CN1068235C - 高汽容量复式降液管分馏塔盘装置 - Google Patents
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Abstract
在本发明的复式降液管分馏塔盘的铺面上设有导汽槽，从而增加了塔盘的汽容量，导汽槽指向最近的降液管以减小泡沫高度。位于降液管间较窄的铺面区域中的导汽槽相应地划分成指向相反的两组。在降液管入口上方设有垂向挡板。挡板最好向上延伸至稍低于上方的下一个塔盘的下表面处，挡板的上缘有凹口以容纳上方下一个塔盘的降液管。
Description
本发明涉及高汽容量复式降液管分馏塔盘装置；例如，在分馏塔中使用的，分离挥发性化合物的装置，通常称为分馏塔盘或接触塔盘。
分馏塔盘广泛地用于碳氢化合物加工、化学和医药工业中。因此，为了改进分馏塔盘，人们进行了大量研究、开发和创造性工作。
大多数塔盘具有在塔盘接触表面(铺面)上均匀分布的圆形穿孔，使上升的蒸汽从塔盘表面竖直向上流动。一小部分分馏塔盘利用机械装置，当蒸汽向上穿过塔盘接触面时以规定的方向为蒸汽导向，其中一例见US-A-3,045,989。在该文献中，穿孔可认为具有槽那样的性质，在具体实施例中，利用上升蒸汽将水平液流引导到各个方向。在图4A中，槽的指向完全相反以便促进液流集中于出口降液管118′。
US-A-3,550,916中，在分馏塔盘铺面的有效表面区域上的槽状开口，其指向将上升蒸汽流导向塔盘的出口降液管的方向。US-A-4,065,52中的分馏塔盘的另一种布置中，在塔盘铺面设置的槽引导从槽涌出的气体的方向，从而使液流在塔盘上呈现需要的模型。在该实例中，液体以交替的向心和离心模型流动。该发明的目的是保证液体在接触板上的均匀分布。
US-A-3,282,576中，如第5栏所述，槽可以在单溢流筛分塔盘上布置以促进液体在塔盘上的流动而无需依靠液体的梯度。槽的推力导向开口平行地分排布置，基本面对塔盘的液体出口。US-A-3,417,975公开了分馏塔盘结构的另一种变型，其中，塔盘的铺面部分具有圆形穿孔和导流槽。该文献图1中以及US-A-3,282,576的图3中所示的槽具有与本发明相似的性质。在US-A-3,417,975的装置中，导流槽在铺面横向上不均匀间隔开来，以提供靠近塔盘周边的槽的较高的集中性。
US-A-3,759,498公开了分馏塔盘铺面的另一种布置，其中采用了圆形穿孔和导流槽。槽的布置是为了增加塔盘的不位于入口和出口降液管之间的直接流动通路上的周边部分的液体速度。槽的指向将液体导入或导出上述本来会滞流的区域，因而提高了塔盘的总效率。应注意的是，这种塔盘以及上面提到的那些塔盘并不是降液管紧密布置，不受非均匀液流模型影响的复式降液管塔盘。
US-A-4,101,610公开了一种单溢流分馏塔盘，其铺面有圆形穿孔和导流槽。导流槽的布置是为了将塔盘上的液体导向出口降液管，其目的是减小塔盘表面上的滞流区域，以及减小横过塔盘的液体梯度。
US-A-4,499,035公开了单溢流汽-液接触塔盘表面的另一种布置，在其塔盘铺面上采用了圆形穿孔和导汽槽。该文献在从入口降液管至塔盘铺面的液体入口处特别设有促进起泡的装置。
在上述各文献中的导汽槽的作用不同于本发明的复式降液管塔盘。在上述各文献中，槽的一个基本用途是减少长液流路径可能导致的横过塔盘的液体梯度。在这些现有技术中的导汽槽的另一个基本作用是将液体推入或推出入口和出口降液管间的直接液流通路之外的铺面区域。复式降液管塔盘的独特结构排除了在塔盘铺面上采用导汽槽的这两个原因。
CA-A-785,739中的图3a和3b所示塔盘铺面结构据信是有关的现有技术。在上述图中所示的塔盘表面所具有的导汽槽处于不同的方向，包括面对完全相反方向的导汽槽。这种塔盘采用导汽槽是为了促进横过塔盘的液流，防止或减小在塔盘表面上形成液体梯度。
在出口降液管的入口上方使用“防跳”挡板公开于Glitsch公司发行的镇流塔盘设计手册(ballast tray design manual,1974年版权出版号4900第四版)中的图10中。
US-A-3,410,540据信是有关的现有技术文件，其中的复式降液管塔盘采用了与本发明的塔盘相似的非常独特的降液管设计。
US-A-4,174,363公开了一种小金属罩设计，小金属罩通过螺栓固定在塔盘上表面上，以促进停滞的液体从塔壁流向塔盘的有效区域。该文献所述装置可用于单溢流塔盘和如本发明所采用的复式降液管塔盘。该文献还表示了导流槽在单溢流塔盘的有效铺面表面上的应用。与上述文献公开的技术内容相比较，本发明装置的导汽槽是用来增加汽容量，同时又保持了相同的效率。
本发明的目的是提供一种与更广泛应用的单溢流塔盘不同的高汽容量复式降液管分馏塔盘装置。本发明是通过减小泡沫高度并降低在向着更高塔盘上升的蒸汽中的液体携带量而起作用的。在本发明中，导汽槽设置在位于相邻降液管之间的较窄的铺面区域上，将蒸汽导向最近的降液管。导汽管最好指向最近的降液管。塔盘还具有位于降液管入口上方的防跳挡板以防止液滴跳过降液管而进至另一铺面部分。该挡板在下一个更高的塔盘的降液管之间向上延伸。
因此，本发明的一个实施例的特征是用作进行分馏的装置，它包括垂向对准的上部第一和下部第二汽一液接触塔盘，每个塔盘具有一个基本呈圆形的外周，并包括：(ⅰ)至少两个窄的，槽形降液管，降液管相互平行，且横过降液管等距间隔开来，每个降液管由两个相对的侧壁和两个相对的，短于侧壁的端壁构成，侧壁和端壁垂直于塔盘平面，每个降液管具有可液体密封的出口装置；以及(ⅱ)多个长形汽-液接触铺面，汽-液接触铺面邻接每个降液管侧壁，使塔盘具有比降液管装置至少多一个的汽-液接触铺面；在由汽-液接触铺面形成的整个表面上均匀地分布着穿孔，所述穿孔的至少一部分呈导汽槽的形式，所述导汽槽具有面对降液管侧壁的开口；所述装置的特征在于：所述第二塔盘的降液管垂直于所述第一塔盘的降液管，每个塔盘具有多个防跳挡板，防跳挡板包括一垂向板，其在中央地装在塔盘的降液管上且平行于降液管的侧壁；下部第二塔盘的防跳挡板具有包围上部第一塔盘的降液管底部的凹口。
现对照以下附图详述本发明：
图1是本发明分馏塔盘一实施例的俯视图。平行的降液管布置在汽-液接触板3之间。
图2是采用本发明塔盘的稍许变化的实施例的分馏塔的垂直剖视图。
图3是降液管上部的垂直剖视图，降液管具有一个防跳挡板7，挡板7由支脚8在降液管上部开口上方固定在中央位置上。
图4所示的垂直剖视图表示向下伸入降液管的防跳挡板和在降液管底端的具有穿孔底板14的可液体密封的出口装置。
图5所示降液管下部的剖视图中画出在降液管下端的可液体密封的出口装置的一种变化结构，它具有一个通过支脚11安装于降液管敞开的底端的密封槽16。
图6是穿过接触板3一部分的剖视图，画出了导汽槽4的侧视图。
图7是接触板3一部分的剖视图，该图是沿图6中剖开线7面向导汽槽4的出口看去的。
图8是按实际比例所画的一小部分铺面，用来表示在一块铺面材料上适当的圆形穿孔9和导汽槽4的相对尺寸及设置情况。
图9是分馏塔1的横剖面，该图是对着具有防跳挡板7的复式降液管塔盘向下看去的，表示另一种类型的穿孔10。
图10表示本发明的一个实施例，其中，防跳挡板向上伸过下一个上方塔盘的降液管2的底部。
图11是一部分降液管2的顶视图，表示撑杆15和斜撑18的细节。
汽-液接触装置广泛地应用于各种场合，使在整个装置中基本向下流动的液体与上行的蒸汽接触。例如，这种装置广泛地用来使一种蒸汽与一种处理液接触，处理液有选择地从蒸汽中提取一种化合物产品或分离出杂质。因而本发明的装置可以应用在酸性气体吸收器或汽提塔中或者应用在环氧乙烷吸收器中。汽-液接触装置的另一种应用是经过分馏分离化合物。下面集中讨论通过分馏分离化合物的方法，但这决不是想将本发明的装置局限于这种操作模式。
本发明的装置可以用来通过分馏来分离必须分离的化合物或通过分馏来净化。分馏塔盘广泛地应用于分离碳氢化合物如丙烷，丙烯、苯和甲苯，或者用于分离各种碳氢化合物馏分如液化石油气，挥发油或开罗油。用本发明的装置分离的化合物并不局限于碳氢化合物，而是可以包括可用分馏法分离的任何具有足够的挥发性和温度稳定性的化合物。这些物质的例子可以是；乙酸，水，丙酮，乙炔，丁二烯，甲酚，二甲苯，氯苯，乙烯，乙烷，丙烷，丙烯，二甲苯酚，乙烯基乙酸盐，酚，异丁烷或正丁烷，戊烷，庚烷，己烷，卤化碳氢化合物，醛，醚如MTBE和TAME，以及醇，包括叔丁基醇和异丙基醇。
接触塔盘质量的两个决定性因素是分离效率和液或汽交通容量。本发明的目的是提高复式降液管塔盘的容量。
分馏的能力往往局限于对通过塔盘的上升汽流速度增加的处置能力。这种局限一般伴随有在塔盘上的液体被携带到上升汽流中去并上升至下一个塔盘的倾向。因而一个塔盘的汽容量往往当该塔盘上表面上的“泡沫”高度达到下一塔盘的底面时就已达到。在分馏塔盘或任何种类的接触塔盘上的过大的泡沫高度可致使液体向上穿过上方塔盘的铺面。然后液体向上通过。因此，一般希望减小泡沫高度以增加塔盘的汽容量。因此，本发明的另一个目的是减小在复式降液管塔盘上的泡沫高度。
在进一步描述本发明之前，对本文所述“复式降液管塔盘”进行定义和说明其特征是有益的。本文中用上述术语使本发明区别于分馏塔盘的其它种类。
复式降液管塔盘有若干特征区别于普通的单溢流塔盘。首先，复式降液管塔盘没有“接受盘”，接受盘是在降液管入口下面的无孔隙部分，请参阅US-A-3,550,916，其中图1画出了接受盘1。这是一个无孔隙区域，通过降液管下降的液体在流至塔盘的铺面之前先冲击在该无孔隙区域。在复式降液管分馏塔盘中，塔盘的水平表面区域基本分成降液管装置和通常称为铺面的汽-液接触区域。没有无孔隙区域用来接受从紧临的上方塔盘降下的液体。
复式降液管分馏塔盘的另一个区别特征是横跨塔盘设有相当大量的槽状降液管装置。这些降液管装置与普通的单溢流分馏塔盘相比较，间隔较为紧密。在同一塔盘的相邻降液管之间的距离(在其侧壁或其堰部之间测量)一般介于0.3m和1.0m之间，往往小于0.5m。这样，当从上方看去时，复式降液管塔盘具有一种独特的结构，由横跨分馏塔盘上面表均匀间隙开来的交错的铺面区域和降液管装置构成。
与在普通单溢流分馏塔盘上采用的降液管相比较，复式降液管塔盘的实示的降液管装置也是独特的。这种降液管装置不向下伸向相邻的分馏塔盘，而是在两塔盘间的中间位置止住。因而从上方塔盘降下的降液管在下方塔盘入口或顶部之上相当距离处止住。塔盘的降液管的顶部或入口往往也用作塔盘出口堰部，因而可以看出，上方的复式降液管塔盘的降液管的底部在下方的塔盘的出口堰部上方相当距离处。
复式降液管塔盘上的降液管通常与上、下方塔盘的降液管呈90°角。因而在垂向相邻的复式降液管塔盘上的降液管是垂直的而不是平行的。
复式降液管分馏塔盘的另一个区别特征是在降液管装置的底部或出口设有可液体密封的装置。因而降液管装置的底部部分地由一块带有各种穿孔的板或由可阻止向下流动的液体直接从降液管装置流出的某种其它装置所封闭，见图4和5。这种可液体密封的出口在下方塔盘的铺面上方相当距离处，且在下方相邻塔盘相关降水管入口上方的一点上。降液被收集在降液管装置的下部中，并通过上述开口或其它机械布置溢落在下方相邻塔盘上。
在本发明的复式降液管塔盘的降液管底部没有入口堰部。可液体密封的出口发挥这种功能，见图2。
复式降液管塔盘的特征是在液体初次落在塔盘上的那一点和液体通过降液管离开塔盘的那一点之间有很短的液流路径。这主要是由于上述降液管的封闭间距。除了在塔壁和端部降液管之间外，从上方塔盘降下的液体还在两相邻降液管之间的中点处落向塔盘表面。因而从液体到达塔盘的那一点至降液管入口的距离，对于大部分液体来说，总是小于降液管之间距离的一半。这种液体必须受到通过铺面上升蒸气通路的搅拌作用而运行的短距离，使重复降液管塔盘从液体入口至流出部位基本没有液面梯度
在前述单溢流塔盘的参考文献中的导向槽用于促进横跨塔盘表面的液流。这样做是为了消除滞流区域，不均衡的停留时间和液面梯度。复式降液管塔盘没有上述缺陷，因而并不需要采用补救上述单溢流塔盘缺陷的导向槽。这种槽是用来增加汽容量的。
降液管壁之间的距离(铺面部分的宽度)介于1和0.3m之间，平均液流路径小于0.5至0.15m。
为了指导本发明装置的设计和使用，以及为了使本发明的复式降液管塔盘区别于普通的单溢流塔盘，下面是商用复式降液管塔盘的测量尺寸范围。垂直相邻的塔盘之间的间距一般在20和91cm(8-36英寸)之间，最好为25和61cm(10-24英寸)之间。铺面的总敞开面积一般为铺面面积的百分之六至五至十五的范围内。这包括在塔盘铺面面积上本发明的圆形开口和长槽的敞开面积。圆形穿孔的孔径一般可为0.3到2.6cm(1/8至1.0英寸)的范围内。最好为0.47至0.64cm(3/16至1/4英寸)的范围内。由槽提供的敞开面积最好为铺面面积的0.25％至5％。铺面的典型厚度大约为0.19cm至0.34cm。
复式降液管塔盘的降液管的入口一般为6至25cm(2.5-10英寸)宽。从可液体密封的装置的出口堰部的水平顶缘至其底部测出的降液管的高度一般在15.2和45.7cm(6-18英寸)之间。这包括降液管向上和向下伸出铺面的高度。在降液管上方的防跳挡板一般至少为7.5cm至多为35.6cm(3-14英寸)高，其长度一般大至等于有关的降液管装置。复式降液管塔盘的进一步细节请参阅US-A-3,410,540，该文献在本文中用作参考。
本发明通过在分馏塔盘的铺面部分上设置许多导汽槽实现增加复式降液管塔盘的汽容量的目的。这些槽的走向使通过这些槽向上穿过铺面的气流以最近的降液管装置的方向对塔盘上的液体或泡沫作用一个水平推力。复式降液管分馏塔盘一般具有至少两个降液管装置，但是较小的塔盘可以只有一个降液管装置。因此，每个复式降液管塔盘一般具有至少一个沿每个横向侧具有降液管装置的铺面部分。因而在两侧具有降液管的铺面部分上的槽包括朝着最近的降液管装置的完全相反方向走向的槽。
这种独特结构设计所具有的新颖功能是，将泡沫导向并导入复式降液管塔盘的降液管。对比而言，在现有技术中，单溢流塔盘为减小液面梯度或消降滞流区域采用使液流横过较长的液流通路的方式。
通过槽上升的汽流离开槽时具有一定的水平分量，与塔盘表面成一定角度，并且铺面上的液相或悬浮液滴施加一些不平动量。这样就提供了将泡沫推向降液管装置的净力。因而形成了泡沫进入降液管装置的更为快速的通道，并减少了塔盘上的泡沫高度。
在铺面上出现的这种搅动会使悬浮液滴产生不稳定的，有时甚至很有力的水平运动。因此，本发明的一个特征是，在降液管装置上设置“防跳”挡板，以防止液体横过降液管入口。防跳挡板的功能是阻断液体在降液管上的水平通路并将液体导入降液管。防跳挡板基本可吸收液滴的水平动量，防止液滴越过防跳挡板并使液体靠重力落入降液管入口。由于设置了防跳挡板，可改善塔盘的性能和结构，有助于实现本发明的目的。
参阅附图可更完整地理解本发明。图1表示朝向复式降液管塔盘的上表面看去的视图。在该图中所示的具体塔盘具有六个降液管，由分馏塔1的圆筒形壁所包围。每个降液管装置2由二个降液管端壁5和两个平行侧壁6构成。降液管在塔盘上均匀分布。塔盘的穿孔铺面3位于降液管之间。铺面也在最端部的降液管和塔盘外周之间延伸，也就是说，在端部降液管和塔盘外周之间的塔盘部分也有穿孔铺面，而且在其上放置有效的汽-液接触装置。铺面具有标准的对称(圆形)穿孔9，均匀地分布在铺面表面上，还具有导汽槽4。为表示细节，图中的槽和穿孔不是按比例画出的。
在任意相邻的一对降液管装置之间的铺面部分上的槽被分成指向完全相反的两组。从一组槽上升的蒸汽水平运行的方向与通过该铺面部分的另一降液管附近的第二组槽上升的蒸汽的水平运行方向相差180°角。图1所示的具体塔盘没有采用防跳挡板。
图6表示一个铺面材料3的部分，图中表示圆形穿孔9和导汽槽4的典型尺寸和形状。在该实例中，开口指向图的下端，并将上升汽流以从图1向下的方向导向。在本发明中并不认为圆形穿孔间隔的精确对准是一个控制性变量。同样，只要通过导汽槽上升的蒸汽的推力方向对泡沫和液体所施加的水平动量基本朝向最近的降液管，也不认为导汽槽的放置是十分关键的因素。导汽槽在塔盘表面可按直线放置，也可以曲折排列。为便于画图，在图1中只画出两排导汽槽，实际上在铺面区域上可放置许多导汽槽。
在导汽槽之间的典型最大间距在大约5至17.8cm(2至7英寸)的范围内。在整个铺面区域上，穿孔最好以均匀的方式分布。为了降低制造成本，一般是先在铺面材料上进行穿孔，以形成需要数目的圆形孔，然后再进行第二个穿孔步骤以形成导汽槽，并不注意导汽槽开口是否落在了圆形穿孔之间。因此，如图8所示，某些导汽槽开口实际上落在与圆形穿孔相同的位置上，构成导汽槽的铺面材料部分上也可以有穿孔。
图2是剖开分馏塔从水平方向看去的剖视图。图中表示了三个复式降液管分馏塔盘，每个塔盘都采用了防跳挡板。该图所示为在交错塔盘上降液管的推荐的和普通的垂直布置。最上部的塔盘是对准降液管侧壁6看去的视图，在该视图中，防跳挡板7通过支脚8固定在降液管上方。在图2中表示的防跳挡板的一个特征是，其底缘17位于有关降液管上缘13的上方。该图还表示出复式降液管塔盘的一般特征，即，降液管装置位于塔盘铺面上方总高度的大约1/5至1/4，以便使降液管装置的出口堰部在铺面下方延伸。
在图2中的中间塔盘中，防跳挡板装置平行于降液管装置2。导汽槽4的方向指向最近的降液管装置。因而可以看出，在两相邻降液管装置的导汽槽指向相反，也就是说，与一降液管最近的那些导汽槽指向该降液管。因此，沿着两相邻降液管装置之间的一条中线，导汽槽的指向分成两组，各指向最近的降液管装置。图3是图2所示降液管上部以及一部分有关的铺面材料的放大剖视图。铺面3通过图中未示的装置连接于降液管的侧壁6。为了支承铺面，一般将一角件焊接在降液管上，第二块角件用螺栓固定在铺面上方的壁上以形成一条槽。圆形穿孔9均匀分布，穿过铺面。导汽槽位于降液管装置两侧，其开口面对降液管侧壁6。防跳挡板7由中间撑脚8支承，撑脚8可通过螺栓固定于防跳挡板7和侧壁6。防跳挡板最好位于降液管两侧壁中央，基本与降液管长度相同。挡板的总高度至少是降液管侧壁高度的三分之一。挡板可完全位于降液管入口的上方，但最好伸入降液管，如图4所示。
图4表示降液管和防跳挡板7的另一种布置。与图3一样，降液管2的侧壁也连接于铺面3，但是，防跳挡板7由撑杆15支承，撑杆15通过螺栓固定于降液管侧壁6的上端。撑杆15垂直于防跳挡板7。最好采用这种布置，因为它可以增加降液管装置自身的刚性。图4所示布置的另一个特征是，防跳挡板的下缘17位于降液管装置中，也就是说，防跳挡板的下缘低于降液管入口的上缘13，挡板的下部在降液管中。挡板可向下伸至铺面的高度。该图还画出若干替代方案之一，按其可构筑降液管装置2的底面，在该实施例中，底板14连接于两侧壁6。在底板14上设有许多较大的开口或穿孔10，以便使积存在降液管中的液体快速排出。底板14的目的是充分阻止液体流动，使降液管装置的底部可通过液体密封蒸汽的向上通路。
复式降液管塔盘结构的一种变型是在降液管底部设置开口，它构成在降液管底部所需要的可密封的出口的一个部分。上述开口可以是圆形，方形或者沿降液管宽度或长度方向的长形。推荐采用如图9所示的圆形开口和在两侧壁6之间延伸的长槽(有时称格栅)。
图5表示在降液管装置底部需要的可液体密封的装置所适用的另一种结构。在本发明的这个实施例中，密封槽16通过垂向短脚11连接于降液管装置的下部，短脚11可通过螺栓固定于侧壁6的底端和浅的槽16的两侧面。降液管侧壁的下缘12和密封槽内表面之间的空间敞通以作为液体通路。由密封槽的顶部在降液管下缘上方抬高而形成的微小密封差连同下降的液体的动量足以防止气体进入降液管装置。由于气体进入降液管装置会使气体形成塔盘接触区域的旁路，因而总是不理想的。
图6和7表示导汽槽4的一个实施例。在图6的从导汽槽横向看去的剖视图中，带有圆形穿孔9的导汽槽分布在铺面材料上，槽4是在铺面的一部分上形成的。槽是通过切割和拉伸金属形成的，使槽在铺面的表面抬高一个角度。铺面在使用中的分馏塔盘中一般是以绝对水平的位置安装的。角度“α”最好在5°和45°之间。图7是图6相同一块铺面材料的剖视图，是朝向槽4的开口方面看去的。在这个具体的实例中可以看出，槽是一较平的上表面形成的，所述上表面通过倾斜侧面连接于塔盘。
导汽槽可制成不同的形状，例如，当与图7一样朝向开口看去时，槽的顶面的总体形状可以是圆形的或椭圆形的。虽然槽的顶面最好由倾斜侧面连接于铺面，但是导汽槽也不必非得这样构制。因此，槽可以沿槽侧切割金属以及在槽的敞开前部切割而形成。以这种方式构制的槽最好较长，使得向上穿过槽的总气量中只有极小量是以平行于降液管装置的方向，通过槽的侧面流出的。最好使气体在很大量的导汽槽中向上穿过塔盘。槽的密度一般将超过每平方米铺面2.2个槽(每平方英尺铺面24个槽)。
在降液管的底部上的格栅，开口或孔的位置应使流出开口的液体落在铺面材料上而不是落入下一塔盘上的降液管装置的敞开的上端。使液体直接落入下一降液管是不理想的。
图9是向下看采用本发明复式降液管塔盘的分馏塔1的一部分的详图。该塔盘本身向外伸至塔的容器壳或外壁的内表面。铺面3从容器壁的内表面伸至第一降液管2。这一部分塔盘表面含有只指向这个降液管装置的导汽槽。位于上述第一降液管装置和向内的下一个降液管之间的塔盘表面部分含有指向相反的导汽槽。为了便于画图，这些槽不是按比例绘制的。该图是向下朝降液管装置2中看去的视图，降液管装置2具有与其对准且与两侧壁6等距的防跳挡板7。防跳挡板由撑杆15固定在位并支承，各撑杆15是沿降液管的长度定位的。在该图中表示了在降液管底板上的两种不同的开口结构。圆形穿孔10在最内降液管的一部分上，而长格栅10′在同一降液管的另一部分和向内的下一个降液管上。开口相应于塔下方的下一个塔盘上的铺面而成组地布置。
图10是塔1的垂直剖视图，表示两个垂向对准的塔盘，每个塔盘有4个降液管2。该图的尺寸大致是按照下述第二试验装置的尺寸按比例绘制的。在该图所示实施例中，下方塔盘的挡板向上伸出高于降液管，使防跳挡板的上缘19在降液管侧壁下缘12的上方，因而在降液管本身的底部上方。在这个实施例中，下方塔盘的挡板上缘，以及其下面的那些，都稍许下凹以容纳降液管。最上部塔盘的防跳挡板的上缘是平的，最好弯曲成一个小唇边以增加挡板的刚性。在下方的塔盘的挡板各部分的上缘在顶部也弯曲成唇边。所有防跳挡板的下缘最好是直的，大致位于塔盘铺面的高度上。
在防跳挡板上缘和塔盘铺面的底面之间(降液管之间)的垂向距离“d”可以在一个相当的范围内变化。防跳挡板的上缘在降液管之间向上延伸，使上述距离“d”基本等于在包围降液管底部的防跳挡板凹口中设置的等距。这种最大的向上延伸在图中由虚线20表示，虚线20追随上方塔盘下表面的形状。上方塔盘下表面和防跳挡板上缘之间的分离沿着防跳挡板的整个长度基本是均匀的。挡板最大的向上延伸或者也可以只沿着在降液管之间的挡板较长的部分出现，而终端部分与降液管下的部分一样高。防跳挡板可连接于降液管以进一步加固防跳挡板。
图10也画出加固支撑15的轮廓，支撑15是在降液管2横向上延伸的，并有凹口以接纳防跳挡板7的下缘。因而支撑15的底部在挡板下方，并伸入降液管中。挡板7和支撑15伸入降液管中有助于减少降液管中的紊流并改善汽和液的分离。
图11表示为了在降液管上方支承防跳挡板而最好采用的结构件的细节。这些结构件包括撑杆15和斜撑18。这些结构件是沿挡板长度变化的。撑杆15最好但又不必整个位于降液管的槽中。图中所示撑杆的形状有一个中央凹口，该凹口接纳并包围防跳挡板7的下部以防止侧面运动并支承挡板。撑杆沿降液管宽度方向延伸并连接于降液管的两侧壁6。斜撑18成对地使用，防跳挡板每侧连接一个斜撑。如图10所示，斜撑的顶部呈三角形。这些支撑件的目的是增加防跳挡板上部的刚性。图11也表示降液管底板14上的一组开口10。
本发明的一个实施例的特征可以是在化合物分馏中使用的塔盘，这种塔盘具有一个基本为圆形的外周，包括至少三个窄的，矩形槽状降液管，它们相互平行，等间距地在塔盘上分布，每个降液管由两个相对的侧壁和两个相对的端壁构成，端壁短于侧壁，侧壁和端壁在两个方向上垂直于塔盘平面，并具有在塔盘平面一侧的上缘，每个降液管具有基本敞开的入口和位于塔盘平面第二侧面(下侧)的可液体密封的出口；多个长形的汽-液接触铺面，汽-液接触铺面邻接每个降液管装置的侧壁，使塔盘具有比降液管装置多一个的汽-液接触铺面，未封盖的对称的，最好是圆形的穿孔均匀地分布在汽-液接触铺面上，降液管装置的侧壁构成在接触铺面相对侧的，平行的液体出口堰部；位于在汽-液接触铺面上的导汽槽，导汽槽的开口面对最近的降液管装置，位于相邻的降液管装置之间的汽-液接触铺面具有第一组和第二组导汽槽，这两组导汽槽的指向完全相反；以及防跳挡板装置，它具有至少一块垂向板，垂向板从降液管装置入口垂向向外延伸且高于入口，与降液管装置的侧壁平行。这种挡板可以为本说明书所描述的多种形式之一。在不同的实施例中，塔盘可以具有一，二，三，四，五或更多的降液管。
本发明更广泛的实施例是分馏塔，它包括一封闭的圆筒形外壳，内有多个本发明的塔盘，垂向相邻的塔盘(由降液管方向规定)相互垂直。整个装置包括普通的，用于输送待接触的液和汽流的附件如重沸器和回流系统。实例
曾对本发明的塔盘在两种不同的装置中进行过多次实验检测，塔盘含有导汽槽和防跳挡板。实验的目的是将本发明的塔盘与普通的复式降液管塔盘进行对比。普通的塔盘只有圆形穿孔，其开口面积与本发明塔盘大致相同。对于每种塔盘，在不同的液体速度和F因素下测量泡沫高度。F因素定义为Vs乘以dg(dl-dg)的平方根，其中Vs为以起泡面积为基础的空气速度，dg为空气密度，dl为液体(水)密度。因此，泡沫高度可在不同的F因素下进行对比以评价本发明塔盘的减小泡沫高度的能力。这种实验也可评价和对比每种塔盘的汽容量。当泡沫高度达到上方塔盘时即测定出最大汽容量。上述情况称为塔盘的溢流点。
第一个使用的试验装置是方形塔，其尺寸大约为0.61m×0.61m(2英尺×2英尺)。这种装置的尺寸易作变化，故使用这种装置，用空气和水作流体来检验新的构思。在这种塔中可得到的高的汽速率用来评价和比较普通的复式降液管塔盘和本发明的降液管塔盘的泡沫高度和汽容量。试验塔由三个塔盘构成，塔盘间距为38.1cm(15英寸)。每个塔盘具有一个宽度为12.7cm(5英寸)。每个塔盘具有一个宽度为12.7cm(5英寸)的总起泡面积为0.29cm2(3.1平方英寸)的降液管。降液管总高度为16.5cm(6.5英寸)，其中3.8cm(1.5英寸)伸高于塔盘铺面，作为出口堰部。铺面是用0.19cm(0.076英寸)厚的不锈钢板制成的，其上具有直径为0.476cm(0.1875英寸)的穿孔。对于有导汽槽的塔盘来说，每个“c”型槽的敞开面积为24.4mm2(0.038平方英寸)，每个塔盘具有一块16.5cm(6.4英寸)高的防跳挡板。本发明的塔盘的圆形穿孔占盘铺面有效(起泡)面积的14.2％，导汽槽占有效面积的2.0％。未开槽(普通的)塔盘的敞开面积(只有圆形穿孔)占16.3％。
上述试验结果表明，开槽的复式降液管塔盘与未开槽的复式降液管塔盘相比，大大减小了泡沫高度。在高的汽速率下，开槽的塔盘观察到的泡沫高度的减小高度为8.4cm(3.3英寸)。泡沫高度的减小使本发明的塔盘能够以高得多的汽速率(即F因素)工作。因此，上述试验确定了本发明的带有槽和挡板的塔盘比未开槽和无挡板的复式降液管塔盘具有更大的汽容量。
第二个装置使本发明的塔盘可以在商用规模的设备上进行评价。这种塔直径大约为8英尺，具有三个塔盘，塔盘间距为30.5cm(12英寸)。塔盘具有4个12.7cm(5英寸)宽的降液管，降液管总高度为16.5cm(6.5英寸)。降液管伸高于塔盘铺面2.54cm(1.0英寸)。这种开槽的塔盘因圆形穿孔所具有的敞开面积占12.5％，因槽所具有的敞开面积占1.8％。这种塔盘也具有20.3cm(8.0英寸)高的防跳挡板。普通的塔盘的敞开面积占14.4％(只有圆形穿孔)。
这种8英尺试验塔在大气压下工作，使用空气和水作试验流体。塔盘试验表明，与普通塔盘相比，本发明的塔盘大大地减小了泡沫高度。以堰部液体载荷量6.051/msec(0.065CFS/ft堰部)进行的试验中，在高的汽速率下，开槽的塔盘泡沫高度减少7.3cm。这种试验的结果证实了以前较小的试验塔中的结果。由于本发明的塔盘减小泡沫高度的能力，本发明的带有导汽槽和挡板的复式降液管塔盘比普通的复式降液管塔盘具有更高的汽容量。在各种液流速率下，8英尺塔的溢流点示于表1中。液流速率是以堰部的立方英尺每秒/英尺给出的。表1的F因素代表当塔盘上的泡沫完全充满塔盘间距时的汽速率。对于高达6.051/m-sec(0.065CFS/ft)的堰部液体装载来说，已发现本发明的塔盘的汽容量比普通复式降液管塔盘增加15至22％。表1
液流速率 F因素CFS/ft ls/m 普通塔盘 改进的塔盘0.040 3.72 0.350 0.4050.052 4.84 0.333 0.3880.065 6.05 0.300 0.367
虽然并不想拘泥于某种具体理论，但是据信本发明通过向悬浮在塔盘铺面上方的液滴施加了一种净水平运动，因而改善了性能。这种运动是动量从通过导汽槽上升的气体传递至悬浮液滴的结果，因而大量悬浮液滴流入降液管敞开的上端并落入降液管。泡沫以这种方式更迅速地从塔盘表面除去。
导汽槽也可能倾向于使液滴具有更平的(更水平的)平均轨迹，因而与从圆形穿孔垂直向上喷出的液滴碰撞，这能减小具有初始垂向轨迹的液滴达到的平均高度。
本发明塔盘提高的性能可以在另外两个进行实际分离的试验中证实。在一项大学试验室使用60cm直径塔分离甲醇和水的试验中，已经肯定本发明的塔盘的效率与现有技术的复式降液管塔盘相比并未下降。
一项更令人信服的试验结果是在用本发明的塔盘更换用于从乙烯分离乙烷的商用分馏塔中安装的普通复式降液管塔盘时取得的。这种更换使分馏塔以从前容量的115％运行，而分离效率并未下降。据信容量甚至可以增加得更大，但尚未得到增加的分馏塔供料。
Claims (1)
1．一种高汽容量复式降液管分馏塔盘装置，这种装置具有垂向对准的上部第一和下部第二汽-液接触塔盘，每个塔盘具有基本呈圆形的外周，并包括：
(ⅰ)至少两个窄的槽形降液管(2,2)，它们相互平行并在塔盘上等距分布，每个降液管(2)由两个相对侧壁(6,6)和两个短于所述侧壁的相对端壁(5,5)构成，所述侧壁和端壁垂直于塔盘平面，每个降液管具有可液体密封的装置(10)；以及
(ⅱ)多个长形汽-液接触铺面(3)，汽-液接触铺面邻接于降液管的每个侧壁(6)，使塔盘具有至少比降液管装置(2)多一个的汽-液接触铺面(3)，在由汽-液接触铺面(3)形成的整个表面上基本均匀地分布着穿孔(9)，所述穿孔(9)的至少一部分呈导汽槽(4)的形式，所述导汽槽(4)的开口面对降液管侧壁(6)；
其特征在于：所述第二塔盘的降液管(2)垂直于所述第一塔盘的降液管，每个塔盘具有多个防跳挡板(7)，所述防跳挡板包括一块垂向板，其平行于降液管侧壁(6)，装在降液管(6)的中央，所述下部第二塔盘的防跳挡板(7)具有凹口，其包围着所述上部第一塔盘的降液管的底部。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20010711 Termination date: 20111007 |