[发明专利]一种促进汽液分离的复式溢流堰有效
申请号: | 200910242074.5 | 申请日: | 2009-12-03 |
公开(公告)号: | CN101874933A | 公开(公告)日: | 2010-11-03 |
发明(设计)人: | 刘艳升;曹睿;严超宇;刘拥军 | 申请(专利权)人: | 中国石油天然气集团公司;中国石油大学(北京) |
主分类号: | B01D3/20 | 分类号: | B01D3/20 |
代理公司: | 北京市中实友知识产权代理有限责任公司 11013 | 代理人: | 李玉明 |
地址: | 100007 北京市*** | 国省代码: | 北京;11 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 促进 分离 复式 溢流 | ||
技术领域
本发明涉及一种主要用于石油和化学加工工业板式塔中的溢流堰。
背景技术
溢流堰是板式塔的重要内构件。在塔板上设置溢流堰的作用是为了使塔板上维持一定厚度的液层,使通过塔板上升的汽相与板上流动的液相进行充分接触传质。溢流堰的结构尺寸对降液管的处理能力以及塔板的传质效率都有显著影响。
当液体溢流进入降液管后,液体中还夹带有相当多的未及分离的气体,使得降液管内的泡沫层增高,降液管的液相处理能力受此制约;并且,当液体流量较大而降液管面积又较窄时,液体溢流越堰抛射时会形成液体“瀑布”,把降液管内与液体分离逸出的气体包封住不能排出,在堰板后面产生气体空腔,使得液流容易在降液管口形成噎噻,不能正常下流,由此也会造成降液管液泛(见图1)。
溢流堰对塔板上流场分布的均匀性也有显著影响。因塔壁对溢流堰附近液流的收缩作用,以及塔板上鼓泡元件及气体上升的阻滞作用,塔板上的液流不能形成理想的平推流,特别是在塔板两侧存在液体滞留区(见图2),堰的形状结构对滞留区面积大小及液体的返混程度有显著影响;同时,溢流堰越高(如加压塔),液层越厚,汽液接触时间越长,传质效率也就越高,但气相通过塔板需要克服的阻力也越大,塔板的压力降也就越大,处理能力会有所降低。因此,在实际工程设计中,溢流堰的尺寸和类型都有一定的设计要求。
目前在工业中应用最普遍的主要为平口堰,堰板为一直板,上缘平直;当液相负荷较低时,也可采用齿形堰,以保证低液量下塔板上的液体均匀流动。此外,西方国家还常用一种“后掠式堰(Swept-back)”或“弧形堰”(专利号:WO-9818534),堰板采用折边或弧形,可增加堰长,降低溢流强度,并对改善流场有一定作用。还有一种栅栏堰(Picket Fence Weirs),栅栏堰的堰板上部呈矩形齿状,可起到防冲溅挡板的作用,对安装水平度要求小于齿形堰,一般用于多溢流塔板。
有关堰以及与堰相关的降液管专利和专有技术还有:
“带有侧吹孔式出口堰的新型降液管”(专利号:ZL96205153.5),其特点是入口堰与降液管相连,具有折三角形结构,堰上带侧吹孔,从塔板下上升的气流有一部分从侧孔吹出,利用这部分气流的推动作用可降低板上液面梯度。
“层板塔用降液管”(即Vortex塔板)是Sulzer公司开发的专利产品(专利号:98805791.3),采用了形状如同旋风分离器的降液管,利用切向进液产生的离心力可对降液管内的汽液混合物分离具有促进作用。
“一类高性能入、出口堰”是中国石油大学开发的专利产品(专利号:ZL00233539.5),堰板采用抹斜形状,通过降低堰两侧高度,使两侧的流动阻力降低,适当的提高塔板两侧的液流量,使弧形区域内的液体动能增加,可以调整塔板上的液流分布,改善塔板上的汽液相接触状况,也可以在一定程度上改善降液管内的汽液分离。
“具有多个降液管的气-液接触塔板”是shell公司开发的专利产品(专利号:ZL01805101.4),特点是具有多个降液管口,液体分别从降液管的两边进入,降液管中设置多层板,主要起到防冲挡板和导向板的作用,可防止矩形降液管两侧液体之间的对冲,改善生产能力。
“the downcomer weir”是Nottingham大学改进的堰技术,该结构为进口堰,位于降液管里面,其长度约为弦长的75%,此堰能节省塔板空间,具有较好的液封作用。
现有堰存在的主要问题如下所示:
上述堰结构中,除了shell公司的“具有多个降液管的汽液接触性塔板”以外,其他结构都为单层堰板结构,如前所述,当液体溢流过堰时在堰板后面都会形成气穴,降低降液管处理能力。并且气穴中的气体由于不断积聚,当压力大于液体“瀑布”的阻力时,就会发生脉冲式波动,降低了操作稳定性,特别是对大液量和加压操作的塔设备。
对普通平直堰结构,除了降液管内汽液分离效果不好以外,如前所述,塔板上两侧弓形区域还存在液体滞留和返混,会降低塔板传质效率;并且因堰长较短,液流强度较大,液相处理能力也较低。
后掠式堰(Swept-back)”或“弧形堰”虽然对改善塔板上的流场分布作用明显,但对降液管内的汽液分离影响不大,而且该结构必须采用配套的降液管结构,对普通降液管的设备改造并不适用。
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