專利名稱：氣液接觸塔盤的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氣液接觸塔盤，更具體的說涉及一種在塔盤上固定有一層網(wǎng)狀填料的改進(jìn)的篩板塔盤。
蒸餾塔用于從多組分液流中分離指定的組分。一般來說，這種氣液接觸塔使用塔盤、填料或它們的組合。近年來，在大多數(shù)板式塔設(shè)計(jì)中所謂的泡罩塔盤有被篩板或浮閥塔盤取代的趨勢，而且盛行著把填料塔，不管是無規(guī)則(倒入的)的，還是規(guī)整的填料，與塔盤結(jié)合使用以有效地改善物流中組分的分離。
塔內(nèi)分離的成功取決于液體與蒸汽相的密切接觸。某些汽液接觸裝置，如塔盤，其特點(diǎn)是具有相當(dāng)高的壓降及相當(dāng)高的容液量。而另一些汽液接觸設(shè)備如規(guī)整的高效填料在某些特殊應(yīng)用中變得很受歡迎。這種填料由于其壓力降低，溶液量少，所以能量效率高。然而正是由于這些特點(diǎn)，有時(shí)裝有規(guī)整填料的塔在操作的穩(wěn)定性與一至性方面有困難。而且對于許多應(yīng)用場合只有用塔盤就行了。
當(dāng)選用塔盤做為塔內(nèi)主要接觸裝置時(shí)，并不需要過多地考慮蒸汽的分布，這是因?yàn)橥ㄟ^板式塔的壓降很高。例如，在操作條件下，典型的有40塊塔盤的塔壓降約為6psi或300mmHg。這比入口蒸汽所具有的動能要高出兩個(gè)數(shù)量級。通常在石油精煉的精餾塔內(nèi)進(jìn)入蒸餾塔的蒸汽其速度差不大于10mmHg，而在化工或天然氣處理塔中入口蒸汽的速度差不大于5mmHg。因此，人們通常并不過多地關(guān)心把進(jìn)入板式塔的蒸汽功能耗散掉，這一點(diǎn)并不令人奇怪。但當(dāng)塔盤被填料取代時(shí)，通過塔的阻力降一般會降低整整一個(gè)數(shù)量級。
在過程塔內(nèi)一種特別有效的塔盤是篩板塔盤。這種塔盤的結(jié)構(gòu)是在其下表面有大量的小孔。這些小孔允許上升的蒸汽通過并與橫向流過塔盤的液體直接接觸。當(dāng)有足夠量的蒸汽向上流過塔盤時(shí)，就防止了液體通過小孔流下去(這叫漏液)。塔盤有少量的漏液是正常的，而大量的漏液則不利于塔盤的生產(chǎn)能力和效率。
塔盤的生產(chǎn)能力是開孔面積和塔盤面積的函數(shù)。當(dāng)塔盤凈面積一定時(shí)，增加開孔面積百分比可以提高塔盤的生產(chǎn)能力，但由于低汽速下的漏液而降低了調(diào)節(jié)范圍從而使上述辦法受到局限。為克服漏液現(xiàn)象，已經(jīng)開發(fā)出一種塔盤，它是由緊密排列的具有梯形截面的棒所構(gòu)成。本發(fā)明的受讓人制造并出售這種塔盤，其商標(biāo)為紋柵塔盤(SCREENTARY)。
紋柵塔盤梯形棒元件是向上的楔形，這給上升的蒸汽產(chǎn)生了文杜里(Venturi)效應(yīng)。棒之間的距離很近，這使表面張力作用很明顯。蒸汽上升通過棒間楔形喉部產(chǎn)生的文杜里作用與表面張力現(xiàn)象相結(jié)合顯著減低了低液速下的漏液并可保持噴射高度較低。向上的楔形也給流過塔盤的液體提供了較大的表面積。
已經(jīng)知道，對于篩板類型的塔盤，增加液體的泡沫高度及減少流過塔盤液體的反向流動都可以提高塔盤效率。當(dāng)汽泡向上流過塔盤時(shí)產(chǎn)生了泡沫。汽泡懸浮在液體中延長了汽液的接觸，這提高了過程的效率。泡沫維持得越長，泡沫高度越高則汽液的滯留量越大。越高的泡沫要求汽泡較小且以足夠低的速度生成汽泡。同樣，當(dāng)液體流過塔板而有液體環(huán)流存在時(shí)，則在泡沫下面有反向流動。一般在塔盤側(cè)部有環(huán)流。這種流動帶著液體反向流過塔盤，從而降低了傳質(zhì)的濃差推動力。正是這種汽液之間的濃度差提高了汽液接觸的效率。
在很多關(guān)于過程塔的已有專利中也介紹了氣-液接觸技術(shù)。其中有轉(zhuǎn)讓給聯(lián)合碳化物公司(UnionCarbideCorporation)的美國專利No.4，499，035，其中介紹了帶有改進(jìn)的入口鼓泡器的氣-液接觸塔盤。在錯流型塔盤上有一個(gè)改進(jìn)的裝置，以激發(fā)塔盤入口的氣泡活力，該裝置是由一些垂直向上并橫穿過液流通道而分開排布的無孔隔板器件所構(gòu)成。據(jù)稱此規(guī)整的配置比起簡單的開孔塔盤構(gòu)件可以在較大塔盤表面促進(jìn)氣泡活動。
轉(zhuǎn)讓給殼牌石油公司(ShellOilCompany)的美國專利No.4，550，000介紹了關(guān)于塔內(nèi)在垂直疊放的塔盤之間氣液接觸的裝置。它給出的塔盤其小孔作為氣體通道，這種通道對從上邊一層塔盤降液器流出的液體的阻礙作用較小。這種優(yōu)點(diǎn)在已有技術(shù)的范圍內(nèi)改進(jìn)了塔盤效率。同樣，轉(zhuǎn)讓給日本東京NipponKayakuKabushikiKaisha的美國專利No.4，543，219介紹了一種擋板塔盤式塔。并說明了高氣液接觸效率的操作參數(shù)及對于低壓力損失的要求。在闡述塔盤式過程塔中要求高效汽液接觸時(shí)參考這些資料是很有用的。授權(quán)給卡爾T.壯(CarlT.Chuang)(本發(fā)明的發(fā)明者之一)等人并轉(zhuǎn)讓給加拿大原子能公司(AtomicEnergyofCanadaLimited)的美國專利No.4，504，426是氣液接觸裝置的又一個(gè)例子。同樣，在這份參考材料中介紹了提高精餾過程效率的許多先進(jìn)之處。
頒給DaleE.Nutter的美國專利No.4，304，738更具體地介紹了與本發(fā)明有關(guān)的概念。該資料中介紹的改進(jìn)是疊放的控制金屬網(wǎng)的鋼板形狀的填充物料，每塊網(wǎng)板都是多組平行線狀金屬條帶交叉而成。該發(fā)明適合于把這種填料與錯流型塔盤裝置結(jié)合時(shí)用。填料放在塔盤上面的液體內(nèi)，這樣配置是使流過塔盤并與蒸汽相作用的液體也流過放在塔盤上面的填料。如資料中所指出的，附著在擋板上的微小的液滴落下來，其大小比蒸汽噴射夾帶到上層板液體中的液滴要大。同樣，填料段被做成與液體水平流過塔盤方向相平行的垂直柵欄。這種柵欄用水平直條棒來定向以使之平行于液體流動軸的方向。這種規(guī)整的填料放在塔盤上表面附近區(qū)域，這樣給上升的汽流提供了開闊的面積并盡量降低了壓降。據(jù)稱這樣使用規(guī)整填料是為了改善塔盤的某些效率因子。然而，許多參數(shù)決定著總的塔盤效率。
由相對于達(dá)到平衡時(shí)氣體組份的變化導(dǎo)出了效率的測定式?？梢栽谒P上“n”點(diǎn)測量效率，點(diǎn)效率(Eoq)表示為
Eoq= ((Yn-Yn-1))/((Y·n-Yn-1)點(diǎn))Y·n是與該點(diǎn)液體濃度相平衡時(shí)的氣體濃度。也可以對整個(gè)板來測量效率(級效率的量測)。最為公認(rèn)的大概是Murphree效率了，對于蒸汽效率是Emv= ((Yn-Yn-1))/((Y·n-Yn-1)板)在此級效率的測量中Y·n是與離開塔板的液體濃度相平衡時(shí)的氣體濃度。影響板效率的因素是那些能增進(jìn)或降低有效傳質(zhì)的因素，包括各種可能性，如初期氣泡的生成、泡沫的高度、泡沫的均勻性及返混等。
可能較好的辦法是提供一種單一的篩板塔盤組件，其作用能抑制初期氣泡的生成，使細(xì)分散的氣泡均勻增長、均勻的泡沫高度并因此有均勻的液體流過。按定義這會使得Murphree板效率有明顯的提高。本發(fā)明提供了這樣一種塔盤，它是在篩板塔盤上放置一薄層網(wǎng)狀填料。這種交織的金屬網(wǎng)給上升的汽流創(chuàng)造了一個(gè)邊界層，這使蒸汽在液體內(nèi)分散為相當(dāng)小的氣泡從而有效地獲得較好的傳質(zhì)作用。同時(shí)，在使用錯流塔板時(shí)網(wǎng)狀填料影響了液體的流動，限制其返混現(xiàn)象。返混的減少增加了效率并維持了沿塔盤的均勻性。
本發(fā)明涉及一種過程塔的改進(jìn)的篩板塔盤。更具體的說，發(fā)明的一個(gè)特點(diǎn)是至少有一層網(wǎng)狀填料安裝在篩板塔盤上以促進(jìn)蒸汽與液體之間的傳質(zhì)。在一個(gè)推薦的實(shí)施例中，篩板塔盤是由許多一般為梯形截面的細(xì)棒所構(gòu)成，這些細(xì)棒一個(gè)一個(gè)一般是平行地分開固定的。這種塔盤售出的商標(biāo)為紋柵塔盤。在一個(gè)實(shí)施例中網(wǎng)層的厚度約為半英寸并由不銹鋼做成。單層或多層的網(wǎng)狀填料也可以做成一英寸左右的厚度。而且網(wǎng)層也可以由聚四氟乙烯或不銹鋼制成。
另一方面，本發(fā)明也包括一個(gè)在一種類型填料塔內(nèi)改進(jìn)的汽液接觸方法，在這種塔內(nèi)下降的液流與上升的蒸汽流通過一個(gè)放置在塔內(nèi)的篩板相混合。這項(xiàng)改進(jìn)包括把網(wǎng)狀填料層改造安裝在篩板塔盤上并把網(wǎng)狀填料定位的各個(gè)步驟。液體和蒸汽通過塔盤和填料進(jìn)行傳質(zhì)。在這方面蒸汽向上通過塔盤并穿過液體，按照錯流塔盤的配置進(jìn)行。進(jìn)而本方法還包括制造帶有梯形金屬細(xì)棒的篩板塔盤，這些金屬細(xì)棒一般是一個(gè)挨一個(gè)平行分開固定住的。構(gòu)成網(wǎng)狀填料層的步驟也包括制造厚度約半英寸的不銹鋼絲網(wǎng)并把網(wǎng)調(diào)整大小以安裝在篩板塔盤上的措施。


為更完全地弄清楚本發(fā)明并為更深遠(yuǎn)的目標(biāo)和更多好處，下面結(jié)合附圖作進(jìn)一步的敘述圖1是一張具有各塔段的填料塔的透視圖，用以說明各種塔的內(nèi)構(gòu)件，里面有一個(gè)改進(jìn)的篩板塔盤的實(shí)施例，它與本發(fā)明的原理是符合的;
圖2是安裝在過程塔內(nèi)本發(fā)明的改進(jìn)的篩板塔盤的側(cè)面剖視圖，圖中展示了液汽通過時(shí)的逆流流動;
圖3是已有技術(shù)的篩板的頂視圖，說明了液體流過情況;
圖4是本發(fā)明篩板組件的透視圖，有局部剖開以看得更清楚;
圖5是把已有技術(shù)與本發(fā)明相比較的Murphree板效率與F因子的關(guān)系圖;
圖6是把已有技術(shù)與本發(fā)明相對比的Murphree塔盤效率與板濃度的關(guān)系圖;
圖7是把已有技術(shù)與本發(fā)明相比較總塔盤壓降與F因子關(guān)系圖;
圖8是已有技術(shù)與本發(fā)明相對比的可見泡沫高度與F因子關(guān)系圖;
圖9沿圖4中9-9線取的塔盤組件的側(cè)面剖視放大圖。
實(shí)施例首先參見圖1，給出了有各種塔段剖面的說明填料交換柱或塔的不完整透視圖，用以表述各種塔內(nèi)構(gòu)件及本發(fā)明改進(jìn)的高效能塔盤組件的一個(gè)實(shí)施例。圖1的交換柱10由圓柱塔體12構(gòu)成，內(nèi)有許多填料床層14及塔盤。還設(shè)置了許多入孔16以便于進(jìn)入塔12的內(nèi)部區(qū)域。同樣還裝有側(cè)線排出管線20，液體側(cè)加料管線18，側(cè)線蒸汽供給管線或再沸器返回管線32。在塔10頂部裝有回流液返回線34。
在操作中液體13是通過回流返回線34及側(cè)線加料入口管18加到塔10的。液體13向下流過塔并最終由側(cè)線排出管20或由底部排出管線30排出塔。液體13在向下流時(shí)某些物質(zhì)在通過塔盤及填料床層時(shí)由于蒸發(fā)而減少了，也有某些物質(zhì)由于從蒸汽流中冷凝入液體而富集了。
再由圖1可以看到，為表達(dá)清楚起見交換塔10是半剖示意的。在此圖中，塔10還包括裝在塔體12頂部的塔頂管線26中的蒸汽出口和安裝在塔下部的裙座28，裙座是圍在與再沸器(圖中未畫)相連的底部出口管30周圍的。圖中表明再沸器的返回管線32是安在裙座28上部的，以使蒸汽再循環(huán)向上通過塔盤和/或填料層14。由冷凝器來的回流液通過入口管34進(jìn)入上部塔區(qū)23，在該區(qū)域回流液通過一個(gè)橫在上部填料床38上面的液體分配器34被完全分配?？梢钥吹缴喜刻盍洗?8是各種規(guī)整填料。為了說明也給出了交換塔10內(nèi)位于上部填料床38下面的各區(qū)，其中有安裝在支撐條柵41下面的液體收集器40，該條柵是支持上面的規(guī)整填料38的。同樣在下面又裝了一個(gè)適宜于再分布，液體13的液體分布器。剖斷線43的下面畫出了第二種類型的液體分配器42A，它安裝在床層14的上面。塔10是用剖斷線43剖斷畫出的，這是要說明塔內(nèi)構(gòu)件的排布只是示意性的，并提供做為各種組件在塔內(nèi)排列的參考。
為說明起見，在圖1中還給出了一對塔盤的裝配。許多實(shí)例中過程塔可以只有填料、只有塔盤或者填料與塔盤的組合。然而為便于討論整個(gè)的塔及其操作，現(xiàn)給出的是一種組合。一個(gè)塔盤型塔通常包含許多個(gè)塔盤48，如圖所示。在許多實(shí)例中，塔盤48是浮閥或篩板塔盤。這種塔盤是由開孔或條縫結(jié)構(gòu)的板組成的。蒸汽和液體在塔盤上或沿著塔盤接觸，在某些系統(tǒng)中蒸汽和液體可以以逆流方式流過同一通道。最佳狀況下蒸汽與液流達(dá)到一種穩(wěn)定的程度。當(dāng)使用下面要詳細(xì)敘述的降液管時(shí)，可以在相當(dāng)?shù)偷牧魉傧逻_(dá)到這種穩(wěn)定性而使上升的蒸汽與下降的液體相混合。在某些實(shí)施例中，不使用降液管，蒸汽與液體根據(jù)相對壓力變化交替使用同一通道。
在本實(shí)施例中具體說明了錯流塔盤48和49及降液管53和69。塔盤48是按常規(guī)設(shè)計(jì)的，在它的面50上有常規(guī)的開孔或條縫。塔盤49的構(gòu)造符合下面敘述的本發(fā)明的原理。由本圖可以看到上升蒸汽15與下降液體13間逆流的布置是許多重要的設(shè)計(jì)上考慮的對象，包括有液體/蒸汽比率，液體的冷卻、液體的流動/返混、起泡(泡沫)高度、泡沫均勻性及固體或漿狀物的存在。填料塔內(nèi)各種元件的腐蝕同樣是需要考慮的問題，而在許多實(shí)例中塔內(nèi)構(gòu)件制造材料的選擇是這種考慮的結(jié)果。本發(fā)明者之一吉爾伯特K·陳(GilbertChen)的一篇文章中較詳細(xì)地介紹了圖1所示填料塔的結(jié)構(gòu)，文章的題目是“填料塔的內(nèi)構(gòu)件”，發(fā)表在化學(xué)工程(ChemicalEngineering)1984年3月5日版上，這里也引做參考。
下面參看圖2，它給出塔盤48和49側(cè)立面橫斷面示意圖。如圖所示，上塔盤48是一塊平的開孔板。下塔盤49也是平板結(jié)構(gòu)，但上面固定有一層網(wǎng)狀填料51。液體13從安裝在上面的塔盤48向下流入降液管53。液體13積累在降液管53下端的蓄水部57內(nèi)，這樣建立起壓頭使液體能流過塔盤49并通過填料網(wǎng)51上升的蒸汽15通過許多小孔59產(chǎn)生了泡沫61。泡沫或泡層是個(gè)充氣區(qū)域，其中液相57是連續(xù)相。當(dāng)泡沫61不存在或變得不連續(xù)時(shí)則轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w連續(xù)區(qū)，這可引起氣體的向上噴射。由于在塔盤49上面安裝相當(dāng)薄的一層編織網(wǎng)狀填料，這個(gè)氣體連續(xù)區(qū)可能會大大縮小。
由圖2還可以看到，泡沫61以相當(dāng)均勻的高度延伸，橫跨過塔盤49的寬度到達(dá)另一端65，如線63畫出的剖視圖所示。堰板67安裝在65端頭以維持泡沫63的高度。該處積累的泡沫流過堰板67頂部進(jìn)入相聯(lián)的降液管69中，降液管把泡沫引到降液管裙部70，液體在那里累積并分散到下面的塔盤71的上方。同樣塔盤71也只是為說明而畫的示意圖。在進(jìn)行這種塔的設(shè)計(jì)時(shí)，蒸汽流動的凈面積和降液管的面積最重要的方面。而孔的面積及單一錯流塔板的開孔確定了板的有效長度及泡沫61存在的區(qū)域。然而，在本實(shí)施例中液體13流過塔盤49的方式對于塔盤效率是關(guān)鍵的。為討論本發(fā)明所給出的效率，下面將討論一下常規(guī)篩板的流動圖。
下面參看圖3，它給出常規(guī)篩板上的流動圖。這里給出了已有技術(shù)篩板72，它是一個(gè)帶有把液體加到塔盤的第一降液管73和把液體帶離塔盤的第二降液管74的圓形塔盤。多個(gè)箭頭75表示出液體13在常規(guī)塔盤上的不均一流動情況。圖示在塔盤上流動方向的兩側(cè)形成了再循環(huán)區(qū)。這種再循環(huán)區(qū)的形成降低了塔盤效率。這種再循環(huán)區(qū)是靠近過程塔壁的反向流動的結(jié)果，隨著塔徑的增加反向流動變得更加顯著。隨著再循環(huán)區(qū)反向流動和所產(chǎn)生的滯留效應(yīng)的增加，做為逆向流動物流之間傳質(zhì)的濃差推動力減小了。濃差推動力的降低導(dǎo)致要達(dá)到塔內(nèi)予期的分離作用需要更多的接觸或高度。盡管返混只不過是板效率的一個(gè)方面，但它是與其它積極因素共同作用的，這些因素有抑制初期氣泡的生成并形成更均勻的泡沫高度的作用。這些因素將在下面更詳細(xì)地討論，它們有助于與F因子和塔盤濃度相比較的總的Murphree效率的提高。
下面參看圖4，它給出本發(fā)明上有網(wǎng)狀填料51組件的錯流塔盤49的局部透視圖。為表述清楚起見，填料51切開一部分以暴露出側(cè)壁區(qū)77和下面的塔盤面78。如圖示，塔盤49的構(gòu)造是為了安裝在塔12內(nèi)，加料降液管可安在塔盤靠近流入的一側(cè)80以供液體13流入。在塔盤49的另一側(cè)安有堰板82，在那里可安裝第二個(gè)降液管(未畫出)，以便把泡沫61和液體13帶離塔盤49。液體13沿塔盤的流動是按照箭頭83所指的方向。按照本發(fā)明的原理液體流動方向?qū)嶋H上是均勻的，不存在上面討論的反向流動問題。按這種方式，不存在反向混合，而使逆向流動物流之間的傳質(zhì)濃差推動力提高了。上升的蒸汽流將通過塔盤49上相鄰細(xì)棒55之間所劃定的縫隙。具有梯形外表面56的細(xì)棒55支撐著上面的網(wǎng)狀填料51，并提供了頂面積85以使液體13流過。相鄰細(xì)棒之間的空隙87決定了上升蒸汽流動的區(qū)域，其輪廓部分是由相鄰細(xì)棒的形狀決定的。
現(xiàn)在參看圖9，該圖示意出塔盤組件49的一部分截面。在此實(shí)例中，篩板塔盤配有梯形或V型棒55，由此構(gòu)成一種紋柵型篩板塔盤。紋柵塔盤是本發(fā)明受讓者的一個(gè)商標(biāo)，表示塔盤49上排列有許多V型棒55，這些棒通常平行間隔排列。用橫撐構(gòu)件58固定相鄰的V型棒，在每個(gè)棒之間形成一個(gè)文杜里型槽87，大大降低了能量損失。網(wǎng)51和塔盤49的相對大小未按比例表示，僅圖示出塔盤組件結(jié)構(gòu)。每個(gè)棒55的外形56呈梯形，形成上文所述的楔形槽87。這樣的塔盤在泡沫區(qū)操作，在很寬的操作條件范圍中能獲得最高的效率。上升氣流15和與其成正交方向的流經(jīng)網(wǎng)51的液流相接觸，結(jié)果形成氣液旋渦59，影響到有效的質(zhì)量傳遞。同時(shí)造成最高的泡沫高度，最小的夾帶，并因壓降低而使降液管的積留減少。塔盤上布置的編結(jié)式網(wǎng)狀填料51，在使塔高最小的情況下提高了塔盤效率。網(wǎng)狀填料51的厚度可以改變，只要壓降不是太大，任何高度都可以。到目前為止，已對0.5到1英寸的填料厚度進(jìn)行了試運(yùn)轉(zhuǎn)。
現(xiàn)在將圖4和圖9結(jié)合起來看，在本實(shí)施例中填料51是被許多緊固件89螺紋連接到塔盤49上的。通常用螺紋緊固件支撐塔盤，并將棒構(gòu)件組裝在其上。用加長螺栓89，普通螺母和平墊圈90便可將編結(jié)的柵網(wǎng)51牢牢地固定在上面。由圖可以看到，絲網(wǎng)51成交織或編結(jié)狀，形成曲折的蒸汽通道及很大的汽液相界面。此編織網(wǎng)構(gòu)型可以是美國專利No.3，218，048中所提出和介紹的那種類型。該專利題目為“精餾塔填料及其它”，是1965年頒給S.M.SMITH等人的。那項(xiàng)專利介紹了一種多絲絞合編織物，后來轉(zhuǎn)讓給了本發(fā)明的受讓人。它可以用不銹鋼制成，在以聯(lián)邦注冊商標(biāo)METPAK出售時(shí)，通常成卷曲和絞合狀。同樣也可以使用其它相似的填料，例如用聯(lián)邦注冊商標(biāo)GOODLOE出售的填料！GOODLOE是一種用金屬或非金屬(如塑料)細(xì)絲制成的編織物，能被平整，卷曲及絞合。這種編織方法形成無數(shù)供流體流通的曲折通道。與已有技術(shù)中采用的規(guī)整填料相比，網(wǎng)狀填料作為一種致密編織物，為錯流液體和上升蒸氣提供一個(gè)相互作用區(qū)間。單位容積的網(wǎng)狀填料的細(xì)絲具有極高的表面積(GOODLOD填料為585英尺2/英尺3)，能促進(jìn)物流有效的混合，連續(xù)的分碎及重新組合。網(wǎng)狀填料51水平放置在塔盤49上，因此全部上升蒸氣都通過交叉絲網(wǎng)區(qū)網(wǎng)絲之間的曲折通道，而液體通常成正交方向流過該區(qū)。實(shí)際上液體和蒸氣的流通相當(dāng)于一種復(fù)雜的正交流型，結(jié)果形成一個(gè)基本上均勻的混合區(qū)，并在上面產(chǎn)生一層基本均勻的泡沫或霧沫。液體流圍繞、穿過及在組成網(wǎng)狀填料的無數(shù)散置和交織的金屬絲下面流過，形成一個(gè)基本上均勻流動區(qū)，所有液體按箭頭83所示的方向流動。絲網(wǎng)51的確切厚度可能變化，這種變化可能是將多層絲網(wǎng)組合使用和/或使用如METPAK高效填料這類卷曲絲網(wǎng)造成的。例如半英寸(12.5mm)和一英寸(25.4mm)厚的METPAK網(wǎng)狀填料的試驗(yàn)情況將敘述于下。另外更厚的填料也可使用。在紋柵塔盤上用兩層二分之一英寸厚的METPAK高效填料就得到一英寸厚的填料層。該試驗(yàn)的結(jié)果和細(xì)節(jié)介紹于后。
現(xiàn)在參看圖5，該圖表示了Murphree板效率和F因子的關(guān)系。圖5-8中的數(shù)據(jù)針對一種甲醇/水系統(tǒng)，首先安裝無填料的上述那類紋柵塔盤以及按本發(fā)明的原則用一層和兩層狀網(wǎng)填料51與紋柵塔盤組成的組合塔盤。圖5的檢驗(yàn)是在平均塔盤檢驗(yàn)濃度44%(摩爾)條件下進(jìn)行的。由圖可見，無絲網(wǎng)的紋柵塔盤在F因子大約0.7英寸，達(dá)到約77%的最高M(jìn)urphree效率。這由曲線93上的點(diǎn)94代表。有一層填料，填料高度為二分之一英寸(12.5毫米)的塔盤，最高M(jìn)urphree塔效率接近97%，對應(yīng)的F因子約為0.8。圖中的曲線95代表這種關(guān)系，最高效率出現(xiàn)在區(qū)段97。使用前面介紹的兩層二分之一英寸金屬絲網(wǎng)填料，進(jìn)一步提高填料高度，便得到了曲線98。曲線上的點(diǎn)98表明Murphree板效率超過100%。從影響Murphree板效率的諸因素考慮，這種效率水平是完全可能達(dá)到的。
這里所指出的塔盤效率的改善，部分是由于抑制了通過絲網(wǎng)的初始?xì)馀莸男纬?。這種致密編織的組合絲網(wǎng)使蒸氣泡分散得極為微細(xì)。垂直取向的規(guī)整填料是得不到這種效果的。而且非規(guī)整填充的絲網(wǎng)所形成的流動區(qū)域中氣與液之間的均勻相互作用，特別導(dǎo)致了返混的降低，由此形成了均勻的泡沫高度。返混被降低到接近于真實(shí)的活塞流區(qū)域。
參看圖6，對于金屬絲網(wǎng)填料，Murphree板效率對塔配濃度作圖，F(xiàn)因子取為1.15。曲線101代表一塊標(biāo)準(zhǔn)紋柵塔盤，而曲線102表示的是一塊組合有一層二分之一英寸(12.5毫米)厚金屬絲網(wǎng)填料的紋柵塔盤。濃度對塔盤效率的影響是相當(dāng)大的。塔盤濃度從0.1增至0.5，Murphree塔盤效率增加大約20%。使用兩層二分之一英寸填料的填料高度(25.4毫米)時(shí)，這種效率的增加得到進(jìn)一步改善。塔盤濃度由0.1增至0.3，Murphree板效率增加大約5%。塔盤濃度在0.7區(qū)域時(shí)，Murphree效率增加大約10%。
參看圖7，對于使用上述金屬網(wǎng)填料，圖示出塔盤總壓降與F因子之間的關(guān)系。同樣取平均試驗(yàn)塔盤濃度為44%(摩爾)。曲線105代表標(biāo)準(zhǔn)紋柵塔盤，而曲線107和109分別表示使用二分之一英寸和一英寸金屬。網(wǎng)狀填料的情況?？梢钥吹皆贔因子由0.2至1.4范圍中，塔盤總壓降的增加不大于1.4厘米水柱。這是針對用二分之一英寸填料的情況的。使用一英寸厚填料時(shí)，在F因子為1.4情況下壓降增加大約為3毫米水柱。將加填本發(fā)明的絲網(wǎng)填料引起塔盤總壓降的增加，與Murphree板效率的增加相比較，可以看到使用這種網(wǎng)狀填料的實(shí)際花費(fèi)與由此得到的收益相比是極低的。
圖8表示塔盤效率的另一個(gè)參數(shù)，用可見泡沫高度(毫米)對F因子作圖。平均試驗(yàn)塔盤濃度為44%(摩爾)。曲線111代表空裸的紋柵塔盤，而曲線113和115分別表示加填有二分之一英寸和一英寸厚填料的情況。可以看到在F因子由0.2到1.6到范圍中，可見泡沫高度均勻地增加。當(dāng)F因子為1.4時(shí)，使用二分之一英寸厚填料的可見泡沫高度增加，比不使用本發(fā)明的絲網(wǎng)時(shí)大約大20毫米。這大約相當(dāng)于可見泡沫高度增加40%，與已有技術(shù)相比是一個(gè)明顯的改善。
由上述可見在紋柵塔盤上安置絲網(wǎng)填料產(chǎn)生以下效能(1)初始?xì)馀莸男纬杀灰种?
(2)蒸氣泡被細(xì)碎分散;
(3)泡沫高度變得更加均勻;
(4)返混被降低到接近于真實(shí)活塞流區(qū)。
所有這些效果使傳質(zhì)效率得到加強(qiáng)，同時(shí)保持了高處理量。這相對于已有技術(shù)是一個(gè)顯著的改進(jìn)。
相信通過上面的敘述，本發(fā)明的操作和結(jié)構(gòu)已經(jīng)非常清楚了。雖然上面所表示和敘述的方法和裝置是作為推薦提出的，很顯然在不背離下面專利權(quán)項(xiàng)所明確的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以作出種種變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種過程塔用的改進(jìn)的篩板塔盤組件，在這類塔中液體下流經(jīng)過塔流到塔盤上，蒸氣則向上流過塔，穿過塔盤，與液體相互作用并進(jìn)行質(zhì)量傳遞；其特征在于在所說的篩板塔盤適當(dāng)位置上放置有至少一層網(wǎng)狀填料，使下流液體和上升氣體相互作用，以強(qiáng)化質(zhì)量和/或能量的傳遞。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于所說的篩板塔盤配置有許多通常斷面為梯形的棒，一般它們之間平行地、有間距地被固定。
3.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于所說的網(wǎng)層厚度在二分之一英寸左右，并且用不銹鋼制成。
4.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于所說的網(wǎng)層骺度在一英寸左右，并且是用不銹鋼制成的。
5.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于所說的網(wǎng)層是用TEFLON(聚四氟乙烯)制成的。
6.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于所說的網(wǎng)狀填料是用加長貫穿的螺紋緊固件固定在所說的塔盤上的。
7.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于所說的篩板塔盤是一種紋柵型篩板塔盤，所說的網(wǎng)狀填料是用不銹鋼制成的。
8.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于所說的不銹鋼填料是層狀的，其厚度在二分之一英寸左右。
9.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于所說的篩板塔盤是一種錯流塔盤。
10.一種在填料塔中改進(jìn)汽液接觸的方法，在這類塔中下降液體和上升蒸氣在流經(jīng)安放在塔中的一塊篩板塔盤時(shí)互相混合，其特征在于所說的改進(jìn)包收的內(nèi)容有加工一個(gè)適宜被安放在所說的篩板塔盤上的網(wǎng)狀填料層;將所說的網(wǎng)狀填料固定在所說的篩板塔盤上;使液體和蒸汽通過所說的塔盤及填料，以進(jìn)行質(zhì)量傳遞。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于將所說的篩板塔盤加工成配有相互平行間隔排列并固定的梯形棒。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于加工所說的網(wǎng)狀填料的步驟，包括加工一種厚度在二分之一英寸左右的不銹鋼絲網(wǎng)，并使所說的絲網(wǎng)大小適于安放在所說的篩板塔盤上。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于加工所說的網(wǎng)狀填料層的步驟，包括加工一種厚度在一英寸左右的不銹鋼絲網(wǎng)，并使所說的絲網(wǎng)大小適于安放在所說的篩板塔盤上。
14.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于加工所說的網(wǎng)狀填料層的步驟，包括加工一種TEFLON(聚四氟乙烯)絲網(wǎng)。
15.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于加工網(wǎng)狀填料層的步驟，包括加工不銹鋼絲網(wǎng)和使其大小適于被安放在所說的塔盤上，還包括將所說的塔盤加工成配有大量梯形斷面的棒，以及將所說的不銹鋼絲網(wǎng)固定于其上。
全文摘要
一種用于氣液接觸塔的改進(jìn)塔盤組件。在過程塔中把一層網(wǎng)狀填料放在錯流篩板塔盤的上面以提高傳質(zhì)效率。網(wǎng)狀填料緊固在篩板塔盤上，在一個(gè)實(shí)施例中塔盤是由具有梯形截面的細(xì)棒緊密排列而構(gòu)成的，對初期氣泡的生成產(chǎn)生了抑制作用，從而得到更均勻的泡沫高度并降低了塔盤橫向的返混現(xiàn)象。
文檔編號B01D3/22GK1044596SQ9010033
公開日1990年8月15日 申請日期1990年1月23日 優(yōu)先權(quán)日1989年1月31日
發(fā)明者吉爾伯特·K·陳, 卡爾·T·莊 申請人:格里奇公司