專(zhuān)利名稱：液體分配器內(nèi)檔板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在用于傳熱和/或傳質(zhì)過(guò)程的交換塔中使液體由液體分配器分布到填料上的裝置和方法。所述裝置和方法特別可用于利用蒸餾的低溫空氣分離過(guò)程中，但所述裝置和方法也可用于使用液體分配器和填料的其它傳熱和/或傳質(zhì)過(guò)程中(例如無(wú)規(guī)則填料或規(guī)整填料)。
這里所使用的術(shù)語(yǔ)“塔”是指蒸餾或分餾塔或區(qū)，即其中液相和氣相逆流接觸以實(shí)現(xiàn)流體混合物的分離的塔或區(qū)，例如氣相和液相在設(shè)置在所述塔內(nèi)的填料元件上或在一系列垂直間隔排列的塔盤(pán)或塔板上進(jìn)行接觸。
術(shù)語(yǔ)“填料”是指預(yù)定尺寸、形狀和構(gòu)型的實(shí)心體或空心體，其用作塔內(nèi)構(gòu)件來(lái)提供在兩相逆流過(guò)程中使得在液-氣相界面發(fā)生質(zhì)量傳遞液體的表面。兩大類(lèi)填料是“無(wú)規(guī)則”和“規(guī)整”填料。
“無(wú)規(guī)則填料”是指其中單獨(dú)的個(gè)體互相或相對(duì)于塔軸沒(méi)有明確的取向的填料。無(wú)規(guī)則填料是小的、空心結(jié)構(gòu)，其向塔中隨機(jī)充填的單位體積具有大的表面積。“規(guī)整填料”是指單獨(dú)的個(gè)體互相或相對(duì)于塔軸具有特殊取向的填料。規(guī)整填料通常由延展的金屬或編織絲網(wǎng)制成，其分層或呈螺旋盤(pán)繞物疊置；但也可使用其它的構(gòu)造材料，如平板金屬。
術(shù)語(yǔ)“孔口”、“孔”、和“開(kāi)口”在這里交互使用，是指流過(guò)流體的孔口。雖然在附圖中圖示的是圓形孔口，但所述孔口可是其它形狀，包括不規(guī)則以及規(guī)則形狀。
空氣的低溫分離是通過(guò)使液體和蒸氣經(jīng)蒸餾塔逆流接觸來(lái)進(jìn)行。混合物的氣相上升，揮發(fā)性大的組分(如氮)隨著上升而濃度增加，而混合物的液相下降，不易揮發(fā)的組分(如氧)隨著下降而濃度增加。
可使用各種填料或塔盤(pán)來(lái)使混合物的液相和氣相進(jìn)行接觸，從而實(shí)現(xiàn)兩相之間的質(zhì)量傳遞。使用填料來(lái)用于蒸餾是標(biāo)準(zhǔn)的作法，其具有許多優(yōu)點(diǎn)，其中壓降是重要的。但填料塔的性能在很大程度上取決于在填料中局部液體的向下流動(dòng)和氣相的向上流動(dòng)之間產(chǎn)生并維持的平衡。在填料內(nèi)液體和蒸氣的分布受這些流體初始到達(dá)填料的影響。
液體和蒸氣初始到達(dá)填料通常由分配器來(lái)實(shí)現(xiàn)。液體分配器位于填料之上，其作用是使液體均勻地澆注到填料上，而蒸氣分配器位于填料下部，其作用是在填料下部產(chǎn)生均勻的蒸氣流動(dòng)。
主要有三種類(lèi)型的液體分配器--管、盤(pán)、和槽式分配器。以下對(duì)各種類(lèi)型進(jìn)行簡(jiǎn)要討論。
管式分配器由互相連接的封閉管路或管道網(wǎng)絡(luò)組成，通常包括中心管或總管和許多由所述中心管輻射的支管或分支。所述支管是多孔的，使得由所述中心管流入支管的液體滴落或噴灑在管式分配器之下的填料床上。向上流動(dòng)的蒸氣易于在各支管之間經(jīng)過(guò)。管式分配器接收來(lái)自獨(dú)立的液體收集器或經(jīng)塔壁以管道輸送的外部來(lái)源的液體。雖然其制造簡(jiǎn)單并廉價(jià)，但當(dāng)蒸氣截留于支管中時(shí)，可使得管式分配器分配液體不佳。
盤(pán)式分配器由盤(pán)或罐和管道或立管組成，所述盤(pán)或罐在底部有孔用于向其下部的填料供給液體，所述管道或立管用于使蒸氣向上經(jīng)過(guò)所述分配器。盤(pán)式分配器經(jīng)常與塔壁形成完全密封。因而，盤(pán)式分配器可同時(shí)起液體收集器和分配器的作用。但由于大型的盤(pán)式分配器制造費(fèi)用昂貴，通常盤(pán)式分配器用于較小的塔，即直徑小于1.5米的塔。
槽式分配器包括大量的互相連通的開(kāi)口槽或通道，所述開(kāi)口槽或通道在底部有灌注孔用于給其下部的填料供給液體。至少有一個(gè)在底槽頂部的頂部收集槽或普通的罐來(lái)經(jīng)一系列孔或溢流槽口向底槽供給液體。來(lái)自底部填料的蒸氣經(jīng)過(guò)含液體的槽之間向上穿過(guò)。


圖1圖示了典型的槽型液體分配器10。來(lái)自供料組合體12的液體進(jìn)入預(yù)分配器14，所述預(yù)分配器將液體分配到所述分配器中。所述分配器設(shè)置在位于填料(未示出)之上的組合夾持/支撐格柵(未示出)上。
在進(jìn)入分配器10之后，所述液體在多個(gè)通道或槽18中流動(dòng)，所述通道或槽18由在分配器各處的蒸氣立管16間隔開(kāi)。圖2中圖示了典型的主通道17和在所述主通道17各側(cè)的多個(gè)槽或通道18。來(lái)自主通道的液體在通道的進(jìn)口端20進(jìn)入各通道并在方向22上背離進(jìn)口端流動(dòng)。液流24然后經(jīng)在通道底部28中的孔口或孔26自各通道排出。如所述流體不以均一的方向自所述孔流出，則在所述分配器之下的填料的某些區(qū)域位于灌注區(qū)30之下，而其它填料區(qū)在灌注區(qū)32之上，如圖2所示。再有，一些液體可影響分配器底部與填料之間的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如分配器支撐體/夾持格柵34，如圖2所示。(這些內(nèi)部結(jié)構(gòu)可支撐分配器和/或夾持所述填料。)在U.S.專(zhuān)利No.5752538(Billingham等人)；5240652(Taylor等人)；6086055(Armstrong等人)；4729857(Lee等人)；5192465(Petrich等人)；和5645770(McNulty等人)中公開(kāi)了在蒸餾方法中所使用的一些液體分配器。
現(xiàn)有技術(shù)分配器通常使用三種類(lèi)型的分配調(diào)節(jié)機(jī)理溢流堰型，其中液體水平流過(guò)縫口；孔口型，其中液體垂直流動(dòng)，或水平流動(dòng)，通常經(jīng)過(guò)一圓孔；和壓力型，其中在加壓下進(jìn)料經(jīng)一系列噴嘴進(jìn)行分配?？卓谛偷奶攸c(diǎn)在于，經(jīng)過(guò)孔口的液體流速與液體在孔口之上的高度的平方根成正比。對(duì)于狹窄的溢流堰，流量可與液體的高度的1.5次冪成正比。常常優(yōu)選使用孔口，因?yàn)槿缡褂煤侠淼纳疃?，則通過(guò)使流速與高度的方根成正比可使液面或分配器的水平度的少量改變的影響減小。但這導(dǎo)致普通分配器的操作范圍減小，因?yàn)闀r(shí)常限制了分配器的可行高度。當(dāng)必須分配大量的液體、需要高的幅度變化范圍、或在分配器的預(yù)分配段中時(shí)，時(shí)常優(yōu)選溢流堰型分配。
在孔口型分配的情況下，孔口材料的厚度在流量和液流方向的調(diào)節(jié)中起重要作用。孔口通?？煞譃閮深?lèi)一厚材料的那些和薄材料的那些。對(duì)于分類(lèi)為厚的材料，液流必須完全在材料的厚度之內(nèi)產(chǎn)生，其導(dǎo)致高的L/D比值(其中L是材料厚度，D是孔的直徑)。對(duì)于薄的材料，L/D比值較低，通常低于1.0。對(duì)于厚材料的孔口，液流通常與孔口的軸線呈一直線，而在薄材料中，液流與孔口的軸線呈一角度，該角度由在孔口之上的液體中的任何交叉流動(dòng)速度的方向所決定。在任何分配器中，這種交叉流動(dòng)速度是由液體至分配孔口的自然運(yùn)動(dòng)所引起。
由于使用薄材料時(shí)常是有利的，這是因?yàn)槠湟子趶澢椭圃?，所以許多液體分配器使用由薄材料制成并彎曲成型的通道來(lái)制造。在形成槽形狀的彎曲過(guò)程之前，在薄金屬板上沖或鉆出孔口。不利的是，在薄材料中的孔口的使人困擾的特性是，接近孔口進(jìn)口的交叉流動(dòng)速度會(huì)影響排出液流的方向，使之偏離所述交叉流動(dòng)速度的方向。雖然實(shí)驗(yàn)表明需要較嚴(yán)重的交叉流動(dòng)速度來(lái)顯著影響實(shí)際的液流流速，但液體流動(dòng)不偏離孔口的軸線的事實(shí)意味著遇到了兩個(gè)問(wèn)題1)液流未在預(yù)期位置降落到填料上；和2)在分配器的質(zhì)量測(cè)試過(guò)程中，難以準(zhǔn)確測(cè)量性能。具有不準(zhǔn)確軌跡的液流(即，不是按需要那樣流至填料)可與其它部件相接觸，如分配器支撐/夾持格柵34，如圖2所示。
消除與以非垂直方向離開(kāi)孔口的液流有關(guān)的問(wèn)題的最常用的途徑是在孔口的出口側(cè)添加某些類(lèi)型的管道。這些管道通常部分焊接在通道的外側(cè)上，使孔口位于管道的中心處。從而所述管道引導(dǎo)液體直線流下，無(wú)論當(dāng)液體離開(kāi)孔口時(shí)其實(shí)際軌跡如何。但使用這些管道既昂貴(由于各管道必須獨(dú)立地與主通道和/或槽或通道(多個(gè))連接)又麻煩(由于在操作過(guò)程中所述管道容易損壞)。因而，這類(lèi)管道的使用通常局限于預(yù)計(jì)交叉流動(dòng)速度的液體分配器的那些區(qū)域。與所述管道有關(guān)的另一問(wèn)題是，在流體離開(kāi)孔口后所述管道校正了方向問(wèn)題。但在極端的情況下，當(dāng)經(jīng)過(guò)孔口的流速高時(shí)，在孔口之上的交叉流動(dòng)速度可顯著地影響經(jīng)過(guò)孔口的流速，這會(huì)導(dǎo)致液體在填料上的不均勻分布。
在US專(zhuān)利No.5051214(Chen等人)中公開(kāi)了解決排出分配器的液流不垂直流動(dòng)問(wèn)題的另一途徑，其中預(yù)分配器在槽上延伸以在更寬的區(qū)域上將液體由預(yù)分配器傳遞到分配器。通過(guò)直接將液體引入到槽中，在作為槽的進(jìn)料端處的交叉流動(dòng)速度得以減小。這種途徑的首要的缺陷是復(fù)雜的預(yù)分配器的費(fèi)用。再有，其設(shè)計(jì)占有了在通道頂部的一些空間，從而減少了對(duì)液體的可行的設(shè)計(jì)高度，因而減少了分配器的可操作范圍。
希望具有一種在交換塔中用液體分配器分配液體的裝置和方法，其可減輕交叉流動(dòng)速度對(duì)出自液體分配器的液流的方向的影響。
還希望具有一種在交換塔中用液體分配器分配液體的裝置和方法，其可減少或防止液體在不需要的方向上的總體流動(dòng)。
還希望具有一種在交換塔中用液體分配器分配液體的裝置和方法，其可更好地控制液體流動(dòng)至液體分配器的特定區(qū)域。
還希望具有一種在具有填料的交換塔中分配液體的裝置和方法，其消除或減輕填料的灌注不足(under Irrigation)和過(guò)度灌注(overIrrigation)。
還希望具有一種裝置和方法來(lái)克服現(xiàn)有技術(shù)的難題、問(wèn)題、限制、缺點(diǎn)和缺陷從而提供更佳和更優(yōu)異的結(jié)果。
還希望具有一種裝配用于交換塔的液體分配器的方法，其可實(shí)現(xiàn)優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)液體分配器的液體分配作用，且其還可克服現(xiàn)有技術(shù)的許多困難和缺陷從而提供更佳和更優(yōu)異的結(jié)果。
還希望具有一種新的、更有效的在交換塔中分配液體和蒸氣的方法。
還希望具有一種液體分配器，其在低溫用途、以及其它熱量和/或質(zhì)量傳遞應(yīng)用中表現(xiàn)出高的性能，所述低溫用途例如用于空氣分離的那些。
還希望具有利用液體分配器的更有效的空氣分離方法，其比現(xiàn)有技術(shù)更有效。
發(fā)明簡(jiǎn)述本發(fā)明是一種在交換塔中分配液體的裝置。本發(fā)明還包括交換塔中調(diào)整液流排出在延長(zhǎng)的通道中液體分配板內(nèi)的孔的流動(dòng)方向的方法。另外，本發(fā)明包括用于在交換塔中將液體分配到填料上的分配器的裝配方法。
所述裝置的第一種實(shí)施方案包括一個(gè)板和至少一個(gè)延長(zhǎng)的內(nèi)擋板。所述板具有至少一個(gè)延長(zhǎng)的通道，所述通道具有第一縱軸、底部、和在所述底部中的至少一個(gè)孔。所述內(nèi)擋板具有與所述第一縱軸基本上平行的第二縱軸，且所述內(nèi)擋板的至少相當(dāng)大部分設(shè)置在所述通道中。
所述裝置的第一種實(shí)施方案具有許多種變化形式。例如，所述內(nèi)擋板可具有三角或之字形形狀。在另一種變化形式中，內(nèi)擋板的一部分鄰近于所述孔。在再另一種變化形式中，至少一部分所述內(nèi)擋板是穿孔的。在再另一種變化形式中，所述內(nèi)擋板具有多個(gè)邊棱，且至少一個(gè)邊棱是非直線形狀的。在再另一種變化形式中，所述內(nèi)擋板具有多個(gè)孔，并將所述通道分為基本上平行間隔開(kāi)的第一和第二子通道，所述子通道經(jīng)所述孔有流體流通。在這種變化形式中，所述第一子通道具有至少一個(gè)孔，所述第二子通道具有明顯少于第一子通道孔數(shù)的孔(其可為零)。
所述裝置的第二種實(shí)施方案與所述第一種實(shí)施方案相似，但包括控制擋板。所述控制擋板的至少相當(dāng)大部分設(shè)置在具有第三縱軸的另一通道中，所述第三軸與所述第一軸成一角度，所述另一通道與具有第一縱軸的的通道有流體流通。
本發(fā)明的另一方面是用于在流體和蒸氣之間交換熱量和/或質(zhì)量的交換塔，所述交換塔具有至少一種用于在所述交換塔中分配液體的裝置，所述裝置類(lèi)似于以上討論的裝置的第一種實(shí)施方案。
本發(fā)明的再另一方面是低溫空氣分離方法，包括在含有至少一個(gè)傳質(zhì)區(qū)的至少一個(gè)蒸餾塔中使液體與蒸氣逆流接觸，其中液氣接觸通過(guò)至少一種填料來(lái)實(shí)現(xiàn)，且其中通過(guò)類(lèi)似于以上討論的裝置的第一種實(shí)施方案的裝置將液體分配到填料上。
在所述方法的第一種實(shí)施方案中有若干個(gè)步驟，所述方法用來(lái)調(diào)整在交換塔液體分配板內(nèi)從延長(zhǎng)的通道的孔中排出的液流流動(dòng)方向，所述延長(zhǎng)的通道具有第一縱軸、底部、和至少一個(gè)在所述底部中的孔。第一步驟是提供具有第二縱軸的至少一個(gè)延長(zhǎng)的內(nèi)擋板。第二步驟是將所述內(nèi)擋板的至少相當(dāng)大部分設(shè)置在所述通道內(nèi)，其設(shè)置位置使得所述第二縱軸與所述第一縱軸基本上平行。
調(diào)整流動(dòng)方向的所述方法的第一種實(shí)施方案有若干種變化形式。例如，至少一段內(nèi)擋板可具有三角形或之字形形狀。在再另一種變化形式中，一部分內(nèi)擋板鄰近于所述孔。在再另一種變化形式中，至少一部分內(nèi)擋板是穿孔的。在再另一種變化形式中，所述內(nèi)擋板具有多個(gè)邊棱，且至少一個(gè)邊棱是非直線形狀的。在再另一種變化形式中，所述內(nèi)擋板具有多個(gè)穿孔，并將所述通道分為基本上平行間隔開(kāi)的第一和第二子通道，所述子通道間經(jīng)所述穿孔有流體流通。在這種變化形式中，所述第一子通道具有至少一個(gè)孔，所述第二子通道具有明顯少于第一子通道孔數(shù)的孔(其可為零)。
在調(diào)整液流排出孔的流動(dòng)方向的方法的第二種實(shí)施方案中有若干個(gè)附加的步驟。第一附加步驟是提供至少一種控制擋板。所述第二附加步驟是將所述控制擋板的至少相當(dāng)大部分設(shè)置在所述板內(nèi)的另一通道中，所述另一通道具有與所述第一縱軸成一角度的第三縱軸，且該通道與具有第一縱軸的通道有流體流通。
裝配用于在交換塔中將液體分配到填料的分配器的方法的第一種實(shí)施方案包括多個(gè)步驟。第一步驟是提供交換塔。第二步驟是提供分配器，所述分配器包括一種板和至少一種延長(zhǎng)的內(nèi)擋板。所述板具有至少一個(gè)延長(zhǎng)的通道，所述通道具有第一縱軸、底部、和至少一個(gè)在所述底部中的孔。所述內(nèi)擋板具有與所述第一縱軸基本上平行的第二縱軸，且至少一部分所述內(nèi)擋板設(shè)置在所述通道中。第三步驟是在交換塔中裝配所述分配器。
裝配分配器的方法的第二種實(shí)施方案與所述第一種實(shí)施方案相似，但所述分配器包括附加部件。在該實(shí)施方案中，所述分配器包括至少一種控制擋板，且所述控制擋板的至少相當(dāng)大部分設(shè)置在板內(nèi)的另一通道中，所述另一通道具有與所述通道的第一縱軸成一角度的第三縱軸。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明以下參照附圖通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明敘述，其中圖1是典型液體分配器的示意圖；圖2是圖示在流體分配器的通道中液體流動(dòng)和由通道底部的孔流至在流體分配器之下的填料的液體流動(dòng)的示意圖；圖3是圖示在具有孔口的開(kāi)口通道中液體流動(dòng)的速度分布示意圖；圖4是圖示在無(wú)孔的開(kāi)口通道中液體流動(dòng)的速度分布示意圖；圖5是本發(fā)明第一種實(shí)施方案的具有孔的通道中三角形實(shí)心擋板的平面示意圖；圖6A、6B和6C是本發(fā)明其它實(shí)施方案的在有孔的通道中具有不同形狀的穿孔內(nèi)擋板的平面示意圖；圖7A是圖示本發(fā)明另一實(shí)施方案的在通道中的穿孔擋板的平面示意圖，所述通道在擋板一側(cè)的一部分通道中有孔；圖7B是圖7A中所示實(shí)施方案一端的示意圖；圖8是在流體分配器的槽中的內(nèi)擋板和在分配器的溝槽進(jìn)口處的控制擋板的示意圖；和圖9是使用本發(fā)明一種實(shí)施方案的內(nèi)擋板和控制擋板的液體分配器的平面示意圖。
發(fā)明詳述參照?qǐng)D5和6A-6C，本發(fā)明使用在液體分配器(未示出)通道或槽42中的內(nèi)擋板40，以若干種途徑獲得改進(jìn)的性能。第一，通過(guò)減少或消除在流體分配器的通道42中鄰近孔44的交叉流動(dòng)，內(nèi)擋板的使用減輕了交叉流動(dòng)速度對(duì)在流體分配器中液流方向的影響。第二，在通常為大的開(kāi)口區(qū)的區(qū)域內(nèi)使用控制擋板(64，68)，如圖9所示，減少或防止了在不希望的方向上的液體總體流動(dòng)。第三，使用控制擋板可控制液體流動(dòng)至液體分配器的特定區(qū)域。所有這三種概念均可單獨(dú)或聯(lián)合使用。另外，沿液體分配器的通道或槽的流體流動(dòng)可與以下討論的圖7A和7B所示的另一種實(shí)施方案中的孔以上區(qū)域相分離。
參照?qǐng)D3和4，在無(wú)孔的開(kāi)口通道42中液體的速度分布46示于圖4，在通道的底部50中有孔44的開(kāi)口通道42中的液體速度分布48示出圖3。如圖3中所示，在有孔通道中最高速度是在通道的底部。因而，對(duì)離開(kāi)孔的液體的方向有影響，如箭頭52所示。
再有，在有孔44的開(kāi)口通道42中流動(dòng)的液體的速度分布48(圖3)是“自生成的(self-generating)”，因?yàn)槿邕M(jìn)行改變，所述速度分布會(huì)很快速地再出現(xiàn)。例如，如果將單一內(nèi)擋板40(例如圖5中所示的內(nèi)擋板)置于通道42的底部(未示出)，且其覆蓋面小于所述通道的全部長(zhǎng)度，則在鄰近所述內(nèi)擋板的區(qū)域，所述內(nèi)擋板會(huì)將在所述底部或通道底面的交叉流動(dòng)減少至零(即與圖4中所示無(wú)孔的開(kāi)口通道的速度分布46的底部相似)。但在離開(kāi)所述內(nèi)擋板的較短的距離以外，轉(zhuǎn)化的速度分布會(huì)自身重新恢復(fù)至如圖3所示的速度分布。
在一種實(shí)施方案中，所述內(nèi)擋板是三角形的，如圖5所示。但可使用其它類(lèi)型的擋板來(lái)得到所需的效果，包括階梯形、齒形、和其它形狀。在圖6A、6B和6C中圖示了包括之字形形狀的一些其它形狀的內(nèi)擋板。根據(jù)在任何特定位置處的交叉流動(dòng)速度，所述內(nèi)擋板可控制或不控制所述通道的總長(zhǎng)度。
所述內(nèi)擋板40可是實(shí)心的，如圖5中所示，或?yàn)榇┛椎?，如圖6A至7B所示。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可意識(shí)到有許多種組合是可行的。例如，所述穿孔可不是如圖6A至7B所示那樣為規(guī)則構(gòu)型。另外，內(nèi)擋板的不同部分可以按一種方式進(jìn)行穿孔，而同一內(nèi)擋板的其它部分可以另一種方式進(jìn)行穿孔或根本無(wú)孔(即一或多個(gè)部分可是實(shí)心的，而其它部分可是穿孔的)。另外，在同一液體分配器內(nèi)，在各種不同的槽中可使用不同變化形式的內(nèi)擋板，從而所述分配器可含有各種內(nèi)擋板。
再有，內(nèi)擋板40的邊棱可以不同方式進(jìn)行處理或修整。例如，所述內(nèi)擋板的頂部和/或底部邊棱可為非直線形狀的，例如為鋸齒形、有缺口的、卷曲形、或以其它方式進(jìn)行修整。
如圖6C中所示，根據(jù)在孔口處交叉流動(dòng)速度的大小，不必須如在槽或通道42中的每個(gè)其它孔那樣以同一方式“防護(hù)”或圍繞各孔口44。對(duì)圍繞孔口的清潔必須給以密切關(guān)注以保證流經(jīng)孔口的方向是沿孔口的軸向，且在一側(cè)或另一側(cè)過(guò)于密集的存在內(nèi)擋板40對(duì)所述方向無(wú)不利影響。
由于內(nèi)擋板40(如在圖5、6A、6B、和6C中所示的那些)會(huì)改變放置內(nèi)擋板的區(qū)域中的流體阻力、以及分配器的液流特性，因此，也可使用“控制擋板”(64、68)來(lái)抵銷(xiāo)內(nèi)擋板的影響，如圖9所示?？刂茡醢逵脕?lái)維持在所有方向上相等的流體阻力以補(bǔ)償內(nèi)擋板的影響和/或通過(guò)再次改變流入或流出某區(qū)域的路徑的流體阻力來(lái)引導(dǎo)液體流入或自該特定區(qū)域流出。如同內(nèi)擋板，所述控制擋板可是實(shí)心的，或穿孔的，或可為實(shí)心與穿孔部分的結(jié)合。另外，控制擋板的邊棱可以不同方式進(jìn)行處理或修整，與前面針對(duì)內(nèi)擋板所討論的邊棱處理相似。
如圖9中所示，控制擋板64置于主通道17＇中，該處為液體進(jìn)入液體分配器70之處，并將附加的擋板68置于溝槽區(qū)域66的進(jìn)口處。圖8提供了在溝槽區(qū)域進(jìn)口處的控制擋板68的另一視圖。這一控制擋板68保持不需內(nèi)擋板的通道的流體阻力與其中添加了內(nèi)擋板40的通道42的流體阻力相同。這使圍繞液體分配器的流動(dòng)盡可能的均勻，并防止由于使用內(nèi)擋板而使區(qū)域的交叉流動(dòng)比以前更高。
內(nèi)擋板40和控制擋板(64、68)的位置不局限于任何給出的具體位置。根據(jù)各分配器的準(zhǔn)確細(xì)節(jié)，所述內(nèi)擋板和控制擋板可在流體分配器70各處自由地混合。例如，內(nèi)擋板可在自一個(gè)通道42至下一通道連續(xù)穿過(guò)中心液體進(jìn)口區(qū)域，或可在一些通道的端部需要控制擋板。
控制擋板(64、68)的目的是平衡在液體分配器70內(nèi)的各個(gè)位置的流體阻力，以得到在分配器各處盡可能均勻的交叉流動(dòng)速度(從而避免速度“熱點(diǎn)”)，所以當(dāng)添加內(nèi)擋板來(lái)減輕交叉流動(dòng)速度對(duì)孔口44的影響時(shí)，通道42的阻力改變。這會(huì)引起在其它通道和/或溝槽區(qū)域66中流量更大，且圍繞分配器的流動(dòng)會(huì)達(dá)到新的平衡狀態(tài)。這時(shí)，無(wú)內(nèi)擋板的通道和/或溝槽區(qū)域會(huì)有高的流量。為對(duì)此進(jìn)行補(bǔ)償，可添加控制擋板來(lái)再次平衡阻力。
通常，在不具有內(nèi)擋板的流體分配器中，液體的流動(dòng)方式為，液體選取最小阻力的路徑來(lái)達(dá)到其終點(diǎn)。但當(dāng)將內(nèi)擋板40置于通道42中時(shí)，添加內(nèi)擋板壁的影響通過(guò)減少可利用的截面積對(duì)于流動(dòng)的液體起到液體流動(dòng)阻擋物的作用。(通常內(nèi)擋板壁為“垂直”的，即，通常與槽的底面或底部呈90°角，但所述壁可與底面設(shè)置成其它角度。)這種額外的阻力使得液體采取替代的路徑，如存在一種這樣的路徑。通過(guò)在圍繞液體分配器70的未配置內(nèi)擋板的戰(zhàn)略(strategic)位置上添加控制擋板(64、68)，圍繞所述分配器的液流可控制返回到、甚至優(yōu)于無(wú)內(nèi)擋板的分配器的液流。這如圖9所示。在無(wú)控制擋板的情況下，內(nèi)擋板會(huì)使得比未使用內(nèi)擋板所出現(xiàn)的那樣更多的液體流經(jīng)一區(qū)域。
另外，可在無(wú)內(nèi)擋板的液體分配器70中使用控制擋板(64、68)。例如，在某些情況下，最小流體阻力的路徑使得過(guò)量的液體在流體分配器的一個(gè)區(qū)域中流動(dòng)。在這種情況下，通過(guò)添加控制擋板增加經(jīng)該區(qū)域的流體阻力可使液流再分布，如同在通道42內(nèi)那樣，從而提供更均勻的速度。
本發(fā)明的擋板的另一種用途是在液體分配器中約束液體在更敞開(kāi)的分配器區(qū)域中在任何方向上移動(dòng)的能力，從而防止產(chǎn)生無(wú)約束和非預(yù)期的流動(dòng)類(lèi)型。例如，圍繞液體的進(jìn)口點(diǎn)的液體分配器部分具有較大的敞口面積，其中液體可自由地移動(dòng)。在這些區(qū)域中的液體可是湍流的，對(duì)離開(kāi)這些區(qū)域的通道中的孔的液流引起問(wèn)題。本發(fā)明擋板的使用可減輕這些問(wèn)題。
基本上，任何擋板的添加對(duì)在該位置的液體的流動(dòng)增加阻力。通過(guò)添加額外的阻力，例如，在主通道中，液體可由在任何方向上自由移動(dòng)而受到某種程度的約束。這種在任何方向上的自由移動(dòng)可產(chǎn)生前述的在任何方向上的交叉速度，從而造成成角度的液流。適當(dāng)?shù)卦O(shè)置擋板會(huì)使之固定。
本發(fā)明的另一實(shí)施方案圖示于圖7A和7B中。在這種實(shí)施方案中，不是將擋板沿液體分配器的通道底部設(shè)置，而是將直立的穿孔擋板54設(shè)置在槽或通道的相對(duì)的壁(56、58)之間，從而產(chǎn)生沿槽長(zhǎng)度的流暢液流區(qū)域62和無(wú)沿槽流動(dòng)的區(qū)域60。在含有孔口44的無(wú)流動(dòng)區(qū)中，沿槽的長(zhǎng)度無(wú)流動(dòng)，所有液流經(jīng)直立的穿孔擋板進(jìn)入與槽長(zhǎng)度垂直的這二區(qū)域。流暢液流區(qū)域62通常無(wú)孔口，但這一區(qū)域可具有一些孔口，條件是孔口的數(shù)量明顯少于在無(wú)液流的區(qū)域60中的孔口的數(shù)量。
穿孔擋板54應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，使得其可不經(jīng)彎曲將所述擋板底部和頂部連接到另一結(jié)構(gòu)(可為多個(gè))(未示出)。在所述通道中有規(guī)則間隔位置上的內(nèi)部支撐物(未示出)可有助于將穿孔擋板的固定。優(yōu)選，無(wú)液流的區(qū)域60充有防止液體易于經(jīng)其流動(dòng)的某些物質(zhì)，如為亂堆填料(未示出)。如內(nèi)部支撐物互相設(shè)置得足夠緊密，這是適宜的，并且可能不需要所述亂堆填料。對(duì)孔口44的清潔性必須給以密切關(guān)注以保證經(jīng)孔口的液流不受所存在的用來(lái)引起高阻力的材料的影響。這一措施的凈效果為，最高速度的液流處于低阻力區(qū)域62，且高阻力區(qū)域60具有很低且平穩(wěn)的液流流至孔口。
雖然這里參照某些具體實(shí)施方案進(jìn)行了說(shuō)明和敘述，但本發(fā)明無(wú)論如何不是要限制于所示的細(xì)節(jié)。反之，在權(quán)利要求書(shū)等同物的范圍內(nèi)，在不偏離本發(fā)明實(shí)質(zhì)的條件下，可對(duì)所述細(xì)節(jié)進(jìn)行各種變化。
權(quán)利要求
1.一種在交換塔中分配液體的裝置，包括一個(gè)具有至少一個(gè)延長(zhǎng)的通道的板，所述通道具有第一縱軸、底部、和在所述底部中的至少一個(gè)孔；和至少一個(gè)延長(zhǎng)的內(nèi)擋板，所述內(nèi)擋板具有與所述第一縱軸基本上平行的第二縱軸，且所述內(nèi)擋板的至少相當(dāng)大部分設(shè)置在所述通道中。
2.如權(quán)利要求1的裝置，其中一部分內(nèi)擋板鄰近于所述孔。
3.如權(quán)利要求1的裝置，其中至少一段所述內(nèi)擋板為三角形形狀。
4.如權(quán)利要求1的裝置，其中至少一段所述內(nèi)擋板為之字形形狀。
5.如權(quán)利要求1的裝置，其中至少一部分所述內(nèi)擋板是穿孔的。
6.如權(quán)利要求1的裝置，其中所述內(nèi)擋板具有多個(gè)邊棱，至少一個(gè)邊棱是非直線形狀的。
7.如權(quán)利要求1的裝置，還包括控制擋板，至少相當(dāng)大部分控制擋板設(shè)置在具有第三縱軸的另一通道中，所述第三縱軸與所述第一縱軸成一角度，且所述通道與具有第一縱軸的通道有流體流通。
8.如權(quán)利要求1的裝置，其中所述內(nèi)擋板具有多個(gè)孔，并將所述通道分為基本上平行間隔開(kāi)的第一和第二子通道，所述子通道經(jīng)所述孔有流體流通，其中所述第一子通道具有至少一個(gè)孔，且所述第二子通道具有顯著少于第一子通道孔數(shù)的孔。
9.用于在流體和蒸氣之間交換熱量和/或質(zhì)量的交換塔，所述交換塔具有至少一種用于在所述交換塔中分配液體的如權(quán)利要求1所述的裝置。
10.一種低溫空氣分離方法，包括在含有至少一個(gè)傳質(zhì)區(qū)的至少一個(gè)蒸餾塔中使液體與蒸氣進(jìn)行逆流接觸，其中通過(guò)至少一種填料來(lái)實(shí)現(xiàn)液-氣接觸，且其中通過(guò)如權(quán)利要求1的裝置來(lái)將液體分配到所述填料上。
11.一種在交換塔中調(diào)整在液體分配板內(nèi)、在延長(zhǎng)的通道中的孔排出的液流流動(dòng)方向的方法，所述延長(zhǎng)通道具有第一縱軸、底部、和至少一個(gè)在所述底部中的孔，所述方法包括如下步驟提供具有第二縱軸的至少一個(gè)延長(zhǎng)的內(nèi)擋板；和將至少相當(dāng)大部分所述內(nèi)擋板設(shè)置在所述通道中，其設(shè)置位置使得所述第二縱軸與所述第一縱軸基本上平行。
12.如權(quán)利要求11的方法，其中一部分內(nèi)擋板鄰近于所述孔。
13.如權(quán)利要求11的方法，其中至少一段所述內(nèi)擋板為三角形形狀。
14.如權(quán)利要求11的方法，其中至少一段所述內(nèi)擋板為之字形形狀。
15.如權(quán)利要求11的方法，其中至少一部分所述內(nèi)擋板是穿孔的。
16.如權(quán)利要求11的方法，其中所述內(nèi)擋板具有多個(gè)邊棱，至少一個(gè)邊棱是非直線形狀。
17.如權(quán)利要求11的方法，還包括如下步驟提供至少一個(gè)控制擋板；將所述控制擋板的至少相當(dāng)大部分設(shè)置在所述板內(nèi)的另一通道中，所述另一通道具有與所述第一縱軸成一角度的第三縱軸，且該通道與具有第一縱軸的通道有流體流通。
18.如權(quán)利要求11的方法，其中所述內(nèi)擋板具有多個(gè)孔，并將所述通道分為基本上平行間隔開(kāi)的第一和第二子通道，所述子通道經(jīng)所述孔有流體流通，其中所述第一子通道具有至少一個(gè)孔，且所述第二子通道具有顯著少于第一子通道孔數(shù)的孔。
19.用于在交換塔中將液體分配到填料的分配器的裝配方法，包括如下步驟提供交換塔；提供分配器，包括具有至少一個(gè)延長(zhǎng)通道的板，所述通道具有第一縱軸、底部、和至少一個(gè)在所述底部中的孔，和具有與所述第一縱軸基本上平行的第二縱軸的至少一個(gè)延長(zhǎng)的內(nèi)擋板，至少相當(dāng)大部分所述內(nèi)擋板設(shè)置在所述通道中；并將所述分配器裝配到交換塔中。
20.如權(quán)利要求19的方法，其中所述分配器還包括至少一個(gè)控制擋板，至少相當(dāng)大部分所述控制擋板設(shè)置在所述板內(nèi)的另一通道中，所述另一通道具有與所述通道的所述第一縱軸成一角度的第三縱軸。
全文摘要
一種在交換塔中分配液體的裝置，包括一個(gè)板和至少一個(gè)延長(zhǎng)的內(nèi)擋板。所述板具有至少一個(gè)延長(zhǎng)的通道，所述通道具有第一縱軸、底部、和在所述底部中的至少一個(gè)孔。所述內(nèi)擋板的至少相當(dāng)大部分設(shè)置在所述通道中，所述內(nèi)擋板具有與所述第一縱軸基本上平行的第二縱軸。
文檔編號(hào)B01D53/18GK1424124SQ0215285
公開(kāi)日2003年6月18日 申請(qǐng)日期2002年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月21日
發(fā)明者I·R·佐內(nèi), R·E·薩克斯, K·W·科瓦克, M·A·卡巴斯, S·R·奧維爾 申請(qǐng)人:氣體產(chǎn)品與化學(xué)公司