CN102186548B - 用于小型装备的分隔壁塔 - Google Patents

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CN102186548B CN200980141519.9A CN200980141519A CN102186548B CN 102186548 B CN102186548 B CN 102186548B CN 200980141519 A CN200980141519 A CN 200980141519A CN 102186548 B CN102186548 B CN 102186548B
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Abstract

一种分隔式交换塔，其包括具有纵向轴线的圆柱形外壳塔（60）和被分成两个或更多个纵向延伸的部分圆柱形的内塔（40，50），每个所述塔单独地预先形成并且具有相应的与圆柱形外壳相邻的部分圆柱形壁（44，54），并且所述部分圆柱形壁终止在两个纵向延伸的边缘中并且利用一个或多个侧壁（42，52）在所述边缘之间封闭。

Description

用于小型装备的分隔壁塔
技术领域
本发明涉及分隔壁技术，并且提供一种用于有利于分隔壁技术的使用的设备和方法，其具有比当前制造或使用的塔径更小的塔径。
背景技术
传统的用于构建在热传递和/或质量传递过程中使用的分隔壁塔的方法要求在适当的位置将分隔壁直接焊接到压力外壳塔，然后在分隔壁塔的任一侧上进行填料或蒸馏盘的安装。其它的用于构建分隔壁塔的方法要求将半圆柱形外壳焊接到分隔壁自身上。这两种方法都要求在压力外壳塔内工作的焊接工在塔的内壁和分隔壁上布置焊缝，以防止这些构件之间的泄漏。
然而，由于若干原因，此前的用于较小型应用的分隔壁塔的制造和设计方法是存在问题的。
首先，结合有传统的分隔壁的分隔壁塔的使用使分隔壁在分隔壁塔的两侧既经历压差又经历温差。这些温差和压差由于分隔壁塔操作的真实本质而出现。在分隔壁的任一侧，通过经过塔段的变化的液体和蒸汽流而产生不同的质量传递条件。这些多样化的质量传递条件产生沿分隔壁壁段的长度的不同组成分布。因此，具有截然不同的饱和温度的不同组分的蒸汽和液体在分隔壁的任一侧产生温差。
所述温差在分隔壁以及压力外壳塔上产生显著的机械应力，并且因此需要在装备运作期间对所述温差进行仔细的监测和管理。压差和温差在运作异常期间特别显著，例如在设施的起动或关闭期间。
当分隔壁塔系统的运作温度充分偏离环境条件时，这些异常状况可能特别存在问题。例如，空气分离塔在温度达到-195℃的低温条件下运作。在该温度下，必须在对塔进行冷却时特别小心，以确保塔的两侧以统一的速率被冷却（即，防止一个塔比塔的相对侧以快得多的速率冷却）。
为了对抗这些机械应力，已经引入了支撑构件或加强构件以防止例如由于应力而发生的弯曲。如美国专利No. 7,357,378中所说明的，这些支撑构件有助于抵抗压差并使温差的效应最小化，在此将该美国专利的全部通过参考的方式结合在本文中。然而，这些支撑或加强构件的使用可能使成本增加，并对蒸馏过程的效率具有不利的影响。
还已经尝试了增加分隔壁的厚度以抵偿机械应力；然而，所实现的强度增加是微小的，尤其是在具有大直径的塔中。另外，增加分隔壁的直径还导致了与将分隔壁焊接到塔壁上相关联的复杂性。增加分隔壁的厚度还使得塔区域的较大部分被占据，导致可用区域不太高效的使用。
双层（层压式）或蜂窝形壁、加强肋的使用或者使用蒸馏盘作为加强件来加强分隔壁都将承受与以上所述相同的缺点。
第二，随着对使分隔壁塔更小的要求的增加，焊接工进入压力外壳塔并将分隔壁焊接到压力外壳塔或将半圆柱形外壳焊接到分隔壁自身可用的空间是有问题的。例如，将分隔壁焊接在具有较小直径的塔中产生了对焊接工和焊接工具装配和工作而言明显“较紧”间隙。此外，在这些小的传统分隔壁塔内焊接垫片、支撑构件和/或加强构件正越来越困难。
发明内容
本发明所针对的问题是提供一种有利于分隔壁技术的使用的设备和方法，其具有提供产生比当前制造或使用的塔径小的塔径的特定优点。
在一个方面，本发明提供一种分隔式交换塔，其包括具有纵向轴线的圆柱形外壳和被分隔成两个或更多个纵向延伸的部分圆柱形内塔，其特征在于，所述内塔中的每个均单独地预先形成，并且具有相应的与圆柱形外壳相邻的部分圆柱形壁，并且所述部分圆柱形壁终止在两个纵向延伸的边缘中并利用一个或多个侧壁在所述边缘之间封闭。
在另一个方面，本发明提供一种构建第一方面的分隔式交换塔的方法，包括：将两个或更多个单独地预先形成纵向延伸的部分圆柱形内塔插入到具有纵向轴线的圆柱形外壳中，每个内塔具有相应的与圆柱形外壳相邻的部分圆柱形壁，所述部分圆柱形壁终止在两个纵向延伸的边缘中并利用一个或多个侧壁在所述边缘之间封闭。
可以存在两个互补的、优选地为半圆柱形的内塔，每个内塔具有部分圆柱形壁，所述部分圆柱形壁利用基本平坦的弦状的侧壁沿其开口侧封闭。当存在三个或更多个内塔时，它们通常是互补的扇形内塔，每个内塔具有部分圆柱形壁，所述部分圆柱形壁利用一对相互成角度倾斜的基本平坦的侧壁沿其开口侧封闭。
相邻的内塔的相对侧壁可以隔开或接触。
内塔可以包含蒸馏盘或规整填料。内塔中的至少一个可以包括至少一个蒸馏盘，并且至少另外一个内塔可以包括规整填料。如果内塔包含蒸馏盘，则蒸馏盘优选不直接接触塔的内表面，而是例如布置成从塔的顶部悬挂的自支撑叠盘（a self supporting stack）。
内塔中的至少一个可以在其顶部紧固于外壳和/或内塔中的至少一个可以在其底部紧固于外壳和/或内塔中的至少一个可以通过剪切环紧固于外壳。
内塔中的至少一个可以具有比至少另外一个内塔小的截面和/或可以具有比至少另外一个内塔短的长度。
在一个实施例中，分隔式交换塔包括：圆柱形外壳塔，其具有第一纵向轴线和圆柱形壁，该圆柱形壁与所述第一纵向轴线隔开并围绕所述第一纵向轴线，从而在圆柱形壁和所述第一纵向轴线之间限定出第一内部空间，其中圆柱形壁包括内表面和外表面；第一分隔壁塔，其具有基本平行于所述第一纵向轴线的第二纵向轴线、第一壁以及第二壁，其中第一分隔壁塔的第一壁联接于第一分隔壁塔的第二壁，并且其中第一分隔壁塔的第一壁是基本平坦的而第一分隔壁塔的第二壁是基本半圆柱形的；第二分隔壁塔，其具有基本平行于所述第一纵向轴线和所述第二纵向轴线的第三纵向轴线、第一壁以及第二壁，其中第二分隔壁塔的第一壁联接于第二分隔壁塔的第二壁，并且其中第二分隔壁塔的第一壁是基本平坦的而第二分隔壁塔的第二壁是基本半圆柱形的，并且其中第一分隔壁塔和第二分隔壁塔在圆柱形外壳塔的第一内部空间中定位成使得第一分隔壁塔的第一壁与第二分隔壁塔的第一壁相邻，并且第一分隔壁塔的第二壁和第二分隔壁塔的第二壁与圆柱形壁的内表面相邻。
第一分隔壁塔的第一壁和第二分隔壁塔的第一壁之间能够限定出狭槽，所述狭槽从所述第一纵向轴线延伸到圆柱形外壳的内表面。
第一分隔壁塔具有第一长度，并且第二分隔壁塔具有第二长度。第一分隔壁塔的第一长度和第二分隔壁塔的第二长度可以例如不相等。
外壳塔可以被加压或者处于真空条件下。
第一分隔壁塔的第一壁的厚度可以是3 mm至20 mm。
第一分隔壁塔可以包括至少一个蒸馏盘，并且第二分隔壁塔包括规整填料。
在又一个实施例中，分隔式交换塔包括：第一壁，其中第一壁是基本平坦的；第二壁，其中第二壁是基本半圆柱形的，并且其中第一壁和第二壁联接在一起，使得第一壁和第二壁形成具有基本半圆柱形截面的第一交换塔；第三壁，其中第三壁是基本平坦的；第四壁，其中第四壁是基本半圆柱形的，并且其中第三壁和第四壁联接在一起，使得第三壁和第四壁形成具有基本半圆柱形截面的第二交换塔；以及第五壁，其中第五壁是基本圆柱形的并且形成围绕第一交换塔和第二交换塔的外壳，并且其中第一交换塔的第一壁与第二交换塔的第三壁相邻并隔开。
在又一实施例中，分隔式交换塔包括：第一壁，其中第一壁是基本平坦的；第二壁，其中第二壁是基本半圆柱形的，并且其中第一壁和第二壁联接在一起，使得第一壁和第二壁形成第一交换塔；第三壁，其中第三壁是基本平坦的；第四壁，其中第四壁是基本半圆柱形的，并且其中第三壁和第四壁联接在一起，使得第三壁和第四壁形成第二交换塔；以及第五壁，其中第五壁是基本圆柱形的并且形成围绕第一交换塔和第二交换塔的外壳，并且其中第一交换塔的第一壁与第二交换塔的第三壁相邻并隔开。
附图说明
当结合附图阅读时，能够更好地理解前面的概述以及示例性实施例的下面详细描述。为了示出本发明实施例的目的，在附图中示出了本发明的示例性实施例；然而，本发明并不限于所公开的具体方法和功用。
在附图中：
                         图1是示出了传统的分隔壁塔的示意图；
                         图2是示出了本发明的示例性实施例的示意图；
                         图3是示出了本发明的示例性实施例的示意图；
                         图4是示出了本发明的示例性实施例的示意图；
                         图5是示出了本发明的示例性实施例的示意图；
                         图6是示出了本发明的示例性实施例的示意图；
                         图7是示出了本发明的示例性实施例的示意图；
                         图8a是示出了本发明的示例性实施例的示意图；
                         图8b是本发明的示例性实施例的放大的截面示意图；
                         图9a是示出了本发明的示例性实施例的示意图；
                         图9b是本发明的示例性实施例的放大的截面示意图；
                         图10a是示出了本发明的示例性实施例的示意图；
                         图10b是本发明的示例性实施例的放大的截面示意图；以及
                         图11是示出了本发明的示例性实施例的示意图。
具体实施方式
图1示出了已知的传统分隔壁塔10，其中分隔壁20焊接到塔30上。
图2示出了本发明的实施例，其中分开的预先形成的分隔壁塔40、50可以构建成用于在外壳塔60中使用。外壳塔60可以例如被加压。外壳塔60还可以例如处于真空条件下。外壳塔60的直径可以变化。例如，外壳塔60的直径可以设计为设计压力的函数。外壳塔60可以是例如圆柱形或者基本圆柱形。分隔壁塔40、50可以是例如半圆柱形或基本半圆柱形。
在图3-11中，与前述实施例中的元件相对应的元件由相同的数字来表示。如图3中所示，分隔壁塔70、80、90也可以是例如基本馅饼形的或基本扇形的，使得一个或多个分隔壁塔可以定位在外壳塔60内。
如图2中进一步所示，分隔壁塔40、50的平面形或平坦的壁42、52可以从分隔壁塔40、50的外侧焊接到分隔壁塔40、50的半圆柱形壁44、54。当从分隔壁塔40、50的内侧工作时出现的空间限制可以消除，因为可以从分隔壁塔40、50的外侧执行焊接。平坦壁42、52的厚度可以变化。平坦壁42、52的厚度可以例如从3 mm到20 mm。
如图2-4中所示，每个分隔壁塔40、50（或者图3中的70、80、90）可以具有视情况而安装的蒸馏盘100或填料110。例如，可以使用美国专利No. 7,234,691中公开的蒸馏盘100，在此将该美国专利的全部内容通过参考的方式结合到本文中。盘100并不直接接触分隔壁塔的内壁，因为盘100可以例如安装为从顶部悬挂的自支撑叠盘。
每个分隔壁塔可以例如单独地安装到外壳塔60内。
在一个实施例中，分隔壁塔可以例如在分隔壁塔的顶部120处紧固到外壳塔60。在一个替代性实施例中，分隔壁塔可以例如在分隔壁塔的底部130处紧固到外壳塔60。在另一个实施例中，可以例如使用剪切环140来将分隔壁塔固定到外壳塔60。
在另一个实施例中，可以使用可伸缩基座或垫片150来固定分隔壁塔与外壳塔60的关系以及分隔壁塔的相互关系。
如图2中所示，例如，制造分隔壁塔40、50可以减小由一般出现在分隔壁任一侧上的压差和温差产生的机械应力的影响，因为两个分隔壁塔不再如图1中所示地共享公共的分隔壁20。分隔壁塔40、50可以隔开地定位，使得在各个分隔壁塔40、50的基本平坦的壁42、52之间可以限定出敞开的空间或狭槽170。分开的分隔壁塔40、50的使用可以允许某些运动自由而不直接受到其它的相应分隔壁塔的运动的影响，所述运动自由可能是每个分隔壁塔40、50可能经历的温度和压力所需要的。独立的部分能够响应于由温差和压差产生的任何机械应力而彼此独立地运动。因此，除了分隔壁塔40、50附接到外壳塔60的单个区域并且产生蒸汽密封的单个区域之外，在很大程度上消除了由于温差和压差而造成的机械力的效应。
在又一个实施例中，并且如图5中所示，分隔壁塔40、50可以靠近彼此定位，使得各个分隔壁塔40、50的基本平坦的壁42、52相互直接接触。在另一个实施例中，各个分隔壁塔40、50的基本平坦的壁42、52可以例如彼此联接。各个分隔壁塔40、50的顶部例如可以密封焊接。
如图6中所示，外壳塔60内的分隔壁塔40、50可以具有不同的长度。例如，第一分隔壁塔40的长度可以比第二分隔壁塔50的长度长，因为对第一分隔壁塔40的特定分离要求可能例如需要更多的理论塔板。分隔壁塔40、50的长度也可以是基本相同的，如图7中所示。如图6-10b中所示，分隔壁塔40、50可以结合有蒸馏盘100、填料110或其各种组合。如图8a-10b中所示，每个分隔壁塔40、50可以包括液体分配器180。分隔壁塔40、50还可以包括供给喷嘴190和顶盖200。
在另一个实施例中，分隔壁塔40、50可以例如占据总可用区域的不等部分。如图11中所示，第一分隔壁塔40可以具有比第二分隔壁塔50小的区域。
尽管已经结合多个图的优选实施例描述了本发明的多个方面，但是应当理解，可以使用其它类似的实施例或者可以对所描述的实施例进行改动和添加以用于执行本发明的相同功能而不偏离本发明。因此，要求保护的本发明不应限于任何单个实施例，而是应当在根据所附权利要求的广度和范围内来解释。

Claims (14)

1.一种分隔式交换塔，包括：
具有第一纵向轴线和圆柱形壁的圆柱形外壳塔，所述圆柱形壁与所述第一纵向轴线隔开并围绕所述第一纵向轴线，从而在所述圆柱形壁和所述第一纵向轴线之间限定出第一内部空间，其中所述圆柱形壁包括内表面和外表面；
第一分隔壁塔，所述第一分隔壁塔具有基本平行于所述第一纵向轴线的第二纵向轴线、第一壁以及第二壁，其中所述第一分隔壁塔的第一壁联接于所述第一分隔壁塔的第二壁，并且其中所述第一分隔壁塔的第一壁是基本平坦的而所述第一分隔壁塔的第二壁是基本半圆柱形的；
第二分隔壁塔，所述第二分隔壁塔具有基本平行于所述第一纵向轴线和所述第二纵向轴线的第三纵向轴线、第一壁以及第二壁，其中所述第二分隔壁塔的第一壁联接于所述第二分隔壁塔的第二壁，并且其中第二分隔壁塔的第一壁是基本平坦的而所述第二分隔壁塔的第二壁是基本半圆柱形的；并且
其中所述第一分隔壁塔和所述第二分隔壁塔在所述圆柱形外壳塔的所述第一内部空间内定位成限定了两个纵向延伸的部分圆柱形的内塔，使得所述第一分隔壁塔的第一壁与所述第二分隔壁塔的第一壁相邻，并且所述第一分隔壁塔的第二壁和所述第二分隔壁塔的第二壁与所述圆柱形壁的内表面相邻。
2.如权利要求1所述的分隔式交换塔，其中，存在两个互补的内塔，每个所述内塔具有所述部分圆柱形壁，所述部分圆柱形壁利用基本平坦的弦状侧壁延其开口侧封闭。
3.如权利要求2所述的分隔式交换塔，其中，所述内塔是半圆柱形的。
4.如权利要求1所述的分隔式交换塔，其中，存在三个或更多个互补的扇形内塔，每个所述内塔具有部分圆柱形壁，所述部分圆柱形壁利用一对相互成角度倾斜的基本平坦的侧壁延其开口侧封闭。
5.如前述权利要求中任一项所述的分隔式交换塔，其中，相邻的所述内塔的相对的侧壁间隔开。
6.如权利要求1至4中任一项所述的分隔式交换塔，其中，相邻的所述内塔的相对的侧壁相接触。
7.如前述权利要求中任一项所述的分隔式交换塔，其中，所述内塔中的至少一个包含蒸馏盘，所述蒸馏盘设置成为从所述塔的顶部悬挂的自支撑叠盘，使得所述蒸馏盘不与所述塔的内表面直接接触。
8.如前述权利要求中任一项所述的分隔式交换塔，其中，所述内塔中的至少一个在其顶部或底部紧固于所述外壳。
9.如前述权利要求中任一项所述的分隔式交换塔，其中，所述内塔中的至少一个通过剪切环紧固于所述外壳。
10.如前述权利要求中任一项所述的分隔式交换塔，其中，所述内塔中的至少一个具有比至少另外一个所述内塔小的截面。
11.如前述权利要求中任一项所述的分隔式交换塔，其中，所述内塔中的至少一个具有比至少另外一个所述内塔短的长度。
12.如前述权利要求中任一项所述的分隔式交换塔，其中，所述内塔中的至少一个包括至少一个蒸馏盘，并且其中所述至少另外一个内塔包括规整填料。
13.如权利要求1所述的分隔式交换塔，其包括：
第一壁，其中所述第一壁是基本平坦的；
第二壁，其中所述第二壁是基本半圆柱形的，并且其中所述第一壁和所述第二壁联接在一起，使得所述第一壁和所述第二壁形成第一交换塔；
第三壁，其中所述第三壁是基本平坦的；
第四壁，其中所述第四壁是基本半圆柱形的，并且其中所述第三壁和所述第四壁联接在一起，使得所述第三壁和所述第四壁形成第二交换塔；以及
第五壁，其中所述第五壁是基本圆柱形的，并且形成围绕所述第一交换塔和所述第二交换塔的外壳；并且
其中，所述第一交换塔的第一壁与所述第二交换塔的第三壁相邻并隔开。
14.一种构建如权利要求1所述的分隔式交换塔的方法，其包括：将两个或更多个单独地预先形成的纵向延伸的部分圆柱形的内塔插入到具有纵向轴线的圆柱形外壳中，每个所述内塔具有相应的与所述圆柱形外壳相邻的部分圆柱形壁，并且所述部分圆柱形壁终止在两个纵向延伸的边缘中并利用一个或多个侧壁在所述边缘之间封闭。
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