專利名稱：用于物質(zhì)交換塔的盤的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于物質(zhì)交換塔(Mass Exchange Column)的盤。
背景技術(shù)：
已經(jīng)知道，物質(zhì)交換塔例如蒸餾塔具有用于蒸氣-液體接觸目的的 各種接觸盤。在US4750975、 US5120474和US5453222中介紹了這些塔 的示例。
通常，在蒸餾塔等中的接觸盤具有臺(tái)板，液體流從位于該盤一側(cè) 的下導(dǎo)管流過該臺(tái)板然后流到位于該盤另一側(cè)的下導(dǎo)管。在一些情況 下，臺(tái)板制成為具有閥，上升蒸氣可以流過該閥，且液體可以在該閥 上流過，以便使蒸氣形成氣泡通過液體。在其它情況下使用篩盤，該 篩盤只是簡單地在臺(tái)板中有孔，而沒有閥。篩盤很普及，因?yàn)樗鼈兒?單和便宜，但是它們的工作范圍并不象閥盤一樣廣泛。
已經(jīng)知道，在盤的進(jìn)口側(cè)進(jìn)入的清液并不容易充氣。在沒有校正 措施的情況下，蒸氣優(yōu)選是在遠(yuǎn)處下游進(jìn)入液體中。為了使容量和效 率最大，重要的是使蒸氣均勻流過盤臺(tái)板。在一些情況下，已經(jīng)使用 了泡沫促進(jìn)器(froth promoter)，該泡沫促進(jìn)器是處于進(jìn)口側(cè)的盒 的形式，該盒在該盤的弦長上延伸。不過，該連續(xù)升高的裝置可能在 污染維護(hù)方面產(chǎn)生問題，因?yàn)樵诠に嚵髦械拇罅枯^重固體在該裝置上 游被捕獲。在其它情況下，已經(jīng)使用導(dǎo)流板裝置來促進(jìn)在盤臺(tái)板上產(chǎn) 生泡沫。該裝置也有連續(xù)的進(jìn)口堰(inlet weir)，它可以在該裝置 后面捕獲固體。
盤被設(shè)計(jì)成使液體和蒸氣接觸，然后使它們?cè)俅畏蛛x。因?yàn)樵摻?觸認(rèn)為很緊密，因此幾乎在任何位置都有蒸氣和液體的混合物。在最 簡單的理論形式中，蒸氣穿過盤向上流動(dòng)，并與液體接觸。這兩者分 離，且液體通過下導(dǎo)管向下流動(dòng)，而蒸氣向上流過該盤。實(shí)際上，盤 可以在不同流態(tài)中工作，且蒸氣與液體之間有各種混合。當(dāng)盤在相對(duì) 高壓下工作時(shí)，可能在盤臺(tái)板上有蒸氣/液體乳狀液。該乳狀液可流入 下導(dǎo)管中，且大量蒸氣能夠通過下導(dǎo)管而向下運(yùn)送。當(dāng)盤在工作且負(fù)荷較重時(shí)，液體從盤臺(tái)板向上被帶走，并與蒸氣一起流過這些孔。通
常，10。/。的液體可以被向上帶走而不會(huì)有太大問題。當(dāng)盤在低蒸氣速率
下工作時(shí)，液體能夠透過這些孔而向下滴落。當(dāng)發(fā)生這種情況時(shí)，液 體通常通過一些孔向下落，而蒸氣通過其它孔向上運(yùn)行。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的提高用于物質(zhì)交換塔的盤的容量和效率。
本發(fā)明的另一目的是提供一種簡化的盤結(jié)構(gòu)，用于促進(jìn)蒸餾塔中 的蒸氣-液體接觸。
簡言之，本發(fā)明提供了一種盤，它將被水平布置在塔中，例如蒸 餾塔中，用于液體-蒸氣接觸。
該盤構(gòu)成為圓形形狀，不過其它形狀也可以。另外，該盤在有效 區(qū)域的至少一側(cè)具有進(jìn)口，用于接收進(jìn)入的液體流，以便分散在該盤 的整個(gè)表面上。
此外，該盤有第一部分，該第一部分確定了蒸氣注入?yún)^(qū)域(vapor infusion field)，該蒸氣注入?yún)^(qū)域鄰近該進(jìn)口 ，用于接收液體流。 該第一部分具有多個(gè)注入凸片閥，這些注入凸片閥布置成用于耗散流 過該注入?yún)^(qū)域的、液體的動(dòng)量。
各注入凸片閥包括該盤的水平底板；在底板中的開口；以及鄰 近該開口的豎向直立壁，該豎向直立壁處于最靠近該進(jìn)口的一側(cè)。該 壁的高度設(shè)置成阻礙液體流從該進(jìn)口流過該底板。該壁可以為矩形形 狀或橢圓形形狀，并帶有相應(yīng)形狀的開口。
該盤還可以有鄰近注入?yún)^(qū)域的第二部分，用于接收從注入?yún)^(qū)域流 出的液體。該第二部分有多個(gè)開口，供上升蒸氣流通過從而與流過第 二部分的液體接觸。
而且，該盤有出口，該出口鄰近第二部分，并對(duì)著該進(jìn)口，用于 使液體從第二部分向外流出。
該注入?yún)^(qū)域的閥布置成兩個(gè)或三個(gè)平行排，且相鄰排的閥布置成 彼此層疊關(guān)系，以便在水力上阻礙從進(jìn)口流入的整個(gè)液體流。在該實(shí) 施例中，各閥有矩形開口，該矩形開口布置成與其它閥的矩形開口平 行。
在另一實(shí)施例中，這些閥布置成具有矩形開口，該矩形開口布置成與其它閥的矩形開口成一定角度。
當(dāng)在工作時(shí)放好時(shí)，液體從進(jìn)口下導(dǎo)管流到該盤的底板上，并流 過該注入?yún)^(qū)域。在此期間，液體流受到凸片閥的直立壁的阻礙，因此 流體的動(dòng)量減小并改變方向，以便促使液體與上升蒸氣在該盤底板的 其余部分上均勻混合。
該盤結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是機(jī)械簡單，且防污染。
在另一實(shí)施例中，各注入凸片閥可以具有注入推動(dòng)閥。在該實(shí)施 例中，推動(dòng)閥由活動(dòng)安裝在注入凸片閥中的本體形成，以便在關(guān)閉位 置和打開位置之間移動(dòng)，在該關(guān)閉位置，該本體靠在該盤的底板上并 覆蓋該注入凸片閥的開口，而在該打開位置，該本體與底板和開口間 隔開，以便使上升蒸氣流能夠通過該開口。
該閥本體包括扁平基座； 一對(duì)腿部，該對(duì)腿部穿過注入凸片閥
的開口而從基座的相反兩側(cè)垂下；以及一對(duì)翼片，該對(duì)翼片從基座的
相反兩側(cè)伸出，用于在關(guān)閉位置時(shí)靠在該底板上。此外，各腿部有向
外伸出的腳部，用于當(dāng)處于完全打開位置時(shí)抵靠在底板的下側(cè)，以便
限制該閥本體的向上運(yùn)動(dòng)。
該閥本體的扁平基座中也可以有一個(gè)或多個(gè)孔，供上升蒸氣通過。
該推動(dòng)閥本體的垂下腿部用于使盤底板中的凸片閥的開口與流體 流隔開，并主要阻擋蒸氣流并向前引導(dǎo)蒸氣。
在工作過程中，該推動(dòng)閥將在上升蒸氣流處于低速時(shí)關(guān)閉，以便 只提供很小的泡沫促進(jìn)。在蒸氣流處于高速時(shí)，閥將打開，從而在流 過該臺(tái)板的液體中提供泡沫注入和泡沫促進(jìn)。
在該盤的進(jìn)口側(cè)有注入推動(dòng)閥的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)盤的負(fù)荷較重時(shí)這 些岡將打開。這又將減小在盤底板(即臺(tái)板)上的回流混合。


通過下面的詳細(xì)說明并結(jié)合附圖，將更清楚本發(fā)明的這些和其它 目的和優(yōu)點(diǎn)，附圖中
圖l表示了利用本發(fā)明的盤的蒸餾塔的示意圖； 圖2表示了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的盤的俯視圖； 圖3表示了根據(jù)本發(fā)明的注入凸片閥的側(cè)視圖；圖4表示了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的盤的變化形式的俯視圖； 圖5表示了與圖2的盤類似的盤的俯視圖，該盤在它的起泡區(qū)域中 有用于上升蒸氣的開口；
圖6表示了根據(jù)本發(fā)明有推動(dòng)閥的注入凸片閥的局部側(cè)剖圖；以及 圖7表示了圖6的推動(dòng)閥和注入凸片閥的俯視圖。
具體實(shí)施例方式
參考圖l，該盤10的尺寸設(shè)置成適于安裝在布置于豎向軸線上的蒸 餾塔ll或類似物中。該盤10為圓形形狀，直徑為3至20英尺，并可以是 從12英寸至50英寸。該盤10被支承在塔11中并支承在一至兩英寸寬的 環(huán)形圏12上，該環(huán)形圏12固定安裝在塔11的內(nèi)壁上，且該盤10與沿塔1
的高度方向以已知方式布置的其它盤10成間隔開的關(guān)系。下導(dǎo)管13布 置在塔11中并在該盤10的一側(cè)，用于將液體流傳送至盤10上，且第二 下導(dǎo)管14布置在塔11中并在盤10的另一相反側(cè)，用于接收流過盤10的 液體，以便傳送給下面的盤IO?；蛘咭部蛇x擇，該盤10可以安裝為多 通道盤(未示出)，其具有來自中央、中間或側(cè)部下導(dǎo)管的流體流， 這些下導(dǎo)管交替地供給流體并從其它下導(dǎo)管接收液體。
參考圖2，該盤l具有弦形(chordal )進(jìn)口14和注入?yún)^(qū)域15，該弦 形進(jìn)口14用于接收來自下導(dǎo)管13的進(jìn)入液體流，該注入?yún)^(qū)域15鄰近該 進(jìn)口，用于接收液體流。注入?yún)^(qū)域15中布置有多個(gè)注入凸片閥16，以 便耗散流過該注入?yún)^(qū)域的液體的動(dòng)量。如圖所示，這些注入凸片閥16 布置成橫跨注入?yún)^(qū)域15的寬度以及塔11的整個(gè)弦形區(qū)域的兩個(gè)平行 排。
參考圖2和圖3，各注入凸片閥16通過在并不去除材料的情況下從 盤臺(tái)板(底板)18沖壓出例如矩形形狀的凸片17而形成。凸片17基本 上是豎向的(即，與臺(tái)板18成9(T角)，并且該凸片被調(diào)節(jié)成使得凸片 17處于所形成的孔(開口) 19的上游，以便向流過閥16的液體提供阻 力。這樣，各閥16包括水平臺(tái)板(底板)18的一部分、臺(tái)板(底板) 18中的孔、以及鄰近該開口并在最靠近進(jìn)口 14一側(cè)的豎向直立凸片 (壁)17。
如圖2中所示，該盤10具有處于鄰近該注入?yún)^(qū)域15的部分中的正常 起泡區(qū)域20，用于接收從注入?yún)^(qū)域15流過來的液體/蒸氣混合物。如圖5中所示，該起泡區(qū)域20有多個(gè)開口21，用于供上升的蒸氣流通過而與 流過起泡區(qū)域20的液體接觸。該盤10還有鄰近起泡區(qū)域20的出口22， 供液體從起泡區(qū)域2 0向外流動(dòng)。
這些排注入凸片閥16定向成交^l普節(jié)距，并并位于盤10的進(jìn)口側(cè)， 使得進(jìn)入盤臺(tái)板(底板)18的液體被迫以近似正交的方式與該豎向凸 片(壁)17接觸。與凸片17的這種接觸將使得快速運(yùn)動(dòng)的清液向外并 向上擴(kuò)展。這使得液體變慢，從而使液體更易于接收來自該盤臺(tái)板18 的起泡區(qū)域20中的下游開口21的蒸氣注入。基本沿豎向移動(dòng)的蒸氣也 用于減慢流過盤10的進(jìn)口側(cè)的水平液體流。這些交錯(cuò)的豎向凸片17還 允許固體通過注入?yún)^(qū)域15并經(jīng)過該盤臺(tái)板18。這些凸片17還可以形成 為有變化的高度，以便對(duì)更高液體速率有連續(xù)的作用。該注入?yún)^(qū)域15 用于實(shí)際減慢流至盤10上的液體流，使得蒸氣能夠注入清液流中，以 便通過保證在盤10的有效起泡區(qū)域20上有等量的蒸氣分布，從而使得 蒸氣-液體接觸最大并且有最大容量。注入凸片閥16由盤臺(tái)板18自身形 成，并且，除了通過將閥16機(jī)械沖壓至盤臺(tái)板18自身中而形成該凸片 閥，并不需要對(duì)盤臺(tái)板18進(jìn)行任何添加?；蛘咭部蛇x擇，可以通過添
用蒸氣動(dòng)i來形成豎向:幕簾"以便控制液體動(dòng)量是二個(gè)獨(dú)特特征。
同樣，使得注入凸片閥16有效摩擦所經(jīng)過的液體的區(qū)域方法(field approach)也是獨(dú)特特征。所有閥16的向上翻轉(zhuǎn)的凸片17形成半連續(xù) 的進(jìn)口堰，以便控制離開該進(jìn)口下導(dǎo)管的液體動(dòng)量。
參考圖4，其中，與上述相同的參考標(biāo)號(hào)表示相同部件，注入凸片 閥16可以布置有孔(開口 ) 19，這些孔并不如圖2所示那樣平行布置。 如圖所示，閥16布置在各排中，且矩形孔19彼此相對(duì)傾斜布置，且關(guān) 于該排的中點(diǎn)成對(duì)稱或鏡像關(guān)系。
參考圖5，盤10的起泡區(qū)域20中的開口21可以由盤臺(tái)板18中的普通 V形格柵孔形成，且各孔通過向上沖壓而形成，其中并不除去金屬，且 各孔為梯形形狀，該梯形形狀在進(jìn)口側(cè)有比出口側(cè)更大的寬度。在本 實(shí)施例中，在注入?yún)^(qū)域15中使用了四排注入凸片閥16，且進(jìn)口W為弓 形形狀，其橫截面面積比圖2實(shí)施例的進(jìn)口14更小。 <
參考圖6和7，其中，與上述相同的參考標(biāo)號(hào)表示相同部件，各注 入凸片閥16還可以有包含于其中的推動(dòng)閥23。推動(dòng)閥23包括本體，該本體活動(dòng)安裝在注入凸片閥16的孔19中，以便在關(guān)閉位置(如圖6中所 示，置于盤臺(tái)板(底板)18上并覆蓋在孔(開口 ) 19上)和打開位置 (與盤臺(tái)板和孔沿豎向間隔開，以便允許上升蒸氣流通過該孔19)。該本體包括扁平基座24; —對(duì)腿部25，該對(duì)腿部25穿過注入凸 片閥16中的孔19而從基座24的相反兩側(cè)垂下；以及一對(duì)翼片26，該對(duì) 翼片從基座24的相反兩側(cè)伸出，用于在關(guān)閉位置時(shí)靠在盤臺(tái)板18上。 該扁平基座24有后部部分，該后部部分延伸超過孔19和腿部25，以便 當(dāng)處于關(guān)閉位置時(shí)靠在臺(tái)板18上，如圖所示。各腿部25有向外伸出的 腳部27 (見圖6)，用于當(dāng)處于打開位置時(shí)抵靠在盤底板18的下側(cè)。這 些腳部27用于限制推動(dòng)閥23的向上運(yùn)動(dòng)，使得基座24不會(huì)延伸越過注 入凸片閥16的凸片17的平面。如圖7中所示，該扁平基座24中也可以有一個(gè)或多個(gè)孔28，供上升 蒸氣通過。不過，該推動(dòng)閥23構(gòu)成為這樣，即，在推動(dòng)閥23的打開位 置中，主蒸氣流平行于盤臺(tái)板18的平面。當(dāng)蒸氣流處于低速時(shí)，推動(dòng)閥23將處于只產(chǎn)生很少泡沫的關(guān)閉位 置。當(dāng)液體流處于高速時(shí)，推動(dòng)閥23將向上運(yùn)動(dòng)，以便提供蒸汽從盤 下面向上的通道，從而提供泡沫注入和泡沫促進(jìn)，將液體推過臺(tái)板18。使盤10在進(jìn)口側(cè)具有由凸片閥16構(gòu)成的注入?yún)^(qū)域15，這將允許蒸 氣在該處進(jìn)入，以便獲得流過盤臺(tái)板18的均勻蒸氣流。由蒸氣注入閥 16構(gòu)成的注入?yún)^(qū)域用于替換諸如泡沫促進(jìn)器、進(jìn)口堰、導(dǎo)流板等裝置。 該閥16有能夠防污染的簡單、堅(jiān)固設(shè)計(jì)。閥16的注入?yún)^(qū)域并不是連續(xù) 的動(dòng)量截?cái)嗥鳎虼?，該區(qū)域15的防污染性確實(shí)優(yōu)于進(jìn)口堰、連續(xù)泡 沫促進(jìn)器和導(dǎo)流板。而且，該注入?yún)^(qū)域15的閥16有比標(biāo)準(zhǔn)泡沫促進(jìn)器 更大的孔19，并將更好地防污染。注入?yún)^(qū)域15將減小進(jìn)入盤臺(tái)板18的液體的動(dòng)量，并能夠用來自盤 臺(tái)板18的蒸氣對(duì)清液進(jìn)行快速充氣。這將提高該盤的容量和效率。該 盤10的注入?yún)^(qū)域15簡單和堅(jiān)固，并利用蒸氣了減少一些液體動(dòng)量。注 入凸片閥16并不需要焊接或裝配，并且與普通泡沫促進(jìn)器布局相比可 以用更大量的較小裝置來實(shí)現(xiàn)，以便對(duì)液體流有更均勻的作用。該注入?yún)^(qū)域15有比大部分泡沫促進(jìn)器設(shè)計(jì)更大的開口面積，并將 在更大范圍的塔工作中更有效。換句話說，當(dāng)速率增加時(shí)(這為優(yōu)選)， 注入?yún)^(qū)域15將成比例地對(duì)液體產(chǎn)生更大作用。該注入?yún)^(qū)域15使得該盤10能夠通過更簡單、更堅(jiān)固、防污染和具 有成本效益的裝置來實(shí)現(xiàn)它的最佳工作能力。
權(quán)利要求
1.一種盤，包括進(jìn)口，用于液體流進(jìn)入；第一部分，該第一部分確定了鄰近所述進(jìn)口的注入?yún)^(qū)域，用于接收該液體流，該第一部分中布置有多個(gè)注入凸片閥，以便耗散流過所述注入?yún)^(qū)域的液體的動(dòng)量，各所述閥包括所述盤的水平底板、在所述底板中供上升蒸氣流通過而與液體接觸的開口、以及鄰近所述開口并處于最靠近所述進(jìn)口一側(cè)的豎向直立壁，所述壁的高度設(shè)置成阻礙液體流從所述進(jìn)口流過所述底板；鄰近所述第一部分的第二部分，用于接收從所述第一部分流出的液體/蒸氣混合物，所述第二部分中有多個(gè)開口，該多個(gè)開口供上升蒸氣流通過而與流過所述第二部分的液體/蒸氣混合物接觸；以及出口，該出口鄰近所述第二部分，并對(duì)著所述進(jìn)口，用于使液體從所述第二部分向外流出。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的盤，其中，所述岡布置成橫跨所述第一 部分的平行排，且相鄰排的所述閥布置成彼此交錯(cuò)關(guān)系，以便在水力 上阻礙從所述進(jìn)口流入的整個(gè)液體流。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的盤，其中， 一排所述閥中的各所述閥具 有矩形開口，該矩形開口布置成與其它排閥中的各閥平行。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的盤，其中， 一排所述閥中的各所述閥具 有矩形開口，該矩形開口布置成與所述一排閥中的其它閥成角度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的盤，其中，各所述閥包括本體，該本體 活動(dòng)安裝成在關(guān)閉位置與打開位置之間移動(dòng)，在該關(guān)閉位置，該本體 靠在所述底板上并覆蓋所述開口，而在該打開位置，該本體與所述底 板和所述開口間隔開，以允許上升蒸氣流通過所述開口。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的盤，其中，所述本體包括扁平基座； 一對(duì)腿部，該對(duì)腿部穿過所述岡的所述開口而從所述基座的相反兩側(cè) 垂下；以及一對(duì)翼片，該對(duì)翼片從所述基座的所述相反兩側(cè)伸出，用 于在關(guān)閉位置時(shí)靠在所述底板上。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的盤，其中，各所述腿部有向外伸出的腳 部，用于在所述打開位置時(shí)抵靠所述底板的下側(cè)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的盤，其中，所述扁平基座中有至少一個(gè)2孔，供上升蒸氣通過。
9. 一種組合，包括 布置在豎向軸線上的塔； 在所述塔中用于傳送液體流的下導(dǎo)管；以及 在所述塔中水平布置的盤，該盤包括進(jìn)口，用于接收來自所述下導(dǎo)管的液體流；第一部分，該第一部分確定了鄰近所述進(jìn)口的注入?yún)^(qū)域，用于接收該液體流，該第一部分中布置有多個(gè)注入凸片閥，以 便耗散流過所述注入?yún)^(qū)域的液體的動(dòng)量，各所述閥包括所述盤 的水平底板、在所述底板中供上升蒸氣流通過而與液體接觸的 開口、以及鄰近所述開口并處于最靠近所述進(jìn)口一側(cè)的豎向直 立壁，所述壁的高度設(shè)置成阻礙液體流從所述進(jìn)口流過所述底 板；鄰近所述第一部分的第二部分，用于接收從所述第一部分 流出的液體/蒸氣混合物，所述第二部分中有多個(gè)開口，該多 個(gè)開口供上升蒸氣流通過而與流過所述第二部分的液體/蒸氣 混合物接觸；以及出口，該出口鄰近所述第二部分，并對(duì)著所述進(jìn)口，用于 使液體從所述第二部分向外流出。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的組合，還包括多個(gè)所述盤，這些盤在 所述塔內(nèi)布置成沿豎向間隔開的關(guān)系；以及多個(gè)下導(dǎo)管，各所述下導(dǎo) 管將各盤的所述出口與下面的相應(yīng)盤的進(jìn)口連接。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的組合，其中，所述塔有圓形橫截面形狀， 所述多個(gè)注入凸片閥延伸跨過所述塔的整個(gè)弦形區(qū)域。
全文摘要
該盤有鄰近進(jìn)口的注入凸片閥的注入?yún)^(qū)域，以便耗散流過所述注入?yún)^(qū)域的液體的動(dòng)量。各閥包括豎向直立壁，該豎向直立壁的高度設(shè)置成阻礙液體流，且閥布置成交錯(cuò)排。相鄰的起泡區(qū)域有開口，用于使上升蒸氣流通過而與流過該區(qū)域的液體/蒸氣混合物接觸。各注入凸片閥還可以有包含于其中的推動(dòng)閥。
文檔編號(hào)B01D3/18GK101259335SQ20071019938
公開日2008年9月10日 申請(qǐng)日期2007年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月21日
發(fā)明者D·E·努特, M·W·皮林, M·費(fèi)希爾 申請(qǐng)人:蘇舍化學(xué)技術(shù)有限公司