專(zhuān)利名稱(chēng)：帶有格柵的處理塔芯材的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于汽液處理塔的規(guī)則芯材，更具體些，涉及一種用于這種處理塔中的由面對(duì)面相接觸的波狀柵式接觸板構(gòu)成的芯材。
在汽液接觸處理中，非常希望采用能夠有效地提高處理塔內(nèi)質(zhì)量和/或熱量交換量的方法和裝置。這種處理塔技術(shù)需配以各種用于塔芯填充的芯材設(shè)計(jì)，所用芯材的種類(lèi)取決于在塔內(nèi)進(jìn)行的具體處理過(guò)程。因而填充件可以由擺放在塔芯內(nèi)成有規(guī)律排布的規(guī)則陣列(規(guī)則芯材)構(gòu)成，或者由堆放并隨機(jī)排布在塔內(nèi)的比較小的型材(無(wú)規(guī)芯材)如環(huán)或鞍狀型材構(gòu)成。送入塔中的原料各組分的精細(xì)分餾和/或分離以及有害或無(wú)用的殘余成分的去除，對(duì)某項(xiàng)特定應(yīng)用所選用的具體的汽液接觸裝置提出了嚴(yán)格要求，無(wú)規(guī)或規(guī)則填充件形狀決定了流動(dòng)規(guī)律和陣列的密度以及由此造成的綜合阻力。因而先有技術(shù)的規(guī)則填充陣列以多種形狀、大小和材料類(lèi)型得到應(yīng)用。
先有技術(shù)一向都非常希望能有可實(shí)現(xiàn)有效的熱交換、液體蒸發(fā)或蒸汽凝結(jié)的裝置的方法，借此可以在給定的最小尺寸區(qū)域中以最小的壓降完成對(duì)其中一種流體的冷卻。在諸如石油分餾加工之類(lèi)的化學(xué)工程方面，高效率、低壓降和較低的溫度是重要的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。用來(lái)進(jìn)行這類(lèi)加工的處理塔的共同特點(diǎn)是有從塔上部下落和液體流和從塔下部上升的蒸汽流。足夠的汽液接觸表面積對(duì)于實(shí)現(xiàn)主要功能和減輕或消除出現(xiàn)在上升蒸汽中的液體夾帶現(xiàn)象是必要的。在大多數(shù)情況下，規(guī)則填充陣列必須在其各水平和垂直面上都有足夠的表面積，使得重組分的分餾得以以凝結(jié)方式自上而下地進(jìn)行，并且蒸汽得以以最小的阻力通過(guò)芯材上升。采用這種裝置，原料的重和輕組分因大部發(fā)生在規(guī)則芯材表面上的上升蒸汽與下落流體的相互作用而分別在塔的底部和頂部收得。
在單一的處理塔芯中通常安裝有可適應(yīng)靈活多變的設(shè)計(jì)方案的若干疊層。每層都利用上升蒸汽的速度和動(dòng)能來(lái)實(shí)現(xiàn)消除上升蒸汽中的液體夾帶現(xiàn)象和蒸汽與下落液體的完全混合接觸雙重功能，以將流體充分分離或分餾為所需成分。上升蒸汽的迅速冷卻一般來(lái)說(shuō)是有效處理的先決因素，可實(shí)現(xiàn)蒸汽凝結(jié)所需的有效熱交換和在最小芯材垂直深度上的最小壓降。因而在以往的作法中一向都采用反向傾斜的波狀薄板或?qū)影鍋?lái)構(gòu)成穿過(guò)填充層水平和垂直面的多重蒸汽通道，以確保蒸汽的流動(dòng)及其在薄板上的分布，并避免蒸汽只通過(guò)填充層某些部分之類(lèi)的分布不均，或形成束流。正是以這種方式塔芯和加在其上的能量的有效利用得以實(shí)現(xiàn)。
先有技術(shù)的那種傾斜波狀接觸板的規(guī)則布局常常設(shè)有用作蒸汽通道的孔。這種孔可形成蒸汽渦流以確保密切的汽液接觸。還必須確保在很靠近上升蒸汽到達(dá)或離開(kāi)蒸汽通道孔的垂直位置附近，上升蒸汽可完成液體接觸和液體分離雙重功能。以這種方式，上升蒸汽或下落液體的分布不均得以減輕。此外，以往的一項(xiàng)首要考慮是以制造費(fèi)用低的方案來(lái)實(shí)現(xiàn)這些汽液接觸方法和裝置。這種考慮對(duì)于設(shè)計(jì)及成本效益的處理過(guò)程是必要的。
反向傾斜的波狀板提供了一種逆流液汽相互作用的方法和裝置。采用這種填充陣列，在塔芯頂部或其附近送入并在底部取出的液體，可與在塔芯底部或其附近送入并在頂部取出的蒸汽有效地相遇。這種方法和設(shè)備的關(guān)鍵特征是要確保液體和蒸汽達(dá)到所需的相互接觸程度，使得所實(shí)現(xiàn)的質(zhì)量和熱量交換以設(shè)計(jì)速率進(jìn)行。當(dāng)然，內(nèi)部結(jié)構(gòu)就其不受外部動(dòng)力驅(qū)動(dòng)以及其若有也只僅有極少活動(dòng)部件而言是被動(dòng)的。
先有技術(shù)的方法配有采用面對(duì)面相接的交叉開(kāi)槽的多孔薄片材料的被動(dòng)式汽液接觸裝置。這種方案有助于從芯材中流過(guò)的液體形成具有較大的可供蒸汽從其上通過(guò)的總面積的薄層。但是，設(shè)計(jì)問(wèn)題并非只是取決于有多大的表面積或多少波紋、交叉槽或孔。必須計(jì)及其它一些相關(guān)的設(shè)計(jì)考慮，其中一些上面已經(jīng)提到了。
從處理過(guò)程的角度來(lái)說(shuō)，重要的是要盡可能近乎徹底地完成所需的汽液接觸相互作用。例如，在原油真空處理塔中，需要有有效的分餾和良好的分離來(lái)生產(chǎn)出不含無(wú)用殘余物質(zhì)的油流。如上所述，接觸塔芯及其內(nèi)部裝置必須有效地利用提供給該設(shè)備的熱能。這樣就能減少直接運(yùn)行費(fèi)用，而無(wú)論其目的是質(zhì)量交換、熱量交換、液體蒸發(fā)或者蒸汽凝結(jié)處理。對(duì)于上述設(shè)備，壓降以及汽液流體界面都是首先考慮的。先有技術(shù)的汽液接觸用規(guī)則芯材的可見(jiàn)于以下參考文獻(xiàn)1967年9月26日批準(zhǔn)的3，343，821號(hào)美國(guó)專(zhuān)利;1979年2月13日批準(zhǔn)的4，139，584號(hào)專(zhuān)利;1978年1月15日批準(zhǔn)的3，785，620號(hào)專(zhuān)利;以及1976年5月25日批準(zhǔn)的3，959，419號(hào)專(zhuān)利。
在上面提到的汽液接觸方法和裝置專(zhuān)利中，提出了幾種設(shè)計(jì)方案以實(shí)現(xiàn)密切的汽液接觸。具體而言，提出并用各種材料組合來(lái)制作面面相接觸的層疊的波狀接觸板，上面帶有向水平面傾斜和/或相互正交的波紋。這種組合包括單股紗線(xiàn)和硬質(zhì)板。此外，先有技術(shù)方法中顯而易見(jiàn)的是采用了帶有許多通孔的槽紋板。這類(lèi)實(shí)例之一見(jiàn)于1981年10月20日批準(zhǔn)的4，296，050號(hào)美國(guó)專(zhuān)利，另一個(gè)見(jiàn)于1965年9月8日批準(zhǔn)的1，004，046號(hào)英國(guó)專(zhuān)利。
盡管以往的許多汽液接觸方法和裝置已證明是比較有效的，但仍然存在某些缺點(diǎn)。具體而言，采用下落液體流和上升蒸汽流并裝有上述那種規(guī)則芯材的汽液接觸塔，一般都無(wú)法很好地適應(yīng)內(nèi)部壓差。面朝下的表面也存在問(wèn)題，因?yàn)檫@種表面通常未被有效地潤(rùn)濕。即使給芯材加上槽或開(kāi)縫，仍會(huì)有許多面朝下的表面，而且以往的設(shè)計(jì)幾乎都不能有效地實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)臐?rùn)濕和蒸汽通道。既使采用許多設(shè)在如上述那些面面相接觸的波狀和/或交叉開(kāi)槽的板上的孔，情況也是如此。蒸汽流對(duì)壓差極其敏感，并且容易在相配合的波紋或槽的無(wú)數(shù)暴露面之間轉(zhuǎn)向。
在逆流流動(dòng)中希望液體和蒸汽兩者能夠沿著均勻潤(rùn)濕的芯材表面有效地混合。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，已經(jīng)證明使液體和蒸汽兩者都能通過(guò)波狀薄板來(lái)進(jìn)行有效的相互作用是非常有益的。沒(méi)有蒸汽和液體兩者通過(guò)層疊的波狀薄板的自由通道，就會(huì)形成高流量或低流量區(qū)域。這些流量差會(huì)造成芯材的均勻性和同質(zhì)性缺欠。最有效的規(guī)則芯材組合設(shè)有以穩(wěn)定的相互作用和混合使汽液比保持相對(duì)恒定的區(qū)域。這就需要在能夠增進(jìn)波狀薄板之間液體均勻潤(rùn)濕和擴(kuò)散以及壓力均衡的結(jié)構(gòu)中，有一種有助于液體和蒸汽兩者通過(guò)所述薄板的兩側(cè)均勻流動(dòng)的芯材表面。
因此，利用制作在波狀板上的格柵的導(dǎo)向和匯集作用來(lái)解決先有技術(shù)方法的問(wèn)題，是很有益處的。本發(fā)明的方法和裝置提出了一種帶有優(yōu)選的格柵結(jié)構(gòu)的波狀板，對(duì)先有技術(shù)的芯材作了這種改進(jìn)。用這種方法，可使液體沿著并通過(guò)相對(duì)的板上的波紋兩側(cè)從可顯著提高通常在所述波狀板之間通過(guò)的上升蒸汽和下落液體的汽液接觸的通路中流過(guò)。在波狀薄板上有特定取向的格柵陣列，使得蒸汽和液體流在沿相反方向流動(dòng)的同時(shí)在相對(duì)的兩側(cè)上暴露出來(lái)。這種液體蒸汽流結(jié)構(gòu)可加大質(zhì)量交換效率，并可以以對(duì)于常規(guī)的對(duì)置板波紋組件而言最小的生產(chǎn)成本增加來(lái)實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明涉及汽液接觸塔和裝入其中用以實(shí)現(xiàn)汽液接觸的規(guī)則填充陣列。更具體些，本發(fā)明的一項(xiàng)內(nèi)容是一種經(jīng)過(guò)改進(jìn)的處理塔芯材，其中包括面對(duì)面相接觸的許多帶有相互對(duì)折的反向波紋的波狀薄板。這種芯材可用來(lái)接收伴有上升蒸汽流的下落液體流。這種流動(dòng)方式增強(qiáng)了汽液接觸。改進(jìn)內(nèi)容包括加在普通波狀薄板平坦區(qū)域上的一系列格柵，這些格柵的取向可使蒸汽和液體流從薄板的平坦區(qū)域中通過(guò)。
另一方面，本發(fā)明包括一種用以使蒸汽流同液體流接觸的處理塔芯材，由面對(duì)面相接觸的垂直取向的波狀薄板構(gòu)成。每板薄板上都有折線(xiàn)，形成由平坦區(qū)域分隔開(kāi)的脊、谷。脊、谷和平坦區(qū)域決定了薄板的波狀結(jié)構(gòu)。平坦區(qū)域帶有許多橫向延伸的格柵，并且基本上所有格柵都在臨近但未達(dá)到折線(xiàn)處結(jié)束。格柵有一些面朝上的邊緣。一些格柵在斷面上從各平坦區(qū)域相應(yīng)平面上向外突出，而另一些格柵在斷面上從各平坦區(qū)域相應(yīng)平面上向內(nèi)突出。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，有些格柵明顯地小于其它一些，這些小格柵被分隔在選定的陣列之間。在本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例中，所有格柵具有單一的尺寸。
在又一個(gè)方面，上述的本發(fā)明包括一種處理塔芯材，上面至少有些貫通波狀薄板的開(kāi)口是由一側(cè)的外突格柵和相反一側(cè)的內(nèi)突格柵形成的。至少有些格柵可以設(shè)置成橫向?qū)R的格柵對(duì)，并且橫向?qū)R的成對(duì)格柵可有其相應(yīng)的沿同一垂直方向取向的邊緣，沿同一橫斷方向從各平坦區(qū)域的相應(yīng)平面延伸。
在再一個(gè)方面，本發(fā)明包括一種經(jīng)過(guò)改進(jìn)的在上述那種處理塔芯中將液體與蒸汽混合的方法，其中的規(guī)則芯材是設(shè)置成面對(duì)面關(guān)系的波狀板。改進(jìn)內(nèi)容包括制作帶有許多柵式開(kāi)口的波狀板的步驟，這些開(kāi)口設(shè)置成基本相互平行分隔關(guān)系，并構(gòu)成板上的第一組大柵式開(kāi)口。大柵式開(kāi)口在波狀板的平坦區(qū)域上設(shè)置成平行分隔關(guān)系，而一系列小柵式開(kāi)口加在大柵式開(kāi)口之間。相鄰的大柵式開(kāi)口做成取向相反的，而小柵式開(kāi)口設(shè)置在其附近。因而液體和蒸汽可以逆流方式在波狀板上流過(guò)，通過(guò)某些格柵以增進(jìn)相互之間的混合。
為了更全面地了解本發(fā)明并實(shí)現(xiàn)其它目的及優(yōu)點(diǎn)，可參閱結(jié)合附圖所作的下例說(shuō)明，其中

圖1是根據(jù)本發(fā)明原理用于汽液接觸并帶有小的和大的格柵的波狀板的透視圖;
圖2是組裝成型的多個(gè)圖1中的波狀板的透視圖;
圖3是圖2中已組裝好的汽液接觸板的放大頂視平面圖;
圖4是圖1中的波狀板的局部放大透視圖，表示加在上面的小的和大的格柵;
圖5是采用本發(fā)明的方法和裝置的一個(gè)實(shí)施例并疊裝有多層圖2所示的已組裝好的板的處理塔的側(cè)視剖面圖;
圖6是圖5中的處理塔沿線(xiàn)6-6截取的頂視剖面圖;
圖7是圖4中的波狀板沿線(xiàn)7-7截取的放大側(cè)視剖面圖;
圖8是圖4中的波狀板沿線(xiàn)7-7截取的放大側(cè)視剖面圖，表示流體的流動(dòng);
圖9是圖1中波狀板的另一個(gè)實(shí)施例的局部放大透視圖，表示加在上面的格柵;
圖10是圖9中的波狀板沿線(xiàn)10-10截取的放大側(cè)視剖面圖;
圖11是圖9中的波狀板沿線(xiàn)10-10截取的放大側(cè)視剖面圖，表示流體的流動(dòng);
圖12是標(biāo)給對(duì)應(yīng)于各種處理塔壓力的圖4中所示芯材的性能曲線(xiàn)圖;
圖13是標(biāo)給在選定的處理塔壓力下相對(duì)于其它規(guī)則芯材的圖4中所示芯材的性能的曲線(xiàn)圖;
圖14是標(biāo)繪在第二種處理塔壓力下相對(duì)于其它規(guī)則芯材的圖4中所示芯材的性能的曲線(xiàn)圖;
圖15是標(biāo)繪在第三種處理塔壓力下相對(duì)于其它規(guī)則芯材的圖4中所示規(guī)則芯材的性能的曲線(xiàn)圖;
圖16是標(biāo)繪對(duì)應(yīng)于各種處理塔壓力圖9中芯材的性能的曲線(xiàn)圖;
圖17是標(biāo)繪在選定的處理塔壓力下相對(duì)于其它規(guī)則芯材的圖9中所示芯材的性能的曲線(xiàn)圖;
圖18是標(biāo)繪在第二種處理塔壓力下相以于其它規(guī)則芯材的圖9中所示芯材的性能的曲線(xiàn)圖;
圖19是標(biāo)繪在第三種處理塔壓力下相對(duì)于其它規(guī)則芯材的圖9中所示規(guī)則芯材的性能的曲線(xiàn)圖;
圖20是圖4中的波狀板又一個(gè)實(shí)施例的透視圖。
首先參照?qǐng)D1，圖示出下面將予以說(shuō)明的用于處理塔中的根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)成的汽液接觸板12的透視圖。板12是一種用不銹鋼等制成的比較薄的波狀板，并帶有一系列大的和小的格柵。這種普通的波狀板通常被用作汽液接觸板。大格柵13被分隔在成組的較小格柵14之間，在板12上形成一定的格柵圖樣。每個(gè)格柵13和14都加在基本上平坦或在同一平面上的波紋側(cè)壁11上，并且如下所述，所述格柵延伸至但并不穿越波紋的谷或脊。因而，如下面將更詳細(xì)討論的，引導(dǎo)蒸汽和液體沿相反方向順著這種格柵區(qū)域從板12上流過(guò)，以實(shí)現(xiàn)質(zhì)量和熱量交換。引導(dǎo)蒸汽和液體流沿著和穿過(guò)各個(gè)板12及從其間流動(dòng)的方法，直接影響著處理塔運(yùn)行效率，并構(gòu)成了本發(fā)明的研究對(duì)象。
仍參照?qǐng)D1，板12包括一個(gè)彎折或波狀件，帶有許多處于相鄰側(cè)壁11之間及設(shè)在其間的各個(gè)波紋脊17之內(nèi)的流動(dòng)通道16。每個(gè)波紋脊在其反面形成一個(gè)溝，這個(gè)“溝”也可用數(shù)字17標(biāo)示出來(lái)。波狀板12被放置成面對(duì)面的關(guān)系，其中格柵13和14引導(dǎo)液體和蒸汽從板12中通過(guò)。液體和蒸汽通過(guò)板12流動(dòng)，減輕了在下面將予以討論的各種運(yùn)行條件下處理塔芯材內(nèi)流體組分的分布不均。
現(xiàn)參照?qǐng)D2，圖示出由板12構(gòu)成的部分規(guī)則芯材10組件的透視圖。此處所示的規(guī)則芯材組件10僅包括用在處理塔中的規(guī)則填充層的一部分。通常需要用大量的板12來(lái)構(gòu)成一層，其中的任何部分都類(lèi)似于圖2所示的部分。在已裝配好的構(gòu)造中，板12因它們的波紋角度是反向設(shè)置的，而被設(shè)置成面對(duì)面的關(guān)系。許多分開(kāi)的流體通道16加在芯材10上并受鄰接的板12的限定。限定在每塊板12的各波紋脊之間的各個(gè)流動(dòng)通道16可在圖3的頂視圖中清楚看出。
仍然參照?qǐng)D2，可以看出通過(guò)芯材組件10下落的液體會(huì)遇到通過(guò)所述芯材上升的蒸汽，形成其間的相互作用。沿每塊板12下落的液體被極好地散布在波紋通道16的兩側(cè)，并且還從加有格柵的表面通過(guò)。在板12之間上升的蒸汽同樣可沿著并借助于其上的格柵13和14通過(guò)各個(gè)板流動(dòng)。如下面將更詳細(xì)討論的，格柵13和14的取向?qū)⒂绊懲ㄟ^(guò)其中而改向的蒸汽的流量和流動(dòng)規(guī)律。
現(xiàn)參照?qǐng)D3，圖示了圖2中組件10的頂視圖，其中板12被組裝成面對(duì)面的關(guān)系。在這種對(duì)接結(jié)構(gòu)中，假想平面19處于相鄰板12的鄰接脊17之間。按照這種方式，相鄰板12的脊17沿此圖示中用虛線(xiàn)表示的假想平面19相互接觸。在先有技術(shù)的一些規(guī)則芯材中，將一薄片放置在假想平面19上，間或分隔開(kāi)相鄰的波狀板12。這種在假想平面19上的實(shí)際分隔可實(shí)現(xiàn)在已轉(zhuǎn)讓委托給此項(xiàng)發(fā)明所受讓人在此處作參考文獻(xiàn)的4，597，916號(hào)美國(guó)專(zhuān)利中提出并作了說(shuō)明的那種受限定的流體流動(dòng)。在此處的結(jié)構(gòu)中，沿著將板12相互分隔開(kāi)的假想平面沒(méi)有薄片。這種板被認(rèn)為是不必要的，因?yàn)橛幸虼颂幩龅臇攀綐?gòu)造而形成的沿著并通過(guò)板12的增強(qiáng)的蒸汽和液體流。
現(xiàn)結(jié)合起來(lái)參照?qǐng)D2和3，通過(guò)芯材10下落的液體20在相鄰的板12之及之間流動(dòng)，而蒸汽22向上通過(guò)其中上升。表面11上的格柵會(huì)引導(dǎo)蒸汽和液體兩者流過(guò)板12，以實(shí)現(xiàn)其間的相互作用。如圖3中很清楚地表示的，上升蒸汽22會(huì)向上通過(guò)處于板12之間的的通道16上升。與此相伴，液體20大體上沿著板的兩側(cè)下落，同時(shí)與從其中上升蒸汽相遇。有格柵13和14就會(huì)通過(guò)迫使所述組分進(jìn)行直接的相互接觸并迫使所述組分通過(guò)格柵13和14所在的各個(gè)板12而直接影響下落液體20和上升蒸汽22。
現(xiàn)參照?qǐng)D4，圖示出圖1中板12一部分的局部放大透視圖。板12包括將流動(dòng)通道16在圖2中可很清楚地看出限定于其間的波紋脊17。板12還包括許多將一系列定向流動(dòng)開(kāi)口限定于其中的格柵13和14。相對(duì)于較小的格柵14而言，按預(yù)定的規(guī)律加上大格柵13。各個(gè)格柵的取向取決于多個(gè)參數(shù)，并且對(duì)所述參數(shù)的討論需要用一系列專(zhuān)供討論之用的術(shù)語(yǔ)。下面的述語(yǔ)在此被用來(lái)專(zhuān)供討論圖4及其各圖中所示格柵結(jié)構(gòu)之用。每個(gè)平坦區(qū)域具有與波紋的相鄰棱或脊之間距離相等的波紋寬度“W”。為便于說(shuō)明，在該平坦區(qū)域上與“W”成直角所取的與波紋寬度“W”相等的長(zhǎng)度“L”，被用來(lái)確定一個(gè)此處被稱(chēng)作“方形波紋單元”的單位區(qū)域(L×W)。例如，0.75英寸的波紋寬度W就意味著在波紋平坦區(qū)域上0.75英寸的長(zhǎng)度L會(huì)確定一個(gè)“方形波紋單元”。在這個(gè)例子中，方形波紋單元面積是0.5625平方英寸?！胺叫尾y單元”的提法此處被用來(lái)從密度的觀點(diǎn)來(lái)確定格柵的數(shù)量。
此處所用的另外一些術(shù)語(yǔ)是相對(duì)于圖4中板12的底部和頂部而言的。頂邊30被當(dāng)作是最高參考面，箭頭32的方向被認(rèn)為是由此向下的。箭頭34表示此后被稱(chēng)為是“向內(nèi)的”或“向內(nèi)”通過(guò)板12的方向;而箭頭36表示由此“向外”通過(guò)板12的方向;標(biāo)號(hào)37就表示“向外的”表面。每個(gè)格柵都設(shè)在一個(gè)反向設(shè)置的“相伴”格柵附近，后者也由板12的反面伸出，形成一個(gè)位于其間并通過(guò)板12的擴(kuò)大的開(kāi)口或空隙。每個(gè)格柵還帶有一個(gè)與之相鄰并從板12的公共基面伸出的“并列”格柵。每對(duì)并列格柵包括如圖7中討論的從板12的同一成相反表面突出的取向相反的格柵。
采用上面討論的術(shù)語(yǔ)并且仍參照?qǐng)D4，平板部分42的表面37上的最高格柵40面向上并向外。設(shè)在其下的大格柵44面向外并向下。在大格柵40和44之間，設(shè)有一系列成對(duì)的較小格柵14。在大格柵44下面是面向上并向內(nèi)的另一個(gè)大格柵46，形成箭頭47所指的通過(guò)板12的大開(kāi)口。由于這個(gè)特定的觀看角度，格柵46向內(nèi)的方向不如圖7中表示的那么清楚。在格柵46下面是面向下并向內(nèi)的大格柵48。在格柵48之下并與之相鄰，大格柵50面向外并向上。較小格柵的規(guī)律將結(jié)合下面的圖7予以討論。
板12上大格柵13的結(jié)構(gòu)對(duì)其上的流體流動(dòng)而言具有極多好處。向下在板12上下落的液體20會(huì)遇到面向上的大格柵24，因而通過(guò)板12而改向。如果所述液體后來(lái)沒(méi)有經(jīng)設(shè)在其下的較小格柵14通過(guò)板12流動(dòng)，它最終將會(huì)遇到一個(gè)下面的大格柵46而被其接收，使所述流體向下從其中通過(guò)。這種流動(dòng)在圖8中非常示意性地作了表示。在板12上會(huì)有無(wú)數(shù)種流動(dòng)結(jié)構(gòu)和規(guī)律，取決于流體流動(dòng)特性和處理塔的運(yùn)行狀況。
仍參照?qǐng)D4，上升蒸汽22同樣會(huì)隨后被如格柵44那樣的向下伸出的格柵所接收，后者會(huì)捕捉從其中通過(guò)的部分上升蒸汽流并使之改向。向上通過(guò)格柵44的上升蒸汽流會(huì)直接與被上面的格柵40所捕捉的下落液體相遇，增強(qiáng)了其間的汽液相互作用。不僅直接迫使液體與蒸汽相遇，而且可使蒸汽通過(guò)板12排出以達(dá)到適當(dāng)?shù)膲毫土髁烤狻?br> 現(xiàn)參照?qǐng)D5，示意性地圖示出一個(gè)疊裝有多層根據(jù)本發(fā)明的原理制作的規(guī)則芯材10的處理塔60。塔60包括下蒸汽送入管線(xiàn)62和上液體關(guān)入管線(xiàn)64。圖示了液體和蒸汽排出管線(xiàn)。液體經(jīng)噴灑器66而被分散開(kāi)，以供向下從設(shè)在其下的規(guī)則芯材中通過(guò)。塔60還包括虛線(xiàn)所示的中軸61?？梢钥闯?，波紋脊17相對(duì)于塔軸61成角63。角63是由脊17形成的銳角。還可以看出，這個(gè)特定實(shí)施例中的格柵14做得垂直于塔軸61，并相對(duì)于波紋脊17成銳角65。根據(jù)本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例，角63和65之和大約為90°。
仍然參照?qǐng)D5，規(guī)則芯材的下端68直接置于蒸汽供應(yīng)管線(xiàn)62之上。在層68之上是相對(duì)層68轉(zhuǎn)動(dòng)的第二芯材層70。在一定角度內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)于裝在處理塔芯內(nèi)的規(guī)則填充床是很典型的，可以在45°至90°的范圍內(nèi)，并各種角度都可采用。層72設(shè)置得與層70成一角度，而層74相對(duì)其轉(zhuǎn)動(dòng)。上層76設(shè)置在頂層78之下，后者設(shè)置在液體排放噴灑器66之下。圖示液體從噴灑器66中排放出來(lái)，這些液體匯集在塔芯底部66處的下液槽80，由此通過(guò)排出管線(xiàn)82排出。在這個(gè)規(guī)則處理塔芯材的典型的示意圖中，可以看出，液體相對(duì)蒸汽以直接逆流方式流動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)其間的相互作用和質(zhì)量交換。
現(xiàn)參照?qǐng)D6，圖示出圖5中規(guī)則填充層74沿其中線(xiàn)6-6所截取的頂視圖。示意性地圖示了芯材74包括一系列按上面討論的方式排齊成大致平行分離關(guān)系的波狀板12。可以看出，板12的陣列在其間構(gòu)成了交錯(cuò)的流體通道部分16。其中液體和蒸汽的均勻逆向流動(dòng)可以避免發(fā)生多種問(wèn)題，并且本發(fā)明作了這種考慮。
現(xiàn)參照?qǐng)D7，圖示出圖4中板12一部分的放大側(cè)視剖面圖，表示其柵式結(jié)構(gòu)。一系列大格柵已依次標(biāo)號(hào)，基本上與前面圖4中格柵的標(biāo)號(hào)對(duì)應(yīng)。格柵13和14可看出是從內(nèi)側(cè)板面204和外側(cè)板面208伸出的，據(jù)此可確定參考方向。因而格柵140可被看作是上面討論的格柵40的對(duì)應(yīng)物，而格柵144是上面討論的格柵44的對(duì)應(yīng)物。格柵140、144和146同樣在圖4中作了表示并在此加以討論。格柵140取向向上并向外，以接收其中的液體流20。圖示液體流20沿箭頭106方向，這股流向是沿箭頭32方向向下并向內(nèi)的。緊接在大格柵140之下是面向上并向外且與面向上并內(nèi)的小格柵92緊密相鄰的小格柵92。由取向相向的90和92(一個(gè)面向內(nèi)，一個(gè)面向外)之間開(kāi)口形成的孔93可構(gòu)成一個(gè)相對(duì)于板12而言比任何單一的小格柵14自己所能構(gòu)成的更大的空隙。因而格柵92面向上形成孔93，這個(gè)孔接收下落液體流106，使向外從其中通過(guò)的所述液體定向?yàn)榧^95的方向。已經(jīng)說(shuō)明，向上傾斜的大小兩種格柵都能接收從其中通過(guò)的向下液體流20并使之改向，迫使所述液體通過(guò)板12。
仍參照?qǐng)D7;在格柵92之下設(shè)有“并列”的小格柵94，這個(gè)格柵從與格柵92共有的公共基面上伸出且向下并向外彎折。在格柵94之下是“相伴”的小格柵96，這個(gè)格柵面向內(nèi)并向上，在其間形成擴(kuò)大的開(kāi)口。設(shè)在下面的格柵98面向下并向內(nèi)，并且構(gòu)成格柵96的“并列”格柵。格柵100面向上并向外，并且設(shè)置得靠近面向下并向內(nèi)的下格柵102。最后，格柵104面向外并向上，并且設(shè)置得緊接在大格柵144之上。任何從格柵100外表面上向下流過(guò)的液體都向被格柵104的向上開(kāi)口接收，并通過(guò)其中而被改向。未通過(guò)格柵104被改向的液體會(huì)向下沿著格柵144的上外表面105流過(guò)。上升蒸汽22同樣會(huì)在大格柵144和146之間找到如箭頭107所示的通道。這股蒸汽流不僅通過(guò)板12而且還與沿其兩面流動(dòng)的液體逆向流動(dòng)并密切接觸。這種密切的交流進(jìn)一步增強(qiáng)了其間的質(zhì)量交換。
現(xiàn)結(jié)合參照?qǐng)D4和7，本發(fā)明在一個(gè)實(shí)施例中采用了一系列大的和小的格柵，具有對(duì)蒸汽和液體的逆流相互作用有利的流動(dòng)特性。小格柵14能使從其中通過(guò)的液體薄層定向，而又可使液體和蒸汽都能從其上連續(xù)流過(guò)。較大的格柵13能使從其中通過(guò)的量大得多的液體及蒸汽改向和/或使某一種的大量積聚排放掉以達(dá)到板12上相向兩側(cè)的流動(dòng)均衡。
現(xiàn)參照?qǐng)D8，圖示與圖7中的部分板相同，更詳細(xì)地描繪了液體和蒸汽從中通過(guò)的通道的一種布局。為便于對(duì)其中液體流動(dòng)規(guī)律進(jìn)行討論，此圖中沒(méi)有給各個(gè)格柵中的每一個(gè)分別標(biāo)號(hào)。圖示下落液體20當(dāng)遇到從側(cè)208突出的第一個(gè)大格柵140時(shí)就形成支流201和202。流202被格柵140引導(dǎo)向下并向內(nèi)，使其流到板12的內(nèi)側(cè)面204。沿著內(nèi)側(cè)面204，液體202可以沿流動(dòng)箭頭206的方向繼續(xù)向下。以這種方式，它可以繼續(xù)向下或者如流動(dòng)箭頭210所指示的那樣通過(guò)小格柵90流到板12的外側(cè)面208。通過(guò)格柵90那樣的小格柵取向的流體206的流量取決于多個(gè)參數(shù)，包括流體、流量率、格柵尺寸和上升蒸汽流22的分布。可以看出，小格柵90的開(kāi)口尺寸是比較小的，可從其中通過(guò)的液體的最大流量明顯地小于可由格柵140的大開(kāi)口達(dá)到的。一旦達(dá)到最大流量率，多余的液體會(huì)直接從格柵上流過(guò)。
仍參照?qǐng)D8，液體流206可沿著內(nèi)側(cè)面204繼續(xù)向下，作為標(biāo)出的流212通過(guò)格柵94流出。當(dāng)然，可能會(huì)有很多種流動(dòng)分布，列出這些只是為了舉例說(shuō)明之用。流體流201、210和212匯集在一起同樣可以在外側(cè)面208上沿箭頭214的方向繼續(xù)向下，或者其中一部分可以通過(guò)板12如箭頭216所示被導(dǎo)向返回，如圖所示在格柵98下面流出。在這種分布中，流216接著沿板表面204向下流動(dòng)。至此，開(kāi)始時(shí)作為液體流20的液體可能已通過(guò)板多達(dá)三次，并在板12的兩側(cè)被暴露于上升蒸汽流22中。同樣，有些液體可能不通過(guò)格柵98，而作為如圖所示通過(guò)下格柵104的液體流218繼續(xù)流過(guò)。流所通過(guò)的格柵的標(biāo)識(shí)方法顯然取決于觀察者的參考位置。液體流218實(shí)際上是從格柵102和104之間流過(guò)。因?yàn)槠溟g的空隙是由所述格柵共同形成的。當(dāng)提到通過(guò)單一格柵的流時(shí)，將被看作是指通過(guò)形成其間流動(dòng)孔的該格柵和相鄰格柵的流。
仍參照?qǐng)D8，下落液體流20在板12上遇到上升蒸汽流22。上升蒸汽流通過(guò)板12很容易被如圖所示的大格柵140和144導(dǎo)向。大格柵尺寸選得使之具有足以接收和引導(dǎo)通過(guò)板12的蒸汽流的表面積，這個(gè)尺寸明顯大于如格柵90那樣的小格柵的孔區(qū)域。這樣，就不會(huì)出現(xiàn)通過(guò)大格柵144而阻塞和/或抑制從其中通過(guò)的上升蒸汽流的液體流量。因而箭頭221指出了蒸汽22通過(guò)板12的通道，而箭頭222指出了蒸汽在格柵144附近板12上的通道。圖示箭頭221設(shè)置得與箭頭223相反，表示沿板12內(nèi)側(cè)面的逆向液體流，這股液體通過(guò)大格柵146被改向向外并向下。可以看出，大格柵146可以通過(guò)比小格柵96更大量的液體。由于這個(gè)原因，格柵的取向被設(shè)置成相互之間和對(duì)從其通過(guò)的組分流而言都是互補(bǔ)的。例如，結(jié)合圖4和8可見(jiàn)，大格柵140可接收和引導(dǎo)沿板12向下流過(guò)的大量液體20。除非該液體流非常大，只有一小部分流體會(huì)在格柵140上被引導(dǎo)到箭頭201的方向。由于這個(gè)原因，下格柵90和94是向外并向下傾斜的格柵，這使得向上并向內(nèi)傾斜的格柵92和96的外露柵式表面暴露于側(cè)204上的液體流202中。提出這種結(jié)構(gòu)是為了與一種由一組能夠直接設(shè)置在大格柵140之下的向上/向外傾斜的格柵構(gòu)成的假想格柵構(gòu)造進(jìn)行比較。這種假想格柵構(gòu)造因?yàn)橛型ㄟ^(guò)其中的特定的組分流，不能補(bǔ)救大格柵構(gòu)造之不足。與之類(lèi)似，向下并向外傾斜的大格柵144設(shè)置在向上并向外傾斜的上格柵104和100之下。將會(huì)通過(guò)板12而改向的蒸汽被格柵144改向，因而格柵100和104并不是為了接收外側(cè)面208上的蒸汽流而取向，相反卻是為了收集如圖8中流動(dòng)箭頭216和218所示的從其中通過(guò)的液體流。這種小和大格柵之間互補(bǔ)的格柵取向使逆流蒸汽液體流及其間的相互作用的效率達(dá)到最大。與此相應(yīng)，可以認(rèn)為，在此實(shí)施例中，每個(gè)大格柵13都設(shè)置得與相鄰較小的格柵14反向，以使通過(guò)板12的流體流達(dá)到最大。作為一個(gè)例子，向下并向外傾斜的大格柵設(shè)置在向上并向外傾斜的小格柵之下。當(dāng)然在板12的邊緣附近有例外。
再度參照?qǐng)D4，格柵13和14按照預(yù)定的密度和規(guī)律設(shè)置。當(dāng)然，密度和規(guī)律都可根據(jù)具體應(yīng)用改變。在此實(shí)施例中，構(gòu)造300含有一系列大格柵140和144，其間設(shè)有小格柵。這個(gè)構(gòu)造有相當(dāng)于每方形波紋單元17個(gè)格柵(16個(gè)小可柵和1個(gè)大格柵)的密度。該具體構(gòu)造300包括在大格柵140和144之間的16個(gè)較小的格柵303(8個(gè)向外突出的格柵和8個(gè)向內(nèi)突出的格柵)。小格柵302還具有相對(duì)于大格柵140明顯更小的尺寸。在此圖示中，小格柵302包括緊接在大格柵140之下的上格柵303和304。格柵303和304是向下并向外傾斜的。格柵306和307都分別設(shè)置在格柵303和304之下，并且同樣做成向下并向外的。中間基面308設(shè)在格柵306和307之下，該基面接近于大格柵140的寬度為較小格柵303、304、306和307寬度的兩倍?？梢钥闯?，小格柵303和304設(shè)置得具有同與之相鄰的大格柵寬度基本相等的總寬度。小格柵的實(shí)際寬度可以改變，但在此實(shí)施例中，作為例子，每個(gè)小格柵14具有相當(dāng)于平坦區(qū)域11寬度45%的寬度;并且小格柵14的高度相當(dāng)于大格柵13高度的20%。橫向?qū)R的成對(duì)小格柵在臨近但未達(dá)到折線(xiàn)17處結(jié)束。從減少伸出的格柵表面的觀點(diǎn)來(lái)看，較小的分段構(gòu)造對(duì)于結(jié)構(gòu)是有利的?？梢钥闯?，格柵表面本身就在設(shè)在格柵之間的孔附近提供了一定程度的結(jié)構(gòu)剛度。
仍參照?qǐng)D4，格柵310和311直接設(shè)在基面308之下，這些格柵310和311是向上并向外傾斜的。格柵313和314分別設(shè)在310和311之下，并且同樣做成向外并向上的。這種構(gòu)造特征也可從圖7的剖面圖中看出?？梢钥闯?，每個(gè)大和小格柵都在每塊波紋板12的脊和谷之間的平坦區(qū)域內(nèi)橫向延伸，并且基本上所有格柵都在臨近但未到達(dá)折線(xiàn)處結(jié)束。每個(gè)格柵的這種橫向尺寸特征如圖所具體表示的。盡管這里已用了向上和向下傾斜的格柵這樣的術(shù)語(yǔ)，也可以使用其它名稱(chēng)。例如，可以說(shuō)格柵有面向上或向下的面或邊。格柵還可以包括一些從板12平坦區(qū)域相應(yīng)平面橫向向外突出的和一些從所述板的平坦區(qū)域相應(yīng)平面橫向內(nèi)突出的。格柵之間的開(kāi)口還可以由板的一側(cè)上向外突出的格柵和板12的相反側(cè)上向內(nèi)突出的格柵形成。
現(xiàn)參照?qǐng)D9，圖示出圖1中板12另一個(gè)實(shí)施例一部分的局部放大透視圖。板412包括形成流體通道416的波紋脊417。板412還包括許多形成一系列從其中通過(guò)的定向流動(dòng)開(kāi)口的格柵414。格柵414在這個(gè)具體實(shí)施例中按照單一的尺寸和預(yù)定的規(guī)律制成。
如同在圖4中，上邊緣430被當(dāng)作最高參考面，并且箭頭432的方向被認(rèn)為是由此“向下”的。箭頭434表示此后被稱(chēng)為“向內(nèi)的”或“向內(nèi)”通過(guò)板412的方向，而標(biāo)號(hào)435就指示“向內(nèi)的”表面。箭頭436表示“向外”通過(guò)板的方向;而標(biāo)號(hào)437就表示“向外的”表面。每個(gè)格柵都設(shè)在也從板412的反向伸出的反向設(shè)置的“相伴”格柵附近，在其間并通過(guò)板412形成一個(gè)擴(kuò)大的開(kāi)口或空隙。每個(gè)格柵還帶有與之相鄰并從板412的公共基面伸出的“并列”格柵。每對(duì)并列格柵都包括如圖10中討論的那樣從板412同一或相反表面突出的取向相反的格柵。
采用上面討論的參數(shù)并仍參照?qǐng)D9，平板部分442的表面437上的最上格柵440面向下并向外。設(shè)在其下并也從表面437伸出的格柵444面向下并向外。在格柵440和444之下，一系列格柵設(shè)在表面437上，這些格柵面向上并向外。從表面437伸出的格柵446面向上并向外，形成通過(guò)板412的開(kāi)口447。如上面討論并可從下面圖10很清楚地看出的，每個(gè)由格414形成的開(kāi)口447那樣的孔都是由從板412相反表面伸出的兩個(gè)反向設(shè)置的相伴格柵造成的。開(kāi)口447不僅是由從側(cè)437向上并向外伸出的格柵446而且是由靠近格柵446設(shè)在板412內(nèi)側(cè)面435上且向下并向內(nèi)伸出的格柵(未予圖示)形成的。因而開(kāi)口447的大小取決于設(shè)在板相反兩側(cè)上的成對(duì)相伴格柵。說(shuō)明可能只是針對(duì)板412單側(cè)上的單一格柵作的，但與之相關(guān)的格柵孔也是由設(shè)在所述板相反側(cè)上的相伴格柵造成的。例如，盡管格柵444被說(shuō)成是設(shè)在格柵440之下，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，這種討論指的是平板部分442的表面437，并且如下面圖10中更詳細(xì)表示的，有至少一個(gè)向上向內(nèi)傾斜的格柵設(shè)在反面435上并處于格柵440和444之間。
板412上的格柵414的結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖3)對(duì)其上流體流有極多好處。向下在板412上下落的液體420會(huì)遇到面向上的格柵414，造成液體通過(guò)板改向。這種改向如圖9中所見(jiàn)既可沿向內(nèi)也可沿向外方向，取決于格柵所處的表面。如果液體不經(jīng)特定的格柵通過(guò)板412流出，它可以利用設(shè)在上面或下面具有相同取向的第二或第三格柵找到通過(guò)所述板的流動(dòng)路徑?？梢钥闯?，在此發(fā)明這個(gè)實(shí)施例中的格柵結(jié)構(gòu)包括至少兩個(gè)在板412的一側(cè)具有一致取向的相鄰格柵，設(shè)置得靠近具有相反取向的格柵。實(shí)際結(jié)構(gòu)以下將更詳細(xì)地討論。
仍參照?qǐng)D9，上升蒸汽422同樣會(huì)發(fā)現(xiàn)自己被格柵448那樣的向下伸出的格柵所接收。后者將捕捉和引導(dǎo)從其中通過(guò)的部分上升蒸汽。向上通過(guò)格柵448的上升蒸汽會(huì)直接遇到被緊接其上設(shè)置的上格柵449所捕捉的下落液體流，以增強(qiáng)其間的汽液接觸。不僅液體直接被迫與蒸汽相遇，而且蒸汽得以通過(guò)板412排出，以達(dá)到適當(dāng)?shù)膲毫土鲃?dòng)均衡。
現(xiàn)參照?qǐng)D10，圖示出圖9中板412一部分的放大側(cè)視剖面圖，表示其柵式結(jié)構(gòu)。格柵已依次標(biāo)號(hào)，基本上與前面圖9中格柵的標(biāo)號(hào)及它們?cè)谀遣糠?42上的位置對(duì)應(yīng)。格柵可看出是從內(nèi)側(cè)板面604和外側(cè)板面608伸出的，據(jù)此可確定參考方向。因而格柵540可以被看作是格柵440的對(duì)應(yīng)物，從表面608向下并向外伸出。格柵540、544和546如圖9所示，以便于說(shuō)明。
仍參照?qǐng)D10，圖示液體流420沿箭頭506的方向，這股流是在格柵540之下沿箭頭432的大致方向向下并向外的。在表面604上緊接在格柵540之下是面向上并向內(nèi)的“相伴”格柵。作為取向相反的相伴格柵490和540(一個(gè)面向內(nèi)，一個(gè)面向外)之間開(kāi)口的孔493會(huì)構(gòu)成一個(gè)相對(duì)于板413而言比任何單個(gè)的小格柵414面向上與格柵540一起形成孔493，這個(gè)孔接收下落液體流506，以引導(dǎo)所述液體沿箭頭495的方向向外通過(guò)。已經(jīng)說(shuō)明，向上傾斜的格柵會(huì)接收和直接引導(dǎo)從其中通過(guò)的向下液體流420，迫使所述液體通過(guò)板412。
仍參照?qǐng)D10，在格柵490之下是“并列”格柵544，這個(gè)格柵是向下并向外折彎。在格柵544之下是面向內(nèi)并向上的相伴格柵496。并列于格柵496之下并設(shè)在公共的向內(nèi)開(kāi)口的V形格柵部分510上的格柵498面向下并向內(nèi)。格柵546面向上并向外，并且與面向下并向內(nèi)的下格柵502并列。格柵504構(gòu)成格柵502的相伴格柵，并且面向外并向上。格柵504和格柵505設(shè)在公共的向外開(kāi)口的V形格柵部分511上?？梢钥闯?，任何在格柵546的向外表面上向下流過(guò)的液體都會(huì)被格柵504的向上開(kāi)口接收并通過(guò)其中而改向。未通過(guò)格柵504改向的液體會(huì)向下流過(guò)下一組向外伸出并向下取向的格柵414的上外表面608。由從板412相反側(cè)604和608上伸出的相伴格柵414構(gòu)成的格柵組507，可以看出比僅包含上面所討論的并列格柵546和502的上格柵組509更大。每個(gè)格柵組507包含四個(gè)為便于說(shuō)明而被標(biāo)成格柵533、534、535和536的并列格柵。在每個(gè)格柵組507和509之間，設(shè)有大致呈V形的格柵部分510或者511。V形格柵部分510和511交替取向并設(shè)置在所述格柵組之間。開(kāi)口或面向外的V形部分被標(biāo)成格柵部分511，而面向內(nèi)的部分被標(biāo)成格柵部分510。在現(xiàn)在這個(gè)結(jié)構(gòu)中可以看出，大致有五組并列格柵509設(shè)在每個(gè)格柵組507之間。這個(gè)具體陣列是為舉例說(shuō)明而提出的。根據(jù)本發(fā)明的原理可以構(gòu)造出許多種格柵414的結(jié)構(gòu)和陣列。這個(gè)具體結(jié)構(gòu)已經(jīng)證明可以提供一種相對(duì)板412而言結(jié)構(gòu)牢靠的格柵結(jié)構(gòu)。
現(xiàn)參照?qǐng)D11，圖示與圖10中的部分板相同，但更詳細(xì)表示了從其中通過(guò)的蒸汽和液體通道的一種結(jié)構(gòu)。如同對(duì)圖7那樣，為了便于討論其中流體流動(dòng)規(guī)律在此圖中各個(gè)格柵中的每一個(gè)沒(méi)有單獨(dú)標(biāo)號(hào)。因而圖示下落液體420當(dāng)遇到第一相伴格柵490和540時(shí)形成支流601和602，而格柵490從側(cè)604突出。流602在格柵540下被向下并向外引導(dǎo)，使之通到板412的外側(cè)面608。沿著內(nèi)側(cè)面604，剩余液體601得以繼續(xù)向下。按這種規(guī)律，它可以繼續(xù)向下或者如流動(dòng)箭頭610所指通過(guò)格柵496流到板412的外側(cè)面608。通過(guò)格柵496那樣的格柵被改向的流體610的流量取決于多個(gè)參數(shù)，包括液體的類(lèi)型、流量率、格柵尺寸和上升蒸汽流422的分布。可以看出，格柵490的開(kāi)口尺寸是有限的，并且一旦達(dá)到從其中通過(guò)的最大流量，多余的液體就直接流過(guò)格柵。
仍參照?qǐng)D11，液體流601可沿著格柵496下面的內(nèi)側(cè)面604繼續(xù)向下，作為標(biāo)出的流612通過(guò)格柵505流出，當(dāng)然，可能會(huì)有很多種流動(dòng)分布，列出這些只是為了舉例說(shuō)明之用。流體流602和610匯集在一起同樣可以沿外側(cè)面608繼續(xù)向下，或者某一部分可如流動(dòng)箭頭616所示被導(dǎo)向返回。在這種分布中，流616接著沿板表面604向下流動(dòng)，并與來(lái)自上方的剩余流601匯集。至此，開(kāi)始時(shí)作為液體流420的液體可能已通過(guò)板兩次;并在板412的兩側(cè)暴露于上升蒸汽流422中。如上所述，流所通過(guò)的格柵的標(biāo)識(shí)方法顯然取決于觀察者的參考位置。液體流616實(shí)際上是從格柵502和504之間流過(guò)的，因?yàn)槠溟g的空隙是由所述格柵共同形成的。當(dāng)提到通過(guò)單一格柵的流時(shí)，將被看作是指通過(guò)形成其間流動(dòng)孔的該格柵和相鄰格柵的流。
仍參照?qǐng)D11，下落液體流420在板412上遇到上升蒸汽流422。上升蒸汽流通過(guò)板412被帶有外露格柵緣的向外伸出的格柵引導(dǎo)。格柵尺寸選定得使之具有足以接收并引導(dǎo)通過(guò)板412的蒸汽流的表面積。但是，可能會(huì)有一定量的液體通過(guò)特定的格柵，會(huì)阻塞和/或妨礙從其中通過(guò)的上升蒸汽流。正是由于這個(gè)原因，沒(méi)有表示上升蒸汽通過(guò)某些如格柵502和540那樣已經(jīng)有液體流的格柵。圖示箭頭621設(shè)置得與箭頭601反向，指示沿著板412內(nèi)側(cè)面604的蒸汽和液體逆流。格柵結(jié)構(gòu)被用來(lái)使汽液接觸的潛力達(dá)到最大，因而如圖10中所示縱向相鄰的格柵組507和509取向相反。此外，認(rèn)為蒸汽可向上通過(guò)一組格柵，而液體則向下通過(guò)相鄰的一組。通過(guò)板512的蒸汽和液體的實(shí)際分布可根據(jù)具體應(yīng)用、蒸汽壓力、液體流量及其它運(yùn)行參數(shù)而改變。這種可變相互作用的一個(gè)例子可包括圖11中箭頭690所指出的下落液體，正對(duì)著格柵691，其中格柵693和694之間緊接其下有蒸汽流692。顯然，這種通過(guò)板412的蒸汽和液體逆流會(huì)進(jìn)一步增強(qiáng)所述蒸汽和液體之間的密切的相互作用。因而在板412側(cè)604上的混合區(qū)域695以及在板412側(cè)604上的混合區(qū)域608上的區(qū)域696都會(huì)見(jiàn)到上升蒸汽與下落液體之間的密切的相互作用。這種特定的蒸汽和液體相互作用可能不常出現(xiàn)在相鄰的成對(duì)格柵之間，但會(huì)出現(xiàn)在相鄰的格柵組507和509之間。各種組合多得無(wú)法詳細(xì)討論，并且根據(jù)目前對(duì)此發(fā)明的了解，沒(méi)有必要將任何不同于示例的特定組合特別提出。
再度參照?qǐng)D9和10，格柵414按照預(yù)定的取向規(guī)律設(shè)置。當(dāng)然，這些規(guī)律可針對(duì)具體應(yīng)用而改變，但在本發(fā)明中，這種規(guī)律中包括反向設(shè)置的格柵組509。此處所示的具體結(jié)構(gòu)700包括以相當(dāng)于每個(gè)方形波紋單元至少8個(gè)開(kāi)縫區(qū)域的密度設(shè)置的第一和第二橫向設(shè)置格柵414。格柵414分成如上所述的組507和509，而橫向間隔保持了結(jié)構(gòu)的完整性。格柵的寬度可以改變，但在此實(shí)施例中每個(gè)格柵具有相當(dāng)于平坦區(qū)域411寬度45%的寬度。橫向?qū)R的成對(duì)格柵在臨近但未到達(dá)折線(xiàn)417處結(jié)束。
仍參照?qǐng)D9，格柵710和711是相鄰設(shè)置的，格柵713和714分別設(shè)置在格柵710和711之下，并且同樣設(shè)置成向外并向下的。它們一起構(gòu)成大致為V形的格柵部分511。可以看出格柵414每個(gè)都在每塊波狀板412的脊和谷之間的平坦區(qū)域上橫向延伸，并且基本上所有格柵都在臨近但未到達(dá)折線(xiàn)處結(jié)束。每個(gè)格柵的這種橫向尺寸特征在圖9中作了具體表示。如上面針對(duì)圖4所述，這里使用了向上并向外傾斜的格柵這樣的術(shù)語(yǔ)，但還可以使用其它名稱(chēng)。
現(xiàn)參照?qǐng)D12至15，圖示出試驗(yàn)結(jié)果的曲線(xiàn)圖，反映在各種運(yùn)行條件下規(guī)則芯材10的性能指標(biāo)。圖12表示如圖4所示并裝入大致類(lèi)似于圖5所示的試驗(yàn)塔芯以測(cè)量其效率的規(guī)則芯材10的性能。同是在這個(gè)曲線(xiàn)圖中，繪出了在環(huán)已烷/正庚烷系統(tǒng)中對(duì)于三個(gè)處理塔壓力范圍即4.8psia、24psia及60psia，規(guī)則芯材10的性能。這個(gè)性能由標(biāo)在圖縱軸上的HETP英寸數(shù)來(lái)反映?！癋”數(shù)是塔截面上的表面蒸汽速度(Vs)和蒸汽密度(Dv)平方根的乘積，可以用下式來(lái)表示F=Vs(Dv)12]]>如圖12的曲線(xiàn)圖所示，隨著壓力從4.8psia上升到24psia，芯材的效率下降(較低的HETP)。這個(gè)曲線(xiàn)圖表明，柵式結(jié)構(gòu)能夠有效地適應(yīng)壓力上升，使得性能指標(biāo)實(shí)際上改善了。
現(xiàn)參照?qǐng)D13，圖示出一個(gè)將采用上面所述同一系統(tǒng)的圖4中的規(guī)則芯材與其它規(guī)則芯材結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較的曲線(xiàn)圖。作為比較的規(guī)則芯材是在4，604，247號(hào)美國(guó)專(zhuān)利中提出并介紹的那種(此后被稱(chēng)為“′247芯材”)。這些芯材的相對(duì)性能再次按照標(biāo)在縱軸上的HETP和橫軸上的F數(shù)繪出。如圖13中可見(jiàn)，與′247規(guī)則芯材相比，圖4中的芯材10具有更好的性能。這個(gè)性能曲線(xiàn)是在4.83psia的比較低的處理塔壓力下產(chǎn)生的。
現(xiàn)參照?qǐng)D14，圖示出圖13相同的曲線(xiàn)圖，對(duì)同樣的規(guī)則芯材和系統(tǒng)作比較。在這個(gè)圖中，上面提到的芯材在24psia的處理塔壓力下進(jìn)行測(cè)量。本發(fā)明的處理塔芯材10具有比′247芯材更好的性能曲線(xiàn)。在這種較高壓力下，大格柵尤其是用來(lái)將蒸汽通過(guò)板412排放出來(lái)的可能對(duì)性能提高有貢獻(xiàn)?？梢哉J(rèn)為，大格柵及它們的結(jié)構(gòu)布局改善了蒸汽通道和蒸汽流的同質(zhì)性。
現(xiàn)參照?qǐng)D15，圖示上面提到的芯材在60psia的處理塔壓力下的性能圖。圖4中的芯材10再次表現(xiàn)得比′247芯材好。效益提高再次被認(rèn)為應(yīng)部分歸功于在此處所示的結(jié)構(gòu)布局中板12附近實(shí)現(xiàn)了蒸汽壓力均衡和蒸汽流同質(zhì)性的大格柵。
現(xiàn)參照?qǐng)D16至19，圖示出試驗(yàn)結(jié)果的曲線(xiàn)圖，反映出在各種運(yùn)行壓力下圖9中規(guī)則芯材410的性能指標(biāo)。圖16表示裝入大致類(lèi)似于圖5所示的試驗(yàn)塔芯以測(cè)量其效率的規(guī)則芯材410的性能。同是在這個(gè)曲線(xiàn)圖中，繪出了在環(huán)已烷/正庚烷系統(tǒng)中對(duì)于三個(gè)處理塔壓力范圍即4.8psia、24psia和60psia，規(guī)則芯材410的性能。這個(gè)性能由標(biāo)在圖縱軸上的HETP英寸數(shù)來(lái)反映。圖的橫軸表示“F”數(shù)，它是處理塔設(shè)計(jì)中的常用參數(shù)?！癋”數(shù)是塔截面上的表面蒸汽速度(Vs)和蒸汽密度(Dv)平方根的乘積，可以用下式表示F＝Vs(Dv)。
如圖16的曲線(xiàn)圖所示，隨著壓力從4.8psia上升到24psia，芯材的效率下降(較高的HETP)。但是，這個(gè)曲線(xiàn)圖表明，上述柵式結(jié)構(gòu)能夠有效地適應(yīng)從24psia到60psia的壓力上升，并且性能指標(biāo)實(shí)際上改善到了4.8psia壓力范圍的HETP水平。
現(xiàn)參照?qǐng)D17，圖示出一個(gè)將圖9中的規(guī)則芯材與上面討論的′247芯材進(jìn)行比較的曲線(xiàn)圖。這些芯材相對(duì)性能再次按照標(biāo)在縱軸上的HETP和橫軸上的F數(shù)繪出。如圖7中可見(jiàn)，與′247規(guī)則芯材相比，圖9中的芯材410具有更好的性能。這個(gè)性能曲線(xiàn)是在4.83psia的比較低的處理塔壓力下產(chǎn)生的。
現(xiàn)參照?qǐng)D18，圖示出與圖17相同的曲線(xiàn)，對(duì)同樣的規(guī)則芯材和系統(tǒng)作比較。在這個(gè)圖中，上面提到的芯材在24psia的處理塔壓力下進(jìn)行測(cè)量。本發(fā)明的處理塔芯材410在F數(shù)高于大約1.5時(shí)具有比′247芯材更好的性能曲線(xiàn)?？梢哉J(rèn)為，有這些格柵以及它們結(jié)構(gòu)布局，改善了在較高F數(shù)值時(shí)蒸汽的通道和蒸汽流的同質(zhì)性?，F(xiàn)參照?qǐng)D9，圖示上面提到的芯材在60psia的處理塔壓力下的性能圖。本發(fā)明的芯材410在F數(shù)高于大約1.5時(shí)再次表現(xiàn)得比′247芯材好。
現(xiàn)參照?qǐng)D20，圖示出圖4中波狀板12另一個(gè)實(shí)施例的透視圖。板12包括許多構(gòu)成一系列從中通過(guò)的定向流動(dòng)開(kāi)口的格柵13和14。但大格柵13在波紋平坦區(qū)域11之間是縱向錯(cuò)開(kāi)的，使得任何兩個(gè)相鄰的大格柵13都不是相互橫向?qū)R的，因而圖示波紋平坦區(qū)域401和403帶有相互橫向?qū)R的格柵13和14。中間波紋平坦區(qū)域設(shè)有縱向偏離在部分401和403之間的橫向格柵準(zhǔn)直線(xiàn)的格柵13和14，大格柵13大致設(shè)置在相鄰部分的大格柵13之間的中部。已經(jīng)說(shuō)明，格柵位置這樣錯(cuò)開(kāi)可制成結(jié)構(gòu)上更牢固的板412，尤其是在制造過(guò)程中用平坦的金屬薄板沖壓形成格柵13和14時(shí)。由于前述結(jié)構(gòu)上的考慮，現(xiàn)可以認(rèn)為，這種結(jié)構(gòu)可提供某些結(jié)構(gòu)上的好處，盡管使用起來(lái)這個(gè)實(shí)施例被認(rèn)為其工作方式基本上與這里討論的其它實(shí)施例一樣。
在使用中，相對(duì)于許多先有技術(shù)的板設(shè)計(jì)，沿板12和412向下液體流動(dòng)得到了有效的改善。與平板不同，由于格柵的間隔，液體沒(méi)有得到機(jī)會(huì)匯集在谷17(在圖4中可很清楚地看出)中。如在圖中可見(jiàn)，格柵的邊緣是沿著溝的邊界設(shè)置的，因而其中的任何流體積聚都因有格柵而被有效地分流。如上所述，在一個(gè)實(shí)施例中，格柵就設(shè)置成設(shè)在每個(gè)大格柵附近的具有取向相反的結(jié)構(gòu)的成對(duì)小格柵。如此處所示，這種確定的結(jié)構(gòu)包括每對(duì)大格柵之間的第一和第二對(duì)小格柵。同樣，每對(duì)小格柵包括分段的格柵區(qū)域。由于小格柵的尺寸，相對(duì)于大格柵它們是分段設(shè)置的，其中每個(gè)小格的長(zhǎng)度大約為每個(gè)大格柵長(zhǎng)度的一半，這種結(jié)構(gòu)提供了對(duì)處理塔芯材必需的結(jié)構(gòu)上的剛度。每個(gè)小格柵還相對(duì)與之相鄰的大格柵取向相反。因而向上向內(nèi)取向的大格柵設(shè)在一對(duì)向上向外設(shè)置的小格柵之上，后者每個(gè)都成對(duì)設(shè)在大格柵之下。這種在每組大格柵之間設(shè)有八個(gè)小格柵的結(jié)構(gòu)僅僅是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。小格柵可以設(shè)置成各種不同的陣列。但是此處所示的結(jié)構(gòu)確實(shí)照顧到了制造中的對(duì)稱(chēng)性，這種對(duì)稱(chēng)性可能會(huì)對(duì)這里討論的性能數(shù)據(jù)的有效性有所貢獻(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種用以使蒸汽流與液體流接觸的處理塔芯材，包括許多面對(duì)面與相互反向傾斜的對(duì)面波紋相接觸的垂直取向的波狀薄板，所述薄板每塊都有形成由平坦區(qū)域分開(kāi)的脊和谷的折線(xiàn)，所述脊、谷和平坦區(qū)域決定了所述薄板的所述波狀結(jié)構(gòu)，所述平坦區(qū)域每個(gè)上面都設(shè)有許多橫向延伸的格柵，所述格柵有些具有面向上的邊緣，而有些具有面向下的邊緣，并且基本上所有所述格柵都在臨近但未到達(dá)所述折線(xiàn)處結(jié)束。
2.權(quán)利要求1所述處理塔芯材，其中所述格柵包括一些從所述平坦區(qū)域相應(yīng)平面橫向向外突出的和一些從所述平坦區(qū)域相應(yīng)平面橫向向內(nèi)突出的。
3.權(quán)利要求2所述處理塔芯材，其中至少有些通過(guò)所述波狀薄板的開(kāi)口是由在其一側(cè)上的第一種向外突出格柵和在其相反一側(cè)上的第一種向內(nèi)突出格柵形成的。
4.權(quán)利要求1所述處理塔芯材，其中至少有些所述格柵在所述平坦區(qū)域內(nèi)設(shè)置成橫向?qū)R的成對(duì)格柵。
5.權(quán)利要求4所述處理塔芯材，其中所述橫向?qū)R的成對(duì)格柵令各自邊緣沿同一垂直方向取向并由所述平坦區(qū)域的相應(yīng)表面上向同一橫向方向伸出。
6.權(quán)利要求1所述處理塔芯材，其中所述格柵設(shè)置成從所述薄板的相反側(cè)向外突出并在其間形成單一開(kāi)口的相伴格柵組。
7.權(quán)利要求6所述處理塔芯材，其中至少兩個(gè)具有第一取向的相伴格柵組設(shè)置在至少兩個(gè)具有相反的第二取向的相伴格柵組之上。
8.權(quán)利要求7所述處理塔芯材，其中所述相伴格柵設(shè)置成這樣的結(jié)構(gòu)至少兩個(gè)在所述薄板第一側(cè)上帶有面向上邊緣的格柵緊接在至少兩個(gè)在所述第一側(cè)上帶有面向下邊緣的格柵之上。
9.權(quán)利要求8所述處理塔芯材，其中所述格柵以相當(dāng)于每個(gè)方形波紋單元至少八個(gè)由所述第一側(cè)向外橫向突出的格柵的密度設(shè)置在所述平坦區(qū)域上。
10.權(quán)利要求1所述處理塔芯材，其中有些所述格柵屬于從鄰近一條折線(xiàn)的一點(diǎn)大致延伸到鄰近下條折線(xiàn)的一點(diǎn)的第一種，其余的所述格柵屬于延伸得不足折線(xiàn)之間橫向距離的第二種。
11.權(quán)利要求3所述處理塔芯材，其中向內(nèi)和向外突出的格柵組成相伴格柵，許多這些格柵在所述薄板上形成開(kāi)縫區(qū)域結(jié)構(gòu)，液體和蒸汽可從其中通過(guò)。
12.權(quán)利要求11提出的裝置，其中每個(gè)所述開(kāi)縫區(qū)域具有相當(dāng)于所述平坦區(qū)域?qū)挾?5%的寬度。
13.權(quán)利要求12提出的裝置，其中所述開(kāi)縫區(qū)域由沿所述平坦區(qū)域的寬度設(shè)置成橫向?qū)R的對(duì)形成。
14.權(quán)利要求11提出的裝置，其中所述開(kāi)縫區(qū)域以相當(dāng)于每個(gè)方形波紋單元至少八個(gè)開(kāi)縫區(qū)域的密度設(shè)置在所述平坦區(qū)域上。
15.權(quán)利要求11提出的裝置，其中所述平坦區(qū)域包括帶有面向上邊緣的第一種格柵和帶有面向下邊緣的第二種格柵，并且所述相伴格柵包含反向設(shè)置并在其間形成所述開(kāi)縫區(qū)域的格柵每種一個(gè)。
16.權(quán)利要求11所述處理塔芯材，其中所述格柵包括由所述平坦區(qū)域相應(yīng)平面向外橫向突出的第一種格柵和由所述平坦區(qū)域相應(yīng)平面向內(nèi)橫向突出的第二種格柵，并且所述相伴格柵包含反向設(shè)置并在其間形成所述開(kāi)縫區(qū)域的格柵每種一個(gè)。
17.權(quán)利要求11所述處理塔芯材，其中所述格柵設(shè)置得基本上與所述處理塔軸成直角。
18.權(quán)利要求1所述處理塔芯材，其中所述格柵設(shè)置得相對(duì)于所述波紋脊成第一銳角，所述波紋脊設(shè)置得相對(duì)于所述處理塔軸成第二銳角，并且所述第一和第二銳角之和大約為90°。
19.權(quán)利要求4所述處理塔芯材，其中所述橫向?qū)R的成對(duì)格柵具有沿同一垂直方向取向的各自的邊緣，并從所述平坦區(qū)域相應(yīng)平面上沿同一橫向方向突出。
全文摘要
采用柵式規(guī)則芯材的汽液接觸裝置。芯材做成波狀薄板，并在波紋折線(xiàn)之間，柵式開(kāi)口設(shè)置成大致平行分隔的關(guān)系。對(duì)每個(gè)格柵進(jìn)行取向，以有選擇地引導(dǎo)當(dāng)波狀薄板裝入處理塔內(nèi)時(shí)在其附近及通過(guò)其中的液體和/或蒸汽流。
文檔編號(hào)F28F25/08GK1063623SQ9111120
公開(kāi)日1992年8月19日 申請(qǐng)日期1991年11月27日 優(yōu)先權(quán)日1990年11月27日
發(fā)明者吉爾伯特·K·陳, 羅伯特·邁克威, 喬治·A·伯尼拉, 頓·格拉斯皮 申請(qǐng)人:戈里特斯奇公司