專利名稱：一種防結(jié)垢抗臟堵塔板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利涉及板式分離塔的塔板。
背景技術(shù)：
在石油化工、氯堿、化肥、煤化工等許多行業(yè)中，采用塔器分離時(shí)常會(huì)遇到由于物料中含有大量固體顆粒(如泥砂，碳黑等)，或者由于化學(xué)反應(yīng)生成易結(jié)垢的物質(zhì)(如CaCl2，CaCO3，MgCO3等)造成塔板或填料堵塞，因而不得不經(jīng)常停車清洗除垢，嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)。例如我國環(huán)氧丙烷裝置中的皂化工段是一座反應(yīng)蒸餾塔，由氯丙醇與石灰乳反應(yīng)生成環(huán)氧丙烷和HCl，石灰乳中Ca(OH)2、Mg(OH)2與反應(yīng)生成的HCl和空氣中的CO2反應(yīng)生成了大量CaCO3、CaCl2和少量的MgCl2、MgCO3等易結(jié)垢無機(jī)鹽，使得皂化塔塔板上的篩孔或傳質(zhì)元件極易堵塞金陵分公司化工二廠皂化塔嚴(yán)重時(shí)5-6天需停車清洗一次；上海高橋分公司化工三廠皂化塔改造后一月左右清洗一次……，這樣的清洗既影響生產(chǎn)能力和穩(wěn)定性、又造成氯丙醇原料的浪費(fèi)，此外清洗除垢過程人力勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作環(huán)境惡劣。雖然近30年來，國內(nèi)外塔器專家開發(fā)出了許多的高效和大通量新型塔板，但對(duì)專門適用于易結(jié)垢、臟堵物系的系列塔板的研究幾乎是空白。因此開發(fā)出專門一類具有超強(qiáng)防結(jié)垢抗臟堵性能的塔板勢(shì)在必行。
解決塔板表面結(jié)垢臟堵問題的關(guān)鍵首先在于材質(zhì)的選擇，傳統(tǒng)的塔板一般都是采用碳鋼、不銹鋼等金屬材料，金屬材料的表面自由能通常很高，易引發(fā)CaCO3等無機(jī)鹽結(jié)晶成垢。專利ZL99219531.4曾報(bào)導(dǎo)了一種適用于環(huán)氧丙烷皂化反應(yīng)塔的阻垢塔板，它是由基材層和阻垢層復(fù)合而成的篩板，阻垢層是特氟隆材料。特氟隆表面自由能很低，可以較好地防止不溶性無機(jī)鹽和固體雜質(zhì)粘附其表面，但是特氟隆與鋼材基層大面積的燒結(jié)復(fù)合工藝復(fù)雜，造價(jià)高，均勻性難以保證，特別是篩孔內(nèi)側(cè)和邊緣部分，能否有適合的工藝手段達(dá)到專利中要求的效果尚要待考證。此外，篩孔長期經(jīng)受高速氣相的沖刷，特氟隆表層會(huì)逐漸磨損，經(jīng)過一段時(shí)間后會(huì)退回至原先篩孔易堵的狀況，因此防垢抗臟的壽命較短。

發(fā)明內(nèi)容
我們通過實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)石墨和聚四氟乙烯是制造防結(jié)垢抗臟堵性能的塔板的理想材料。首先石墨和聚四氟乙烯的化學(xué)鍵均已飽和，其表面自由能極低，可有效防止不溶性無機(jī)鹽和固體雜質(zhì)在其表面粘附或結(jié)晶在相同試驗(yàn)條件下，將紫銅、黃銅、不銹鋼、碳鋼、石墨和聚四氟乙烯浸泡于100℃的CaCO3和Ca(OH)2溶液中一周后，在顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，紫銅、黃銅表面形成完整的垢層，碳鋼表面腐蝕較嚴(yán)重，腐蝕產(chǎn)物與沉積產(chǎn)物并存，不銹鋼表面既凝固有較大團(tuán)狀物，也有細(xì)小的結(jié)晶顆粒，而石墨和聚四氟乙烯表面僅有少量疏松的無定形體CaCO3，在較低速度的水或風(fēng)沖刷下(均小于塔板表面實(shí)際水速和通過塔板的氣速)，無定形體CaCO3，即被去除，材料表面光潔如初。其次石墨和聚四氟乙烯的耐溫和耐腐蝕性能較好，完全滿足塔內(nèi)的溫度和抗腐蝕性要求。再次，石墨和聚四氟乙烯具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和可加工性能，塔板的部分結(jié)構(gòu)或全體均可用其制作，克服了特殊材料復(fù)合層或鍍層壽命短的缺點(diǎn)。
一般工業(yè)精餾塔都采用連續(xù)精餾操作，原料會(huì)源源不斷地進(jìn)入到塔內(nèi)的每層塔板，原料內(nèi)的易垢物隨液相在塔板表面流動(dòng)過程中，即使不易在特殊材料的塔板表面沉積結(jié)垢，但受塔板溢流堰的阻擋，勢(shì)必會(huì)在每層塔板上累積，最終容易造成塔板和板上傳質(zhì)元件的堵塞。因此在抓住塔板材料這一關(guān)鍵的同時(shí)，還必須結(jié)合流體力學(xué)、氣體動(dòng)力學(xué)來實(shí)現(xiàn)塔板結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，從而徹底解決塔板的結(jié)垢堵塞問題。
本發(fā)明專利提出了一種防結(jié)垢抗臟堵塔板，可以有效防止料液中固體在塔板表面沉積結(jié)垢，或易垢物在每層塔板上的長時(shí)間累積造成的塔板堵塞等問題，保證塔板在處理臟堵體系過程中能夠連續(xù)正常穩(wěn)定操作。
本發(fā)明專利的技術(shù)方案如下一種防結(jié)垢抗臟堵塔板，主要包括塔板平板、平板上開有若干與液流方向一致的導(dǎo)向孔、平板上有降液管和溢流堰，平板采用石墨或聚四氟乙烯制作，平板厚度為5～50mm，具體根據(jù)塔徑大小和強(qiáng)度要求確定，溢流堰的底部開有溢流堰窄縫。塔板的其余部分，如降液管、溢流堰等既可采用不銹鋼等金屬，也可用石墨或聚四氟乙烯制作。
上述的防結(jié)垢抗臟堵塔板，所述的溢流堰窄縫的高度為溢流堰整體高度的0.1-0.4，溢流堰窄縫的長度為溢流堰長度的0.8-0.98。
上述的防結(jié)垢抗臟堵塔板，當(dāng)塔徑較大、溢流堰較長或?yàn)榛⌒我缌餮邥r(shí)，在溢流堰窄縫加設(shè)支腳，一般在溢流堰的中央或適當(dāng)?shù)膶?duì)稱位置加設(shè)支腳，支腳可采用寬度為5～20mm鋼片或直徑為2～10mm的細(xì)圓棒，以保證支腳不會(huì)阻礙流體中的易垢物或固體流出，單位長度堰長上的支腳數(shù)目為2～4個(gè)/m。
上述的防結(jié)垢抗臟堵塔板，所述的導(dǎo)向孔的出汽方向與板上液流方向成0～60°角(I型導(dǎo)向孔為0～10°，II型導(dǎo)向孔為10～60°)，導(dǎo)向孔的出汽口為近似矩形、圓形或橢圓形孔。
上述的防結(jié)垢抗臟堵塔板，所述的導(dǎo)向孔的單孔面積為50～150mm2。
上述的防結(jié)垢抗臟堵塔板，當(dāng)采用聚四氟乙烯材料并且板厚＜10mm時(shí)，采用I型導(dǎo)向孔，導(dǎo)向孔可以直接在塔板上壓制成面向溢流堰，結(jié)構(gòu)如圖2-圖4所示，氣體從導(dǎo)向孔中水平或近似水平吹出(與液流方向的角度約為0～10°)，單孔面積在50～150mm2之間。
上述的防結(jié)垢抗臟堵塔板，當(dāng)采用石墨材料或者采用聚四氟乙烯材料塔板厚度≥10mm時(shí)，采用II型導(dǎo)向孔，導(dǎo)向孔為指向溢流堰的斜孔，導(dǎo)向角α在10～60°之間，結(jié)構(gòu)如圖5，孔徑為5～15mm。
氣相經(jīng)導(dǎo)向孔后斜向進(jìn)入液層，氣液接觸路徑、時(shí)間延長，有利于效率提高；同時(shí)充分利用氣相動(dòng)能對(duì)板上液層進(jìn)行推動(dòng)，優(yōu)化板上液層流動(dòng)，消減液面梯度，防止出現(xiàn)局部結(jié)晶或沉淀。導(dǎo)向孔需按一定的方式交錯(cuò)排列于塔板上，導(dǎo)向孔具體直徑和數(shù)目根據(jù)通過塔板的氣液流量確定。
本發(fā)明專利具有以下優(yōu)點(diǎn)1.采用特殊材料石墨或聚四氟乙烯制作的塔板，防粘附、沉積結(jié)垢能力強(qiáng)，比國內(nèi)外具有防結(jié)垢功能的塔板，其加工工藝簡單、使用壽命長，造價(jià)相對(duì)低廉。
2.采用石墨或聚四氟乙烯制作的塔板，有較好的耐溫性能(聚四氟乙烯220℃，石墨450℃)和極高的耐腐蝕、耐溶劑性能。
3.一些易垢物或固體即使不會(huì)在塔板表面沉積結(jié)垢，也能以一種疏松狀態(tài)停留于塔板表面，開設(shè)導(dǎo)向孔可以充分利用氣相動(dòng)能對(duì)塔板表面進(jìn)行沖刷清洗，防止物料停留；同時(shí)合理的布置有利于優(yōu)化流體在塔板上的流動(dòng)，提高板效率。
4.溢流堰底部的窄縫設(shè)計(jì)類似于“江堤的泄沙口”，可有效防止泥沙、易垢物等固體的沉積積累，最大程度的降低塔板結(jié)垢堵塞的可能性。
5.塔板制作加工過程簡單，基本不增加制造成本，實(shí)用性強(qiáng)。


圖1是防結(jié)垢抗臟堵塔板的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是I型導(dǎo)向孔結(jié)構(gòu)外形示意3是聚四氟乙烯壓制的I型導(dǎo)向孔結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是I型導(dǎo)向孔結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖5是II型斜導(dǎo)向孔結(jié)構(gòu)剖面圖；
圖6是底部開有溢流堰窄縫的溢流堰示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下通過實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明專利。
實(shí)施例1.
化工廠環(huán)氧丙烷反應(yīng)精餾塔(皂化塔)，原塔徑2400mm，塔板數(shù)9塊；單降液管型，降液管3形狀為弓形，溢流堰4長1800mm；采用傳統(tǒng)大孔篩板，孔徑12mm；塔板1的材質(zhì)為國產(chǎn)304不銹鋼。實(shí)際生產(chǎn)中平均10天左右就會(huì)發(fā)生塔板堵塞現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)甚至5-6天就需停車，由工作人員穿戴防護(hù)衣和面具進(jìn)塔清垢，這樣嚴(yán)重影響了正常生產(chǎn)，并且清理工工作環(huán)境極其惡劣，勞動(dòng)強(qiáng)度大。據(jù)清理工反映，進(jìn)料液下方的塔板表面有一層較厚的堅(jiān)硬垢層，篩孔被堵死，明顯是由于處理體系的料液中含有的大量無機(jī)鹽沉淀結(jié)晶所致。采用本發(fā)明專利，塔板如圖1、5和6所示，塔板平板1采用石墨材料制成，板厚8mm，塔徑、孔徑、塔板開孔數(shù)和降液管3類型均保持不變，篩板孔改為II導(dǎo)向孔2，如圖5所示，導(dǎo)向孔2與液流方向成45度角，液流堰4下方開有一高5mm的溢流堰窄縫5，溢流堰窄縫5長1750mm，中央設(shè)一寬10mm的薄鋼片支腳6。采用本專利后，塔操作穩(wěn)定，未發(fā)生過塔板堵塞現(xiàn)象。運(yùn)轉(zhuǎn)60天后，檢修期間發(fā)現(xiàn)，塔板表面基本沒有固體垢層，孔眼內(nèi)光潔如新。
實(shí)施例2.
某化工廠環(huán)氧丙烷反應(yīng)精餾塔(皂化塔)，原塔徑3200mm，塔板數(shù)12塊；單降液管型，降液管形狀為弧形，溢流堰長3000mm；采用傳統(tǒng)大孔篩板，孔徑14mm；塔板材質(zhì)為304不銹鋼。實(shí)際生產(chǎn)中平均30天左右會(huì)發(fā)生塔板堵塞現(xiàn)象，嚴(yán)重制約生產(chǎn)產(chǎn)量。據(jù)檢修工反映，塔板堵塞主要集中于進(jìn)料液入口的上、下方各一塊塔板，這兩塊塔板各不相同上方塔板的下表面有極其堅(jiān)硬的懸掛式鐘乳石結(jié)垢，下方塔板上表面有一層較厚的堅(jiān)硬垢層，上、下方塔板的絕大多數(shù)篩孔被堵死。采用本發(fā)明專利，塔板如圖1、2、3、4和6所示，塔板平板1采用聚四氟乙烯材料制成，板厚5mm，塔徑、孔徑、塔板開孔數(shù)和降液管類型均保持不變，溢流堰4下方開有一高8mm的溢流堰窄縫5，溢流堰窄縫5長2940mm，沿中央對(duì)稱位置設(shè)兩片寬20mm的薄鋼片支腳6。塔板表面開設(shè)I型導(dǎo)向孔2，導(dǎo)向孔2壓制成型，如圖3所示，導(dǎo)向孔出汽方向與板上液流方向成0°角，為近似矩形孔，孔數(shù)120個(gè)，單孔面積為100mm2，導(dǎo)向孔交錯(cuò)排列于塔板上的傳質(zhì)元件之間。改造后至今為止沒有發(fā)生過塔板堵塞現(xiàn)象，生產(chǎn)量較原來提高10～15％，年檢時(shí)未發(fā)現(xiàn)塔板有垢層沉積。
權(quán)利要求
1.一種防結(jié)垢抗臟堵塔板，主要包括塔板平板(1)、平板(1)上開有若干與液流方向一致的導(dǎo)向孔(2)、平板(1)上有降液管(3)和溢流堰(4)，其特征是平板(1)采用石墨或聚四氟乙烯制作，平板(1)厚度為5～50mm，溢流堰(4)的底部開有溢流堰窄縫(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防結(jié)垢抗臟堵塔板，其特征是所述的溢流堰窄縫(5)的高度為溢流堰(4)整體高度的0.1-0.4，溢流堰窄縫(5)的長度為溢流堰(4)長度的0.8-0.98。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的防結(jié)垢抗臟堵塔板，其特征是在溢流堰窄縫(5)加設(shè)有支腳，單位長度堰長上的支腳數(shù)目為2～4個(gè)/m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防結(jié)垢抗臟堵塔板，其特征是所述的導(dǎo)向孔(2)的出汽方向與板上液流方向成0～60°角，導(dǎo)向孔(2)的出汽口為近似矩形、圓形或橢圓形孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的防結(jié)垢抗臟堵塔板，其特征是所述的導(dǎo)向孔(2)的單孔面積為50～150mm2。
6.根據(jù)權(quán)利要求5上述的防結(jié)垢抗臟堵塔板，其特征是平板(1)當(dāng)采用聚四氟乙烯材料并且板厚＜10mm時(shí)，開設(shè)I型導(dǎo)向孔，導(dǎo)向孔(2)直接在塔板上壓制成，面向溢流堰(4)，導(dǎo)向孔(2)的出汽方向與板上液流方向成0～10°角，單孔面積在50～150mm2之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的防結(jié)垢抗臟堵塔板，其特征是平板(1)當(dāng)采用石墨材料或者采用聚四氟乙烯材料塔板厚度≥10mm時(shí)，開設(shè)II型導(dǎo)向孔，導(dǎo)向孔(2)為指向溢流堰的斜孔，導(dǎo)向孔(2)的出汽方向與板上液流方向成10～60°角，孔徑為5～15mm。
全文摘要
一種防結(jié)垢抗臟堵塔板，主要包括塔板平板1、平板1上開有若干與液流方向一致的傾斜導(dǎo)向孔2、平板上有降液管3和溢流堰4，平板采用石墨或聚四氟乙烯制作，平板1厚度為5～50mm，溢流堰4的底部開有溢流堰窄縫。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1.采用特殊材料石墨或聚四氟乙烯制作的塔板，防粘附、沉積結(jié)垢能力強(qiáng)，其加工工藝簡單、使用壽命長，造價(jià)相對(duì)低廉。2.采用石墨或聚四氟乙烯制作的塔板，有較好的耐溫性能和極高的耐腐蝕、耐溶劑性能。3.開有導(dǎo)向孔可以充分利用氣相動(dòng)能對(duì)塔板表面進(jìn)行沖刷清洗，防止物料停留。4.溢流堰底部的窄縫設(shè)計(jì)類似于“江堤的泄沙口”，可有效防止固體的沉積累，降低塔板結(jié)垢堵塞的可能性。
文檔編號(hào)B01D3/18GK1817401SQ20051002268
公開日2006年8月16日 申請(qǐng)日期2005年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月28日
發(fā)明者耿皎, 張志炳, 張鋒, 韓仁宇 申請(qǐng)人:南京大學(xué)