CN101365529A - 气液接触器挡板 - Google Patents

Abstract

气液接触器挡板包括具有第一部分、第二部分和中间部分的本体，中间部分定位在第一部分和第二部分之间。中间部分是具有第一表面和第二表面的波纹板。波纹板具有交替的脊状物和横跨各个第一表面和第二表面的开口式通道，通道在第一部分和第二部分之间延伸。第一部分具有第一收集通道，当来自中间部分的开口式通道的液体沿着第一表面在第一方向上流动时，该第一收集通道适用于收集该液体。第二部分具有第二收集通道，当来自中间部分的开口式通道的液体沿着第二表面在第二方向上流动时，该第二收集通道适用于收集该液体。

Description

气液接触器挡板

技术领域

本发明涉及一种用于改进用于板式塔中质量传输的气液接触的气液接触器挡板。

背景技术

本发明涉及化学工艺塔，更具体地说，但不局限于，涉及一种用于板式塔的去除雾沫夹带/质量传输组件，该塔板具有挡板，用于提高塔板容量并改进其中的质量传输效率。

持续的目标是改进使用化学工艺塔进行的分离工艺及类似工艺的效率。为此，采取了多种不同的方法。

可以在化学工艺塔中进行的分离工艺包括蒸馏和吸收。具有塔板的塔的最优设计确保最大的产量(即，产能)以及质量传输效率。在高产量下，存在液体在高气体速度下有雾沫夹带的趋势。这降低产能以及效率，这二者均由液体被吹到上部塔板所引起。本发明的目的是有效地去除雾沫夹带。

蒸馏和吸收塔被用于从多成分流中分离选定的成分。通常，例如气液接触塔使用塔板或密封件，有时它们的组合。如果是板式塔，任何润湿的固体表面将通过液相和气相之间附加亲密接触改善质量传输。如果固体表面也可以用作去除雾沫夹带装置，这将是另一个优点。

蒸馏塔板具有两种构造：横流(横流)和逆流(双流)。塔板通常由实心塔板或台板组成，该台板具有多个穿过该台板的孔，塔板被安装在固定在塔内的支承环上。在横流塔板中，气体上升穿过孔，并与移动越过塔板穿过其“活动”区域的液体接触。在该区域中，发生液体和气体混合与分馏。该液体借助来自上部塔板的垂直通道被引导到塔板上。该通道通常被称为入口降液管。液体移动越过塔板，并通过类似的通道离开，该通道通常被称为出口降液管。塔板的活动区域最大地直接影响气液接触，以及质量传输效率。

如果是双流塔板，塔板台板覆盖塔的整个横截区域。气体和液体流动穿过同样的孔，并以逆流的方式接触。由此，不需要降液管。

在该技术领域常见的问题是，气体中的雾沫夹带。当雾沫被夹带在上升气体中时，它被携带到更高的塔板上，由此影响在这些塔板上的混合物成分，导致危害在该工艺混合物中的成分分离效率。可以降低气流速度来减弱雾沫夹带影响，但结果是塔板产量也降低。另一个有害的影响是，雾沫夹带的液体积累在上部的塔板上，并且在该塔板上存在增加的液体量，由此导致过早的液阻现象，以及产能的降低。

改进的目标在于上述类型的气液接触塔板技术，来处理产量和质量传输效率问题。该技术的例子见于多个现有技术专利，包括美国专利No.3,955,419、4,604,247和4,597,916，各个专利转让给格利奇公司(Glitsch，Inc.)，以及美国专利No.4,603,022，该专利授予日本东京的三菱重工株式会社。通过使用挡板、板和去除雾沫夹带装置，其它的性能方面在现有技术中提出。例如，都转让给梅里克公司(Merricks Corporation)的美国专利No.4,105,723和美国专利No.4,132,761，提出安装在工艺塔内的特殊挡板和去除雾沫夹带结构。

Chuang等在美国专利No.5,262,094中说明了可在分馏塔板下使用密封材料基层用于去除雾沫夹带。在塔板下使用密封件进行去除雾沫夹带的其它例子通过如下专利描述，例如，Monkelbann等的美国专利No.5,554,329和No.5,707,563，以及Nutter等的美国专利No.5,975,504。多个其它类型的去除雾沫夹带装置通过如下专利描述，例如，Mahar的美国专利No.4,274,923，Bentham的美国专利No.4,818,346，Stober等的美国专利No.5,837,105和No.6,059,934，以及Ross等的美国专利No.5,972,171。在其它例子中，Lee等在美国专利No.5,762,668中使用结构密封组件来降低在化学工艺塔中的雾沫夹带，并改善质量传输效率。

然而，当使用波浪型除雾装置或结构密封件进行去除雾沫夹带时，这些装置的润湿表面与高速气流直接接触，导致这些液体的再次雾沫夹带。这降低了用于去除雾沫夹带装置的效力。

发明内容

根据本发明，提供一种气液接触器挡板，包括：本体，该本体具有第一部分、第二部分和中间部分，中间部分定位在第一部分和第二部分之间。中间部分是具有第一表面和第二表面的波纹板。该波纹板具有交替的脊状物和横跨各个第一表面和第二表面的开口式通道，该开口式通道在第一部分和第二部分之间延伸。第一部分具有第一收集通道，当来流体流动在第一方向沿着第一表面时，该第一收集通道适用于收集来自中间部分的开口式通道的液体。第二部分具有第二收集通道，当流体流动在第二方向沿着第二表面时，该第二收集通道适用于收集来自中间部分的开口式通道的液体。

下文将描述的是该气液接触器挡板如何改进去除雾沫夹带的效力，并向提高的质量传输提供附加的润湿表面积。结果是与现有技术相比，配备有该设备的塔极大地提高了产能和效率。

附图说明

从对附图作了参考的下面描述中，本发明的这些和其它特性将变得更明显，该附图仅用于说明，并且不用于以任何方式对特殊实施例或所示实施例限制本发明的范围，其中：

图1是化学工艺的局部垂直剖面图，示出所述塔中的挡板和塔板定位的说明性例子。

图2是如图1所示的挡板的背视图。

图3是如图2所示的挡板的侧视图。

图4是如图2所示的挡板的俯视图。

图5是如图2所示的挡板的仰视图。

图6是如图2所示的挡板的正面的透视图。

图7是如图2所示的挡板的背面的透视图。

图8是使用如图1所示组件的去除雾沫夹带的图。

具体实施方式

本发明的非限定性典型实施例，现在将参考图1到图8进行描述。

参见图1，示出了本发明的实施例10。化学工艺塔12安装有多个塔板14，各个塔板具有顶侧16、底侧18和在底侧18与顶侧16之间延伸的孔20。塔板14延伸塔12宽度的一部分。塔板14的大部分边缘22靠近塔12的壁26内表面24。溢流堰28位于沿着塔14的剩余边缘30上，而降流管32位于所述溢流堰28的另一侧上。包括多个挡板34的设备33设置在塔板14底侧18下方的区域36中。

挡板34的较佳实施例现在将参考图2和图3描述。需要认识到，可以改变所述实施例的多个方面，而不偏离本发明的原则或精神，因此下面的描述是非限定性的。在图1和图8中，示出了横流塔板的设计。需要认识到，本发明的设备33也可以使用通常被叫做双流塔板的逆流塔板。

参见图2和图3，挡板34具有本体40，该本体具有中间部分42、具有第一收集通道45的第一或上部部分44、以及具有第二收集通道47的第二或下部部分46。

参见图3，中间部分42包括具有第一表面或背面50和第二或正面52的材料板48。参见图2和图7，板48是波纹状的，如图所示，或被成形来形成一系列其间具有通道56的近似平行脊状物54，在通道56的底部末端具有排出孔57。脊状物54和通道56从靠近顶部边缘58的位置延伸到靠近板48的底部边缘60的位置，位于板48的侧边缘62之间。需要认识到，可以使用板48的其它成形，包括不限制为折叠式成形、正弦波图形，以及这些和其它成形的混合体。

参见图3和图4，第一或上部部分44包括形成第一收集通道45的上部弯曲部分64和凸缘66。弯曲部分64具有开口68，该开口在凸缘66和末端边缘70之间沿着其整个长度延伸。第一收集通道45的弯曲部分64具有靠近凸缘66的多个孔72，液体可以穿过该孔朝向中间部分42的通道56离开第一收集通道45。有利的是，孔72的数量与通道56的数量匹配，并且定位各个孔72使得液体可以通过该孔直接进入对应的通道56。

参见图3，成形第二或下部部分46，使得可以形成第二收集通道47。所述实施例具有呈J形的弯曲部分49。需要认识到，可以使用其它形状来形成第二收集通道47。开口78在沿着整个第二部分46的长度，在靠近中间部分42的第一边缘80和末端第二边缘82之间延伸。参见图3和图5，多个孔86穿过第二或下部部分46使得液体可以向下流出第二收集通道47到达挡板34下方的区域。

参见图3、图6和图7，第一或上部部分44的凸缘66沿着中间部分42的长度在脊状物54的上部末端连接。第二或下部部分46的第一边缘80沿着中间部分42的长度在通道56的基座84的下端上连接。

参见图1，布置挡板34越过塔板34下方的塔12的区域36的长度和宽度。挡板34通常平行排列，使得一列88中的挡板34位于其它列88中的其它两个挡板34之间间隔的紧邻上方或下方。通常挡板34相对于塔12的主轴线和塔板14的平面都成一定角度。挡板34的主平面相对于塔板14的平面所成的角90在5度到85度之间。较佳地，一列88中的挡板34相对于位于该列88紧邻上方或下方的另一列88中的挡板34旋转180度。

本发明的设备33的使用方法现在将参考图8的横流挡板设计进行描述。需要认识到，具有安装在此的设备33的双流板式塔的运行是相似的。

包括多个挡板34的设备33安装成一阵列，使得至少一个列88位于塔12中的塔板14下方。当塔12运行时，液体100溢出塔板14的溢流堰28，并流下降流管32，朝向塔板14紧邻下方的另一塔板14。其范围由曲线104标示的液体100头部，处于降流管32中，导致液体100流过塔板14的顶部表面16，朝向并越过溢流堰28。直接位于塔板14下的区域36中的气体102上升穿过塔板14中的孔20，而气泡穿过液体100。形成的泡沫106具有由曲线所标示的范围。当气泡107离开泡沫106时，气泡形成如箭头标示的向上行进的雾沫108。挡板34拦截雾沫108。参见图6到图8，包含夹带雾沫108的气体102撞击挡板34的正面52和第一收集通道45。雾沫108的液滴聚合，在正面52上形成液体100。在中间部分42的正面52上的所述液体100在朝向第一或上部部分44的第一方向上流动，并穿过第一收集通道45上的孔72，到达背面50上，并进入板48的通道56。液体100在朝向第二或下部部分46的第二方向上流下通道56，通过排出孔57流出通道56，并且被收集在第二收集通道47中。液体100通过孔86离开第二收集通道47，并以液滴110的形式向下方的活动区域112落下。

流下通道56的液体100不暴露到任何高速气体102，并且不经受再次雾沫夹带。

液滴110比雾沫108更重，因此液滴110不会被气体102夹带。

通过该方式，防止形成雾沫108的液体100被气体102夹带，并上升穿过上方塔板14中的孔20。

当与不具有挡板的塔板14的运行相比，通过使液体100沿着挡板34的背面50上的通道56流动并以液滴的形式落下，增加了液体100的表面积，由此改进液体100和气体102之间的质量传输，并因此改进塔12的运行。

通过监视如图1和图8所示的实施例10发现，在塔板14上方形成的雾沫108撞击中间部分42的正面52，并在处于紧邻上方的另一塔板14下方的塔板34的中间部分42的背面50上，被引导形成液体100。当气体速度低时，被携带的液体100被收集在波纹状通道56中，穿过排出孔57向下流出到第二收集通道47，随后通过孔86排出，以液滴110的形式落入下方的活动区域112。当气体速度高时，被携带的液体100被向上推动，并通常在第一收集通道45中结束。收集在第一收集通道45中的液体100重新被向下引导穿过孔72和波纹板48顶部的开口到达背面50。因为向下流到挡板34的背面50上的液体100不经受气流，雾沫108最终被重新引导到活动区域112。由于气体速度持续增长，被携带液体100的一些部分可以被推到挡板34的上部列88上，这些挡板相对于水平面旋转近似角90，但当上部列88相对于下部列88旋转180度时，该近似角与挡板34的下部列88的角90处于相反方向。如果存在的话，挡板34的其它列88相似地彼此相对旋转，并相似地在角90的方向上交替。在挡板34的上部列88上重复雾沫偏转功能。

从本发明的运行产生的好处包括：将塔板作用从雾沫形式转换到泡沫形式；通过从挡板前侧收集雾沫、并将雾沫发送到挡板的背侧、随后将雾沫排出到下方活动区域，使雾沫偏转；并增大用于附加质量传输的液体表面积。本发明的这些有益特性显示出导致更大的产能(高达20％)和更高的塔板效率。

实例

实例1.

实验上显示出，塔板14和作用为“雾沫偏转器”的挡板34的组合在与使用单个塔板相比时，在溢流堰28的每英寸0.5到5.0gpm的溢流堰负载中，可以具有高达15到20％的更高的产能。通过使用不同的气体速度(C因子)和液体溢流堰负载(WL)，对设备进行测试。对于间隔为610mm的标准阀门塔板，当WL为4.0gpm/in，挡板就位时，满产能的C因子从0.39ft/s增加到至少0.46ft/s。

在本专利文献中，词语“包括”用作其非限定性含义来表示跟随该词语的项目是被包含的，但不排除没有特别提到的项目。通过不定冠词“a(一(个))”提到一个元件，不排除可能存在多于一个的元件，除非上下文清楚地要求有且仅有一个元件。

对于该技术领域熟练人员而言清楚的是，可以对所述实施例进行修改，而不脱离如权利要求中所确定的本发明的精神和范围。

Claims (12)

1.一种气液接触器挡板，包括：

本体，所述本体具有第一部分、第二部分和中间部分，所述中间部分定位在所述第一部分和所述第二部分之间；

所述中间部分是具有背面(或第一表面)和正面(或第二表面)的波纹板，所述波纹板具有交替的脊状物和横跨各个所述第一表面和所述第二表面的开口式通道，各个通道在所述第一部分和所述第二部分之间延伸；

所述第一部分具有第一收集通道，当流体流动在第一方向沿着所述第一表面时，所述第一收集通道适用于收集来自所述中间部分的所述开口式通道的液体；并且

所述第二部分具有第二收集通道，当流体流动在第二方向沿着所述第二表面时，所述第二收集通道适用于收集来自所述中间部分的所述开口式通道的液体。

2.如权利要求1所述的气液接触器挡板，其特征在于，所述第一部分在所述背面的所述脊状物的上部末端连接到所述中间部分，而所述第二部分在所述正面的所述开口式通道的底部末端连接到所述中间部分。

3.如权利要求1所述的气液接触器挡板，其特征在于，所述第一收集通道具有：延伸基本其整个长度的开口，所述开口适用于使得夹带的雾沫可进入所述第一收集通道；以及多个轴向隔开的孔，所述孔适用于将收集在所述第一收集通道中的液体释放进入位于所述中间部分的所述背面上的所述开口式通道中。

4.如权利要求3所述的气液接触器挡板，其特征在于，所述第一收集通道中的孔的数量与所述挡板的所述中间部分中的通道的数量相同，所述孔与所述通道紧密对准，使得从一个所述孔中离开的液体被引导进入一个所述通道中。

5.如权利要求1所述的气液接触器挡板，其特征在于，所述第二收集通道具有：延伸基本其整个长度的开口，所述开口适用于使得流下所述中间部分的所述开口式通道的液体可流入所述第二收集通道；以及多个轴向隔开的孔，使得收集在所述第二收集通道中的液体可以从所述孔中以液滴流的形式朝向位于所述挡板下方的活动气液接触区域落下。

6.一种使用多个如权利要求1所述的气液接触器挡板的板式塔，所述挡板定位在所述板式塔中横流或逆流塔板下方的脱离区域中，使得包含雾沫的气体撞击在所述挡板上，由此在所述气体上升到所述挡板上方的所述塔板之前，所述雾沫从所述气体中去除夹带。

7.如权利要求6所述的板式塔，其特征在于，所述挡板在塔板下方的所述脱离区域中布置成至少一列。

8.如权利要求7所述的板式塔，其特征在于，存在至少两列。

9.如权利要求8所述的板式塔，其特征在于，所述至少两列中的相邻列相对于彼此旋转近似180度。

10.如权利要求7所述的板式塔，其特征在于，列的数量在一到五之间。

11.如权利要求6所述的板式塔，其特征在于，各个挡板相对于水平面倾斜5度到85度，在重力作用下所述液体从所述第一收集通道沿着所述中间部分的所述背面的所述开口式通道流到所述第二收集通道。

12.一种用于在板式塔中去除雾沫夹带和改进质量传输的工艺，包括如下步骤：

在各个塔板下方的脱离区域中安装多个布置成至少一列的挡板，使得雾沫撞击到各个所述挡板的所述正面上，并且在气体上升到上方的所述塔板之前被去除雾沫夹带；

各个挡板具有：

上部部分、下部部分和定位在所述上部部分和所述下部部分之间的中间部分，

所述中间部分是具有正面和背面的波纹板，所述波纹板具有交替的脊状物和横跨所述正面和所述背面的开口式通道，各个通道在所述上部部分和所述下部部分之间延伸，

所述上部部分具有第一收集通道，所述第一收集通道适用于收集来自所述中间部分的所述正面上的所述开口式通道的液体，并且

所述下部部分具有第二收集通道，所述第二收集通道适用于收集来自所述中间部分的所述背面上的所述开口式通道的液体；

所述第一收集通道具有：延伸其整个长度的开口，被夹带的雾沫通过所述开口进入所述第一收集通道；以及多个轴向间隔的孔，使得收集在所述第一收集通道中的液体穿过所述孔落到所述挡板的所述中间部分的所述背面上，在所述第一收集通道中的孔的数量与在所述挡板的所述中间部分的通道的数量相同，所述孔与所述通道紧密对准，使得从一个所述孔离开的液体被引导进入一个所述通道；

所述第二收集通道具有：延伸基本其整个长度的开口，流下所述挡板的所述中间部分的通道的液体通过所述开口从位于所述通道末端的所述排出孔流入所述第二收集通道中；以及轴向间隔的孔；

所述挡板相对于水平面倾斜5度到85度，使得具有被夹带雾沫的气体流撞击到所述波纹状中间部分的所述正面上，所述液体聚集形成收集在所述第一收集通道中的液体，所述液体穿过所述第一收集通道中的所述孔流向所述波纹状中间部分的所述背面，随后流下其中的所述通道进入所述第二收集通道，所述液体通过所述孔离开所述第二收集通道而朝向位于所述挡板下方的所述塔的活动区域，所述液体以尺寸大于雾沫尺寸的液滴流的形式落下，使得液体的雾沫夹带大为降低。

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