專利名稱：微氣泡傳質(zhì)塔板及閥體與塔盤的連接方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于煉油、石化、化學工業(yè)等領域中的塔板，精餾、吸收等操作中 的一種氣液接觸進行傳質(zhì)傳熱的重要設備。
背景技術：
板式塔是逐板接觸式的氣液傳質(zhì)設備。在塔體內(nèi)裝有若干層一定間距放置的水平 塔板，根據(jù)塔板類型不同，塔板開有不同形式、不同尺寸的孔，或者安裝有浮動的或固定的 閥，每層塔板靠塔壁處設有降液管。操作時，液體靠重力作用由上層塔板經(jīng)過降液管流至下 層塔板，橫向流過塔板，塔板上的出口堰會使板面上維持一定厚度的流動液層；氣體從塔底 靠壓強差推動，逐板由下向上穿過塔板上的孔或閥以及板上液層而流向塔頂，氣體通過每 層板上液層時，形成氣泡和液沫，泡沫層為兩相接觸提供足夠大的相際接觸面，有利于相間 傳質(zhì)。為了滿足近代煉油和石油化學工業(yè)對塔設備的要求，塔設備應具有下列性能氣 液兩相能充分接觸，以保證較高的分離效率；操作彈性大，以使塔器在負荷變動較大時仍能 穩(wěn)定操作；流體流動的阻力小，以減小壓力降，降低能耗；氣液處理量大；結構簡單可靠，制 造成本低；易于操作、調(diào)節(jié)及檢修。但板式塔普遍存在效率較低、壓力降較高等缺點。進入90年代后，人們開始尋求傳統(tǒng)板式塔的突破。例如，新型垂直篩板、V-V浮閥 塔板、Ll條型浮閥塔板、Nye塔板等。對于固閥塔板，由于閥體本身多為沖壓出的結構，其氣相通道較大且固定，故而適 應性和靈活性較差，容易產(chǎn)生漏液，操作負荷范圍小。對于浮閥塔板來說，氣體從閥體周圍 噴出，會在與液流流動方向相反的方向上產(chǎn)生返混，從而降低傳質(zhì)效率，而且由于閥體之間 氣體對噴現(xiàn)象因而閥體的排布不能很近，從而也限制了塔板的開孔率。篩孔型塔板本身可 以提供垂直向上噴射的氣體，但受到孔徑大小的限制，若開孔較大，則不能產(chǎn)生均勻分布的 小氣泡，從而傳質(zhì)效率不高，而若開孔較小，氣泡較為均勻，但同時塔盤的開孔面積會下降， 也會降低傳質(zhì)能力和工作負荷。受到塔板本身強度的限制，篩孔開孔率不能太高。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服傳統(tǒng)塔板氣液接觸效果較差、液面落差大、容易漏液、液體返混等缺點， 本發(fā)明利用了具有產(chǎn)生微氣泡材料結構的特殊性，制作了微氣泡傳質(zhì)塔板。且本發(fā)明中的 微氣泡傳質(zhì)塔板具有較大的開孔率，能進一步提高板式塔的效率和生產(chǎn)能力。本發(fā)明的技術方案如下一種微氣泡傳質(zhì)塔板，它主要由塔盤、微氣泡傳質(zhì)閥體、閥孔組成；其中，微氣泡傳 質(zhì)閥體完全覆蓋塔盤上的閥孔，微氣泡傳質(zhì)閥體橫截面積≥閥孔面積；且若閥體上表面高 于塔盤上表面，閥體上表面與塔盤上表面高度差≤閥體高度；若閥體上表面低于塔盤上表 面，塔盤上表面與閥體上表面高度差≤ 塔盤的厚度。所述的微氣泡傳質(zhì)閥體的材質(zhì)結構為束狀、海綿狀或不規(guī)則多孔結構，孔隙體積分數(shù) 10% -90%,孔徑 0. l-10mm。所述的微氣泡傳質(zhì)閥體橫截面形狀為圓形、三角形、四邊形、多邊形或它們的組
I=I O所述的閥孔按照順位或錯位，單排或多排排列方式在塔盤上設置，周圍設有用來 固定微氣泡傳質(zhì)閥體的螺紋孔、螺栓孔或粘結、焊接、鑲嵌用結構。本發(fā)明的微氣泡傳質(zhì)塔板的閥體與塔盤的連接方法，閥體采用直接通過螺紋孔、 螺栓孔、粘接、焊接或鑲嵌結構與塔盤連接，或通過具有螺紋孔、螺栓孔或粘接、焊接、鑲嵌 結構的連接構件與塔盤連接。所述的連接構件是與微氣泡傳質(zhì)閥體的材質(zhì)結構相同的原料。所述的連接構件是與微氣泡傳質(zhì)閥體的材質(zhì)結構不同的原料，包括石墨、塑料、碳 化硅、陶瓷、樹脂、金屬、金屬氧化物或他們之間組合的材料制得。本發(fā)明具有如下優(yōu)點，由于閥體與塔盤緊密貼合，故氣相通過閥體上的孔隙向上 傳遞，該微氣泡結構能夠提供較為均勻的微氣泡氣體分布，增加了氣體與液層的接觸面積， 增大傳質(zhì)效率；該微氣泡傳質(zhì)閥體結構決定其不容易產(chǎn)生漏液，特別能適用于液相負荷較 大/氣相負荷較小的情況；由于微氣泡方向是垂直向上，不會產(chǎn)生彼此的對噴，故而可以改 善傳統(tǒng)塔板為了防止漏液而不能提高開孔率的情況，同時可以增大操作彈性，提高塔盤生 產(chǎn)能力。另外，由于氣相以微氣泡的形式通過液層，可以減少其液體夾帶量，從而能夠降低 塔板間距，降低精餾塔高度。


圖1是一種設置有降液管、受液盤、進口堰和出口堰的圓形塔盤俯視2是一種設置有淋降孔的圓形塔盤俯視3是一種設置有降液管、受液盤、進口堰和出口堰的方形塔盤俯視4是閥體上表面高于塔盤上表面，其高度差=閥體高度時閥體與塔盤相對位置 示意5是閥體上表面高于塔盤上表面，其高度差 < 閥體高度時閥體與塔盤相對位置 示意6是閥體上表面等于塔盤上表面時閥體與塔盤相對位置示意7是閥體上表面低于塔盤上表面，其高度差<塔盤高度時閥體與塔盤相對位置 示意8是閥體上表面低于塔盤上表面，其高度差=塔盤高度時閥體與塔盤相對位置 示意9是閥體長方形，連接構件與閥體材質(zhì)相同原料時的一種閥體俯視10是閥體圓形，采用粘接/焊接/鑲嵌方式與塔盤緊密貼合連接的一種閥體俯 視11是閥體圓形，連接構件與閥體材質(zhì)原料不同時的一種閥體俯視12是閥體三角形，連接構件與閥體材質(zhì)原料不同時的一種閥體俯視13是閥體梯形，連接構件與閥體材質(zhì)原料不同時的一種閥體俯視14是閥體多邊形，連接構件與閥體材質(zhì)原料不同時的一種閥體俯視圖
圖15是閥體圓形、三角形、四邊形、多邊形組合形狀，連接構件與閥體材質(zhì)不同原 料時的閥體俯視圖 其中，1閥孔，2塔盤，3出口堰，4降液管，5受液盤，6進口堰，7閥體，8閥體與塔盤 連接構件，9淋降孔。
具體實施例方式一種微氣泡傳質(zhì)塔板，它主要由塔盤、微氣泡傳質(zhì)閥體、閥孔組成；其中，微氣泡傳 質(zhì)閥體完全覆蓋塔盤上的閥孔，微氣泡傳質(zhì)閥體橫截面積>閥孔面積；且若閥體上表面高 于塔盤上表面，閥體上表面與塔盤上表面高度差<閥體高度；若閥體上表面低于塔盤上表 面，塔盤上表面與閥體上表面高度差<塔盤的厚度。微氣泡傳質(zhì)閥體的材質(zhì)結構為束狀、海 綿狀或不規(guī)則多孔結構，孔隙體積分數(shù)10% -90%，孔徑0. I-IOmm0微氣泡傳質(zhì)閥體橫截面 形狀為圓形、三角形、四邊形、多邊形或它們的組合。閥孔按照順位或錯位，單排或多排排列 方式在塔盤上設置，其周圍設有用來固定微氣泡傳質(zhì)閥體的螺紋孔、螺栓孔或粘結、焊接、 鑲嵌用結構。本發(fā)明的微氣泡傳質(zhì)塔板的閥體與塔盤的連接方法，閥體與塔盤采用直接通過螺 紋孔、螺栓孔、粘接、焊接或鑲嵌結構與塔盤連接，或通過具有螺紋孔、螺栓孔或粘接、焊接、 鑲嵌結構的連接構件與塔盤連接。連接構件是與微氣泡傳質(zhì)閥體的材質(zhì)結構相同的原料或 與微氣泡傳質(zhì)閥體的材質(zhì)結構不同的原料，包括石墨、塑料、碳化硅、陶瓷、樹脂、金屬、金屬 氧化物或他們之間組合的材料制得。典型實例如下實施例1 本微氣泡傳質(zhì)塔板由塔盤2、設置在塔盤2上的微氣泡傳質(zhì)閥體7、閥孔1、降受液 結構(降液管4、受液盤5、進口堰6和出口堰3)組成，其中塔盤結構如圖1所示，塔盤與閥 體相對位置如圖4所示，閥體結構如圖9所示。其中，閥體需能完全覆蓋閥孔，微氣泡傳質(zhì) 閥體橫截面積> 閥孔面積，且閥體上表面高于塔盤上表面，其高度差=閥體高度。采用陶瓷 制成孔隙體積分數(shù)為90%，孔徑為0. Imm的微氣泡傳質(zhì)閥體，其結構為海綿狀多孔結構，閥 體7采用長方形，連接構件8與閥體材質(zhì)結構相同的原料。采用螺紋或者螺孔結構，用螺釘 或螺栓與閥孔1緊密貼合連接，閥孔采用錯排。塔板在工作時，液體從降液管落下，氣體通過閥體產(chǎn)生較為均勻微氣泡，從而增加 了氣液接觸面積，加強傳質(zhì)。當氣速很低時，靠閥上微氣泡介質(zhì)本身的微氣泡作用，可以防 止出現(xiàn)漏液，而當氣速很高時，由于微氣泡介質(zhì)本身孔徑分布可以避免出現(xiàn)氣體對噴等現(xiàn) 象，從而提高塔設備的操作彈性。通過乙醇_水物系測試，該微氣泡傳質(zhì)塔板與普通篩板相 比，效率提高33%，處理能力提高約19%。實施例2 本微氣泡傳質(zhì)塔板由塔盤2、設置在塔盤2上的微氣泡傳質(zhì)閥體7、閥孔1、淋降孔 9組成，其中塔盤結構圖2所示，塔盤與閥體相對位置如圖5所示，閥體結構如圖10所示。其 中，閥體需能完全覆蓋閥孔，微氣泡傳質(zhì)閥體橫截面積 > 閥孔面積，且閥體上表面高于塔盤 上表面，其高度差< 閥體高度。采用碳化硅制成孔隙體積分數(shù)為50-90%，孔徑為0. l-5mm 的微氣泡傳質(zhì)閥體，其結構為不規(guī)則多孔結構。閥體7采用粘接/焊接/鑲嵌方式與塔盤
5緊密貼合連接，閥孔采用錯排。塔板在工作時，液體從淋降孔落下，氣體通過閥體產(chǎn)生較為均勻微氣泡，從而增加 了氣液接觸面積，加強傳質(zhì)。當氣速很低時，靠閥上微氣泡介質(zhì)本身的微氣泡作用，可以防 止出現(xiàn)漏液，而當氣速很高時，由于微氣泡介質(zhì)本身孔徑分布可以避免出現(xiàn)氣體對噴等現(xiàn) 象，從而提高塔設備的操作彈性。通過乙醇_水物系測試，該微氣泡傳質(zhì)塔板與普通篩板相 比，效率提高15-33%，處理能力提高約12-19%。實施例3:本微氣泡傳質(zhì)塔板由塔盤2、設置在塔盤2上的微氣泡傳質(zhì)閥體7、閥孔1、淋降孔 9組成，其中塔盤結構圖2所示，塔盤與閥體相對位置如圖6所示，閥體結構如圖10所示。 其中，閥體需能完全覆蓋閥孔，微氣泡傳質(zhì)閥體橫截面積> 閥孔面積，且閥體上表面與塔盤 上表面高度差=0。采用樹脂制成孔隙體積分數(shù)為50%，孔徑為5mm的微氣泡固閥，其結構 為束狀多孔結構，閥體7采用圓形，采用粘接/焊接/鑲嵌方式與塔盤緊密貼合連接，閥孔 采用錯排。塔板在工作時，液體從淋降孔落下，氣體通過固閥上的微氣泡介質(zhì)孔隙噴出，由于 微氣泡介質(zhì)固閥的孔徑較小，從而增加了氣液接觸面積，加強傳質(zhì)。當氣速很低時，靠閥上 微氣泡介質(zhì)本身的微氣泡作用，可以防止出現(xiàn)漏液，而當氣速很高時，由于微氣泡介質(zhì)本身 孔徑分布可以避免出現(xiàn)氣體對噴等現(xiàn)象，從而提高塔設備的操作彈性。通過乙醇_水物系 測試，該微氣泡傳質(zhì)塔板與普通篩板相比，效率提高約15%，處理能力提高約12%。實施例4 本微氣泡傳質(zhì)塔板由塔盤2、設置在塔盤2上的微氣泡傳質(zhì)閥體7、閥孔1、淋降孔 9組成，其中塔盤結構圖2所示，塔盤與閥體相對位置如圖7所示，閥體結構如圖10所示。 其中，閥體需能完全覆蓋閥孔，微氣泡傳質(zhì)閥體橫截面積> 閥孔面積，且閥體上表面低于塔 盤上表面，塔盤上表面與閥體上表面高度差<塔盤的厚度。分別采用石墨、塑料制成孔隙體 積分數(shù)為10-50%，孔徑為5-10mm的微氣泡傳質(zhì)閥體，其結構海綿狀多孔結構，閥體7采用 圓形，采用焊接/粘接/鑲嵌構件8與塔盤2上閥孔1緊密連接，閥孔采用錯排。塔板在工作時，液體從淋降孔落下，氣體通過閥體產(chǎn)生較為均勻微氣泡，從而增加 了氣液接觸面積，加強傳質(zhì)。當氣速很低時，靠閥上微氣泡介質(zhì)本身的微氣泡作用，可以減 少漏液，而當氣速很高時，由于微氣泡介質(zhì)本身孔徑分布可以避免出現(xiàn)氣體對噴等現(xiàn)象，從 而提高塔設備的操作彈性。通過乙醇_水物系測試，該微氣泡傳質(zhì)塔板與普通篩板相比，效 率提高約11-15%，處理能力提高約8-12%。實施例5本微氣泡傳質(zhì)塔板由塔盤2、設置在塔盤2上的微氣泡傳質(zhì)閥體7、閥孔1、降受液 結構(降液管4、受液盤5、進口堰6和出口堰3)組成，其中塔盤結構圖3所示，塔盤與閥體 相對位置如圖8所示。其中，閥體需能完全覆蓋閥孔，微氣泡傳質(zhì)閥體橫截面積> 閥孔面 積，且閥體上表面低于塔盤上表面，塔盤上表面與閥體上表面高度差=塔盤的厚度。微氣泡 固閥孔隙體積分數(shù)為10%，孔徑為10mm，其結構海綿狀多孔結構，。閥體可采用閥體采用金 屬材料，形狀為圓形，具有與塔盤連接用的焊接/粘接/鑲嵌構件8，連接構件與閥體的材質(zhì) 結構不同的原料，可以為石墨、塑料、碳化硅、陶瓷、樹脂或他們之間組合的材料制得，如圖 11所示；閥體也可以采用金屬氧化物制得，形狀為三角形，具有與塔盤連接用的焊接/粘接/鑲嵌構件8，連接構件與閥體的材質(zhì)結構不同的原料，可以為石墨、塑料、碳化硅、陶瓷、樹 脂或他們之間組合的材料制得，如圖12所示；閥體也可以采用金屬制得，形狀為梯形，具有 與塔盤連接用的焊接/粘接/鑲嵌構件8，連接構件與閥體的材質(zhì)結構不同的原料，可以為 石墨、塑料、碳化硅、陶瓷、樹脂或他們之間組合的材料制得，如圖13所示；閥體也可以采用 金屬氧化物制得，形狀為多邊形，具有與塔盤連接用的焊接/粘接/鑲嵌構件8，連接構件與 閥體的材質(zhì)結構不同的原料，可以為石墨、塑料、碳化硅、陶瓷、樹脂或他們之間組合的材料 制得，如圖14所示；閥體也可以采用金屬氧化物制得，采用一種圓形、三角形、四邊形、多邊 形之間的組合形狀，具有與塔盤連接用的焊接/粘接/鑲嵌構件8，連接構件與閥體的材質(zhì) 結構不同的原料，可以為石墨、塑料、碳化硅、陶瓷、樹脂或他們之間組合的材料制得，如圖 15所示。采用焊接/粘接/鑲嵌構件8與塔盤2上閥孔1緊密連接。閥孔采用并排。塔板在工作時，液體從降液管落下，氣體通過固閥上的微氣泡介質(zhì)孔隙噴出，由于 微氣泡介質(zhì)固閥的孔徑較小，從而增加了氣液接觸面積，加強傳質(zhì)。當氣速很低時，靠閥上 微氣泡介質(zhì)本身的微氣泡作用，可以防止出現(xiàn)漏液，而當氣速很高時，由于微氣泡介質(zhì)本身 孔徑分布可以避免出現(xiàn)氣體對噴等現(xiàn)象，從而提高塔設備的操作彈性。通過乙醇_水物系 測試，該微氣泡傳質(zhì)塔板與普通篩板相比，效率提高11%，處理能力提高約8%。本發(fā)明提出的微氣泡傳質(zhì)塔板及閥體與塔盤的連接方法，已通過較佳實施例子進 行了描述，相關技術人員明顯能在不脫離本發(fā)明內(nèi)容、精神和范圍內(nèi)對本文所述的結構和 連接方法進行改動或適當變更與組合，來實現(xiàn)本發(fā)明技術。特別需要指出的是，所有相類似 的替換和改動對本領域技術人員來說是顯而易見的，他們都被視為包括在本發(fā)明精神、范 圍和內(nèi)容中。
權利要求
一種微氣泡傳質(zhì)塔板，它主要由塔盤、微氣泡傳質(zhì)閥體、閥孔組成；其特征是，微氣泡傳質(zhì)閥體完全覆蓋塔板上的閥孔，微氣泡傳質(zhì)閥體橫截面積≥閥孔面積；且若閥體上表面高于塔盤上表面，閥體上表面與塔盤上表面高度差≤閥體高度；若閥體上表面低于塔盤上表面，塔盤上表面與閥體上表面高度差≤塔盤的厚度。
2.如權利要求1所述的微氣泡傳質(zhì)塔板，其特征是所述的微氣泡傳質(zhì)閥體的材質(zhì)結構 為束狀、海綿狀或不規(guī)則多孔結構，孔隙體積分數(shù)10% -90%，孔徑0. l-10mm。
3.如權利要求1所述的微氣泡傳質(zhì)塔板，其特征是所述的微氣泡傳質(zhì)閥體橫截面形狀 為圓形、三角形、四邊形、多邊形或它們的組合。
4.如權利要求1所述的微氣泡傳質(zhì)塔板，其特征是所述的閥孔按照順位或錯位，單排 或多排排列方式在塔盤上設置，且其周圍設有用來固定微氣泡傳質(zhì)閥體的螺紋孔、螺栓孔 或粘結、焊接、鑲嵌用結構。
5.微氣泡傳質(zhì)塔板的閥體與塔盤的連接方法，其特征是閥體采用直接通過螺紋孔、螺 栓孔、粘接、焊接或鑲嵌結構與塔盤連接，或通過具有螺紋孔、螺栓孔或粘接、焊接、鑲嵌結 構的連接構件與塔盤連接。
6.如權利要求5所述的連接方法，其特征是所述的連接構件是與微氣泡傳質(zhì)閥體的材 質(zhì)結構相同的原料。
7.如權利要求5所述的連接方法，其特征是所述的連接構件是與微氣泡傳質(zhì)閥體的材 質(zhì)結構不同的原料，包括石墨、塑料、碳化硅、陶瓷、樹脂、金屬、金屬氧化物或他們之間組合 的材料制得。
全文摘要
本發(fā)明涉及微氣泡傳質(zhì)塔板及閥體與塔盤的連接方法；它主要由塔盤、微氣泡傳質(zhì)閥體、閥孔組成；微氣泡傳質(zhì)閥體完全覆蓋塔盤上的閥孔，微氣泡傳質(zhì)閥體橫截面積≥閥孔面積；且若閥體上表面高于塔盤上表面，閥體上表面與塔盤上表面高度差≤閥體高度；若閥體上表面低于塔盤上表面，塔盤上表面與閥體上表面高度差≤塔盤的厚度。由于閥體與塔盤緊密貼合，故氣相通過閥體上的孔隙向上傳遞，改微氣泡結構能夠提供較為均勻的微氣泡氣體分布，增加了氣體與液層的接觸面積，增大傳質(zhì)效率。由于微氣泡方向是垂直向上，不會產(chǎn)生彼此的對噴，故而可以改善傳統(tǒng)塔板為了防止漏液而不能提高開孔率的情況，同時可以增大操作彈性，提高塔盤生產(chǎn)能力。
文檔編號B01D3/18GK101972555SQ20101054160
公開日2011年2月16日 申請日期2010年11月12日 優(yōu)先權日2010年11月12日
發(fā)明者姜斌, 張勁松, 李洪, 李鑫鋼, 楊振明 申請人:天津大學