专利名称：板式塔增容塔板的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及传质、传热领域的板式塔塔板。
在石油加工、化工、精细化工、环保等化学工程过程中，要大量用到各种板式传质与分离塔器(以下简称板式塔)，以便使多种多样的液相混合物、气相混合物按人们的意愿分离开来。板式塔有多种类型，如泡罩塔、筛板塔、浮阀塔、舌型板塔、穿流栅板塔、旋流板塔等等。板式塔的塔板可分为有降液管和无降液管(穿流板)两大类。
传统有降液管塔板的构造如附
图1所示。在圆柱形塔筒内每隔一定距离安装有水平的塔板1，塔板两侧或中部分别设有降液管2和液体溢流堰3，塔板下部设有周边支承4和中间支承5，塔板上安设泡罩、浮阀等元件，或按一定规律开成筛孔，即分别称为泡罩塔、浮阀塔和筛板塔，等等。如附图2所示，塔板中间支承区可以是“｜”字形、“＋”字形、“#”字形、栅格式或其它形式。由附图3可见，传统有降液管塔板大多存在弓形区Ⅰ和Ⅱ、中间支承区Ⅲ、周边支承区Ⅳ及鼓泡稳定区Ⅴ。在塔板工作时，由于要接纳和导引上一块塔板流下的液体，以及通过溢流方式将本板的液体在传质后导流向下一块塔板，故在弓形区Ⅰ和Ⅱ内，理论上没有气、液的直接接触和质量传递，从而不发生明显的传质与分离作用。换言之，传统塔板的弓形区域在塔板工作时实际上是传质与分离的盲区。在中间支承区Ⅲ和周边支承区Ⅳ内，由于支承的阻碍作用，气相不能通过支承区内的塔板，故在支承区内也没有气、液二相的直接接触和质量传递。换言之，在传统塔板工作时中间支承区Ⅲ和周边支承区Ⅳ实际上都是传质与分离的盲区。传统塔板在鼓泡稳定区Ⅴ内没有开孔，显然，这一区域理论上也应是传质与分离的盲区。根据板式塔的传统设计准则，有降液管塔板的弓形区、鼓泡稳定区和支承区所占的面积一般为塔筒面积的30～50％，最大时可达60％以上。这种设计导致的很明显的缺陷是(1)每块塔板在工作时由于存在较大的传质盲区，其传质与分离效率没有得到充分发挥；(2)由于气相无法自下而上通过塔板的弓形区、鼓泡稳定区和支承区，故理论上使得整个塔的处理能力(或通量)大为下降。
由于传统板式塔塔板的开孔率有限而导致的明显缺陷，目前板式塔塔板的设计趋向于在鼓泡稳定区Ⅴ内开孔，这样基本消除了传统塔板的鼓泡稳定区，提高了传统塔板的开孔率，使塔板有效传质区的面积有所增加。美国的NYE曾对板式塔在直径不变情况下的扩容设计提出了一种改进结构(参见G.de Bruyn，H.A.Gangriwala，J.O.Nye，Proceedings of“Distillation and Absorption＇92”，Birmingham，U.K.，1992)如附图4所示。其基本原理是(1)采用悬挂式降液管6，其出口下沿距下层塔板有一定距离，以省出被传统降液管占据的该弓形区面积；(2)降液管外形与传统的类似，只是在下部出口处设置一平板7以维持降液管的液封效果；(3)降液管下端开口面向塔中心区。这样改进的结果可使塔板理论上的有效传质面积比传统的增大8～15％。然而，此种结构的塔板在工作时上升的汽相会在平板7与塔板以及塔壁汇成的狭小空间内形成旋涡，液相在降液管下方塔板的弓形区内也不可避免地存在旋涡和返混现象，甚至可能会出现流动的“死区”，从而严重影响传质效率。因此，虽然从理论上全塔增加了8～15％的传质面积，但塔板并没有达到其应有的传质效率。
本设计人等针对传统塔板的明显缺陷提出了另一种新的改进结构(见专利申请97106964.6)如附图5所示。其基本原理是将传统的降液管2、溢流堰3的弓形横截面中的直线改变为附图5中所示的弧线，这样溢流堰和降液管的横截面均变成了月牙形，从而使溢流堰和降液管在塔板中所占的面积由附图3中的弓形区域Ⅰ和Ⅱ变为附图5中的月牙形区域Ⅵ和Ⅶ。此外，该结构的降液管采用了月牙形拖尾式悬挂结构，使降液管流下的液体直接沿塔壁流下，并从塔板的一侧最边缘处向塔板的另一侧流动，使塔板上液体的宏观流动距离加长，延长了汽液二相接触传质的机会，从而提高了塔板效率。如此，新结构的通量可比传统塔板提高15～40％。
NYE塔板结构和本设计人申请的塔板结构在改进传统塔板弓形传质盲区的设计方法方面均取得了相应的进展，但这二种塔板结构均忽略了塔板支承传质盲区，即中间支承区Ⅲ和周边支承区Ⅳ，因而塔板仍没有达到其最大的传递效率与通量。
本实用新型的目的是提供一种板式塔增容塔板，该塔板是在本设计人等提出的大通量塔板结构基础上进一步将传统塔板的三个传质盲区，即中间支承区Ⅲ和周边支承区Ⅳ及鼓泡稳定区Ⅴ开发成有效传质区，使塔板的有效传质区面积提高到最大水平。
本实用新型的技术方案如下一种板式分离塔增容塔板，塔板设有降液管和液体溢流堰。塔板下部设有周边支承和中间支承，在中间支承区(Ⅲ)或(和)周边支承区(Ⅳ)或(和)鼓泡稳定区(Ⅴ)的塔板部分及相应支承件上相似于塔板传质有效区布孔，布孔方式可以是正方形、正三角形或其它不规则形状，开孔的孔直径和孔间距与塔板传质有效区的孔直径和孔间距可以相同也可以不相同，当开孔直径不相同时，两者间单孔的截面积差别不大于±50％，它们之间的开孔率差别不大于±10％。在支承区及鼓泡稳定区上布孔时所有孔的中心点要与各紧固件的中心点错开，不影响支承件的固定与强度。
本实用新型既可以适用于单降液管型塔板，也可适用于多降液管型塔板，可以是泡罩塔塔板、浮阀塔塔板、筛板塔塔板、舌型板塔塔板、斜孔筛板塔塔板或导向浮阀塔塔板。附图6是应用本实用新型增容塔板的传质区示意图。
由于在原塔板上的所有盲区上布孔，从而不仅可使有降液管塔板的有效传质区面积达到最大，同时亦可提高塔板效率。研究表明，本实用新型增容塔板的通量可比传统的同类塔板提高30～50％，效率提高10％以上。
本实用新型所述增容塔板，可应用的塔板和支承件的材质包括碳钢、铝材、铜材、铜合金、工程塑料、陶瓷、石墨、各种不锈钢及合金钢等。
本实用新型具有以下优点1．应用本实用新型，在97106964.6专利申请提出的塔板结构基础上，进一步将传统塔板的传质盲区开发成有效传质区，使塔板的有效传质区面积再提高15～20％。
2．本实用新型的塔板与传统塔板相比不需增加其它异于该板传质元件的其它传质器件，结构简单，制作方便，经济可靠。
图597106964.6专利申请改进的塔板结构示意图，a“｜”字形支承，b“+”字形支承；图6本实用新型的塔板有效传质区示意图，a、b单降液管塔板，c、d多降液管塔板。
注图中阴影部分为非传质区。
以下通过实施例进一步说明本实用新型。
实施例一。乙醇-水分离体系。原塔径为1200mm，单降液管型，降液管截面形状为弓形采用传统中孔筛板，孔径为8mm，开孔率为10％；中间支承为“+”字形，塔板的盲区总面积相当于塔板截面积的47％。采用本实用新型，仍然为单溢流型，降液管采用月牙形，板间距和堰长等均不变，在所有支承区和鼓泡稳定区上布孔，布孔方式为不规则形，孔径为9mm，开孔率为9％，塔板数相同。测定表明，采用本实用新型设计的塔板，塔的生产能力比原塔提高43％，塔底残液中乙醇含量比原塔降低1.2％。
实施例二。环氧丙烷脱水塔。原塔径为1800mm，单降液管型；采用传统大孔筛板，孔径为18mm，开孔率为11％；采用栅格形中间支承，弓形区及支承区所占面积为全塔横截面积的51％。采用本实用新型，仍然为单降液管型，降液管采用月牙形。板间距和堰长等均不变，在所有支承区和鼓泡稳定区上布孔。布孔方式基本为正方形，局部为不规则形，孔径为18mm，开孔率为11.5％。操作测定表明采用本实用新型设计改造的塔板，塔的生产能力比原塔增加39％。同时，塔顶环氧丙烷产品中的水含量比改造前下降83％，为≤0.01％，达到和超过国家标准之要求。
权利要求1．一种板式分离塔增容塔板，塔板设有降液管(2)和液体溢流堰(3)，塔板下部设有周边支承(4)和中间支承(5)，其特征是在中间支承区(Ⅲ)或(和)周边支承区(Ⅳ)或(和)鼓泡稳定区(Ⅴ)的塔板部分及相应支承件上相似于塔板传质有效区布孔，布孔方式可以是正方形、正三角形或其它不规则形状。
2．根据权利要求1所述的塔板，其特征是在中间支承区(Ⅲ)、周边支承区(Ⅳ)及鼓泡稳定区(Ⅴ)的塔板部分及支承件上开孔的孔直径和布孔的孔间距与塔板传质有效区的孔直径和孔间距相同或不相同。
3．根据权利要求2所述的塔板，其特征是在中间支承区(Ⅲ)、周边支承区(Ⅳ)及鼓泡稳定区(Ⅴ)的塔板部分及支承件上开孔的孔直径与塔板传质有效区的孔直径不相同时，两者间单个孔的截面积差别不大于±50％。
4．根据权利要求1所述的塔板，其特征是在中间支承区(Ⅲ)、周边支承区(Ⅳ)及鼓泡稳定区(Ⅴ)的塔板部分及支承件上开孔的开孔率与塔板传质有效区的开孔率相比差别不大于±10％。
5．根据权利要求1所述的塔板，其特征是它是单降液管型塔板或多降液管型塔板。
6．根据权利要求1所述的塔板，其特征是它是泡罩塔塔板，浮阀塔塔板、筛板塔塔板、舌型板塔塔板、斜孔筛板塔塔或导向浮阀塔塔板。
专利摘要本实用新型公开了一种有降液管的较大传质区的增容塔板,它将中间支承区Ⅲ和周边支承区Ⅳ及鼓泡稳定区Ⅴ开发成有效传质区,其特征是在这三个区域中的塔板及支承件上布孔。布孔方式可以是正方形、正三角形或其它不规则形状,孔间距和孔直径均可变,但开孔率与塔板原有传质有效区的开孔率基本保持一致。本实用新型的塔板有效传质区的面积提高30～50%,塔板效率亦相应有所提高。
文档编号B01D3/18GK2456798SQ00261779
公开日2001年10月31日 申请日期2000年12月4日 优先权日2000年12月4日
发明者张志炳, 王志祥, 赵静, 耿皎 申请人:南京大学