一种复合塔板结构以及复合塔设备的制作方法

本发明涉及塔设备内部构件技术领域，特别是一种复合塔板结构以及复合塔设备。

背景技术：

塔设备在化学工业中占有重要地位，在塔设备内可进行气液或液液两相间的充分接触，实施相间传质，因此在生产过程中常用塔设备进行精馏、吸收、解吸、气体的增湿及冷却等单元操作过程，其性能的优劣、技术水平的高低将直接影响产品的产量、质量、回收率及经济效益等。常用的塔设备包括板式塔和填料塔等，而塔板或填料是塔设备内的关键传质构件，是气液接触进行传热和传质的场所，一直都是研究者关注的重点。为提高塔设备的应用性能，近年来网板填料复合旋转床、导向立体复合塔板(fjpt)、立体并流喷射塔板(ctst)等复合构件得到了开发。现有的板式塔通过交替安装设置的塔板吊装组成，因此安装维修繁琐，且生产能力小；而填料塔的填料造价高，且当液体负荷较小时不能有效地润湿填料表面的缺陷，导致传质效率降低。

技术实现要素：

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于现有技术中存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明其中的一个目的是提供一种复合塔板结构以及复合塔设备，其能够解决现有塔设备安装维修繁琐、传质效率降低等问题。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种复合塔板结构，其包括：第一传质单元，其包括水平设置的第一塔板以及位于所述第一塔板中心处的溢流组件，所述第一塔板上排列设置有穿孔；以及，第二传质单元，其包括与所述第一塔板的下表面贴合的第二塔板，以及设置于所述第二塔板正下方的填料结构层；所述第二塔板上固定有一一向上穿过各个所述穿孔的通气管，各个所述通气管的上端设置有鼓泡组件；所述溢流组件的上端位于所述第一塔板的上部，下端位于所述第二塔板和填料结构层之间。

作为本发明所述复合塔板结构的一种优选方案，其中：所述第二传质单元还包括衔接外缘，所述衔接外缘的中心处设置有固定位，所述填料结构层固定于所述衔接外缘的固定位处。

作为本发明所述复合塔板结构的一种优选方案，其中：所述第一塔板的外围设置有一圈向上的第一筒壁，所述第二塔板的外围设置有一圈向下的第二筒壁；所述衔接外缘固定于所述第二筒壁的内侧。

作为本发明所述复合塔板结构的一种优选方案，其中：所述溢流组件包括穿过所述第一塔板和第二塔板中心处的溢流管、设置于所述溢流管的下端的水帘分布器，以及设置于所述溢流管外侧壁上并与所述溢流管连通的防淹管；所述水帘分布器位于所述第二塔板和填料结构层之间，所述防淹管位于所述第二塔板和水帘分布器之间。

作为本发明所述复合塔板结构的一种优选方案，其中：所述水帘分布器包括从上往下依次层叠设置、且外径和内径均逐层减小的环形分隔件；各层所述环形分隔件之间互相隔绝并形成夹层通道，且各层所述环形分隔件之间通过连接件进行连接固定；所述溢流管的下端与最上层的环形分隔件内圈进行连接。

作为本发明所述复合塔板结构的一种优选方案，其中：各个所述环形分隔件的内侧面和外侧面均形成坡面，且所述环形分隔件的内圈的竖向位置高于外圈的竖向位置；各个所述所述环形分隔件的下侧面均设置有对应于其下层环形分隔件外缘的缩口形成部。

作为本发明所述复合塔板结构的一种优选方案，其中：所述鼓泡组件包括一端固定在所述通气管内侧壁上，另一端外伸出所述通气管上端的固定柱、可拆卸连接在所述固定柱上端的导气罩，以及可拆卸连接在所述固定柱上并能够挤压所述导气罩顶部的限位件。

作为本发明所述复合塔板结构的一种优选方案，其中：所述导气罩的下端设置有出气缺口，且所述导气罩的下端不与所述第一塔板接触。

作为本发明所述复合塔板结构的一种优选方案，其中：所述填料结构层包括位于中心层的波纹接水层、分别设置于所述波纹接水层上下两侧的上顺水层和下顺水层、设置于所述上顺水层上层的限位层，以及设置于所述下顺水层下层的支撑层。

作为本发明所述复合塔板结构的一种优选方案，其中：所述衔接外缘包括与所述第二筒壁的内侧贴合的第一侧壁、位于所述第一侧壁内圈之内的第二侧壁、连接在所述第一侧壁和第二侧壁底部之间的底板，以及连接在所述第一侧壁和第二侧壁顶部的顶部坡板。

作为本发明所述复合塔板结构的一种优选方案，其中：所述限位层的外缘固定于所述第二侧壁上，所述支撑层的外缘可拆卸地固定于所述底板上；所述波纹接水层、上顺水层和下顺水层均位于所述第二侧壁的内圈。

作为本发明所述复合塔板结构的一种优选方案，其中：所述第二筒壁的下端设置有嵌套区和衔接区；所述嵌套区的外径配合于所述第一筒壁顶部的外径，所述底板、衔接区以及支撑层的外缘依次层叠，并通过紧固螺栓进行固定连接。

本发明其中的一个目的是提供一种复合塔设备，还包括塔体以及设置于所述塔体内的复合塔板结构；所述塔体的外侧壁上设置有进气口和进液口，所述塔体的顶部设置有排气口，所述塔体的底部设置有排液口，所述进气口与进液口之间的区段上排列固定有所述复合塔板结构。

作为本发明所述复合塔设备的一种优选方案，其中：所述进气口与进液口之间的区段上层叠固定有至少两组所述复合塔板结构，位于上部的复合塔板结构能够通过其下端的嵌套区插入位于其下部的复合塔板结构的第一筒壁内，并架设于其上。

本发明的有益效果：本发明能够直接在塔体内逐级堆叠搭设多层复合塔板结构，因此安装和拆卸快捷方便；同时，由于复合塔板结构能够使得气液两相发生多次传质过程，因此传质效率高且能够保证传质效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为复合塔设备的剖面图。

图2为复合塔板结构的剖面图。

图3为图2中复合塔板结构的a处结构详图。

图4为图2中复合塔板结构的b处结构详图。

图5为复合塔板结构的内部结构图。

图6为溢流组件的剖面图及其局部结构详图。

图7为溢流组件形成多层水帘的示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

参照图1～7，为本发明的一个实施例，该实施例提供了一种复合塔板结构，其能够以模块化形式层叠搭设在塔设备的塔体内部，安装方便且传质效率高。

本发明所述的复合塔板结构包括能够进行预组装的第一传质单元100和第二传质单元200，当两者完成预组装并形成一个完整的复合塔板结构时，即可直接吊装入塔体的内部。

第一传质单元100包括水平设置的第一塔板101以及位于第一塔板101中心处的溢流组件102。第一塔板101为配合于塔体内侧壁的圆形板式结构，其上排列设置有若干穿孔101a，优选按照正三角形的角点阵势排列。

第二传质单元200包括与第一塔板101的下表面贴合的第二塔板201，以及设置于第二塔板201正下方的填料结构层202。第二塔板201也为配合于塔体内侧壁的圆形板式结构，其上固定有对应于各个穿孔101a的通气管201a，且各个通气管201a一一向上穿过各个对应的穿孔101a。此外，各个通气管201a的上端均设置有对应的鼓泡组件103，鼓泡组件103可以采用现有的浮阀、泡罩等结构。溢流组件102的上端位于第一塔板101的上部，而下端延伸至第二塔板201和填料结构层202之间。当位于第一塔板101上积存的吸收液高度超过溢流组件102的上端高度时，吸收液能够溢入溢流组件102内，并经由溢流组件102下端散落至填料结构层202上，对填料结构层202的内部结构起到润湿作用，为气液两相间的接触、相间传质提供作用平台。此外，向上传输的气体能够穿过填料结构层202，经由各个通气管201a送入第一塔板101上积存的吸收液中，在鼓泡组件103的作用下，气体能够以鼓泡的方式穿过第一塔板101上的液层，在鼓泡的过程中，气液两相密切接触，进行热量和质量的交换。

进一步的，第二传质单元200还包括衔接外缘203，衔接外缘203为位于第二塔板201底部的环形结构，其中心处设置有用于容纳填料结构层202的固定位，而填料结构层202固定于衔接外缘203的固定位处。

进一步的，第一塔板101的外围设置有一圈向上的第一筒壁104，其能够与第一塔板101共同围合成开口向上的第一容置空间m-1；同时，第二塔板201的外围设置有一圈向下的第二筒壁204，其能够与第二塔板201共同围合成开口向下的第二容置空间m-2。衔接外缘203可以固定于第二筒壁204的内侧。

进一步的，溢流组件102包括穿过第一塔板101和第二塔板201中心处的溢流管102a、设置于溢流管102a的下端的水帘分布器102b，以及设置于溢流管102a外侧壁上并与溢流管102a连通的防淹管102c。

其中，溢流管102a为竖直设置的管道，其上端高于第一塔板101、下端低于第二塔板201，第一塔板101和第二塔板201的中心处具有配合于溢流管102a的穿孔。本发明中，溢流管102a通过可拆卸的方式固定于第一塔板101或第二塔板201的中心处，例如：第一塔板101或第二塔板201中心处的穿孔一端上固定有竖直的环形套管，环形套管的内侧壁具有内螺纹，溢流管102a的外侧壁具有外螺纹，溢流管102a通过螺纹的配合固定于环形套管内。

水帘分布器102b位于第二塔板201和填料结构层202之间，来自溢流管102a的吸收液能够注入水帘分布器102b，并通过水帘分布器102b向外分布形成一圈包覆在填料结构层202上部的水帘，而向上穿过填料结构层202的气体能够进入水帘所包覆的空间中，与水帘内侧充分接触实现相间传质，且多余的气体能够通过局部水帘的空隙中排出，并向上进入各个通气管201a。因此，水帘分布器102b所形成的水帘能够进一步提高传质效率。

防淹管102c为一端固定于溢流管102a外侧壁上、另一端向外悬挑的管体，其悬挑的末端高度可以略低于固定端；较佳的，溢流管102a的外侧壁上能够沿周向分布固定有多根防淹管102c，且各个防淹管102c均位于第二塔板201和水帘分布器102b之间。防淹管102c能够保证：当来自溢流管102a的吸收液灌入量较大、且水帘分布器102b的排出速度小于溢流管102a的灌入速度时，防淹管102c能够将多余的吸收液从侧边排出，并由水帘分布器102b顶部落至填料结构层202四周，防止第一塔板101上部的液层过高。

进一步的，本发明的水帘分布器102b可以采用如下结构：水帘分布器102b包括从上往下依次层叠设置、且外径和内径均逐层减小的多级环形分隔件102b-1，各层环形分隔件102b-1均为环形结构。各层环形分隔件102b-1之间互相隔绝并能够形成环形夹层通道102b-2，以便于来自溢流管102a的吸收液能够注入各层夹层通道102b-2，并在夹层通道102b-2的外缘处溢出，形成水帘。

各层环形分隔件102b-1之间通过周向分布的多个连接件102b-3进行连接固定，此处的连接件102b-3可以为一体式分布固定于夹层通道102b-2之间的短柱，也可以为穿透连接在相邻两层环形分隔件102b-1上的螺栓。当采用螺栓穿透连接相邻的环形分隔件102b-1时，各层夹层通道102b-2的间隔还能够预先进行调节，以获得所需厚度的水帘。

需要注意的是：溢流管102a的下端与最上层的环形分隔件102b-1内圈进行连接并连通。如图6，由于各层环形分隔件102b-1的内径从上往下逐层减小，因此，位于下层的环形分隔件102b-1的内圈边缘相对于其上层环形分隔件102b-1的内圈边缘总能够探出；由此，各级环形分隔件102b-1的内圈边缘均能够逐一探出，并能够承接来自溢流管102a的灌入的吸收液，并在各层夹层通道102b-2的外缘处形成多层水帘，使得气体在突破各层水帘的过程中充分与吸收液接触，极大提高了传质效率。

进一步的，各个环形分隔件102b-1的内侧面和外侧面均形成坡面，且环形分隔件102b-1的内圈的竖向位置高于外圈的竖向位置，如此能够使得各层的夹层通道102b-2自内向外均具有下坡的趋势，有助于液体的流动和水帘的形成。此外，除最下层以外的各个环形分隔件102b-1的下侧面上均设置有对应于其下层环形分隔件102b-1外缘的缩口形成部102b-4，缩口形成部102b-4与其下层环形分隔件102b-1的外缘共同形成出水口k，该水口k的间距小于夹层通道102b-2的主体宽度，便于水帘的形成，并能够增加水帘的喷射强度和覆盖范围。

进一步的，鼓泡组件103包括固定柱103a、可拆卸连接在固定柱103a上端的导气罩103b，以及可拆卸连接在固定柱103a上并能够挤压导气罩103b顶部的限位件103c。固定柱103a的一端固定在通气管201a的内侧壁上，另一端外伸出通气管201a的上端；导气罩103b为罩形的结构，其扣在通气管201a的上端，并与其保持间距，来自通气管201a的气体能够冲击到导气罩103b内，并在导气罩103b的外罩壁的导向作用下，送入第一塔板101上部的液层中，形成鼓泡，实现气液接触。

在本发明中，固定柱103a的一端经横向折弯后固定于通气管201a的内侧壁，另一端竖直向上沿伸，并在外伸的一端上设置外螺纹，形成螺纹端。该螺纹端穿过导气罩103b的顶部，而导气罩103b的顶部设置有配合于固定柱103a螺纹端的螺纹筒103b-2，螺纹筒103b-2的内侧壁设置有配合于螺纹端的内螺纹。此外，限位件103c可以为螺母，其旋转紧压在导气罩103b的顶部，通过挤压能够使得螺纹筒103b-2与固定柱103a螺纹端之间的螺纹配合产生紧压，实现导气罩103b整体结构的固定和稳定。

较佳的，导气罩103b的下端设置有出气缺口103b-1，出气缺口103b-1沿周向均布排列有多个，且导气罩103b的下端不与第一塔板101接触。进入导气罩103b内的气体能够被多个出气缺口103b-1分散成多股的小股气流，便于与液层的充分接触。

进一步的，填料结构层202包括位于中心层的波纹接水层202a、分别设置于波纹接水层202a上下两侧的上顺水层202b和下顺水层202c、设置于上顺水层202b上层的限位层202d，以及设置于下顺水层202c下层的支撑层202e。

其中，波纹接水层202a为表面密集分布有筛孔的波浪线薄板结构，其外边缘为配合于衔接外缘203内侧壁的圆形轮廓，波浪线设置增大了液体的附着面积、筛孔便于液体的渗透。

上顺水层202b和下顺水层202c的结构相同，两者均由(带有倾斜波纹的)带状条形板按照螺旋路径卷绕而成，此处的“带状条形板”上附带有等距排列的倾斜波纹，波纹(波峰/波谷)路径的倾斜方向与带状条形板的横向呈45°夹角。所述45°夹角的倾斜波纹能够避免液体直接沿竖直方向顺流而下，能够一定程度地保留吸收液并减缓流动速度，使得气液充分接触。

支撑层202e用于支撑填料结构层202的中心填料(包括波纹接水层202a、上顺水层202b和下顺水层202c)。限位层202d用于压盖在中心填料的上部，避免上涌气流的冲击使其活动。支撑层202e和限位层202d均可以为圆形格栅。

进一步的，衔接外缘203包括与第二筒壁204的内侧贴合的第一侧壁203a、位于第一侧壁203a内圈之内的第二侧壁203b、连接在第一侧壁203a和第二侧壁203b底部之间的底板203c，以及连接在第一侧壁203a和第二侧壁203b顶部的顶部坡板203d。波纹接水层202a、上顺水层202b和下顺水层202c均位于第二侧壁203b的内圈。较佳的，顶部坡板203d具有一定的倾斜坡度(外缘高度大于内缘高度)，通过水帘分布器102b或防淹管102c喷射至顶部坡板203d上的吸收液能够顺着坡面流入填料结构层202中。

进一步的，限位层202d包括位于中心处的第一格栅202d-1以及沿周向环绕固定于第一格栅202d-1外缘上的第一外缘环202d-2；支撑层202e包括位于中心处的第二格栅202e-1以及沿周向环绕固定于第二格栅202e-1外缘上的第二外缘环202e-2。限位层202d的第一外缘环202d-2固定于第二侧壁203b上，支撑层202e的第二外缘环202e-2可拆卸地固定于底板203c上。

进一步的，第二筒壁204的下端设置有竖直向下沿伸的嵌套区204a以及水平环状结构的衔接区204b。嵌套区204a的外径配合于第一筒壁104顶部的外径，底板203c、衔接区204b以及第二外缘环202e-2依次层叠，并通过紧固螺栓l进行固定连接。

本发明的复合塔板结构能够沿竖向堆叠设置多组，嵌套区204a的设置能够使得多个堆叠设置的复合塔板结构能够通过嵌套区204a与第一筒壁104顶部插接嵌套实现连接(上一个复合塔板结构的嵌套区204a能够插入并搁置在下一个复合塔板结构的第一筒壁104顶部)。

如图1，基于上述的复合塔板结构，本发明还提出一种复合塔设备，其采用上述中的复合塔板结构作为气液传质的发生器件。

所述复合塔设备包括塔体300以及设置于塔体300内的复合塔板结构，此处的塔体300可以采用现有的填料塔塔体，复合塔板结构为本发明上述的复合塔板结构，且复合塔板结构可以在塔体300内堆叠设置多层。需要注意的是：塔体300的内侧壁上固定有支撑件307，用于直接支撑位于最底层的复合塔板结构，实现各层复合塔板结构的承托。支撑件307可以为沿周向均布且一体成型于塔体300内侧壁上的多个块状结构，也可以为水平固定于塔体300内的横梁，支撑件307在竖向上高于进气口301。

具体的，塔体300的外侧壁上设置有进气口301和进液口302，塔体300的顶部设置有排气口303，塔体300的底部设置有排液口304，进气口301与进液口302之间的区段上排列固定有复合塔板结构。需要注意的是：进液口302位于进气口301的上方。

当进气口301与进液口302之间的区段上层叠固定有至少两组复合塔板结构时，位于上部的复合塔板结构能够通过其下端的嵌套区204a插入位于其下部的复合塔板结构的第一筒壁104内，并架设于其上。

进一步的，塔体300的内部还设置有液体分布器305和除沫器306，液体分布器305位于最上层的复合塔板结构的上部，液体分布器305的进水管伸出塔体300作为上述的进液口302；除沫器306位于液体分布器305的上部。

基于上述，复合塔设备的工作过程如下：

气体从塔底送入，即通过下端的进气口301进入塔体300内部，气体在压力的推动下，自下而上进入各层的复合塔板结构中；同时，吸收液从进液口302送入液体分布器305，在液体分布器305的分配下，散落的吸收液能够自上而下首先进入位于最顶部的复合塔板结构中；吸收液在第一塔板101上部的第一容置空间m-1中不断积存，形成液层，当液层的液面高度超过溢流管102a的上端时，吸收液能够从溢流管102a注入水帘分布器102b中，通过水帘分布器102b形成层层水帘；水帘喷洒在填料结构层202上之后，依次穿过限位层202d、上顺水层202b、波纹接水层202a上的筛孔、下顺水层202c、支撑层202e，并最终落入下一层的复合塔板结构的第一塔板101上部；从底部上涌的气体能够首先进入位于最底层的复合塔板结构的填料结构层202中，并在填料结构层202中与附着的吸收液进行互相接触，并进行第一次相间传质；随后，发生过一次传质过程的气体再次进入包覆于填料结构层202外围的层层水帘中，与水帘发生第二次相间传质；最终，突破水帘的气体能够进入各个通气管201a，并以鼓泡的方式穿过第一塔板101上的液层，与液层发生第三次相间传质。

经过上述过程的气体能够继续向上进入上一层的复合塔板结构中，并进行重复的三次相间传质过程；如此，在气体向上传输的过程中，能够在各层的复合塔板结构中进充分的相间传质，以此保证了传质作用的效果。

重要的是，应注意，在多个不同示例性实施方案中示出的本申请的构造和布置仅是例示性的。尽管在此公开内容中仅详细描述了几个实施方案，但参阅此公开内容的人员应容易理解，在实质上不偏离该申请中所描述的主题的新颖教导和优点的前提下，许多改型是可能的(例如，各种元件的尺寸、尺度、结构、形状和比例、以及参数值(例如，温度、压力等)、安装布置、材料的使用、颜色、定向的变化等)。例如，示出为整体成形的元件可以由多个部分或元件构成，元件的位置可被倒置或以其它方式改变，并且分立元件的性质或数目或位置可被更改或改变。因此，所有这样的改型旨在被包含在本发明的范围内。可以根据替代的实施方案改变或重新排序任何过程或方法步骤的次序或顺序。在权利要求中，任何“装置加功能”的条款都旨在覆盖在本文中所描述的执行所述功能的结构，且不仅是结构等同而且还是等同结构。在不背离本发明的范围的前提下，可以在示例性实施方案的设计、运行状况和布置中做出其他替换、改型、改变和省略。因此，本发明不限制于特定的实施方案，而是扩展至仍落在所附的权利要求书的范围内的多种改型。

此外，为了提供示例性实施方案的简练描述，可以不描述实际实施方案的所有特征(即，与当前考虑的执行本发明的最佳模式不相关的那些特征，或于实现本发明不相关的那些特征)。

应理解的是，在任何实际实施方式的开发过程中，如在任何工程或设计项目中，可做出大量的具体实施方式决定。这样的开发努力可能是复杂的且耗时的，但对于那些得益于此公开内容的普通技术人员来说，不需要过多实验，所述开发努力将是一个设计、制造和生产的常规工作。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。