專利名稱：產(chǎn)生并流流體接觸的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于加強(qiáng)處理室(如處理塔)中兩種流體間接觸的技術(shù)。更具體地，本發(fā)明涉及諸如利用傳質(zhì)或傳熱過程的交換過程處理室中的填充裝置，其中所述流體一般地以例如逆流或錯(cuò)流的方式加入。本發(fā)明一般是在處理室內(nèi)階段中建立流體間的并流接觸流動(dòng)。
許多工業(yè)和化學(xué)工藝過程涉及傳質(zhì)或傳熱，并利用填料塔或室進(jìn)行傳質(zhì)或傳熱步驟。這種工藝過程可包括例如蒸餾、吸收和解吸、分餾、氣體的凈化和干燥、洗滌和各種生物方法。兩種流體(通常為氣體和液體)在室中互相混合，典型地以逆流流動(dòng)的方式，其中兩流體一般沿同一流動(dòng)軸以相對(duì)方向移動(dòng)。在并流體系中，兩種流體一般沿同一流動(dòng)軸以相同方向移動(dòng)；錯(cuò)流的特征在于兩種流體沿分別的交叉流動(dòng)軸移動(dòng)。
這些工藝過程的傳質(zhì)速率和/或反應(yīng)速率隨著兩種流體相互交接機(jī)會(huì)的增加而增加。交換工藝過程塔中一般含有填料，以增強(qiáng)塔中兩流體間的相互作用，從而提高操作效率。根據(jù)傳遞室中填充元件及其排列，有不同類型的填充體系。無規(guī)填充體系一般包括可以無規(guī)排列堆積在交換室中的單個(gè)的小填充元件。
1982年11月30日授權(quán)的本人的US4,361,469號(hào)專利涉及盤形填充體系，其中氣體和液體以并流流動(dòng)相互接觸，而無論該氣體和液體加入工藝室的流動(dòng)方向如何?！?69中公開了層疊于一個(gè)或多個(gè)塔中的多個(gè)填充區(qū)，每個(gè)填充區(qū)中包括用于接收液體的層疊式塔板和用于從氣-液混合體中除去液體的氣-液分離器。本發(fā)明提供對(duì)’469專利中公開的技術(shù)的改進(jìn)。
本文所用術(shù)語″氣-液混合體″是指在根據(jù)本發(fā)明的填充區(qū)內(nèi)氣體和液體相互接觸或交接所得的任何混合體，可包括新形成的化合物乃至剛好夾帶在氣流中的液滴，而不打算限于任何特定類型的氣體和液體的混合物，或由其產(chǎn)生的任何特定產(chǎn)品。
本發(fā)明提供用于一種工藝室中的方法和設(shè)備，在該工藝室中氣體向上流動(dòng)通過所述室，液體從室頂加入室中大體上向室底流動(dòng)，且其中氣體和液體可相互作用。配有填充區(qū)或段，其中每個(gè)填充區(qū)包括一個(gè)液體分布器和一個(gè)氣-液分離器，所述液體分布器有多個(gè)相互間隔的導(dǎo)管，液體可沿導(dǎo)管大體上水平地橫跨所述室流動(dòng)，而氣體可在導(dǎo)管之間流動(dòng)，所述氣-液分離器大體上位于所述分布器之上，包括多個(gè)相互間隔的通道，在通道之間氣-液混合體可從下面的分布器上升，從而混合體的氣體和液體可分離，且所述液體可被收集在通道中。流動(dòng)通路從所述分離器的通道延伸至所述分布器之下一位置，從而可輸送通道中收集的液體。所述分離器的通道排列成多個(gè)大體上垂直間隔的層，每一層包括多個(gè)相互間隔的通道。每個(gè)分布器的導(dǎo)管被蓋住并以多個(gè)開口為特征，從而導(dǎo)管中的液體可從導(dǎo)管中排出與在導(dǎo)管外流動(dòng)的氣體混合。
分離器的通道朝向流動(dòng)通路傾斜向下地取向，以便通道中收集的液體通過流動(dòng)通路送出。一層通道中所有通道的深度相同，并大于每個(gè)較高層通道中通道的深度。進(jìn)一步地，在分離器中每個(gè)通道的寬度優(yōu)選不大于1.5厘米，和分離器中相鄰?fù)ǖ乐g的橫向間距優(yōu)選不大于1.5厘米。
導(dǎo)管內(nèi)可包括分散梯，在每個(gè)分散梯中包括多個(gè)沿各導(dǎo)管的長度分布的流動(dòng)調(diào)節(jié)器。導(dǎo)管之上可裝有折流板，且折流板可設(shè)置在頂層通道之上。
在每個(gè)導(dǎo)管的入口設(shè)有一壁與導(dǎo)管中的液體配合，以在導(dǎo)管入口提供氣密。在每個(gè)通道出口也設(shè)有一壁與通道中的液全配合，以在通道出口提供氣密。
可層疊多個(gè)填充區(qū)，例如，帶有流動(dòng)通路將液體輸送至在該填充區(qū)之下的填充區(qū)中的分布器，在其中收集液體。
在本發(fā)明的方法中，液體送入分布器的導(dǎo)管，氣體上升通過分布器，液體從分布器的導(dǎo)管排出，形成氣-液混合體而升入分離器的通道，在其中收集液體，氣體上升離開分離器。收集的液體可送入另一分布器而暴露于上升的氣體中，并重復(fù)氣體和液體并流流入分離器的過程。
本發(fā)明提供一種效率和能力提高并可以部件形式構(gòu)造的填充體系。
附圖的簡述

圖1為利用根據(jù)本發(fā)明的六段盤式填充體系的一部分工藝室的局部剖面?zhèn)纫暿疽鈭D；圖2為圖1的室和填充體系沿圖1中線2-2局部剖面的放大端視示意圖；圖3為圖1和2的填充體系中所包含類型的液體分布器中部分導(dǎo)管的局部剖視放大側(cè)視示意圖，說明一種形式的分散梯和折流板，和表明導(dǎo)管與降液管相連的端部；圖4為如圖3所示的分布器中的多個(gè)導(dǎo)管沿圖3中線4-4剖面的端視圖；圖5為根據(jù)本發(fā)明的另一種形式的液體分布器中部分導(dǎo)管的局部剖面?zhèn)纫暿疽鈭D，說明楔形堰和覆蓋側(cè)壁的使用，及另一種形式的分散梯；圖6為如圖5所示的分布器中的多個(gè)導(dǎo)管沿圖5中線6-6剖面的端視圖7為包括根據(jù)本發(fā)明再另一種形式的導(dǎo)管的部分液體分布器在折流板的水平面之下看的俯視平面示意圖；圖8為如圖7所示的分布器中的導(dǎo)管沿圖7中線8-8并包括折流板的剖面端視圖；圖9為作為用于提供本發(fā)明填充體系的部分組件構(gòu)造的，圖7和8所示類型的分布器導(dǎo)管的一種排列的透視圖；圖10為根據(jù)本發(fā)明的分離器之一部分的局部剖面的局部放大側(cè)視示意圖，表明多個(gè)通道與降液管相連的端部；圖11為根據(jù)本發(fā)明的分離器的通道的一種排列的端視示意圖，表示在該排列之上的通道和折流板端部裙板的使用；圖12為根據(jù)本發(fā)明的包括兩塔六段填充體系的部分工藝室的部分示意和部分剖面的簡化透視圖，說明可構(gòu)成所述體系的組件構(gòu)造；和圖13為根據(jù)本發(fā)明的四塔四段填充體系的側(cè)視示意圖。
一工藝室或塔(在圖1中一般地以10表示)包括根據(jù)本發(fā)明的盤形填充體系(一般地以12表示)。外壁14限定填充體系12，可由填充體系本身提供，或者可以是填充體系安裝在其中的工藝室的實(shí)際壁。在各種情況下，壁14部分地限定作為填充體系12的一部分的流動(dòng)通路，如后面所述。
如圖所示，工藝室10用于以下方法中，其中，由于兩流體逆流流動(dòng)通過該室，當(dāng)氣體和液體相互接觸時(shí)即可相互作用，。如箭頭A所示氣體引入室10的底部，在塔中向上通過。如箭頭B所示氣體從室10的頂部排出。如箭頭C所示液體引入室10的頂部，并一般地向下移動(dòng)通過該室，與氣體的向上移動(dòng)相反。如箭頭D所示液體從室底排出。在室10內(nèi)，使氣體和液體相互接觸，并根據(jù)由氣體和液體的性質(zhì)及室內(nèi)的條件所控制的工藝過程相互作用。從而，可預(yù)期在箭頭B處排出的氣體相對(duì)于在箭頭A處進(jìn)入室10的氣體發(fā)生變化，并可預(yù)期在箭頭D處排出的液體與在箭頭C處進(jìn)入該室的液體不同。
雖然氣體和液體一般地以相反的流動(dòng)方向即以逆流流動(dòng)通過室10，但填充體系12導(dǎo)致氣體和液體在室內(nèi)以并流流動(dòng)相互接觸。在構(gòu)成填充體系12的段中實(shí)現(xiàn)氣體和液體的并流流動(dòng)。雖然根據(jù)本發(fā)明的填充體系可包括任何數(shù)量的段，包括僅一段，但填充體系12示出包括六段16、17、18、19、20和21，排列在一個(gè)塔中，以至所有氣流和所有液流通過所有的段。除如圖所示雙數(shù)段面向一側(cè)而單數(shù)段面向相對(duì)側(cè)之外，段16-21是相同的。進(jìn)一步地，段16-21這樣層疊，以致例如從頂?shù)降锥蔚娜∠蚴墙惶娴?。例如，?8和19的端視圖示于圖2中，盡管對(duì)于在單數(shù)段之上的任何雙數(shù)段圖2的圖應(yīng)是相同的。
每個(gè)段16-21均包括液體分布器22和位于分布器之上的氣-液分離器24。分布器22跨越填充段橫向分布液體。氣體向上流動(dòng)通過分布器22，使液體與氣體接觸而在氣流中被托起。氣-液混合體流入分離器24，其中液體被截獲和收集，而氣體繼續(xù)向上流動(dòng)離開分離器。從而，在氣體移動(dòng)通過分布器而開始與那的液體接觸時(shí)起，至液體被收集在分離器中而氣體離開分離器時(shí)止之間的時(shí)間內(nèi)，氣體和液體在填充段內(nèi)以大體上向上的并流相互作用。
每個(gè)分布器22包括多個(gè)平行排列且相互隔開的導(dǎo)管26，橫向跨越填充段。液體通過每個(gè)導(dǎo)管26的開端接收，并沿導(dǎo)管大體上向其相對(duì)的閉端延伸。所有雙數(shù)填充段16、18和20的分布器導(dǎo)管26如圖1所示在右側(cè)開口，而單數(shù)段17、19和21的導(dǎo)管在左側(cè)開口。導(dǎo)管26被蓋住，且沿著每個(gè)導(dǎo)管設(shè)有口或堰28用于溢出液體。
每個(gè)分離器24包括多個(gè)排列成垂直間隔的層的通道30，每層包括多個(gè)橫向間隔的通道。通道30的橫截面為U-形，因而其上面是開的以接收液體。如圖1中所示，通道30橫跨各填充區(qū)傾斜，以致在任何情況下通道中所收集的液體都將流向較低的通道開端。因此，如圖1所示所有雙數(shù)填充區(qū)16、18和20的分離器通道30均在左側(cè)開口，而單數(shù)區(qū)17、19和21的通道在右側(cè)開口。
導(dǎo)管26和通道30在它們的端部與內(nèi)壁32和34相連，內(nèi)壁包括合適的口以接收導(dǎo)管和通道的端部。例如，圖2示出包括在例如兩段18和19中的部分壁34。對(duì)比圖1和2表明在區(qū)18中由壁34所接收的通道30的端是這些通道的較低的開口端，而在區(qū)19中由同一壁所接收的通道的端是這些通道的較高的封閉端。類似地，在填充區(qū)18中由壁34所接收的分布器導(dǎo)管26的端是封閉的，而在區(qū)19中由同一壁所接收的導(dǎo)管的端是開口的。
設(shè)有流動(dòng)通路用于將液體送至每個(gè)導(dǎo)管26的開口端。圖1中所有填充區(qū)的流動(dòng)通路均由如圖1中所示的室10右側(cè)的外壁14和內(nèi)壁32協(xié)同提供，和由室左側(cè)的外壁14和內(nèi)壁34協(xié)同提供。如此形成的流動(dòng)通路或降液管36也用于輸送分離器24中收集的液體。此外，通向最高填充段16的分布器中的導(dǎo)管26的開口端的流動(dòng)通路36接收在箭頭C處引入填充體系12的液體；從最低填充段21的分離器24導(dǎo)入的流動(dòng)通路傳送液體在箭頭D處離開填充體系12。
橫跨流動(dòng)通路36在選定位置設(shè)有密封38，以引導(dǎo)液體的輸送。特別地，橫跨剛好位于雙數(shù)填充區(qū)16、18和20中分布器導(dǎo)管26的右開口端之下，和剛好位于單數(shù)填充區(qū)17、19和21中分布器導(dǎo)管的左開口端之下的流動(dòng)通路36放置密封38。如此安排流動(dòng)通路36和密封38以將任何分離器中所收集的液體導(dǎo)引至直接位于收集液體的分離器之下的分布器22之下的位置，即導(dǎo)引至包含收集液體的分離器的填充區(qū)之下的位置。除最低填充區(qū)21的分離器24之外的所有情況下，分離器中所收集的液體被送至直接位于收集液體的分離器的填充區(qū)之下的填充區(qū)中分布器22的導(dǎo)管26的開口端。最低填充區(qū)21的分離器24中所收集的液體在D處從填充體系12輸出。而在C處引入填充體系12的液體沿流動(dòng)通路36輸送至最高填充區(qū)16的分布器22的導(dǎo)管26的開口端。
參考圖2可知，通道30以四層排列在每個(gè)分離器24中，每層中的通道相對(duì)于相鄰層中的通道橫向交錯(cuò)排列，從而給定層中通道的底是以直接位于其下的層中相鄰?fù)ǖ乐g的通路為中心的，而沒有直線向上的路徑通過分離器。此外，如圖1和2所示，一排折流板40位于每個(gè)分離器24中頂層通道30之上。折流板40是平行于通道30的斜面的細(xì)長條，通過與兩個(gè)內(nèi)壁32和34相連而固定。每個(gè)條形折流板40以頂層通道中兩個(gè)相鄰?fù)ǖ?0之間的通路為中心放置，以折射達(dá)到折流板高度的任何氣-液混合體，和促進(jìn)頂層通道中液體與氣-液混合體的分離。由于存在折流板40，通道30上的壓力增加，增強(qiáng)了液體從通道向流動(dòng)通路的流動(dòng)。
在壁32或34中折流板40之上每個(gè)分離器24的通道30的開口端設(shè)有排氣口42。排氣口42釋放流動(dòng)通路36中產(chǎn)生的任何壓力，以確保流動(dòng)通路中的壓力低于分離器24中的壓力。
如圖1和2所示，一排折流板44位于每個(gè)分布器22中的一排導(dǎo)管26之上。折流板44是平行于導(dǎo)管26的細(xì)長條，通過與兩個(gè)內(nèi)壁32和34相連而固定。每個(gè)條形折流板44是以各分布器中兩個(gè)相鄰導(dǎo)管26之間的通路對(duì)中放置，以折射和在分布器的氣體和液體的混合中產(chǎn)生湍流而增強(qiáng)該混合過程。優(yōu)選折流板44的寬度比相鄰導(dǎo)管26之間的橫向間距大約三分之一。每個(gè)分布器22之上可設(shè)置多層平行的折流板44(未示出)，各層交錯(cuò)排列以致折流板是以下面一層中相鄰折流板之間的間距為中心的。
參考圖3和4可知包括在圖1和2的填充體系12中的類型的分布器22的進(jìn)一步細(xì)節(jié)。每個(gè)導(dǎo)管26均為大體上矩形橫截面的細(xì)長管，在導(dǎo)管上有一帶凹槽的蓋形成淺槽46。在導(dǎo)管26內(nèi)由一排板48形式的流動(dòng)調(diào)節(jié)器提供分散梯，板48是沿導(dǎo)管的長度在間隔的位置從導(dǎo)管的蓋內(nèi)側(cè)向下延伸的。裙板或隔板50從導(dǎo)管26的開口端上部向下延伸，在此處導(dǎo)管與內(nèi)壁34相連。
操作中，液體沿流動(dòng)通路36向下輸送至每個(gè)導(dǎo)管26的開口端，流入裙板50下面的導(dǎo)管中，裙板50與液體協(xié)作形成密封防止流過導(dǎo)管內(nèi)部和流動(dòng)通路之間的開口的任何種氣體。分散板48趨于減緩導(dǎo)管26內(nèi)液體的移動(dòng)，以提高液體沿導(dǎo)管長度均勻分布，并暴露于口28。當(dāng)氣體在分布器22中的導(dǎo)管26中上升時(shí)，液體通過口28從導(dǎo)管中流出，以與氣體混合和相互作用。導(dǎo)管26之間的窄間距導(dǎo)致流過其中氣體加速，從而確保液體被氣流向上夾帶。折流板44趨于在離開導(dǎo)管26向上流動(dòng)的氣體和氣-液混合體中產(chǎn)生湍流，以加強(qiáng)液體和氣體之間的接觸。一部分液體收集在凹槽46中，用于進(jìn)一步的液體分布和暴露于通過導(dǎo)管26列向上移動(dòng)的氣體中。結(jié)果是當(dāng)氣-液混合體從分布器22向上前進(jìn)時(shí)，氣體和液體的混合和接觸增強(qiáng)。
圖5和6中示出根據(jù)本發(fā)明的另一種類型的分布器，總體上以52表示，其可代替圖3和4中詳述的分布器22用于填充體系12。與圖1和2的導(dǎo)管26的情況相同，分布器52包括多個(gè)導(dǎo)管54，其特征在于一端開口用于接收液體而相對(duì)端封閉，導(dǎo)管安裝在填充區(qū)的內(nèi)壁32和34之間。每個(gè)導(dǎo)管54均是細(xì)長管，其橫截面的特征在于在導(dǎo)管的上部中的寬度減小，形成兩個(gè)延伸至導(dǎo)管長度的外肩56。垂直側(cè)壁58在每個(gè)肩56之上延伸，外壁60位于每個(gè)肩之上，從相應(yīng)的壁58移開并面對(duì)相應(yīng)的壁58。包含的每個(gè)導(dǎo)管54中的口或堰62位于壁58中、肩56上并與面對(duì)口的外壁60相對(duì)?？?2為契形的，從而，對(duì)于給定的壓力條件，當(dāng)導(dǎo)管中液體量較大時(shí)，液體趨于以較快的速率從導(dǎo)管54排出。由一排板64形式的流動(dòng)調(diào)節(jié)器在每個(gè)導(dǎo)管54內(nèi)提供分散梯，板64沿導(dǎo)管長度在間隔的位置從導(dǎo)管底部內(nèi)側(cè)向上延伸。裙板或隔板(未示出)從每個(gè)導(dǎo)管54開口端的頂部向下延伸，在此處導(dǎo)管與填充體系的內(nèi)壁相連。
例如，與圖2和3中導(dǎo)管26的操作情況相同，操作中，液體被輸送而流入導(dǎo)管54中，分散板64增強(qiáng)了液體沿每個(gè)導(dǎo)管長度的均勻分布。當(dāng)氣體上升通過分布器52中的導(dǎo)管54之間的間隙時(shí)，液體通過口62從導(dǎo)管中排出而與氣體混合和相互作用。未立即與氣體混合而與氣體一起離開的液體，被外壁60向壁58折射而收集在肩56上。如此收集在肩56上的液體繼續(xù)暴露于在導(dǎo)管54之間向上流動(dòng)的氣體中，以與氣體接觸和相互作用。
圖7-9示出用于根據(jù)本發(fā)明的填充體系中的再另一種形式的液體分布器，總體上以66表示。與圖1和2的導(dǎo)管26的情況相同，分布器66包括多個(gè)導(dǎo)管68，其特征在于一端開口以接收液體而相對(duì)端封閉，導(dǎo)管安裝在填充區(qū)的內(nèi)壁32和34之間。每個(gè)導(dǎo)管68均為有大體上矩形橫截面的細(xì)長管，導(dǎo)管的頂上有帶凹槽的蓋形成淺槽70。包含于每個(gè)導(dǎo)管68中的口或堰72位于導(dǎo)管的蓋中、槽70內(nèi)。分散梯(未示出)可如上所述以如圖3和4中的向下延伸的板48的形式、或如圖5和6中的向上延伸的板64的形式設(shè)在每個(gè)導(dǎo)管68內(nèi)，以增強(qiáng)液體沿導(dǎo)管的均勻分布。裙板或隔板(未示出)從每個(gè)導(dǎo)管68開口端的頂部向下延伸，在此處導(dǎo)管與填充體系的內(nèi)壁相連。
如圖8中所示，一排折流板74位于分布器66中的導(dǎo)管68之上。折流板74為平行于導(dǎo)管68的細(xì)長條，例如，如圖1和2所示，通過與填充體系的兩個(gè)內(nèi)壁32和34相連而固定。如上面關(guān)于圖1-4中折流板44所論述的，每個(gè)條形折流板44以兩個(gè)相鄰導(dǎo)管68之間的通路為中心，以折射并在氣體和液體在分布器的混合中產(chǎn)生湍流從而增強(qiáng)混合過程。
與上面所述的導(dǎo)管26和54的操作情況相同，操作中，液體被輸送而流入導(dǎo)管68中，分散板(未示出)增強(qiáng)了液體沿每個(gè)導(dǎo)管的均勻分布。當(dāng)氣體上升通過分布器66中的導(dǎo)管68之間的間隙時(shí)，液體通過口72從導(dǎo)管中排出而與氣體混合和相互作用。未立即與氣體混合的液體收集在槽70中，在此液體繼續(xù)暴露于在導(dǎo)管68之間向上流動(dòng)的氣體中，以與氣體接觸和相互作用。折流板74趨于在離開導(dǎo)管68向上流動(dòng)的氣體和氣-液混合體中產(chǎn)生湍流，以增強(qiáng)液體和氣體之間的接觸。結(jié)果是當(dāng)氣-液從分布器66向上前進(jìn)時(shí)，增強(qiáng)了氣體和液體的混合和接觸。
如圖9中所示，用于形成分布器66的導(dǎo)管排68可以易于組裝(如在調(diào)色板上)的組件形式提供。實(shí)際上，本文所述的任何分布器均可如此構(gòu)造。為易于安裝導(dǎo)管，導(dǎo)管68的端部延伸超過調(diào)色板76的端部，從而導(dǎo)管的端部可安裝在內(nèi)壁32和34中合適的孔中。例如，圖1、3和7中示出導(dǎo)管端部進(jìn)入填充體系內(nèi)壁32和34的附帶的延伸。
上述任何不同類型的分布器導(dǎo)管可采用所述不同類型分散梯中任一種。然而，似乎分散板位于接近導(dǎo)管中口的水平效果更好。例如，圖3中示出優(yōu)選的分散板位置，其中口28和分散板48均位于接近導(dǎo)管26頂部的同一水平。圖7所示類型的分布器中，口72在導(dǎo)管68的蓋中，應(yīng)選擇圖3的高分散板48的位置。然而，如果圖3的口28位于接近導(dǎo)管26的底部，則將優(yōu)選圖5和6的低分散板64的位置。
參考圖10和11可理解本發(fā)明分離器的進(jìn)一步細(xì)節(jié)。分離器24包括四層通道30a、30b、30c和30d，當(dāng)然在此種分離器中可使用任何層數(shù)的通道。通道30a-30d大體上為矩形的，所有通道的寬度E相同。而且，所有情況下相鄰?fù)ǖ乐g的間距F相同。然而，雖然給定層中所有通道的深度是相同的，但在分離器24中給定層中的通道的深度大于每個(gè)較高層中通道的深度。此外，對(duì)于所有層，相鄰?fù)ǖ缹又g的垂直間距S可相同。最后，裙板或隔板從每個(gè)通道的開口端頂部向下延伸，在此處通道與填充體系中的內(nèi)壁如34相連，以與通道中的液位共同作用提供密封防止氣體流入流動(dòng)通路36。如圖10中所示，通道還伸入內(nèi)壁32或34以安裝在填充體系中。如圖11所示，折流板40的寬度為G。
氣-液混合體從分離器下面的分布器(未示出)上升，當(dāng)其在通道之間通過時(shí)加速。同時(shí)流體混合體撞擊通道30a-30d的底及折流板40，以在通道周圍盤旋。隨著流體混合體在分離器24上來回移動(dòng)，液體從混合體中分出而收集在上開口的通道30a-30d中，氣體繼續(xù)向上。收集的液體沿傾斜的通道30a-30d向下朝其開口端流動(dòng)而放入通路36中。最低的通道30a因在除去液體之前首先暴露于流體混合體中，所以收集的液體最多。隨后的每個(gè)較高的通道暴露于液體含量比較低的通道少的流體混合體中，因而收集的液體量較少。所以，通道30a-30d的深度、進(jìn)而容量均隨其在分離器24中位置的增高而減少。
在通道開口端的裙板的長度根據(jù)通道的深度改變。如圖10中所示，最低的通道30a最深，有最長的裙板78；下一個(gè)較高的通道30b較深，有較短的裙板80；再下一個(gè)較高的通道30c較淺，有更短的裙板82；和最高的通道30d最淺，有最短的裙板84。從最低通道30a至最高通道30d，每個(gè)裙板78-84的下邊與各通道30a-30d的底之間的間距減少，以適應(yīng)在較低的通道中將要收集的液體較深的情況。裙板78-84表示在圖11中每層中一個(gè)通道上。
在保持間距F為E的約75％和保持垂直間距S為E的約117％的同時(shí)，隨著通道寬度E的降低，分離器24從向上通過分離器的氣-液混合體中除去液體的能力逐漸增強(qiáng)。尺寸E應(yīng)不大于1.5厘米，和在需要很高的分離器性能時(shí)應(yīng)為0.75或更小。因此，對(duì)于通道寬度E不大于1.5厘米的分離器，通道間距F優(yōu)選不大于1.125厘米，而層間距S優(yōu)選不大于1.75厘米。折流板寬度G保持在與E近似相同的值。
圖12中所示的總體上以86表示的工藝塔，包括根據(jù)本發(fā)明的填充體系，總體上以88表示，其由組件形式構(gòu)成。塔86將填充體系88包圍在圓筒形外壁90中。填充體系88包括排列在兩個(gè)塔中的十二個(gè)填充區(qū)，總體上以92、94、96、98、100和102表示的區(qū)層疊在一個(gè)塔中，總體上以104、106、108、110、112和114表示的區(qū)層疊在第二個(gè)塔中，所有區(qū)均一般為有斜角端形狀的，以安裝在圓筒形塔壁90內(nèi)。在一個(gè)塔中的每個(gè)填充區(qū)92-102均以有與外壁90密封的延伸的側(cè)邊的內(nèi)壁116和118為特色。在另一個(gè)塔中的每個(gè)填充區(qū)104-114也均以有與外壁90密封的延伸的側(cè)邊的內(nèi)壁120和122為特色。內(nèi)側(cè)壁124和126分別在內(nèi)壁116和118之間、和在內(nèi)壁120和122之間延伸。垂直的內(nèi)壁127將區(qū)92-102和104-114的兩個(gè)塔分開。設(shè)置架板128形式的密封，以便剛好在填充區(qū)92-114的液體分布器中導(dǎo)管的開口端之下使內(nèi)壁116-122與外壁90隔絕。從而，在外壁90和內(nèi)壁116-122之間形成流動(dòng)通路，以將分離器中收集的液體輸送至包含收集液體的各分離器的填充區(qū)的分布器之下的位置。
例如，填充區(qū)104包括總體上以130表示的液體分布器，包括一排導(dǎo)管132和導(dǎo)管之上的一層折流板134。導(dǎo)管132可以是上述的任何類型。圖12中導(dǎo)管132的封閉端是可見的。在區(qū)104中的分離器136位于分布器130之上，包括四層通道138和在通道之上的一層折流板140。排氣口142位于折流板140之上。通道138的較低的開口端在圖12中是可見的。在箭頭H處液體通過流動(dòng)通路進(jìn)入塔86，向下導(dǎo)至第一密封128和區(qū)104中的分布器導(dǎo)管132的開口端(不可見)。氣體進(jìn)入填充體系88的底部。在區(qū)104中上升通過分布器130的氣體與從分布器排出的液體相互作用，氣-液混合體升入同一區(qū)的分離器136。在區(qū)104的分離器136中，在氣體繼續(xù)向上離開該填充體系的同時(shí)，從氣-液混合體中收集的液體從在外壁90和內(nèi)壁122至密封128之間的分離器的通道的開口端流出，而進(jìn)入下一較低填充區(qū)106的分布器146的導(dǎo)管144的開口端。
上升通過區(qū)106的分布器146的氣體與從該分布器的導(dǎo)管144中排出的液體相互作用，所得的氣-液混合體升入同一區(qū)的分離器150中的通道148。收集在通道148中的液體從這些通道的開口端(在圖12中朝后)流出，進(jìn)入在外壁90和內(nèi)壁120之間形成的流動(dòng)通路，下至密封128，在此液體進(jìn)入下一區(qū)108中分布器導(dǎo)管的開口端。區(qū)106的分布器146和分離器150還分別包括折流板152和154，排氣口位于分離器之上(未示出)。
對(duì)兩個(gè)塔和所有區(qū)重復(fù)該過程，結(jié)果，已經(jīng)重復(fù)地與在填充體系88中上升的氣體相互作用的液體在體系底部(以I表示)排出，而已經(jīng)重復(fù)地與液體相互作用的氣體上升離開填充體系。
填充區(qū)108和112與填充區(qū)104相同，填充區(qū)110和114與區(qū)106相同。而且，填充區(qū)92、96和100分別為填充區(qū)104、108和112的鏡像，而區(qū)94、98和102分別為區(qū)106、110和114的鏡像。
圖13中示出根據(jù)本發(fā)明的另一填充體系，總體上以156表示。體系156包括填充區(qū)的四個(gè)塔158、160、162和164，每個(gè)塔含有四個(gè)填充區(qū)166、168、170和172，總共十六個(gè)填充區(qū)。液體通過兩個(gè)流動(dòng)通路174和176的頂部進(jìn)入體系156，分別以箭頭J和K表示。氣體通過四個(gè)塔158、160、162和164的底部進(jìn)入體系，分別以箭頭O、P、Q和R表示，氣體通過塔頂離開，分別以箭頭S、T、U和V表示。每個(gè)填充區(qū)均可以是本文所述的任何類型的，包括分離器178和分布器180。還設(shè)有一組中心的流動(dòng)通路182和兩組周邊的流動(dòng)通路184和186。流動(dòng)通路的密封188位于流動(dòng)通路174、176、182、184和186之中，剛好在分布器導(dǎo)管的開口端之下的位置。填充區(qū)166-172的操作與前面關(guān)于圖1-11所示設(shè)備的描述相同，例如，一個(gè)區(qū)的分離器中所收集的液體向下輸送至下一較低區(qū)的分布器中。然而，在從區(qū)166進(jìn)入?yún)^(qū)168或從區(qū)170進(jìn)入?yún)^(qū)172的過程中，在中心流動(dòng)通路182內(nèi)向下流動(dòng)的液體將在塔160和162之間通過。類似地，在從區(qū)168進(jìn)入?yún)^(qū)170的過程中，在通路174內(nèi)向下流動(dòng)的液體將在塔158和160之間通過，和在從區(qū)168進(jìn)入?yún)^(qū)170的過程中，在流動(dòng)通路176內(nèi)向下流動(dòng)的液體將在塔162和164之間通過。
本發(fā)明的以上公開和描述是對(duì)其說明和解釋，在不背離本發(fā)明精神的情況下，在所附的權(quán)利要求的范圍內(nèi)，可對(duì)方法步驟及設(shè)備細(xì)節(jié)做各種各樣的改變。
權(quán)利要求
1.用于一種工藝室的設(shè)備，在所述工藝室中，使氣體向上流動(dòng)通過所述室，液體從室頂部引入總體上向室底流動(dòng)，而且和其中所述氣體和所述液體可相互作用，所述設(shè)備包括a.一液體分布器，包括多個(gè)相互間隔的導(dǎo)管，沿著所述導(dǎo)管液體可大體上水平地橫跨所述室流動(dòng)，而且在導(dǎo)管之間氣體可流動(dòng)；b.一氣-液分離器，一般地位于所述分布器之上，包括多個(gè)相互間隔的通道，在通道之間氣-液混合體可從下面的分布器上升，從而混合體的氣體和液體可分離，而且液體可收集在所述通道中；和c.至少一個(gè)流動(dòng)通路，其從所述分離器的通道延伸至所述分布器之下的一位置，從而可輸送通道中所收集的液體；d.每個(gè)導(dǎo)管被蓋住并有多個(gè)口，從而導(dǎo)管中的液體可從導(dǎo)管中排出以與在導(dǎo)管外流動(dòng)的氣體混合。
2.如權(quán)利要求1的設(shè)備，在每個(gè)導(dǎo)管內(nèi)還包括分散梯，在每個(gè)分散梯中包括沿各導(dǎo)管長度分布的多個(gè)流動(dòng)調(diào)節(jié)器。
3.如權(quán)利要求2的設(shè)備，其中每個(gè)流動(dòng)調(diào)節(jié)器包括從所述流動(dòng)調(diào)節(jié)器所在的導(dǎo)管的蓋向下伸出的障礙。
4.如權(quán)利要求2的設(shè)備，其中每個(gè)流動(dòng)調(diào)節(jié)器包括從所述流動(dòng)調(diào)節(jié)器所在的導(dǎo)管的底向上伸出的障礙。
5.如權(quán)利要求1的設(shè)備，還包括折流板，每個(gè)折流板位于兩個(gè)相鄰導(dǎo)管之間的間隙之上。
6.如權(quán)利要求1的設(shè)備，其中所述導(dǎo)管的口位于沿各導(dǎo)管的側(cè)壁。
7.如權(quán)利要求6的設(shè)備，其中所述口為契形的，每個(gè)契形的頂點(diǎn)在各口的下部。
8.如權(quán)利要求6的設(shè)備，其中每個(gè)導(dǎo)管還有至少一個(gè)外部的面向上的肩，所述導(dǎo)管的至少一些口位于所述肩之上，和一從每個(gè)這樣的肩向上并面對(duì)其上的口放置的外壁。
9.如權(quán)利要求6的設(shè)備，還包括一般地沿每個(gè)導(dǎo)管的每個(gè)側(cè)壁延伸的面朝上的肩，在導(dǎo)管的每個(gè)側(cè)壁上有口位于各側(cè)壁上的肩之上，和一一般地沿導(dǎo)管的每個(gè)側(cè)壁延伸的外壁，該壁放置在每個(gè)肩之上并面對(duì)其上的口。
10.如權(quán)利要求9的設(shè)備，其中所述導(dǎo)管的肩由導(dǎo)管寬度的減少形成。
11.如權(quán)利要求1的設(shè)備，其中每個(gè)導(dǎo)管的蓋有凹槽。
12.如權(quán)利要求11的設(shè)備，其中所述導(dǎo)管的口沿各導(dǎo)管的蓋設(shè)置。
13.如權(quán)利要求1的設(shè)備，還包括在導(dǎo)管入口處從每個(gè)導(dǎo)管的蓋向下延伸的壁，從而所述導(dǎo)管中的液體與所述壁協(xié)作在導(dǎo)管入口形成氣密。
14.如權(quán)利要求1的設(shè)備，其中所述分離器的通道排列成多個(gè)大體上垂直間隔的層，每層包括多個(gè)橫向間隔的通道。
15.如權(quán)利要求14的設(shè)備，其中在一層中所有通道的深度相同，并大于所述分離器中每個(gè)較高層中通道的深度。
16.如權(quán)利要求14的設(shè)備，其中所述分離器中每個(gè)通道的寬度不大于1.5厘米，每層中相鄰?fù)ǖ乐g的橫向間距不大于1.125厘米，和相鄰層通道之間的垂直間距不大于1.75厘米。
17.如權(quán)利要求14的設(shè)備，還包括折流板，每個(gè)折流板位于分離器中頂層通道中兩個(gè)相鄰?fù)ǖ乐g的間隙之上。
18.如權(quán)利要求1的設(shè)備，其中所述的分離器通道朝向流動(dòng)通路向下傾斜取向。
19.如權(quán)利要求1的設(shè)備，還包括在從通道至流動(dòng)通路的出口處從每個(gè)通道的頂部向下延伸的壁，從而所述通道中的液體與所述壁協(xié)作在從通道的所述出口處形成氣密。
20.如權(quán)利要求1的設(shè)備，還包括在所述流動(dòng)通路內(nèi)部和所述分離器上面的區(qū)域之間的排氣口。
21.如權(quán)利要求1的設(shè)備，還包括多個(gè)在所述室內(nèi)垂直間隔開的分布器、多個(gè)一般地位于每個(gè)分布器之上的氣-液分離器、和多個(gè)流動(dòng)通路，至少一個(gè)流動(dòng)通路從每個(gè)分離器的通道延伸至緊鄰各分離器之下的分布器之下一位置，從而收集在一個(gè)分離器中的液體可被輸送至剛好在此收集液體的分離器之下的分布器之再下面的分布器，來自最低分離器的流動(dòng)通路在最低的分布器之下延伸，用于將液體送出所述室。
22.如權(quán)利要求1的設(shè)備，還包括一包括至少兩個(gè)區(qū)的組件，其中每個(gè)區(qū)包括一位于分布器之上的分離器、一個(gè)從所述分離器的一端向下延伸由此收集在分離器的通道中的液體可被輸送的第一流動(dòng)通路、和一個(gè)從液體可在此進(jìn)入分布器的分布器的一端向上延伸的第二流動(dòng)通路，以及其中一個(gè)區(qū)位于另一個(gè)區(qū)之上，以致來自較高區(qū)的分離器的所述第一流動(dòng)通路繼續(xù)作為至較低區(qū)的分布器的所述第二流動(dòng)通路。
23.如權(quán)利要求22的設(shè)備，還包括多個(gè)組合成一組的這種組件。
24.一種在一個(gè)室中操作氣體和液體之間的工藝過程的方法，包括以下步驟a.在所述室中大體上垂直間隔的位置提供多個(gè)液體分布器，每個(gè)液體分布器包括多個(gè)相互間隔的導(dǎo)管，沿導(dǎo)管液體可大體上水平地橫跨所述室流動(dòng)，而氣體可在導(dǎo)管之間流動(dòng)；b.提供多個(gè)位于每個(gè)分布器之上的氣-液分離器，每個(gè)分離器包括多個(gè)相互間隔的通道，以多層通道排列，在所述通道之間來自下面分布器的氣液混合體可上升，從而所述混合體的氣體和液體可分離，而液體可收集在各分離器的通道中；c.提供多個(gè)流動(dòng)通路，至少一個(gè)流動(dòng)通路從每個(gè)分離器的通道延伸至剛好在各分離器之下的分布器之下一位置，由此可輸送收集在所述通道中的液體，從而收集在一個(gè)分離器中的液體如此輸送至剛好在如此收集所述液體的分離器之下的分布器之再下面的分布器中，來自最低分離器的流動(dòng)通路將液體輸送至最低的分布器之下用于從所述室中輸出，和提供至少一個(gè)至最高分布器的流動(dòng)通路，液體可由之引入所述室；d.還提供多個(gè)被蓋住并有多個(gè)口的導(dǎo)管，由所述口各導(dǎo)管中的液體可從導(dǎo)管中排出而與在導(dǎo)管外流動(dòng)的氣體混合；和e.將液體從頂部引入所述室，和將氣體從底部引入所述室，以致氣體在室中大體上向上上升，在分布器中的導(dǎo)管之間和分離器的通道之間通過，而液體在分布器的導(dǎo)管中大體上橫跨所述室分布，在每個(gè)分布器的導(dǎo)管之間通過的氣體與從各分布器的導(dǎo)管的口排出的液體混合，這種氣-液混合體升入上面的下一個(gè)分離器，在那里液體與氣體分離而被收集在所述分離器的通道中，和氣體進(jìn)一步升至所述分離器之上。
25.如權(quán)利要求24的方法，還提供在所述分布器的導(dǎo)管內(nèi)由此調(diào)節(jié)液體沿所述導(dǎo)管的流動(dòng)的分散梯。
26.如權(quán)利要求24的方法，還提供位于所述分布器的導(dǎo)管之間的間隔之上由此折射來自各分布器的氣體和液體的上升的折流板。
27.如權(quán)利要求24的方法，還提供在所述分布器中的導(dǎo)管，在所述各導(dǎo)管的側(cè)壁中開口之下有外肩，而且在每個(gè)肩之上面對(duì)其上的開口設(shè)有外壁，由此折射來自所述開口的液體以落在所述肩上。
28.如權(quán)利要求24的方法，還提供在所述分離器中的通道，其寬度不大于1.5厘米，和相鄰?fù)ǖ乐g的橫向間距不大于1.5厘米。
29.如權(quán)利要求24的方法，還提供朝向各流動(dòng)通路向下傾斜取向的所述分離器的通道。
30.如權(quán)利要求24的方法，還提供折流板，該板位于每個(gè)分離器中頂層通道中通道之間的間隙之上，由此折射來自所述各分離器的氣-液混合體的上升。
31.如權(quán)利要求24的方法，還提供一排氣口，該口在每個(gè)分離器之上的區(qū)域和相鄰流動(dòng)通路內(nèi)部之間。
32.用于一種工藝室的設(shè)備，在所述工藝室中，使氣體向上流動(dòng)通過所述室，液體從室頂部引入總體上向室底流動(dòng)，和其中所述氣體和所述液體可相互作用，所述設(shè)備包括a.在大體上垂直間隔的位置放置在所述室中的多個(gè)液體分布器，每個(gè)分布器包括多個(gè)相互間隔的導(dǎo)管，沿著所述導(dǎo)管液體可大體上水平地橫跨所述室流動(dòng)，和在導(dǎo)管之間氣體可流動(dòng)；b.多個(gè)氣-液分離器，一般地位于每個(gè)分布器之上，每個(gè)分離器包括多個(gè)相互間隔的通道，在通道之間氣-液混合體可從下面的分布器上升，從而混合體的氣體和液體可分離，和液體可收集在各分離器的通道中；和c.多個(gè)流動(dòng)通路，至少一個(gè)流動(dòng)通路從每個(gè)分離器的通道延伸至剛好在各分離器之下的分布器之下一位置，由此可輸送收集在所述通道中的液體，從而收集在一個(gè)分離器中的液體如此輸送至剛好在如此收集所述液體的分離器之下的分布器之再下面的分布器中，來自最低分離器的流動(dòng)通路將液體輸送至最低的分布器之下用于從所述室中輸出，和提供至少一個(gè)至最高分布器的流動(dòng)通路，液體可由之引入所述室；d.每個(gè)導(dǎo)管被蓋住并且沿其長度有多個(gè)開口，從而各導(dǎo)管中的液體可從導(dǎo)管中排出而與在導(dǎo)管外流動(dòng)的氣體混合。
33.如權(quán)利要求32的設(shè)備，在所述導(dǎo)管內(nèi)還包括分散梯，在每個(gè)分散梯中包括沿各導(dǎo)管長度分布的多個(gè)流動(dòng)調(diào)節(jié)器。
34.如權(quán)利要求32的設(shè)備，還包括折流板，位于所述分布器的導(dǎo)管之間的間隙之上。
35.如權(quán)利要求32的設(shè)備，還包括作為所述導(dǎo)管的部分的外肩，每個(gè)肩位于各導(dǎo)管側(cè)壁中的開口之下，和作為導(dǎo)管的部分的外壁，每個(gè)壁位于各肩之上并面對(duì)其上的開口。
36.如權(quán)利要求32的設(shè)備，其中每個(gè)分離器的所述通道排列成多個(gè)大體上垂直間隔的層，每層包括多個(gè)相互間隔的通道。
37.如權(quán)利要求36的設(shè)備，其中在一個(gè)分離器的一層通道中所有通道的深度相同，并大于所述各分離器的每個(gè)較高層通道中通道的深度。
38.如權(quán)利要求32的設(shè)備，其中所述分離器中每個(gè)通道的寬度不大于1.5厘米，和相鄰?fù)ǖ乐g的橫向間距不大于1.5厘米。
39.如權(quán)利要求32的設(shè)備，其中所述分離器的通道朝向各流動(dòng)通路向下傾斜取向。
40.如權(quán)利要求32的設(shè)備，還包括位于所述分離器之上的折流板。
41.如權(quán)利要求24的方法，還提供所述導(dǎo)管的開口，位于沿所述各導(dǎo)管的側(cè)壁。
42.如權(quán)利要求24的方法，還提供有帶凹槽的蓋的所述導(dǎo)管。
43.如權(quán)利要求24的方法，還提供所述導(dǎo)管的開口，位于沿所述各導(dǎo)管的蓋。
44.如權(quán)利要求24的方法，還提供在所述分離器中的通道，其寬度不大于1.5厘米，每層中相鄰?fù)ǖ乐g的橫向間距不大于1.125厘米，和在一個(gè)分離器中相鄰層通道之間的垂直間距不大于1.75厘米。
45.如權(quán)利要求24的方法，還提供在所述導(dǎo)管的入口處從每個(gè)導(dǎo)管的所述蓋向下延伸的壁，由此所述導(dǎo)管中的液體與所述壁協(xié)作在所述導(dǎo)管的入口形成氣密。
46.如權(quán)利要求24的方法，還提供在所述導(dǎo)管的出口處從每個(gè)通道的頂部向下延伸的壁，由此所述通道中的液體與所述壁協(xié)作在所述通道的出口形成氣密。
47.如權(quán)利要求32的設(shè)備，其中所述導(dǎo)管的開口位于沿各導(dǎo)管的側(cè)壁。
48.如權(quán)利要求32的設(shè)備，其中所述導(dǎo)管的蓋有凹槽。
49.如權(quán)利要求48的設(shè)備，其中所述導(dǎo)管的開口位于沿各導(dǎo)管的蓋。
50.如權(quán)利要求32的設(shè)備，還包括一排氣口，在每個(gè)分離器之上的區(qū)域和從所述各分離器的通道延伸的流動(dòng)通路內(nèi)部之間。
51.如權(quán)利要求32的設(shè)備，其中所述分離器中通道的寬度不大于1.5厘米，每層中相鄰?fù)ǖ乐g的橫向間距不大于1.125厘米，和在一個(gè)分離器中相鄰層通道之間的垂直間距不大于1.75厘米。
52.如權(quán)利要求32的設(shè)備，還包括在所述導(dǎo)管的入口處從每個(gè)導(dǎo)管的所述蓋向下延伸的壁，由此所述導(dǎo)管中的液體與所述壁協(xié)作在所述導(dǎo)管的入口形成氣密。
53.如權(quán)利要求32的設(shè)備，還包括在所述導(dǎo)管的出口處從每個(gè)通道的頂部向下延伸的壁，由此所述通道中的液體與所述壁協(xié)作在所述通道的出口形成氣密。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種改進(jìn)的填充體系和方法，其中填充體系包括液體分布器和位于所述分布器之上的分離器，從而通過所述液體分布器上升的氣體與分布器中的液體接觸，形成氣-液混合體而以并流升入所述分離器。液體收集在分離器中，氣體上升離開所述分離器。
文檔編號(hào)B01D3/26GK1158407SQ9612059
公開日1997年9月3日 申請(qǐng)日期1996年11月13日 優(yōu)先權(quán)日1995年11月13日
發(fā)明者威廉·R·特魯特納 申請(qǐng)人:威廉·R·特魯特納