[发明专利]一种夹层气液均布喷射塔板

说明书

技术领域

本发明涉及化学工程中的传质设备，具体为一种化工传质分离用的夹层气液均布喷射塔板。

背景技术

塔板作为重要的传质设备元件在化工分离操作中得到广泛应用。一直以来人们把开发的着眼点放在了单体传质部件上，出现了以单体部件命名的多种形式的塔板，如筛孔、泡罩、浮阀以及在此基础上改进的导向筛孔、导向浮阀等。单体传质部件的改进与创新，尽管提升了塔板的点效率同时对整板效率有所改善，但它并不能从根本上解决整个传质区因错流、偏流、滞流和液面梯度等因素导致的塔板效率下降的问题。从整个塔板传质区域考虑，错流、偏流、滞流和液面梯度等因素对塔板效率的影响很大，但至今仍未见很好的解决手段。

错流对板效率的影响：对于大多数塔板类型，塔板上的气液接触形式都属错流，其液相在塔盘上作横向流动，与上升的气体形成交叉，会出现部分已经完成传质的液体多次重复和气体接触。错流本身导致了气液两相传质推动力的损失，其原因是：液体在塔盘上横向流动，在流动方向上经过与气体的多次接触，液相浓度由原来的初始浓度逐渐趋近于平衡浓度，导致气液两相间传质推动力逐渐降低，影响了气液两相传递速度和传递量，从而导致整板效率下降。显而易见，液相在塔板上流动路径越长，整板效率下降就越大。

偏流、滞流、液面梯度对板效率的影响：由于塔板传质区自身的结构和流体力学特点，还存在着液体的偏流、滞流、液面梯度等问题。偏流和滞留会带来返混，液面梯度会造成气量分布不均，总之这些都是制约塔板效率有效发挥的因素。尽管一些塔内件专业制造商开发了一些新型塔盘或塔板结构，试图消除或缓解塔盘上存在的这类问题，但是其着眼点主要是增加鼓泡，促进装置或者导流装置来优化液体的流场，例如梯形导向浮阀、斜孔塔盘等，虽有改善，但亦未从根本上解决问题。因此，解决好错流、偏流、滞流和液面梯度这些不利因素对塔板效率带来的影响，将成为提高塔板效率的创新手段。

中国专利CN1298751A公布了一种用于气液传质的塔板，该塔板为双层塔板结构，在塔板上设置了出口堰和降液管，降液管安置在塔盘的一侧；塔板上方设置附加传质部件(筛孔、开孔板、网板和或者丝网编制板)，利用塔板上部的空间，为气液两相提供更大的相界面积和更长的停留时间，同时减少了塔板液体的返混，但该专利中降液管的位置安置在塔盘的一侧，导致塔盘仍存在液位梯度和液体浓度差等问题。中国专利CN1597036A公布了一种复合喷射塔盘，该塔板上开有规则排列的升气孔，在升气孔上安装喷射罩，喷射罩与塔板之间留有缝隙，喷射罩上开有喷射孔，喷射罩上方安装两层水平板的气液分离板件，其中下层分离板上开有升气孔，上层分离板为盲板，两层气液分离板之间留有缝隙，该塔板结构中的降液管(含副降液管)安置在塔盘两侧，导致受液盘一侧的液面高度高于溢流堰一侧，造成塔盘存在明显液面梯度问题。中国专利CN101554538A公布了一种多降液管塔盘，其主要结构是含多个矩形的降液管与延伸元件，塔盘为单层结构，该结构存在液相返混现象，致使塔板效率较低。上述几种专利文献报道的塔板由于结构的不足，致使塔板上液体流动的液位梯度、液体滞留和液体环流现象无法根本避免，进而气体也无法实现均匀分布，从而导致塔板效率下降。

在美国专利(US6,682,633B1)中，UOP公司公布了一种气液并流精馏塔盘装置，其结构为单层塔盘结构，采用多降液并流喷射传质原理，在塔盘上布置同等的传质单元，并且在传质单元之间加入若干降液管导流来自上层塔盘的液体，降液管把液体分配到两个倾斜的气液接触腔内，气液从接触腔内排入整个模块的气液分离通道，气体上行进入到上层塔板，液体则流入下一层塔板的降液管。其不足之处在于：降液系统占据较大的塔盘空间，气液分散接触及传质空间较小，而且当气体流量较大时，降液管中容易发生液泛。另外，美国专利(US 6,059,934)也报道一种塔板，它采用了单层塔盘的多降液管设计，并把液体导入气液接触腔内，气液并流传质后进入到气液分离组件中，其不足在于气液接触时间较短，气液分散的接触空间较小，当液体流量较大时，容易出现降液管液泛现象。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种夹层气液均布喷射塔板，该塔板改变了现有塔板技术中的错流接触形式，采用夹层结构实现对液体的分离、收集和均布，并充分利用气液喷射传质的高效率特性，充分重视气液接触时间和空间的提升，充分降低雾沫夹带，使之在整个塔板传质区的气液接触成为均布的、无错流的、喷射传质为主的过程，同时消除偏流、滞流和液面梯度的影响，使塔板效率得到全面提升。