CN1025655C - 双层分配器 - Google Patents

Abstract

一种用于塔设备改进了的液流分配器组件，在塔设备中，分布器位于填料层之上，向下分散液体。本发明包括一系列的分配槽，其内部构有一系列的分配流道以及悬垂于其下的稳定板。每一流道大体上为U形断面，沿分配槽的轴线固定，以便向其中部提供初级液流。这种方式消除了分配槽两端间的液面落差并保持均匀而稳定的液面高度。

Description

本发明涉及用于汽-液接触塔的液体分配器，更具体地讲，涉及到与汽-液逆流流动的塔配合使用的一种经过改进的液体分配器组件。

众所周知，在已有技术中可利用气体和液体相互接触的，最好是逆流流动的各种交换塔来实现质量或热量的传递、各原料组分的精密分馏和（或）分离以及其他各种单元操作，有效的操作必须进行质量传递、热量传递、流体蒸发和（或）冷凝，从而使其中的一种流体能在一个特定的区域内或在若干规定面积和体积的最小尺度的区域内，以最低的压力降被冷却。这些是有效操作的先决条件，也是精密分馏所必需的。因此，蒸汽和液体在这类交换塔内的逆流流动，已成为已有技术中汽-液接触的通用方式。实际的汽-液界面需要利用塔内的填料层来形成。因此液体以最适宜的方式分配在填料层的上方，而蒸汽则分配于塔较底部位的填料层的下方。这样，通过填料层缓慢地向下流动的液体与通过填料层上升的蒸汽进行汽-液接触和相互作用。

业已证实，填料层的构型决定该塔的压力降、汽-液界面以及相应的传质和传热的效率，对于一种有效的操作过程而言，在填料层两端用来有效和均匀地分配蒸汽和液体，并在全塔保持这种分配的装置是至关重要的，仅当蒸汽和液体具有良好的初始分布并在全塔保持这种分布状态，才能建立起均匀的混合区以获得最高的效率，塔效率直接与操作费用和产品质量相关，因此，在传统的交换塔中已采用了许多填料设计的已有技术。然而，填料的效率在很大程度上受到蒸汽和液体横向分配状况的限制，例如，蒸汽或液体两者之一在填料层的横截面上不能有效地均匀分配，就限制了那部分分配很差或无分配的填料的利用或效果，随后，这种现象直接降低了塔的效率和减小了操作的成本效果，填料层的高度对确定操作条件是十分重要的，而且它能影响操作成本，在填料层中汽-液不能均匀分配和（或）保持均匀，可能导致严重的后果，在石油加工工业中更是如此。

除了填料层以外，液体分配器是最重要的塔内构件，填料塔性能方面的缺陷有时是由于堵塞和分配不均匀等液体分配问题引起的。因此，选择适当的液体分配器对工厂的连续运行是十分重要的。这样，操作方面的考虑应包括分配器的性能，例如怎样保持分配槽的水平状态，如何均衡其底座以及如何将液体分配到各槽中以保持基本上均匀的液体水平面，后一个问题对大直径的塔是特别重要的，在这种塔中分配箱和分配槽本身是非常长的，在槽的两端已建立起液体的梯度。

传统的液体分配器一般包括各种形式的多孔喷头，用来将液体以喷雾形式分散到填料层的上方，在应用乱堆填料的情况下，塔内装填不规则取向的填料单元，这种液体分配技术有时是有效的，当高的效率参数并不具有关键意义时确实如此，但是，在高效填料的情况下，例如转让给本发明的受让人的4，604，247号美国专利所描述的那种填料，用来使液体和气体均匀分配的装置是极为重要的。

上述专利所公布的那种高效填料的费用促使人们注意恰当的汽-液分配，即使是汽-液之间小范围的不均匀相互作用，也是一种和利用高效填料的目的不相容的严重浪费和巨大损失，在高效填料的情况下，汽-液界面的空间和均匀性对正常操作都是需要的和必须的，上述美国专利中所描述的新的高效填料，要求逆流的汽体和液体通过相对放置的波纹板间所形成的通道，如果初始的汽液分配不能进入独特的波纹结构中，那末填料层中将损失宝贵的表面面积，直到液体和蒸汽受迫迁移进入填料中未充满的部分并相互作用为止，只有利用适当的蒸汽和液体分配装置，才能确保有效地利用高效填料和常规的乱堆填料。

如上所述，能在塔内使液体适当分配的系统的开发已受到了限制，大体上，已知在排送和分配液体方面利用喷孔、管子、多孔板、带孔的槽和喷嘴等，蒸汽同时排入一个上升的湍流的构件中以得到适当的蒸汽分配，尽管许多已有技术的系统对于把 一些蒸汽和液体分配到大部分填料层中是基本上有效的，但是如果不采用更为复杂的分配设备，通常是无法在整个填料层中获得均匀分配的，例如，除非在各区域用相等的压力将汽体喷入填料层下无数的毗邻区域，否则向上通过此填料层的整个蒸汽流是不可能均匀的，杂乱的蒸汽排送只能分配不等量的蒸汽通过填料层的下部区域，但是怎么也不能确保分配的均匀性，与此相似，仅仅把液体喷洒到填料层上方时，尽管企图湿润所有的表面积，但常常会在填料层的某些区域形成高度集中的液流，而在其他的一些区域中则只有很少的液流，当然，这种不均匀性是取决于喷雾装置的，小孔分配器通常比其他类型的分配器更容易被堵塞，并且堵塞常常是不均匀的，结果导致塔内的不均匀喷淋，由于分配器制造过程中板面上出现的表面不规则性，同样会增大某些小孔的流动阻力并引起液位梯度，在具有液位梯度的情况下，各孔之间的位头发生变化，而且从这些孔中流出的液体是不均匀的，任何使液流集中到一个区域而使其他区域内液流减少的流动不规则性是有害的。

塔的其他结构和性能特征也可能引起流动的不规则性。这些特征包括分配槽的尺寸和形状，在所述的槽中为保持液体液面均匀所采取的步骤以及流体分配到所述槽中所采用的方法等，最常用的液体分配技术包括使用相当大的称为分配箱的中央通道，此分配箱安置在分配槽的上部并接收来自供料管的流体，流体流入分配箱并由此流入各分配槽，如果分配箱位于一个很长的分配槽的一端（如在大直径塔内那样），只是槽的侧壁所施加的流动阻力和槽中液体从小孔排出就会产生液体的梯度，结果是降低槽顶端的液体流动速度并且在接近分配箱的槽的部分获得高的液体流速，这种由于趋向于分配槽端部的流体位头损失所产生的液体梯度可以利用安装在塔中心直径和长槽顶部之间的第二个分配箱来部分地加以克服，然而，这需要附加的金属材料来制造，而且在制造过程中需要作其他结构和功能方面的考虑。

规整填料几乎不能承受分配不均匀问题，而乱堆填料则能经受较大的液体分配的变化，不幸的是，不均匀的液体分配经常发生在蒸汽分配最均匀的区域，这是由于蒸汽在与液体分配流接触之前，就能通过填料层而获得较为均匀的分配，因此，下述方案具有优越性，即设计一种使蒸汽和液体在进入填料层以前就获得均匀分配的装置，并且提供使蒸汽和液体既能均匀地分散，又能在整个填料空间均匀地分布的方法。

本发明提供一种经过改进的汽-液分配系统，在这种液体分配器组件中，在分配箱和（或）一定的分配槽中装入初级分配流道，利用双层或“背负式的”流道，来输送初级的液流以降低通常困扰这类系统的流体梯度和位头，这样可以在分配箱和（或）槽中提供初级的液体分配，利用这种方式，一种结构简便、材料费用最小和塔内焊接等劳务费用减少的组件，具有均匀流动分配的优点。

现在对本发明进行概述，本发明涉及用于均匀分配通过塔设备的液流的液体分配系统，更具体地讲，本发明的一个方面是改进塔设备的液体分配器，在这类塔设备中，蒸汽喷进塔内并在其中上升，而液体则在塔内被分散并向下流动，在塔内安装了填料层（或床），用来促进以逆流方式通过塔的蒸汽和液体之间的相互作用，所改进之处在于安装在填料层上方的，用来均匀地分配向下流动的液体的液流分配器，此分配器由一个分配箱和（或）一些内藏多个初级流道的分配槽组成的，每一个初级流道是固定在分配箱或分配槽上的，从而可以至少部分地进行初级流动分配。通过这种方法，可以在分配槽中液体高度保持比通常从一端流入时所能达到的更为均匀。

在另一方面，本发明涉及一种经过改进的液体分配器和一种用于塔设备的方法，即在塔内分配槽接受来自分配箱的液流并将其向下分配到下部填料层。改进之处在于放置在分配槽中的初级流道，此初级流道与分配箱相连通，此初级流道固定于分配槽上，其结构利于从分配箱向槽子排放流体以提高均匀性，此初级流道可以固定于分配槽和（或）放在其中，初级流道的长度为对应的分配槽的长度的一半左右，初级流道固定在分配槽上并将流体排放到分配槽的大约一半跨度处，此初级流道安装在分配槽的轴向或与之成一定的角度，以便用一定的速率向分配槽排放流体。

以上所描述的初级流道也可以做成其中带有许多小孔以便使液流均匀地分配到分配槽中，初级流道也可以做成基本上与分配槽长度相当或者分配槽长度的一半左右。

现在对附图进行简要说明，为了对本发明有一更全面的理解，为了更方便，须对有关附图作如下说明：

图1为一填料塔的透视图，其各部分均切开以说明塔中各内件和一个按本发明原理构成的液流分配槽的一个实施例。

图2是图1所示塔器沿2-2线剖开的放大俯视图，并表示了按本发明原则构成的分配槽和分配箱组件的一个实施例。

图3是沿图2所示液流分配槽组件中3-3线剖开所得的横断面的放大图。

图4是沿图2所示液液分配槽组件中4-4线剖开所得的纵断面放大图。

图5是图4所示槽的另一实施例的纵断面放大图。

图6是图5所示液流分配槽沿其中6-6线剖开的横断面放大图。

图7是按本发明之原理构成的液体分配槽的另一实施例的横断面放大图。

图8是按本发明原理构成的液体分配槽或分配箱的又一实施例的横切面放大图。

现在对最佳实施例进行详述。首先，图1表示了一填料塔的透视图，其各部分切开以表示其各种内构件，并表示本发明的液体分配器一个实施例的应用情况。图1中塔10由一筒体12及安装在塔内的多段填料层14所组成，有多个入孔16以便为更换填料层14而进入塔内，此外还有液体侧线抽出管20、液体侧线加料管18，以及蒸汽侧线进料管或再沸器回料管32，回流管34设于塔10的顶部。

操作中，液体13通过回流管34及液体侧线加料管18进入塔10，液体13向下流过塔，最后由液体侧线抽出管20或底部排料口30流出塔外，液体13在其间向下流动过滤中，通过填料层时某些物质自液体蒸发而贫化，而另外一些物质自汽流中冷凝进入液体而富集。

仍看图1，塔10还有一设于塔体12顶部的蒸汽出口管26和一设于塔底的围绕底部排料管30的裙座28，底部排料管30与再沸器（图上未画出）相联，再沸器返回管32设于裙座28上方以使循环蒸汽由此上升通过各填料层14，来自冷凝器的回流液经入口管34进入塔的上部23，经一液体分配器36进行分配并通过上部的填料层38，可以见到，上部填料层38为规则填料，上部填料层38下部的塔段10包括一个液体收集器40，它位于支承下部填料38的支承格栅41的下面，一个用于再分配液体13的分配器42，同样安装于其下方，中间支承板44为另一种构形，用以支承图示的环形或鞍形乱堆填料14A，另一个由一系列槽49所组成的液体分配器48设于板44之下方，分配器48是用管式组件构成的另一种实施例，它详述于申请号为266，886美国专利申请中，该专利申请已转让给本发明受让人，此处列出以资参考。由图可见，上升蒸汽15与下降液体13之间的逆流构型是设计中要考虑的一系列问题的要旨，这些问题包括液汽比、液体的冷却、起泡及是否含有固体或泥浆等，腐蚀同样是填料塔中各元件的一个考虑因素，所选择的塔内件的制造材料在许多情况下是考虑腐蚀的结果，图1所示的填料塔结构也在Gilbert    Chen于美国化学工程杂志（Chemical    Engineering）（1984年3月5日）上发表的题为：“填料塔内件”的论文中有更详细的说明，可作参考。

图2表示一按本发明之原理所构成的分配箱组合体和分配槽总体布置（组成分配器42）的放大俯视图，分配器42由一系列相互平行隔开的分配槽50所组成。每一分配槽50都与分配箱52垂直并且联通，分配箱52固定于塔体12的中央，穿过其直径，每个分配槽50的一端置于其下以接受液流，并延伸至塔体12的筒壁54，差不多所有分配槽50的端部55都有斜角与筒壁54的曲面相适应，每个端部55相对与每个分配槽50的角度关系按其在塔中的位置而变化，如图2所示，图2中还表示了一上面的、“背负式”流道56，它从分配箱52延伸出来，用作初级流道，每一流道56由许多孔构成并安置在相应的分配槽50里，使槽中流动均匀，以下将详细说明，以这种方式，使塔设备中的液体分布得以改善。

仍看图2：每一分配槽50靠一系列构件固定于塔体12中，首先，所有分配槽50都固定在一衍架梁62上，同样也固定在分配箱52上，如后详述所示，可以看到每一分配槽50伸出上层流道56以外的部分64被一丝网66覆盖，每个分配槽50的丝网66之长度取决于其在塔中的位置。

现在看图3，它表示图2中沿3-3线剖开的 几个分配槽50的横断面放大图，这个实施例的每一分配槽50包括直立侧壁68，其端部为倾斜侧壁69与70，其下为底72，在底72的上方侧壁69、70上有孔74，分配槽50的直立侧壁上有V形的浸没溢流孔76，分配槽50的最上部固定着上层分配槽或初级流道56，在此特殊构型中，上层流道56放在并直接固定在槽50上，在其后部固定了一块安装板80将它和分配箱52直接联结。

仍看图3，上层分配槽56包括基本平行的侧壁82，其端部为倾斜侧壁83和84，下部为底86，底部86有一些孔道（以后再详述），从分配槽52进入初级流道或流道56的流体经孔86向下均匀分配进入分配槽50，从而使槽中获得基本上均匀的流动，在均匀的液头下流经孔74，得到均匀的分布，显然，上层流道的其他安装方式及设计是可能的，其中包括图6所示的固定板以及几种其他构件，下面将详细表述。

图4是图2中槽50与分配箱52的纵剖面放大图，图示初级流道或上层槽56固定在槽50中，并和分配箱52的外侧88相联，该外侧88开有许多孔90，使液体从分配箱52直接流入初级流道56，箭头92表示了该流动情况，分配箱52由底94和侧壁96与98构成，底板94的外侧部分88和89开有孔90，分配箱左侧部分89，开有孔91，液流经此孔流入置于其下方的初级流道56，在外部孔90、91的内侧为内孔99，液体由此孔直接从分配箱52流至槽50，在原先的技术中正是以这种方式向许多槽供液以形成逆流分布，而在本发明的实施例中，在分配箱52的底板94和底板的外侧88，89下设置初级流道56，以便借助于它们在孔90，91流出初级液流时与孔90，91接通，按照这种方式，流体可直接流至相应槽50的任选部分，包括它的中部。

仍看图4，由箭头100可示流体从分配箱52到槽50的有选择的流动情况。正是这一流股能直接流入槽50中以便进入与之紧密相连的槽50的区域，从初级流道56经任意位置特别是初级流道末端所开的孔102流出二级液流，如图4所示，本实施例的初级流道56的每一端装有挡板104与106。端部挡板104直接装于分配箱52的下方，而挡板106装于流道56之另一端，这样，初级流道56中所有液体都要经孔102流出，应注意，孔102的尺寸、数量、位置不限于图中所示，可能有各种各样的孔配置，包括不设孔或去掉端部挡板106，此外，在一个槽50中可有不只一个初级（予）流道56，以提供多点予分配流。

仍由图4可见，分配槽50由其两端联结固定的，在分配箱52的一端由螺母螺栓组件108联结固定法兰80，而其另一端用一双螺母螺栓组件110固定在一塔支承圈112上，支承圈固定于塔壁54，这样，就可根据由初级流道56和直接从分配箱52流至槽50而建立起来的流动规律，有选择地维持槽50中的液面高度，如上所述，本发明可建立无数液流分配式样，包括取消从分配箱52经孔99至分配槽50的直接流动。

本发明的目的在于促进在槽50中的液体和从槽50到形成的小孔流出的液体的均匀分布，由于利用了初级流道或上层槽56，可携带流体至槽50内远离分配箱52的位置，从而维持了均匀的液面高度，因此初级流道之功用如同上述分配箱的延伸。

现在看图5，表示图4所示的初级流道分配器或上层槽56的另一个实施例。图5中的分配箱56置于槽150之上，一初级流道156装配在槽150之中，初级流道156由底板158所构成，底板158的末端开有小孔160。第一块端挡板162圈定于孔160附近，第二块端挡板164在分配箱52附近，流体经孔90沿箭头166方向进入初级流道156，箭头161表示流体经孔99直接流入槽150，在箭头161附近的挡板168防止液体喷溅到初级流道156之中，此处所示的特殊结构由一悬挂螺栓组件170使槽150与分配箱52之间的垂直距离可以调节，一系列的支承件172把槽156直接固定在槽150上，以满足液体流通所需的稳固性，可以看到这种特殊的流动方式使得经过孔90的直接流动比图4所示方式流量更大，如上所述，可以予期初级流道156的底板158的倾斜角可在宽大的范围内变化，此角度变化将对其中液流分配量产生相似的影响并将对孔90及分配箱52的尺寸发生影响。

现在看图6，它是图5所示分配槽150和设在其中的初级流道156的横断面放大图，初级流道156包括折角的侧壁171、173及底158，由箭头174所示的底面158的倾斜可增加流速和按本发明原理而从分配箱52来的液体分配，侧壁172的垂 直部分由固定件176与槽150相联，挡液板175悬垂于渠道176之底部使液流分配到槽150中比较平稳，减少飞溅并促进液流均匀，板175也可联到有别于此处所示的流道。

图7表示另一种结构型式的初级流道与分配槽组件，该槽组件200由一直接安装在其中的初级流道202所组成，后者包括侧壁204和205，它和分配槽200的侧壁206和207保持平行，而分配槽200的倾斜侧壁210与211也同样地基本上平行于初级流道202的侧壁区214与215，分配槽200的底板也平行于初级流道202的底板218，初级流道202倾斜侧壁214和215上开孔220有选择地隔开，流体由此进入分配槽200，分配槽200的开孔式样要按不同的特殊应用需要而定，而且可能不仅仅是那种挡板式分配器，即在日期1988.3.8，专利号为4，729，857美国专利中所述的，该专利已转让给本发明的受让人，列于此处以资参考。

图8仍为按本发明之原理所构成的液体分配槽组件300的另一种例子，组件300包括一下槽302，它只和上槽304相联并且悬垂在上槽304上，上槽304的底板308上有许多孔，由此有选择地通过液体，这个特殊的构形还可以用另一种实施例表示，即在分配网络中有一个上流槽和下流槽。此处，槽302和槽304所代表的槽可按不同角度和联接来组装，从上槽流至下槽的流体既可以通过孔、管口、喷嘴、端部挡板，也可不要端部挡板，或者这些方式的结合来供给，同样，这些槽和/或渠道的断面形状都可根据特殊应用场合和液体流动的需要而变化，这些应用场合也许包括不仅在分配槽而且在上述分配箱都可利用初级流道的方式，在直径相当大的塔中应用分配箱时，流动情况应予协调以维持均匀性和在分配槽与各部分间的液流平衡，由此可见本发明的原理可应用到任一塔器的液体分配系统中去，而这些系统都因被液流长距离流动而引起的液面落差问题而困扰着。

由此可以相信，以上描述可将本发明的构造和操作表示清楚，上述方法和设备可以称为最佳实施例，显然，在由以下权利要求所确定的本发明的保护范围内，多种变化和修正的方案，都可做出。

Claims (18)

1、一种塔器用的改进了的液体分配器，由接受来自一个液体源的液流的多个分配槽组成，以保持所说分配槽的液面并将所说液流向下分配到下面的填料层中，其特征在于：

有一轴向平行地设在所说分配槽中、位置略高于分配槽中液面并与所说液体源联通的初级流道，以及上述初级流道相对固定在上述分配槽上并且略高于分配槽中的液面，且将所说液面上方的液流从上述分配源中以较高的体积流量分配到所说的分配槽中，以提高沿分配槽分布的均匀性。

2、按照权利要求1所说的分配器，其特征在于所说的初级流道固定在所说的分配槽中并且略高于其中的液面。

3、按照权利要求1所说的分配器，其特征在于所说的初级流道露出在所说的分配槽中，其长度为上述分配槽的一半左右，以便使液面上方的流体由此流到上述分配槽的中部。

4、按照权利要求1所说的分配器，其特征在于所说初级流道固定在所说分配槽中，并且为加快来自该处的液体的流动，该初级流道的端部弯成一定角度。

5、按照权利要求1所说的分配器，其特征在于所说初级流道以一定倾角装入分配槽中，与下面的液面相倾斜，以使其中的流体以给定速度流出从而获得较高的体积流量。

6、按照权利要求1所说的分配器，其特征在于所说初级流道上部开口并且在所说液面上方露出，初级流道中开了许多小孔，以便使液流向下平均分配到上述分配槽中，并可在较高的体积流量时维持该分配槽的液面均匀性。

7、按照权利要求6所说的分配器，其特征在于所说的露出的初级流道长度约为下部的所说分配槽的一半。

8、按照权利要求1所说的分配器，其特征在于所说初级流道同所说分配槽形成一整体，所述设备还包括至少一块稳定板，该板固定并悬垂于上述初级流道到上述分配槽之间。

9、按照权利要求1所说的分配器，其特征在于所说的初级流道与所说的下面的分配槽形成一整体并直立于其中，所说分配槽有若干成角度的端部，它们位于所说初级流道下部。

10、一种改进了的在填料塔中分配液流的方法，塔中液流从液源通过有确立液面的多个分配槽分散到置于其下的填料层上，其中所说的改进包括下列几步：

设立在所说的分配槽里并且与其在一轴线上的一个接受液体的初级流道;

在所说的分配槽里设置所说的初级流道的露出位置略高于分配槽中的液面;

在略高于液面上方将初级流道固定在所说的分配槽上并且与液源相联通，以便在较高的体积流量下分配其中的液流。

11、按照权利要求10所说的方法，并进而包括将上述露出的初级流道的长度作成位于其下面的分配槽的长度的一半，使液流从其中分配到上述槽的中部。

12、按照权利要求10所说的方法，还包括在使上述露出的初级流道与上述分配槽的位于槽中水面上方的侧壁搭接时，将上述初级流道容纳到分配槽中并且使其与分配槽相配合。

13、按照权利要求10所说的方法，其特征在于在上述初级流道上固定至少一块稳定板，且该板固定在上述初级流道上以便悬垂到上述分配槽中。

14、一种用于塔设备的液体分配系统，其特征在于：

有一个初级供液设备;

有一系列与上述供液设备相联通的用以维持液面的液流分配槽;

设有一系列初级流道，它们设置在所述的分配槽上，略高于槽里的液面，与槽在同一轴线并与之联通;以及

联结上述初级流道与供液设备的装置，使液流通过上述初级流道流入下面的分配槽，以保持其中液面均匀。

15、按照权利要求14所说的系统，其中所说的初级流道安装在所说的分配槽上并略高于分配槽中的液面。

16、按照权利要求15所说的系统，其特征在于所说的初级流道容纳并固定在上述分配槽中，略高于分配槽中的水平面，其一端在分配槽的中部，以便从该处向下排出液体到分配槽中，以保持所说分配槽中的液面大体均匀。

17、按照权利要求14所说的系统，其特征在于所说的分配槽位于液体源的下部，而且通过上述初级流道与至少一个液体源联通，所说的分配槽都有安装在其上并位于所说液体源下部的初级流道。

18、按照权利要求17所说的系统，其中所说的分配槽位于上述液体源下部，以接受直接自其中流出的部分液流，而且利用固定在上述液体源下的上述初级流道，为分配器接受自液体源流到分配槽的部分液流，分配槽处在与上述液体源有一定距离的至少一个部位上。

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