專(zhuān)利名稱(chēng)：：一種多溢流環(huán)形塔板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及的是一種板式精餾塔的核心部件——塔板，屬于汽液分離裝置
技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
：在石油化工領(lǐng)域的工作生產(chǎn)中，精餾操作顯著地影響著石油化工工業(yè)的能量消耗。例如1989年美國(guó)全國(guó)約4萬(wàn)座精餾塔消耗能量占石油化工領(lǐng)域總能耗的41.2%，占全國(guó)總能耗中的2.99%。而精餾塔中板式精餾塔又占很大的比重，所以板式精餾塔效率的微小提高就可以產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)前精餾的研究主要包括兩個(gè)方面精餾過(guò)程模擬和精餾設(shè)備設(shè)計(jì)。精餾模擬的主要任務(wù)就是理論上指導(dǎo)精餾設(shè)備設(shè)計(jì)。下面介紹精餾模擬中的塔板效率和塔板上點(diǎn)效率的關(guān)系，進(jìn)而如何指導(dǎo)設(shè)計(jì)塔板。塔板效率和塔板上點(diǎn)效率關(guān)系的推導(dǎo)使用如下假設(shè)?；钊髂Ｐ涂紤]一個(gè)二元精餾塔，其中塔板每層是長(zhǎng)度一定的矩形塔板，并假設(shè)液體在塔板上進(jìn)行活塞流動(dòng)。Lewis情況1:假設(shè)進(jìn)塔板的氣體是完全混合的，即塔板各處的氣體組分是相同的，見(jiàn)圖1所示。Lewis情況2:假設(shè)塔板之間氣體是完全不混合的，即氣體離開(kāi)塔板上的液體之后以活塞流的形式進(jìn)入上一層塔板，并且所有塔板上液體流動(dòng)方向是相同的，見(jiàn)圖2所示。Lewis情況3:假設(shè)塔板之間氣體是完全不混合的，即氣體離開(kāi)塔板上的液體之后以活塞流的形式進(jìn)入上一層塔板，但相鄰兩塊塔板上液體流動(dòng)方向相反，見(jiàn)圖3所示。在推導(dǎo)中另外假設(shè)氣液相平衡為直線(xiàn)關(guān)系，即_K=mx+bm——?dú)庖合嗥胶庑甭蔎^氣相摩爾分?jǐn)?shù);f~~液相摩爾分?jǐn)?shù)&——Murphree氣相精餾塔板點(diǎn)效率&~~Murphree氣相精餾塔板效率4——塔板效率增效因子，CZ^塔板上液體摩爾流率，mol/hF^塔板上氣體摩爾流率，mol/h^~操作線(xiàn)的斜率，/二A/ZA——汽提因子，義二m/v具體理論推導(dǎo)可以見(jiàn)宋海華教授編著的《精餾模擬》中的第8章內(nèi)容。下面是一個(gè)塔板效率增效因子C隨點(diǎn)效率&和汽提因子義在不同的Lewis情況下變化的數(shù)值表格。<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>上述計(jì)算模型雖然使用了幾個(gè)假設(shè)，但不失普遍性，它指明了如何更好利用塔板上方液體和氣體成分差異來(lái)提高塔板效率。另外這個(gè)原理可體通過(guò)換熱器設(shè)計(jì)中兩種流體采用逆流和并流時(shí)平均溫差有差異的特點(diǎn)來(lái)理解?，F(xiàn)在塔板的研究開(kāi)發(fā)，很大一部分集中在改善塔板液體流動(dòng)狀況上，如設(shè)置導(dǎo)向孔，采用流型更好的環(huán)流型塔板等等，而這么小小一改動(dòng)許多資料和專(zhuān)利上反映塔板效率一下子猛增10%20%，塔板壓降減小5%15%，甚至更多。遺憾的是絕大部分的研究開(kāi)發(fā)者都不從理論上進(jìn)行充分的解釋?zhuān)聦?shí)上是這么一小小改進(jìn)使塔板上液體流動(dòng)形式接近了活塞流動(dòng)，產(chǎn)生了塔板效率增效因子c。然而如何最大化增效因子呢，那就是設(shè)計(jì)的塔板讓它更接近Lewis情況2，這樣塔板的效率會(huì)最大化，單板的效率超過(guò)l也是正常的。設(shè)計(jì)指導(dǎo)原則(1)液體采用活塞流。(2)氣體采用活塞流。(3)上下層塔板的液體流動(dòng)方向一致。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，而提供一種利用Lewis情況2的塔板增效因子最大這一特點(diǎn)來(lái)指導(dǎo)設(shè)計(jì)塔板進(jìn)而提高塔板效率，降低塔板的壓力降，減小分離能耗，縮小精餾塔尺寸，從而降低設(shè)備成本和滿(mǎn)足現(xiàn)代分離過(guò)程對(duì)塔板分離性能高要求的多溢流環(huán)形塔板。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)，它至少包括有一圓形塔盤(pán)，所述的圓形塔盤(pán)的中心設(shè)置有一中心支撐管并構(gòu)成一環(huán)形塔盤(pán)，在該環(huán)形塔盤(pán)上按照溢流數(shù)目等份切割成扇形塊，每份扇形塊又被切割成受液盤(pán)、扇形塔盤(pán)和降液區(qū)三塊。所述環(huán)形塔盤(pán)的降液區(qū)正下方為下一層塔板的降液區(qū)，所述的降液區(qū)通過(guò)一個(gè)斜坡與下一層塔板的受液盤(pán)相接。所述環(huán)形塔盤(pán)的中心支撐管中間設(shè)置有一圓環(huán)形液體連通器，該連通器的底面和受液盤(pán)底面齊平，頂面比受液盤(pán)中最大液位高50mm左右，外側(cè)面和降液管連通。所述的環(huán)形塔盤(pán)的中心支撐管中間設(shè)置有一個(gè)圓環(huán)形氣體連通器，該連通器的底面為液體連通器的頂面，連通器的頂面與上層塔板齊平，外側(cè)面和塔板不同扇區(qū)的氣體空間連通。所述的環(huán)形塔盤(pán)的中心支撐管分為內(nèi)管和外管；內(nèi)管的頂部封住，底部和塔底相通，外管和內(nèi)管的中間形成一個(gè)環(huán)形區(qū)域設(shè)置圓環(huán)形液體連通器和圓環(huán)形氣體連通器。所述的環(huán)形塔盤(pán)的中心支撐管橫截面積占整個(gè)塔盤(pán)橫截面積的1/41/16。本發(fā)明屬于對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的一種大的改良，它具有提高塔板效率，降低塔板的壓力降，減小分離能耗，縮小精餾塔尺寸，能降低設(shè)備成本，能滿(mǎn)足現(xiàn)代分離過(guò)程對(duì)塔板分離性能高要求等特點(diǎn)。圖l為L(zhǎng)ewis情況l的模型圖。圖2為L(zhǎng)ewis情況2的模型圖。圖3為L(zhǎng)ewis情況3的模型圖。圖4為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為圖4的A—A視圖，其中I為內(nèi)管；II為氣體連通器；III為液體連通器。圖6為圖4的B—B視圖，反映降液區(qū)的設(shè)計(jì)。具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)用新型至少包括有一圓形塔盤(pán)，所述的圓形塔盤(pán)的中心設(shè)置有一中心支撐管并構(gòu)成一環(huán)形塔盤(pán)，在該環(huán)形塔盤(pán)上按照溢流數(shù)目等份切割成扇形塊，每份扇形塊又被切割成受液盤(pán)l、扇形塔盤(pán)3和降液區(qū)5三塊。所述環(huán)形塔盤(pán)的降液區(qū)5正下方為下一層塔板的降液區(qū)5，所述的降液區(qū)5通過(guò)一個(gè)斜坡與下一層塔板的受液盤(pán)1相接。所述環(huán)形塔盤(pán)的中心支撐管中間設(shè)置有一圓環(huán)形液體連通器，該連通器的底面和受液盤(pán)底面齊平，頂面比受液盤(pán)中最大液位高50mm左右，外側(cè)面和降液管連通。所述的環(huán)形塔盤(pán)的中心支撐管中間設(shè)置有一個(gè)圓環(huán)形氣體連通器，該連通器的底面為液體連通器的頂面，連通器的頂面與上層塔板齊平，外側(cè)面和塔板不同扇區(qū)的氣體空間連通。所述的環(huán)形塔盤(pán)的中心支撐管分為內(nèi)管和外管；內(nèi)管的頂部封住，底部和塔底相通，外管和內(nèi)管的中間形成一個(gè)環(huán)形區(qū)域設(shè)置圓環(huán)形液體連通器和圓環(huán)形氣體連通器。所述的環(huán)形塔盤(pán)的中心支撐管橫截面積占整個(gè)塔盤(pán)橫截面積的1/41/16。附圖4所示的是溢流數(shù)目為3的多溢流環(huán)形塔板俯視圖，其中1為受液盤(pán)；2為進(jìn)口堰、3為扇形塔盤(pán)、4為出口堰、5為降液區(qū)；6為中心支撐管。圖5所示的是I為內(nèi)管；II為氣體連通器；III為液體連通器。圖6所示的是它反映了降液區(qū)的結(jié)構(gòu)。根據(jù)以上附圖所示，將傳統(tǒng)的圓形塔盤(pán)，在中心去除一塊占整個(gè)塔橫截面積1/41/16的一個(gè)圓，放置中心支撐管，然后得到一個(gè)環(huán)形塔盤(pán)，再將環(huán)形塔盤(pán)按照溢流數(shù)目等份切割成扇形，每份扇形又被切割成受液盤(pán)、扇形塔盤(pán)和降液區(qū)三塊。所有扇形塔盤(pán)上的液體流動(dòng)方向是一致的，都是順時(shí)針或逆時(shí)針?lè)较?。液體在塔內(nèi)旋轉(zhuǎn)一周經(jīng)過(guò)的塔板數(shù)目和溢流數(shù)目相等。塔板液體流動(dòng)狀態(tài)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)原則(1)從進(jìn)口堰上同時(shí)流出的液體必須同時(shí)流入降液管。(2)液體在扇形塔板上作圓弧線(xiàn)活塞流動(dòng)。為符合以上兩條設(shè)計(jì)原則，進(jìn)行了如下設(shè)計(jì)。進(jìn)口和出口堰采用平堰，堰高頂邊延徑向由內(nèi)向外略微降低，另外在扇形塔板上設(shè)置導(dǎo)向孔，該導(dǎo)向孔是在我公司研究所的中國(guó)專(zhuān)利912070846基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)多年的改進(jìn)研發(fā)而成，導(dǎo)向孔在塔板上沖壓而成，有一水平缺口，氣體從水平缺口中噴出給液體傳遞動(dòng)量，提高液體的流動(dòng)速度和改變液體的流動(dòng)方向，該導(dǎo)向孔設(shè)置方式是延扇形塔板徑向由外向內(nèi)遞減，扇形塔板外側(cè)設(shè)置最多，扇形塔板的內(nèi)側(cè)一般不設(shè)置，只有扇形塔板內(nèi)側(cè)形成較大液面梯度時(shí)才設(shè)置，導(dǎo)向孔的具體位置和數(shù)量必須通過(guò)嚴(yán)格的計(jì)算。降液區(qū)的設(shè)計(jì)降液區(qū)的正下方為下一層塔板的降液區(qū)而不是下一層塔板的受液盤(pán)，液體在降液區(qū)內(nèi)是通過(guò)一個(gè)斜坡被送到下一層塔板的受液盤(pán)。這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是，液體從出口堰流入降液管的斜坡上可以產(chǎn)生更少氣泡，從而減小氣體返混，另外使塔盤(pán)上的氣體向上運(yùn)動(dòng)時(shí)減小混合，還有把降液區(qū)上方的一部分無(wú)限區(qū)域劃給受液盤(pán)，從而提高了塔板的有限區(qū)域。液體連通器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)原則是使同一層塔板上不同扇區(qū)受液盤(pán)中液體的液位和組分一致。設(shè)計(jì)方式是在中心支撐管內(nèi)采用一個(gè)圓環(huán)形的連通器，連通器的底面和受液盤(pán)底面齊平，頂面比受液盤(pán)中最大液位高50mm左右，外側(cè)面和降液管連通。這種液體連通器不需要在每層塔板都設(shè)置，可以間隔一定的塔板設(shè)置一個(gè)，建議是5層塔板設(shè)置一個(gè)。氣體連通器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)原則是使同一層塔板不同扇區(qū)氣體的壓力相等。設(shè)計(jì)方式也是在中心支撐管內(nèi)采用一個(gè)圓環(huán)形的連通器，連通器的底面為液體連通器的頂面，連通器的頂面與上層塔板齊平，外側(cè)面和塔板不同扇區(qū)的氣體空間連通。該連通器每層塔板都必須設(shè)置。中心支撐管設(shè)計(jì)該中心支撐管分為內(nèi)管和外管；內(nèi)管是真正意義上的支撐管，內(nèi)管的頂部封住，底部和塔底相通，外管和內(nèi)管的中間形成一個(gè)環(huán)形區(qū)域設(shè)置液體連通器和氣體連通器。實(shí)施例l，空分設(shè)備型號(hào)KOD—900型高純氮設(shè)備中氮塔，塔的設(shè)計(jì)參數(shù)溢流數(shù)目為2，塔體直徑是600mm，中心支撐管的直徑是200mm，理論塔板為43塊，實(shí)際塔板為60塊；試車(chē)報(bào)告反映第50塊實(shí)際塔板處氮?dú)獾某煞诌_(dá)到設(shè)計(jì)值，塔總壓降和設(shè)計(jì)值基本吻合，塔在34%工況下還可以穩(wěn)定運(yùn)行。也就是說(shuō)比常規(guī)設(shè)計(jì)整塔的效率提高20%,每塊理論板的壓力降低20%,調(diào)負(fù)荷的能力可以達(dá)到34%工況。權(quán)利要求1、一種多溢流環(huán)形塔板，它至少包括有一圓形塔盤(pán)，其特征在于所述的圓形塔盤(pán)的中心設(shè)置有一中心支撐管并構(gòu)成一環(huán)形塔盤(pán)，在該環(huán)形塔盤(pán)上按照溢流數(shù)目等份切割成扇形塊，每份扇形塊又被切割成受液盤(pán)(1)、扇形塔盤(pán)(3)和降液區(qū)(5)三塊。2、根據(jù)權(quán)利要求l所述的多溢流環(huán)形塔板，其特征在于所述環(huán)形塔盤(pán)的降液區(qū)(5)正下方為下一層塔板的降液區(qū)(5)，所述的降液區(qū)(5)通過(guò)一個(gè)斜坡與下一層塔板的受液盤(pán)相接。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的多溢流環(huán)形塔板，其特征在于所述環(huán)形塔盤(pán)的中心支撐管中間設(shè)置有一圓環(huán)形液體連通器，該連通器的底面和受液盤(pán)底面齊平，頂面比受液盤(pán)中最大液位高50ram左右，外側(cè)面和降液管連通。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的多溢流環(huán)形塔板，其特征在于所述環(huán)形塔盤(pán)的中心支撐管中間設(shè)置有一個(gè)圓環(huán)形氣體連通器，該連通器的底面為液體連通器的頂面，連通器的頂面與上層塔板齊平，外側(cè)面和塔板不同扇區(qū)的氣體空間連通。5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的多溢流環(huán)形塔板，其特征在于所述環(huán)形塔盤(pán)的中心支撐管分為內(nèi)管和外管；內(nèi)管的頂部封住，底部和塔底相通，外管和內(nèi)管的中間形成一個(gè)環(huán)形區(qū)域設(shè)置圓環(huán)形液體連通器和圓環(huán)形氣體連通器。6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的多溢流環(huán)形塔板，其特征在于所述環(huán)形塔盤(pán)的中心支撐管橫截面積占整個(gè)塔盤(pán)橫截面積的1/41/16。全文摘要一種多溢流環(huán)形塔板，它至少包括有一圓形塔盤(pán)，所述的圓形塔盤(pán)的中心設(shè)置有一中心支撐管并構(gòu)成一環(huán)形塔盤(pán)，在該環(huán)形塔盤(pán)上按照溢流數(shù)目等份切割成扇形塊，每份扇形塊又被切割成受液盤(pán)、扇形塔盤(pán)和降液區(qū)三塊；所述環(huán)形塔盤(pán)的降液區(qū)正下方為下一層塔板的降液區(qū)，所述的降液區(qū)通過(guò)一個(gè)斜坡與下一層塔板的受液盤(pán)相接；所述環(huán)形塔盤(pán)的中心支撐管中間設(shè)置有一圓環(huán)形液體連通器，該連通器的底面和受液盤(pán)底面齊平，頂面比受液盤(pán)中最大液位高～50mm左右，外側(cè)面和降液管連通；它具有提高塔板效率，降低塔板的壓力降，減小分離能耗，縮小精餾塔尺寸，能降低設(shè)備成本，能滿(mǎn)足現(xiàn)代分離過(guò)程對(duì)塔板分離性能高要求等特點(diǎn)。文檔編號(hào)B01D3/16GK101444678SQ20081016285公開(kāi)日2009年6月3日申請(qǐng)日期2008年12月2日優(yōu)先權(quán)日2008年12月2日發(fā)明者唐清建,顧燕新申請(qǐng)人:杭州杭氧股份有限公司