CN103537111B - 一种填料旋流复合汽提塔及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种填料旋流复合汽提塔，该复合汽提塔的塔体为一中空的立式塔器，在塔体底部内连通安装一塔底液体出口，在解吸塔的塔体底部安装一储液段，在储液段内安装一加热装置，在储液段上方的塔体内同轴设置一中通的旋流段，在旋流段上方同轴设置一液体再分布器，在液体再分布器上方同轴设置填料段，在填料段上方的塔体内同轴设置一中空的布液段，布液段上方的塔体外表面安装一与塔体内部相连通的塔顶液相回流入口，在塔顶液相回流入口上方的塔体内同轴设置一除沫段，在除沫段上方的塔体内顶端设置一塔顶蒸汽出口。本发明汽提塔利用旋流原理，增加了解吸的强度，减小了反应塔的高度，节省了空间和材料，提高了反应塔的解吸效果。
Description
技术领域
本发明属于化工、环保技术领域，涉及蒸馏解吸反应塔，尤其是一种填料旋流复合汽提塔及应用。
背景技术
研究表明，二氧化碳的过量排放，是造成全球变暖等环境问题的重要原因。我国对二氧化碳排放的控制也日趋严格。在诸多二氧化碳排放源中，以燃烧排放的二氧化碳最为集中，且浓度较高，较为利于吸收。
对于二氧化碳的治理，目前采用较多的方法，是对燃烧烟气中的二氧化碳进行吸收，然后对富集的吸收液进行解析，将纯度较高的二氧化碳收集，进行相应的二次处理，达到综合治理的目标。
二氧化碳吸收及解吸的工艺流程是成熟的并实现工业应用的技术，采用MEA或MDEA为吸收剂，吸收后的溶液中含20%左右的二氧化碳，称此溶液为富液，将富液通入解吸设备中，进行蒸馏解吸，分离出二氧化碳，剩余下的溶液中二氧化碳浓度为7%左右，称此溶液为贫液。贫液通入吸收设备中，作为吸收剂循环利用。
在整个流程中，蒸馏解吸过程是该项技术能否循环使用吸收剂的关键，同时其解吸效率的高低直接影响了吸收的效果与解吸的能耗高低，不同的解吸方法直接影响了运行的成本。蒸馏解吸过程主要是依靠蒸汽与液体接触，蒸汽的热量将溶液中的待分离物质蒸发，形成气态物质进入后续流程中，以达到溶质和溶剂分离的目的。因此，气液接触面积的大小、气液交换的强弱直接影响了蒸馏解吸的效率。
目前常用的汽提塔形式主要有板式塔和填料塔，板式塔又分为筛板塔、浮阀板塔等。填料塔是利用填料的表面积大，气液接触面积大的原理实现解吸，待解吸容液自上而下流经填料表面，蒸汽自下而上流过填料，两种介质在填料表面接触，实现汽提过程，其气液接触面大，但其气液传质强度较弱，导致填料塔体积较庞大，自重大，填料易发生堵塞，操作范围小，而且结构复杂。板式塔是利用溶液流经塔板表面，经过板上装置以加大气液传质强度，从而实现蒸馏过程的塔形，其中设置多层塔板，板型有多种样式可选。塔板塔上液层高度需要较严格控制，容易发生淹塔的情况，单层塔板效率较低，需要串联比较多层塔板才能达到目标效率而且阻力较大。
根据现有汽提装置的原理可知，增加气液接触表面积或增加气液传质强度，可以提高蒸馏解吸的效果，提高解吸效率。
通过检索，尚未发现与本发明专利申请相关的专利公开文献。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种填料旋流复合汽提塔，该塔体内安装有新型汽提塔内件，该塔体利用旋流原理工作，该塔体的特点是气液传质强度高，能够有效地提高该反应塔的汽提效果，增加了汽提塔的操作范围，减少了汽提塔的清洗难度，长周期运行可有效减少汽提塔的阻力。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种填料旋流复合汽提塔，该复合汽提塔的塔体为一中空的立式塔器，在塔体底部内连通安装一塔底液体出口，在解吸塔的塔体底部安装一储液段，在储液段内安装一加热装置，在储液段上方的塔体内同轴设置一中通的旋流段，在旋流段上方的塔体内同轴设置一液体再分布器，在液体再分布器上方的塔体内同轴设置填料段，在填料段上方的塔体内同轴设置一中空的布液段，布液段上方的塔体外表面安装一与塔体内部相连通的塔顶液相回流入口，在塔顶液相回流入口上方的塔体内同轴设置一除沫段，在除沫段上方的塔体内顶端设置一塔顶蒸汽出口；
所述旋流段包括旋流筒和旋流器，旋流段内同轴安装多个中空的旋流筒，该旋流筒内底端安装旋流器，旋流器包括旋流叶片轴和旋流叶片，旋流叶片围绕旋流叶片轴成环形排列、倾斜安装于旋流叶片轴上，旋流叶片轴与旋流筒同轴，旋流筒与旋流叶片轴之间安装旋流叶片，每个旋流筒之间的顶部和底部通过密封安装封板连接在一起，该封板的外缘密封安装于塔体内侧。
而且，在解吸塔的塔体内的下部同轴设置一中空的储液段，在储液段一侧边安装一加热装置；或者，所述储液段安装于解吸塔的塔体外，与解吸塔利用连通管相连，上部连通管输送蒸汽，下部连通管输送溶液，在储液段底部的一侧边上安装一加热装置。
而且，所述旋流段由多个旋流器并联组成，储液段上方的塔体内同轴串联多层旋流段。
而且，所述加热装置为电加热器、蒸汽加热器或导热油加热装置。
而且，所述布液段的布液方式采取树状主支管、管网并联、溢流槽、喷嘴均匀喷出溶液的中的一种布液方式。
而且，所述填料包括单层或多层的规整填料或散堆填料。
而且，所述液体再分布器采取截锥式再分布器。
而且，所述除沫段采用丝网除沫器或折板除沫器。
而且，所述旋流叶片为螺旋桨式倾斜的叶片结构，其倾斜角度与轴向成30-60度，采用平面或曲面的叶片形状，其投影面为矩形或扇形。
如上所述的填料旋流复合汽提塔在作为烟气脱碳系统中的解吸装置方面的应用。
本发明的优点和积极效果是：
1、本汽提塔的储液段生成的蒸汽自下而上通过旋流器，形成旋转气流；旋流段以上为布液段，将待汽提溶液按不同工艺需求的分布方式通入汽提塔中，溶液进入后自上而下流经若干层旋流器，在旋转气流的作用下，被切割分散成小颗粒液滴，并在气流向上的作用下，形成悬浮的液滴段，充分进行其气液也接触达到气液传质目的；在液体再分布器上端设置填料段，提供了足够的气、液两相接触面积，进一步提升气液传质效果，提高塔的分离效率；塔顶设置液相回流管路达到液相提纯的目的；在塔顶除沫段，用于除去解吸气体中携带的液体颗粒，以达到提纯解吸气体的目的，该汽提塔利用旋流原理，增加了解吸的强度，减小了反应塔的高度，节省了空间和材料，提高了反应塔的解吸效果。
2、本汽提塔，相对填料塔体积更小、自重更轻，塔内件流通直径较大，不宜发生堵塞，操作范围更大，设备清洗较容易，而且长周期运行阻力较小。
3、本汽提塔相对板式塔，旋流段单层传质效果更强，淹塔情况也可得到有效的缓解而且阻力更小。
附图说明
图1为本发明的局部结构剖视图；
图2为图1中旋流段的结构放大示意图；
图3为图2的俯视图；
图4为本发明旋流器的轴侧示意图。
具体实施方式
下面以附图实施方式为例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种填料旋流复合汽提塔，如图1所示，该复合汽提塔的塔体4为一中空的立式塔器，该塔体的下部安装有支腿1，在塔体底部内连通安装一塔底液体出口2。
在复合汽提塔塔体内的下部同轴设置有一中空的储液段3，在该储液段内储存溶液，该储存溶液量可以设置为满足十分钟的蒸发量，在储液段一侧边安装一加热装置5，加热装置可用电加热器、蒸汽加热器或导热油等加热装置，加热功率按照解吸中所需热量配置；或者，储液段与加热装置也可以作为独立的设备安装于解吸塔体以外，与解吸塔利用连通管相连，上部连通管输送蒸汽，下部连通管输送溶液，在储液段底部的一侧边上安装一加热装置。
在储液段上方的塔体内同轴设置一中通的旋流段6，该旋流段由多个旋流器（图中未标号）并联组成，储液段上方的塔体内也可以同轴串联多层旋流段，本实施例中储液段上方的塔体内同轴串联两层旋流段，每层旋流段由4个旋流器并联组成。
在旋流段上方的塔体内同轴设置一液体截锥式液体再分布器7，在液体再分布器上方的塔体内同轴设置填料段8，填料段可为单层或多层规整填料或散堆填料，本实施例中填料段由一层规整填料组成填料。在填料段上方的塔体内同轴设置一中空的布液段9，本实施例中采取单管末端安装喷嘴的布液方式，也可采取树状主支管、管网并联、溢流槽等多种形式。布液段上方的塔体外表面安装一与塔体内部相连通的塔顶液相回流入口10，在塔顶液相回流入口上方的塔体内同轴设置一除沫段11，除沫段可以采用丝网除沫器或折板除沫器。在除沫段上方的塔体内顶端设置一塔顶蒸汽出口12。
如图2、3和4所示，所述旋流段包括旋流筒和旋流器（图中未标号），旋流段内同轴安装多个中空的旋流筒16，例如可以为2～6个，该旋流筒高300mm-1000mm。该旋流筒内底端安装旋流器，旋流器包括旋流叶片轴14和旋流叶片15，旋流叶片围绕旋流叶片轴成环形排列，并倾斜安装于旋流叶片轴上，旋流叶片轴与旋流筒同轴，旋流筒与旋流叶片轴之间安装旋流叶片，旋流筒的内径与旋流叶片的外径相同。旋流叶片为螺旋桨式倾斜的叶片结构，其倾斜角度与轴向成30-60度，该旋流叶片的数量可根据具体情况而定，本实施例中设置六片旋流叶片；本实施例中旋流叶片与轴线方向的倾斜角度为30度；旋流叶片可采取平面或曲面形状，本实施例为平面叶片；叶片投影的轮廓可以为矩形或扇形，本实施例为扇形。每个旋流筒之间的顶部和底部通过密封安装封板13连接在一起，该封板的外缘密封安装于塔体内侧，该封板可以防止烟气短路，将旋流筒以外的解吸塔塔体的截面封闭，该封板可以焊接于旋流筒上。
本发明填料旋流复合汽提塔的工作原理如下：
待汽提的溶液由布液段9的管路进入汽提塔中，自上而下在重力的作用下流至储液段3中，在储液段保持一定的液位高度，至少要高过加热装置5。加热装置对储液段中的溶液进行加热，至沸腾后持续的加热以产生稳定量的蒸汽。蒸汽自下而上流经旋流段6，在旋流叶片15的作用下形成螺旋状的气流，沿旋流筒16向上流动。通过填料段上方的布液段，将待汽提溶液按不同工艺需求的分布方式通入汽提塔中后，溶液进入后自上而下通过填料段，经过液体再分布器，流经若干层旋流器，螺旋状的气流在旋流筒中与自上而下的溶液接触，溶液在旋转气流的作用下被破碎分割成小液滴，直径小于分割直径的液滴会随自下而上的气流向上运动，并在运动过程中逐渐聚合成较大颗粒的液滴，在重力的作用下落下，此过程会不停的循环往复，在宏观上就会在旋流筒中形成一段气液悬浮段，在此悬浮段中气液两相发生剧烈的传质作用，实现了将溶液中的溶质被蒸汽带出的提馏效果。溶质气体和蒸汽共同向上运动，在填料段上经过近一步的气液接触达到进一步气液传质的目的，在填料段内使气液两相的物质组分发生变化，达到精馏的效果。经过除沫段11将气体携带的液滴捕捉除去，净化后的气体经过汽提塔蒸汽出口12经旋分后进入冷凝器，冷凝器回流液通过塔顶液相回流入口10回到汽提塔顶部，汽提产品进入后续设备进一步处理。塔顶设置液相回流管路达到液相提纯的目的；在塔顶除沫段，用于除去解吸气体中携带的液体颗粒，以达到提纯解吸气体的目的。
Claims (10)
1.一种填料旋流复合汽提塔，该复合汽提塔的塔体为一中空的立式塔器，在塔体底部内连通安装一塔底液体出口，其特征在于：在汽提塔的塔体底部安装一储液段，在储液段内安装一加热装置，在储液段上方的塔体内同轴设置一中通的旋流段，在旋流段上方的塔体内同轴设置一液体再分布器，在液体再分布器上方的塔体内同轴设置填料段，在填料段上方的塔体内同轴设置一中空的布液段，布液段上方的塔体外表面安装一与塔体内部相连通的塔顶液相回流入口，在塔顶液相回流入口上方的塔体内同轴设置一除沫段，在除沫段上方的塔体内顶端设置一塔顶蒸汽出口；
所述旋流段包括旋流筒和旋流器，旋流段内同轴安装多个中空的旋流筒，该旋流筒内底端安装旋流器，旋流器包括旋流叶片轴和旋流叶片，旋流叶片围绕旋流叶片轴成环形排列、倾斜安装于旋流叶片轴上，旋流叶片轴与旋流筒同轴，旋流筒与旋流叶片轴之间安装旋流叶片，每个旋流筒之间的顶部和底部通过密封安装封板连接在一起，该封板的外缘密封安装于塔体内侧；
所述旋流段由多个旋流器并联组成，储液段上方的塔体内同轴串联多层旋流段。
2.根据权利要求1所述的填料旋流复合汽提塔，其特征在于：在汽提塔的塔体内的下部同轴设置一中空的储液段，在储液段一侧边安装一加热装置；或者，所述储液段安装于汽提塔的塔体外，与汽提塔利用连通管相连，上部连通管输送蒸汽，下部连通管输送溶液，在储液段底部的一侧边上安装一加热装置。
3.根据权利要求2所述的填料旋流复合汽提塔，其特征在于：所述旋流段由多个旋流器并联组成，储液段上方的塔体内同轴串联多层旋流段。
4.根据权利要求1或2所述的填料旋流复合汽提塔，其特征在于：所述加热装置为电加热器、蒸汽加热器或导热油加热装置。
5.根据权利要求1或2所述的填料旋流复合汽提塔，其特征在于：所述布液段的布液方式采取树状主支管、管网并联、溢流槽、喷嘴均匀喷出溶液的中的一种布液方式。
6.根据权利要求1或2所述的填料旋流复合汽提塔，其特征在于：所述填料包括单层或多层的规整填料或散堆填料。
7.根据权利要求1或2所述的填料旋流复合汽提塔，其特征在于：所述液体再分布器采取截锥式再分布器。
8.根据权利要求1或2所述的填料旋流复合汽提塔，其特征在于：所述除沫段采用丝网除沫器或折板除沫器。
9.根据权利要求1或2所述的填料旋流复合汽提塔，其特征在于：所述旋流叶片为螺旋桨式倾斜的叶片结构，其倾斜角度与轴向成30-60度，采用平面或曲面的叶片形状，其投影面为矩形或扇形。
10.如权利要求1至9任一项所述的填料旋流复合汽提塔在作为烟气脱碳系统中的解吸装置方面的应用。
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