SVT塔板的开发与应用－partII

1、超级浮阀塔板的开发新思路超级浮阀塔板的开发新思路及其在精馏中的应用及其在精馏中的应用( ( PART II )PART II ) 依据上述研究指示的方向，我们设计发明了依据上述研究指示的方向，我们设计发明了超级超级浮阀塔板浮阀塔板（以下简称（以下简称SVT塔板）。塔板）。 SVT塔板是一个优塔板是一个优化的塔板宏观结构与新结构的传质元件（如图化的塔板宏观结构与新结构的传质元件（如图1所示）所示）的有机结合体（如图的有机结合体（如图2所示）。所示）。图图1 SVT塔板的实物照片塔板的实物照片图图2 SVT塔板的宏观结构示意图塔板的宏观结构示意图SVTSVT塔板的结构及其工作原理塔板的结构及其工作

2、原理结构上：结构上： SVT SVT 塔板在结构上与传统浮阀塔板相比主要有下列三方面不塔板在结构上与传统浮阀塔板相比主要有下列三方面不同：同： 一是塔板的宏观结构采用了弧形降液管，这样可使塔板的有一是塔板的宏观结构采用了弧形降液管，这样可使塔板的有效传质区面积提高效传质区面积提高10103030不等；不等； 二是塔板设置了全导流装置，使一块塔板变成了多个狭窄的二是塔板设置了全导流装置，使一块塔板变成了多个狭窄的弧形流道，可迫使液相在塔板上基本实现弧形流道，可迫使液相在塔板上基本实现“活塞流活塞流”流动；流动； 三是具体的传质元件采用双层菱形浮阀结构，可大幅度提高三是具体的传质元件采用双层菱形浮

3、阀结构，可大幅度提高传质效率和通量，同时降低压力降。传质效率和通量，同时降低压力降。SVT SVT 塔板的工作原理塔板的工作原理SVT SVT 塔板在静止状态、低负荷、中等负塔板在静止状态、低负荷、中等负荷、高负荷状态时的工作情况分别见图荷、高负荷状态时的工作情况分别见图3 3，图图4 4，图，图5 5和图和图6 6。图图3 SVT3 SVT塔板静止状态实物照片塔板静止状态实物照片 在低负荷下，子阀有限开启，母阀静止不动，汽在低负荷下，子阀有限开启，母阀静止不动，汽液两相主要在子阀周边进行传质液两相主要在子阀周边进行传质 。图图4 SVT塔板微开时实物照片（子阀微开）塔板微开时实物照片（子阀微

4、开）在中低负荷下，子阀全开启，母阀或保持静止，或在中低负荷下，子阀全开启，母阀或保持静止，或部分开启，汽液两相的传质主要在子阀周边，或同部分开启，汽液两相的传质主要在子阀周边，或同时也发生在母阀周边。时也发生在母阀周边。图图5 SVT塔板中低负荷下工作实物照片（子阀全开）塔板中低负荷下工作实物照片（子阀全开）在中高负荷下，子阀母阀全开启，全部进入工作状在中高负荷下，子阀母阀全开启，全部进入工作状态，汽液两相的传质在子阀和母阀周边同时发生态，汽液两相的传质在子阀和母阀周边同时发生。图图6 SVT塔板中高负荷下工作实物照片（母子全开）塔板中高负荷下工作实物照片（母子全开） 由于由于SVT塔板在相同

5、的开孔面积下，其阀片周边塔板在相同的开孔面积下，其阀片周边的长度要远大于的长度要远大于F1型浮阀和导向浮阀等其它类型型浮阀和导向浮阀等其它类型的浮阀，因此在相同阀片开度时，其有效的汽液的浮阀，因此在相同阀片开度时，其有效的汽液接触面积也大于其它浮阀塔板。因此可以预料，接触面积也大于其它浮阀塔板。因此可以预料，其通量，效率，压降等指标将会得到改善。其通量，效率，压降等指标将会得到改善。SVT塔板与其它浮阀塔板主要结构参数比较塔板与其它浮阀塔板主要结构参数比较序号序号名称名称阀片面积阀片面积mm2传质周边长传质周边长mm周长周长/面积面积以以F1型为型为基准周长基准周长/面积之比面积之比1F1浮阀

6、浮阀1808.64129.720.07171.02导向浮阀导向浮阀22801820.0791.103SVT2220294.950.13291.85SVTSVT塔板的性能测试塔板的性能测试 分别对分别对SVT塔板，塔板，F1型塔板，导向浮阀和菱形浮型塔板，导向浮阀和菱形浮阀塔板的主要性能进行了测试，其中包括塔板上阀塔板的主要性能进行了测试，其中包括塔板上液体的流型、液层温度的分布、压力降和液体的流型、液层温度的分布、压力降和Murphree板效率等综合性能。板效率等综合性能。实验装置和流程实验装置和流程PondTest tray Liquidout Gas Distributing trayGF

7、MCompressorGas inLiquidDCSLFMPumpComputer 图图7 塔板性能测试装置示意图塔板性能测试装置示意图测试仪器与方法测试仪器与方法 采用空气采用空气/水体系进行流体力学性能的测试，其中空水体系进行流体力学性能的测试，其中空塔气速范围是塔气速范围是0.6-3.5 m/s，液流强度范围是，液流强度范围是4.0-32 m3 / hm。塔板压降通过。塔板压降通过“U”形压差计测量，降液形压差计测量，降液管持液量则利用液体流量计测量。塔板上流型采用管持液量则利用液体流量计测量。塔板上流型采用示踪法进行观察，示踪剂为高锰酸钾溶液，也同时示踪法进行观察，示踪剂为高锰酸钾溶液

8、，也同时采用温度测试方法进行计算。采用温度测试方法进行计算。 气相流速用气相流速用Elderidge Products Inc.生产的生产的SY-93型探头式流量计型探头式流量计(GFM)测量，液相流量则由测量，液相流量则由Fisher-Rosemount公司生产的公司生产的8800C型涡流流量计型涡流流量计(LFM)测定。塔板上液层的温度分布采用铂热电阻测定。塔板上液层的温度分布采用铂热电阻（PRTD）测量。关于）测量。关于PRTD的排布方式见图的排布方式见图9所示。所示。温度，流量等数据通过温度，流量等数据通过DCS系统进行采集和分析。系统进行采集和分析。 采用氧解吸法测量塔板的采用氧解吸

9、法测量塔板的Murphree液相板效率液相板效率 ，通过，通过向水中注入氧气获得富氧水，其中氧含量可达向水中注入氧气获得富氧水，其中氧含量可达20mg/L (O2/H2O)。同时采集塔板进口与出口处的水样，测量。同时采集塔板进口与出口处的水样，测量其中氧含量的变化，再与平衡状态下水中氧含量的变化其中氧含量的变化，再与平衡状态下水中氧含量的变化相比，便可获得板效率值。在本实验中，水中的氧含量相比，便可获得板效率值。在本实验中，水中的氧含量通过碘滴定法测量。通过碘滴定法测量。图图8 塔板上液层内的温度测试示意图塔板上液层内的温度测试示意图测试结果与讨论测试结果与讨论 液体流型液体流型：塔板上液体流

10、型见图塔板上液体流型见图10所示，这一结果与传统所示，这一结果与传统塔板上的液体流型不同。众所周知，传统塔板塔板上的液体流型不同。众所周知，传统塔板上液体的流动分为两个区域：（上液体的流动分为两个区域：（）涡流区，）涡流区，（）主流区。而）主流区。而SVT塔板由于设计了全导流塔板由于设计了全导流结构，使液流的涡漩和返混得以消除，呈现出结构，使液流的涡漩和返混得以消除，呈现出“多平推流多平推流”流型结构。流型结构。图图9. 塔板上液相流型示意图塔板上液相流型示意图图图10 SVT塔板上液相流型示意图塔板上液相流型示意图 SVT SVT塔板上液层的温度分布塔板上液层的温度分布 塔板上液层的温度分布

11、之测试结果如图塔板上液层的温度分布之测试结果如图12、图、图13所示。可所示。可以看出，在水平方向上，塔板上液相温度沿液流方向呈线以看出，在水平方向上，塔板上液相温度沿液流方向呈线性上升的趋势。性上升的趋势。图图11 SVT11 SVT塔板上液层中水平方向的温度分布塔板上液层中水平方向的温度分布 16.1516.2016.2516.3016.3516.4016.4516.5016.55024681012Height of the liquid layer, cmTemperature, 图图12 SVT塔板上液层中垂直方向的温度分布塔板上液层中垂直方向的温度分布 塔板压降塔板压降 在四种浮阀塔

12、板中，在四种浮阀塔板中，SVT塔板的干板压降最低。塔板的干板压降最低。在空动能因子在空动能因子1.5 F3.0，其压降值只有，其压降值只有F1浮阀浮阀的的67左右，仅相当于导向梯形浮阀左右，仅相当于导向梯形浮阀80左右，左右，以及菱形浮阀的以及菱形浮阀的90左右左右。图图14 14 塔板的干板压降比较塔板的干板压降比较1 1F1F1浮阀，浮阀，2 2导向梯形浮阀，导向梯形浮阀，3 3菱形浮阀，菱形浮阀，4 4SVTSVT1 1 12 2干板压降下降幅度（干板压降下降幅度（以以F1浮阀为基准浮阀为基准）, %塔板名称塔板名称F=1.5F=2.0F=3.0F1浮阀浮阀/导向梯形浮阀导向梯形浮阀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型浮阀为型浮阀为100)塔板名称塔板名称F=1.0F=2.0F=3.0 提高提高 均值均值F1型浮阀型浮阀/导向梯形浮阀导向梯形浮阀37.53.6 23.8 21.6 菱形浮阀菱形浮阀20.0 13.0 47.6 26.8 SVT75.0 9.5 90.4 58.2 名名 称称起始点起始点Fo值值终止点终止点Fo值值最高效率最高效率EML值值操作操作弹性弹性F1型浮阀型浮阀1223821.92导向浮阀导向浮阀1024872.4菱形浮阀菱形浮阀1026

14、96.52.6SVT72892.54.0不同浮阀塔板的氧解析效率与操作弹性实验数据不同浮阀塔板的氧解析效率与操作弹性实验数据（以EML值大于65区域计）SVTSVT塔板的显著优点：塔板的显著优点：1.1.处理量同比（处理量同比（F1F1）提高）提高3232左右左右2.2.压力降同比下降压力降同比下降4040左右左右3.3.操作弹性同比提高操作弹性同比提高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 申请的有关专利申请的有关专利中国发明专利：中国发明专利： ZL97106964.6ZL97106964.6中国发明专利：中国发明专利： ZL 00261944.XZL 0026

15、1944.X中国发明专利：中国发明专利： ZL02112748.4ZL02112748.4中国发明专利：中国发明专利： ZL200410041416.XZL200410041416.X美国专利申请：美国专利申请： US ApplUS Appl. N11 /571941. N11 /571941，欧洲专利申请：欧洲专利申请： EP Appl.N05766547.3-1213EP Appl.N05766547.3-1213。 工程应用：工程应用：江苏梅兰化工江苏梅兰化工100kt/a100kt/a甲烷氯化物精馏分离装置甲烷氯化物精馏分离装置浙江华峰氨纶有限公司浙江华峰氨纶有限公司80t/d DMAc80t/d DMAc溶剂分离回收装置溶剂分离回收装置 浙江华峰氨纶有限公司浙江华峰氨纶有限公司120t/d DMAc120t/d DMAc溶剂分离回收装置溶剂分离回收装置 辽阳化纤金兴化工厂辽阳化纤金兴化工厂30kt/a NOx30kt/a NOx废气处理和资源化制废气处理和资源化制HNOHNO3 3装置装置 辽阳化纤金兴化工厂辽阳化纤金兴化工厂60kt/a NOx60kt/a NOx废气处理和资源化制废气处理和资源化制HNOHNO3 3装置装置 扬子石化丁烯扬子石化丁烯1 1 装置装置 18kt/a18kt/a25k