專利名稱：氣液逆流接觸塔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通常用于氣液逆流接觸在氣體和液體之間進(jìn)行熱和/或質(zhì)交換的豎直塔。該塔設(shè)有流體入口及出口。流體入口和出口的位置視塔的用途來確定當(dāng)此塔用來通過將氣體混合物與吸收劑液體逆流接觸而除去氣體混合物中的污染物時(shí)，該塔在塔底設(shè)有一氣體入口和一液體出口，在塔頂設(shè)有一液體入口和一氣體出口；當(dāng)此塔用于原料蒸餾時(shí)，該塔在靠近塔中部設(shè)有一原料進(jìn)口，在塔底設(shè)置一氣體入口和一液體出口，在塔頂設(shè)置一液體入口和一氣體出口。
氣液逆流接觸時(shí)，氣體通過塔向上流動(dòng)而液體通過塔向下流動(dòng)。為使得向上流動(dòng)的氣體與向下流動(dòng)的液體進(jìn)行接觸，該塔沿軸向間隔設(shè)置了多塊水平接觸塔板。此塔板可以是所謂的錯(cuò)流接觸塔板或通常所說的逆流接觸塔板。錯(cuò)流接觸塔板上設(shè)有開孔以及一通到接觸塔板下方的降液管，其中，在正常操作時(shí)，氣體經(jīng)塔板開孔向上流動(dòng)而液體經(jīng)降液管由接觸塔板向下流動(dòng)。一種逆流接觸塔板僅設(shè)有塔板開孔而沒有降液管，其中，在正常操作時(shí)，氣體經(jīng)塔板開孔向上流動(dòng)而液體可以經(jīng)塔板開孔滲流由接觸塔板向下流動(dòng)。
當(dāng)設(shè)有錯(cuò)流接觸塔板的塔在正常操作時(shí)，氣體經(jīng)接觸塔板上的開孔向上流動(dòng)而液體由其緊鄰的上一層接觸塔板的降液管向該接觸塔板供給。塔板上收集下來的液體形成一液體薄層，而氣液接觸就發(fā)生在接觸塔板上的這一層液體中。液層厚度由降液管溢流堰的高度所決定。由溢流堰頂溢流的液體經(jīng)降液管排除，從塔板上的液體中脫離出的氣體向上流動(dòng)到達(dá)緊鄰的上一層接觸塔板并在此與液體再次接觸。向上流動(dòng)的氣體會(huì)夾帶一些液體，而存在于氣體中的液體對(duì)塔的操作性能有不利影響。
為降低液體夾帶量，在USA專利說明書第1983762號(hào)中已設(shè)計(jì)對(duì)此塔增設(shè)多塊帶有旋流管和從板上排除液體的裝置的水平分離塔板，其中每一分離塔板設(shè)置在一塊接觸塔板的上方。緊接的一塊上層接觸塔板則設(shè)置在此分離塔板的上方。
旋流管為一內(nèi)設(shè)旋流發(fā)生裝置的圓筒管。正常操作時(shí)，夾帶有液體的氣體流經(jīng)旋流管，旋流發(fā)生裝置使氣體旋轉(zhuǎn)；在離心力作用下，夾帶的液體運(yùn)動(dòng)離開旋流管中心并聚集在圓筒管的內(nèi)表面上在此形成液體薄膜。在管的頂端液膜破碎，液滴運(yùn)動(dòng)離開管子；這些液滴應(yīng)該降落到分離塔板上。但有些液滴的運(yùn)動(dòng)途徑將會(huì)如此它們打在分離塔板上方的接觸塔板上并通過該接觸塔板上的開孔而被夾帶。為降低此種夾帶，旋流管頂端直接對(duì)著分離塔板上方的接觸塔板的開孔排放以使氣體流向接觸塔板的開孔而液體打在開孔周圍的接觸塔板上。由此已知的分離塔板包括許多旋流管，其數(shù)目與下一上層接觸塔板上的開孔數(shù)一樣多，其中旋流管的直徑與下一上層接觸塔板上的開孔直徑相等。此處旋流管的設(shè)計(jì)與開孔的設(shè)計(jì)相似。因此，所知的分離塔板的凈有效截面與接觸塔板的凈有效截面相等。分離塔板的凈有效截面定義為旋流管上開孔的面積除以分離塔板的有效面積。而接觸塔板的凈有效截面定義為板上開孔面積除以接觸塔板的有效面積。已知塔的一個(gè)缺陷是需要巨大數(shù)量的旋流管，這使得已知的塔造價(jià)高昂。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種設(shè)有更少數(shù)量的其直徑大于接觸塔板上開孔直徑的分離塔板。
為此目的，根據(jù)本發(fā)明的具有流體進(jìn)出口的氣液逆流接觸塔，在塔內(nèi)沿軸向間隔設(shè)置了多塊水平接觸塔板，各接觸塔板均有開孔；該塔進(jìn)一步還設(shè)置有多塊水平分離塔板，各分離塔板放置在接觸塔板上方，每塊分離塔板均帶有旋流管和用于從分離塔板上除去液體的裝置。其中各旋流管均設(shè)有一放置在旋流管頂端的環(huán)狀U型彎頭導(dǎo)流板。
正常操作時(shí)，液滴將脫離旋流管頂端的液膜。液滴由U型彎頭導(dǎo)流板強(qiáng)制向下流到分離塔板上。結(jié)果，液滴一般將不會(huì)向上運(yùn)動(dòng)到下一上層接觸塔板，因此，不需要旋流管的頂端直接對(duì)著分離塔板上方的接觸塔板的開孔排放。因而根據(jù)本發(fā)明，塔內(nèi)旋流管的直徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于接觸塔板上的開孔直徑，這進(jìn)一步意味著可以采用較少量的旋流管。適宜的旋流管直徑至少是接觸塔板開孔直徑的三倍，而且旋流管的直徑不超過接觸塔板開孔直徑的二十倍。
本發(fā)明的塔的進(jìn)一步的優(yōu)勢(shì)在于分離塔板的凈有效截面大于已知的分離塔板的凈有效截面。由于分離塔板上的壓降隨旋流管中氣速的增加而增加，而且該氣速與凈有效截面成反比，所以該分離塔板上的壓降要小于已知的分離塔板上的壓降。
現(xiàn)參考附圖通過實(shí)施例來更為詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中

圖1示意表示根據(jù)本發(fā)明的氣液逆流接觸塔的部分剖面圖，以及圖2示意表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)替代的氣液逆流接觸塔的部分剖面圖。
現(xiàn)參考圖1。塔1設(shè)有水平接觸塔板5、6、7和8，它們?cè)谒?內(nèi)沿軸向間隔設(shè)置。水平接觸塔板5、6、7和8為通常所說的篩板。篩板是一種帶有孔狀通路的平板；為清楚起見，板上的開孔沒有用參考標(biāo)號(hào)來標(biāo)記。水平接觸塔板5、6、7和8分別設(shè)有降液管10、11、12和13。降液管10在接觸塔板5的下方通到其后的下層接觸塔板6，依此類推。降液管13開口于其上的塔板未示出，而實(shí)際上附屬于該塔的最下層分離塔板的降液管將通到塔的底部。
塔1在下端設(shè)有一氣體入口和一液體出口，在頂端設(shè)有一液體入口和一氣體出口；圖1中未示出氣體入口、液體出口、液體入口及氣體出口。
塔1進(jìn)一步還設(shè)有水平分離塔板15、16和17，每一分離塔板15、16或17放置在一塊接觸塔板6、7或8上方。分離塔板15、16和17設(shè)有旋流管20、21和22。旋流管20、21和22內(nèi)部設(shè)有旋流發(fā)生裝置25，例如它可是旋流葉片。各分離塔板15、16或17進(jìn)一步有從分離塔板上排除液體的裝置，其形式為降液管29、30及31。分離塔板15的降液管29經(jīng)降液管11通到分離塔板15下方的第二塊接觸塔板7上，以此類推。提請(qǐng)注意分離塔板17下方的第二塊接觸塔板未示出，而接觸塔板5上方的分離塔板也未示出。
各旋流管20、21或22分別設(shè)有一環(huán)狀U型彎頭導(dǎo)流板34、35和36，設(shè)置在旋流管20、21或22的頂端。
正常操作時(shí)，氣體經(jīng)塔1底端的氣體入口(未示出)供給塔1，液體經(jīng)塔1頂端的液體入口(未示出)供給塔1。在塔1中，氣體和液體在水平接觸塔板5、6、7和8上相接觸交換質(zhì)和/或熱。氣液接觸以后液體和氣體經(jīng)塔1頂端的氣體出口(未示出)及塔1底部的液體出口(未示出)從塔1排出。過量液體經(jīng)降液管10、11、12和13從接觸塔板5、6、7和8排出，而一些液體將隨向上流動(dòng)的氣體夾帶出去。
塔的操作性能決定于作為液體流量函數(shù)的最大氣流量；其中最大氣流量為上升氣體開始夾帶液體時(shí)的氣體流量。
為改善該塔的操作性能，必須減少夾帶量。為減少液體夾帶量，塔1設(shè)有分離塔板15、16和17。在分離塔板15、16和17的旋流管20、21和22中，夾帶有液體的上升氣流經(jīng)受一離心運(yùn)動(dòng)，其結(jié)果是液體從氣體中分離出來。分離出的液體聚集在旋流管20、21和22的內(nèi)表面。在旋流管20、21和22的頂端，液體將脫離旋流管20、21和22的內(nèi)表面。U型彎頭導(dǎo)流板34、35和36將脫離出的液體導(dǎo)向分離塔板15、16和17的塔板上。液體經(jīng)開口于接觸塔板6、7和8的降液管11、12和13中的降液管29、30和31從分離塔板上排出。
為表明本發(fā)明的塔在操作性能上的改進(jìn)之處，在一內(nèi)徑為45cm的塔內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)。該塔內(nèi)裝設(shè)了四塊接觸塔板，板間距為600mm。接觸塔板為凈有效截面為20％的篩板，各接觸塔板均設(shè)有通到塔板下方的降液管。該塔設(shè)有四塊分離塔板，每塊分離塔板直接放置于一接觸塔板之上。每塊分離塔板設(shè)有5個(gè)直徑為110mm的旋流管，而每一旋流管帶有一U型彎頭導(dǎo)流板。分離塔板的凈有效截面為30％。
該塔在相應(yīng)于流動(dòng)參數(shù)范圍在0.05～0.15之間的液體流量下操作，其中流動(dòng)參數(shù)定義為(L/G)*(ρl/ρg)1/2。對(duì)于這些流動(dòng)參數(shù)，可達(dá)到相應(yīng)于最大負(fù)荷參數(shù)范圍在0.20-0.18m/s之間的最大氣流量，其中負(fù)荷參數(shù)定義為Ug*(ρg/(ρl-ρg)1/2上述的定義中L為液體流量，m3/s；G為氣體流量，m3/s；ρl為液體密度，kg/m3；ρg為氣體密度，kg/m3；Ug為表現(xiàn)氣體速度，m/s。
接觸塔板和分離塔板上的總壓降在500～4000Pa之間。
現(xiàn)在考察兩個(gè)并非根據(jù)本發(fā)明的塔的實(shí)施例。沒有分離塔板時(shí)，對(duì)于同樣的流動(dòng)參數(shù)，最大負(fù)荷參數(shù)約為0.12～0.10，而壓力降在250～2000Pa之間。因此根據(jù)本發(fā)明的塔達(dá)到高的最大負(fù)荷參數(shù)，其代價(jià)是壓力降較大。
將本發(fā)明的塔內(nèi)的分離塔板用與篩板的凈有效截面相同即具有20％凈有效截面的分離塔板來代替，并將旋流管用不帶U型彎頭導(dǎo)流板的旋流管代替，則獲得較低的最大負(fù)荷參數(shù)和較大的壓力降。
為從氣體中分離液體，旋流管設(shè)有一環(huán)狀U型彎頭導(dǎo)流板。正常操作時(shí)，液體沿旋流管管壁內(nèi)表面向上流動(dòng)，流進(jìn)一個(gè)由環(huán)狀U型彎頭導(dǎo)流板與旋流管管壁所限定的環(huán)形通道中。液體沿旋流管管壁內(nèi)表面向上流動(dòng)并沿旋流管管壁的外表面向下流動(dòng)。一些氣體將與液體一起流經(jīng)環(huán)形通道。
為抑制氣體隨液體一起流過環(huán)形通道，對(duì)環(huán)狀U型彎頭導(dǎo)流板加工成型，將液體在其中向下流過的環(huán)形通道部分作成向下收縮的形狀。環(huán)狀U型彎頭導(dǎo)流板的這一設(shè)計(jì)形式應(yīng)用于圖1中所示的旋流管20。由U型彎頭導(dǎo)流板34的邊緣40與旋流管20外表面所形成的環(huán)的表面積小于由U型彎頭導(dǎo)流板34的內(nèi)表面與旋流管20的外表面在旋流管頂端41所形成的環(huán)的表面積。
另一方面，正常操作時(shí)，由存在于分離塔板上的液體對(duì)U型彎頭導(dǎo)流板開口處的液封作用可防止液體對(duì)氣體的夾帶。此種設(shè)計(jì)應(yīng)用于旋流管21中，其中U型彎頭導(dǎo)流板35的外壁45向下延伸到降液管30的溢流堰47的堰頂以下。
為進(jìn)一步減少液體的夾帶，旋流管22設(shè)有一液滴捕集器，其型式為放置在U型彎頭導(dǎo)流板36的氣體出口端的擴(kuò)口環(huán)49。
接觸塔板可用任何合適的接觸塔板，例如浮閥塔板來代替篩板。
在以上對(duì)本發(fā)明的敘述中，由分離塔板15排出的液體返回到接觸塔板6下方的分離塔板15所屬于的接觸塔板7；這也適用于其它分離塔板16和17。當(dāng)塔在低液體負(fù)荷下操作時(shí)，由分離塔板所分離出的至少一部分液體可以返回到該分離塔板所屬于的接觸塔板。這可以采用設(shè)置在分離塔板開口區(qū)的降液管或采用在分離塔板下方的接觸塔板上開設(shè)的降液管來實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明提供對(duì)于現(xiàn)有塔的一種改進(jìn)即減小了流到下一上層塔板上的氣體所夾帶的液體量。據(jù)此，本發(fā)明允許在較高的負(fù)荷參數(shù)下對(duì)塔進(jìn)行操作。
在討論圖2的替代實(shí)施方案之前，注意力放在增加負(fù)荷參數(shù)對(duì)于接觸塔板操作性能的影響上。為此目的，參考具有降液管12的接觸塔板7(圖1)。正常操作時(shí)，氣體向上流動(dòng)通過接觸塔板7上的開孔并與存在于塔板7上的液層進(jìn)行接觸。在接觸以后液氣分離，氣體夾帶著液體向上流動(dòng)而其中分散有氣體的液體經(jīng)降液管12從接觸塔板7上除去。降液管12充滿了氣液分散體系。降液管12中的液體高度正比于接觸塔板7上的壓力降。由于塔板壓力降與表現(xiàn)氣速成正比從而與負(fù)荷參數(shù)成正比，因此降液管中的液體高度正比于負(fù)荷參數(shù)。由于液體高度不能超過降液管12的高度，因此降液管的高度就限制了負(fù)荷參數(shù)。
為消除由接觸塔板的降液管所造成的局限，設(shè)計(jì)用一種不帶降液管的逆流接觸塔板代替錯(cuò)流接觸塔板。
現(xiàn)參考圖2，圖中所示為本發(fā)明的一個(gè)替代的實(shí)施方案，其中與圖1所示相似的部分用同樣的參考標(biāo)號(hào)標(biāo)記。
圖2所示的實(shí)施方案與圖1所示的實(shí)施方案有二個(gè)方面不同。其一是用逆流接觸塔板代替了接觸塔板。為清楚起見，僅示出了兩塊接觸塔板，這兩塊塔板用參考標(biāo)號(hào)6′和7′標(biāo)記。其二是一塊分離塔板的降液管開口于該分離塔板下方的第二塊接觸塔板上；這意味著分離塔板15的降液管延伸到分離塔板15下方的第二塊接觸塔板7′上而分離塔板16的降液管延伸到分離塔板16下方的第二塊接觸塔板(未示出)上。加長的降液管用參考標(biāo)號(hào)29′和30′標(biāo)記。為完整起見，參考標(biāo)號(hào)50系指來自設(shè)置在塔1內(nèi)更上一層的分離塔板(未示出)的加長降液管。
正常操作時(shí)，氣體通過塔1下端的氣體入口(未示出)供給塔1，液體通過塔1頂端的液體入口(未示出)供給塔1。在塔1內(nèi)，氣體和液體在水平接觸塔板上相接觸交換質(zhì)和/或熱，其中示出了二塊塔板，用參考標(biāo)號(hào)6′和7′標(biāo)記。在接觸以后液體和氣體通過塔1頂部的氣體出口(未示出)與塔1底部的液體出口(未示出)從塔1排出。
向上流過塔1的氣體在接觸塔板7上與來自降液管29′的液體相接觸并在接觸塔板6′上與來自降液管50的液體相接觸。接觸塔板6′和7′即為所說的不帶降液管的逆流接觸塔板。逆流接觸塔板這一名稱來源于如下事實(shí)在低的氣體速度時(shí)，氣體通過板上的開孔向上運(yùn)動(dòng)而液體通過這些開孔向下滴流。然而，本發(fā)明的塔1在相當(dāng)高的負(fù)荷參數(shù)下操作，這意味著氣速很大足以夾帶液體。這樣一來，液體與上升氣體一起從塔板7排出，而液體和氣體在分離塔板16的旋流管25中得以分離。從氣體中分離出的液體經(jīng)降液管30′流到設(shè)置于接觸塔板7′T方的一塊接觸塔板(未示出)上。上升氣體在接觸塔板6′上與由降液管50供給的液體相接觸。進(jìn)一步，液體與上升氣體一起從塔板6′排出，而液體和氣體在分離塔板15的旋流管25中得以分離。從氣體中分離出的液體經(jīng)降液管29′流到設(shè)置于接觸塔板6′下方的接觸塔板7′上。
本實(shí)施方案具有兩個(gè)優(yōu)勢(shì)。第一個(gè)優(yōu)勢(shì)是降液管29′和30′比圖1所示的實(shí)施方案中的降液管要高。因此這些降液管中的液體高度可以較高，從而圖2中所示的塔能夠在較高的負(fù)荷參數(shù)下操作。第二個(gè)優(yōu)勢(shì)在于如下事實(shí)由旋流管25分離出的液體基本上不含氣體。因?yàn)橥ㄟ^旋流管裝置分離得到的液體基本上不含氣體，由此流經(jīng)降液管29′和30′的基本上是清液。這意味著對(duì)同樣數(shù)量的液體，分離塔板的降液管與必須處理氣液分散體系的接觸塔板的降液管相比，其橫截面較小。尺寸的差別可達(dá)到75％。因此，接觸塔板6′和7′的有用面積比圖1中所示的接觸塔板6和7的有用面積要大得多。
權(quán)利要求
1.具有流體進(jìn)、出口的氣液逆流接觸塔在塔內(nèi)沿軸向間隔設(shè)置有多塊水平接觸塔板，各接觸塔板上均有開孔；該塔進(jìn)一步還設(shè)有多塊水平分離塔板，每塊分離塔板放置在一接觸塔板上方，各分離塔板均帶有旋流管和用于從分離塔板上排出液體的裝置，其中各旋流管均帶有設(shè)置在旋流管頂端的環(huán)狀U型彎頭導(dǎo)流板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的塔，其中各接觸塔板均設(shè)有通到接觸塔板下方的降液管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的塔，其中用于從分離塔板上排出液體的裝置包括一個(gè)通到分離塔板下方的降液管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的塔，其中各接觸塔板均設(shè)有一個(gè)通到接觸塔板下方的降液管，其中用于從分離塔板上排除液體的裝置包括一個(gè)通入分離塔板下方的接觸塔板的降液管中的降液管。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的塔，其中分離塔板的降液管通到該分離塔板下方的第二塊接觸塔板上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的塔，其中用于從分離塔板上排除液體的裝置包括一個(gè)通到該分離塔板下方的第二塊接觸塔板上的降液管，其中接觸塔板為逆流接觸塔板。
7.根據(jù)權(quán)利要求3-6中任一項(xiàng)的塔，其中U型彎頭導(dǎo)流板的外壁延伸到降液管的溢流堰堰頂以下。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)的塔，其中由U型彎頭導(dǎo)流板的邊緣與旋流管外表面所形成的環(huán)的表面積小于由U型彎頭導(dǎo)流板的內(nèi)表面與旋流管的外表面在旋流管頂端所形成的環(huán)的表面積。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)的塔，其中旋流管設(shè)有在U型彎頭導(dǎo)流板的氣體出口端設(shè)置的液滴捕集器。
全文摘要
氣液逆流接觸塔(1)在塔下端設(shè)有一氣體入口和一液體出口，塔頂端設(shè)有一液體入口和一氣體出口。在塔(1)內(nèi)沿軸向間隔設(shè)置了多塊水平接觸塔板(5，6，7，8)，各接觸塔板(5，6，7，8)上均設(shè)有開孔以及通到接觸塔板(5，6，7，8)下方的降液管(10，11，12，13)；該塔還設(shè)有多塊水平分離塔板(15，16，17)，每塊分離塔板(15，16，17)放置于一接觸塔板(6，7，8)的上方，各分離塔板(15，16，17)均帶有旋流管(20，21，22)以及用于從分離塔板(15，16，17)上排除液體的裝置(29，30，31)。其中各旋流管(20，21，22)均帶有一放置在旋流管(20，21，22)頂端的環(huán)狀U形彎頭導(dǎo)流板(34，35，36)。
文檔編號(hào)B01D3/18GK1151124SQ95192234
公開日1997年6月4日 申請(qǐng)日期1995年3月21日 優(yōu)先權(quán)日1994年3月24日
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