專利名稱：用于填料塔的改進的液體分配器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于傳質(zhì)塔的液體分配器，更具體地說，涉及用于至少帶有一塊折流板以增強液體混合效果的氣-液接觸塔的液體分配器。
傳質(zhì)塔如液-氣接觸塔被用于例如蒸餾、吸收和汽提方法中。一般而言，一個塔包含一個或多個液-氣接觸區(qū)，接觸區(qū)中可以含有以促進上升的流動氣體與下降的流動液體之間有效接觸的填充物質(zhì)。
填料床有效的液體分配要求在整個填充表面被輸送組分和流動分布的均勻。具有代表性的做法是使用收集器/分配器布置來達到這種液體分配。如果達不到這種效果，那么該分配器布置主要引起液體的分布不良現(xiàn)象以及填料不能處于最佳操作狀態(tài)。這種分布不良現(xiàn)象導致了為完成給定量的傳質(zhì)需要更大高度的填料床。
在將填料布置成多于一個液-氣接觸區(qū)或床的地方，液體一般在一個床的填料和另一床的填料之間進行再分配。有效的再分配包括1)將床上的液體混合成均勻的組分分布和2)給床下提供良好的初始分配。在填料塔內(nèi)一般采用收集器/分配器結(jié)合使用的方式來進行再分配。收集器是一種將來自填料上方并且來自可能的進料點的液體收集起來，并將液體導向少量降液管的裝置。這些降液管將液體導向分配器。該分配器含有大量的液體流通過其中流到填料的小孔。但是，使用收集器增加了塔的高度并因此增加了基本投資。
有幾種用于填料塔的液體分配器類型。其中，盤式分配器可用作液體收集器。這是因為1)上升的流動氣體通過的豎式蒸氣管被“帽”罩住，這些“帽”使液體在豎式蒸氣管頂部轉(zhuǎn)向下和2)分配器被密封連接堵體內(nèi)殼。其最后結(jié)果是所有液體被收集在盤上的滯留液體池中，不能直接落入下面的液-氣接觸區(qū)中。因此在液體離開分配器前發(fā)生了部分混合。在液體進料導入塔處，該進料可以直接噴射到分配器上。
因為免除了制造和安裝收集器的費用以及安放收集器所需的額外的塔的高度，不帶收集器的盤式分配器布置要比使用收集器的盤式分配器使宜得多。但不用收集器可能具有操作上的缺陷。如上所述，分配器的主要作用是輸送均勻組分的液體。如果落入分配器上的液體具有組分分布。那么沒有收集器就不能保證在分配器本身上的均勻混合。而且也關(guān)系到與直接沖擊到分配器上滯留液體特別是與在進料點上形成的外部液體進料相關(guān)的慣性效應(yīng)引起的分配質(zhì)量問題。這將引起分配器板孔通過的流動變化，因此降低了分配質(zhì)量。
當使用不帶收集器的分配器時，先有技術(shù)試圖通過各種分配器結(jié)構(gòu)來彌補這些潛在的低效益。例如，美國專利第5,132,055號公開了一種帶有圍繞液體空間的U形截面以及與液體空間相接的外圍通道的分配器。該對比文獻的一個實施方案公開了在每一個液體空間安有二塊塔板。本實施方案也公開了其它變體。然而，在該對比文獻中所公開的所有布置只是針對帶有垂直壁體的通道以及安放在每個不同通道內(nèi)的塔板的一種分配器。每一個通道都以相同的方向穿過分配器，因而不能有效地促進每一個方向上的混合效果。即使這些通道與外圍通道相連接，仍不足以完成穿過分配器整個截面上的均勻混合。
美國專利第5,240,652號公開了使用液體收集器以及在豎式蒸氣管下含有槽溝的液體分配器。該’625對比文獻的一個實施方案還在槽溝與分配器之間加了一塊折流板盤。然而在該對比文獻中為了適當?shù)脑俜峙?，液體的混合還需使用收集器，因此為了安放收集器所需的塔高還需增加額外的費用。
另一則對比文獻，美國專利第5,158,713號公開了不用收集器進行液體混合的分配器布置。在該特別的布置中，將兩個或兩個以上的導管狀槽溝安放在離于分配器液位的地方。這些槽溝被制成具有一個封閉端而在另一端則至少有一個開口。沿著槽溝流動的液體通過開口流向積聚在分配器上的液體。該對比文獻并未提供通過槽溝之間的空間直接沖擊到分配器上的液體混合方法。而且，沒有直接沖擊到分配器上的流體液滴回潮。該設(shè)備是復雜的，而且還需額外的塔高來懸掛液面上的槽溝，因此該設(shè)備也是昂貴的。
塔中氣體的混合是美國專利第5,145,612號的重點。在該對比文獻中，通過限制分配器中豎式蒸氣管的數(shù)量和在升氣管內(nèi)增加混合元件來取得混合效果。該對比文獻所公開的裝置的分配器板上方的交換床提供了更為均勻的氣體濃度分布，但未提到液體再分配所遇到的不適宜的混合問題。
因此，本發(fā)明的一個目的是在不使用收集器的情況下，為兩個液-氣接觸區(qū)之間的分配器提供均勻的液體再分配。
本發(fā)明的再一個目的是通過使用懸掛在分配器上的費用合理、結(jié)構(gòu)簡單的折流板來提供均勻的液體再分配。
本發(fā)明的更進一步的目的是通過使用懸掛在分配器上方的折流板來提供這種均勻的液體再分配，該折流板使得液體流流過折流板上的開口時匯聚和混合，并在折流板下方散開。
本發(fā)明包括在液-氣接觸塔中懸掛在分配器上方的折流板，其中，當液流流過折流板上的開口時進行匯聚和混合，然后分散到分配器下方。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案中，折流板上的開口是與混合裝置相連的位于中央的圓孔以增強混合效果。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將從以下優(yōu)選的實施方案和附圖中可以看到本發(fā)明的其他目的、特征和優(yōu)點。其中

圖1是本發(fā)明一個實施方案的側(cè)面示意圖，該實施方案使用帶有從具體位于中央的圓形開口的折流板上突出的圓筒形豎式蒸氣管的分配器；圖2是本發(fā)明的在位于中央的圓形開口處帶有混合器的優(yōu)選方案的簡圖；圖3是圖1沿A-A線的上截面圖；圖4是本發(fā)明的另一個實施方案的簡圖，該實施方案使用帶有分段的豎式蒸氣管和具有外圍開口的折流板的分配器；圖5是圖4沿B-B線的上截面圖；圖6是本發(fā)明的再一個實施方案的簡圖，它具有與有著中央圓形開口的折流板相連接的堰；圖7顯示使用兩塊折流板的本發(fā)明的實施方案，其中一塊折流板在尾端具有外圍開口，另一塊折流板在頂端具有中央開口；和圖8也顯示帶有兩塊折流板的實施方案，其中一塊折流板在尾端具有中央開口而另一塊折流板在頂部具有外圍開口。
本發(fā)明可通過在分配器和液-氣接觸區(qū)之間放置折流板來完成。該折流板被懸掛在離分配器板上方足夠高的地方，使得在折流板下擴散的液流流速達到為驅(qū)動液流所需的壓頭相對于分配器上方滯留液體為小的程度。這就促進了穿過分配器的均勻流動，因而防止了離開分配器板上每個孔的液體流速從折流板上開口由于距離而發(fā)生的變化。
分配器上方儲存液體的最大高度限制了分配器上安放折流板的最大高度。因此，根據(jù)塔的設(shè)計，分配器上方折流板的高度為大約1-15英寸。
折流板延伸至整個分配器截面。因此，所有從液-氣接觸區(qū)上方填料落下的液體被收集到折流板上。至少折流板上一個開口讓液體匯聚、流過，然后以改善的混合性情況以及慣性效應(yīng)的回潮散開到分配器的下方。開口的大小和位置應(yīng)使得從填料上方任一點落到分配器的液體沿著開口的方向流動。折流板上不止一個的孔洞可以包括所述開口，但孔洞須位于使液體匯聚和混合的定域區(qū)。
當液體流向開口時進行了混合，液流匯聚流經(jīng)開口時變得基本上均勻。由于折流板上的開口為流體提供了唯一流徑，而且由于折流板基本上延伸了分配器的整個截面，當液體流動匯聚流徑開口時，所有來自填料上方的液流進行了匯聚和混合。
一般而言，折流板浸沒在分配器上所儲存的滯留液體中，但當液位低時折流板可以全部或部分露出液面。在折流板上有一個讓液體流徑的開口并不顯著增加分配器上的液體壓頭。
為了維持在沒有折板時的液體壓頭水平，開口的截面積大于分配器板上小孔的總面積，但遠遠小于塔的截面積。折流板上開口的截面積與分配器板上小孔的總開口面積的比率優(yōu)選在大約1.1∶1至大約150∶1之間。更優(yōu)選的比率在大約3∶1至大約20∶1的范圍內(nèi)。增大比率減少了分配器上液流的徑向速度，但同時也減少了混合的效果。還優(yōu)選折流板的開口橫過塔截面的高度定域以使液體從寬的區(qū)域匯聚到開口中。
當收集器和分配器結(jié)合使用時，本發(fā)明具有相似的操作特性。由帶有小孔的金屬片制成的折流板代替了具有升氣管和降液管的收集器安裝在分配器的豎式蒸氣管上。該結(jié)構(gòu)簡單的折流極不象收集器那樣需要增加塔的高度。結(jié)果，本發(fā)明具有明顯降低基本投資的優(yōu)點。本發(fā)明也可應(yīng)用于含液體進料在分配器液位上導入到液-氣接觸塔的情況。簡言之，本發(fā)明具有如下優(yōu)點1)降低所需堵的高度，2)安裝簡易，3)降低基本投資，和4)改進的液體分配。
本發(fā)明的一個適用于空氣分離方法的實施方案示于圖1。液-氣接觸壁內(nèi)表面17在兩個液-氣接觸區(qū)1裝有分配器和折流板11。分配器由穿孔板3和上置“帽”5的豎式氣管16組成。折流板11位于離分配器板3高度為12的位置，并且基本上沿著周邊15和穿過其中的豎式蒸氣管16密封。以圓孔13形成的平口位于折流板11的中央。必須注意的是，對于某些豎式蒸氣管布置，開口可能不在中央。在這種情況下，并口應(yīng)盡實際可能靠近中央位置。
液體從液-氣接觸區(qū)1上方流向折流板11上的分配器3上滯留液體的液位。所有折流板11上的液體沿箭頭方向流向孔13。由于液流匯聚和流徑孔13，它得到了很長的混合并在到達分配器板3下時擴展開來?？?3應(yīng)足夠的大使得它不顯著增加分配器上的液體壓頭。液體在分配器板上達到一定的液位，此時，通過孔流出的液體速度等于從液-氣接觸區(qū)1上方落下的液體流速。
圖2示意了本發(fā)明的在中央開口位置內(nèi)包括混合裝置9的一個優(yōu)選實施方案?；旌涎b置9應(yīng)安放在不妨礙液體流徑正對其下面的分配器板上的小孔和不要求太大的壓頭來使液體從中流動的位置。該混合裝置可以是結(jié)構(gòu)填料組件或更優(yōu)選是市售混合裝置如靜態(tài)混合機。Koch Engineering Company，Inc.是適宜的不帶活動部件、含有一系列在管子縱向方向安放剛性元件的靜態(tài)混合機的供應(yīng)商。由這些剛性元件形成的交叉室將液流分流、重排和匯流直至形成均勻流體。
圖2的優(yōu)選實施方案也可以使用液體或含液體(即進料可以是氣體和液體的混合物但至少有部分液體)進料。本發(fā)明的折流板布置確保含液體進料與流自填料上方的液體進行合適的混合，而且還分散與定域進料源相關(guān)的慣性力，同時維持了分配質(zhì)量。
圖3示意了圖1沿A-A截面的平面圖。該圖示意了折流板11、大量圓形升氣管16的“帽”5以及位于中央的開口13。雖然圖2只圖示兩個被“帽”5罩著的圓形升氣管16，但在該圖中卻顯示了幾個豎式升氣管。圖示中開口是圓形的，然而應(yīng)用時可以改變開口的形狀(例如，可以采用長度形孔)以使混合效果達到最大。
本發(fā)明的另一實施方案示示圖4，在該圖中，分配器具有被“帽”405罩著的長方形豎式蒸氣管416。折流板411具有外圍開口418(而不是中央開口)，將落自液-氣接觸區(qū)1上方的液體分散至折流板411。液體橫過折流板流向周邊，當其匯聚流徑折流板和塔壁間的開口418時得到了混合。液體離開開口418后，分散到分配器下方。
圖5示意了圖4中具有被“帽”405罩著的長方形豎式蒸氣管416和帶有外圍開口418的折流板411的分配器沿B-B截面的平面圖。帶有外圍開口的折流板比相同截面積的帶中央開口的折流板為流徑其中的液體提供更大的徑向流動截面。而與驅(qū)動液流相關(guān)的壓頭則小于相同面積的帶有中央圖形開口的折流板。結(jié)果可獲得優(yōu)良的分配質(zhì)量。在高壓塔中大型分配器(液體徑向流動距離較大)以及大量流體負荷(大于10gpm/ft2)的情況下這種效果將更為顯著。然而，當使用外圍開口時混合效率即受到危害。
在圖6所示的實施方案中，折流板611具有豎實固體壁的堰688。該區(qū)在折流板611上形成環(huán)繞開口613的通道622，來自填料的液體在流過堰688頂部后必須流徑此通道。在設(shè)備關(guān)閉的條件下或在整個操作過程中，有堰時的液位要高于通常沒有堰時的液徑。這種堰能將與液體相關(guān)的勢能轉(zhuǎn)化給混和。有了這個安裝在折流板中央孔上的堰，就可以使在最大流量至最小流量時在折流板上滯留的液體量僅有輕微的變化。該堰可以在其壁上有小孔以質(zhì)液體從其側(cè)面流入，促進混合。
圖7和圖8是本發(fā)明使用一塊折流板以上時的實施方案。圖7的上折流板具有中央開口和下折流板具有外圍開口的布置，在高流量和中等流量時效果良好，但在折流板未被浸沒的低流量時效果很差。
在圖8中，上折流板具有外圍開口和下折流板具有中央開口，對于所有的流量混合效果都很好。
在最大液面深9英寸和最小液面深2英寸試驗根據(jù)圖1和圖2的布置。
試驗在具有以下參數(shù)的分配器上進行；分配器直徑＝41英寸折流板高度＝2英寸開口位置＝位于中央，圓形孔徑＝4英寸開口率*＝5混合裝置＝靜態(tài)混合裝置*開口率＝折流板上開口或孔的截面積與分配器板上開口或孔的總截面積之比率。
受試折流板由鋁片制成并用膠帶密封。在實際應(yīng)用時，可用焊接或密封膠來密封折流板。
該布置采用點源染料示綜試驗來測試，其中將染料注進分配器上部液體，當液體流過分配器板上的小孔時可觀察到分配器下液體的染色情況。結(jié)果，不管點源位于分配器上方的任何位置，都獲得了均勻混合。該結(jié)果與不用折流板時的結(jié)果相反。在不用折流板時，對每一個點源染料示蹤試驗，少于1/4的分配器傾點顯示出可觀察到的變色情況。在試驗中甚至不用混合元件，通過使用本發(fā)明的分配器以及帶有中央開口的折流板可觀察到混合效果的明顯改進。
當折流板沿豎式蒸氣管防漏密封以及折流板的周邊具有中央開口時可獲得更好的結(jié)果。然而，本發(fā)明并非絕對需要防漏密封來進行操作。在分配器上需要一些小的排泄孔以排放夾帶的氣體。
僅為方便起見在一個或多個附圖中圖示了本發(fā)明的一些特征，而根據(jù)本發(fā)明每個特征都可以和另一特征結(jié)合使用。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解其它實施方案，這些實施方案將被包括在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種分配液體的裝置，包括a)具有內(nèi)表面的塔壁以及至少兩個垂直放置的液-氣接觸段(包括在下部液-氣接觸段和在上部液-氣接觸段)的液-氣接觸塔；b)位于板上帶有小孔以將液體分配至所述下部液-氣接觸段的液-氣接觸段和以將氣體分配至所述上部液-氣接觸段的豎式蒸氣管之間的分配器；c)懸掛在分配器板上方和實際上橫過整個分配器截面的折流板，所述折流板具有開口以將來自所述上部液-氣接觸段的液體在其分散到所述分配器前進行匯聚和混合。
2.權(quán)利要求1的裝置，其中，所述開口實際上位于折流板的中央。
3.權(quán)利要求2的裝置，還包含位于所述開口內(nèi)的混合裝置。
4.權(quán)利要求2的裝置，其中，所述豎式蒸氣管穿過所述折流板并且所述折流板密封環(huán)繞所述豎式蒸氣管和與所述液-氣接觸塔的內(nèi)表面密封連接。
5.權(quán)利要求1的裝置，其中在所述折流板上的所述開口截面積與分配器上小孔的截面積的比率在大約1.1∶1至大約150∶1的范圍內(nèi)。
6.權(quán)利要求1的裝置，其中所述開口位于所述折流板和所述塔內(nèi)壁之間的周邊，當液體流向周邊通過開口時進行匯聚和混合。
7.權(quán)利要求1的裝置，還包含第二塊折流板，一塊所述折流板懸掛在另一塊所述折流板上，在一塊所述折流板上的開口位于與另一塊所述折流板開口不一致的位置。
8.權(quán)利要求1的裝置，進一步包含一塊堰，它環(huán)繞著所述折流板上的所述開口，并形成一個通道，使得液體必須越過該區(qū)并在所述折流板下方擴展前通過該堰形成的通道流下，結(jié)果改進了混合。
9.用于混合在液-氣接觸的塔的分配器上擴展的液體的折流板，包括可延伸到基本上整個塔的截面的金屬片以及環(huán)繞分配器的豎式蒸氣管適當緊的孔；所述金屬片懸掛在分配器板上方；和所述金屬片具有開口用以促使液體流徑該開口和擴展到分配器下方時進行匯聚和混合。
10.權(quán)利要求9的裝置，其中所述開口在折流板上基本位于中央位置。
11.權(quán)利要求9的裝置，進一步包含位于所述開口內(nèi)的混合裝置。
12.在至少有兩個液-氣接觸區(qū)的液-氣接觸塔內(nèi)分配液體的方法，包括將來自上部液-氣接觸區(qū)的液體收集在位于上述液-氣接觸區(qū)和分配器之間的折流板上，所述折流板基本上延伸至整個分配器截面，該分配器有小孔以使液體能流徑下部液-氣接觸區(qū)；在所述折流板開口上的液體進行匯聚，結(jié)果得到了液流的基本上均勻的混合；和將基本上均勻混合的液流分散至分配器下方。
13.權(quán)利要求12的方法，其中所述折流板上開口的截面積與分配器上小孔的截面積的比率在大約1.1∶1至大約150∶1的范圍內(nèi)。
14.權(quán)利要求12的方法，其中所述開口基本上位于折流板的中央位置。
15.權(quán)利要求14的裝置，進一步包括安放在所述開口內(nèi)的混合裝置。
16.權(quán)利要求12的方法，其中含液體的進料在折流板和液-氣接觸區(qū)上方之間被導入到液-氣接觸塔中。
全文摘要
本發(fā)明涉及橫過液—氣接觸塔截面并位于分配器板上方的折流板。具有開口的該折流板將來自液—氣接觸區(qū)上方的液體在擴散到分配器下方前進行匯聚和混合。折流板的開口還可以裝有混合裝置以進一步增強液體混合效果。
文檔編號B01F3/04GK1159361SQ9612312
公開日1997年9月17日 申請日期1996年12月12日 優(yōu)先權(quán)日1995年12月13日
發(fā)明者J·F·比林哈姆, M·J·洛基特, D·U·奧格博納 申請人:普拉塞爾技術(shù)有限公司