在塔中進行傳質(zhì)過程的方法
【專利說明】在塔中進行傳質(zhì)過程的方法
[0001] 本發(fā)明涉及在包含至少兩個分離塔盤的塔中進行傳質(zhì)過程的方法，其中各個分離 塔盤包含上部塔盤和下部塔盤，在塔盤之間形成水閘并提供閥，所述閥以一定方式設(shè)計使 得氣體可流過分離塔盤，當(dāng)氣體流動中斷時，液體從上部塔盤流入水閘中，并且當(dāng)氣體供應(yīng) 再起動時，液體從水閘中流出。本發(fā)明進一步涉及用于進行傳質(zhì)過程的閥，其中氣體流過靜 置于塔盤上的液體，當(dāng)氣體供應(yīng)中斷時，液體流入水閘中，并且當(dāng)氣體供應(yīng)再起動時，液體 從水閘中流出，其中閥包含關(guān)閉構(gòu)件，所述關(guān)閉構(gòu)件以一定方式設(shè)計，使得隨著關(guān)閉構(gòu)件在 第一閥位置上，下部塔盤中水閘的開口是可關(guān)閉的，且關(guān)閉構(gòu)件在套筒中傳導(dǎo)，所述套筒位 于水閘邊緣的上部塔盤與下部塔盤之間，在所述套筒中，在水閘的區(qū)域中形成開口，并且其 凸出在上部塔盤上且具有用于關(guān)閉構(gòu)件的上部栓塞。
[0002] 用于進行傳質(zhì)過程的方法例如由EP 2 033 698 AUEP 2 027 901 Al或RU 2 237 508 Cl已知，其中使用包含上部塔盤和下部塔盤的分離塔盤，在所述上部塔盤與下部塔盤 之間形成水閘，并且另外提供閥，所述閥以一定方式設(shè)計使得氣體可流過分離塔盤并且當(dāng) 氣流中斷時，液體從上部塔盤流入水閘中，并且當(dāng)氣體供應(yīng)再起動時，從水閘中流出到其下 面的分離塔盤上。這些文件中公開的閥各自包含關(guān)閉構(gòu)件，所述關(guān)閉構(gòu)件包含通過隔離條 相互連接的兩個閥盤。在關(guān)閉構(gòu)件的第一位置上，閥的出口用下部閥盤關(guān)閉，通過所述出 口，液體可從下部塔盤流出至其下面的分離塔盤。同時，第二閥盤位于容許液體從上部塔盤 流入水閘中的位置。在第二位置上，關(guān)閉構(gòu)件以一定方式上升使得氣體可首先通過閥中的 下部開口流入水閘中，然后在上部塔盤的方向上通過閥套中的開口圍繞下部閥盤流動通過 水閘，其中上部塔盤上的氣體通過靜置于塔盤上的液體。
[0003] 由現(xiàn)有技術(shù)已知的方法的缺點是閥可能變得堵塞，所以在氣體供應(yīng)再起動時液體 不能從水閘中流出，或者需要過高的氣體壓力以打開閥。這可能導(dǎo)致分離效率的折損。
[0004] 因此，本發(fā)明的目的是提供在塔中進行傳質(zhì)過程的方法，所述方法可以以穩(wěn)定的 方式進行而不削弱分離效率。
[0005] 該目的通過在包含至少兩個分離塔盤的塔中進行傳質(zhì)過程的方法實現(xiàn)，其中各個 分離塔盤包含上部塔盤和下部塔盤，且在塔盤之間形成水閘，并且提供閥，所述閥以一定方 式設(shè)計使得氣體可流過分離塔盤，當(dāng)氣體流動中斷時，液體從上部塔盤流入水閘中，并且當(dāng) 氣體供應(yīng)再起動時，液體從水閘中排出，所述方法包括以下步驟：
[0006] (a)通過塔盤中的閥離開的氣體流過靜置于上部塔盤上的液體，其中氣體的量足 夠高使得沒有液體回流通過閥，
[0007] (b)以一定方式中斷氣體供應(yīng)使得液體通過閥進入水閘中，
[0008] (C)再起動氣體供應(yīng)，其中下部塔盤中的閥以一定方式打開使得液體從水閘中排 出，
[0009] 其中水閘以一定方式設(shè)定尺寸使得在液體從上部塔盤排入水閘中以后，水閘至多 70 %被液體填充。
[0010] 在本發(fā)明上下文中，表述"氣體"意指所有氣體物質(zhì)，特別是還有蒸氣。
[0011] 在液體從上部塔盤排出以后將水閘填充至70%的最大值賦予分離效率與塔板通 過量的最佳比。這是由于水閘在填充操作期間必須除氣這一事實。另外，位于關(guān)閉構(gòu)件以 上的液體在開始再起動向塔的氣體供應(yīng)時部分被迫返回上部塔盤。這導(dǎo)致液體的回混，因 此導(dǎo)致分離效率的折損。由關(guān)閉構(gòu)件迫使返回上部塔盤的液體的量隨著填充水平降低而降 低。在這種情況下，發(fā)現(xiàn)在將水閘填充至70%的最大值的情況下，當(dāng)氣體供應(yīng)再起動時被迫 回到上部塔盤的液體的量如此低使得回混是可忽略的。
[0012] 在一個優(yōu)選實施方案中，靜置于上部塔盤上的液體高度為至少2cm，優(yōu)選至少 4cm，并且為兩個分離塔盤，即下部分離塔盤的上部塔盤與上部分離塔盤的下部塔盤之間的 距離的至多30%。在這種情況下，靜置于上部塔盤上的液體高度為當(dāng)氣體不流過它時液體 占據(jù)的高度。由于4cm的最小高度，氣泡的停留時間是足夠高的，使得實現(xiàn)與液體與氣體之 間的熱動力平衡的充分近似。
[0013] 上部塔盤上氣體不流過其中的液體的最大高度為下部分離塔盤的上部塔盤與上 部分離塔盤的下部塔盤之間的間距的約30%，所述間距在下文中稱為塔盤間距。在這種情 況下，塔盤間距取決于氣體流速，特別是液體被氣體的夾帶以及液體性能如起泡傾向。一般 而言，塔盤間距為〇. 25-0. 9m。然而，在大于3m的塔直徑的情況下，塔盤支架的高度實質(zhì)性 提高并限定塔盤間距。在這些情況下，靜力學(xué)所需支架結(jié)構(gòu)的高度增加塔盤間距。
[0014] 最小水閘高度可由以下等式計算：
[0016] 在該等式中，氏表示水閘高度，w ^為比液體流速，t為液體與氣體之間的接觸時間。 比液體流速I作為V "A計算，其中\(zhòng)為以m 3/h表示的液體流速且A為塔橫截面面積。
[0017] 接觸時間t和塔直徑由塔中進行的方法的熱力學(xué)和流體動力學(xué)測定。另外，在建 立這些參數(shù)中，需要考慮滿足經(jīng)驗條件：
[0019] 在這種情況下，TS為塔盤間距。
[0020] 在一個優(yōu)選實施方案中，當(dāng)閥打開時，上部塔盤上的開放橫截面面積與塔的橫截 面面積的比為0. 02-0. 2,優(yōu)選0. 05-0. 15。該開口率對應(yīng)于閥的氣體出口處至多20m/s的 速度。在自由橫截面面積太大的情況下，在關(guān)閉構(gòu)件上出現(xiàn)波動，其中在與氣體的接觸時間 期間，液體偶爾通過關(guān)閉構(gòu)件并到達其下面的分離塔盤。這也導(dǎo)致回混，因此導(dǎo)致分離效率 的折損。
[0021] 另外，開口率對所用閥的功能而言是決定性的。當(dāng)氣體流過時，升力作用于關(guān)閉構(gòu) 件上，其中升力為關(guān)閉構(gòu)件的壓差和面積的乘積。由于關(guān)閉構(gòu)件的重力以及由于關(guān)閉構(gòu)件 上液體的重力導(dǎo)致的力作用于升力上。
[0022] 關(guān)閉構(gòu)件上的壓差包含兩個部分。首先，稱為干壓降的，即塔盤的壓降，和由閥上 的液柱導(dǎo)致的壓降。在這種情況下，干壓降為閥的幾何、基于塔橫截面的其自由橫截面面積 和關(guān)閉構(gòu)件的重量的復(fù)雜函數(shù)。對于〇. 02-0. 2的開口率，即上部塔盤上的開放橫截面面積 與塔的橫截面面積的比，這得到塔的最佳操作。
[0023] 當(dāng)氣體供應(yīng)在塔的下端再起動時，閥的各關(guān)閉構(gòu)件起升。在這種情況下，對于關(guān)閉 構(gòu)件的進氣表面上l〇_15m/s的平均蒸氣速度，產(chǎn)生約0. 2-0. 4秒的關(guān)閉構(gòu)件響應(yīng)時間，即 關(guān)閉構(gòu)件的運動開始至到達上端位置之間的時間。作用于以下分離塔盤上的氣流脈沖響應(yīng) 地延遲該時間。對于大的塔盤數(shù)目，這產(chǎn)生最低分離塔盤和最上部分離塔盤上閥的轉(zhuǎn)換時 間的顯著延遲。在40的分離塔盤數(shù)目下，最小轉(zhuǎn)換延遲因此為例如8-16秒。這導(dǎo)致上部 分離塔盤上氣體與液體的接觸時間每種情況下被該延遲時間縮短。
[0024] 該效應(yīng)可通過從塔底部向塔頂部的方向上連續(xù)降低分離塔盤上閥的開口率而抵 消。在這種情況下，上部分離塔盤和下部分離塔盤的最大開口率差優(yōu)選為5%。借助開口率 的降低，實現(xiàn)在塔的上部區(qū)域中較高的升力以及因此分離塔板上閥的更快響應(yīng)時間。
[0025] 在開始向塔的氣體供應(yīng)時，由于壓差導(dǎo)致的提升力作用于關(guān)閉構(gòu)件上。在該提升 力的影響下，關(guān)閉構(gòu)件向上移動，因此釋放下部塔盤中的開口，液體可通過所述開口從水閘 中流出。液體由此與氣體逆流地從水閘中排出。這導(dǎo)致對閥的入口處最大氣體速度的限制。 在這種情況下，最大氣體速度受下部塔盤的開口率影響。當(dāng)超過最大容許氣體速度時，這在 開口率太小的情況下發(fā)生，液體部分地保留在水閘中或者可甚至被上升氣流運送到上部塔 盤上。因此，優(yōu)選當(dāng)閥打開時，上部塔盤的開放橫截面面積與下部塔盤的開放橫截面面積的 比至少對應(yīng)于開放橫截面面積與塔的橫截面面積的比除以0. 8,且為0. 25的最大值。優(yōu)選 上部塔盤的開放橫截面面積與下部塔盤的開放橫截面面積的比至少對應(yīng)于開放橫截面面 積與塔的橫截面面積的比除以〇. 5且為0. 15的最大值。對于上部塔盤的開放橫截面面積 與下部塔盤的開放橫截面面積的比，因此適用以下：
[0027] 優(yōu)選，對于該比，適用以下：
[0029] 在這種情況下，φ = 其中^為上部