CN100364648C - 带肋的下降管壁的构造及构造方法 - Google Patents

带肋的下降管壁的构造及构造方法 Download PDF

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Abstract

倾斜的流体接收表面(230)被布置在距具有多个开口(212)的管子分配器(210)短距离处并从所述各开口接收具有在管流方向上的水平动量(222)的含液体的流体(220)。流体接收表面(230)还含有阻流部分(232)，阻流部分(232)减小在流体接收表面(230)上的流体(220)的水平动量(222)，由此显著地改善流体(220)的分配。

Description

带肋的下降管壁的构造及构造方法
本申请要求2002年11月22日申请的美国临时申请系列号60/428490的优先权，而且它被包含在本文作参考。
技术领域
本发明的领域是流体分配，而特别是它涉及蒸馏及吸收塔中的流体分配。
技术背景
蒸馏、吸收、淬火及洗涤塔的供给、泵循环及回流通常由管子分配器引导。大多数已知的管子分配器含有多个开口(例如槽或孔)，以扩散从各开口喷出的含液体的射流。典型例子在美国专利N0.5,014,740中作了描绘，其中多个射流以各种角度沿分配管配置以保证广泛分配。另外，管子分配器还含有朝向冲击壁释放流体的各开口，以扩散所述流体流。在美国专利N0.4,855,089中描绘了示例性的构造，其中冲击壁可附加地含有用于横向分配流体的波纹状部分。
在进入的流体包括液体和气体时，射流通常指向垂直的或倾斜的壁，通常下降管壁或冲击挡板被布置成距各开口(其中各开口通常以一定角度指向所述壁)一短距离。因此，所述壁分布在射流之上，如果各射流含有气体，则所述壁还把向上流动气体与向下流动液体分隔开。
为了实现均匀分配所引导的流体，流出塔内管子分配器的各孔或各槽的流体速度通常必须比管子中的流体速度约大2-3倍。这要求使用高的孔(或槽)流速或者低的管流速。常常不愿使用高的孔流速，因为它会导致过度的飞溅、紊流和卷吸。另一方面，也常常不愿使用低的管流速，因为它们导致需要昂贵的喷嘴和内部管路，从而可能干涉其它的塔内构件(例塔盘)。
因此，许多已知的管子分配器构造都是基于一种折衷方案，其中孔(或槽)速度基本等于管速度。不幸的是，这种构造通常呈现出显著不利的分配特性。最显著的是，当流体流出管子时，在管子内部在流动方向上持续存在水平动量，因此结果是：朝向管子末端部是相对高的流量而在管子开始附近是低流量。所述朝向管子末端部相对高的液体流量导致接收所述液体的装置(例如在管子分配器下方的蒸馏塔盘)中的不均匀分布。
因此，虽然在技术上已知许多管子分配器构造及其构造方法，但它们所有的或几乎所有的都具有一种或多种缺点。因此，仍需要提供管子分配器的改进构造及其构造方法。
发明内容
本发明的目的是改进各种容器中的流体分配的构造及方法，特别是化学加工塔的，其中一种或多种阻流元件防止或减小了在流体接收表面上的流体的不均匀分布。
一种容器包括：
至少是部分地被所述容器围住的管子分配器，其中所述管子分配器含有多个开口；
布置在管子分配器附近的倾斜的流体接收表面，其中所述流体接收表面接收通过多个开口而流出的含液体的流体；
其中，所述开口中的至少一些构造成使得当流体冲击所述流体接收表面时，所述含液体的流体沿管流方向具有水平动量；和
所述流体接收表面含有减小流体接收表面上的流体的水平动量的阻流部分。
在本发明主题的一个方面，容器含有至少部分地被所述容器围住的管子分配器，其中所述管子分配器还含有多个开口。垂直的或倾斜的流体接收表面被布置得(最好是在下方)距管子分配器一短距离，其中流体接收表面接收通过多个开口流出的含液体的流体，其中当流体冲击在流体接收表面上时所述含液体的流体具有沿管流方向的水平动量，和其中流体接收表面含有阻流部分，所述流体阻流部分减小或甚至消除在流体接收表面上的流体的水平动量。
在本发明内容的特别优先方面，流体(例如至容器的塔供给、泵循环或回流)以相对于容器垂直轴线成25 °-60°之间的角度冲击流体接收表面，和/或流体接收表面相对于容器垂直轴线构成0°-45°的角度。因此，所构思的流体接收表面含有冲击挡板、下降管或辅助下降管。
特别构思的阻流部分包括有：基本垂直于水平动量的与流体接收表面相连的肋，在基本垂直于水平动量的流体接收表面中的凹槽，和/或多个有序或随机布置的流体接收表面的凸起(或凹痕)。
一种改进在容器中流体分配的方法，包括：
把倾斜的流体接收表面布置在管子分配器下方，其中所述流体接收表面接收通过管子分配器的多个开口而流出的含液体的流体；
其中，所述开口中的至少一些构造成使得当所述流体冲击所述流体接收表面时，所述含液体的流体具有沿管流方向的水平动量；和
在所述流体接收表面中含有阻流部分，使得所述阻流部分减小了在所述流体接收表面上的所述流体的水平动量。
因此，特别构思的改进工艺容器中流体分配的方法将含有一个步骤：倾斜的流体接收表面被布置成距管子分配器一短距离，其中流体接收表面接收通过管子分配器中的多个开口流出的含液体的流体，其中当流体冲击流体接收表面时含液体的流体具有沿管流方向的水平动量。在另一个步骤中，流体接收表面中含有阻流部分，使得阻流部分减小或甚至消除在流体接收表面上的流体的水平动量。
从本发明的各优先实施例的下列详细描述，本发明的各种目的、特点、方面及优点将会变得更加明显。
附图说明
图1是根据本发明内容的管子分配器构造的示例性简略视图。
图2从不同的视点描绘图1的管子分配器构造。
图3描绘在流体接收表面上的阻流部分的各种示例。
具体实施方式
本发明者发现通过提供一种结构容器中的流体分配，特别是在蒸馏或吸收塔中的流体分配可显著地改善，所述结构减小或阻断从管子分配器中涌出的含液体的流体的冲击力，否则会导致不均匀分配或其它不希望的结果。
因此，本发明者构思一种至少部分地围住管子分配器的容器，其中管子分配器具有多个开口，其中流体通过多个开口而流出，当流体通过多个开口而流出时流体具有水平动量。此外，倾斜的或垂直的流体接收表面接收具有沿流动方向的水平动量的至少部分流体，流体接收表面含有减小水平动量的结构。
如图1中所描绘的，在本发明主题的特别优选方面，容器100具有带分配管子110的管子分配器，分配管子110具有多个开口(未图示，见图2)，各开口引导流体120朝向辅助下降管的流体接收表面130流动。流体接收表面130连接于容器，使得接收流体的表面将与容器的垂直轴线构成约0°-45°之间的角度。流体接收表面通常布置在管子分配器附近(例如布置成整个在管子分配器下方，或从下方延伸至管子分配器上方，通常的距离在10cm至约30m之间)。流体流120相对垂直线(虚线)构成约25°角，并具有相对强的水平动量(即有足够的水平动量驱使流体流向容器内壁)。图2是图1设备的部分侧视图，描绘具有分配管子210的容器200，分配管子210具有多个开口212，各开口212引导流体220朝向辅助下降管的流体接收表面230流动(流体222的水平流动)，流体接收的表面230具有多个肋232，肋232减小和/或阻断流体在流动方向上的水平动量。
通常应该理解：在先前已知晓的管子排入辅助的下降管的构造中，液体头理论上应由下降管构成，由此使液体不均匀分布至少在某种程度上是稳定的。然而，实际上，由于来自射流的流体的水平动量，常常达不到稳定。缺乏稳定在低液体负荷时特别严重。在此情况下，在辅助下降管下的公差通常需保持较大以防止堵塞。结果是，在辅助下降管中有几乎没有水头，从而会妨碍液体不均匀分布的纠正。当管子分配器朝向下降管的外壁或冲击挡板排放时，缺乏稳定甚至是更严重的。在此情况下，在液体进入塔盘之前没有任何再分配装置。
此外，应该认识到：来自分配管子的液体具有从分配器管子的入口端朝向与该入口相对的容器壁的水平动量。因此，流出分配孔的液体撞击下降管(它被安装在该处)的内壁，使液体向下沿所述壁偏转，但保持了引导液体从入口端朝向与入口相对的容器壁的水平动量。这种已知构造的最终结果是过量的液体到达下降管的壳体端部在分配器管子附近的下降管部分中并且相对缺少液体，所述液体将被传送至下游塔盘上，最终导致效率损失和过早产生瓶颈。如果供给在容器的一个壁处进入分配器管子并且朝向相对的壁流过容器，则稳定性的缺乏就特别严重。
相反地，根据本发明主题的构造，通过在下降管壁上增加阻流部分(例如多个肋)，显著地减少了来自管子分配器的流体的不均匀分布。这种结构减小甚至消除了推动液体朝向容器壳体的水平动量，而是替之以引导液体向下。在本发明主题的一个优先方面，在液体撞击下降管壁时，阻流部分是等间隔(例如6″)分布在下降管壁内侧上的肋。本文中所使用的术语“阻流部分”是指：一旦流体接触了流体接收表面(例如冲击挡板、下降管或辅助下降管)时减小或消除流体的水平流动冲击力的所有结构。
关于合适的阻流部分的具体形状，通常构思：有别于肋(延伸穿过整个下降管壁并具有11/2″的宽度)的各种形状也是适用的，而替代的结构包含：波纹形肋；之字形肋；带切口的肋；规则或不规则形状的元件，只要这种元件至少某种程度上减小水平流动。另外，流体接收表面不可以具有一个或多个凹痕(例如垂直的或斜的流道)或是垂直的波纹。在另外构思的方面，合适的阻流部分还含有多个规则地或随机地布置的凸起的和/或凹入的元件，流体接收表面上合适阻流部分的示例性选样描绘于图3。其中流体接收表面330具有第一组阻流部分332A，其中多个凸起栅栏(例如1/16″宽，1″高)构成一组水平流动断路器。第二组阻流部分显示为332B，其中多个平行沟槽(例如1″宽，1″深)构成一组水平流动断路器。第三组阻流部分332C具有多个随机布置的具有随意或交叉形状(例如1/2″直径，1/2″高)的凸起元件作为一组水平流动断路器。第四组阻流部分332D具有多个随意或三角形形状(例如1/2″宽，1/3″高)的有序凸起元件作为一组水平流动断路器。
因此，合适的阻流部分的数量可有很大变化。例如，当阻流部分含有多个肋时，在2与10个肋之间(每个下降管壁)是合适的。另一方面，当阻流部分含有相对小的结构时，构思10至数百(甚至更多)个。根据阻流部分的具体形状和安排，还应该理解：高度/深度、宽度与彼此的距离可有很大变化，只要所述阻流部分将至少减小流体的水平动量，如果不是消除的话。另外构思：可以任何方式(例如可拆卸的或永久连接的)使阻流部分连接于下降管壁，只要所述连接在工作期间保持所述结构。另外，构思接收流体的流体接收表面也可以这种方式构成其形状：该形状将减小在其上冲击的流体的水平流动(例如垂直波纹形的，或斜波纹形的)。
所构思的构造是特别适合于相对大(即内直径大于5-10英尺)的塔盘及其它组合塔，所述组合塔具有把流体排向垂直的或倾斜的挡板(例如下降管壁)的管子分配器以改善供给和/或回流分配。还应该认识到：在许多情况下，改进的分配对所述塔的工作参数将只有小的(如果有的话)影响，然而，特别是当塔接收过冷的多成分供给时，改进的分配将减少或甚至消除主要的瓶颈和提高效率。
为使蒸馏或吸收塔合适的工作，通常严格地要求液体分配均匀地通过塔的横断面。这意味着在任何时候供给或回流的流动(并且是液体主要部分的流动)在事先已知的塔内被引导，严格要求液体均匀地和以不显著地影响在塔内的分配的方式被引导。尤其应认识到：通过具有根据本文介绍的本发明主题的构造，流量可发生显著变化。然而，所述构造对50加仑(gallons)/分钟或更大的分配流量的液体特别有效。所构思的流体最好将含有：碳氢化合物，含水物，有机的及无机的供给，泵循环(pump-aroud)和/或回流，其中这些供给中的每一种含有液体成分也可含有蒸汽成分。这些流体的成分，将从生产纯净产品的塔的回流流体情况下的近乎纯净材料，变化至更一般的回流流体情况下的任何数量的不同化合物的复杂混合物，并供输给多成分蒸馏及吸收塔。
关于合适的流体接收表面，应该理解到：任何已知的流体接收表面都被认为适用于本文。尤其较好的是，流体接收表面含有冲击挡板、下降管和辅助下降管。还应该理解到：管子分配器与流体接收表面之间的具体距离可发生很大变化，而正确的距离一般至少是部分地由流量、流体射流的相对角度和/或流体成分所决定。类似地，流体接收表面的角度可发生很大变化。然而，通常较好的是流体接收表面(相对于假想的垂直轴线)的角度在0°-45°之间。因此，术语“倾斜的流体接收表面”包含垂直的流体接收表面。
根据流体接收表面的角度，流体射流流出管子分配器的所述(相对于假想的垂直轴线)角度可发生很大变化。然而，特别好的喷射角度包含15°-60°之间的角度。此外，应该认识到：所述角度也将至少是部分地由管子分配器的特定构造所决定。合适的管子分配器包括所有已知的管子分配器，特别是那些具有至少两个管子的管子分配器，在所述两个管子中的流体的流动方向是不相同的。关于管子分配器的各开口，通常较好的是多个圆的或矩形开口被布置成一排或多排以形成一组或多组流体射流。然而，许多其它已知的开口和安排也被构思(例如配置在管子分配器侧面的圆形、矩形、正方形、长形或三角形开口)。
因此，本发明者构思工艺容器(最好是蒸馏、吸收、急冷或洗涤塔)，含有至少是部分地被所述容器围住的管子分配器，其中管子分配器含有多个开口。所构思的容器还含有位于管子分配器下方的流体接收表面，其中流体接收表面接收通过多个开口流出的含液体的流体。从另一个视点看，改进工艺容器中的流体分配的方法因此将包含一个步骤，在所述步骤中倾斜的流体接收表面被布置成距管子分配器一短距离，其中流体接收表面接收通过管子分配器的多个开口流出的含液体的流体，当流体冲击流体接收表面时含液体的流体具有沿管流方向的水平动量。在另一个步骤中，流体接收表面含有阻流部分，因此阻流部分减小了流体接收表面上的流体的水平动量。关于这种方法的容器、流体接收表面、管子分配器、流体、阻流部分和其它各元件，可以使用以上提供的相同的考虑。
因此，已经公开改进的流体分配的构造的特定实施例及应用。然而，对于本领域技术人员，很明显除了那些已经描述的之外，可能有更多不背离本文创造概念的改进。因此，除了附录的权利要求书的精神外，本发明的内容不受限制。此外，在理解说明书和各权项两方面，所有的术语应以可能的与上下文一致的最广泛方式理解。特别是术语“包含”和“含有”应被理解为：是指各元件、各部件或非排他方式的各步骤，指出可能存在或被利用的所标记的元件、部件或步骤，或者与没有标记的其它元件、部件或步骤的组合。

Claims (16)

1.一种容器包括：
至少是部分地被所述容器围住的管子分配器，其中所述管子分配器含有多个开口；
布置在管子分配器附近的倾斜的流体接收表面，其中所述流体接收表面接收通过多个开口而流出的含液体的流体；
其中，所述开口中的至少一些构造成使得当流体冲击所述流体接收表面时，所述含液体的流体沿管流方向具有水平动量；和
所述流体接收表面含有减小流体接收表面上的流体的水平动量的阻流部分。
2.如权利要求1的容器，其特征在于：所述流体以相对于容器垂直轴线成15°-60°的角度冲击所述流体接收表面。
3.如权利要求2的容器，其特征在于：所述流体接收表面相对于容器垂直轴线成0°-45°的角度。
4.如权利要求3的容器，其特征在于：所述流体接收表面含有冲击挡板。
5.如权利要求3的容器，其特征在于：所述流体接收表面含有下降管或辅助下降管的壁。
6.如权利要求3的容器，其特征在于：所述流体是至所述容器的供给、泵循环或回流。
7.如权利要求3的容器，其特征在于：所述阻流部分含有肋，所述肋基本垂直于水平动量地连接于所述流体接收表面。
8.如权利要求3的容器，其特征在于：所述阻流部分含有所述流体接收表面中的凹痕，所述凹痕基本垂直于水平动量。
9.如权利要求3的容器，其特征在于：所述阻流部分含有有序地或随机地布置的在所述流体接收表面上的多个凸起。
10.如权利要求1的容器，其特征在于：所述容器是蒸馏、吸收、淬火或洗涤容器。
11.一种改进在容器中流体分配的方法，包括：
把倾斜的流体接收表面布置在管子分配器下方，其中所述流体接收表面接收通过管子分配器的多个开口而流出的含液体的流体；
其中，所述开口中的至少一些构造成使得当所述流体冲击所述流体接收表面时，所述含液体的流体具有沿管流方向的水平动量；和
在所述流体接收表面中含有阻流部分，使得所述阻流部分减小了在所述流体接收表面上的所述流体的水平动量。
12.如权利要求11的方法，其特征在于：所述流体以相对于容器垂直轴线成15°-60°的角度冲击所述流体接收表面。
13.如权利要求12的方法，其特征在于：所述流体接收表面相对于容器垂直轴线构成0°-45°的角度。
14.如权利要求13的方法，其特征在于：所述阻流部分含有与所述流体接收表面连接的肋，所述肋基本垂直于水平动量。
15.如权利要求13的方法，其特征在于：所述阻流部分含有所述流体接收表面中的凹痕，所述凹痕基本垂直于水平动量。
16.如权利要求13的方法，其特征在于：所述阻流部分含有有序地或随机地布置的在所述流体接收表面上的多个凸起。
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