CN111013336B - 一种用于气液分离的双锥式集气分布罩及分散气体的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于气液分离的双锥式集气分布罩及分散气体的方法，双锥式集气分布罩由同中心轴的上层锥形分布罩和下层锥形集气罩构成；上层锥形分布罩由顶端封闭的锥面筛板和底部环形筛板构成；下层锥形集气罩由顶端敞开的锥面挡板、底部环形盲板和内层两级除沫网板构成；双锥式集气分布罩固定在分布板上部并与分布板开孔相通，收集分布板下方的气体并脱除液沫后在分布罩的锥面上再向外分散。采用本发明双锥式集气分布罩具有气体分散均匀、稳定，操作弹性宽等优点，适宜于以液体为连续相液气比较大的气液传质传热过程和气液相反应等领域，特别适用于易起泡物系分离过程的应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种双锥式集气分布罩及分散气体的方法，适宜于以液体为连续相液气比较大的气液传质传热过程和气液相反应等领域，特别适用于为包含易起泡物系分离过程提供一种具有较大操作弹性和高效的气体分散方法。
背景技术
化工生产中有许多包含气液两相流动的传质分离过程，如主要以传质为特征的普通精馏、吸收过程和需要同步考虑热质同时传递的气体增湿、减湿过程等。这些过程多是采用气体为连续相液体为分散相的操作设备，一般液体在设备内的滞留率较低，设备利用效率不高，这对于液体流量不大的分离过程尚能满足要求。但对一些特殊的精馏或吸收过程，如萃取精馏、反应精馏和反应吸收等，由于操作中的需要的液气比很大，低滞留率引起的设备分离效率较低成为突出问题。开发以液体作为连续相气体为分散相的气液传质设备是一种有意义的研究方向，但需要解决操作的稳定性并精心设计气体分布装置。此外，在一些有气体参与的气液反应过程，合理设计气体分布装置也是开发和优化反应器的关键一步。
对于液体为连续相的传质设备，空间尺寸比液体为分散相的设备大幅减小，压缩了传统设备的气液分离空间，为了不降低气液两相分离效率，专门设置除沫构件是必要的。本发明提出的双锥式集气分布罩，在罩内设置两级除沫网板，将气体中夹带的大小液珠进行分步精细脱除，可减小液沫夹带的影响。此外，为了提高操作的稳定性，在分布罩和除沫网板间设置了挡板，挡板兼有导流气体并阻挡液体的双重作用，使气体平稳流动。
水力学实验表明，气体上升时倾向于在双锥式集气分布罩内凝结成较大的气团。当气体负荷较小时，气团集中在锥面筛板的中上部筛孔被向外分散，通过下部的筛孔进入分布罩内的液体被锥面挡板阻挡，与罩内的气团形成液封阻止液体流入罩内；当气体负荷增大时，气团充满整个分布罩，所有锥面筛孔甚至环形底板的筛孔都会参与将气体向外分散。因而该集气分布罩能改善因气体负荷变化而造成的气体分布不稳定现象，且具有随气体流量自动调节操作弹性的能力。
本发明一种用于气液分离的双锥式集气分布罩及分散气体的方法，降低了液沫夹带的影响，改善了气体负荷变化的操作稳定性，改进了气液传质的流动模式，有望提高气液传质的整体效果。本发明的详细结构将在发明内容和具体实施方式中再详细叙述。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种用于气液分离的双锥式集气分布罩及分散气体的方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种用于气液分离的双锥式集气分布罩，由同中心轴的上层锥形分布罩和下层锥形集气罩构成；上层锥形分布罩由顶端封闭的锥面筛板和底部环形筛板构成；下层锥形集气罩由顶端敞开的锥面挡板、底部环形盲板和内层两级除沫网板构成；内层两级除沫网板由上部圆柱面网板和下部锥面网板构成，中间靠圆形盲板相连；圆柱面网板的上端与锥面挡板上端相连，锥面网板下端固定在环形盲板的内侧；上层锥形分布罩套在下层锥形集气罩的外部并固定组成一个双锥式集气分布罩元件；所述双锥式集气分布罩元件固定在分布板上部并与分布板开孔相通。
进一步地，所述双锥式集气分布罩的上层锥形分布罩、下层锥形集气罩和集气罩内部的锥面网板的底角均相等，大小为50～75°。
进一步地，所述双锥式集气分布罩的上层锥形分布罩和下层锥形集气罩的底端外径相等，大小为60～120mm。
进一步地，所述下层锥形集气罩的高度为上层锥形分布罩的0.5～0.75倍。
进一步地，上层锥形分布罩底部的环形筛板与下层锥形集气罩底部的环形盲板大小相同，其圆环的宽度为底板(环形筛板/环形盲板)外径的0.12～0.2倍。
进一步地，所述上层锥形分布罩的锥面筛板和底部环形筛板的圆孔规格为φ2～4.5mm，锥面筛板上的筛孔按正三角形或正方形排列，环形筛板上的筛孔沿两个同心圆等间距排列，孔间距为孔径的2.5～4.5倍。
进一步地，所述内层两级除沫网板由冲孔网板围成，网孔为菱形、多边形或十字形等，上部圆柱面网板和下部锥面网板可为同一种网板，也可为不同网板。
进一步地，所述双锥式集气分布罩应用于液体为连续相和气体为分散相的气液接触过程实现气液分离，例如应用于传质过程的精馏塔的分布板上实现气液分离，应用于传质过程的吸收塔的分布板上实现气液分离，应用于反应过程的气液反应器的分布板上实现气液分离，或者应用于热质同时传递过程的气体增湿器的分布板上实现气液分离。
本发明还提供了一种应用上述双锥式集气分布罩分散气体的方法，该双锥式集气分布罩应用于液体为连续相和气体为分散相的精馏塔的分布板上，或者应用于液体为连续相和气体为分散相的吸收塔的分布板上，该方法包括以下步骤：
操作前将工艺液体灌满整个塔体并从塔顶保持连续的液体进料。
气体从塔底进入分布板即塔板下方，在塔板上的双锥式集气分布罩内聚集向上穿过下部的锥面网板进入两级除沫网板和下层锥形集气罩的锥面挡板间，再折向上穿过圆柱面网板进入上层锥形分布罩内，继续向上穿过上层锥形分布罩的锥面筛板分散成细小的气泡进入罩外的液体内；随后气体在上一级塔板下方重新聚集进入上一级塔板的双锥式集气分布罩再进行二次分散，如此逐板向上流动最后从塔顶的气相出口排出。
本发明还提供了一种应用上述双锥式集气分布罩分散气体的方法，该双锥式集气分布罩应用于液体为连续相和气体为分散相的气液反应器的分布板上，或者应用于液体为连续相和气体为分散相的气体增湿器的分布板上，该方法包括以下步骤：
操作前将工艺液体灌满整个设备(气液反应器/气体增湿器)并从设备顶部保持连续的液体进料。
气体从设备底部进入分布板下方，在分布板上的双锥式集气分布罩内聚集向上穿过下部的锥面网板进入两级除沫网板和下层锥形集气罩的锥面挡板间，再折向上穿过圆柱面网板进入上层锥形分布罩内，继续向上穿过上层锥形分布罩的锥面筛板分散成细小的气泡进入罩外的液体内，最后从设备顶部的气相出口排出。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明一种双锥式集气分布罩应用在气液传质设备中改变了传统以液体为分散相的流动模式，可使设备利用效率增加、液体停留时间增长，对液体流量较大的气液接触过程更有利。
(2)本发明一种双锥式集气分布罩的上层锥形分布罩与下层锥形集气罩间形成环隙通道，在气相流量较小时通过液封的作用防止液相进入分布罩内部，气相流量较大时作为气相流道让气相快速穿过罩体，因而具有调节操作弹性的能力。
(3)本发明一种双锥式集气分布罩及分散气体的方法以液体作为连续相，气体作为分散相，气体穿过锥形分布罩时形成斜向上对喷现象，有利于增加气液接触的扰动程度提高传质效率。
(4)本发明双锥式集气分布罩内部设置两级除沫网板，可使不同尺度大小的液珠均能被有效脱除，有利于减小液沫夹带的影响。
附图说明
图1为一种双锥式集气分布罩的结构图；
图2为分布罩上层锥面筛板的展开图；
图3为分布罩环形筛板开孔图。
图中，双锥式集气分布罩1、锥形分布罩2、锥形集气罩3、锥面筛板4、环形筛板5、锥面挡板6、环形盲板7、圆柱面网板8、锥面网板9、圆形盲板10、分布板11、筛孔12。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1-3所示，本发明一种用于气液分离的双锥式集气分布罩，该双锥式集气分布罩1由同中心轴的上层锥形分布罩2和下层锥形集气罩3构成；上层锥形分布罩2由顶端封闭的锥面筛板4和底部环形筛板5构成；下层锥形集气罩3由顶端敞开的锥面挡板6、底部环形盲板7和内层两级除沫网板构成；内层两级除沫网板由上部圆柱面网板8和下部锥面网板9构成，中间靠圆形盲板10相连；圆柱面网板8的上端与锥面挡板6上端相连，锥面网板9下端固定在环形盲板7的内侧；上层锥形分布罩2套在下层锥形集气罩3的外部并固定组成一个双锥式集气分布罩元件。该双锥式集气分布罩元件固定在分布板11上部并与分布板11开孔相通。
进一步地，所述双锥式集气分布罩1的上层锥形分布罩2、下层锥形集气罩3和集气罩内部的锥面网板9的底角均相等，大小为50～75°。
进一步地，所述双锥式集气分布罩1的上层锥形分布罩2和下层锥形集气罩3的底端外径相等，大小为60～120mm。
进一步地，所述下层锥形集气罩3的高度为上层锥形分布罩2的0.5～0.75倍。
进一步地，所述上层锥形分布罩2底部的环形筛板5与下层锥形集气罩3底部的环形盲板7大小相同，其圆环的宽度为底板外径的0.12～0.2倍。
进一步地，所述上层锥形分布罩2的锥面筛板4和底部环形筛板5的筛孔12规格为φ2～4.5mm，锥面筛板4上的筛孔12按正三角形或正方形排列，环形筛板5上的筛孔12沿两个同心圆等间距排列，孔间距为孔径的2.5～4.5倍。
进一步地，所述内层两级除沫网板由冲孔网板围成，网孔为菱形、多边形或十字形等，上部圆柱面网板8和下部锥面网板9可为同一种网板，也可为不同网板。
该双锥式集气分布罩可以应用于液体为连续相和气体为分散相的气液接触过程实现气液分离，例如应用于传质过程的精馏塔的分布板上实现气液分离，应用于传质过程的吸收塔的分布板上实现气液分离，应用于反应过程的气液反应器的分布板上实现气液分离，或者应用于热质同时传递过程的气体增湿器的分布板上实现气液分离。
本发明还提供了一种应用上述双锥式集气分布罩分散气体的方法，该双锥式集气分布罩应用于液体为连续相和气体为分散相的精馏塔的分布板上，或者应用于液体为连续相和气体为分散相的吸收塔的分布板上，该方法包括以下步骤：
操作前将工艺液体灌满整个塔体并从塔顶保持连续的液体进料。
气体从塔底进入分布板11即塔板下方，在塔板上的双锥式集气分布罩1内聚集向上穿过下部的锥面网板9进入两级除沫网板和下层锥形集气罩3的锥面挡板6间，再折向上穿过圆柱面网板8进入上层锥形分布罩2内，继续向上穿过上层锥形分布罩2的锥面筛板4分散成细小的气泡进入罩外的液体内；随后气体在上一级塔板下方重新聚集进入上一级塔板的双锥式集气分布罩1再进行二次分散，如此逐板向上流动最后从塔顶的气相出口排出。
本发明还提供了一种应用上述双锥式集气分布罩分散气体的方法，该双锥式集气分布罩应用于液体为连续相和气体为分散相的气液反应器的分布板上，或者应用于液体为连续相和气体为分散相的气体增湿器的分布板上，该方法包括以下步骤：
操作前将工艺液体灌满整个设备(气液反应器/气体增湿器)并从设备顶部保持连续的液体进料。
气体从设备底部进入分布板11下方，在分布板11上的双锥式集气分布罩1内聚集向上穿过下部的锥面网板9进入两级除沫网板和下层锥形集气罩3的锥面挡板6间，再折向上穿过圆柱面网板8进入上层锥形分布罩2内，继续向上穿过上层锥形分布罩2的锥面筛板4分散成细小的气泡进入罩外的液体内，最后从设备顶部的气相出口排出。
以下通过具体实施例对本发明的结构作进一步说明，但不应认为本发明只适合这些案例。
实施例1
图1代表了一种双锥式集气分布罩的结构图。其中，锥形罩的底角为63.5°，底端的外径为60mm，上层锥形分布罩高为60mm；下层锥形集气罩高为40mm；上层锥形分布罩底部的环形筛板与下层锥形集气罩底部的环形盲板大小相同，其圆环的宽度为10mm；上层锥形分布罩的锥面筛板和底部环形筛板的圆孔规格为φ2mm，锥面筛板上的圆孔共164个，按正三角形排列(图2，孔间距6mm)，环形筛板上的筛孔沿两个同心圆等间距排列，同心圆的直径分别为45mm、55mm(图3，等间距圆孔各22和28个)。
锥面筛板上的圆孔和环形筛板上的圆孔共计214个，所有圆孔的面积与分布板上开孔的面积之比为53.5％。
实施例2
图1代表了一种双锥式集气分布罩的结构图。其中，锥形罩的底角为63.5°，底端的外径为80mm，上层锥形分布罩高为80mm；下层锥形集气罩高为54mm；上层锥形分布罩底部的环形筛板与下层锥形集气罩底部的环形盲板大小相同，其圆环的宽度为13mm；上层锥形分布罩的锥面筛板和底部环形筛板的圆孔规格为φ2.5mm，锥面筛板上的圆孔共164个，按正三角形排列(图2，孔间距8mm)，环形筛板上的筛孔沿两个同心圆等间距排列，同心圆的直径分别为61mm、73mm(图3，等间距圆孔各22和28个)。
锥面筛板上的圆孔和环形筛板上的圆孔共计214个，所有圆孔的面积与分布板上开孔的面积之比为45.9％。
实施例3
图1代表了一种双锥式集气分布罩的结构图。其中，锥形罩的底角为63.5°，底端的外径为100mm，上层锥形分布罩高为100mm；下层锥形集气罩高为68mm；上层锥形分布罩底部的环形筛板与下层锥形集气罩底部的环形盲板大小相同，其圆环的宽度为16mm；上层锥形分布罩的锥面筛板和底部环形筛板的圆孔规格为φ3.5mm，锥面筛板上的圆孔共164个，按正三角形排列(图2，孔间距10mm)，环形筛板上的筛孔沿两个同心圆等间距排列，同心圆的直径分别为76mm、92mm(图3，等间距圆孔各22和28个)。
锥面筛板上的圆孔和环形筛板上的圆孔共计214个，所有圆孔的面积与分布板上开孔的面积之比为56.7％。
实施例4
图1代表了一种双锥式集气分布罩的结构图。其中，锥形罩的底角为63.5°，底端的外径为90mm，上层锥形分布罩高为90mm；下层锥形集气罩高为60mm；上层锥形分布罩底部的环形筛板与下层锥形集气罩底部的环形盲板大小相同，其圆环的宽度为15mm；上层锥形分布罩的锥面筛板和底部环形筛板的圆孔规格为φ3mm，锥面筛板上的圆孔共164个，按正三角形排列(图2，孔间距9mm)，环形筛板上的筛孔沿两个同心圆等间距排列，同心圆的直径分别为68mm、82mm(图3，等间距圆孔各22和28个)。
锥面筛板上的圆孔和环形筛板上的圆孔共计214个，所有圆孔的面积与分布板上开孔的面积之比为53.5％。
上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种用于气液分离的双锥式集气分布罩，其特征在于，所述双锥式集气分布罩由同中心轴的上层锥形分布罩和下层锥形集气罩构成；上层锥形分布罩由顶端封闭的锥面筛板和底部环形筛板构成；下层锥形集气罩由顶端敞开的锥面挡板、底部环形盲板和内层两级除沫网板构成；内层两级除沫网板由上部圆柱面网板和下部锥面网板构成，中间靠圆形盲板相连；圆柱面网板的上端与锥面挡板上端相连，锥面网板下端固定在环形盲板的内侧；上层锥形分布罩套在下层锥形集气罩的外部并固定组成一个双锥式集气分布罩元件；所述双锥式集气分布罩元件固定在分布板上部并与分布板开孔相通；
所述双锥式集气分布罩应用于液体为连续相和气体为分散相的气液接触过程实现气液分离；
当所述双锥式集气分布罩应用于液体为连续相和气体为分散相的精馏塔的分布板上，或者应用于液体为连续相和气体为分散相的吸收塔的分布板上时，分布罩分散气体过程如下：操作前将工艺液体灌满整个塔体并从塔顶保持连续的液体进料；气体从塔底进入分布板即塔板下方，在塔板上的双锥式集气分布罩内聚集向上穿过下部的锥面网板进入两级除沫网板和下层锥形集气罩的锥面挡板间，再折向上穿过圆柱面网板进入上层锥形分布罩内，继续向上穿过上层锥形分布罩的锥面筛板分散成细小的气泡进入罩外的液体内；随后气体在上一级塔板下方重新聚集进入上一级塔板的双锥式集气分布罩再进行二次分散，如此逐板向上流动最后从塔顶的气相出口排出；
当所述双锥式集气分布罩应用于液体为连续相和气体为分散相的气液反应器的分布板上，或者应用于液体为连续相和气体为分散相的气体增湿器的分布板上时，分布罩分散气体过程如下：操作前将工艺液体灌满整个设备并从设备顶部保持连续的液体进料；气体从设备底部进入分布板下方，在分布板上的双锥式集气分布罩内聚集向上穿过下部的锥面网板进入两级除沫网板和下层锥形集气罩的锥面挡板间，再折向上穿过圆柱面网板进入上层锥形分布罩内，继续向上穿过上层锥形分布罩的锥面筛板分散成细小的气泡进入罩外的液体内，最后从设备顶部的气相出口排出。
2.根据权利要求1所述的双锥式集气分布罩，其特征在于，所述双锥式集气分布罩的上层锥形分布罩、下层锥形集气罩和集气罩内部的锥面网板的底角均相等，大小为50～75°。
3.根据权利要求1所述的双锥式集气分布罩，其特征在于，所述双锥式集气分布罩的上层锥形分布罩和下层锥形集气罩的底端外径相等，大小为60～120mm。
4.根据权利要求1所述的双锥式集气分布罩，其特征在于，所述下层锥形集气罩的高度为上层锥形分布罩的0.5～0.75倍。
5.根据权利要求1所述的双锥式集气分布罩，其特征在于，上层锥形分布罩底部的环形筛板与下层锥形集气罩底部的环形盲板大小相同，其圆环的宽度为底板外径的0.12～0.2倍。
6.根据权利要求1所述的双锥式集气分布罩，其特征在于，所述上层锥形分布罩的锥面筛板和底部环形筛板的圆孔规格为φ2～4.5mm，锥面筛板上的筛孔按正三角形或正方形排列，环形筛板上的筛孔沿两个同心圆等间距排列，孔间距为孔径的2.5～4.5倍。
7.根据权利要求1所述的双锥式集气分布罩，其特征在于，所述内层两级除沫网板由冲孔网板围成，网孔为多边形或十字形，上部圆柱面网板和下部锥面网板可为同一种网板，也可为不同网板。
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