CN102917766B - 阀塔盘 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种阀塔盘，用于传质塔，具有：基板；至少一个液体入口和至少一个液体出口，用于在所述基板上形成具有流动方向的液体流；多个气体进入孔，其形成在所述基板上；和多个固定阀，其遮盖所述气体进入孔，所述固定阀与所述基板形成为一个部件，每个固定阀包括：与所述基板相距一距离的阀顶以及阀后侧和阀前侧，其中，在所述基板、每个固定阀的所述阀后侧、所述阀前侧、所述阀顶之间，总是形成至少一个侧气体出口孔。本发明的目的在于：提供一种可在塔盘上实现改进的液体分配的阀塔盘。为此目的，根据本发明提供以下特征：所述固定阀的所述侧气体出口孔沿所述液体流的流动方向渐缩。

Description

阀塔盘

技术领域

本发明涉及一种阀塔盘，用于传质塔，具有：基板；至少一个液体入口和至少一个液体出口，用于在所述基板上形成具有流动方向的液体流；多个气体进入孔，其形成在所述基板上；和多个固定阀，其遮盖所述气体进入孔，所述固定阀与所述基板形成为一个部件，每个固定阀包括：与所述基板相距一距离的阀顶以及阀后侧和阀前侧，其中，在所述基板、每个固定阀的所述阀后侧、所述阀前侧、所述阀顶之间，总是形成至少一个侧气体出口孔。

背景技术

这样的阀塔盘用于传质塔（mass transfer column）中，例如精馏塔或吸收塔，以作为气体－液体接触塔盘。在传质塔中，两种介质接触，通常为气体和液体。在所述过程中，气体从下向上流动通过塔，液体从上向下流动通过塔。塔盘被水平地插入塔中，并用于使气体与液体相互接触。在每个塔盘上，提供至少一个液体入口和至少一个液体出口。液体经由液体入口进给到相应的塔盘并流动经过塔盘至液体出口。液体由此流动到位于下方的塔盘。在每个塔盘中，还设置气体进入孔，气体由此从下向上升起。在塔盘上，气体和液体相互接触。在非常简单的设计中，塔盘可实现为筛塔盘。在此情况下，在塔盘中仅设置供气体向顶部上升的孔。如果气体流过小，则将存在落雨（raining down）的问题，液体将会通过塔盘中的孔直接向下流动。

因此，已知的是，采用阀塔盘。在此情况下，塔盘中的气体进入孔被桥状的阀遮盖。上升的气体沿侧向经由气体出口孔流出阀外。阀可实现为可动的，使得阀被推开至不同程度，这取决于流动通过阀的气体量。在此情况下，阀的气体出口面积可调节。

不过，还已知的是，实现在基板中的固定阀。在此情况下，阀牢固连接到基板；气体出口面积不能改变。固定阀可具有最多样化的设计，并通常可非常容易制造，例如通过冲压（stamping）制造。对此，气体进入孔的周边被部分地切除，位于气体进入孔中的材料被向上压。材料将通过未切除的周边区域而保持连接到基板。由此，侧气体出口孔形成在基板与固定阀之间，其中固定阀在正常情况下大致垂直于基板延伸。

例如，在US5,788,894中描述了具有固定阀的阀塔盘。阀塔盘包括基板，在基板中，各气体进入孔沿不同取向布置，使得气体进入孔的纵向轴线并排地且垂直于液体流动方向延伸。每个布置在气体进入孔上方的阀包括阀顶和两个端板。阀顶被布置为与基板相距一定距离并经由端板连接到基板，由此形成侧气体出口孔。阀可具有不同设计。一方面，已知的是，阀顶平行于基板延伸，使得每个阀形成两个相同的梯形侧气体出口孔，以排出相同量的气体。还已知的是，阀顶绕气体进入孔的纵向轴线倾斜，使得侧气体出口孔具有不同尺寸。因此，不同量的气体流动通过两个侧气体出口孔。在极端情况下，阀顶倾斜到这样的程度，使得仅形成一个侧气体出口孔，而阀顶的另一侧与基板直接连接。而且还显示出，阀顶沿气体进入孔的纵向方向倾斜。在此，也形成两个相同的侧气体出口孔，气体出口孔的高度沿流动方向增大。不同设计的阀布置在塔盘上，使得在塔盘的有效区域内形成均匀液体流，液体沿朝向出口的方向被引导。

在DE 23 52 177 A1中显示出另一种具有固定阀的阀塔盘。在阀塔盘上，布置有不同类型的固定阀，即，形成气体喷射孔的固定阀和形成强制引导孔的固定阀。通过气体喷射孔，气体流出并与液体接触；通过强制引导孔，气体也流出并将阀塔盘上的液体引导至所希望的方向。

不过，这种现有技术的缺点在于，在塔盘上仍未实现均匀的液体分配。

发明内容

因此，本发明的目的在于，对现有技术中已知的具有固定阀的阀塔盘进行进一步改进，特别是在阀塔盘上实现均匀的液体分配。

对此，根据本发明提供以下特征：阀顶被设计为朝向基板倾斜，使得固定阀的侧气体出口孔沿液体流动方向渐缩，即，沿从液体入口到液体出口的方向渐缩。

因此，从侧气体出口孔流出的气体的量在阀长度上不恒定。在侧气体出口孔的沿流动方向所见的后区域中，比在沿流动方向所见的前区域中逸出更多的气体。这样，将流出气体脉冲传送（impulse transmission）到液体，引起冲推效应，并将液体朝向出口通风道（shaft）（即，液体出口）驱动。这样，阀的几何形状支持阀塔盘实现其功能。

在US5,911,922中，已知的是，阀塔盘具有桥状阀，阀具有第一腿、第二腿和连接各腿的顶，其中，各腿具有不同长度，使得顶沿液体流动方向倾斜。不过，这些阀是可动阀。在阀塔盘中，冲压出的圆孔被阀遮盖，阀在俯视图中为梯形。阀的各腿布置在阀塔盘的缝中，每个腿具有止动部。止动部决定阀的端位置。因此，阀并不是通过从阀塔盘上冲压形成（stamp out）的材料形成。如果没有气体流动通过阀塔盘，则阀就停置在塔盘上。在阀塔盘工作时，气体从下流动穿过在塔盘中的圆孔，并将阀向上推。在所述过程中，阀的顶（roof）开始平行于塔盘向上运动。仅在最大气体流情况下当阀处于其端位置且各腿的止动部抵靠基板停置时，阀顶才将采取其倾斜位置。如果阀塔盘在较低的气体负载下工作，则阀顶不倾斜。

在优选实施例中，可提供以下特征：固定阀的侧气体出口孔的实现形式为不等边多边形，优选地为不等边六边形。通过这种阀设计，与至今使用的固定阀相比，落雨行为和夹带行为得以改进。阀的外侧圆滑且不具有任何尖锐部，从而使其不易弄脏。

在另一实施例中，可提供以下特征：固定阀的阀前侧和阀后侧利用腹板与基板连接，腹板从基板开始大致垂直延伸到顶部（top）。通过这些竖直腹板，来自气体出口孔的气体流的偏转和约束得以减小。试验显示，这允许实现极小的压力损耗。

另外可提供以下特征：固定阀的阀后侧和阀前侧分别与由基板延展的平面形成角度，所述角度约为20°至40°，优选地为26°。这实现固定阀的简单实施例和所希望的圆滑形状，使得阀塔盘不易弄脏，即，污损。

又一变例可提供以下特征：在气体出口孔的阀顶沿流动方向所见的后端处的高度与阀顶沿流动方向所见的前端处的高度之差为1.5mm至3mm，优选地为2.1mm。试验显示，在这些区域中，通过所述阀而实现所希望的气体对液体的冲推效应。

根据特别优选的实施例，可提供以下特征：基板中的气体进入孔和固定阀具有在俯视图中大致矩形的设计。这实现了固定阀的非常简单的设计。

优选地，气体进入孔的长度可在41mm至45mm的范围内，且气体进入孔的净宽度可约为19mm。这可减少压力损耗。

更进一步的实施例可提供以下特征：阀塔盘（valve tray）的开孔率，即，基于有效（active）塔盘（tray）面积的、阀板（valve plate）的所有阀的侧气体出口面积总和，为6％至15.5％。开孔率对应于基于有效塔盘面积的、阀板的所有阀的侧气体出口面积总和。有效塔盘面积是发生气体－液体接触处的塔盘的面积。所希望的开孔率通过在60×86mm至60×145mm范围内的阀间隔实现。阀间隔是指：基板中各气体进入孔的中心点之间的距离。通过在前文中所指的开孔率，压力损耗可保持在所希望的界限内，而同时使落雨行为令人满意。

附图说明

为了实现特别简单的实施例，可以将气体进入孔的纵向轴线设置为平行于流动方向延伸。

在下文中，本发明将参照附图更详细描述。在附图中：

图1显示出根据本发明的阀塔盘的细节的俯视图。

图2显示出俯视的图1所示阀塔盘的固定阀的立体示意图。

图3显示出仰视的图1所示阀塔盘的固定阀的立体示意图。

图4显示出固定阀的第一实施例的侧视图。

图5显示出固定阀的第二实施例的侧视图。

具体实施方式

图1显示出俯视的根据本发明的阀塔盘（valve tray）的细节。阀塔盘包括基板1，液体入口和液体出口实现在基板1上。如果阀塔盘设置在塔（culumn）中，则液体从位于其上方（above）的阀塔盘经由液体入口流动到基板1上，并在基板1上流动到液体出口。液体从液体出口下落到位于其下方的阀塔盘上。因此，在工作时在基板1上形成具有流动方向S（见箭头）的液体流。在基板1上，形成气体进入孔2，气体进入孔2被桥状的固定阀3遮盖。气体进入孔2具有矩形设计以及长度L和宽度B，长度L大于宽度B。优选地，长度L约为41mm至45mm，宽度B约为19mm。每个固定阀3包括：阀顶（valve roof）4，阀后侧5和阀前侧6。阀后侧5使阀顶4的沿流动方向S所见后端与基板1连接。阀前侧6使阀顶4的沿流动方向S所见前端与基板1连接。

各气体进入孔2以及各固定阀3在基板1上沿平行的排而前后布置。气体进入孔2的纵向轴线平行于流动方向S延伸。在一个排中的气体各进入孔2及各固定阀3布置为相距一定距离，一个排的各气体进入孔2的中心点M相距距离D约为86mm至145mm。相邻两排的气体进入孔2均被布置为相对彼此错开。每第二排的气体进入孔2及固定阀3因而恰处于每第一排的气体进入孔2或固定阀3之间。这样，每第一排和每第三排的气体进入孔2或者每第二排和每第四排的气体进入孔2沿流动方向S处于相同的级准（level）。在横向于流动方向S的每第二排的气体进入孔2的中心点M之间的距离E优选地为60mm。因此，阀塔盘的阀间隔在60mm×86mm至60mm×145mm的范围内。

图2显示出俯视的基板1的固定阀3的立体图。箭头指示出基板1上液体流的流动方向S。矩形的气体进入孔2在图2中仅部分可见，形成在基板1中。气体进入孔2被桥状的固定阀3遮盖。在俯视图中，固定阀3也大致为矩形。固定阀3包括阀顶4，阀顶4布置为与基板1相距一距离。阀顶4在其沿流动方向S可见的窄的后侧连接到阀后侧5。腹板7结合于阀后侧5，并使阀后侧5与基板1连接。阀前侧6结合于阀顶4沿流动方向S可见的窄的前侧。阀前侧6也通过一腹板7与基板1连接。这样，固定阀3与基板1形成为一个部件。腹板7从基板1大致垂直伸出到顶部（top）。阀后侧5和阀前侧6设计为朝向基板倾斜，并与平行于基板1延伸的平面形成锐角。阀前侧6短于阀后侧5。这样，阀顶4也实现为朝向基板1倾斜。阀顶4因而绕（around）气体进入孔2的侧向轴线倾斜。阀顶4不绕（around）气体进入孔2的纵向轴线倾斜。

由于固定阀3像桥那样在上方罩盖气体进入孔2，因而在固定阀3的两个纵向侧处在基板1与固定阀3之间，即，在腹板7、阀前侧6、阀顶4、阀后侧5之间，形成侧气体出口孔8。气体出口孔8沿流动方向S渐缩。在图2中所表示的示例中，气体出口孔8具有不等边六边形的形状。固定阀3具有拱形的或圆滑（rounded）的设计，使得弄脏或污损的风险得以减小。

如前所述，阀顶4在沿流动方向S所见的窄的后侧利用阀后侧5和腹板7与基板1连接。由于阀后侧5包括与基板1的锐角，因而侧气体出口孔8在此区域中开始放大。从阀后侧5延伸（pass over）而至阀顶4的部位处，侧气体出口孔8开始渐缩。在阀前侧6的区域中，渐缩明显加剧。因此在侧气体出口孔8沿流动方向S可见的后区域中，比在侧气体出口孔8沿流动方向S可见的前区域中排出更多气体，可认为侧气体出口孔8整体上是渐缩的。

图3显示出仰视的固定阀3的立体示意图。在基板1中实现的气体进入孔2清晰可见。气体入口孔2由桥状的固定阀3遮盖，固定阀3实现为针对气体进入孔2的纵向轴线大致对称。其中布置有阀塔盘的塔在工作时，液体沿基板1的上侧流动。气体从下向上流动通过所述塔，经基板1的气体进入孔2进入阀塔盘，并被固定阀3沿侧向偏转，从而使其在基板1的上侧经由两个侧气体出口孔8排出并与流动到此的液体接触。由于气体出口孔8在气体出口孔8的沿流动方向S所见后区域中沿流动方向S渐缩，因而与气体出口孔8的沿流动方向S所见前区域中相比排出更大量的气体。这样，使流出（stream out）气体脉冲传送（pulse transmission）到液体，引起冲推效应（thrust effect），以驱动液体朝向液体出口并由此沿流动方向S运动。这种冲推效应经检测证明，并可例如在视频序列（video sequence）中证实。通过这种冲推效应，阀塔盘的工作范围可以增大。根据本发明的阀塔盘因而也可在高气体负载下操作，并可毫无问题地降低到中液体负载。

如图3中清晰可见，固定阀3与基板1形成为一个部件。从基板1到固定阀3的过渡部9是圆滑的，使得在固定阀中发生污损的风险得以减小。优选地，固定阀3通过以下方式形成：利用模具，在基板中冲压形成（stamp out）气体进入孔2的纵向侧边L，并将位于气体进入孔2中的材料向上推。通过适合的模具形状，获得所希望的阀形状。气体进入孔的窄侧边B未被切除，使得材料在此与基板1保持连接。

图4显示出固定阀3的侧视图。如前所述，固定阀3像桥那样遮盖基板1中的气体进入孔2，由此形成侧气体出口孔8。由于固定阀3实现为针对气体进入孔2的纵向轴线L对称，因而形成两个相同的侧气体出口孔8。气体出口孔8的下边缘通过基板1形成。腹板7在气体进入孔2的两个窄侧结合于基板1，腹板7基本垂直延伸到顶部（top）。与传统的固定阀相比，这些腹板7减少了气体流的偏转和约束，从而具有较低的压力损耗。

根据应用或者所希望的气体流速，气体出口孔8应具有不同的尺寸。这可通过使腹板7的长度适配于相应的应用而实现。阀后侧5和阀前侧6分别结合于腹板7。阀前侧6和阀后侧5相对于水平线的设定角度α优选地是相同的，并在20°至40°的范围内。优选地，设定角度α是26°。阀后侧5和阀前侧6通过阀顶4相互连接。由于阀前侧6短于阀后侧5，因而阀顶4设计为相对于基板1倾斜。因此，气体出口孔8沿流动方向S渐缩。

如前所述，阀顶4在沿流动方向S所见的窄的后侧利用阀后侧5和腹板7与基板1连接。由于阀后侧5包括与基板1的锐角，因而侧气体出口孔8在此区域中开始放大。从阀后侧5延伸（pass over）而至阀顶4的部位处，侧气体出口孔8开始渐缩。在阀前侧6的区域中，渐缩明显加剧。因此在侧气体出口孔8的沿流动方向S可见的后区域中，比在侧气体出口孔8的沿流动方向S可见的前区域中逸出更多气体，可认为侧气体出口孔8整体上是渐缩的。前述的对液体的冲推效应得以实现。

在图4中所示的实施例中，侧气体出口孔8具有不等边六边形的形状。在阀顶4的沿流动方向S所见的后端处的高度H1与阀顶4的沿流动方向S所见的前端处的高度H2之差在1.5mm至3mm的范围内，且优选地为2.1mm。由此，侧气体出口孔8获得所希望的形状，使得经由气体出口孔8流出的气体产生所希望的对液体的冲推效应。

图5显示出进一步实施例的固定阀3'的视图。以下，将仅指出与已描述的固定阀3的差别。在此情况下，从基板1延伸到顶部的腹板7'明显较短。这样，侧气体出口孔8'的面积也较小。阀后侧5'、阀前侧6'、阀顶4'具有的设计与第一实施例中所述大致相同。为进一步减小侧气体出口孔8'的面积，侧气体出口孔8'的下边缘还可缩短。

优选地，腹板7、7'被布置为不垂直于基板，而是与基板形成角度，所述角度在70°至90°的范围内，优选地为80°。这样，气体出口孔8、8'的下边缘的长度可通过改变腹板7、7'的长度而改变。根据应用，侧气体出口开口由此被制成为具有所希望的面积。这可通过在冲压过程中设定模具冲程而简单地实现，使得腹板7、7'获得所希望的长度。侧气体出口孔的面积优选地在152mm²至262mm²的范围内。

通过前述的阀间隔，阀塔盘的开孔率约为6至15.5％。开孔率在此是指：基于有效塔盘面积的阀塔盘上所有固定阀侧气体出口孔的总和。有效塔盘面积是：在气体与液体之间发生接触之处的阀塔盘的面积。

通过固定阀和侧气体出口孔的特定的几何形状设计，与目前采用的固定阀相比，落雨（raining-down）行为以及夹带（entrainment）行为明显更有利。

由于固定阀的外部几何形状是圆滑的、平整的、且无尖锐部分，因而特别不易弄脏。

Claims (12)

1.一种阀塔盘，用于传质塔，具有：

基板（1）；

至少一个液体入口和至少一个液体出口，用于在所述基板（1）上形成一具有流动方向（S）的液体流；

多个气体进入孔（2），其形成在所述基板（1）上；和

多个固定阀（3），其遮盖所述气体进入孔（2），所述固定阀与所述基板（1）形成为一个部件，每个固定阀包括：与所述基板（1）相距一距离的阀顶（4）以及阀后侧（5）和阀前侧（6），其中，在所述基板（1）、每个固定阀（3）的所述阀后侧（5）、所述阀前侧（6）、所述阀顶（4）之间，总是形成至少一个侧气体出口孔（8），

其特征在于，

所述阀顶（4）朝向所述基板（1）倾斜，使得所述固定阀（3）的所述侧气体出口孔（8）沿所述液体流的流动方向（S）渐缩，即，沿从所述液体入口向所述液体出口的方向渐缩。

2.根据权利要求1所述的阀塔盘，其特征在于，

所述固定阀（3）的所述侧气体出口孔（8）具有不等边多边形的形状。

3.根据权利要求1所述的阀塔盘，其特征在于，

所述固定阀（3）的阀前侧（6）和阀后侧（5）利用腹板（7）连接到所述基板（1），所述腹板（7）从所述基板（1）开始大致垂直延伸到顶部。

4.根据权利要求1所述的阀塔盘，其特征在于，

所述固定阀（3）的阀后侧（5）和阀前侧（6）与由所述基板（1）延展的平面形成一角度，所述角度为20°至40°。

5.根据权利要求1所述的阀塔盘，其特征在于，

在所述阀顶（4）沿所述流动方向（S）所见的后端处的高度（H1）与所述阀顶（4）沿所述流动方向（S）所见的前端处的高度（H2）之差为1.5mm至3mm。

6.根据权利要求1所述的阀塔盘，其特征在于，

所述基板（1）中的气体进入孔（2）和所述固定阀（3）形成为在俯视图中大致为矩形。

7.根据权利要求6所述的阀塔盘，其特征在于，

所述气体进入孔（2）的长度（L）在41mm至45mm的范围内，且所述气体进入孔（2）的净宽度（B）为19mm。

8.根据权利要求1所述的阀塔盘，其特征在于，

所述阀塔盘的开孔率，即，基于有效基面积的阀板的所有阀的侧气体出口面积总和，为6％至15.5％。

9.根据权利要求1所述的阀塔盘，其特征在于，

所述气体进入孔（2）的纵向轴线平行于所述流动方向（S）延伸。

10.根据权利要求2所述的阀塔盘，其特征在于，所述固定阀（3）的所述侧气体出口孔（8）具有不等边六边形的形状。

11.根据权利要求4所述的阀塔盘，其特征在于，所述固定阀（3）的阀后侧（5）和阀前侧（6）与由所述基板（1）延展的平面形成的角度为26°。

12.根据权利要求5所述的阀塔盘，其特征在于，在所述阀顶（4）沿所述流动方向（S）所见的后端处的高度（H1）与所述阀顶（4）沿所述流动方向（S）所见的前端处的高度（H2）之差为2.1mm。