[发明专利]一种气液传质元件

说明书

技术领域

本发明涉及一种带导向作用的流线形气液传质元件，属于化学工程等工业领域中的气液传质设备，具体的说是精馏(包括吸收、气提)塔板的气液传质元件。

背景技术

传统精馏技术经过近2个世纪的发展，已经取得了长足的进展，研究者开发了种类众多的塔板和气液传质元件。但是，目前的塔板仍有一些方面需要改进，其中之一就是继续提高塔板的传质效率。

影响塔板效率的因素很多，板上液体的流动状态就是其中之一。近年来的研究表明，传统塔板上液体的流动并不是很规则的流动，而是存在涡流、回流、滞留以及返混等现象。这其中，以传统塔板上弓形区存在的湍流和滞流影响最为严重。对常规圆形塔板，液体并不是以均匀的流速在整个塔板宽度方向均匀向前流动，而是中间的液体流速快，两侧则较慢。这样大部分的液体是从入口堰到溢流堰的直线路径流过，而两侧弓形区内的液体的流动则很缓慢，且存在严重的湍流和滞流。常规塔板的湍流区大小与堰高和液流强度有关，其面积可占塔板面积的25％～40％。因为湍流区的液体流动缓慢，严重影响该区域的气液传质效果，并浪费大量塔板面积。对于诸如反应精馏等特殊的场合，严重的湍流和滞留能产生很宽的液相停留时间分布，造成反应选择性下降。

研究者开发了一些方案来解决上述问题，导向塔盘就是其中之一，即在塔盘上或气液接触原件上增加一些导向孔，利用气体的推动作用规范液体的流动，使板上液体的流动更加均匀稳定，并降低液面落差。这种技术已经在导向筛板和导向浮阀中得到了成功的应用，如CN200610043178、CN200620046889、CN00261944、CN01220319、CN02112748公开的方案所示。但是，这些导向孔一般是为导流而特殊设计的，与气液传质功能相比属于补充和从属地位，并未将导流和气液传质很好的结合起来。专利CN02148496和CN03822439中公开的条形泡罩塔盘采用了另一种形式的导流片，但仅限于条形泡罩塔盘，应用受限制较多，如CN03822439中塔盘的弓形区因为条形泡罩的限制完全没有导流孔，而CN03822439中或者仍是设置专门的常规导流孔作为附属；同时齿缝和导流片形式、尺寸和方向完全相同，限制了其导流效果。以上类型的导流塔盘都还有改进的空间。

另外，对于板式塔，最核心的是气液接触元件，而板上的流体流经气液接触元件时，势必受到阻碍和扰动，产生湍流、滞流等非理想流动现象，从而影响塔板效率；一些对流动要求比较高的场合，如反应精馏，严重的非理想流动还会影响反应转化率和选择性。但是人们对气液接触元件形状对板上液体流动的影响研究尚不多，目前应用最广泛的泡罩、浮阀、筛板塔盘大量采用的圆形、矩形气液接触元件，气体普遍无差别的向四周或两侧喷射，存在的气体与液体流动方向相反的情况，造成严重的湍流和滞流，影响了塔板效率的继续提高，并增加了塔板压降，限制了生产能力。

发明内容

本发明的目的是提供一种带导流作用的流线形气液传质元件，通过将气体出口和导向作用完全有机结合，同时借助优化的元件形状，可以优化塔板上的液体流动，减小或消除塔板上流体流动的涡流和滞流现象，促使物料在塔板上均匀稳定流动，并可以有效减少或消除塔板上的液面落差，促进气液均匀传质，从而提高塔板效率和生产能力。

在本申请中，塔板与塔盘具有相同的意义。

根据本发明的第一个实施方案，提供：

1.一种带导流作用的流线形导流气液传质元件，其特征在于：

a)气液传质元件采用流线形的形状，该元件的长宽比大于1，优选1.2～20:1，优选2～10:1，更优选2.5～8:1，

b)气液传质元件上开有供气体通过的多个齿缝和/或孔(齿缝和/或孔的数量例如但不限于是1～1000个，例如10－500个，优选30-300个)，以及在齿缝和/或孔的旁边设置多个导流片(导流片的数量例如但不限于是1～1000个，例如10－500个，优选30-300个)，所述导流片的方向与沿入口堰到溢流堰的直线方向呈0～90°角，优选0～60°角，最优选0～45°角；以及

c)所述齿缝和/或孔以及导流片沿着液体流动方向不均匀布置(优选分布在元件的外周上)，优选，齿缝或孔的分布在方向上和/或数量上和/或面积上和/或形状上和/或高度上具有不均匀性，例如可以是一个帽罩上的齿缝或孔的分布或方向不均，也可是多个帽罩的齿缝或孔的分布或方向各不相同。