專利名稱：增加有效作用面積的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氣(液接觸塔，更特別地，涉及一種改進(jìn)的下導(dǎo)管盤組件(downcomer-tray assembly)，該組件包括一個位于相鄰下導(dǎo)管之間的作用橋(activebridge)，一個位于塔內(nèi)的作用支承環(huán)，以及固定在上面的作用墊圈，從而增加了盤的有效作用面積。
蒸餾塔被用來將被選的組分從多組分物流中分離出來。通常，這樣的氣(液接觸塔要求要么使用盤、填充物，要么是多種的組合。最近幾年，在大多數(shù)盤式塔設(shè)計(jì)中已有趨勢要用篩和閥盤來取代所謂的“泡罩”。另外，隨機(jī)(堆積dumped)或結(jié)構(gòu)化填充物正被用來與盤相結(jié)合從而實(shí)現(xiàn)物流中組分分離的改進(jìn)。
塔中的成功分餾取決于汽、液間的密切接觸。某些汽、液接觸設(shè)備，如盤，是以相對高的壓力差和相對高的液體容量(liquid held-up)為特征的。另一類汽、液接觸裝置，即結(jié)構(gòu)化高效填充物，對某些應(yīng)用來講也已成為流行的方法。這種填充物在能源上是高效的，因?yàn)樗哂械偷膲毫Σ詈偷偷囊后w容量。然而，正是這些性質(zhì)常常使裝備有結(jié)構(gòu)化填充物的塔難以以穩(wěn)定、令人滿意的方式操作。再有，許多應(yīng)用僅僅要求使用盤。
分餾塔盤在應(yīng)用中通常是兩種方案中的一種正交流動(cross-flow)和逆向流動(counter-flow)。盤通常由一個固體盤或平臺組成，該盤具有許多個孔并安裝在塔內(nèi)的支承環(huán)上。在正交流動盤中，汽體上升通過孔并通過其“作用”面積與橫向流過盤的液體接觸。在作用面積上，液體和汽體混合并產(chǎn)生分餾。液體是通過盤上方的一個垂直通道導(dǎo)向該盤的。該通道被稱為入口下導(dǎo)管(inlet downcomer)。液體流過盤并通過一個相似的通道流出，該通道被稱為出口下導(dǎo)管。下導(dǎo)管的位置決定了液體的流動方式。如果有兩個下導(dǎo)管并且在每個盤上液體被分成兩股，這就稱為雙路盤。如果在盤相對的兩側(cè)只有一個入口和一個出口下導(dǎo)管，這就稱為單路盤。對兩路或更多路來講，通常將盤稱為多路盤。通路的數(shù)目通常隨著所要求(設(shè)計(jì))的液體速率(rate)的增加而增加。然而，盤的作用面積才具有關(guān)鍵的利害關(guān)系。
對氣(液接觸而言，不是盤上的所有面積都是有作用的。例如，沿著盤邊緣和入口下導(dǎo)管下面的面積通常是實(shí)心(solid)區(qū)域。如果要獲得盤上更多的面積用于氣/液接觸，下導(dǎo)管通常被設(shè)置成傾斜的。盤的最大氣/液處理能力通常隨著作用或起泡面積的增加而增加。然而，針對使下導(dǎo)管傾斜到什么程度以增加起泡面積，存在著一個限度，否則通常是將變得太小了。這能限制液體的流動和/或限制保持在液體中的汽體的釋放，致使液體在下導(dǎo)管中倒流(back up)，從而過早地限制了盤的正常最大汽/液處理能力。
增加起泡面積并因此提高汽/液處理的能力的一種變化是一種多下導(dǎo)管盤。通常，在整個盤上以對稱的圖案安裝上許多個盒狀垂直通道，將液體導(dǎo)向或?qū)щx該盤。下導(dǎo)管不是一直延伸到盤下面，而是以一個預(yù)先設(shè)定的距離停留在盤的不遠(yuǎn)處，該距離由一個充足的空間來限定，該空間允許保持在進(jìn)入出口下導(dǎo)管中的液體中任何氣體的釋放。在連續(xù)的盤之間，下導(dǎo)管的圖案可旋轉(zhuǎn)90°或180°。盒子的底部是實(shí)心的(solid)，除了將液體導(dǎo)向盤下面的縫以外。這種盤歸入多通道盤一類中，通常用于高液體速率場合。這種盤的一個關(guān)鍵特征就是盤的可獲得的作用面積。設(shè)計(jì)提高該作用面積是在盤制造中具有主要意義的事情。
在過程(process)塔設(shè)計(jì)中，已經(jīng)發(fā)展了多種技術(shù)來增加盤的作用面積。例如，已經(jīng)轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人的美國專利4,956,127，說明了一種具有提高了作用面積的盤設(shè)計(jì)，被提高了作用面積位于下導(dǎo)管入口的下面從而增加了盤的作用面積，還有一個已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人的美國專利5,164,125，又提出了一個用于氣(液接觸塔的下導(dǎo)管盤組件，其特征為具有改進(jìn)的下導(dǎo)管和盤設(shè)計(jì)，從而在平衡盤上液體流動的同時增強(qiáng)了盤的作用面積。在這類盤中，液體流動的平衡具有重要的意義。如在同樣已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明受讓人的美國專利5,192,466中所指出的那樣，促進(jìn)流動以及有效平衡盤上流動的方法和裝置是一個重要的設(shè)計(jì)特征。當(dāng)流動是不均勻的或停滯時，化學(xué)過程塔效率急劇下降。正因?yàn)榇嗽?，在下?dǎo)管盤面積上的這些或其他改進(jìn)已經(jīng)受到了相當(dāng)?shù)闹匾暋?br> 除上述內(nèi)容外，氣-液接觸技術(shù)闡述了許多其他的性質(zhì)問題?？梢栽趲讉€現(xiàn)有專利中找到例子，其中包括已經(jīng)轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人的美國專利3,959,419，4,604,247和4,597,916以及授予日本東京的三菱重工業(yè)株式會社(Mitsuibishi Jukogyo Kabushiki Kaisha)的美國專利4,603,022。在已轉(zhuǎn)讓給聯(lián)合碳化物公司(Union Carbide Corperation)的美國專利4,499,035中可以發(fā)現(xiàn)一個特殊的相關(guān)參考，該專利教導(dǎo)了一種具有改進(jìn)了的入口起泡裝置的氣-液接觸盤。其中，上述類型中的一種正交流盤(cross-flow tray)得到了展示，該盤具有改進(jìn)后的在盤的入口激發(fā)泡運(yùn)動的裝置，入口包括分開設(shè)置、無孔隙的壁板，這些壁板實(shí)際上是垂直向上延伸并且橫截液體流道。這種結(jié)構(gòu)方案據(jù)說是在一個比簡單的開孔盤組件所提供的盤表面更大的盤表面上促進(jìn)了運(yùn)動。這一點(diǎn)的達(dá)到部分是通過在鄰近下導(dǎo)管的區(qū)域上提供了一個升高的部分來有助于汽體上升從中通過。
轉(zhuǎn)讓給殼牌石油公司(Shell Oil Company)的美國專利4,550,000教導(dǎo)了一種將一種液體與一種氣體相接觸的裝置，這種接觸是以這樣一種關(guān)系來進(jìn)行的，也即，在一個塔中介于一種垂直層疊盤之間來進(jìn)行的。在一個給定的盤上提供了一些孔來使氣體通過，這種通過是以較少受到來自下一個上方的盤的排出裝置的液體的阻礙的方式來進(jìn)行的。提供了通過安裝在處于下導(dǎo)管下面的盤平臺頂部的多孔罩來分解(break up)下降的液體流。這種改進(jìn)在現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)的限定范圍內(nèi)提高了盤的效率。同樣，已轉(zhuǎn)讓給日本東京的日本化學(xué)株式會社(NipponKayaku Kashibushi Kaisai)的美國專利4,543,219教導(dǎo)了一種擋板盤式塔。提出了高氣(液接觸效率和低壓力損失需要的操作參數(shù)。這些參考對于說明在盤式過程塔中高效率汽液接觸的需要是有用的。已授予Carl T.Chuang et al.并轉(zhuǎn)讓給加拿大原子能有限公司(Atomic Energy of Canada Limited)的美國專利4,504,426是另一個氣/液接觸裝置的例子。這項(xiàng)參考同樣教導(dǎo)了在分餾效率改進(jìn)和下導(dǎo)管盤設(shè)計(jì)修正方面的許多優(yōu)點(diǎn)。盤的多孔區(qū)域在下導(dǎo)管下面以介于0至小于25％的孔面積分布。
另一項(xiàng)參考是在1968年授予W.Bruckert的美國專利3,410,540。其中所示有一個下導(dǎo)管出口擋板，用來控制液體的排出。擋板可以包括要么一個靜態(tài)密封件，要么一個動態(tài)密封件。在這種情況下，下導(dǎo)管的開口具有圓形或矩形形狀，這些開口足夠小從而控制排出并且也許大于盤上的孔。其中，也許會中斷下導(dǎo)管操作的瞬間力也被更完整地詳細(xì)描述了。針對每個應(yīng)用場合----其中一個下導(dǎo)管供給下面的一個盤，這些了和相關(guān)的氣(液流動問題必須考慮。
另一進(jìn)一步的參考已在美國專利4,956,127(即′127專利)中提出和展示，該專利已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，該參考闡述了下導(dǎo)管盤組件和將來自下導(dǎo)管的一個排出區(qū)域的液體與汽體混合的方法。在′127專利中，提出了并且展示了一個提高了的作用入口區(qū)域，其入口區(qū)域被用來使來自盤下面的汽排出。提高了的入口區(qū)域減小了汽的流體壓力并有助于從中通過的上升汽的流動。在提高了的作用入口區(qū)域上設(shè)置了一系列的通氣縫來有選擇地將向上的汽流導(dǎo)入下導(dǎo)管下面的液體區(qū)域從而產(chǎn)生更有效的氣液接觸并減小在整個盤上的反向混合。來自下導(dǎo)管的液體排放到被提高了的作用入口區(qū)域，盡管有效，但已經(jīng)顯示出，當(dāng)從下導(dǎo)管排出的液體通過作用入口區(qū)域的孔時會造成滴落。再有，從下導(dǎo)管向外濺的液體增加了其起泡沫性并造成液滴更容易懸浮。
正如前面所述，下導(dǎo)管操作的有效性直接與液體流動的方案有關(guān)。當(dāng)下導(dǎo)管堵住了并且盤的其他結(jié)構(gòu)方面阻礙了汽或液體的流動時，塔的效率被降低了。在多重下導(dǎo)管盤組件中，盤平臺完全被下導(dǎo)管分開。盤的這部分能造成下導(dǎo)管另一側(cè)的不均勻流動。同樣，結(jié)構(gòu)件，如位于盤區(qū)域下面的支承梁，能夠干擾上升的汽流。其他結(jié)構(gòu)件，如通常位于盤邊緣的盤壓板和緊固裝置會同樣呈現(xiàn)實(shí)心的(solid)、無作用(non-active)的盤區(qū)域，該區(qū)域阻礙汽的流動。這些無作用的、實(shí)心的區(qū)域降低了上述的盤效率。因此，如果提供一種盤組件，該組件在一個方案內(nèi)同時闡述液體和汽的流動均勻性問題，該方案最大限度地加大盤的作用面積并且簡化其中的某些結(jié)構(gòu)方面，從而使效率最高，這將是一個優(yōu)點(diǎn)。
這樣的下導(dǎo)管盤組件是由本發(fā)明提供的，其中一個多孔柱支承環(huán)和多孔墊圈被固定在沿著盤邊緣的地方來增加盤的作用面積。再有，可采用一個結(jié)構(gòu)擋板系統(tǒng)來支承下導(dǎo)管，并結(jié)合固定在盤平臺下面的排氣腔和盤平臺之間的作用“橋”將其定位在盤面的上面。在盤平臺的下面沒有結(jié)構(gòu)支承梁與作用橋和盤邊緣相配合提高了塔的效率。擋板支承可以進(jìn)一步構(gòu)筑在多重下導(dǎo)管方案中，從而使液體流經(jīng)時在盤上獲得流動均勻。
本發(fā)明涉及用于化學(xué)過程塔的下導(dǎo)管盤組件。更特殊地，本發(fā)明的一個方面包括，用于該類過程塔的一種下導(dǎo)管盤組件，其中液體從第一盤通過第一下導(dǎo)管向下流動到第二盤并且經(jīng)過它們的作用區(qū)域。汽體向上流動經(jīng)過這些作用盤區(qū)域并與液體發(fā)生相互作用和質(zhì)量交換。然后，液體從第二盤通過另一個下導(dǎo)管。本發(fā)明包括一個處于盤邊緣部分下面的一個作用支承環(huán)和一個固定在上面的作用墊圈。本發(fā)明的另一方面，擋板與下導(dǎo)管相連接以作為其支承，這種支承是通過多個角狀支承件來進(jìn)行的，其一端固定在擋板上，另一端固定在盤下導(dǎo)管區(qū)域。
在另一方面，本發(fā)明涉及一種用于此類化學(xué)過程塔的多重下導(dǎo)管盤組件，其中在相互作用時液體向下流動，汽體向上流動，其中液體在第一盤上流動并從該第一盤通過設(shè)置在其中第一個系列下導(dǎo)管到達(dá)第二盤及設(shè)置在該盤上的鄰近的第二個系列下導(dǎo)管上。本發(fā)明包括一個繞盤周圍的作用支承環(huán)用來作為其向外的支承，以及多個至少沿著某些下導(dǎo)管延伸的支承擋板作為其中間的支承。多個安裝件將下導(dǎo)管緊固在支承擋板上，且至少兩個下導(dǎo)管在多個盤中的一個盤內(nèi)以頭對頭的關(guān)系分開設(shè)置，而這些盤使設(shè)置在這些頭之間的一個作用盤橋部分變得方便了。這種結(jié)構(gòu)允許上升的汽流通過橋，該橋連同作用支承環(huán)增加了盤的作用面積。
為了更完整地理解本發(fā)明及其進(jìn)一步的目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在也許必須參考下面結(jié)合所附的圖所進(jìn)行的描述，其中，

圖1為一個填充塔的一個透視圖，其中，許多部分已被切去用來說明塔中的各種內(nèi)容，其中設(shè)置有一個根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)筑的下導(dǎo)管盤組件的一個實(shí)施方案；圖2為根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)筑的一個下導(dǎo)管盤組件的一個透視圖；圖3為圖2所示的一個改進(jìn)了的下導(dǎo)管盤組件沿3-3方向的一個示意性剖面圖；圖4為圖3中沿4-4方向的下導(dǎo)管的一個放大的側(cè)視圖；圖5為圖2中的下導(dǎo)管組件的一個放大的頂視平面圖；圖6為圖2中的作用盤支承環(huán)的一個放大的、局部透視圖；圖7為圖6中沿7-7方向的支承環(huán)的安裝狀況的一個放大的、側(cè)視剖面圖8為圖7中的作用墊圈的一個放大的、頂視平面圖；以及，圖9為圖2中的盤的一部分的一個其他實(shí)施方案的一個頂視平面圖。
首先參考圖1，所示為一個直觀的填充交換塔或柱的一個部分透視圖，其中多個部分區(qū)域已被切去用來展示塔內(nèi)各種內(nèi)容以及本發(fā)明的盤組件的一個實(shí)施方案的應(yīng)用情況。圖1中的交換塔10包括一個圓柱形塔12，該塔具有多個填充床層14和置于其中的盤。同樣，還設(shè)置了多個人員通道(manway)16從而使達(dá)到塔12的內(nèi)部區(qū)域變得容易了。還提供了側(cè)面物流(stream)排出管20，液體側(cè)面輸入管18，以及側(cè)面物流汽輸入管或再沸器返回管32。在塔10的頂部設(shè)置了一個回流返回管34。
在操作中，液體13通過回流返回管34和側(cè)流輸入管18被輸入到塔10內(nèi)。液體13向下從塔中流過，并最終從側(cè)面物流排出管20或底部物流排出管30離開塔。在其向下的流動中，液體13會在其通過盤和填充床時由于蒸發(fā)失去一些物質(zhì)，也會由于汽流凝結(jié)到液體中而獲得或增加物質(zhì)。再參考圖1，為了清楚起見，交換塔10在圖中被切成對半。在該圖中，塔10包括一個設(shè)置在塔12頂部的頂管26中的一個汽出口以及設(shè)置在塔的底(lower)部分并圍繞底部物流排出管30的底部裙邊28，排出管30與一個再沸器(未示出)相連。圖中，再沸器返回管32被設(shè)置在裙邊28上部用于使其中向上通過盤和/或填充層14的汽再循環(huán)。來自冷凝器的回流通過入口管34被提供給塔的上部分區(qū)域23，其中回流是通過一個橫貫上填充床38的液體分配器36來分配的。也許可以看出，上填充床38是具有結(jié)構(gòu)化的多種填充物。所示出的交換塔10中低于上填充床38的部分是為了說明的目的，包括一個設(shè)置在一個支承架41下面的一個液體收集器40，該支承架是用來支承上部結(jié)構(gòu)化填充38。一個液體分配器42，用來重新分配液體13，也設(shè)置在其下。圖中在切割線13下面所示為一個第二類分配器42a，該分配器被設(shè)置結(jié)構(gòu)化填充14A的上面。塔10展示中具有切割線43，用來說明這樣一個事實(shí)，即，塔的內(nèi)部安裝只是示意性的，這種安排被用來作為其中不同部分排列的參考。
再參考圖1，該圖中所示的結(jié)構(gòu)化填充物和塔盤都是為了說明的目的。在許多情況下，過程塔僅包含填充物，僅包含盤，或者填充物和盤有選擇的組合。本說明是討論塔的整體及其操作的一個組合。過程塔盤通常在結(jié)構(gòu)上包括被打孔或開縫的板。汽和液體佇留在或沿著盤活動，且在某些組件中，被允許在采用逆流流動方案時流過同一個開口。優(yōu)選地，汽和液體的流動達(dá)到一個穩(wěn)定度的水平。在某些實(shí)施方案中，不使用下導(dǎo)管，汽和液體使用相同的開口，當(dāng)各自的壓力發(fā)生改變時，交替使用。但是本案不是這種情況。
在本實(shí)施方案中，所示的多下導(dǎo)管盤48、49具有多個下導(dǎo)管。這僅僅是當(dāng)作例子，如本文所描述的那樣，本發(fā)明闡述的是一個作用支承環(huán)及其相關(guān)結(jié)構(gòu)。盡管單下導(dǎo)管也可用于實(shí)施本發(fā)明的這類盤，但多下導(dǎo)管將被用來進(jìn)行討論。盤48，如圖所示，在多下導(dǎo)管之間包括一個作用表面，表面的種類將在下面討論。同樣，盤49在多下導(dǎo)管之間包括一個作用表面，該作用表面介于下導(dǎo)管和作用入口區(qū)域之間，該區(qū)域設(shè)置在上面的多下導(dǎo)管的下面。對包括了本發(fā)明的塔的這部分，一個更完整的描述將在下面提出。同樣，有關(guān)過程塔普遍情況的分析已在Gilbert Chen著的一篇文章中被更詳細(xì)地描述了，文章題為“填充塔內(nèi)部構(gòu)造(Packed Column Internals)”，該文出現(xiàn)在1984年3月5日版的“化學(xué)工程”(Chemical Engineering)，在此引入作為參考。
現(xiàn)在參見圖2，其中所示為圖1中簡要畫出的盤48和49的一個放大了的透視圖。為了簡明起見，塔的其余部分沒有畫出。上盤48構(gòu)筑有一個作用盤表面50，該表面被邊側(cè)的下導(dǎo)管51和55以及三個中間的下導(dǎo)管52、54和56分開。邊側(cè)的下導(dǎo)管51和55將在下面討論。每個下導(dǎo)管陣列52、54、56都是由一對下導(dǎo)管組成的，每對下導(dǎo)管的定位都是以分開的頭對頭的關(guān)系來進(jìn)行的。因此，下導(dǎo)管陣列52具有下導(dǎo)管52A以及其呈分開的頭對頭關(guān)系的下導(dǎo)管52B。同樣，下導(dǎo)管陣列54由下導(dǎo)管54A以及與其呈分開的頭對頭關(guān)系設(shè)置的下導(dǎo)管54B組成。下導(dǎo)管陣列56由下導(dǎo)管56A以及與其呈分開的頭對頭關(guān)系設(shè)置的下導(dǎo)管56B組成。介于所述的下導(dǎo)管之間的那種分開的頭對頭關(guān)系允許在它們之間架上的一個作用橋。因此，下導(dǎo)管陣列52包括一個作用橋60，而下導(dǎo)管陣列54包括作用橋62。下導(dǎo)管陣列56中設(shè)置了作用橋64。在這種方式下，由于橋60、62、64的存在，沿者盤48任何部分的液體都將被允許均衡通過盤表面。
如上面所引述的，上盤48構(gòu)筑有作用盤表面50(部分地和示意性地畫出)。作用表面50可以由許多種閥的一種或多種來構(gòu)成。美國專利5,120,474提出并展示了針對這類應(yīng)用的有代表性的閥種類，該專利已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，在此引入作為參考。
再參考圖2，除了下面要描述的作用支承環(huán)用來作為過程塔盤向外的支承以外，本發(fā)明還進(jìn)一步包括針對所述的采用了擋板的盤的中間支承的一個改進(jìn)了的支承系統(tǒng)。這樣，圖中所示的一個支承擋板70延長了下導(dǎo)管陣列52的長度，而支承擋板72延長了下導(dǎo)管陣列54的長度。支承擋板74延長了下導(dǎo)管陣列56的長度以支承其下面的下導(dǎo)管區(qū)域。每個支承擋板70、72、74在其兩端處與塔12相連，然后通過多個支承件80與相應(yīng)的下導(dǎo)管盤區(qū)域相連，支承件80的第一端81與支承擋板相連，第二端82與下導(dǎo)管盤區(qū)域相連。正如在一個與本文同時進(jìn)行中的專利申請序號＿＿＿＿＿中更詳細(xì)地提出的那樣，這些結(jié)構(gòu)提供了改進(jìn)了的流動效率，該專利也已轉(zhuǎn)讓給了本發(fā)明的受讓人，在此引入作為參考。
仍參考圖2，盤49如上述方法構(gòu)成，其下導(dǎo)管陣列設(shè)置在盤48的作用盤區(qū)域50的下面。正如將在下面詳細(xì)描述的那樣，位于本發(fā)明的下導(dǎo)管下面的作用區(qū)域可以包括一個提高了的作用入口區(qū)域，用來增強(qiáng)其中的汽液接觸。如圖2所示，盤49的下導(dǎo)管的設(shè)置與盤48的下導(dǎo)管呈大致平行分開的相對關(guān)系，同時在它們之間是橫向偏移的。
現(xiàn)在參考圖3，圖中所示為本發(fā)明的幾個方面的一個側(cè)視垂直剖面示意圖。如圖中所示，液體從第一盤48流過攔板214，通過邊側(cè)的下導(dǎo)管51和55，然后通過第一中間下導(dǎo)管陣列52、54和56到達(dá)第二盤49上鄰近的一第二系列中間下導(dǎo)管陣列66、67、68和69。所述的盤49的下導(dǎo)管陣列的構(gòu)成優(yōu)選采用與上面所述的盤48的下導(dǎo)管陣列相似的方式。第一和第二下導(dǎo)管陣列的方向一般是相互平行，并且其中多個下導(dǎo)管是由上述沿其延伸的擋板支承結(jié)構(gòu)來支承的。關(guān)于那方面，盤49的擋板170、171、172及174通過上述的多個角狀件80與下面的下導(dǎo)管盤區(qū)域相連。每個件80的頂端81固定在相應(yīng)的擋板上，另一端，即相對的一端82是在相應(yīng)的盤下導(dǎo)管區(qū)域。盤48和49被進(jìn)一步由塔支承環(huán)75和77沿著盤的外邊緣來支承，這些環(huán)沿著圓周向外延伸。環(huán)75和77優(yōu)選地已在其上形成了孔78從而使上升汽流15比較容易從中通過。形成在支承環(huán)75和77上的這些孔78包括，在一個實(shí)施方案中，設(shè)置在其中的多個閥用來使汽流15容易從中通過，以增加盤的有效作用面積50。為邊側(cè)的下導(dǎo)管51和55提供了一個實(shí)心的支承環(huán)755A。
再參考圖3，圖中所示的多下導(dǎo)管盤組件的示意性的概括說明了使過程塔組件的結(jié)構(gòu)及功能方面達(dá)到最大的方法和裝置。本文所描述的用于構(gòu)筑這些元件的材料和技術(shù)在此工業(yè)內(nèi)部是眾人皆知的。實(shí)際的鋼材尺寸沒有提出，鋼材的尺寸將取決于塔12的尺寸。
本發(fā)明的描述包括某些特征，這些僅僅表示在圖3中，并將在下面更詳細(xì)地描述。這些特征包括橫過下導(dǎo)管陣列52、54和56(已在上面描述)設(shè)置的流動平衡橋60、62、64，這些陣列是位于盤48的中間區(qū)域的。邊側(cè)的下導(dǎo)管51和55不需要這個特征。圖中示意性地示出，盤49的中間下導(dǎo)管陣列66、67、68和69具有各自形成在其中的橋部分170A、171A、172A和174A。所述的橋部分是通過相應(yīng)的支承擋板的一個開口100橫過所述各自的下導(dǎo)管陣列形成在所述的各自的下導(dǎo)管陣列上。開口100也許在透視2中可以看得更清楚些。采用在穿過各自的擋板上提供一個開口100，流到盤48和49上的液體13在保持盤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)完整性的同時從中流過。如上所述，就盤48而言，橋170A、171A、172A和174A中每個都在其中形成有多個孔100A用來使上升汽流15從中通過比較容易并進(jìn)一步增加各自盤的作用區(qū)域。同樣，孔100A在透視圖2中表達(dá)得最清楚。
再見圖3，盤48和49也可被構(gòu)筑成具有設(shè)置在上述盤的下導(dǎo)管下面的被提高了的作用入口區(qū)域。在本實(shí)施例中，提高了的作用入口區(qū)域包括各自盤底部的部分，這些部分被提高進(jìn)入排氣腔102，該腔具有形成在其側(cè)壁上的孔103用來為通過塔12上升的汽15提供一個直接的通路裝置。這里所示的應(yīng)用排氣腔102的方法和裝置在美國專利申請08/306,672中被更完整地提出和描述了，該發(fā)明也已轉(zhuǎn)讓給了本發(fā)明的受讓人，為完整起見，在此引入作為參考。通過應(yīng)用排汽腔102，從各自的下導(dǎo)管向下下降的液體13馬上會與通過腔102的孔103的上升汽15相遇。如圖3中位于下導(dǎo)管52下面的流動箭頭所示，本發(fā)明在塔12中相對流動的汽、液流之間提供了直接的相互作用，同時使其流動效率最大化。
現(xiàn)在見圖4，圖中所示為沿其中4-4方向截取的圖3中盤48的下導(dǎo)管/支承擋板的一部分的一個放大、側(cè)視剖面圖。圖中清楚顯示，開口100位于盤48的橋部分64的上面，通過下導(dǎo)管陣列56的支承擋板74形成一個一般為矩形的窗。開口100的尺寸允許支承擋板74的延長了的下部分103是完整的。從結(jié)構(gòu)上講，這種窗的構(gòu)成導(dǎo)致提供結(jié)構(gòu)完整性的下部分103在上部分105從機(jī)械負(fù)載點(diǎn)受壓時，呈受壓狀態(tài)。負(fù)載簡單地用箭頭107來表示在塔12操作時盤、下導(dǎo)管及其上面的液體的重量。具有這樣的負(fù)載，優(yōu)選采用下部分103來為盤48的橋64提供支承。正因?yàn)槿绱?，開口100不是單純的在擋板74上形成的U型切口。然而，由于所示的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，擋板74延伸通過下導(dǎo)管陣列56各自的頭對頭的下導(dǎo)管56A和56B的端壁108和110。采用標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)造以及如焊接之類的現(xiàn)場裝配技術(shù)來固定下導(dǎo)管和支承板結(jié)構(gòu)。
現(xiàn)在參考圖5，圖中所示為圖2中盤48的一個頂視平面圖，包括作用盤部分50以及支承擋板70、72和74的另一個說明。所述的支承擋板中的每一個由一系列連接件80連接到其下面相應(yīng)的下導(dǎo)管盤區(qū)域。比如，支承擋板70由六個角狀連接件180、181、182、183、184和186構(gòu)成，它們與下導(dǎo)管陣列52的下導(dǎo)管52A相連接。盡管圖中示出了針對盤48這個特定區(qū)域的六個連接件80，但這個數(shù)目是可變的，取決于所述盤的面積、一個特定塔的結(jié)構(gòu)負(fù)載。比如，下導(dǎo)管陣列54的下導(dǎo)管54A的擋板72由8個連接件80構(gòu)成，這是由于與下導(dǎo)管52A相比，其空間更寬。
再參見圖5，圖中清楚地展示了介于下導(dǎo)管之間的提高了的作用入口區(qū)域(排汽腔102)。就是在這個區(qū)域，來自上面盤的下導(dǎo)管將被設(shè)置并向盤48的作用區(qū)域50排放液體。連接件80也被構(gòu)筑在其中用來說明這種液體流動問題?？梢钥吹剑B接件80中的每一個是與從一個中間腹板區(qū)域192中豎起的側(cè)壁190和191一起形成的。正是該腹板區(qū)域192為液體提供了一個角狀擋板，否則液體會濺入相應(yīng)的下導(dǎo)管。這樣，連接件80優(yōu)選由圖2中所示的通常為U型的槽件形成。
再參見圖5，圖中兩端的下導(dǎo)管51和55至少部分被更清楚地顯示了。每個兩端的下導(dǎo)管51和55構(gòu)筑有平的、角狀側(cè)壁部分201，這部分在一個平底部分203中截止。底203構(gòu)筑有多個孔205，這些孔被有選擇地排列并將液體以一種受控的方案向下分配。這個特定的下導(dǎo)管方案在美國專利5,164,125中被更詳細(xì)地提出并展示，該專利也已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，在此引入作為參考。前面所引用的專利所沒有展示的是所展示的下導(dǎo)管51和55的外壁支承結(jié)構(gòu)。再回去參見圖3，并結(jié)合圖5進(jìn)行相同的闡述，可以發(fā)現(xiàn)，所述的下導(dǎo)管的外壁210構(gòu)筑有一個從其向外延伸的上緣(lip)212，該緣與支承環(huán)75重疊連接。支承凸緣212還從盤48的水平面向下成階梯狀(如圖3中所示)。這個階梯狀或“漏斗狀”的區(qū)域允許液體從攔板214的頂上流過并進(jìn)入比相應(yīng)的下導(dǎo)管的橫截寬度還要大的區(qū)域。采用這種方式，邊側(cè)的下導(dǎo)管51和55能夠通過避免阻塞而容納更多的液體，如果沒有本發(fā)明的放大的或“漏斗”的作用，阻塞是會發(fā)生的。
現(xiàn)在參見圖6，圖中所示為本發(fā)明的作用支承環(huán)的一個實(shí)施方案的一個部分透視圖。作用支承環(huán)組件300包括一個具有多個形成在其上的閥304的支承環(huán)302。支承環(huán)閥304可以是“固定”(fixed)類的，采用一個頂部閥元件306，該件由孔314上面的支腳308來緊固。作為例子，浮子閥類(floating variety)的閥也可在孔314上被使用，其閥的種類在上述的美國專利5,120,474中已被更清楚地描述了。
再參見圖6，圖中所示的該特定實(shí)施方案中的支承環(huán)302是由一塊固定在外塔壁318上的平板316構(gòu)成的。圖中的一個作用盤表面320被一個作用墊圈350(下面描述)安裝在環(huán)302上。閥322形成在盤表面320上。如上描述，作用支承環(huán)300增加了與其相連的盤320的有效作用面積。在這個特定的實(shí)施方案中，閥304與盤320的閥322是相同的。還可以采用不同的閥結(jié)構(gòu)，并且，在某些場合，可以在盤和支承環(huán)兩者中的一個采用一種浮子閥，或兩者都采用。
現(xiàn)在參見圖7，所示為采用一個作用墊圈350將盤320固定在支承環(huán)302上的一個側(cè)視剖面圖。圖中，墊圈350被構(gòu)筑成一個空心的或杯狀，其上形成有孔352從而使上升汽流能夠從中通過。它可以被構(gòu)筑成矩形或任何其他盤的設(shè)計(jì)所需要的形狀。在這個特定的實(shí)施方案中，一個緊固件354直立通過墊圈350并通過固定在支承環(huán)302下面的一塊夾板。在盤320上形成有一個縫357用來接納墊圈350并使汽流從中通過。這樣，汽流15在通過安裝在盤上的作用墊圈350圍繞并通過所述的盤的同時，也被允許通過支承環(huán)302。
現(xiàn)在參見圖8，其中所示為圖7中的墊圈350的一個放大、頂視平面圖。圖中墊圈350上構(gòu)筑有許多孔352從而使汽容易從中通過。在這個特定的實(shí)施方案中，排氣孔360，361，362和363與安裝孔364相鄰，安裝孔是用來容納圖7中的緊固件354的。如上面所討論的，縫357是在盤320中形成的，允許上升汽流從中通過。
現(xiàn)在組合起來參考圖6、7和8，作用支承環(huán)300和作用墊圈350的應(yīng)用允許一個盤的構(gòu)成在一個過程塔操作中以最大的效率配置。上升通過塔的汽15被允許通過塔的邊緣部分，這一點(diǎn)對汽流而言不是常規(guī)方法可以達(dá)到的。當(dāng)然，液體會流過一個表面中無論實(shí)心的或有孔的區(qū)域，沒有所示的作用區(qū)域，可獲得的汽液界面會減小。正因?yàn)槿绱?，本發(fā)明的方法和裝置便于改進(jìn)了的過程塔的操作。
現(xiàn)參考圖9，所示為圖2中的盤的作用區(qū)域的一部分的一個其他實(shí)施方案的一個放大、頂視平面圖。在這個特定的視圖中，可以發(fā)現(xiàn)本發(fā)明包括，在一個所選的方向上，設(shè)置在盤平臺的作用區(qū)域內(nèi)的一個方向性的流體閥陣列。流體閥600是屬于方向性流體類的并且設(shè)置在盤平臺604的作用區(qū)域602中，這種方案計(jì)算用來造成液體的湍流增加并沿著盤表面區(qū)域混合。沿著第一虛線610的閥600中的每一個被設(shè)置用來以箭頭612所代表的方向排出汽，而沿虛線614的閥被定向?yàn)橄蚣^616排出更多的汽。虛線620的閥600沿簡頭622的方向排出更多的汽。閥中的每一個被構(gòu)筑成向兩個方向排汽，但其中一個方向優(yōu)選的并導(dǎo)致從中流過更多的汽流。這種閥通常被稱為方向性流體閥(directional flow valve)。通過如這里所述的方法來取閥的方向，從上流過的液體會給予正常的液體流以垂直于它的推力，由此造成它在從下導(dǎo)管排出區(qū)域向鄰近的特定的下導(dǎo)管攔板的運(yùn)動中產(chǎn)生回轉(zhuǎn)和扭曲。這個步驟增加了從上流過的液體的流動長度和距離。通過在一個單一盤上采用多個下導(dǎo)管，鄰近下導(dǎo)管之間的距離將被縮小。有了縮短了的間隔，介于入口區(qū)域和流出下導(dǎo)管攔板之間的液體可獲得較短的“直接”流動距離。因此，增加在作用區(qū)域上的流動長度是本發(fā)明提供的一個明顯優(yōu)點(diǎn)。
再參見圖9，圖中示有鄰近閥600的一個攔板650，該板被構(gòu)筑成鋸齒形結(jié)構(gòu)652。該鋸齒形結(jié)構(gòu)652由多個在其間形成頂點(diǎn)658的一阻攔部分654和656構(gòu)成。該鋸齒形結(jié)構(gòu)增加了相對于作用區(qū)域602的攔板長度。流動分布和塔效率的一個參數(shù)包括攔板長度與盤的其他參數(shù)之間的關(guān)系。通過改變攔板的形狀，可以在沒有對盤或下導(dǎo)管區(qū)域作實(shí)質(zhì)修改的前提下容易地調(diào)整其長度。當(dāng)在單個盤中采用多下導(dǎo)管時，可調(diào)整的攔板長度這一點(diǎn)同樣是一個優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)槭聦?shí)上下導(dǎo)管可以設(shè)置在盤的邊側(cè)和弦區(qū)域，其中在鄰近相對的下導(dǎo)管的線性開口之間的差別是明顯的。在這些方案中，能大致平衡攔板長度與其他汽液流動方向的考慮是一個優(yōu)點(diǎn)，從而最大限度地提高塔的效率并平衡根據(jù)已經(jīng)建立的汽液接觸塔的操作程序的流動參數(shù)。本發(fā)明在此提出這樣一個優(yōu)點(diǎn)。特殊地，如果可調(diào)整擋板長度與橫向的方向性流體閥的組合，其中這種閥具有上述的相對取向方案，盤的作用區(qū)域的操作效率會大大提高。
從前面已進(jìn)行的描述，可以相信本發(fā)明的操作和構(gòu)成是清楚的。所展示或描述的方法或裝置是以優(yōu)選的為特征的，很顯然，在不偏離下面的權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的范圍和實(shí)質(zhì)的前提下，還可以在其中進(jìn)行多種變化和修正。
權(quán)利要求
1.一種一類用于汽-液接觸化學(xué)過程塔的下導(dǎo)管組件，其中，所述的盤在其上具有汽作用區(qū)域，用于使上升的汽從中通過，并且，其中，液體被導(dǎo)向第一盤，并由此向下流經(jīng)設(shè)置在其中的第一系列下導(dǎo)管到達(dá)第二盤，并穿過介于設(shè)置在其中的第二系列下導(dǎo)管中各個之間的作用區(qū)域，所述的組件進(jìn)一步包括與所述的下導(dǎo)管盤組件和所述的塔有關(guān)的裝置，所述的塔用于其中所述的下導(dǎo)管盤組件中的中間部分的支承；以及，在所述下導(dǎo)管盤組件圍繞周圍延伸并在其中形成有孔以使汽的上升流易從中通過的塔支承環(huán)。
2.如權(quán)利要求1的裝置，其特征在于所述的下導(dǎo)管盤組件的中間支承包括至少一個沿著所述下導(dǎo)管延伸的支承擋板。
3.如權(quán)利要求1的裝置，其特征在于所述的形成在所述支承環(huán)上的孔包括設(shè)置在其中、便于汽流從中通過的閥。
4.如權(quán)利要求3的裝置，其特征在于所述的閥是固定類的閥，該閥具有在所述孔上的閥元件，并以多個從其向下延伸的支腳來支承而與其緊密連接。
5.如權(quán)利要求3的裝置，其特征在于所述的閥是浮子閥類。
6.如權(quán)利要求1的裝置，進(jìn)一步包括一個作用墊圈，且其中所述的盤通過所述的作用墊圈與所述的作用支承環(huán)固定在一起，所述的作用墊圈包括一個緊固件，該緊固件具有多個孔，這些孔使汽流容易從中流過，由此，位于盤下面的汽流會流過所述的墊圈而進(jìn)一步增加所述盤的作用區(qū)域。
7.如權(quán)利要求6的裝置，其特征在于所述的作用墊圈進(jìn)一步包括一個杯狀元件，該元件具有多個貫穿形成的孔，選擇這些所述孔中的孔，調(diào)準(zhǔn)后用于與所述作用支承環(huán)的螺紋安裝。
8.如權(quán)利要求1的裝置，其特征在于所述的位于所述第一盤的第一系列下導(dǎo)管下面的第二盤區(qū)域的一些部分構(gòu)筑有汽上升腔(vapor riser chamber)，而使上升的汽流易于從中流過。
9.如權(quán)利要求1的裝置，其特征在于所述的第一和第二系列下導(dǎo)管的取向大致互相平行。
10.在一類化學(xué)過程塔中，其中在通過其混合區(qū)域時，液體向下流動、汽體上升，一個下導(dǎo)管盤組件包括一個第一盤，該盤上形成有作用區(qū)域，并用于使上升的汽流從中流過，且該盤中至少有一個設(shè)置在其中的下導(dǎo)管；一個第二盤，該盤上具有作用區(qū)域，且設(shè)置在所述的第一盤下方，并且在該盤中至少有一個設(shè)置在其中的第二下導(dǎo)管；與所述的塔相關(guān)的裝置，該裝置至少延伸橫過所述第一和第二盤中的一個，并支承中間部分；用于支承與所述支承擋板有關(guān)的所述盤邊緣的裝置；且所述的周緣支承包括緊固于圍繞所述盤周圍的所述塔的環(huán)，且該環(huán)中形成有孔，用于使上升的汽流易于從中通過。
11.如權(quán)利要求10的裝置，其特征在于所述的形成在所述環(huán)上的孔包括設(shè)置在其中的閥，該閥用于使汽流易于從中通過。
12.如權(quán)利要求11的裝置，其特征在于所述的閥是固定類的閥，該閥具有在所述孔上的閥元件，并以多個從其向下延伸的支腳來支承并與其緊密固定。
13.如權(quán)利要求11的裝置，其特征在于所述的閥是浮子閥類。
14.如權(quán)利要求10的裝置，進(jìn)一步包括一個作用墊圈，且其中所述的盤通過所述的作用墊圈與所述的作用支承環(huán)固定在一起，所述的作用墊圈包括一個緊固件，該緊固件具有多個孔，這些孔使汽流容易從中流過，由此，位于盤下面的汽流會通過所述的墊圈而進(jìn)一步增加所述盤的作用區(qū)域。
15.如權(quán)利要求14的裝置，其特征在于所述的作用墊圈進(jìn)一步包括一個杯狀元件，該元件具有多個貫穿形成的孔，選擇這些所述孔中的孔調(diào)準(zhǔn)后用于與所述作用支承環(huán)的螺紋安裝。
16.如權(quán)利要求10的裝置，其特征在于至少兩個下導(dǎo)管被分開的、且以頭對頭關(guān)系設(shè)置在所述第一盤中，且其中作用盤橋被設(shè)置在所述的頭對頭的下導(dǎo)管的所述端之間，用來允許液體穿過。
17.如權(quán)利要求16的裝置，其特征在于所述的中間的盤支承件包括一單個的在支承件上沿所述的頭對頭的下導(dǎo)管連續(xù)延伸的支承擋板，所述的擋板包括一個開口，適合于接納所述橋的中間區(qū)域以及易于液體穿過從而在鄰近的所述盤上使液流均衡化。
18.如權(quán)利要求17的裝置，其特征在于所述的盤的所述作用區(qū)域上形成有汽閥，用于使上升的汽流易于通過。
19.如權(quán)利要求18的裝置，其特征在于所述的汽閥包括固定閥。
20.如權(quán)利要求18的裝置，其特征在于所述的汽閥包括浮子閥。
21.如權(quán)利要求18的裝置，其特征在于所述的橋中形成有多個汽閥，用于使上升的汽流容易從中流過，并進(jìn)一步增加所述盤的作用區(qū)域。
22.如權(quán)利要求10的裝置，其特征在于所述的位于所述第一盤的第一系列下導(dǎo)管下面的第二盤區(qū)域的一些構(gòu)筑有汽上升腔(vapor riser chamber)，而使上升的汽流易于從中流過。
23.如權(quán)利要求10的裝置，其特征在于所述的盤的作用區(qū)域包含設(shè)置在其上的方向性流體閥(directional flow valves)。
24.如權(quán)利要求23的裝置，其特征在于所述的方向流閥以排列好的行設(shè)置，這些行以基本上橫切液流的方向排列來排出汽體。
25.如權(quán)利要求24的裝置，其特征在于所述的閥的相鄰行以在其間產(chǎn)生湍流的相反方向排放所述的汽體，并增強(qiáng)其盤效率。
26.如權(quán)利要求23的裝置，其特征在于所述的閥是固定類的閥，該閥具有一個比第二支腳寬的第一支腳，用來由此產(chǎn)生優(yōu)選的汽體分布。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于具有擴(kuò)大了的有效作用面積的汽液接觸塔的下導(dǎo)管組件。該下導(dǎo)管構(gòu)筑有支承擋板，該擋板能使該下導(dǎo)管盤的中間區(qū)域能由此支承，且下導(dǎo)管的外圍區(qū)域能由作用塔支承環(huán)來支承。可在頭對頭設(shè)置的下導(dǎo)管之間采用作用橋，以使與盤相關(guān)的作用區(qū)域最大。
文檔編號B01D3/32GK1135933SQ9610284
公開日1996年11月20日 申請日期1996年4月1日 優(yōu)先權(quán)日1995年3月31日
發(fā)明者李大新, 吳光宇, 拉里·伯頓 申請人:格利特什公司