专利名称：分馏塔传质构件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种分馏塔传质构件，尤其涉及一种具有多孔喷射提升类塔板、液体提升量效率高的分馏塔传质构件，属于石油和化学加工工业技术领域。
背景技术：
分馏塔传质构件中的喷射提升类塔板统指当前工程实施的VST(垂直筛板)类塔板。垂直筛板是1963年日本三井造船株式会社开发的一种大处理能力塔板，开孔的塔板和侧壁开孔的VST罩构成，其操作原理为气体通过板孔喷射，产生伯努利效应，在板孔附近形成低压区，将塔板上的液体卷吸、提升到VST罩中，实现汽液分散、传质过程，然后气体携带着被分散的液相由管壁上的开孔水平喷出，实现相分离，其工作原理如图3所示。1968年日本三井造船株式会社对VST塔板进行了完善，发展了新型垂直筛板，并申请了多项专利，(专利号“US3,633,882”，“US3,779,527”)。与普通塔板相比，该塔板雾沫夹带相对降低，处理量显著增大，但是美国FRI测试的结果表明，该塔板处理能力大，操作弹性大，但传质效率操作在大处理量明显降低，同时塔板压降较高。
从80年代起，国内外业界对传质构件进行了大量的研究和结构发展工作，其中包括文丘利板孔结构、矩形VST罩和不同结构的VST罩侧壁开孔，以及立体传质塔板；还有的是将塔板与填料复合，开发了JCPT塔板(并流喷射填料塔板，Jet Co-flow Packing Tray，CN114712A，详见图1)。这些传质构件中的塔板技术的一个共同特点就是每个VST罩对应一个塔板孔，对这类技术其积极的推进作用，但是都存在着大处理量时塔板效率降低的缺陷。
为了充分发挥VST类塔板大处理能力的操作特点，改善该类塔板大处理量操作时塔板效率降低的问题极为重要课题。
经过大量的文献调研和理论分析发现，现有上述喷射提升类塔板的发展主要体现在对VST罩的改进，对造成VST塔板大处理量时板效率降低的原因未见太多的报道和分析。
液体提升量的大小是影响塔板效率的主要因素。按照文献，VST该类塔板的液体的绝对提升量随着气速的变化不大，其变化数据如图2所示，而相对提升量随着气速而降低，因此造成VST塔板板效率降低的直接原因是高气速操作时，液体的相对提升量降低造成的。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种分馏塔传质构件，在维持喷射提升类塔板大处理能力时，喷射提升类塔内塔板的液体提升量较高，气液相接触均匀，提高该装置的工作效率，并且结构简单，制造容易，成本较低。
本发明的目的是通过如下的技术方案实现的一种分馏塔传质构件，它至少包括塔板和VST罩，其中，VST罩罩设在塔板的上方，塔板上开设有一个以上通孔。
多个通孔的个数根据塔内气相、液相负荷之间的关系来确定。
当塔内处于气相负荷大于液相负荷的减压体系时，所述的一个以上通孔为2-3个；当塔内处于气相负荷等于液相负荷的常压体系时，所述的一个以上通孔为4-5个；当塔内处于气相负荷小于液相负荷的加压体系时，所述的一个以上通孔为6-7个。
通孔形状为矩形或圆形或异形。VST罩截面形状与塔板截面形状和塔板上所开设的多个通孔的形状相对应。
当采用的VST罩截面形状为圆形时，塔板也为圆形，其上开设的多个通孔的形状为圆形或者圆环形；当采用的VST罩截面形状为矩形时，塔板和通孔的形状也相应地采用矩形。
本发明的优点在于1、本发明将传统的喷射类塔板开孔由单孔改为多孔，所以在同样提升推动力(孔速)下，多孔的气液相接触环隙面积总和比单孔大大增加，并随着孔数的提升量大大增加。
2、单孔中会形成较大的等速气核，液体不能进入气核，严重影响了气液相接触的效果，改成多孔后，每个孔内的气核直径大大缩小，气液相接触更均匀。
综上所述，本发明大大提高了喷射提升类塔内塔板的液体提升量，气液分离效果好。
图1为JCPT塔板结构及流体流动示意图；图2为平板孔和喷嘴板孔的液体提升量对比图；图3为VST塔板开设单孔的结构及流体流动示意图；图4为本发明塔板开设多孔的结构及流体流动示意图；图5为本发明(4孔)与VST提升量的对比图；图6为本发明实施例一塔板截面示意图；图7为本发明实施例二塔板截面示意图；图8为本发明开设多孔塔板与VST罩的结构位置关系示意图；图9为图8的俯视图。
具体实施例方式
下面结合附图，对本发明的技术方案进一步地说明。
实施例一本发明为一种分馏塔传质构件，如图4所示，分馏塔传质构件通常由VST罩1和塔板2组成，VST罩1罩设在塔板2的外侧，在塔板2上开设有一个以上通孔21’，当流体通过塔板2时，由于开设的多孔塔板2形成多孔射流3，在相同的孔速下，液体流动推动力不变，而射流3的初始汽液接触界面积得到提高，液体提升量增加。而现有技术中通常采用的是单孔塔板2，其机构示意图如图3所示。单孔中会形成较大的等速气核，液体不能进入气核，严重影响了气液相接触的效果，改成多孔后，每个孔内的气核直径大大缩小，气液相接触更均匀。
本发明多孔塔板与现有技术单孔塔板液体提升量随板孔气速变化的对比曲线如图5所示，从图中可知，VST内部的气液分散更加均匀。
塔板及塔板上开设的通孔形状通常与VST罩的形状是相对应的，如图6所示，当VST罩1的形状为圆形时，塔板2上所开设的多孔A1-A5的形状则为原形或者环行。
如图5所示的液体提升量与板效率之间存在一定的联系，其简单关系如下所示按照“汽液相接触传质过程初始接触的瞬间发生90-95％的传质程度”的原理，假定被提升的液体的传质效率为90％，未被提升液体的汽液传质效率为0％，则可通过定义基于液相负荷的液体提升比概念，来推算塔板效率。
基于液相负荷的液体提升比定义为 则VST类塔板的效率可以按下式推算E＝0.90LVST罩的液体提升量越大和VST罩内部气液分散越均匀，塔板效率越高，因此提高液体提升量和改善VST罩内气液分散的均匀性就可以达到实现提高传质效率的目的。
影响液体提升量大小的主要因素为气液初始接触面积AVL、液体向气液初始接触面的推动力和液体通过VST罩底间隙的阻力等三个个方面。
对于现有技术中所采用的单孔VST类塔板，随着操作孔气速的提高，相应的塔板孔射流与塔板上液层间的初始接触相界面处的压力降低，引起了液体流动推动力的增加，同时由于液速的增加，液体通过VST类罩底的缝隙面积的流动阻力增加；当塔板上液层高度一定的情况下，而该位置的汽液初始接触相界面AVL无明显变化，被提升液体的通量受到初始汽液接触面积大小的制约；射流等速内核高度增加，由于液滴难以分散到该核内部而导致VST罩内液含率的降低，导致液体相对提升量降低。在VST罩内汽液分布明显不均匀，造成液体通过VST侧孔出现短路流动。
因此，本发明将单孔射流改为多孔射流的方法，是一种改善VST罩内的汽液分散的均匀性和增大塔板上液体和板孔射流初始接触的汽液界面最简单、易行的方法。
另外，还可以通过采用等直径圆孔来说明本发明的有效性。
假定所考虑的单孔直径为Dh，而多孔平均直径为dh，则每个孔的气液初始接触面积A＝πdhhL。
假定在液层高度范围内，气体射流的直径变化可以忽略；在相同开孔面积的前提下，可推导出多孔与单孔射流的气液初始接触面积之比R。
n=(Dhdh)2]]>R=n........(0.1)]]>换算成面积增加的分率Δ，Δ=R-1=n-1......(0.2)]]>对方程(0.2)进行计算，可得气液初始接触面积的增量，详见下表。
由此可见，随着孔数的增加，气液初始接触的面积增加量是不同的。
在相同的处理量下，由于假定了开孔面积相等，故气体通过板孔的速度是相同的，因此由单孔改为多孔后，液体扩散的推动力(P1-P2)+ρLghL不变，因此随着孔数的增加，液体提升量增加，提升量需要增加多少，取决于不同的工艺条件要求。
例如，对于塔径不大的情况设计上的一些考虑对于减压体系，由于气相负荷大而液相负荷低，故一般不需要增加太多的液体提升量，可选择2-3个孔；对于常压体系而言，气液负荷中等，可选择4-5个孔；对于加压体系，由于气相负荷低而液相负荷大，可选择6-7个孔等等。
如图8、图9所示，塔板2上开设多孔21，其上方的VST罩1的分布状况如图中所示。
实施例二如图7所示，为本发明的另一个实施例。本实施例中，采用的是矩形VST罩，塔板2的形状也为矩形，其上开设的通孔A1-A5也相应为矩形。
本实施例的技术特征除上述内容之外，均与实施例一相同，可参见实施例一的相关内容，在此不再赘述。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种分馏塔传质构件，它至少包括塔板和VST罩，其中，VST罩罩设在塔板的上方，塔板上开设有通孔，其特征在于所述的通孔为一个以上。
2.根据权利要求1所述的分馏塔传质构件，其特征在于当塔内处于气相负荷大于液相负荷的减压体系时，所述的通孔为2-3个。
3.根据权利要求1所述的分馏塔传质构件，其特征在于当塔内处于气相负荷等于液相负荷的常压体系时，所述的通孔为4-5个。
4.根据权利要求1所述的分馏塔传质构件，其特征在于当塔内处于气相负荷小于液相负荷的加压体系时，所述的通孔为6-7个。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的分馏塔传质构件，其特征在于所述的通孔形状为矩形或圆形或异形或其不同形状的组合。
6.根据权利要求1或2或3或4所述的分馏塔传质构件，其特征在于所述的塔板上开设的通孔的形状与VST罩截面形状与塔板截面形状相对应。
全文摘要
一种分馏塔传质构件，它至少包括塔板和VST罩，其中，VST罩罩设在塔板的上方，塔板上开设有一个以上通孔。采用本发明多孔塔板，在同样提升推动力(孔速)下，多孔的气液相接触环隙面积总和比单孔大大增加，并随着孔数的提升量大大增加，每个孔内的气核直径大大缩小，气液相接触更均匀，将喷射提升类塔板的液体提升量提高50％以上，在维持该类塔板大处理能力操作的基础上，塔板效率提高10％以上。
文档编号B01D3/20GK1493381SQ0214606
公开日2004年5月5日 申请日期2002年10月29日 优先权日2002年10月29日
发明者刘艳升, 曹睿, 张万有 申请人:中国石油天然气集团公司