专利名称：立体催化精馏塔板的制作方法
技术领域：
本发明涉及化学工程催化精馏过程中的气液传质设备，具体地讲是一种大通量、高效的立体催化精馏塔板。
背景技术：
催化精馏是一种具有广泛应用前景的新型分离工艺。塔内使用非均相催化剂，反应和分离过程在催化精馏塔内同时完成，可以打破化学平衡的限制，取得较高的选择性，同时使过程效率提高，使设备投资及操作费用降低。但塔板上催化剂的装填量及液体与催化剂表面接触时间的长短和均匀程度决定反应进行的程度。过去通常是用能包住催化剂的多孔材料将催化包住或做成催化剂筐，放置在塔板上或降液管内等液体流过的地方，但由于塔板的结构限制催化剂的装填量以及液体与催化剂接触的时间和均匀程度都受到限制，使催化精馏效率、处理能力降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大通量高效的立体催化精馏塔板，可以克服现有技术的缺点。该塔板的空间利用率高、塔板上液层的高度、催化剂的装填量可以根据工艺要求在很大高度范围内调整。同时塔板上的液体在由下一层塔板上升的气体的作用下，可以多次均匀地流经固体催化剂，使催化反应、精馏的效率同时得到提高。另外该塔板还具有液体与催化剂表面接触时间长、操作弹性大、塔板压降低等优点，能够很好地满足催化精馏的工艺要求，还可以提高催化反应精馏塔的处理能力，减少设备投资。
本发明提供的立体催化精馏塔板主要包括塔板、升气管、组合喷射单元、降液板与受液盘；在所述的塔板上安装有规则排列的升气管，在升气管上配合安装组合喷射单元，喷射组合单元由立体喷射帽罩与固体催化剂组合而成，是塔板上精馏与反应进行的主要场所。
所述的升气管的形状为矩形、梯形或圆形；所述的升气管与塔板之间所夹的角度为45-135°。所述的升气管高度0～400mm(0表示升气管上端与塔板上平面齐平)，孔的排数为1-20。
所述的喷射组合单元的立体喷射帽罩与升气管之间液体提升通道宽度为2-50mm，立体喷射帽罩之间催化剂的装填催化剂的高度为20～500mm。所述的喷射组合单元是在全塔截面组合、根据塔板的分块情况按每块塔板组合或单个存在。
所述的降液板溢流堰高度为20-400mm。
所述的塔板开孔率1～20％。
每1-5个立体喷射罩设置一个导液板。
所述的立体喷射帽罩底板为栅板、多孔板或网板，上面可加丝网或滤布，丝网滤布与底板加紧；固体催化剂可以直接放置也可捆扎之后放置，催化剂顶部设置栅板、多孔板或丝网以及防冲板，防止催化剂受到冲击破碎流失。
本发明的特点为帽罩与升气管之间留有缝隙做为液体提升通道，下一层塔板上升的气体将塔板上液层下部的液体通过该通道提升上来，帽罩之间装填固体催化剂，帽罩的上方安装导液板使帽罩提升上来的液体均匀地流经催化剂，流经催化剂后的液体回落该层塔板上，通过控制帽罩的结构尺寸可以控制流经催化剂的液体量，一般可以通过控制液体的提升量，使流经该层塔板液体量的0.5-20倍流经催化剂，在塔板上人为地制造一个液体循环。另外在喷射组合单元在塔板上的排布设计，可以使喷射组合单元的高度为两层塔板之间距离的90％，以及占全塔截面积80％的部分装填固体催化剂。因此塔板的空间利用率很高，强化了催化剂表面的更新，延长了液体在催化剂表面的停留时间，使催化精馏的效率得以提高。
本发明通常在450～1000mm的塔板间距条件下应用。所述的降液板溢流堰高度可以在20-400mm范围内调整；所述的塔板上开有规则排列的矩形、梯形或圆形板孔，孔的排数为1-20；塔板开孔率1～20％；所述的升气管高度0～400mm；所述的立体喷射帽罩与升气管的形状匹配。所述的固体催化剂装填高度为20～500mm。
本发明具有如下优点，塔板的空间利用率很高，在塔板间距为较常规的450～1000mm时，塔板上清液层高度可以在20-400mm范围内任意调整，催化剂的装填高度可以在50～500mm范围内任意调整，占全塔截面积高达80％的部分可用来装填固体催化剂，以满足催化精馏对催化剂装填量和液体与催化剂表面接触时间和均匀程度的要求。同时在此液层高度及催化剂装填高度范围内，单层塔板压力降小于0.6KPa，空塔动能因子达到2.0Pa0.5以上，操作弹性、塔板分离效率均高于普通塔板。
图1是本发明结构示意图。
图2是图1俯视图。
图3是图1侧视图。
具体实施例方式
本发明具体实施方案参照附图详细说明如下如图所示，1塔体，2降液板，3受液盘，4塔板，5升气管，6喷射组合单元，7液体通道，8液体提升通道，9固体催化剂，10立体喷射帽罩，11导液板。图中符号HT为塔板间距，E为喷射组合单元高度，hw为降液管溢流堰高度。
本发明提供的立体催化精馏塔板的结构是降液管、受液盘结构与普通塔板相同，只是降液管溢流堰高度可以在20-400mm范围内根据工艺需要调整；在塔板4上有规则排列的升气管5(图中为梯形)，升气管5高度可以根据需要调整，立体喷射帽罩与升气管的形状匹配。与升气管5相配合安装立体喷射帽罩10，立体喷射帽罩10与升气管5之间留有空隙为液体提升通道8，帽罩之间装有固体催化剂9，立体喷射帽罩10与塔板4之间留有空隙为液体通道7，立体喷射喷射帽罩10的上方安装导液板11。
所述的立体喷射帽罩底板可为栅板、多孔板或网板，上面可加丝网或滤布，丝网滤布与底板加紧；固体催化剂可以直接放置也可捆扎之后放置，催化剂顶部设置栅板、多孔板或丝网以及防冲板，防止催化剂受到冲击破碎流失。
本发明的工作过程是气体从塔板4的下方通过升气管5进入立体喷射帽罩10内，在气体进入立体喷射帽罩10内上升的同时，液体通过液体提升通道8进入帽罩内，并被气体吹拉成的液膜，液膜在被气体提升的过程中，在表面张力的作用下破碎成液滴。这股气液混合流由导液板11下方的喷射通道喷出。气液混合流中液体部分被倒流至两帽罩之间的固体催化剂上部，靠重力流过催化剂表面，气体部分绕过导液板进入上一层塔板，流过催化剂表面的液体回落到塔板4上，液体沿塔板流动通过降液管到下一层塔板。
应用实施例在φ1000实验塔内，常压下，采用空气、水物系进行冷模实验，塔内设一层普通浮阀塔板和立体催化精馏塔板进行了对比实验。
普通板式塔板结构参数如下降液板面积/塔截面积＝6.8％，塔板开孔率9.58％(63个φ39孔)，板间距500mm，堰高50mm，降液管底隙高度50mm。
立体催化精馏塔板结构参数如下降液板面积6.8％，塔板开孔率9.55％(6个50×250矩形孔)，板间距500mm，堰高240mm，升气管高度为200mm，升气管的形状为矩形，升气管与塔板之间所夹为75°，降液管底隙高度50mm，塔板上装填催化剂面积占全塔截面积68％，催化剂为是市售的001×7型强酸性阳离子交换树脂，喷射组合单元高度400mm。
调节气液流量，保持液体流量为10m3/h，测量两种塔板不同气相负荷下的塔板压降，以及两种塔板的最大允许空塔动能因子。
对比实验1，气体流量为2800m3/h，相同空塔气速下两种塔板压降对比
对比实验2，气体流量为4000m3/h，相同空塔气速下两种塔板压降对比
由上述对比实验可以看出，在相同的操作工况条件下，大持液量喷射塔板压降比传统浮阀塔板低得多，正常负荷时(实验1)降低了28％，高负荷时(实验2)降低了34％。
以气相雾沫夹带量10％为上限，对空气-水物系的立体催化精馏塔板的允许最大动能因子的实验结果为2.3。
本发明经实验证明立体催化精馏塔板的空间利用率很高，在塔板间距为较常规的600mm时，塔板上清液层高度可以在20-400mm范围内任意调整，催化剂的装填高度可以在50～500mm范围内任意调整，占全塔截面积高达80％的部分可用来装填固体催化剂，可以满足催化精馏对催化剂装填量和液体与催化剂表面接触时间和均匀程度的要求。同时在此液层高度及催化剂装填高度范围内，塔板压力降低与普通浮阀塔板，空塔动能因子达到2.0Pa0.5以上，操作弹性、塔板分离效率均高于普通塔板。
权利要求
1.一种立体催化精馏塔板，它主要包括塔板、升气管、组合喷射单元、降液板与受液盘，其特征在于在所述的塔板上安装有规则排列的升气管，在升气管上配合安装组合喷射单元，喷射组合单元由立体喷射帽罩与固体催化剂组合而成，是塔板上精馏与反应进行的主要场所。
2.按照权利要求1所述的立体催化精馏塔板，其特征在于所述的升气管的形状为矩形、梯形或圆形。
3.按照权利要求2所述的立体催化精馏塔板，其特征在于所述的升气管与塔板之间所夹的角度为45-135°。
4.按照权利要求1所述的立体催化精馏塔板，其特征在于所述的升气管高度0～400mm，孔的排数为1-20。
5.按照权利要求1所述的立体催化精馏塔板，其特征在于所述的喷射组合单元的立体喷射帽罩与升气管之间液体提升通道宽度为2-50mm，立体喷射帽罩之间催化剂的装填催化剂的高度为20～500mm。
6.按照权利要求1所述的立体催化精馏塔板，其特征在于所述的喷射组合单元是在全塔截面组合、根据塔板的分块情况按每块塔板组合或单个存在。
7.按照权利要求1所述的立体催化精馏塔板，其特征在于所述的降液板溢流堰高度为20-400mm。
8.按照权利要求1所述的立体催化精馏塔板，其特征在于所述的塔板开孔率1～20％。
9.按照权利要求1所述的立体催化精馏塔板，其特征在于每1-5个立体喷射罩设置一个导液板。
10.按照权利要求1所述的立体催化精馏塔板，其特征在于所述的立体喷射帽罩底板为栅板、多孔板或网板，上面可加丝网或滤布，丝网滤布与底板加紧；固体催化剂可以直接放置也可捆扎之后放置，催化剂顶部设置栅板、多孔板或丝网以及防冲板。
全文摘要
本发明涉及一种立体催化精馏塔板，它包括塔板、升气管、组合喷射单元、降液板与受液盘；在塔板上安装有规则排列的升气管，升气管上配合安装组合喷射单元，喷射组合单元由立体喷射帽罩与固体催化剂组合而成。本发明使流经该层塔板液体量的0.5－20倍流经催化剂，使喷射组合单元的高度为两层塔板之间距离的90％，以及占全塔截面积80％的部分装填固体催化剂。本发明具有空间利用率很高、延长了液体在催化剂表面的停留时间、操作弹性大、塔板压降低等优点，使催化精馏的效率提高，能够很好地满足催化精馏的工艺要求，提高催化反应精馏塔的处理能力，减少设备投资。
文档编号B01D3/18GK1895715SQ200610013530
公开日2007年1月17日 申请日期2006年4月25日 优先权日2006年4月25日
发明者李柏春, 李春利, 于文奎, 孙莉君, 吕建华 申请人:河北工业大学