一种螺旋降液塔板及蒸馏塔的制作方法

1.本发明涉及蒸馏设备技术领域，具体涉及一种用于蒸馏塔内的螺旋降液塔板及蒸馏塔。


背景技术：

2.蒸馏是化工生产中最常见的工艺方法，为了提高产量、降低设备制造成本、减少占地面积等原因，通常采用蒸馏塔连续进出料的方式进行流水作业。蒸馏塔通常是长径比较大的圆柱体，在蒸馏塔有限的空间内要维持较高的蒸发量，就必须通过塔内件的优化来增大蒸发面积。蒸发面积的提高可以有效降低蒸发界面温度和抑制爆沸，在增大产量的同时避免蒸发过程中的气带液现象。
3.在不使用塔内件也不存在塔底回流的情况下，蒸馏塔的有效蒸发面积等于塔体横截面积，以直径1米的蒸馏塔为例，其有效蒸发面积仅为0.785平方米。在实际应用中，仅靠塔体横截面积和提馏段内壁表面积来维持大流量蒸发是远远不够的，因此生产中通常采用增加塔底回流以及塔内设置填料或者塔板的方式进一步提高蒸发表面积。
4.散堆填料或规整填料是一种松散的具有非常高比表面积的材料，比较常见的有波纹板规整填料或鲍尔环散堆填料等，在塔内设计一个填料段并堆满填料，回流液体通过分布器均匀散布在填料上并向下渗流，在填料各处蒸发气化，由于填料的松散性质，蒸发形成的气体向上穿透进入上升段、未完全蒸发的液体向下流至塔底。以1立方米的散堆填料或规整填料为例，其可以提供10-30平方米的有效蒸发面积。
5.塔板是一种在提馏段从上向下均布的带孔或不带孔的内构件，其作用是使回流液体在向下流动时流经更长的路径，并在每一层塔板的表面充分蒸发和气化，理论上每层塔板的表面积均可视为有效蒸发面积。以塔径1米、提馏段高度3米为例，设计合理的筛孔板等塔板式内构件可以提供4-8平方米的有效蒸发面积。
6.散堆填料和规整填料具有比表面积大、可拆卸清洗或维护、造价低廉等优点，但其仅能用于料液洁净的工况下，例如酒精脱水、溶剂回收等。对于物料易结焦、固形物含量高的情况不适用（例如废机油再生蒸馏塔），固形物、焦炭会逐渐堵塞填料中的孔隙和通道，使回流液体难以穿透填料层下降到塔底，填料的堵塞也会导致填料层的气阻升高，对于减压蒸馏而言会使填料层中下层真空降低从而急剧降低蒸发速度。
7.塔板由于每一层的面积有限，通常采用多层交错的方式每隔一段距离设置一层，在面对易结焦和固形物含量较高的液体时塔板表面会堆积焦炭和固形物，聚集成块后极易脱落并堵死管道。塔板从设计制造时就与塔体完全焊接成为一个整体，又由于每层塔板的间距较小，互相呈交错布置，一旦发生结焦完全无法清理。
8.填料和交错式塔板均具有一定的气体阻力，在减压蒸馏工况下对工艺性能有一定影响，散堆填料越密、填料堆积层越高、塔板数量越多则气阻越大。


技术实现要素：

9.本发明目的在于：针对在进行易结焦和固形物含量较高的物料蒸馏工艺时，现有蒸馏塔内设置填料或者塔板的方式存在上述技术缺陷的问题，提供一种螺旋降液塔板及蒸馏塔，该塔板通过使液体沿其表面呈螺旋下行，可以显著抑制表面结焦和固形物堆积，在保证流道通畅和不形成气阻的前提下最大化了塔板的蒸发表面积，同时塔板结构简单，检修清理方便。
10.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种螺旋降液塔板，包括沿塔体内壁螺旋下行的塔板本体，所述塔板本体的宽度小于塔内半径，所述塔板本体靠近塔体中心一侧固定设置有侧裙挡板，所述侧裙挡板的高度小于塔板本体层间距，所述侧裙挡板的内侧形成塔体中央的升气通道。
11.本发明通过设置螺旋式塔板本体及侧裙挡板，在工作状态下液体沿塔板本体表面呈螺旋下行，液体在塔板本体表面充分蒸发，气体由塔壁一侧移动到塔中心，并沿升气通道直接向上离开提馏段，由于液体流速可达3m/s以上，持续的高速冲刷可以显著抑制塔板表面结焦和固形物堆积，即使在特别恶劣的工况下塔板表面有结焦或堆积物存在，也不会对塔内形成任何气阻，同时可以利用升气通道作为人工通道，进入塔内进行清洗和维护塔板。
12.作为本发明的优选方案，所述塔板本体的外侧线型方程为，所述塔板本体的内侧线型方程为，其中，d是塔内半径，h是塔板本体层间距，k是内侧线型比例系数，z方程中对于右螺旋结构取正值、左螺旋结构取负值。通过将塔板本体内外侧线型设计为圆柱螺旋线型，进而对线型进行优化设计，以便在保证流道通畅和不形成气阻的前提下使塔板获得更大的蒸发表面积。
13.作为本发明的优选方案，所述塔板本体层间距h取值为0.2d-0.3d。
14.作为本发明的优选方案，所述内侧线型比例系数k取值为0.15d-0.35d。
15.作为本发明的优选方案，所述塔板本体的宽度为塔内半径的30%-70%。由于塔板本体的宽度为塔内半径的30%-70%，并未完全占据塔内有效空间，在塔中心处有30%-70%的无遮挡区域由塔底直通提馏段顶端作为气体上升通道，从而使得塔内气阻几乎为零。
16.作为本发明的优选方案，所述侧裙挡板的高度为40mm-60mm。
17.作为本发明的优选方案，所述塔板本体上均布设有贯穿板厚的筛孔。由于塔板本体上均布的筛孔可以使部分液体以雨滴状自然流到下一层，分散的液滴可以再次增大有效蒸发面积。
18.作为本发明的优选方案，所述筛孔的直径为5mm-20mm。
19.一种蒸馏塔，包括塔体和以上所述的螺旋降液塔板，其中塔板本体与塔体内壁固定连接。该蒸馏塔通过设置上述螺旋降液塔板，克服了现有蒸馏塔内设置的填料及塔板所存在的易堵塞、气体阻力大以及不便清理等不足，尤其适用于易结焦和固形物含量较高的物料蒸馏工艺。
20.作为本发明的优选方案，所述塔体上的回流入口位于塔板本体最上方且沿塔径切线方向布置。通过采用上述技术方案，由塔底循环泵输送到提馏段上方的料液沿塔径切线方向进入塔内，流入螺旋塔板本体最上方，并沿塔板本体旋转方向顺流向下流动。
21.综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：1、本发明提出的螺旋式降液塔板，在工作状态下液体沿塔板本体表面呈螺旋下行，液体流速可大于3m/s，持续的高速冲刷可以显著抑制塔板表面结焦和固形物堆积，即使在特别恶劣的工况下塔板表面有结焦或堆积物存在，也不会对塔内形成任何气阻；2、独特的升气通道设计使单位气体通量数倍于填料和传统塔板设计，气体流量的加大可以显著增加单位面积和时间的蒸发量；3、得益于有限空间内的塔板线型优化设计，在保证流道通畅和不形成气阻的前提下最大化了塔板的蒸发表面积，以塔内半径0.5米、提馏段高度3米为例，该螺旋降液塔板的有效蒸发面积大约为15平方米，远远高于传统塔板并接近散堆或规整填料的性能指标；4、在检修期间，与传统塔板完全无法维护、填料需要拆卸到塔外清理相比，本发明可以利用螺旋塔板中央的升气通道作为人工通道，进入塔内进行清洗和维护，塔板整体结构简单，没有维护死角，在短时间内即可完成清理；5、对于易结焦和固形物含量较高的物料蒸馏，塔器采用本发明中的螺旋降液塔板作为内构件，可以避免传统塔内件方案的堵塞风险，同时还具有极高的蒸发效率和检修便捷性。
附图说明
22.图1为本发明中的螺旋降液塔板示意图。
23.图中标记：1-塔板本体，11-塔板本体外侧线，12-塔板本体内侧线，2-侧裙挡板，3-升气通道，4-塔体。
具体实施方式
24.下面结合附图，对本发明作详细的说明。
25.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
26.实施例1本实施例提供一种螺旋降液塔板；如图1所示，本实施例中的螺旋降液塔板，包括沿塔体4内壁螺旋下行的塔板本体1，所述塔板本体1的宽度小于塔内半径，所述塔板本体1靠近塔体中心一侧固定设置有侧裙挡板2，所述侧裙挡板2的高度小于塔板本体层间距，所述侧裙挡板2的内侧形成塔体中央的升气通道3。
27.本发明通过设置螺旋式塔板本体及侧裙挡板，在工作状态下液体沿塔板本体表面呈螺旋下行，液体在塔板本体表面充分蒸发，气体由塔壁一侧移动到塔中心，并沿升气通道直接向上离开提馏段，由于液体流速可达3m/s以上，持续的高速冲刷可以显著抑制塔板表面结焦和固形物堆积，即使在特别恶劣的工况下塔板表面有结焦或堆积物存在，也不会对塔内形成任何气阻，同时可以利用升气通道作为人工通道，进入塔内进行清洗和维护塔板。
28.本实施例中，所述塔板本体1的整体形状由与塔体内壁相接触的塔板本体外侧线11以及靠近塔体中心的塔板本体内侧线12来共同控制，其中，所述塔板本体外侧线11的线型方程为：；所述塔板本体内侧线12的线型方程为：；其中，d是塔内半径，h是塔板本体层间距，k是内侧线型比例系数，z方程中对于右螺旋结构取正值、左螺旋结构取负值，当塔器使用地点位于北半球时建议按照左螺旋结构设计。通过将塔板本体内外侧线型设计为典型的圆柱螺旋线型，进而对线型进行优化设计，以便在保证流道通畅和不形成气阻的前提下使塔板获得更大的蒸发表面积。
29.本实施例中，所述塔板本体层间距h取值为0.2d-0.3d。通过将塔板本体层间距h取值与塔内半径d进行关联，方便在不同的塔内半径时，可以直接计算给出塔板本体层间距。
30.本实施例中，所述内侧线型比例系数k取值为0.15d-0.35d。通过将塔板本体内侧线型比例系数k取值与塔内半径d进行关联，方便在不同的塔内半径时，可以直接给出塔板本体内外侧线型方程。
31.本实施例中，在塔板本体内外侧线型设计完毕后按照提馏段实际总高度截取对应的z值区间。以塔内半径0.5米，提馏段高度3米，h取值为0.2d，k取值为0.32d为例，z值区间为{0,3}，该塔板的有效蒸发面积约为15平方米。
32.本实施例中，所述塔板本体1的宽度为塔内半径的30%-70%。由于塔板本体的宽度为塔内半径的30%-70%，并未完全占据塔内有效空间，在塔中心处有30%-70%的无遮挡区域由塔底直通提馏段顶端作为气体上升通道，从而使得塔内气阻几乎为零。另外，在后期检修期间可以利用螺旋塔板中央的升气通道作为人工通道，进入塔内进行清洗和维护塔板。
33.本实施例中，所述侧裙挡板2的高度为40mm-60mm。优选地，所述侧裙挡板2的高度优选为50mm。
34.本实施例中，所述塔板本体1上均布设有贯穿板厚的筛孔（图中未示出）。由于塔板本体上均布的筛孔可以使部分液体以雨滴状自然流到下一层，分散的液滴可以再次增大有效蒸发面积。本实施例中，所述筛孔的直径优选为5mm-20mm。
35.实施例2
本实施例提供一种蒸馏塔，包括塔体4和实施例1中所述的螺旋降液塔板，其中塔板本体1的外侧与塔体4内壁通过焊接方式固定连接。该蒸馏塔通过设置上述螺旋降液塔板，克服了现有蒸馏塔内设置的填料及传统塔板所存在的易堵塞、气体阻力大以及不便清理等不足，尤其适用于易结焦和固形物含量较高的物料蒸馏工艺使用。
36.本实施例中，所述塔体4上的回流入口位于塔板本体1最上方且沿塔径切线方向布置。通过采用上述技术方案，由塔底循环泵输送到提馏段上方的料液沿塔径切线方向进入塔内，流入螺旋塔板本体最上方，并沿塔板本体旋转方向顺流向下流动。
37.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的原理之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。