1、超級(jí)浮閥塔板的開發(fā)新思路超級(jí)浮閥塔板的開發(fā)新思路及其在精餾中的應(yīng)用及其在精餾中的應(yīng)用( ( part ii )part ii ) 依據(jù)上述研究指示的方向，我們?cè)O(shè)計(jì)發(fā)明了依據(jù)上述研究指示的方向，我們?cè)O(shè)計(jì)發(fā)明了超級(jí)超級(jí)浮閥塔板浮閥塔板（以下簡(jiǎn)稱（以下簡(jiǎn)稱svt塔板）。塔板）。 svt塔板是一個(gè)優(yōu)塔板是一個(gè)優(yōu)化的塔板宏觀結(jié)構(gòu)與新結(jié)構(gòu)的傳質(zhì)元件（如圖化的塔板宏觀結(jié)構(gòu)與新結(jié)構(gòu)的傳質(zhì)元件（如圖1所示）所示）的有機(jī)結(jié)合體（如圖的有機(jī)結(jié)合體（如圖2所示）。所示）。圖圖1 svt塔板的實(shí)物照片塔板的實(shí)物照片圖圖2 svt塔板的宏觀結(jié)構(gòu)示意圖塔板的宏觀結(jié)構(gòu)示意圖svtsvt塔板的結(jié)構(gòu)及其工作原理塔板的結(jié)構(gòu)及其工作

2、原理結(jié)構(gòu)上：結(jié)構(gòu)上： svt svt 塔板在結(jié)構(gòu)上與傳統(tǒng)浮閥塔板相比主要有下列三方面不塔板在結(jié)構(gòu)上與傳統(tǒng)浮閥塔板相比主要有下列三方面不同：同： 一是塔板的宏觀結(jié)構(gòu)采用了弧形降液管，這樣可使塔板的有一是塔板的宏觀結(jié)構(gòu)采用了弧形降液管，這樣可使塔板的有效傳質(zhì)區(qū)面積提高效傳質(zhì)區(qū)面積提高10103030不等；不等； 二是塔板設(shè)置了全導(dǎo)流裝置，使一塊塔板變成了多個(gè)狹窄的二是塔板設(shè)置了全導(dǎo)流裝置，使一塊塔板變成了多個(gè)狹窄的弧形流道，可迫使液相在塔板上基本實(shí)現(xiàn)弧形流道，可迫使液相在塔板上基本實(shí)現(xiàn)“活塞流活塞流”流動(dòng)；流動(dòng)； 三是具體的傳質(zhì)元件采用雙層菱形浮閥結(jié)構(gòu)，可大幅度提高三是具體的傳質(zhì)元件采用雙層菱形浮

3、閥結(jié)構(gòu)，可大幅度提高傳質(zhì)效率和通量，同時(shí)降低壓力降。傳質(zhì)效率和通量，同時(shí)降低壓力降。svt svt 塔板的工作原理塔板的工作原理svt svt 塔板在靜止?fàn)顟B(tài)、低負(fù)荷、中等負(fù)塔板在靜止?fàn)顟B(tài)、低負(fù)荷、中等負(fù)荷、高負(fù)荷狀態(tài)時(shí)的工作情況分別見(jiàn)圖荷、高負(fù)荷狀態(tài)時(shí)的工作情況分別見(jiàn)圖3 3，圖圖4 4，圖，圖5 5和圖和圖6 6。圖圖3 svt3 svt塔板靜止?fàn)顟B(tài)實(shí)物照片塔板靜止?fàn)顟B(tài)實(shí)物照片 在低負(fù)荷下，子閥有限開啟，母閥靜止不動(dòng)，汽在低負(fù)荷下，子閥有限開啟，母閥靜止不動(dòng)，汽液兩相主要在子閥周邊進(jìn)行傳質(zhì)液兩相主要在子閥周邊進(jìn)行傳質(zhì) 。圖圖4 svt塔板微開時(shí)實(shí)物照片（子閥微開）塔板微開時(shí)實(shí)物照片（子閥微

4、開）在中低負(fù)荷下，子閥全開啟，母閥或保持靜止，或在中低負(fù)荷下，子閥全開啟，母閥或保持靜止，或部分開啟，汽液兩相的傳質(zhì)主要在子閥周邊，或同部分開啟，汽液兩相的傳質(zhì)主要在子閥周邊，或同時(shí)也發(fā)生在母閥周邊。時(shí)也發(fā)生在母閥周邊。圖圖5 svt塔板中低負(fù)荷下工作實(shí)物照片（子閥全開）塔板中低負(fù)荷下工作實(shí)物照片（子閥全開）在中高負(fù)荷下，子閥母閥全開啟，全部進(jìn)入工作狀在中高負(fù)荷下，子閥母閥全開啟，全部進(jìn)入工作狀態(tài)，汽液兩相的傳質(zhì)在子閥和母閥周邊同時(shí)發(fā)生態(tài)，汽液兩相的傳質(zhì)在子閥和母閥周邊同時(shí)發(fā)生。圖圖6 svt塔板中高負(fù)荷下工作實(shí)物照片（母子全開）塔板中高負(fù)荷下工作實(shí)物照片（母子全開） 由于由于svt塔板在相同

5、的開孔面積下，其閥片周邊塔板在相同的開孔面積下，其閥片周邊的長(zhǎng)度要遠(yuǎn)大于的長(zhǎng)度要遠(yuǎn)大于f1型浮閥和導(dǎo)向浮閥等其它類型型浮閥和導(dǎo)向浮閥等其它類型的浮閥，因此在相同閥片開度時(shí)，其有效的汽液的浮閥，因此在相同閥片開度時(shí)，其有效的汽液接觸面積也大于其它浮閥塔板。因此可以預(yù)料，接觸面積也大于其它浮閥塔板。因此可以預(yù)料，其通量，效率，壓降等指標(biāo)將會(huì)得到改善。其通量，效率，壓降等指標(biāo)將會(huì)得到改善。svt塔板與其它浮閥塔板主要結(jié)構(gòu)參數(shù)比較塔板與其它浮閥塔板主要結(jié)構(gòu)參數(shù)比較序號(hào)序號(hào)名稱名稱閥片面積閥片面積mm2傳質(zhì)周邊長(zhǎng)傳質(zhì)周邊長(zhǎng)mm周長(zhǎng)周長(zhǎng)/面積面積以以f1型為型為基準(zhǔn)周長(zhǎng)基準(zhǔn)周長(zhǎng)/面積之比面積之比1f1浮閥

6、浮閥1808.64129.720.07171.02導(dǎo)向浮閥導(dǎo)向浮閥22801820.0791.103svt2220294.950.13291.85svtsvt塔板的性能測(cè)試塔板的性能測(cè)試 分別對(duì)分別對(duì)svt塔板，塔板，f1型塔板，導(dǎo)向浮閥和菱形浮型塔板，導(dǎo)向浮閥和菱形浮閥塔板的主要性能進(jìn)行了測(cè)試，其中包括塔板上閥塔板的主要性能進(jìn)行了測(cè)試，其中包括塔板上液體的流型、液層溫度的分布、壓力降和液體的流型、液層溫度的分布、壓力降和murphree板效率等綜合性能。板效率等綜合性能。實(shí)驗(yàn)裝置和流程實(shí)驗(yàn)裝置和流程pondtest tray liquidout gas distributing traygf

7、mcompressorgas inliquiddcslfmpumpcomputer 圖圖7 塔板性能測(cè)試裝置示意圖塔板性能測(cè)試裝置示意圖測(cè)試儀器與方法測(cè)試儀器與方法 采用空氣采用空氣/水體系進(jìn)行流體力學(xué)性能的測(cè)試，其中空水體系進(jìn)行流體力學(xué)性能的測(cè)試，其中空塔氣速范圍是塔氣速范圍是0.6-3.5 m/s，液流強(qiáng)度范圍是，液流強(qiáng)度范圍是4.0-32 m3 / hm。塔板壓降通過(guò)。塔板壓降通過(guò)“u”形壓差計(jì)測(cè)量，降液形壓差計(jì)測(cè)量，降液管持液量則利用液體流量計(jì)測(cè)量。塔板上流型采用管持液量則利用液體流量計(jì)測(cè)量。塔板上流型采用示蹤法進(jìn)行觀察，示蹤劑為高錳酸鉀溶液，也同時(shí)示蹤法進(jìn)行觀察，示蹤劑為高錳酸鉀溶液

8、，也同時(shí)采用溫度測(cè)試方法進(jìn)行計(jì)算。采用溫度測(cè)試方法進(jìn)行計(jì)算。 氣相流速用氣相流速用elderidge products inc.生產(chǎn)的生產(chǎn)的sy-93型探頭式流量計(jì)型探頭式流量計(jì)(gfm)測(cè)量，液相流量則由測(cè)量，液相流量則由fisher-rosemount公司生產(chǎn)的公司生產(chǎn)的8800c型渦流流量計(jì)型渦流流量計(jì)(lfm)測(cè)定。塔板上液層的溫度分布采用鉑熱電阻測(cè)定。塔板上液層的溫度分布采用鉑熱電阻（prtd）測(cè)量。關(guān)于）測(cè)量。關(guān)于prtd的排布方式見(jiàn)圖的排布方式見(jiàn)圖9所示。所示。溫度，流量等數(shù)據(jù)通過(guò)溫度，流量等數(shù)據(jù)通過(guò)dcs系統(tǒng)進(jìn)行采集和分析。系統(tǒng)進(jìn)行采集和分析。 采用氧解吸法測(cè)量塔板的采用氧解吸

9、法測(cè)量塔板的murphree液相板效率液相板效率 ，通過(guò)，通過(guò)向水中注入氧氣獲得富氧水，其中氧含量可達(dá)向水中注入氧氣獲得富氧水，其中氧含量可達(dá)20mg/l (o2/h2o)。同時(shí)采集塔板進(jìn)口與出口處的水樣，測(cè)量。同時(shí)采集塔板進(jìn)口與出口處的水樣，測(cè)量其中氧含量的變化，再與平衡狀態(tài)下水中氧含量的變化其中氧含量的變化，再與平衡狀態(tài)下水中氧含量的變化相比，便可獲得板效率值。在本實(shí)驗(yàn)中，水中的氧含量相比，便可獲得板效率值。在本實(shí)驗(yàn)中，水中的氧含量通過(guò)碘滴定法測(cè)量。通過(guò)碘滴定法測(cè)量。圖圖8 塔板上液層內(nèi)的溫度測(cè)試示意圖塔板上液層內(nèi)的溫度測(cè)試示意圖測(cè)試結(jié)果與討論測(cè)試結(jié)果與討論 液體流型液體流型：塔板上液體流

10、型見(jiàn)圖塔板上液體流型見(jiàn)圖10所示，這一結(jié)果與傳統(tǒng)所示，這一結(jié)果與傳統(tǒng)塔板上的液體流型不同。眾所周知，傳統(tǒng)塔板塔板上的液體流型不同。眾所周知，傳統(tǒng)塔板上液體的流動(dòng)分為兩個(gè)區(qū)域：（上液體的流動(dòng)分為兩個(gè)區(qū)域：（）渦流區(qū)，）渦流區(qū)，（）主流區(qū)。而）主流區(qū)。而svt塔板由于設(shè)計(jì)了全導(dǎo)流塔板由于設(shè)計(jì)了全導(dǎo)流結(jié)構(gòu)，使液流的渦漩和返混得以消除，呈現(xiàn)出結(jié)構(gòu)，使液流的渦漩和返混得以消除，呈現(xiàn)出“多平推流多平推流”流型結(jié)構(gòu)。流型結(jié)構(gòu)。圖圖9. 塔板上液相流型示意圖塔板上液相流型示意圖圖圖10 svt塔板上液相流型示意圖塔板上液相流型示意圖 svt svt塔板上液層的溫度分布塔板上液層的溫度分布 塔板上液層的溫度分布

11、之測(cè)試結(jié)果如圖塔板上液層的溫度分布之測(cè)試結(jié)果如圖12、圖、圖13所示。可所示。可以看出，在水平方向上，塔板上液相溫度沿液流方向呈線以看出，在水平方向上，塔板上液相溫度沿液流方向呈線性上升的趨勢(shì)。性上升的趨勢(shì)。圖圖11 svt11 svt塔板上液層中水平方向的溫度分布塔板上液層中水平方向的溫度分布 16.1516.2016.2516.3016.3516.4016.4516.5016.55024681012height of the liquid layer, cmtemperature, 圖圖12 svt塔板上液層中垂直方向的溫度分布塔板上液層中垂直方向的溫度分布 塔板壓降塔板壓降 在四種浮閥塔

12、板中，在四種浮閥塔板中，svt塔板的干板壓降最低。塔板的干板壓降最低。在空動(dòng)能因子在空動(dòng)能因子1.5 f3.0，其壓降值只有，其壓降值只有f1浮閥浮閥的的67左右，僅相當(dāng)于導(dǎo)向梯形浮閥左右，僅相當(dāng)于導(dǎo)向梯形浮閥80左右，左右，以及菱形浮閥的以及菱形浮閥的90左右左右。圖圖14 14 塔板的干板壓降比較塔板的干板壓降比較1 1f1f1浮閥，浮閥，2 2導(dǎo)向梯形浮閥，導(dǎo)向梯形浮閥，3 3菱形浮閥，菱形浮閥，4 4svtsvt1 1 12 2干板壓降下降幅度（干板壓降下降幅度（以以f1浮閥為基準(zhǔn)浮閥為基準(zhǔn)）, %塔板名稱塔板名稱f=1.5f=2.0f=3.0f1浮閥浮閥/導(dǎo)向梯形浮閥導(dǎo)向梯形浮閥28

13、.626.513.3svt51.438.232.0下降均值下降均值/22.840.5 塔板效率塔板效率塔板效率提高幅度塔板效率提高幅度 (以以f1型浮閥為型浮閥為100)塔板名稱塔板名稱f=1.0f=2.0f=3.0 提高提高 均值均值f1型浮閥型浮閥/導(dǎo)向梯形浮閥導(dǎo)向梯形浮閥37.53.6 23.8 21.6 菱形浮閥菱形浮閥20.0 13.0 47.6 26.8 svt75.0 9.5 90.4 58.2 名名 稱稱起始點(diǎn)起始點(diǎn)fo值值終止點(diǎn)終止點(diǎn)fo值值最高效率最高效率eml值值操作操作彈性彈性f1型浮閥型浮閥1223821.92導(dǎo)向浮閥導(dǎo)向浮閥1024872.4菱形浮閥菱形浮閥1026

14、96.52.6svt72892.54.0不同浮閥塔板的氧解析效率與操作彈性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不同浮閥塔板的氧解析效率與操作彈性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（以eml值大于65區(qū)域計(jì)）svtsvt塔板的顯著優(yōu)點(diǎn)：塔板的顯著優(yōu)點(diǎn)：1.1.處理量同比（處理量同比（f1f1）提高）提高3232左右左右2.2.壓力降同比下降壓力降同比下降4040左右左右3.3.操作彈性同比提高操作彈性同比提高1 1倍左右倍左右4.4.塔板效率平均提高塔板效率平均提高5858 申請(qǐng)的有關(guān)專利申請(qǐng)的有關(guān)專利中國(guó)發(fā)明專利：中國(guó)發(fā)明專利： zl97106964.6zl97106964.6中國(guó)發(fā)明專利：中國(guó)發(fā)明專利： zl 00261944.xzl 0026

15、1944.x中國(guó)發(fā)明專利：中國(guó)發(fā)明專利： zl02112748.4zl02112748.4中國(guó)發(fā)明專利：中國(guó)發(fā)明專利： zl200410041416.xzl200410041416.x美國(guó)專利申請(qǐng)：美國(guó)專利申請(qǐng)： us applus appl. n11 /571941. n11 /571941，歐洲專利申請(qǐng)：歐洲專利申請(qǐng)： ep appl.n05766547.3-1213ep appl.n05766547.3-1213。 工程應(yīng)用：工程應(yīng)用：江蘇梅蘭化工江蘇梅蘭化工100kt/a100kt/a甲烷氯化物精餾分離裝置甲烷氯化物精餾分離裝置浙江華峰氨綸有限公司浙江華峰氨綸有限公司80t/d dmac80t/d dmac溶劑分離回收裝置溶劑分離回收裝置 浙江華峰氨綸有限公司浙江華峰氨綸有限公司120t/d dmac120t/d dmac溶劑分離回收裝置溶劑分離回收裝置 遼陽(yáng)化纖金興化工廠遼陽(yáng)化纖金興化工廠30kt/a nox30kt/a nox廢氣處理和資源化制廢氣處理和資源化制hnohno3 3裝置裝置 遼陽(yáng)化纖金興化工廠遼陽(yáng)化纖金興化工廠60kt/a nox60kt/a nox廢氣處理和資源化制廢氣處理和資源化制hnohno3 3裝置裝置 揚(yáng)子石化丁烯揚(yáng)子石化丁烯1 1 裝置裝置 18kt/a18kt/a25k