一种具有多微孔气泡罩的新型塔板的制作方法

本发明属于气液、液液接触传质设备技术领域，具体地说，涉及一种具有多微孔气泡罩的新型塔板。

背景技术：

塔器是在石油、化工、轻工、医药行业中广泛应用的气液、液液接触传质设备，完成吸收、精馏、换热等单元操作。塔板是其中最基本、最重要的部件，决定塔的性能。按照结构可分为泡罩塔板、筛孔塔板、浮阀塔板、舌形塔板等。

（1）、泡罩塔板是工业上最早应用的塔板，它主要由升气管及泡罩构成。泡罩安装在升气管的顶部，多为圆形，泡罩的下部周边开有很多齿缝。其结构复杂，压降大，气泡很难与齿缝下端区域液体接触，存在返混，造成气液接触不充分，极大影响塔板效率。（2）、筛孔塔板上有许多小孔，形状如筛，并装有溢流管或没有溢流管。其操作弹性小，气速低时，漏液严重。（3）、浮阀塔板以泡罩塔板和筛孔塔板为基础，有多种浮阀形式，但基本结构特点相似，即在塔板上按一定的排列开若干孔，孔的上方安置可以在孔轴线方向上下浮动的阀片，阀片可随上升气量的变化而自动调节开启度。其阀片容易卡住，影响其自由开启。（4）、舌形塔板是一种斜喷射型塔板，在塔板上冲出若干按一定排列的舌形孔，舌片向上张角为20°左右。其张角固定，在气量较小时，经舌孔喷射的气速低，塔板漏液严重，操作弹性小。

导向筛板从塔板不同区域的气液动量衡算出发，导向孔的分布及转角按照从导向孔喷出的气体推动液体前进，传递给液体的动量与液体克服前进阻力所需要的动量相等的原则布置。将上游区域的液层厚度降低，同时使液流的迹径发生变化，诱导和促进液体发生鼓泡。除此之外，在液流的上游区域，由于液体在从降液管流下的过程中，释放了所含的气体，因此刚进入上游区域的液体是实在的液体，难以被上升的气体穿过而形起鼓泡(气液是在鼓泡表面进行传质的)，这样在塔板上形成"非活化区"一般达30%左右，极大的影响塔板效率和生产能力。

cn1298751a公开了一种塔板，是在常规塔板上设置一层附加传质部件，如筛板、开孔板、网板、丝网编制板等，形成双层塔板。附加塔板的开孔率或孔隙率高于下部塔板，采用这种塔板，可以充分利用塔板的上部空间，为气液两相提供更大的相界面面积和更长的停留时间，提高塔板的传质效率。但这种塔板要求有较大的液相流量，液相没过附件传质部件才能发挥该附件部件的作用，仍然存在下部界面与液体接触不充分，有返混问题。cn2604219y公开了一种组合式多孔介质泡罩塔板，将喷射和鼓泡两种两种传热传质方式组合，在塔内装上开有升气孔水平塔板，每一个升气孔上方都有升液环，其外侧有喷射罩，喷射罩本身不开孔，顶端不设挡板，喷射罩与塔板之间有底隙。最外侧的罩体与喷射罩之间填充一段多孔介质或填料，外层罩体在填充层以下的部分开有均匀的排气孔。但存在折流，有返混发生，且塔板结构比较复杂，安装、检修困难。cn100388959c公开了一种多孔表面塔板，其表面有一层多孔层，多孔层的孔隙率15%～45%，平均孔径10～200微米，平均厚度0.2～0.8毫米。由于塔板表面有一层多孔层，因此能在塔板上下两侧存在较小温差（0.2～1℃）的情况下，使塔板表面液相中相对挥发度较大的组分汽化、分离，主要是针对于精馏操作塔板的改进，对于吸收操作无效。

技术实现要素：

本发明提供一种减少液面梯度，以减小“非活化区”，且使液体流动均匀、稳定化，增加气液接触面积，促进液体发生鼓泡，并增加气流穿过液层时对液体的扰动，提高气液接触效率的具有多微孔气泡罩的新型塔板。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种具有多微孔气泡罩的新型塔板，包括塔板，于塔板上间隔安装有若干用于将气体细化为微泡并使微泡与水平方向呈角度吹出的微孔气泡罩，微孔气泡罩包括若干个安装于塔板中心区且安装于进液端处的比安装于溢流堰端处高的全网型气泡罩，及若干安装于塔板弓形区的且分别与溢流堰中心线之间形成有转角的半网型气泡罩。

进一步的，所述全网型气泡罩包括构造于第一支撑圆台和第一上部圆台之间的圆台状的微孔分布全网，且所述微孔分布全网的小径端和大径端分别与第一支撑圆台和第一上部圆台连接，且三者轴线重合，于所述第一支撑圆台上沿其轴线向远离第一上部圆台的方向延伸有第一连接套，所述第一连接套与所述塔板可拆卸连接。

进一步的，所述微孔分布全网的孔径为10-300μm，所述第一支撑圆台和第一上部圆台的直径范围均在10-100mm，所述全网型气泡罩高度与第一支撑圆台高度的比值为0.5-4，且微孔分布全网的斜边与第一支撑圆台端面的角度为0°-180°。

进一步的，所述半网型气泡罩包括构造于第二支撑圆台和第二上部圆台之间的圆台状的微孔分布半网，且所述微孔分布半网的小径端和大径端分别与第二支撑圆台和第二上部圆台连接，且三者轴线重合，于所述第二支撑圆台上沿其轴线向远离第二上部圆台的方向延伸有第二连接套，所述第二连接套与所述塔板可拆卸连接。

进一步的，所述微孔分布半网的孔径为10-300μm，所述第二支撑圆台和第二上部圆台的直径范围均在10-100mm，所述半网型气泡罩高度与第二支撑圆台高度的比值为0.5-4，且微孔分布半网的斜边与第二支撑圆台端面的角度为0°-180°。

进一步的，安装于塔板进液端处的全网型气泡罩比安装于溢流堰端处的全网型气泡罩的高0.5-5mm。

进一步的，所述全网型气泡罩呈正三角形排列，且相邻的全网型气泡罩的间距为30-120mm。

进一步的，所述若干半网型气泡罩的中心线与溢流堰的中心线之间的夹角分别为38°、48°及62°。

进一步的，所述具有多微孔气泡罩的新型塔板为若干个，且沿塔体中气体的流向间隔设置，相邻塔板之间间距为200-600mm。

本发明由于采用了上述的结构，其与现有技术相比，所取得的技术进步在于：当气体通过塔板时，经过微孔气泡罩的微孔吹出，形成微气泡，由于气液传质速率与气泡直径成反比，故形成微气泡增加了气液接触时间及接触面积，从而提高了气液传质效率，同时微孔气泡罩提高了气体的通量，增加操作弹性；塔板的弓形区域各点流动状况不同，采用半网型气泡罩侧面吹出，且半网型气泡罩的对称中心线与塔板的溢流堰中心线方向具有一定的转角，促使塔板上不同区域液流分布均匀、稳定；从塔板不同区域的气液动量衡算出发，微孔气泡罩的分布及侧面的倾斜角度按照从微孔气泡罩喷出的气体推动液体前进，传递给液体的动量与液体克服前进阻力所需要的动量相等的原则布置，使得本发明具有气液接触的均匀性，减少返混的特点。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

在附图中：

图1为本发明实施例塔板上微孔气泡罩分布示意图；

图2为本发明实施例全网型气泡罩的结构示意图；

图3为本发明实施例半网型气泡罩的结构示意图。

标注部件：1-微孔分布全网，2-第二支撑圆台，3-第二上部圆台，4-第二连接套，5-锁紧螺母，6-微孔分布半网，7-第一支撑圆台，8-第一上部圆台，9-第一连接套，10-塔板，11-通孔。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明。应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一种具有多微孔气泡罩的新型塔板

本实施例公开了一种具有多微孔气泡罩的新型塔板，如图1-3所示，包括塔板10和多个微孔气泡罩，在塔板10上开有多个安装孔11，每个微孔气泡罩分别通过相对应的安装孔11可拆卸安装在塔板10上，微孔气泡罩用于将气体细化为微泡并使微泡与水平方向呈角度吹出。气体由微孔气泡罩的侧面微孔与水平方形呈角度a，a为0-90°吹出，形成与网孔大小相同的气泡，既增加液体扰动，又延长接触时间，网孔越小，微气泡越小，气液接触面积越大，传热、传质效率越高。其中，微孔气泡罩包括多个全网型气泡罩和多个半网型气泡罩，这些全网型气泡罩安装在塔板10的中心区域，且安装在进液端处的全网型气泡罩比安装在溢流堰端处的全网型气泡罩的高度高0.5-5mm，优选的1-2mm，这样有效的减少"非活化区"，进而减少上游液层厚度，降低液面梯度；这些半网型气泡罩安装在塔板10的弓形区域，且这些半网型气泡罩分别与溢流堰中心线之间形成有转角。

本发明全网型气泡罩优选的结构为，如图2所示，全网型气泡罩包括第一支撑圆台7、第一上部圆台8和微孔分布全网6，微孔分布全网6为圆台状的结构，其固定安装在第一支撑圆台7和第一上部圆台8之间，微孔分布全网6的小径端和大径端分别与第一支撑圆台7和第一上部圆台8连接，且三者轴线重合，在第一支撑圆台7上沿其轴线向远离第一上部圆台8的方向延伸有第一连接套9，第一连接套9插装入位于塔板10中心区域的安装孔11内，并通过与第一连接套9螺纹连接的锁紧螺母5紧固在塔板10上。

本发明半网型气泡罩优选的结构为，如图3所示，半网型气泡罩包括第二支撑圆台2、第二上部圆台3和微孔分布半网1，微孔分布半网1为圆台状的结构，其固定安装在第二支撑圆台2和第二上部圆台3之间，微孔分布半网1的小径端和大径端分别与第二支撑圆台2和第二上部圆台3连接，且三者轴线重合，在第二支撑圆台2上沿其轴线向远离第二上部圆台3的方向延伸有第二连接套4，第二连接套4插装入位于塔板10弓形区域的安装孔11内，并通过与第二连接套4螺纹连接的锁紧螺母5紧固在塔板10上。

本发明为了便于制造、安装、更换及维修，全网型气泡罩和半网型气泡罩结构相似，区别在于一个采用微孔分布全网6，另一个采用微孔分布半网1，微孔分布半网1是指侧面具有一半左右的网孔，剩余侧面处于封闭状态。微孔分布全网6与微孔分布半网1的网孔孔径均为10-300μm，优选的80-150μm。第一支撑圆台7、第一上部圆台8、第二支撑圆台2及第二上部圆台3的直径范围均在10-100mm，且第一支撑圆台7和第二支撑圆台2优选的直径范围均为20-50mm。全网型气泡罩与第一支撑圆台7的高度比值和半网型气泡罩与第二支撑圆台2的高度比值均为0.5-4，优选的比值为1.5-3，微孔分布全网6的斜边与第一支撑圆台7端面的角度和微孔分布半网1的斜边与第二支撑圆台2端面的角度均为0°-180°，优选的角度为45°-90°。本发明第一支撑圆台7和第二支撑圆台2的厚度尽量小，从而塔板10与微孔气泡罩之间的缝隙尽量小，进而提高气液混合均匀性。气体阻力由微孔大小和液面高度决定，当气体由面积更大的侧面通过，开孔率一般为30-40%；如选用微孔分布全网6和/或微孔分布半网1的孔径为150μm的微孔气泡罩，其阻力主要由液位高度决定；如选用微孔分布全网6和/或微孔分布半网1的孔径为50μm的微孔气泡罩，其阻力主要由微孔决定。针对微孔越小，阻力越大，在吸收过程中可采用压力更大的风机，使气体通过微孔气泡罩，达到气液均匀混合的目的；针对微孔越小越易堵的问题，过程中发现采用第一支撑圆台7比第一上部圆台8小，和第二支撑圆台2比第二上部圆台3小时，不易堵；这是由于过程中，第一上部圆台8或第二上部圆台3密封片大，相当于带了“帽子”，导致杂质不易落在侧面微孔网上。

本发明进行气体中丙酮的吸收，根据微孔分布全网6和/或微孔分布半网1的孔径、第一支撑圆台7或第二支撑圆台2、第一上部圆台8或第二上部圆台3的参数不同，及对比现有的筛板塔，所测得出口丙酮气体浓度如下表所示：

根据上述表格可知，气泡罩1的各个参数的设置净化效果最佳，且气泡罩1-气泡罩8的净化效果远远优于现有的筛板塔的净化效果。

本发明采用塔径400mm的微孔气泡罩试验塔，吸收配置气体中的丙酮，进行多种试验中的一个来举例说明。微气泡罩试验塔的材质为不锈钢，气体流量高时400m³/h，低时80m³/h，液体吸收剂流量300l/h；采用多个本实施例的结构，且这些具有多微孔气泡罩的新型塔板沿塔体中气体的流向间隔设置，进行吸收，相邻塔板10之间间距为200-600mm，优选的间距为250mm。这里多微孔气泡罩的新型塔板的数量以四个为例，其排列方式如图1所示，塔板10中心区域呈正三角形排列，安装孔11的孔径21mm或22mm，相邻的安装孔11的间距为30-120mm，优选的为60mm；弓形区域内的半网型气泡罩的中心线与溢流堰中心线角度如图1中标识的角度分别为38°、48°、62°。

全网型气泡罩和半网型气泡罩的如图2、图3所示，微孔分布全网6和微孔分布半网1，网孔的孔径为150μm，开孔率33%，第一支撑圆台7和第二支撑圆台2的直径均为20mm，第一上部圆台8和第二上部圆台3的直径均为40mm；微孔分布全网6和微孔分布半网1二者的斜边长度均为40mm，微孔分布全网6和微孔分布半网1斜边与相对应的第一支撑圆台7和第二支撑圆台2的角度均为75°。微孔气泡罩与塔板10连接的第一连接套9或第二连接套4的螺纹为m20x1.5。

塔内设有溢流堰，溢流堰高度40mm；下面气液吸收操作条件如下，

（1）进气量400m³/h，丙酮气体浓度20000mg/m³；顶部吸收剂喷淋量300l/h，中间吸收剂循环喷淋量3000l/h。气体穿过微孔气泡罩，液体自上一级塔板10流入，气体形成密集而微小的气泡，与水平方向呈15°左右角度吹出，气泡与液体接触传质呈泡沫态；塔板10阻力约500pa，经检测出口气体浓度达到500mg/m³，有机气体去除率约97.5%。

（2）进气量80m³/h，进气中丙酮气体浓度10000mg/m³，阻力约400pa，塔内的液体并没有因为气量减少而漏液，经检测气体出口浓度约400/m³，有机气体去除率96%。

微孔气泡罩试验塔与采用相同塔板10数的浮阀塔，在同操作条件下做对比试验，结果如下表1：

表1微孔气泡罩试验塔吸收塔与浮阀吸收塔同等操作条件下效果比较

由表1可见在相同进气量与相同入口气体浓度条件下，采用微孔气泡罩试验塔吸收丙酮气体效果比采用浮阀塔板10吸收效果好；由此可见，采用新型微孔气泡罩组成的塔板10进行voc气体吸收具有良好的效果。

本发明具有如下主要优点：

（1）、气体通过面积更大的气泡罩侧面，降低气速，延长气液接触时间，可使气体通量更大；（2）、通过微孔气泡罩，形成微米级气泡，增加气液接触面积，使得气液接触更加均匀；（3）、通过不同区域设置不同高度气泡罩，以及弓形区域安装与溢流堰中心线呈不同角度的半网型气泡罩，减少液面梯度，有利于气液均匀混合；（4）、微孔气泡罩的安装、检修、更换方便。

且本发明根据塔板10不同区域液流稳定、均匀流动的需要，合理设置气泡罩，不塔板10同区域采用高度不同气泡罩，以及弓形区域角度不同半网型气泡罩的安装，基本消灭了塔板10上的"非活化区"(可由30%降至5%左右)。且微孔气泡罩侧面的微孔方向与水平方向成一定角度，增大了塔板10上气泡数量和气液接触面积，对液体有一定的扰动，大幅度地提高了板效率。经试验本发明塔板10吸收传质效率约70-95%。

本发明可用于化工过程的气液传质设备，在塔板10上设置微孔气泡罩，利用微孔气泡罩获得细小均匀的气泡，改善气液接触设备内气液分散状况，强化气液传质能力，从而在较低的能耗下达到较高的传质能力，可用于吸收与蒸馏操作，尤其可用于气量波动范围较大的气体吸收，提高吸收液浓度、降低吸收操作费用。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明权利要求保护的范围之内。