【正文】 NewVST、 LLCT與更高水平的發(fā)明 專利（三項(xiàng)）技術(shù)進(jìn)展 主講人：杜佩衡 天津衡創(chuàng)工大現(xiàn)代塔器技術(shù)有限公司 預(yù)備知識（概念） 一、氣液傳質(zhì)設(shè)備 、“三傳一反” 二、板式塔操作工況、操作上下限 （一）操作工況分類 1813年 Celler提出泡罩塔 1832年篩板塔開始用于生產(chǎn) （二）操作上、下限 漏液點(diǎn) （ 1）霧沫夾帶過量 （ 2）降液管液泛 （ i）降液管太小 （ ii）液量過大（比原設(shè)計(jì)超出） （ iii）氣液量同時(shí)過大 （ 3）淹塔 進(jìn)塔液量大、蒸發(fā)量小、物料不平衡 （ 4）裙底吹開 （ 5）沖塔 氣速過大 前 言 今向大家推介由河北工業(yè)大學(xué)教授杜佩衡經(jīng)過 20多年潛心研究開發(fā)出來的噴射型板式塔技術(shù)，分為三個(gè)階段予以簡介： 第一階段： NewVST（新型垂直篩板）技術(shù) 1983年開始研究， 1990年通過天津市組織的專家鑒，認(rèn)定“綜觀這一科研成果其應(yīng)用結(jié)果技術(shù)先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)效益顯著，填補(bǔ)了國內(nèi)技術(shù)空白，其理論研究成果為國內(nèi)首創(chuàng)，達(dá)到八十年代國際先進(jìn)水平”。 1993年獲天津市人民政府科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。 1994年獲天津市（首次）科技興市突出貢獻(xiàn)獎(jiǎng)（市長特別獎(jiǎng)，為特等獎(jiǎng)，獎(jiǎng)金 10萬元）。 NewVST具有諸多優(yōu)良性能，與 F1型浮閥塔板相比：處理能力大、傳質(zhì)效率高、阻力小、操作彈性良好（與 F1 型浮閥相當(dāng)），操作簡便可靠，特別是它具有防有機(jī)物自聚堵塞與固體懸浮物堵塞的獨(dú)特能力。 從 1988年起 NewVST已廣泛應(yīng)用于 PVC、化肥、制藥、石化、煤化工、甲醇、酒精等行業(yè)，取得了重大的經(jīng)濟(jì)效益與良好的社會(huì)效益。 第二階段： LLCT（立體連續(xù)傳質(zhì)塔板）技術(shù) LLCT是在 NewVST基礎(chǔ)上經(jīng)過深入研究及工業(yè)實(shí)踐的總結(jié)而開發(fā)出來的水平更高、質(zhì)量更好的板式塔技術(shù)。與 NewVST相比具有更大的處理能力、更高的傳質(zhì)效率、阻力更小、操作彈性更高，與NewVST一樣具有獨(dú)特的防有機(jī)物自聚堵塞與固體懸浮物堵塞的能力，且與 NewVST一樣特別適用于易發(fā)泡物系的操作。 第三階段：三項(xiàng)發(fā)明專利已經(jīng)國家專利局授權(quán)。 A. NewVST（新型垂直篩板）技術(shù) 一、 NewVST結(jié)構(gòu)、操作原理 主要以帽罩的形態(tài)為特征。它有圓形、方形、矩形、梯形等，相應(yīng)在板上開有圓形、方形、矩形大孔。帽罩上開有圓孔、條形孔、柵條孔等。 氣體縫隙霧沫分離孔 S型C型 蓋板裙部堰罩體液體氣體 普通塔板（浮閥、篩板、泡罩及其變種）氣液流動(dòng)接觸系呈泡沫狀態(tài)。在塔板上氣液兩相系錯(cuò)流接觸式，而新型垂直篩板上氣液流動(dòng)接觸呈噴射狀態(tài)，氣液兩相取并流接觸形式。來自上一層的液體從降液管流出，橫向穿過各排帽罩，經(jīng)帽罩底隙流入帽內(nèi)；從板孔上升的來自下一層的氣體在罩內(nèi)與液體進(jìn)行接觸，這過程可以四段論加以描述：①托液拉膜段；②破膜粉碎段；③氣液噴射段；④氣液分離段。被噴出的氣液混合物中的大液滴回落入板上液層并進(jìn)行循環(huán)（重復(fù)上述四段）；小液滴（霧沫）懸浮于罩頂空間并隨氣流進(jìn)入上一層塔板。而液體則從上游帽罩周圍流過，并到達(dá)下游帽罩 …… 直至通過降液管流入下一塔板。 圖 2 氣液流動(dòng)接觸狀況 二、 NewVST主要技術(shù)特性 試驗(yàn)研究與工業(yè)化實(shí)踐證明（與 F1浮閥塔相比）： ? 處理能力大 提高 50%～ 100%以上 ? 傳質(zhì)效率高 提高 15%～ 20%以上 ? 阻力小 降至大約一半 ? 操作彈性良好 與浮閥塔板相當(dāng) ? 操作簡便可靠 ? 特別適用于易發(fā)泡物系的操作 ? 具有獨(dú)特的防有機(jī)物自聚堵塞及固體顆粒堵塞 能力（唯一） 這些技術(shù)特性是由于 NewVST具有較獨(dú)特的結(jié)構(gòu)與 操作特性所決定的。下面作具體分析： 1．處理能力大 其氣（汽）速可達(dá)普通塔板（浮閥、篩板、泡罩塔板）的 ~，這主要是：① 因?yàn)?NewVST的操作上限為過量霧沫夾帶，而其帽罩結(jié)構(gòu)決定了它的氣液混合物呈水平方向噴出。這就使它能大大降低了液沫夾帶量，也因此可以大大提高其空塔氣速。② 由于 NewVST塔板上的液體基本上呈清液狀態(tài)，也使進(jìn)入降液裝置的液體幾乎為清液狀態(tài)（非泡沫狀態(tài)），因而液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間可以大大減少，從而可以減小降液管體積，遂使塔板的有效截面積增加，可以增加塔板開孔率。①② 兩點(diǎn)均與處理能力成正比關(guān)系，它證明了何以 NewVST的處理能力比普通塔板大的理由。 2．傳質(zhì)效率高 NewVST系呈噴射狀態(tài)操作，通過在帽罩內(nèi)氣液的激烈接觸與沖突，使液體被分散成為細(xì)小液滴（一般情況下 95%的液滴粒徑為 ~5mm的范圍），從而大大增加（提供了）氣液接觸傳質(zhì)面積，并且由于氣液混合物在兩板之間的空間接觸時(shí)，液滴不斷被氣流翻動(dòng)，從而使氣液兩相接觸表面不斷更新，遂可大大提高傳質(zhì)系數(shù)，這就使 NewVST具有高的傳質(zhì)速率。加上在塔板之間氣液混合物停留時(shí)間長，遂使傳質(zhì)量大為提升。眾所周知傳質(zhì)量 Q=傳質(zhì)速率 q 傳質(zhì)接觸時(shí)間 τ。鑒于這樣的情況使 NewVST體現(xiàn)出高的傳質(zhì)效率。 3．阻力小 眾所周知板式塔單板阻力由三部分組成： Δp單板 =Δp干板 +Δp液層 +Δp表面張力 這其中 Δp液層 之值往往是 Δp單板 的主要部分。像浮閥塔塔板之類泡沫型塔的液層阻力是由板上清液層產(chǎn)生的，而 NewVST則只要克服被氣體提升那部分液體厚度的重力。測試表明 NewVST被提升的液體（已被托液拉膜）液膜厚度比板上清液層厚度要小許多，往往僅為板上清液層厚度的幾分之一。這就可以解釋何以 NewVST的單板阻力要比浮閥塔板等泡沫型塔板的單板阻力小許多的原因。 4．操作彈性良好（對“操作彈性”作一名詞解釋） 研究測試與工業(yè)化表明與浮閥塔板等泡沫型塔板相比， NewVST的板孔動(dòng)能因子 F0（ =μ0 ）可在更大的數(shù)值下正常操作，即操作上限（為過量霧沫夾帶）動(dòng)能因子大，因而操作彈性可與浮閥塔板相當(dāng)（而浮閥塔板乃是公認(rèn)的操作彈性最好的塔板）。需要指出既然 NewVST的 F0上限大于浮閥塔板，何以兩者操作彈性相當(dāng)呢？這是因?yàn)?NewVST的操作下限漏液點(diǎn) F0比浮閥塔板操作下限（也是漏液點(diǎn)）要高，兩相抵消，其結(jié)果兩者操作彈性相當(dāng)。 vρ 5．防堵塞能力特別好 在 PVC氯乙烯低沸精餾塔中使用 NewVST后，發(fā)現(xiàn)其防氯乙烯自聚堵塞能力特別好。對此我們的解釋：由于 NewVST帽罩的氣流通道中氣液混合物的流動(dòng)速度大，因此它具有很強(qiáng)的自我沖刷清洗能力，即有機(jī)物（比如氯乙烯）自聚雖然照樣產(chǎn)生，但氣流通道（面積）可以維持不變，體現(xiàn)在系統(tǒng)的阻力不發(fā)生變化。另外，由于板開孔大且無升氣管，又無其它遮攔，故對含固體懸浮物的物料也具有良好的適應(yīng)性。 6．對易發(fā)泡物料的適應(yīng)性特別好 NewVST塔板上的液體始終處于清液狀態(tài)，即使是易發(fā)泡物料仍然如此。這樣降液裝置的結(jié)構(gòu)尺寸的考慮與不易發(fā)泡物料大體是一致的，即降液裝置的尺寸比起泡沫型板式塔可以大大縮小，這對提高通量無疑是很有好處的。 7． NewVST的漏液點(diǎn)氣速要求數(shù)值頗高， 故在設(shè)計(jì)上必須確保在漏液點(diǎn)以上進(jìn)行操作，這應(yīng)屬于 NewVST的弱點(diǎn)。另外，對于液體粘度很大的物料（比如超過 80cp以上），由于托液拉膜效果差，即不能將液體打碎成很細(xì)小的液滴，因而傳質(zhì)效率大大降低。還應(yīng)指出： NewVST的阻力在板式塔中是屬于很小的塔板，但若與規(guī)整填料相比則阻力偏大，因而像石油減壓蒸餾塔、化肥原料氣脫硫塔這類要求塔板阻力特別小的工藝，則 NewVST不便使用。 三、我國 NewVST研究與開發(fā)狀況 （一）兄弟單位的研究工作簡介 受日本專家平田光穗的介紹啟示，我國從上世紀(jì)八十年代初幾乎同時(shí)有大連理工大學(xué)、西北大學(xué)、北京化工大學(xué)、蘭州石油機(jī)械研究所以及河北工業(yè)大學(xué)對NewVST開展了研究 …… （二）河北工業(yè)大學(xué)的研究與開發(fā)工作 首先，與上述兄弟單位一些相同或相似的工作（諸如結(jié)構(gòu)、操作原理、技術(shù)特性的研究）外，河北工業(yè)大學(xué)在更加廣泛、深入的領(lǐng)域進(jìn)行了自己獨(dú)特的工作。 1．對 NewVST中液滴粒度大小與分布研究 研究表明氣相中液滴粒度大小呈正態(tài)分布，并且測定得到氣相中液滴粒徑以~5mm的為主，大約占 95%，反映出 NewVST氣液間存在巨大的氣液接觸表面積。 2．提出并驗(yàn)證了 NewVST與 LLCT這類噴射型板式塔帽罩內(nèi)外及板間空間為重要傳質(zhì)區(qū)。這是一個(gè)全新的理論概念，原有教科書（中、外文）及關(guān)于板式塔的專著都認(rèn)定塔板間空間為液滴沉降區(qū)，即非傳質(zhì)區(qū)。因而這一新理論概念是傳統(tǒng)說法的一種訂正。