專利名稱：錐體旋流式氣體分布器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及塔設(shè)備和反應(yīng)器部件，具體地說，是使得進入塔或反應(yīng)器的氣相在整個設(shè)備截面上的流速均布性較好的氣體分布器。
隨著化工生產(chǎn)的日益大型化，大直徑的塔設(shè)備和反應(yīng)器不斷涌現(xiàn)，有的直徑已達十余米。對于大直徑(φ2000以上)的塔器和反應(yīng)器，一旦進氣初始分布不均勻，勢必影響設(shè)備內(nèi)的傳質(zhì)、傳熱和反應(yīng)效果，嚴重時會造成氣液反應(yīng)器的脈動和飛溫、催化劑床層的局部穿透與失活、以及分離塔傳質(zhì)效率的大幅度下降。因此，近年來國內(nèi)外對化工設(shè)備進氣初始分布的研究開發(fā)頗為重視，已開發(fā)出多孔直管式，直管擋板式、切向號角式、單切向環(huán)流式、雙列葉片式等多種進氣初始分布器。但這些分布器的氣體分布效果均不理想，有的還存在壓降高、霧沫夾帶嚴重等弊端。為了進一步強化氣體的分布效果，Glitsch公司開發(fā)出了雙切向環(huán)流式進氣分布器，其結(jié)構(gòu)形式見圖1，但使用結(jié)果表明尚存在塔中心氣流偏多；環(huán)塔壁區(qū)氣流偏少，氣流返轉(zhuǎn)流動時易將塔底部液層攪起形成嚴重霧沫夾帶等不足。近期天津大學(xué)開發(fā)出了輻射式進氣分布器，其結(jié)構(gòu)形式見圖2，這種分布器雖然可使氣體分布較為均勻，但壓降大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，且當氣相中夾帶有液相時，實現(xiàn)氣液相分離較為困難。
本實用新型的目的是，提供一種壓降小、氣體分布效果好、氣液相分流容易、可消除霧沫夾帶，且結(jié)構(gòu)簡單的錐體旋流式氣體分布器。
本實用新型的技術(shù)方案如下一種用于塔器和反應(yīng)器的錐體旋流式進氣分布器，它以如圖3所示的薄壁錐臺為主體，錐臺與分離塔或反應(yīng)器設(shè)備同心，錐臺的大直徑與設(shè)備直徑相似，滿足裝配要求，錐面與設(shè)備軸線的夾角α＝20～75°，優(yōu)選的α＝30～60°。錐臺高度H既與塔徑D有關(guān)，又與進氣管直徑d有關(guān)，一般H＝(0.3～1.5)D，優(yōu)選的H＝(0.4～1.0)D，H＝(0.5～10)d。錐臺上、下端面與設(shè)備軸線垂直，大直徑端的外徑略小于設(shè)備內(nèi)徑，二者之間的間隙應(yīng)滿足設(shè)備安裝的需要。
錐面上開有若干個沿圓周方向均布的氣體通道。一般氣體通道的數(shù)量為3～24個，優(yōu)選的數(shù)量為5～12個，需根據(jù)設(shè)備直徑和進氣量而定。氣體通道可以是矩形、梯形或平行四邊形等。通道寬度方向與圓周方向一致，寬度L＝(0.1～0.5)d，優(yōu)選的值為L＝(0.15～0.25)d，通道為梯形時，寬度L指梯形上、下底的平均值，底邊與腰的夾角β＝60～90°。通道高h＝(0.2～0.9)H，優(yōu)選的值為h＝(0.4～0.8)H，需根據(jù)進氣量的情況確定。在全部或部分通道上設(shè)有導(dǎo)流板，部分設(shè)置時，有無導(dǎo)流板的比例可以是1∶2，1∶1，2∶1，導(dǎo)流板的設(shè)置應(yīng)沿圓周方向均布，當設(shè)有和不設(shè)有導(dǎo)流板的氣體通道數(shù)量比為2∶1時，應(yīng)以有——無——有導(dǎo)流板的三個氣體通道為一組，各組沿圓周方向均布。導(dǎo)流板可以是矩形、梯形或由矩形沖壓成的圓弧形等。導(dǎo)流板高度h1與h相等，寬度L1＝(0.8～1.5)L，優(yōu)選的值為L1＝(0.9～1.2)L，常取L1＝L。導(dǎo)流板與氣體通道的連接方式見圖4。其制造方法為當在錐臺上開氣體通道時，保留某一縱邊不切開，然后向錐臺內(nèi)翻折而形成所需角度的導(dǎo)流板；也可將導(dǎo)流板單獨制好后，焊接(或粘接等)在氣體通道的某一長邊上。導(dǎo)流板與連接邊相切平面的夾角γ＝20～70°，優(yōu)選的γ＝30～60°。導(dǎo)流板順(或逆)時針方向設(shè)置，具體形式見圖4。
氣體分布器的材質(zhì)可以是金屬板、工程塑料或無機非金屬材料。用金屬板時，可整板卷板焊制，或采用分塊拼焊制成。本實用新型可作為設(shè)備頂部、中部和下部進氣時的氣體分布和再分布器，當作進氣分布器使用時，進氣管軸心應(yīng)對準某個帶導(dǎo)流檔板的氣體通道沿高度方向的中心線。氣體向上流動時，錐臺的大直徑端在上，錐臺小直徑端的下沿可以開鋸齒2，一般鋸齒高H1＝(0～0.3)d或H1＝(0～0.2)H。鋸齒的齒頂間距S＝(0.5～2)H1，沿該端面圓周方向均布。當氣體向下流動時，大直徑端則在下。錐臺大直徑端應(yīng)與設(shè)備壁面固定，在避開氣體通道的原則下用3～12根斜支撐將分布器與設(shè)備固連為一體，斜支撐一端與分布器中部相連，另一端被固定在設(shè)備壁上，與設(shè)備壁面的夾角為30～45°，支撐沿圓周方向均布。必要時也可在分布器底部設(shè)置3～12個支座，支座沿圓周方向均布，除具有支撐分布器的作用外，還可對分布器作定位作用。使用底座時，分布器頂部設(shè)有多個沿圓周方向均布的定位板。
本實用新型的錐體環(huán)流式氣體分布器具有以下特點1.大部分氣體沿分布器周邊均勻進入分布器內(nèi)，利用流道的漸擴結(jié)構(gòu)使氣體在整個截面上均布，且不存在雙切向環(huán)流式等分布器的流體流動死區(qū)，氣體的分布效果好。
2.當氣體向上流動時，從分布器小直徑端折返向上的氣體流速較低，不會造成將底部液體攪起從而導(dǎo)致霧沫夾帶的現(xiàn)象。
3.對于進氣中夾帶的液相，有少部分直沖向帶導(dǎo)流檔板的氣體通道，由于慣性作用撞擊在導(dǎo)流板上，聚集后下落。未被捕集的液相隨氣流切向進入分布器內(nèi)，因氣體進入分布器后流動截面擴大，軸向及徑向流速均遠小于進氣管內(nèi)的流速值，有較大的空間和時間使液滴在氣流中進行重力和離心沉降分離；大部分流體首先要轉(zhuǎn)向沿邊壁流動，部分液滴被離心力甩向器壁，部分撞擊在分布器外壁而被捕集。末被捕集的液滴在進入帶導(dǎo)流板的氣體通道時，情況與前述分析相同。在進入不帶導(dǎo)流板的氣體通道時，由于是沿壁繞流而入，且受鄰近帶導(dǎo)流板的進氣通道的流體沖擊，不會直沖向設(shè)備中心，而是隨其它流體一起流動并實現(xiàn)氣液相分離。同時，多股流動方向不同的流體相互沖撞不僅能使小液滴聚合長大，而且氣相動能在沖撞中損失亦有利于液滴的下落分離。由于上述原因，該分布器的氣體霧沫夾帶量很小。
4.不帶導(dǎo)流板的氣體通道，起到了防止氣體沿壁過度旋轉(zhuǎn)，而產(chǎn)生沿邊壁流量大，沿中心流量小的情況，進一步改善了氣體的軸向流速分布。
5.由于氣體通道面積大，流程短，且氣體進入設(shè)備后均以導(dǎo)引的方式逐漸變方向分流，并采用漸擴的方式逐漸擴大至整個截面，故壓降低，能耗小。
6.本分布器結(jié)構(gòu)簡單、用料少、制造維修方便、成本低。


附圖1.Glitsch公司的雙切向環(huán)流式進氣初始分布器示意圖；附圖2.帶傘形導(dǎo)流器的輻射式進氣初始分布器示意圖；附圖3.錐臺體旋流式氣體分布器結(jié)構(gòu)示意圖，a.正視圖，b.俯視圖；附圖4.錐體旋流式氣體分布器的導(dǎo)流板布置示意圖；圖中1.錐臺；2.鋸齒；3.氣體通導(dǎo)；4.導(dǎo)流板。
以下通過實例進一步說明本實用新型。
實施例一。醋酸—水體系精餾塔改造，采用錐體旋流式氣體分布器。塔直徑D＝3000mm，底部進氣，進氣管直徑d＝1000mm，設(shè)計的錐體旋流式氣體分布器的高度H＝1500mm，錐面與設(shè)備軸線的夾角α＝20°，進氣通道數(shù)為12個，進氣通道3寬L＝150mm，高h＝1200mm，設(shè)與不設(shè)導(dǎo)流板的通道比為2∶1，導(dǎo)流板4高h1＝1200mm，寬L1＝150mm，與連接邊相切平面形成的夾角γ＝30°。錐臺1采用6根斜支撐，錐臺和支撐均用SUS 317L的不銹鋼制造，錐臺壁厚為10mm，由6塊拼裝焊接制成。采用該分布器后，使塔底進氣的分布情況大為改善，氣相分布不均勻度由原來的127％減至32％，從而使塔底醋酸含量從93％提高到95％，而且全塔的壓降未見明顯提高。
實施例二。某固定床催化反應(yīng)器，直徑為D＝3200mm，上部進氣，進氣管直徑d＝800mm。改造前，催化劑平均壽命為7300小時，采用錐體旋流式氣體分布器的高度H＝1200mm，α＝60°，通道數(shù)為10個，氣體通道3寬L＝200mm，高h＝480mm，設(shè)與不設(shè)導(dǎo)流板的通道比為1∶1，導(dǎo)流板4高h1＝480mm，寬L1＝200mm，與連接邊相切平面形成的夾角γ＝45°，采用本實用新型氣體分布器后，的本實用新型后，使進氣分布催化劑和床層截面的氣相分布明顯改善，催化劑平均壽命比改造前延長680～720小時，經(jīng)濟效益明顯。
權(quán)利要求1.一種錐體旋流式氣體分布器，其特征是它是一個無上、下底的錐臺(1)，錐臺(1)與分離塔或反應(yīng)器設(shè)備同心，錐臺(1)的大直徑與設(shè)備直徑相似，滿足裝配要求，錐面與設(shè)備軸線的夾角α＝20～75°，錐面上開有多個沿錐臺(1)圓周方向均布的氣體通道(3)，在全部或部分氣體通道上設(shè)置有導(dǎo)流板(4)，導(dǎo)流板(4)沿圓周方向均布，導(dǎo)流板(4)的一條縱邊連接在錐臺(1)的氣體通道(3)的邊緣上，并向錐臺內(nèi)翻析，與連接邊相切平面形成夾角γ＝20～70°。
2.根據(jù)權(quán)利1所述的氣體分布器，其特征是錐臺(1)的高度H與設(shè)備直徑D滿足如下關(guān)系H＝(0.3～1.5)D。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體分布器，其特征是錐臺(1)的高度H與進氣管直徑d滿足如下關(guān)系H＝(0.5～10)d。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體分布器，其特征是錐臺(1)的錐面上開有3～24個。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氣體分布器，其特征是氣體通道(3)的優(yōu)選數(shù)量是5～12個。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體分布器，其特征是氣體通道(3)為矩形，梯形或平行四邊形，氣體通道(3)的寬度L與進氣管直徑d存在如下關(guān)系L＝(0.1～0.5)d，氣體通道(3)的高度h與錐臺(1)的高度H存在如下關(guān)系h＝(0.2～0.9)H。根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布器，其特征是它與設(shè)備為同軸心固定。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體分布器，其特征是導(dǎo)流板(4)為矩形或梯形，它的高度h1與氣體通道(3)的高度h相等，寬度L1＝(0.8～1.5)L(L為氣體通道寬度)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體分布器，其特征是氣體分布器用于氣體向上流動的設(shè)備時，錐臺(1)的大直徑端在上，小直徑端在下，錐臺(1)小直徑端的下沿開有鋸齒(2)。
專利摘要一種錐體旋流式氣體分布器,它是一個無上、下底的錐臺,錐面上開有多個氣體通道,在全部或部分氣體通道上設(shè)置有導(dǎo)流板,導(dǎo)流板的一條縱邊連接在氣體通道的邊緣上,并向錐臺內(nèi)翻折,與連接邊相切平面成20～70°夾角。采用本實用新型的錐體旋流式氣體分布器壓降小,氣體分布效果好,氣液相分流容易,可消除霧沫夾帶,且結(jié)構(gòu)簡單。
文檔編號B01J8/00GK2396883SQ9923007
公開日2000年9月20日 申請日期1999年11月26日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月26日
發(fā)明者張志炳, 李建隆, 趙靜 申請人:南京大學(xué)