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塔內(nèi)件

浮閥塔盤

編輯:安平萬鼎石化設(shè)備制造有限公司 時間:2022年03月02日

浮閥塔板塔板是20世紀中期由美國科學家開發(fā)的一種塔內(nèi)件,它以其特殊的浮動機理和簡單的結(jié)構(gòu)受到了各國工業(yè)界的重視。在煉油、化工行業(yè),泡罩塔板一直占據(jù)著主要地位,有著操作彈性大、不易堵塞、操作穩(wěn)定的特點。但它們壓降高、通量小,結(jié)構(gòu)復雜,不便于維修,浮閥塔板改變了這個現(xiàn)狀。浮閥塔板具有較高的操作彈性,尤其在氣液負荷變化較大時,仍然能夠保持較高的傳質(zhì)效率。浮閥塔板的主要優(yōu)點:①由于閥片可以隨著氣相流量的大小上下浮動,氣相流動通道可隨氣相流量自動調(diào)節(jié),增大了操作彈性;②與篩板相比,浮閥塔板的氣相是沿水平方向吹出,而不是垂直于塔板的流動方向,這樣就**地減小了霧沫夾帶量和板上液層高度,延長了塔板上氣體和液體的接觸時間,傳質(zhì)效率大大提高;③相對于泡罩塔板,浮閥塔板的結(jié)構(gòu)簡單,降低了塔板制造成本。

1.1圓形浮閥

1944年,I.E.Nutter設(shè)計了*原始的鼓泡閥式塔板,但是由于壓降大,結(jié)構(gòu)不合理而一直沒有實際應(yīng)用。1953年,Koch Engineering公司推出了盤式浮閥塔板。圓盤形浮閥塔板是國內(nèi)外應(yīng)用非常普遍的一種塔板,*早出現(xiàn)的是V1型浮閥塔板,我國也叫做F1型浮閥塔板,其結(jié)構(gòu)如圖1所示。隨后又開發(fā)出V4型浮閥塔板,它是在V1型浮閥塔板的基礎(chǔ)上進行了結(jié)構(gòu)改進,其閥孔采用文丘里結(jié)構(gòu),有利于降低塔板阻力。

圓盤形浮閥塔板也有其自身的缺點:①相鄰浮閥之間,水平吹出的氣體相互沖撞,導致霧沫夾帶增加,且容易導致塔板上的液體返混;②當氣速比較大時,圓形浮閥容易在閥孔中轉(zhuǎn)動,與塔板之間造成摩擦,使浮閥容易磨損、脫落;③由于塔板邊緣不能安裝浮閥,所以塔板邊緣容易產(chǎn)生傳質(zhì)死區(qū);④塔板上密布著凸起的浮閥,當物料黏性較大時,會阻礙物料在塔板上的流動;⑤閥蓋的上方?jīng)]有鼓泡區(qū),上方氣液接觸狀況較差,造成塔板的傳質(zhì)效率降低。

1.2條形浮閥

1944年,國外就已經(jīng)開發(fā)了條形浮閥,但是當時由于結(jié)構(gòu)不合理且壓降過高,一直都沒有工業(yè)化。1951年,Nutter推出了依靠自身質(zhì)量來控制閥片開度的條形浮閥塔板。主要有P型條形浮閥(圖2)和BDP型條形浮閥兩種。條形浮閥克服了圓盤形浮閥容易轉(zhuǎn)動、易磨損的缺點,但是條形浮閥相鄰兩個閥體之間氣液沖撞更加嚴重,液面落差大,影響了塔板的處理能力。

從20世紀80年代中期以來,國內(nèi)對條形浮閥塔板的研究比較活躍,基于P型條形浮閥和BDP型條形浮閥的缺陷,開發(fā)了很多種新型浮閥塔板,例如L1條形浮閥塔板、T形排列條閥塔板、HTⅤ船型浮閥塔板、BTⅤ浮閥塔板、導向浮閥塔板、組合導向浮閥塔板、高彈性浮閥塔板等等。


1.3 HTV船形浮閥塔板

為了提高條形浮閥升起的穩(wěn)定性和流體力學性能,人們開發(fā)了HTV(Half Tube Valve Tray)船形浮閥,其閥件和塔板結(jié)構(gòu)如圖3所示。從圖3中可以看出,HTV船形浮閥將普通條形浮閥的平頂閥件改為具有下凹半圓形并在兩側(cè)均勻流線化的長條形閥件,這樣的設(shè)置保證了氣體流道的順暢,減少了平頂浮閥產(chǎn)生的渦流,克服了普通浮閥的不穩(wěn)定狀態(tài)。HTV閥件在塔板上以長軸與液流平行的方式進行排列,減少了軸向的返混,有利于傳質(zhì)的進行。中國石油大學在HTV閥件的基礎(chǔ)上開發(fā)了BTV浮閥,并在化工、煉油行業(yè)應(yīng)用中取得了良好的效果。




1.4導向梯形浮閥

為了加強導向條形浮閥的推流的作用,20世紀90年代,天津大學將條形浮閥改進為梯形浮閥,并因此開發(fā)了新型的導向梯形浮閥,其結(jié)構(gòu)如圖4所示。梯形的結(jié)構(gòu)大大改善了原有條形浮閥的推液作用,將原來吹向兩側(cè)的氣體,改為朝液流方向有一個夾角,這樣從閥兩側(cè)和導向孔出來的氣體共同對液流產(chǎn)生了向前的推液作用。

圖4導向梯形浮閥結(jié)構(gòu)示意

導向梯形浮閥與F1型浮閥塔板的性能對比具有如下優(yōu)點:①塔板結(jié)構(gòu)簡單;②塔板壓降可降低15%~20%,氣相負荷下限可降低1/3左右,氣相負荷上限可提高10%~20%,操作彈性大大提高。導向浮閥塔板已代替F1型浮閥塔板在煉油廠常減壓塔、煤氣廠脫苯塔、乙醇裝置中得到應(yīng)用,均獲得顯著效果。

1.5 ADV微分浮閥

清華澤華公司和美國AMT公司合作,對F1浮閥塔板進行了改進,開發(fā)出了ADV微分浮閥塔板,其結(jié)構(gòu)如圖5所示。ADV浮閥塔板在原來的F1浮閥塔板上做了些創(chuàng)新,主要創(chuàng)新有:①在浮閥的閥頂上開設(shè)小閥孔,以促進浮閥上方液體鼓泡,增加浮閥上方的氣液接觸;②部分ADV微分浮閥具有一定的導向功能,能夠消除塔板上的液位差;③在降液管區(qū)域設(shè)有向上突起的鼓泡促進器;④對降液管和浮閥閥腿進行改進。ADV浮閥塔板具有傳質(zhì)效率高,漏液小等優(yōu)點,目前已在工業(yè)上得到應(yīng)用。

1.6固閥型塔板

固閥型塔板,是將全開浮閥的形式固定在塔板上,而其制作方式又類似于沖孔的方式,故其結(jié)構(gòu)介于浮閥和篩板之間。固閥和塔板是一個整體,其形狀可以被制作成方形、圓形或者其他成熟浮閥的結(jié)構(gòu)。這種方式便于加工,降低了制作成本,且性能處于浮閥和篩板之間。閥蓋和閥腿之間的空隙為氣體流動通道,相對于浮閥塔板來講,氣體流動不需要支撐浮動的閥蓋,其壓降要低于浮閥塔板。相對于篩板來講,氣體流動是從閥孔水平流出,降低了霧沫夾帶,因此,在同等開孔率下處理能力比篩板塔大。V-Grid固閥塔板是Nutter公司20世紀70年代開發(fā)的,其結(jié)構(gòu)如圖6所示。其主要特點為:浮閥表面為梯形,氣體流出方向和液流方向有一個向前的角度。中國石油大學的孫蘭義等開發(fā)出了半橢圓固定閥塔板,使得氣體從側(cè)面吹出并帶有一定推動液流的作用。天津大學為了增大固定閥吹動面積和提高其導流作用,設(shè)計了三角固定閥和十字交叉型固定閥。

有一類固定閥塔板是從浮閥塔板改造過來的,它們并不是單獨設(shè)計開發(fā),而是在將工程上得到良好驗證的浮閥改造成固定閥塔板。基于固定閥壓降低、造價低、不出現(xiàn)卡死等優(yōu)點,這類固定閥也得到了良好的應(yīng)用。


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