專利名稱：分開流體流的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在化學(xué)設(shè)備中將流體流均勻分成兩股或多股分流體流的方法， 該設(shè)備與常規(guī)裝置相比，形成沉積物的傾向減小。
背景技術(shù)：
在化學(xué)技術(shù)中，常用的化學(xué)反應(yīng)設(shè)備釆用各種裝置在反應(yīng)設(shè)備中均勻分配 流體流。這種裝置也常稱作內(nèi)件。
這種內(nèi)件的具體形式是所謂的板，其中所謂的分配板是一個(gè)特例。這種分 配板常常用于化學(xué)反應(yīng)設(shè)備，例如塔柱或熱交換器。
這種分配板的形式通常是平坦的帶孔水平表面(即板)，特定的流體流穿過 這些孔進(jìn)入該化學(xué)設(shè)備的剩余部分。在分配板上具有不規(guī)則幾何特征(例如，
開口或孔處的90°轉(zhuǎn)角，如鉆孔等)的地方，流體流過孔時(shí)，常常形成以流速 減小或形成回流為特征的區(qū)域。
當(dāng)通過開口或孔進(jìn)入化學(xué)反應(yīng)設(shè)備的流體包含溶解物質(zhì)或顆粒懸浮體時(shí)， 這些物質(zhì)和/或顆粒常常在流速減小或形成回流的區(qū)域中形成沉積物。此現(xiàn)象總 體上是公知的，見述于例如H. Miiller-Steinhagen的"Heat-Exchanger Fouling 一 Mitigation and Cleaning Technologies(《熱交換器的去污和清潔技術(shù)》)"， 公眾出版社(Publico Publications),第8-9頁(yè)，德國(guó)埃森(Essen)， 2000， ISBN 3-934736-00-9。
IN-A-192183披露了一種裝置，據(jù)稱該裝置可在塔柱中均勻分配液體。 此裝置的特征在于，它具有主分配器(lO)以及與之相連的次分配器(ll)，次 分配器反過來通過管(2)連接到實(shí)際起分配作用的分配板(4)上。液體的實(shí)際 均勻分配是通過液體自分配板(4)沿導(dǎo)流壁(5)滴下來實(shí)現(xiàn)的，所述導(dǎo)流壁具 有一定結(jié)構(gòu)，被設(shè)置在分配板(4)周圍，留下狹窄的空隙。該裝置中孔的精 確幾何形式未見披露。前面所用的附圖標(biāo)記是IN-A-192183中所用的附圖 標(biāo)記。IN-A-192183所述裝置是特別不利的，因?yàn)榉峙浒?4)與導(dǎo)流壁(5)之間 的狹窄空隙形成一個(gè)區(qū)域，在該區(qū)域內(nèi)，流體的流速下降很大，而且可能 形成回流。因此，若使用這種裝置，可以預(yù)期溶解/懸浮在液體中的物質(zhì)將 發(fā)生沉積。該裝置還包括許多具有不規(guī)則幾何特征的位置，如分配板(4)邊 緣和卸料口(12)的鉆孔，由于上述原因，這些地方非常有可能形成沉積物。
DE-A-2752391披露了一種均勻分配液體的裝置，它包含帶溢流邊緣(3， 6)的平行通道，所述溢流邊緣具有V形出液口。通過調(diào)節(jié)兩個(gè)平行溢流邊 緣之間的間隔(7)，以及借助于V形出液口的尺寸和數(shù)量，可以確定分配液 體的量。V形出液口的精確幾何形式，特別是入射角，未見披露。前面所 用的附圖標(biāo)記是DE-A-2752391中所用的附圖標(biāo)記。
DE-A-2752391所述裝置具有大量幾何特征不規(guī)則的位置。例如，V形 出液口邊緣和溢流邊緣都具有這種不規(guī)則的幾何特征。因此，可以預(yù)計(jì)， 在這樣的位置，液體流速特別容易減小且/或回流特別容易形成，若待分配 液體包含溶解/懸浮的物質(zhì)，將形成沉積物。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有裝置在分開含溶解和/或懸浮物質(zhì)的液體或液體流方面遇到的問 題，本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種方法，可在化學(xué)設(shè)備內(nèi)均勻地分開包含溶解和/ 或懸浮物質(zhì)的流體流，特別是液體流，該溶解和/或懸浮物質(zhì)不會(huì)在裝置上形成 沉積物。
此目標(biāo)及其他目標(biāo)對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是顯而易見的，它們可通過采 用本說明書所詳述的分配板來實(shí)現(xiàn)，而所述分配板用于本說明書更加詳細(xì)描述 的方法中。


圖1顯示了適用于實(shí)施本發(fā)明方法的分配裝置。 圖2顯示了適用于實(shí)施本發(fā)明方法的分配裝置。 圖3顯示了圖1所示孔洞之一的截面。 圖4顯示了圖2所示開口之一的截面。圖5是實(shí)施例1中測(cè)試結(jié)果的圖示。
圖6顯示了測(cè)試中相關(guān)設(shè)置(實(shí)施例2)的示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明涉及在化學(xué)設(shè)備中將流體流分成兩股或多股分流體流的方法，其中 至少一股流體流通入一個(gè)分配裝置，該裝置包括至少一塊板2，該板具有兩個(gè)
或多個(gè)開口3。開口 3在板的至少一側(cè)是經(jīng)過圓化處理或斜切處理的。分流體 流隨后流過開口 3。
在本發(fā)明中，"流體"是指處于超臨界、次臨界或臨界狀態(tài)的任何液體和 /或氣體。液體和/或氣體的具體狀態(tài)取決于流體流通過本發(fā)明裝置之前和/或之 后的條件。液體和/或氣體的狀態(tài)對(duì)本發(fā)明來說不重要。流體通過本發(fā)明裝置時(shí)， 其狀態(tài)甚至有可能發(fā)生變化。
較佳的是，所述流體為液體。最佳的是，它們是至少有一種物質(zhì)以溶解和 /或懸浮形式存在于其中的液體。
對(duì)于本發(fā)明的方法來說，至少有一種物質(zhì)以溶解和/或懸浮形式存在于其 中的液體是特別有利的，因?yàn)樵诒景l(fā)明中，它形成沉積物的傾向減小得特別突 出。
在本發(fā)明中，"板"表示具有厚度D和平坦形狀的物體。板在平面內(nèi)的 幾何形狀對(duì)本發(fā)明來說不重要。然而，它們通常是圓形板，因?yàn)橥ǔ⑺鼈兯?平裝入塔柱或類似化學(xué)設(shè)備中，本領(lǐng)域的技術(shù)人員通常熟知的化學(xué)設(shè)備是圓柱 形的。若板在平面內(nèi)的空間伸展范圍較大，可利用例如支桿或其他加固手段在 分流體流出來的一側(cè)進(jìn)行加固。
本發(fā)明范圍內(nèi)的化學(xué)設(shè)備包括可在其中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)、物質(zhì)傳輸過程或熱 傳輸過程的任何設(shè)備。例如，反應(yīng)器，特別是管式反應(yīng)器，或者熱交換器，特 別是管式熱交換器，以及/或者用于分離物質(zhì)的設(shè)備，如塔柱或其他合適的設(shè)備， 都在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
板的厚度D通常要經(jīng)過選擇，使得它能夠經(jīng)受自重以及通常額外加載于 其上的流體的重量。本領(lǐng)域的技術(shù)人員一般知道如何根據(jù)所用材料確定板的厚 度?；蛘撸部蛇x用非常薄的板厚度D，然后采取加固措施，例如采用支桿。所述板可用化學(xué)設(shè)備制造領(lǐng)域通常公知的任何材料制成。所述板一般用容 易加工(例如鉆孔或切削)的材料如金屬或聚合物制成。較佳的是，所述板用金 屬材料制成。更佳的是，所述板用鋼制成。最佳的是，所述板用不銹鋼制成。
采用金屬材料如鋼或不銹鋼是特別有利的，因?yàn)檫@種材料的強(qiáng)度特別高， 故而厚度D可選得較小，或者通?？墒÷约庸檀胧├缰U。不銹鋼是特別有 利的，因?yàn)樗艿挚苟鄶?shù)液體的化學(xué)侵蝕(例如腐蝕)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員一般 知道如何根據(jù)不銹鋼的合金組成為本發(fā)明裝置的特定應(yīng)用選擇不銹鋼。
對(duì)于本發(fā)明的效果來說，用來生產(chǎn)本發(fā)明所需板的具體材料不重要。唯一 重要之處在于，所用材料可接受圓化處理和/或斜切處理。實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)的方法可 以是任何方法，只要在本領(lǐng)域的技術(shù)人員看來它適合該目的。
將分配裝置的板安裝在化學(xué)反應(yīng)設(shè)備中時(shí)，優(yōu)選使它恰好垂直于流體流過 該設(shè)備的主方向。最佳的是，所述板恰好水平安裝。
垂直于流體流過該設(shè)備的主方向的安裝方式之所以是有利的，是因?yàn)榉峙?裝置上沒有任何局部區(qū)域比其他區(qū)域接觸更多的流體，從而可以確保均勻分 配。當(dāng)待分配流體是從上到下或從下到上垂直流過化學(xué)設(shè)備的流體時(shí)，水平安 裝方式是特別有利的。這樣就可以確保分配裝置上沒有任何局部區(qū)域比其他區(qū) 域接觸更多的流體。
板中的開口可具有任何幾何形狀，優(yōu)選孔洞或狹縫形式的開口，更優(yōu)選孔 洞形式的開口，最優(yōu)選圓孔洞形式的開口。
孔洞和狹縫之所以是有利的，是因?yàn)樗鼈兛山柚?jiǎn)單的方法在板中形成， 所述方法如鉆孔和/或切削。其他幾何形狀的產(chǎn)生更加復(fù)雜，但跟孔洞和狹縫同 樣合適。
板中的開口可規(guī)則地或不規(guī)則地分布在分配裝置的板上。所述開口優(yōu)選規(guī) 則地分布在板上。
規(guī)則排布之所以是有利的，是因?yàn)檫@樣可以更均勻地分配流體。
開口的尺寸和數(shù)量通常取決于待分配流體的量，并且通常要經(jīng)過選擇，使 得流體離開開口時(shí)的流動(dòng)雷諾數(shù)不超過1。
在本發(fā)明中，雷諾數(shù)表示本領(lǐng)域技術(shù)人員一般公知的無量綱指數(shù) 可表達(dá) 為Re二^，其中w是分流體流離開開口時(shí)的速度，V表示流體的動(dòng)粘度；至于A當(dāng)開口為圓形開口時(shí)，d表示開口直徑，當(dāng)開口為狹縫時(shí)，d表示 狹縫寬度，若不存在上述兩種幾何形狀時(shí)，則"表示開口的特征長(zhǎng)度，它 可根據(jù)本領(lǐng)域的技術(shù)人員公知的原則確定。
板中開口的數(shù)目?jī)?yōu)選為10—10000，最優(yōu)選為100 — 5000。
分配裝置的開口優(yōu)選至少在流體通過板2的起始側(cè)受到圓化或斜切處理。
開口也可在板2的兩側(cè)均受到圓化或斜切處理。類似地，開口也可在板的 一側(cè)受到斜切處理而在板的另一側(cè)受到圓化處理。
較佳的是，開口僅在板的一側(cè)受到斜切或圓化處理。
在本發(fā)明中，圓化處理是指用規(guī)則的幾何形狀例如半圓形代替不規(guī)則的幾 何形狀例如90°角。
換句話說，在本發(fā)明中，"圓化處理"意味著在進(jìn)入開口的入口區(qū)域沒有 產(chǎn)生邊緣。相反，在通道穿過板的區(qū)域，板的平坦表面(開口外側(cè))融入了開口 表面，不產(chǎn)生邊緣。
在本發(fā)明中，斜切處理是指用本身也不規(guī)則，但較之于起初的不規(guī)則形狀，
更接近于規(guī)則幾何形狀(例如兩個(gè)45。角)的形狀代替不規(guī)則的幾何形狀例如 90°角。
換句話說，在本發(fā)明中，"斜切處理"意味著在進(jìn)入開口的入口區(qū)域沒有 產(chǎn)生尖銳的邊緣。相反，在通道穿過板的區(qū)域，板的平坦表面(開口外側(cè))融入 了開口表面，不產(chǎn)生尖銳邊緣(即優(yōu)選沒有》60。的角oc、 (5)。
角ot是在分流體流的流入側(cè)，板的平坦表面與開口表面之間的角，角(3 是在分流體流的流出側(cè)，板的平坦表面與開口表面之間的角。這顯示在圖3 中，其中附圖標(biāo)記4表示角oc，附圖標(biāo)記5表示角卩。
對(duì)于包含至少一個(gè)帶開口 3的板2的分配裝置，其優(yōu)選特征在于，通道穿 過板的區(qū)域(即優(yōu)選在開口的流過長(zhǎng)度的30%—70%的范圍內(nèi)，所述流過長(zhǎng)度 對(duì)應(yīng)于板的厚度D)的流過截面小于進(jìn)入開口的入口區(qū)域的流過截面。
若板中開口經(jīng)過圓化處理，優(yōu)選對(duì)開口進(jìn)行這樣的圓化處理，使圓化形成 的圓弧的半徑R小于板的厚度。
若板中開口經(jīng)過斜切處理，優(yōu)選對(duì)開口進(jìn)行這樣的斜切處理，使上述角度 在40。與60。之間。還優(yōu)選對(duì)開口進(jìn)行這樣的斜切處理，不使斜切面延伸到板厚度D的一半。
下面結(jié)合附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明，但不對(duì)本發(fā)明構(gòu)成限制。
圖1顯示了適合實(shí)施本發(fā)明方法的分配裝置，它包括帶開口 3的圓板2，
所述開口以孔洞形式規(guī)則地分布在板2中。
圖2顯示了適合實(shí)施本發(fā)明方法的分配裝置，它由帶開口 3的圓板2組成， 所述開口以狹縫形式規(guī)則地分布在板2中。
圖3顯示了圖1所示孔洞3之一的截面，該開口在兩側(cè)分別以角oc、卩經(jīng) 過斜切處理。附圖標(biāo)記4表示角ot，附圖標(biāo)記5表示角p。 D表示板2的厚 度。
圖4顯示了圖2所示開口 3之一的截面，該開口在板的一側(cè)經(jīng)過圓化處理， 其中半徑IKD。 D表示板2的厚度。
圖5顯示了實(shí)施例1中測(cè)試結(jié)果的圖示。
圖6顯示了測(cè)試中相關(guān)設(shè)置(實(shí)施例2)的示意圖。
下面結(jié)合實(shí)施例詳細(xì)描述本發(fā)明，但它們不構(gòu)成限制。
實(shí)施例 實(shí)施例1
通過實(shí)驗(yàn)室測(cè)試方法進(jìn)行沉積和結(jié)晶結(jié)垢測(cè)試。利用丁基橡膠/己垸作為 沉積結(jié)添測(cè)試中的測(cè)試液，利用氯化鈉水溶液作為結(jié)晶結(jié)垢測(cè)試中的測(cè)試液。 測(cè)試設(shè)備由一個(gè)容器組成，測(cè)試液連續(xù)流入容器中。該容器在其垂直壁(厚度 2mm)之一中具有不同開口，測(cè)試液又以噴射的形式從這些開口流出，形成弧 線。所述開口是兩個(gè)圓形孔洞(直徑2mm)，第一個(gè)孔洞具有尖銳邊緣(圓柱形)， 第二個(gè)孔洞具有斜切面(同本發(fā)明)。選用45°斜切面，它占壁厚的一半。在耐 受性測(cè)試中，研究了各種開口的結(jié)垢情況。評(píng)價(jià)是這樣進(jìn)行的 一方面， 在測(cè)試結(jié)束后將孔板拆下，通過目測(cè)評(píng)價(jià)孔洞上面或里面的沉積物；另一 方面，在對(duì)面的壁上測(cè)量撞擊點(diǎn)的突出范圍或高度h，該撞擊點(diǎn)沿水平方向 距離兩個(gè)開口約5cm。圖5中A代表具有尖銳邊緣的孔洞(無斜切面)。圖5 中B代表斜切孔洞(有斜切面)。對(duì)二者進(jìn)行的目測(cè)評(píng)價(jià)和測(cè)量表明，對(duì)于 兩種結(jié)垢機(jī)理(結(jié)晶和沉積結(jié)垢)，對(duì)卸料孔洞進(jìn)行斜切處理(根據(jù)本發(fā)明)或圓化處理(根據(jù)本發(fā)明)均使結(jié)垢的傾向降低。圖5顯示了在不同時(shí)間t測(cè)量 的撞擊點(diǎn)高度h。
實(shí)施例2
在本實(shí)施例中用來分開液體流的裝置是平坦的圓板，用在一系列篩選測(cè)試
中研究分配孔洞的結(jié)垢性質(zhì)，測(cè)試在80'C—22(TC的溫度下進(jìn)行。在厚2mm的 不銹鋼板上提供兩個(gè)幾何形狀不同的孔洞(每種情況下的直徑都是1.4mm，以 確保有效通流表面相同)(圖6)。孔洞C是簡(jiǎn)單的直通鉆孔。第二個(gè)孔洞D具有 斜切面(45°)。所用測(cè)試液是具有中等粘度的液體，其密度為700—1200 kg/m3， 粘度為1 mPas—100 mPas，表面張力為15 — 50 mN/m。該液體包含溶解的 組分。液體發(fā)生幾個(gè)分解反應(yīng)，其中一些沒有在機(jī)理上得到解釋。最終形 成精細(xì)晶體形式的固體組分(測(cè)試中形成的懸浮體)和高分子形式的組分，以 及不能確定的形成覆蓋層的產(chǎn)物(污垢)。
在保護(hù)氣氛下，將所用流體導(dǎo)入受熱的回路，分配板上覆蓋一個(gè)0 — 300mm的液體層。借助泵抽使通過板的流體再循環(huán)的速率決定了孔板上的液 位，液位決定了在流體靜力學(xué)高度作用下的流走(mn-off)性質(zhì)或通過分配孔洞 的流走速度。
測(cè)試過程有效持續(xù)10天，每種情況下中斷2天。根據(jù)板上孔洞周圍覆蓋 層中凹坑的尺寸，有可能確認(rèn)流體能更好地通過經(jīng)斜切處理的孔洞流走(孔洞 邊緣處的流走速率更高)。在測(cè)試結(jié)束時(shí)，不銹鋼孔板上覆蓋了固體糊狀沉淀 物，即使在高溫下也難以清除它；然而，與直通孔洞相比，斜切孔洞仍具有通 過性。
特別地，當(dāng)分配板上的液位較低時(shí)，可以觀察到通過兩種不同幾何形狀的 孔洞的流體在流走性質(zhì)上的差異。與直通孔洞相比，通過具有斜切面的分配孔 洞的流體具有有利的流走性質(zhì)。由于板上流體靜力學(xué)壓力非常低(液位在10mm 與20mm之間)，其壓力損失較小(應(yīng)力因數(shù)和壓降較小)，所以斜切孔洞從開始 就具有較好的通過性。與之形成對(duì)照的是，為了能夠觀察到相同的流體流走性， 直通孔洞需要更高的液位(40 — 50mm)。上述測(cè)試清楚表明，在靜態(tài)操作中，具 有斜切幾何形狀的分配孔洞比具有尖銳邊緣的孔洞表現(xiàn)出更好的流走性質(zhì)。盡管為了說明的目的，在前面詳細(xì)描述了本發(fā)明，但應(yīng)當(dāng)理解，這種細(xì)節(jié) 僅僅用于該目的，除非受到權(quán)利要求書的限制，在不背離本發(fā)明的精神和范圍 的前提下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可作出各種變化。
權(quán)利要求
1.一種在化學(xué)設(shè)備中將流體流分成兩股或多股分流體流的方法，其包括a)將至少一股流體流通入分配裝置，所述裝置包括(i)至少一個(gè)帶兩個(gè)或多個(gè)開口的板，所述開口在板的至少一側(cè)經(jīng)圓化處理或斜切處理，使得分流體流得以形成，以及b)使形成的分流體流離開分配裝置。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，分配裝置中的開口在分流體 流的流入側(cè)經(jīng)圓化處理或斜切處理。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，開口是孔洞或狹縫形式。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，開口經(jīng)圓化處理到這樣的程 度，使得如此形成的圓弧的半徑R小于板的厚度。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，在穿過板的通道附近的開口 表面處，板的平坦表面與其斜切側(cè)面之間的角度為40° — 60°。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，開口經(jīng)過這樣的斜切處理， 使得斜切面不會(huì)延伸到板厚度一半的地方。
7. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，分流體流離開開口時(shí)的流動(dòng) 雷諾數(shù)^ 1 。
8. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，開口是孔洞或狹縫形式。
9. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，開口經(jīng)圓化處理到這樣的程 度，使得如此形成的圓弧的半徑R小于板的厚度。
10. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，板的平坦表面與穿過板的通 道附近的開口表面之間的角度為40° — 60°。
11. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，開口經(jīng)過這樣的斜切處理， 使得斜切面不會(huì)延伸到板厚度一半的地方。
12. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，分流體流離開開口時(shí)的流動(dòng) 雷諾數(shù)《1。
13. —種用于化學(xué)設(shè)備的分配裝置，它能將流體流分成兩股或多股均勻的流體流部分，所述分配裝置包括至少一個(gè)板，所述板具有至少兩個(gè)開 口，所述開口在板的至少一側(cè)經(jīng)圓化處理或斜切處理。
14. 如權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，經(jīng)圓化處理或斜切處理 的開口是在板上將流體流引入分配裝置的一側(cè)進(jìn)行圓化處理或斜切處理 的。
15. 如權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，板中開口是孔洞或狹縫 形式。
16. 如權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，開口經(jīng)過圓化處理，經(jīng) 圓化處理的開口的半徑小于板的厚度。
17. 如權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，開口經(jīng)過斜切處理，板 表面與每個(gè)開口之間形成的角度為40° — 60°。
18. 如權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，開口經(jīng)過斜切處理，每 個(gè)開口的斜切面不會(huì)延伸到超過板厚度一半的距離。
19. 如權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，分流體流離開開口時(shí)， 其流動(dòng)的雷諾數(shù)不超過1。
全文摘要
以一定方式在化學(xué)設(shè)備中將一股或多股流體流均勻分成兩股或多股分流體流，使得形成沉積物的傾向減小。這樣分流是通過采用分配裝置實(shí)現(xiàn)的，所述裝置包括至少一個(gè)帶兩個(gè)或多個(gè)開口的板，所述開口在至少一側(cè)經(jīng)圓化處理或斜切處理。
文檔編號(hào)B01D3/14GK101658734SQ20091017104
公開日2010年3月3日 申請(qǐng)日期2009年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月27日
發(fā)明者B·凱基恩霍夫, F·斯特芬斯, G·魯弗爾, J·博爾頓, J·科恩, M·西坎普, T·魯諾斯基 申請(qǐng)人:拜爾材料科學(xué)股份公司