩相 在塔構(gòu)件底部區(qū)域垂直相遇。(2)在塔構(gòu)件底部區(qū)域與液相接觸的氣相沿帽罩3方向?qū)⒁合嗵嵘?、拉膜、破碎?無數(shù)大小不均的液滴。(3)沿帽罩3內(nèi)壁上升的氣液混合物在催化劑床層4內(nèi)接觸傳質(zhì)并分離。[0024](4)沿帽罩3內(nèi)壁上升的氣液混合物碰撞到擋板6又有部分折返，他們與提升管3 內(nèi)高速上噴的氣液混合物激烈的碰撞，進(jìn)而將液相破碎成更加細(xì)小的液滴。(5)沿帽罩3內(nèi)壁上升的氣液混合物通過催化劑床層4經(jīng)擋板6改變方向后以略 斜向下的方向噴射到帽罩3外，同時(shí)將液相進(jìn)一步破碎。(6)氣液混合物噴出提升管3后，氣相上升的上一層塔板，液相會回落到塔板1上， 部分進(jìn)行二次循環(huán)，再一次進(jìn)入帽罩3。通過上面的流程可知，塔構(gòu)件上氣液兩相的接觸狀態(tài)要經(jīng)過垂直相遇、提升、拉 膜、破膜、在催化劑床層4進(jìn)行傳質(zhì)分離、噴射出帽罩3、氣液分離等連續(xù)發(fā)生過程。氣液兩 相接觸在全部過程中進(jìn)行，在接觸過程中液相被破碎成無數(shù)細(xì)小的液滴，由于本實(shí)用新型 的催化劑裝填位置設(shè)計(jì)增加了細(xì)小液滴在塔構(gòu)件空間的停留時(shí)間，氣相的霧沫夾帶量明顯 的減少，因而氣液接觸非常充分，充分利用了塔板間的空間，提高了塔構(gòu)件效率。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)泊Φ 40X 300X4/mm有機(jī)玻璃實(shí)驗(yàn)塔內(nèi)進(jìn)行，此塔共設(shè)有三塊塔 板，氣體分布板，實(shí)驗(yàn)板和液體分布板。實(shí)驗(yàn)裝置流程如圖3所示，采用空氣一水作為測試 物系。自來水首先經(jīng)高位槽穩(wěn)壓后由進(jìn)水管10經(jīng)液體轉(zhuǎn)子流量計(jì)計(jì)量后從塔頂注入，由于 重力的作用，自上而下依次流過三塊塔板，最后從塔底流入液封區(qū)。空氣從壓縮機(jī)出來經(jīng)凈 化、穩(wěn)壓后由進(jìn)氣管11經(jīng)氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì)計(jì)量后進(jìn)入塔底，在壓強(qiáng)差的作用下不斷上升， 依次通過三塊塔板，最終在塔頂放空。氣液兩相在各層塔板上充分接觸、并流噴射、傳質(zhì)。其 中，中間層塔構(gòu)件是實(shí)驗(yàn)板，上下兩層分別是液體分布板和氣體分布板。在相同的實(shí)驗(yàn)操作條件下，在該實(shí)驗(yàn)塔中進(jìn)行了本實(shí)用新型及與本實(shí)用新型相同 規(guī)格的垂直篩板塔和普通精餾塔的性能試驗(yàn)并與之進(jìn)行對比得出以下結(jié)論1、塔構(gòu)件塔板壓降并未因?yàn)槊闭謨?nèi)加入催化劑床層使得塔板壓降比普通垂直篩 板壓降有明顯變化，只是當(dāng)空塔動能因子在0. 0025 0. 01 (m/s) (kg/m3)1/2低氣體流量范圍 內(nèi)略微高于垂直篩板壓降1. 2 2%，且仍維持在較低壓降范圍內(nèi)。所以新型塔構(gòu)件保留了 原有垂直篩板壓降低的優(yōu)點(diǎn)。2、塔構(gòu)件漏液量比垂直篩板塔漏液量減小35 50%，當(dāng)板上清液層高度為32mm 時(shí)，空塔動能因子低于漏液點(diǎn)(巧=0_145(層/如肩5,)時(shí)，塔構(gòu)件漏液量急速增加。3、塔構(gòu)件的霧沫夾帶比現(xiàn)有普通精餾塔板低8倍左右。4、與現(xiàn)有塔構(gòu)件的催化劑裝填方式即催化劑裝填于帽罩外部相比，催化劑裝填于 帽罩內(nèi)部使得塔構(gòu)件空間利用率明顯提高。5、催化劑用兩層絲網(wǎng)固定于帽罩內(nèi)，四面均受到保護(hù)，且不易流失，故塔構(gòu)件內(nèi)催 化劑損失很小。
權(quán)利要求1.一種催化精餾塔構(gòu)件，包括塔板(1)，其特征在于塔板(1)的一側(cè)固定有降液管 (8)，降液管(8)穿過塔板(1)，降液管(8)下部固定有液封槽(9)，塔板(1)中部開有圓形 的升氣孔(7)，塔板(1)上固定有圓柱形帽罩(3)，帽罩(3)罩在升氣孔(7)上，升氣孔 (7)與帽罩(3)同心設(shè)置，帽罩(3)底部與塔板⑴之間有過液通道0)，帽罩(3)上端 設(shè)檔板(6)，檔板(6)為向上凸起的孤形，帽罩(3)中上部間隔固定有絲網(wǎng)(12)，兩層絲網(wǎng) (12)之間為催化劑床層G)，催化劑床層(4)上方的帽罩(3)的壁上開有規(guī)則排列的圓形 孔⑶。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的催化精餾塔構(gòu)件，其特征在于帽罩⑶上的孔(5)開孔率 為7 10% ο
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的催化精餾塔構(gòu)件，其特征在于塔構(gòu)件內(nèi)的催化劑床層(4) 裝填高度為3 IOmm之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的催化精餾塔構(gòu)件，其特征在于所述的擋板(6)的弧度為 1. 57rad0
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的催化精餾塔構(gòu)件，其特征在于所述的塔構(gòu)件的帽罩高度(C) 與過液通道高度(B)比值為13 25之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的催化精餾塔構(gòu)件，其特征在于所述的塔板(1)上升氣孔(7) 的開孔率為12 40%之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的催化精餾塔構(gòu)件，其特征在于所述的塔構(gòu)件升氣孔(7)直 徑與帽罩(3)直徑的比值為0. 3 1之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的催化精餾塔構(gòu)件，其特征在于帽罩高度(C)與催化劑床層高 度(A)比值為4 6之間，使用的催化劑為直徑2 細(xì)之間的顆粒。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的催化精餾塔構(gòu)件，其特征在于帽罩(3)為矩形、梯型或倒錐形。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種催化精餾塔構(gòu)件。該催化精餾塔構(gòu)件是由絲網(wǎng)把催化劑固定在圓柱形帽罩內(nèi)中上部構(gòu)成的，塔構(gòu)件包括塔板，塔板的一側(cè)固定有降液管，降液管穿過塔板其下部固定有液封槽，塔板中部開圓形升氣孔,塔板上中部固定有圓柱形帽罩,升氣孔與圓柱形帽罩同心設(shè)置,帽罩中上部開有規(guī)則排列的圓形小孔，帽罩底部與塔板之間有過液通道,帽罩上端設(shè)檔板,檔板為向上凸起的孤形，帽罩中上部間隔固定有絲網(wǎng)，兩層絲網(wǎng)之間為催化劑床層。該精餾塔構(gòu)件同時(shí)具有垂直篩板和催化精餾塔板的特點(diǎn)，具有結(jié)構(gòu)簡單、壓降低、霧沫夾帶小、催化劑利用率高、反應(yīng)與分離同時(shí)進(jìn)行及成本低的特點(diǎn)。
文檔編號B01D3/32GK201855587SQ20102054274
公開日2011年6月8日 申請日期2010年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月27日
發(fā)明者李春紅, 董群, 蔣偉 申請人:大慶油田飛馬有限公司