并流喷射式复合塔 本发明属化学工程中的气液传质设备。具体地讲是一种并流喷射复合塔。
气液传质过程中广泛应用的塔设备主要有板式塔和填料塔两大类型，普通的板式塔传质效率和生产能力较低，而高效填料塔效率高并且生产能力较大，但是往往造价较高。近年来，有人将塔板和填料组合起来构成复合塔，即在塔板下悬挂填料，此种复合塔仍属气液逆流性质且用于化工生产中结构复杂，难以推广使用。此外，普通填料塔若采用气液并流操作，生产能力很大，但是最多只能有一块理论板，很难实现多级并流操作。
本发明的目的在于提供一种新型的并流喷射式复合塔，在该塔内可实现填料塔的多级并流操作，结构简单，造价低廉，使分离效率和生产能力大幅度提高。
本发明是在塔板上安装主要包括提液管、填料筐、填料支承板和填料构成的传质单元体，提液管和填料筐可分别充填填料。
本发明的具体实施方案参照附图详细说明如下：
图1是并流喷射式复合塔示意图。
图2是传质单元体分布示意图；图3是传质单元体主视图；图4是传质单元体俯视图；图5是传质单元体B-向视图；图6是传质单元体A-A截面剖视图。
图7是提液管主视图；图8是提液管C-C截面剖视图；图9是提液管与塔板连接示意图。
图10是填料筐主视图；图11是填料筐俯视图；图12是填料筐左视图；图13是填料筐D向视图；图14是填料筐定向示意图；图15是装有规整填料的填料筐安装示意图。
图16是提液管与填料筐连接示意图。
如图所示，1是提液管，2是填料，3是填料筐，4是填料，5是填料支承板，6是受液盘，7是塔板，8是降液管。其基本结构是在板式塔的塔板上，开一个或多个孔，并在孔的上方安装传质单元体。在板式塔中，可以在一层或多层塔板上采用该结构。该结构可用于各种不同型式的板式塔。
在每层塔板上可分布一个或多个传质单元体，图中传质单元在塔板上采取三角形排列，还可采取正方形排列以及其他分布式。并且在不同的塔板上，可采取不同的分布方式。
图3中提液管1置于塔板(7)开孔处的上方，下端与塔板7焊接把提液管1固定在塔板7上，提液管1还可采用其他各种支承定位结构固定在塔板7上。提液管1下端槽的高度为5～50mm。填料筐3置于提液管1的上端，并通过焊接相连接。提液管1中装有填料支承板5，用以支承填料。提液管1中可装填料2，填料筐3中可装填料4。填料2和填料4可以是各种型号的散装填料或规整填料。提液管1中可以装满填料，也可以只装一部分甚至不装填料；填料筐3装满填料或只装一部分填料，填料筐3的高度应是可以调节的。此外，当填料筐3中装散填料时，可先将散装填料置于丝网或其他结构之中，然后再置于填料筐3中。传质单元体总高度为塔板间距的2/3左右，一般为100～600mm。填料筐3的流通截面应大于或等于提液管1的流通截面；塔板开孔的形状可以是圆形，也可以是其他形状；开孔边缘倒出圆角，或采用其他有利于减小流动阻力的结构；提液管1的流通截面应大于或等于塔板开孔地面积。
提液管1既可以采用图3中所示的圆形管，也可采用图7，图8所示的矩形管，还可以采用其他各种形状的管子，提液管1可采取开槽结构如图3、图7、图8所示，也可采取开孔以及其他各种结构。槽的高度为5～50mm，开槽或开孔可以选定在提液管的不同位置。相应地提液管可以采用不同的与塔板7连接方式，当提液管1结构如图9所示时，提液管可以用焊接(如图9示)或铆接固定在塔板7上，而当开槽或开孔形式如图3，图7时，可采用焊接把提液管1固定在塔板上。此外，提液管1上也可以不采用开槽或开孔，而用支承定位板或其他结构将提液管1固定在塔板上，并保持提液管1的下端与塔板7的间距为5～50mm?；箍刹扇∑渌峁菇嵋汗芄潭ㄔ谒迳?，提液管的材质可采用各种金属材料及非金属材料。
填料支承板5用钢板条制成，焊接在提液管1内。当提液管1内装有部分填料时，采用填料支承板5或其他填料支承结构。填料支承板5或其他填料支承结构还可用其他金属和非金属材料制成，当提液管1中不装填料或其他情况时，也可省去填料支承结构。填料筐3可如图10，图11，图12，图13制成正方体形、长方体、圆筒形等各种几何形状，填料筐3可以用钢板条焊接而成，然后焊接固定在提液管1上。填料筐3还可用金属网制成，或者直接与提液管做成一体，还可以采用其他结构型式，用各种金属和非金属材料制成，填料筐3采用一向或多向封闭的结构，如图10，11，12，13中的正方形填料筐只有上顶面封闭。
图14中所有填料筐，除了下底面及箭头所在的平面不封闭外，其余各面均封闭，此种型式适于填料筐中装有各种散装填料和规整填料的情况。此外，填料筐还可采用其他定向方式，细箭头方向表示气液从该平面流出。在不同塔板上，填料筐可同时采取单向或多向封闭的不同定向方式。图中粗箭头代表塔板上液流方向。
图15中各填料筐除了下底面及箭头所在的平面不封闭之外，其余各面均封闭。图中填料筐内细实线表示填料的波纹片方向，细箭头方向表示气液从该平面流出，粗箭头代表塔板上液流方向。相邻两填料筐的波纹片互相垂直，此外，也可以相邻两填料筐中波纹片相互平行或上述两情况兼而有之。在不同塔板上可同时采取以上各种不同形式。
从图16中看出，在塔板的各个方向上，每个提液管与一个填料筐相结合，如图1，图2，图3所示；或者多个提液管共用一个填料筐，或是整排提液管共用一个填料筐，也可以是上述三种方式在一块塔板上同时存在，并且在不同的塔板上，可以采取以上各种不同的结合方式。采用上述结构时，填料筐同样有多种定向方式。
并流喷射式复合塔的操作过程如下：气体从塔板7下方以一定的气速通过塔板开孔，而塔板7上的液体通过提液管1与塔板7之间的5～50mm的空隙之后被气体夹带，气液并流通过提液管1内的填料2，进行混和传质过程；然后气液并流进入填料筐3中的填料4进行传质过程并完成气液分离，气体向上进入上一层塔板的开孔，液体下降到下一层塔板。在每一层塔板上都进行上述过程，并流喷射式复合塔从而在气液总体逆流情况下，实现多级并流操作。
本发明可根据实际工艺要求安装塔板层数，本发明的工艺参数是，塔板的开孔率5～30％为宜，塔板之间距离可根据实际需要而定，至少100mm，空塔F因子＝0.8～3.5[m/s(kg/m3)0.5]，阻力20～100mm水柱/板。本发明的效果是明显的，例如下述一组参数：
常压全回流操作
空塔F因子＝1.5～3.5m/s(kg/m3)0.5开孔率18％
效率：板间距330mm??板效率75～90％(相当于2～2.8块理论板/米)
阻力：30～70mm水柱/板
采用上述工艺参数对乙醇/水物系进行精馏分离，使用4块实际板可将乙醇从20％提高到76％以上。
本发明与已知技术相比具有突出的实质性特点，可以评述如下：
一.本发明是填料及塔板的复合体，它靠填料实现膜式传质，靠塔板实现多级并流。填料塔效率高，生产能力大，但放大效应较明显，这主要是气液自然流动分布所致。尽管初始气液分布均匀，也会在流动过程中形成沟流，测流及壁流等现象，造成效率及生产能力的下降，使设计失误。且常规填料塔不能实现多级并流操作，而本发明正好克服了上述缺陷，它靠强制流动使气液在填料表面分布均匀，传质主要阻力气膜和液膜极薄且不断更新，同时彻底消除了填料塔固有的缺陷-壁流，因而传质效率可大大提高；而靠强制流动也使生产能力不受自然流动所形成的液泛所限，故生产能力也大为提高。
二.本发明与板式塔(垂直筛板塔)区别是：
首先是传质原理不同，本发明属微分接触型强制膜式传质，主要在填料表面进行传质过程，而垂直筛板塔靠喷射传质；其次是操作性质不同，本发明填料阻力小，而垂直筛板筛孔阻力大，相同条件下，本发明阻力相当于垂直筛板阻力的1/3～1/2。
在垂直筛板中，由于气体喷射并挟带细微液滴通过筛孔，故要求气速较高，否则会造成塔板漏液(垂直筛板在罩孔气速F＝7时，漏液5％)，而且气体从筛孔中通过，而罩体对喷也易造成雾沫夹带。本发明的塔中，只要气速超过填料的液泛点，到达填料表面的液体即无落下的可能，同时由于上段填料气液分离，故气体雾沫夹带量少。因此本发明操作弹性大，比垂直筛板大一倍左右，此外，本发明由于不需要筛孔，故节省了大量工时与设备，因而可降低成本1/3～1/4。