一种空间单向传质塔板的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种可消除返混、雾沫夹带和液体滞留区的空间单向传质塔板，其包括空间单向传质单元和塔板，空间单向传质单元设置在塔板上，且空间单向传质单元在塔板上的平面布置呈正三角形或菱形排列；其核心是空间单向传质单元，该单元从单侧吸入液体，单侧喷出，由于左右相邻传质单元无重复吸入、喷出液体现象，同时液体获得了向前的推动力，因此板上液体呈简单单向流动，可彻底消除液相泛混及塔板液体滞留区，另外该单元顶部的顶板结构可大大降低雾沫夹带，消除轴向返混，本实用新型可用于石油、化工及制药过程中的各类气液传质设备。
【专利说明】一种空间单向传质塔板
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及化学工程领域的气液传质设备，具体地讲是一种空间单向传质塔板。
【背景技术】
[0002]在化工生产领域，各种形式的板式塔被广泛应用于精馏操作过程。板式塔所采用的塔板型式繁多，根据各型塔板的结构特点，通常可划分为泡罩塔板、筛板、浮阀塔板、网孔板、穿流筛板等，其中，以筛板和浮阀塔板应用最多。经过多年发展和不断的技术进步，以这两种塔板为基础，又衍生出了新型垂直筛板(NVST)、立体传质塔板(CTST)、高弹性浮阀塔板(VVT )、微分浮阀塔板(ADV)、导向浮阀塔板、并流喷射式复合塔板(JCPT )等各种新型塔板，目的在于提高塔板效率和操作弹性。从实际的应用结果来看，虽然塔板效率和操作弹性均有不同程度的提高，但塔板轴径向返混、传质死区的问题始终无法根本解决，而且，有些新型塔板结构过于复杂，造成制造安装不便，投资很高。
[0003]以导向浮阀为例，导向浮阀是在浮阀的基础改进而来的，它是在普通浮阀的阀片上朝向前方开孔，气体可由此开孔向前喷出推动液体流动，目的是降低板上液面梯度，减小板上径向返混，提高塔板效率。虽然由导向孔喷出的气体对板上液体具有推动作用，但由于气体主要由浮阀侧面垂直喷出，因此，其导向作用有限；导向梯形浮阀改变了从侧面喷出的气体的角度，增加液体推动力，但当气相负荷较大时，板上液体可能形成负的液面梯度，对塔板操作带来不利影响。同时，由雾沫夹带造成的板间轴向返混在上述两种塔板上也不能被彻底消除。
[0004]新型垂直筛板在提高气液接触面积上有了明显的改善，另外，由于垂直筛板顶端封闭的结构特点，大大降低了由雾沫夹带引起的板间轴向返混，但由于气体推动力不足，径向返混不能完全消除；CTST可以将雾沫夹带降到最低，从而提高气相负荷，但结构相对复杂，成本高，并且，由于顶端气液喷出方向与板上液流方向垂直，因此液体推动力不足。
[0005]现有的CTST塔板实质上是VST (垂直筛板)塔板的一种变形；CTST板上液体的流动方向与锥形罩吸入液体方向垂直，且从锥形罩两侧被吸入罩内，产生的问题是液体从罩顶落入塔板后，部分液体将被相邻的锥形罩重复吸入，这样将导致液体不能及实地流向下一排锥形罩进行气液传质，由于同排罩内气液两项充分接触后基本达成平衡，而前后两排锥形罩流出的液相中各组分的摩尔分率存在微小差别，因而该现象可视为一种特殊形式的“液相返混”，使得板效率降低。另外，气体由罩顶喷出的方向与液体流动方向垂直，不能推动液体向前流动，不具备导向作用，液体流动需要依靠液面梯度维持，若塔板直径较大，过大的液面梯度也将影响板效率。
【发明内容】
[0006]本实用新型旨在根据“三维混合池模型”提供一种最大程度模拟塔板实际操作状态的空间单向传质塔板，该塔板可以克服现有塔板技术的不足，彻底消除轴径向返混、塔板传质死区，而且结构简单，制造安装方便，成本低廉，本实用新型可用于石油、化工、制药等生产过程中的各类气液传质设备。
[0007]本实用新型空间单向传质塔板包括空间单向传质单元8和塔板7，空间单向传质单元8设置在塔板7上，且空间单向传质单元8在塔板7上的平面布置呈三角形或菱形，其中空间单向传质单元包括传质单元柱体2、顶板4、固定底板5，传质单元柱体2下端设有气液相入口 I，上端设有气液相出口 3，顶板4设置在传质单元柱体2上端并位于气液相出口3上方，固定底板5设置在传质单元柱体2下端，塔板7上开有孔6，孔6位于气液相入口 I下方。
[0008]本实用新型所述传质单元柱体2为中空的半圆柱体、圆柱体、长方体中的一种。
[0009]本实用新型所述气液相入口 I或气液相出口 3的形状为半圆形、圆形或方形。
[0010]本实用新型所述在传质单元柱体2的气液相入口 I处设置支腿并固定在塔板7上，同固定底板5 —起起到支撑单元柱体2的作用。
[0011]本实用新型特点是该塔板由空间单向传质单元和塔板构成，下部与上部侧面带有开口的传质单元柱体构成空间单向传质单元的主体，液体由该单元下部被气体带入，气液混相从上部经顶板4喷出；其核心是空间单向传质单元从单侧吸入液体，单侧喷出，由于左右相邻传质单元无重复吸入、喷出液体现象，同时液体获得了向前的推动力，因此板上液体呈简单单向流动，可彻底消除液相泛混及塔板液体滞留区，另外该单元顶部的顶板结构可大大降低雾沫夹带，消除轴向返混；
[0012]本实用新型解决了 CTST板的上述缺点，首先，由于液体的流动方向与液体被吸入和喷出的方向相同，所以气相的流动推动了液体的向前流动，起到了导向作用，因此液面梯度可以大大降低，利于大型板式塔的操作；其次，液体由传质单元柱体一侧吸入，另一侧喷出，因此，相邻2个传质单元喷出的液体不会被互相重复吸入，消除了局部的液相返混，有助于板效率的提闻。
[0013]本实用新型所述空间单向传质单元是完成气液相传质的主要场所，气相由塔板上的孔6进入该单元，将塔板上液相带入传质单元柱体2并向上提升，在传质单元柱体2内完成气液传质后，从传质单元柱体2上部的气液相出口 3经顶板4折向下喷出，由于气液两相在空间单向传质单元内及塔板上均为单向流动，因此彻底消除了塔板径向返混及塔板传质死区，而空间单向传质单元顶部的半封闭结构有效消除了雾沫夹带，从而消除了轴向返混，同时，由于液体喷出方向与板上液体流动方向一致，增加了液体推动力，消除了液面梯度，所以，空间单向传质塔板可在现有改进型塔板的基础上提高板效率10%以上。同时降低塔板压降，提高处理能力。
[0014]本实用新型提供的空间单向传质塔板结构简单，成本低廉，制造安装方便，不仅适用于石油、化工、制药等生产领域普通物系的分离过程，而且适用于含有固体颗粒的易结焦、易堵塞物系的分离过程；同普通喷射式塔板相比，空间单向传质塔板可提高板效率10%以上，处理能力提高15%，单板压降下降20%。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本实用新型空间单向传质塔板结构示意图；
[0016]图2为本实用新型空间单向传质单元结构示意构图；
[0017]图3为本实用新型空间单向传质单元内气液相流动示意图；
[0018]图4为本实用新型塔板上孔布置结构示意图；
[0019]图5为本实用新型空间单向传质塔板结构示意图；
[0020]图6为本实用新型空间单向传质塔板结构示意图；
[0021]图7为本实用新型空间单向传质塔板结构示意图；
[0022]图中:1_气液相入口 ；2_传质单元柱体；3-气液相出口 ；4_顶板；5-固定底板；
6-孔；7-塔板；8_空间单向传质单元。
【具体实施方式】
[0023]下面通过附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明，但本实用新型的保护范围不局限于所述内容。
[0024]实施例1:本实用新型包括空间单向传质单元8和塔板7，空间单向传质单元8设置在塔板7上，且空间单向传质单元8在塔板7上的平面布置呈正三角形排列，其中空间单向传质单元包括传质单元柱体2、顶板4、固定底板5，传质单元柱体2下端设有气液相入口1，上端设有气液相出口 3，顶板4设置在传质单元柱体2上端并位于气液相出口 3上方，固定底板5设置在传质单元柱体2下端，塔板7上开有半圆形孔6，孔6位于气液相入口 I下方；传质单元柱体2为中空的半圆柱体，气液相入口 I和气液相出口 3的形状为分别为半圆形和长方形(见图1、3、4、5)。
[0025]如图2所示，本实用新型所提供的传质单元柱体2由固定底板5固定在塔板7上，如图4所示，箭头所示方向为塔板上液体流动方向，气相由塔板下方经塔板开孔6进入传质单元柱体2内部，将板上液体带入传质单元柱体2，气液两相在传质单元柱体2内部充分接触，完成传质、传热过程，经顶板4改变流动方向后，气相向上进入上层塔板，液相向下落入本层塔板，进入下一个传质单元；由于传质单元内部液体流动方向始终与板上液体流动方向一致，相邻传质单元间没有液体对喷现象，不仅降低了液体雾沫化倾向，消除了轴向返混，也使得板上液体获得了向前的推动力，从而降低了板上液面梯度，消除了传质死区，同时，由于液体只能从一侧进入传质单元，因此也消除了板上液体的径向返混。所以，在消除了轴径向返混、雾沫夹带和传质死区的基础上，本实用新型所提供的空间单向传质塔板大大提闻了塔板效率。
[0026]实施例2:如图6所示，本实用新型结构同实施例1，不同在于空间单向传质单元8在塔板7上的平面布置呈正三角形排列，传质单元柱体2为中空的圆柱体，气液相入口 I为圆形，气液相出口 3的形状为长方形，塔板7上开有圆形开孔6。
[0027]实施例3:如图7所示，本实用新型结构同实施例1，不同在于空间单向传质单元8在塔板7上的平面布置呈菱形排列，传质单元柱体2为中空的长方体，气液相入口 I和气液相出口 3的形状为长方形，塔板7上开有长方形开孔6。
【权利要求】
1.一种空间单向传质塔板，其特征在于:包括空间单向传质单元和塔板(7)，空间单向传质单元设置在塔板(7)上，且空间单向传质单元在塔板(7)上的平面布置呈三角形或菱形，其中空间单向传质单元包括传质单元柱体(2)、顶板(4)、固定底板(5)，传质单元柱体(2)下端设有气液相入口(1)，上端设有气液相出口(3)，顶板(4)设置在传质单元柱体(2)上端并位于气液相出口(3)上方，固定底板(5)设置在传质单元柱体(2)下端，塔板(7)上开有孔(6)，孔(6)位于气液相入口(I)下方。
2.根据权利要求1所述的空间单向传质塔板，其特征在于:传质单元柱体(2)为中空的半圆柱体、圆柱体、长方体中的一种。
3.根据权利要求1所述的空间单向传质塔板，其特征在于:气液相入口(I)或气液相出口(3)的形状为半圆形、圆形或方形。
4.根据权利要求1所述的空间单向传质塔板，其特征在于:在传质单元柱体(2)的气液相入口(I)处设置支腿并固定在塔板(7)上，同固定底板(5) —起起到支撑单元柱体(2)的作用。
【文档编号】B01J19/32GK203853087SQ201420227506
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年5月6日 优先权日:2014年5月6日
【发明者】张驰飞, 贾庆明 申请人:昆明理工大学