专利名称：微气泡传质塔板及阀体与塔盘的连接方法
技术领域：
本发明涉及一种用于炼油、石化、化学工业等领域中的塔板，精馏、吸收等操作中 的一种气液接触进行传质传热的重要设备。
背景技术：
板式塔是逐板接触式的气液传质设备。在塔体内装有若干层一定间距放置的水平 塔板，根据塔板类型不同，塔板开有不同形式、不同尺寸的孔，或者安装有浮动的或固定的 阀，每层塔板靠塔壁处设有降液管。操作时，液体靠重力作用由上层塔板经过降液管流至下 层塔板，横向流过塔板，塔板上的出口堰会使板面上维持一定厚度的流动液层；气体从塔底 靠压强差推动，逐板由下向上穿过塔板上的孔或阀以及板上液层而流向塔顶，气体通过每 层板上液层时，形成气泡和液沫，泡沫层为两相接触提供足够大的相际接触面，有利于相间 传质。为了满足近代炼油和石油化学工业对塔设备的要求，塔设备应具有下列性能气 液两相能充分接触，以保证较高的分离效率；操作弹性大，以使塔器在负荷变动较大时仍能 稳定操作；流体流动的阻力小，以减小压力降，降低能耗；气液处理量大；结构简单可靠，制 造成本低；易于操作、调节及检修。但板式塔普遍存在效率较低、压力降较高等缺点。进入90年代后，人们开始寻求传统板式塔的突破。例如，新型垂直筛板、V-V浮阀 塔板、Ll条型浮阀塔板、Nye塔板等。对于固阀塔板，由于阀体本身多为冲压出的结构，其气相通道较大且固定，故而适 应性和灵活性较差，容易产生漏液，操作负荷范围小。对于浮阀塔板来说，气体从阀体周围 喷出，会在与液流流动方向相反的方向上产生返混，从而降低传质效率，而且由于阀体之间 气体对喷现象因而阀体的排布不能很近，从而也限制了塔板的开孔率。筛孔型塔板本身可 以提供垂直向上喷射的气体，但受到孔径大小的限制，若开孔较大，则不能产生均勻分布的 小气泡，从而传质效率不高，而若开孔较小，气泡较为均勻，但同时塔盘的开孔面积会下降， 也会降低传质能力和工作负荷。受到塔板本身强度的限制，筛孔开孔率不能太高。
发明内容
为了克服传统塔板气液接触效果较差、液面落差大、容易漏液、液体返混等缺点， 本发明利用了具有产生微气泡材料结构的特殊性，制作了微气泡传质塔板。且本发明中的 微气泡传质塔板具有较大的开孔率，能进一步提高板式塔的效率和生产能力。本发明的技术方案如下一种微气泡传质塔板，它主要由塔盘、微气泡传质阀体、阀孔组成；其中，微气泡传 质阀体完全覆盖塔盘上的阀孔，微气泡传质阀体横截面积≥阀孔面积；且若阀体上表面高 于塔盘上表面，阀体上表面与塔盘上表面高度差≤阀体高度；若阀体上表面低于塔盘上表 面，塔盘上表面与阀体上表面高度差≤ 塔盘的厚度。所述的微气泡传质阀体的材质结构为束状、海绵状或不规则多孔结构，孔隙体积分数 10% -90%,孔径 0. l-10mm。所述的微气泡传质阀体横截面形状为圆形、三角形、四边形、多边形或它们的组
I=I O所述的阀孔按照顺位或错位，单排或多排排列方式在塔盘上设置，周围设有用来 固定微气泡传质阀体的螺纹孔、螺栓孔或粘结、焊接、镶嵌用结构。本发明的微气泡传质塔板的阀体与塔盘的连接方法，阀体采用直接通过螺纹孔、 螺栓孔、粘接、焊接或镶嵌结构与塔盘连接，或通过具有螺纹孔、螺栓孔或粘接、焊接、镶嵌 结构的连接构件与塔盘连接。所述的连接构件是与微气泡传质阀体的材质结构相同的原料。所述的连接构件是与微气泡传质阀体的材质结构不同的原料，包括石墨、塑料、碳 化硅、陶瓷、树脂、金属、金属氧化物或他们之间组合的材料制得。本发明具有如下优点，由于阀体与塔盘紧密贴合，故气相通过阀体上的孔隙向上 传递，该微气泡结构能够提供较为均勻的微气泡气体分布，增加了气体与液层的接触面积， 增大传质效率；该微气泡传质阀体结构决定其不容易产生漏液，特别能适用于液相负荷较 大/气相负荷较小的情况；由于微气泡方向是垂直向上，不会产生彼此的对喷，故而可以改 善传统塔板为了防止漏液而不能提高开孔率的情况，同时可以增大操作弹性，提高塔盘生 产能力。另外，由于气相以微气泡的形式通过液层，可以减少其液体夹带量，从而能够降低 塔板间距，降低精馏塔高度。
图1是一种设置有降液管、受液盘、进口堰和出口堰的圆形塔盘俯视2是一种设置有淋降孔的圆形塔盘俯视3是一种设置有降液管、受液盘、进口堰和出口堰的方形塔盘俯视4是阀体上表面高于塔盘上表面，其高度差=阀体高度时阀体与塔盘相对位置 示意5是阀体上表面高于塔盘上表面，其高度差 < 阀体高度时阀体与塔盘相对位置 示意6是阀体上表面等于塔盘上表面时阀体与塔盘相对位置示意7是阀体上表面低于塔盘上表面，其高度差<塔盘高度时阀体与塔盘相对位置 示意8是阀体上表面低于塔盘上表面，其高度差=塔盘高度时阀体与塔盘相对位置 示意9是阀体长方形，连接构件与阀体材质相同原料时的一种阀体俯视10是阀体圆形，采用粘接/焊接/镶嵌方式与塔盘紧密贴合连接的一种阀体俯 视11是阀体圆形，连接构件与阀体材质原料不同时的一种阀体俯视12是阀体三角形，连接构件与阀体材质原料不同时的一种阀体俯视13是阀体梯形，连接构件与阀体材质原料不同时的一种阀体俯视14是阀体多边形，连接构件与阀体材质原料不同时的一种阀体俯视图
图15是阀体圆形、三角形、四边形、多边形组合形状，连接构件与阀体材质不同原 料时的阀体俯视图 其中，1阀孔，2塔盘，3出口堰，4降液管，5受液盘，6进口堰，7阀体，8阀体与塔盘 连接构件，9淋降孔。
具体实施例方式一种微气泡传质塔板，它主要由塔盘、微气泡传质阀体、阀孔组成；其中，微气泡传 质阀体完全覆盖塔盘上的阀孔，微气泡传质阀体横截面积>阀孔面积；且若阀体上表面高 于塔盘上表面，阀体上表面与塔盘上表面高度差<阀体高度；若阀体上表面低于塔盘上表 面，塔盘上表面与阀体上表面高度差<塔盘的厚度。微气泡传质阀体的材质结构为束状、海 绵状或不规则多孔结构，孔隙体积分数10% -90%，孔径0. I-IOmm0微气泡传质阀体横截面 形状为圆形、三角形、四边形、多边形或它们的组合。阀孔按照顺位或错位，单排或多排排列 方式在塔盘上设置，其周围设有用来固定微气泡传质阀体的螺纹孔、螺栓孔或粘结、焊接、 镶嵌用结构。本发明的微气泡传质塔板的阀体与塔盘的连接方法，阀体与塔盘采用直接通过螺 纹孔、螺栓孔、粘接、焊接或镶嵌结构与塔盘连接，或通过具有螺纹孔、螺栓孔或粘接、焊接、 镶嵌结构的连接构件与塔盘连接。连接构件是与微气泡传质阀体的材质结构相同的原料或 与微气泡传质阀体的材质结构不同的原料，包括石墨、塑料、碳化硅、陶瓷、树脂、金属、金属 氧化物或他们之间组合的材料制得。典型实例如下实施例1 本微气泡传质塔板由塔盘2、设置在塔盘2上的微气泡传质阀体7、阀孔1、降受液 结构(降液管4、受液盘5、进口堰6和出口堰3)组成，其中塔盘结构如图1所示，塔盘与阀 体相对位置如图4所示，阀体结构如图9所示。其中，阀体需能完全覆盖阀孔，微气泡传质 阀体横截面积> 阀孔面积，且阀体上表面高于塔盘上表面，其高度差=阀体高度。采用陶瓷 制成孔隙体积分数为90%，孔径为0. Imm的微气泡传质阀体，其结构为海绵状多孔结构，阀 体7采用长方形，连接构件8与阀体材质结构相同的原料。采用螺纹或者螺孔结构，用螺钉 或螺栓与阀孔1紧密贴合连接，阀孔采用错排。塔板在工作时，液体从降液管落下，气体通过阀体产生较为均勻微气泡，从而增加 了气液接触面积，加强传质。当气速很低时，靠阀上微气泡介质本身的微气泡作用，可以防 止出现漏液，而当气速很高时，由于微气泡介质本身孔径分布可以避免出现气体对喷等现 象，从而提高塔设备的操作弹性。通过乙醇_水物系测试，该微气泡传质塔板与普通筛板相 比，效率提高33%，处理能力提高约19%。实施例2 本微气泡传质塔板由塔盘2、设置在塔盘2上的微气泡传质阀体7、阀孔1、淋降孔 9组成，其中塔盘结构图2所示，塔盘与阀体相对位置如图5所示，阀体结构如图10所示。其 中，阀体需能完全覆盖阀孔，微气泡传质阀体横截面积 > 阀孔面积，且阀体上表面高于塔盘 上表面，其高度差< 阀体高度。采用碳化硅制成孔隙体积分数为50-90%，孔径为0. l-5mm 的微气泡传质阀体，其结构为不规则多孔结构。阀体7采用粘接/焊接/镶嵌方式与塔盘
5紧密贴合连接，阀孔采用错排。塔板在工作时，液体从淋降孔落下，气体通过阀体产生较为均勻微气泡，从而增加 了气液接触面积，加强传质。当气速很低时，靠阀上微气泡介质本身的微气泡作用，可以防 止出现漏液，而当气速很高时，由于微气泡介质本身孔径分布可以避免出现气体对喷等现 象，从而提高塔设备的操作弹性。通过乙醇_水物系测试，该微气泡传质塔板与普通筛板相 比，效率提高15-33%，处理能力提高约12-19%。实施例3:本微气泡传质塔板由塔盘2、设置在塔盘2上的微气泡传质阀体7、阀孔1、淋降孔 9组成，其中塔盘结构图2所示，塔盘与阀体相对位置如图6所示，阀体结构如图10所示。 其中，阀体需能完全覆盖阀孔，微气泡传质阀体横截面积> 阀孔面积，且阀体上表面与塔盘 上表面高度差=0。采用树脂制成孔隙体积分数为50%，孔径为5mm的微气泡固阀，其结构 为束状多孔结构，阀体7采用圆形，采用粘接/焊接/镶嵌方式与塔盘紧密贴合连接，阀孔 采用错排。塔板在工作时，液体从淋降孔落下，气体通过固阀上的微气泡介质孔隙喷出，由于 微气泡介质固阀的孔径较小，从而增加了气液接触面积，加强传质。当气速很低时，靠阀上 微气泡介质本身的微气泡作用，可以防止出现漏液，而当气速很高时，由于微气泡介质本身 孔径分布可以避免出现气体对喷等现象，从而提高塔设备的操作弹性。通过乙醇_水物系 测试，该微气泡传质塔板与普通筛板相比，效率提高约15%，处理能力提高约12%。实施例4 本微气泡传质塔板由塔盘2、设置在塔盘2上的微气泡传质阀体7、阀孔1、淋降孔 9组成，其中塔盘结构图2所示，塔盘与阀体相对位置如图7所示，阀体结构如图10所示。 其中，阀体需能完全覆盖阀孔，微气泡传质阀体横截面积> 阀孔面积，且阀体上表面低于塔 盘上表面，塔盘上表面与阀体上表面高度差<塔盘的厚度。分别采用石墨、塑料制成孔隙体 积分数为10-50%，孔径为5-10mm的微气泡传质阀体，其结构海绵状多孔结构，阀体7采用 圆形，采用焊接/粘接/镶嵌构件8与塔盘2上阀孔1紧密连接，阀孔采用错排。塔板在工作时，液体从淋降孔落下，气体通过阀体产生较为均勻微气泡，从而增加 了气液接触面积，加强传质。当气速很低时，靠阀上微气泡介质本身的微气泡作用，可以减 少漏液，而当气速很高时，由于微气泡介质本身孔径分布可以避免出现气体对喷等现象，从 而提高塔设备的操作弹性。通过乙醇_水物系测试，该微气泡传质塔板与普通筛板相比，效 率提高约11-15%，处理能力提高约8-12%。实施例5本微气泡传质塔板由塔盘2、设置在塔盘2上的微气泡传质阀体7、阀孔1、降受液 结构(降液管4、受液盘5、进口堰6和出口堰3)组成，其中塔盘结构图3所示，塔盘与阀体 相对位置如图8所示。其中，阀体需能完全覆盖阀孔，微气泡传质阀体横截面积> 阀孔面 积，且阀体上表面低于塔盘上表面，塔盘上表面与阀体上表面高度差=塔盘的厚度。微气泡 固阀孔隙体积分数为10%，孔径为10mm，其结构海绵状多孔结构，。阀体可采用阀体采用金 属材料，形状为圆形，具有与塔盘连接用的焊接/粘接/镶嵌构件8，连接构件与阀体的材质 结构不同的原料，可以为石墨、塑料、碳化硅、陶瓷、树脂或他们之间组合的材料制得，如图 11所示；阀体也可以采用金属氧化物制得，形状为三角形，具有与塔盘连接用的焊接/粘接/镶嵌构件8，连接构件与阀体的材质结构不同的原料，可以为石墨、塑料、碳化硅、陶瓷、树 脂或他们之间组合的材料制得，如图12所示；阀体也可以采用金属制得，形状为梯形，具有 与塔盘连接用的焊接/粘接/镶嵌构件8，连接构件与阀体的材质结构不同的原料，可以为 石墨、塑料、碳化硅、陶瓷、树脂或他们之间组合的材料制得，如图13所示；阀体也可以采用 金属氧化物制得，形状为多边形，具有与塔盘连接用的焊接/粘接/镶嵌构件8，连接构件与 阀体的材质结构不同的原料，可以为石墨、塑料、碳化硅、陶瓷、树脂或他们之间组合的材料 制得，如图14所示；阀体也可以采用金属氧化物制得，采用一种圆形、三角形、四边形、多边 形之间的组合形状，具有与塔盘连接用的焊接/粘接/镶嵌构件8，连接构件与阀体的材质 结构不同的原料，可以为石墨、塑料、碳化硅、陶瓷、树脂或他们之间组合的材料制得，如图 15所示。采用焊接/粘接/镶嵌构件8与塔盘2上阀孔1紧密连接。阀孔采用并排。塔板在工作时，液体从降液管落下，气体通过固阀上的微气泡介质孔隙喷出，由于 微气泡介质固阀的孔径较小，从而增加了气液接触面积，加强传质。当气速很低时，靠阀上 微气泡介质本身的微气泡作用，可以防止出现漏液，而当气速很高时，由于微气泡介质本身 孔径分布可以避免出现气体对喷等现象，从而提高塔设备的操作弹性。通过乙醇_水物系 测试，该微气泡传质塔板与普通筛板相比，效率提高11%，处理能力提高约8%。本发明提出的微气泡传质塔板及阀体与塔盘的连接方法，已通过较佳实施例子进 行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的结构和 连接方法进行改动或适当变更与组合，来实现本发明技术。特别需要指出的是，所有相类似 的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范 围和内容中。
权利要求
一种微气泡传质塔板，它主要由塔盘、微气泡传质阀体、阀孔组成；其特征是，微气泡传质阀体完全覆盖塔板上的阀孔，微气泡传质阀体横截面积≥阀孔面积；且若阀体上表面高于塔盘上表面，阀体上表面与塔盘上表面高度差≤阀体高度；若阀体上表面低于塔盘上表面，塔盘上表面与阀体上表面高度差≤塔盘的厚度。
2.如权利要求1所述的微气泡传质塔板，其特征是所述的微气泡传质阀体的材质结构 为束状、海绵状或不规则多孔结构，孔隙体积分数10% -90%，孔径0. l-10mm。
3.如权利要求1所述的微气泡传质塔板，其特征是所述的微气泡传质阀体横截面形状 为圆形、三角形、四边形、多边形或它们的组合。
4.如权利要求1所述的微气泡传质塔板，其特征是所述的阀孔按照顺位或错位，单排 或多排排列方式在塔盘上设置，且其周围设有用来固定微气泡传质阀体的螺纹孔、螺栓孔 或粘结、焊接、镶嵌用结构。
5.微气泡传质塔板的阀体与塔盘的连接方法，其特征是阀体采用直接通过螺纹孔、螺 栓孔、粘接、焊接或镶嵌结构与塔盘连接，或通过具有螺纹孔、螺栓孔或粘接、焊接、镶嵌结 构的连接构件与塔盘连接。
6.如权利要求5所述的连接方法，其特征是所述的连接构件是与微气泡传质阀体的材 质结构相同的原料。
7.如权利要求5所述的连接方法，其特征是所述的连接构件是与微气泡传质阀体的材 质结构不同的原料，包括石墨、塑料、碳化硅、陶瓷、树脂、金属、金属氧化物或他们之间组合 的材料制得。
全文摘要
本发明涉及微气泡传质塔板及阀体与塔盘的连接方法；它主要由塔盘、微气泡传质阀体、阀孔组成；微气泡传质阀体完全覆盖塔盘上的阀孔，微气泡传质阀体横截面积≥阀孔面积；且若阀体上表面高于塔盘上表面，阀体上表面与塔盘上表面高度差≤阀体高度；若阀体上表面低于塔盘上表面，塔盘上表面与阀体上表面高度差≤塔盘的厚度。由于阀体与塔盘紧密贴合，故气相通过阀体上的孔隙向上传递，改微气泡结构能够提供较为均匀的微气泡气体分布，增加了气体与液层的接触面积，增大传质效率。由于微气泡方向是垂直向上，不会产生彼此的对喷，故而可以改善传统塔板为了防止漏液而不能提高开孔率的情况，同时可以增大操作弹性，提高塔盘生产能力。
文档编号B01D3/18GK101972555SQ20101054160
公开日2011年2月16日 申请日期2010年11月12日 优先权日2010年11月12日
发明者姜斌, 张劲松, 李洪, 李鑫钢, 杨振明 申请人:天津大学