一种立式喷射态塔盘的制作方法

1.本发明涉及一种用于石油化工生产过程中进行气液接触传质的设备，尤其涉及一种用于石化行业中使用的吸收塔、冷却塔、水洗塔、精馏塔等气液接触传质设备。


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。塔的形式分为板式塔、填料塔。而板式塔根据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，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.立式喷射塔盘是一种板上有喷射罩体，喷射罩与塔盘之间有一定间隙，喷射罩上设置有导向喷射孔的板式塔。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。再通过喷射罩上方的喷射孔道从罩内喷射出去，在罩体外面气液在重力作用下实现分离，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，实现气液的传质和传热过程。
4.专利zl93218455.6公开了一种梯形立式喷射塔盘气液接触组合元件，在组合元件的底部和顶部敞开的梯形喷射罩上设置安装分离板或者顶部开有喷射空的曲面盖板，在喷射罩四面开有喷射口。
5.专利zl99200122.6公开了一种径向侧导喷射塔板，在喷射罩的四周及顶盖上安装了导向板以防止液体返混，降低塔板阻力。
6.专利zl01221921.5公开了一种立式喷射传质塔盘，在喷射罩上方安装了三层立体排布的分离版，以降低雾沫夹带量，提高塔板分离效率。
7.以上各种立式喷射塔盘均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。但是现有立式喷射塔盘均存在以下问题：立式喷射塔盘的传质效果取决于气液比，即立式喷射塔盘适合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，立式喷射塔盘无法实现稳定运行。


技术实现要素：

8.针对现有立式喷射塔盘存在的低气量无法形成液体喷射传质的问题，本发明提供一种高传质效率、超低气相操作条件的立式喷射塔盘。本发明的塔盘可以有效提升立式喷射塔盘的低负荷操作弹性，浮阀可根据气量自动调节，且无液体返混。本发明的塔盘安装和拆卸方便，提高了塔板效率，效果显著。
9.本发明的立式喷射塔盘设计方案为：一种立式喷射态塔盘，该塔盘包括塔板和设置于塔板上的若干传质元件；所述传质元件包括塔板开孔、升气道、浮阀、塔板帽罩和气液分离板；
所述升气道截面形状与塔板开孔形状一致，且升气道固定在塔板开孔上；升气道顶部设置浮阀，所述浮阀顶部设有开孔；所述塔板帽罩截面形状与升气道截面形状一致，且固定在升气道的外侧；塔板帽罩下沿与塔板上表面之间具有间隙，塔板帽罩上沿高于升气道上沿；所述气液分离板位于塔板帽罩上方，且与塔板帽罩固定连接；气液分离板与塔板帽罩上沿之间具有用于气体流通的间隙。
10.进一步，所述塔板由多个塔板段组装构成，塔板段数量一般为3~10个，优选为3~8个。
11.进一步，所述塔板段上塔板开孔和传质元件为一一对应关系。塔板段上传质元件数量（或开孔数量）为1~100个，优选为1~50个。
12.进一步，所述塔板开孔可以为长方形、正方形、三角形、圆形等，优选为圆形。塔板开孔直径一般为10~100mm，开孔直径优选为20~80mm。塔板段上塔板开孔位置排布可设计为平行、交错、三角等形式，优选为平行排布。
13.进一步，所述升气道形状与塔板开孔形状一致且升气道固定在塔板开孔上，升气道截面形状可以为长方形、正方形、三角形、圆形等，优选为圆形或者长方形。升气道高度一般为10~100mm，优选高度为10~50mm。升气道顶部设置浮阀，当浮阀闭合时，升气道顶部距离板上液层上液面距离为1~20mm，优选为1~10mm。
14.进一步，升气道顶部浮阀的固定方式采用特定结构物理连接方式。每个浮阀下部位置焊接3~8个支腿，优选为3~5个。升气道侧壁上设置非对称h型通道（浮阀支腿固定通道），h型通道一侧为浮阀支腿进入口（开口处位于升气道顶部边缘），长度一般为5~40mm，优选为5~20mm；h型通道另一侧为浮阀可上升/下降的活动高度，该通道上端与升气道上边缘距离为5mm，该通道下端与升气道下边缘距离5mm，通道长度一般为10~40mm，优选为10~30mm。两条垂直的h型通道之间设置一水平通道，水平通道长度一般为1~10mm，优选1~5mm。h型通道与浮阀支腿一一对应。
15.进一步，浮阀顶部设置小孔的形状可以为圆形、三角形、正方形、长方形，优选为圆形，直径为1~10mm，优选为3~7mm，数量为1~10个，优选为1~5个。小孔排列形式优选为均匀排布。
16.进一步，所述塔板帽罩形状与升气道一致且塔板帽罩固定在升气道外侧，塔板帽罩截面形状可以为长方形、正方形、三角形、圆形等，优选为圆形。塔板帽罩与升气道之间设置一定缝隙，缝隙宽度一般为3~50mm，优选为3~30mm。塔板帽罩与塔板之间设置一定间隙，间隙高度一般为3~100mm，优选为3~50mm。塔板帽罩高度一般为30~250mm，优选为50~200mm，且塔板帽罩上沿需高于升气道上沿，二者高度差为1~50mm，优选为1~40mm。塔板帽罩相互之间的间距为10~200mm，优选为20~200mm。
17.进一步，降液系统（降液管和受液盘）不进行特殊设计，与现有塔内降液系统相同；塔盘固定方式（塔壁和支撑圈）不进行特殊设计，便于与常规塔盘进行匹配切换。所设计塔板段宽度为200~500mm，优选为200~400mm；塔板段宽度必须小于人孔直径，便于塔盘安装。
18.进一步，本发明的立式喷射塔盘采用组装式塔板，每块塔板均采用3~10块塔板段组装而成，优选采用3~6块塔板段。每段塔板段的尺寸可以根据塔的大小及实际组装条件进行优化确定。
19.本发明与现有技术相比具有如下优点：1、本发明立式喷射态浮阀塔盘与传统喷射态塔盘相比，在升气道顶部设置可灵活浮动的浮阀，当上升气相量小时（气相负荷处于50%~60%），气体上升推力不足以推开浮阀，气体通量较小；当上升负荷大于40%而小于50%时，帽罩内浮阀实现气液两相传质过程。当上升气量较大时，由于塔板开孔直径一定，气相量增加时气体推动力增加，则浮阀被气体推起，在保证气液传质效率的同时，增加气体通量。
20.2、本发明塔盘将传统浮阀塔盘和立式喷射塔盘的优点，在改变鼓泡态传质状态为喷射态传质过程时进一步增加了塔盘的气相操作范围。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。
21.3、本发明塔盘既可以用于新塔建设过程，也可以应用于旧塔改造过程，从而实现装置的利旧，减少投资。
附图说明
22.图1为本发明塔盘传质单元的一种分布示意图。
23.图2为本发明塔盘传质单元的又一种分布示意图。
24.图3为本发明立式喷射浮阀的结构示意图。
25.图4为本发明立式喷射浮阀传质单元的结构示意图。
26.图5为本发明中浮阀的结构示意图。
27.图6为本发明中浮阀浮动通道的结构示意图。
28.其中，各数字标记分别对应：1-塔壁，2-支撑圈，3-降液管，4-传质单元，5-塔板，6-受液盘，7-气液分离板，8-塔板帽罩，9-升气道，10-塔板开孔，11-浮阀，12-浮阀顶部开孔，13-浮阀浮动通道，14-浮阀支腿。
具体实施方式
29.下面结合附图对本发明进行详细说明，但并不因此限制本发明。
30.如图1-6所示，本发明的立式喷射浮阀塔盘由塔板和塔板上的若干个传质元件组成。所述的气液传质元件包括塔板开孔10、升气道9、塔板帽罩8、气液分离板7、浮阀11。所述塔板段上塔板开孔10和传质元件为一一对应关系，塔板段上传质元件数量（或开孔数量）为1~100个，优选为1~50个。塔板开孔10可以为长方形、正方形、三角形、圆形等，优选为长方形。塔板开孔10为长方形时，长方形宽一般为10~20mm，长方形长一般为20~40mm。塔板开孔10的位置排布可设计为平行、交错、三角等形式，优选为平行排布。
31.本发明塔盘中，升气道9截面形状与塔板开孔10一致，且升气道9固定在塔板开孔10上方，。升气道底部与塔板开孔边缘密闭连接。升气道9的高度一般为10~100mm，优选为10~50mm。
32.本发明塔盘中，塔板帽罩8的截面形状与升气道9的截面形状一致且塔板帽罩固定在升气道外侧。塔板帽罩8与升气道9之间设置一定缝隙，缝隙宽度为5~50mm，优选为5~20mm。塔板帽罩8下端（下沿）与塔板5上表面之间设置一定间隙，该间隙高度一般为5~100mm，优选为5~50mm。塔板帽罩8的上沿高于升气道9的上沿，塔板帽罩上沿与升气道上沿的高度差为1~20mm，优选为1~10mm。塔板帽罩的高度一般为30~150mm，优选为50~100mm。相
邻塔板帽罩相互之间的间距一般为20~200mm，优选为50~200mm。
33.进一步，塔板升气道9内浮阀11之间采用通道和支腿相互配合的特定结构作为连接方式。每个浮阀下部位置焊接3~8个支腿14，优选为3~5个。升气道9侧壁上设置非对称h型通道13（浮阀支腿固定通道），h型通道一侧为浮阀支腿进入口（开口处位于升气道顶部边缘），长度为5~40mm，优选为5~20mm；h型通道另一侧为浮阀可上升/下降的活动高度，该通道上端与升气道上边缘距离为5mm，该通道下端与升气道下边缘距离5mm，通道长度为10~40mm，优选为10~30mm；h型通道13数量与浮阀支腿一一对应；两条竖直直的h型通道之间设置一水平通道，水平通道长度为1~10mm，优选1~5mm。浮阀顶部设置若干小孔12，小孔13形状可以是圆形、三角形、正方形、长方形，优选为圆形，直径为1~10mm，优选为3~7mm，数量为1~10个，优选为1~5个。小孔排列形式优选为均匀排布。
34.本发明塔盘中，传质单元的气液分离板7水平设置在塔板帽罩8上方，且与塔板帽罩8之间采用固定连接，优选采用焊接方式连接。气液分离板形状与塔板开孔、塔板帽罩的截面形状一致。气液分离板的面积大于塔板帽罩的水平截面积，即气液分离板可以完全覆盖塔板帽罩的上端开口。优选的，气液分离板的面积设置为塔板帽罩截面积的1.0~2.0倍。本发明塔盘中，降液系统（包括降液管3和受液盘6）不进行特殊设计，塔盘固定系统（塔壁1和支撑圈2）不进行特殊设计，便于与常规塔盘进行匹配切换。所设计塔板段的宽度一般为200~500mm，优选为200~400mm。塔板段宽度必须小于人孔直径，便于塔盘安装。
35.结合图1-6，本发明立式喷射浮阀塔盘的工作过程如下：液体从上层塔板的降液管进入塔盘，并在塔盘上形成一定高度液层，液层高度高于浮阀高度而低于气液分离板高度。当气相量处于低负荷状态时，气体从浮阀顶部开孔通过，并在液层中实现气液两相传质过程；当气相量逐渐增加至浮阀顶部开孔不足以满足气体通量要求时，浮阀上移，且大部分气体从浮阀与升气道之间缝隙流出并形成喷射态，实现气液两相的喷射态传质过程；传质后气体携带液体继续向上流动，撞击到气液分离板进行气液分离；液体向下进入塔盘液层，气体经气液分离板与塔板帽罩之间缝隙离开传质元件，并向上进入上层塔板。
36.应用实施例：在dn600的实验塔内，常压下采用空气、水物系进行冷模实验，塔内设一层普通立体喷射塔板和一层新型立式喷射浮阀塔板进行对比实验。
37.普通立体喷射塔板结构参数如下：降液管面积/塔横截面面积=13.2％，塔板开孔率10％ ( 溢流堰长220mm，塔板外罩直径90mm)，喷射罩间距200mm，板间距500mm，外罩高200mm，有效喷射区域100mm。
38.立式喷射浮阀塔板结构参数如下：降液管面积/塔横截面面积=12％，为了便于比较，升气道设计为圆形，同样升气道直径50mm，升气道与塔板外罩间距为15mm，塔板外罩距塔板高度为30mm，升气道顶部距分离板高度为80mm，同层相邻两个传质单元之间间距200mm，板间距500mm，区域内开孔率20％。
39.调节气体流量，保持液体流量为10m3/h，测量两种塔板不同液相负荷下的板压降以及两种塔板的板孔动能因子。
40.表1
由上述对比实验可以看出，在相同的操作条件下，立式喷射浮阀塔板压降要比普通立体喷射塔板压降低30％以上，且操作弹性有所提高：常规喷射塔板正常操作时f0的范围为4.5~20pa
0.5
之间，而超出此范围时，立式喷射浮阀塔盘仍能良好运行。

技术特征：
1.一种立式喷射态塔盘，该塔盘包括塔板和设置于塔板上的传质元件；其特征在于，所述传质元件包括塔板开孔、升气道、浮阀、塔板帽罩和气液分离板；所述升气道截面形状与塔板开孔形状一致，且升气道固定在塔板开孔上；升气道顶部设置浮阀，所述浮阀顶部设有开孔；所述塔板帽罩截面形状与升气道截面形状一致，且固定在升气道的外侧；塔板帽罩下沿与塔板上表面之间具有间隙，塔板帽罩上沿高于升气道上沿；所述气液分离板位于塔板帽罩上方，且与塔板帽罩固定连接。2.根据权利要求1所述的塔盘，其特征在于，所述塔板由多个塔板段组装构成，塔板段数量为3~10个。3.根据权利要求1所述的塔盘，其特征在于，所述塔板开孔和所述传质元件为一一对应关系。4.根据权利要求3所述的塔盘，其特征在于，所述传质元件的数量为1~100个。5.根据权利要求1所述的塔盘，其特征在于，所述塔板开孔为长方形、正方形、三角形或圆形；塔板开孔直径为10~100mm。6.根据权利要求1所述的塔盘，其特征在于，所述升气道的高度为10~100mm。7.根据权利要求1所述的塔盘，其特征在于，当升气道顶部的浮阀闭合时，升气道顶部距离塔板上液层上液面距离为1~20mm。8.根据权利要求1所述的塔盘，其特征在于，每个浮阀下部位置焊接3~8个支腿，升气道侧壁上设置非对称h型通道，h型通道一侧为浮阀支腿进入口，h型通道另一侧为浮阀可上升/下降的活动高度。9.根据权利要求1所述的塔盘，其特征在于，所述浮阀顶部设置开孔的形状为圆形、三角形、正方形或长方形，优选为圆形。10.根据权利要求9所述的塔盘，其特征在于，浮阀顶部开孔形状为圆形，直径为1~10mm，数量为1~10个。11.根据权利要求1所述的塔盘，其特征在于，所述塔板帽罩与升气道之间设置一定缝隙，塔板帽罩下沿与塔板之间设置一定间隙，塔板帽罩上沿高于升气道上沿。12.根据权利要求1所述的塔盘，其特征在于，所述缝隙的宽度为3~50mm，所述间隙高度为3~100mm。13.根据权利要求11所述的塔盘，其特征在于，所述塔板帽罩高度为30~250mm，塔板帽罩上沿高于升气道上沿1~50mm。14.根据权利要求1所述的塔盘，其特征在于，所述塔板帽罩相互之间的间距为10~200mm。

技术总结
本发明公开了一种立式喷射态塔盘。该塔盘包括塔板和若干传质元件；所述传质元件包括塔板开孔、升气道、浮阀、塔板帽罩和气液分离板；所述升气道固定在塔板开孔上；升气道顶部设置浮阀，所述浮阀顶部设有开孔；所述塔板帽罩固定在升气道外侧；塔板帽罩下沿与塔板上表面之间具有间隙，塔板帽罩上沿高于升气道上沿；所述气液分离板位于塔板帽罩上方，且与塔板帽罩固定连接；气液分离板与塔板帽罩上沿之间具有用于气体流通的间隙。本发明的立式喷射塔盘操作弹性大，适应能力强，可以实现在小气相量条件下的高效传质过程。件下的高效传质过程。件下的高效传质过程。


技术研发人员：陈建兵 高明 张英 胡珺 李明一
受保护的技术使用者：中国石油化工股份有限公司大连石油化工研究院
技术研发日：2022.01.15
技术公布日：2023/7/26