CN106659943A - 接触装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于蒸馏塔中的气液接触装置以及使用这种气液接触装置的方法。所述气液接触装置具有细长条阵列，用于支撑液体的降膜并且使蒸气与所述膜接触。所述条被支撑在具有顶部区段和底部区段的结构中，所述顶部区段和所述底部区段连接到所述条的相对端。所述顶部区段具有与所述条对准的孔，使得分配到所述顶部区段的液体从所述孔渗出，以引发所述降膜的形成。在所述顶部区段和所述底部区段处提供有开口，使得蒸气能够穿过所述支撑结构以接触所述降膜，从而实现所述液体和所述蒸气之间的接触。液体分配器与所述顶部区段相关以将所述液体分配到所述孔。

Description

接触装置和方法

技术领域

本发明涉及可用于蒸馏塔中的气液接触装置以及与在蒸馏塔内使用这种装置相关的蒸馏方法，在所述气液接触装置中，液体的降膜与蒸气接触，在蒸馏的情况下，所述蒸气是待蒸馏的混合物的蒸气相和液相。更具体地讲，本发明涉及这种气液接触装置，在这种气液接触装置中，降膜在支撑在结构内的细长条阵列上形成，蒸气穿过所述结构与降膜接触，从而实现蒸气和液体之间的接触。

发明背景

气液接触装置用于蒸馏塔中，以使上升蒸气相与待蒸馏的混合物的下降液相接触。在蒸气相和液相之间发生质量传递，使得混合物的较轻或较难挥发组分的浓度随上升蒸气相的上升而在该上升蒸气相内增加，并且较重或较难挥发组分的浓度随液相的下降而在该液相内增加。另外，这种装置还用于直接接触热交换器和类似设备中，以在液体和蒸气之间传递热量以及质量。

使用这种气液接触装置的常用蒸馏的一个例子是低温空气分离，其中空气被压缩，然后净化除去较高沸点的污染物，诸如可在进行这种过程的低温下凝固的水蒸气和二氧化碳。然后将压缩和净化的空气冷却至其露点或其露点附近，然后在一个或多个蒸馏塔中蒸馏以产生富含氧、氮和氩以及空气其他组分的产物。例如，可将压缩、净化和冷却的空气引入蒸馏塔中以引发上升蒸气相的形成，该上升蒸气相将随其上升而变得更富含氮。可使所得的富含氮的蒸气塔顶部部分冷凝形成回流，该回流被引入塔的顶部以引发下降液相的形成，该下降液相在一个或多个气液接触装置布置中接触上升蒸气相，从而随其下降而变得更富含氧。所得的富含氧的液体塔底残留组分可在其他塔中进一步精制，或者如果这种组分是分离的唯一所需产物，则在富含氮的蒸气的冷凝中使用。

典型的气液接触装置是筛孔塔板、规整填料和无规填料。筛孔塔板由堆叠在塔内的多孔板构成。较高的板通过使用降液管将下降液体供给到较低的板，并且蒸气通过板孔穿过板而上升。液体和蒸气之间的接触产生蒸气和液体混合物，该混合物的组成因板而异地以上述方式变化。规整填料和无规填料使膜形式的下降液相与通过填料上升的上升蒸气相接触。无规填料由大量支撑在蒸馏塔内的单个填料元件组成。规整填料由被布置成使波纹交叉的波纹薄板组成。波纹的接触点确保液体膜和蒸气两者分散在整个填料中。与规整填料相反，筛孔塔板和无规填料具有与其使用相关的较大压降。在分离空气的情况下，空气必须被压缩的程度直接受这种压降的影响。尽管规整填料具有较低的压降，但是由于这种填料不完美以及安装缺陷而导致在蒸馏塔内的填料不完全水平，所以液体和蒸气的混合并不完美。

如将要讨论的那样，本发明的其他优点在于，提供了一种适用于诸如蒸馏和直接接触热交换用途的气液接触装置，所述气液接触装置具有较低的压降，并且被设计成分配液体以避免其中液体的混合在装置内不均匀这些方面的问题。

发明内容

本发明提供了一种气液接触装置，所述气液接触装置包括用于支撑液体的降膜的多个细长条阵列，所述降膜在该细长条中的每一者的相对表面上的细长条上下降。还提供了一种支撑结构，所述支撑结构具有彼此间隔开的顶部区段和底部区段。顶部区段和底部区段在细长条的相对端处连接到细长条阵列，并以平行关系支撑多个细长条阵列，并且在相邻条之间观察时细长条的相对表面彼此间隔开，以防止降膜中的液体借助于液体的表面张力从相邻条中的一个迁移到相邻条中的另一个。顶部区段具有与细长条对准的孔，使得分配到顶部区段的液体从该孔中渗出到该条中的每一者的相对表面上，以引发液体的降膜的形成。另外，支撑结构在顶部区段和底部区段处具有开口，使得蒸气能够穿过支撑结构以接触降膜，从而实现液体和蒸气之间的接触。与顶部支撑元件相关的液体分配器将液体分配到孔。

可以理解，使用与将液体单独分配到条的孔相关的单个条提供了比现有技术的填料装置(诸如无规填料和规整填料)更加受控的液体分配。此外，具有条阵列的结构可以充分打开，使得本发明的装置具有较低的压降。

气液接触装置可用于各种应用中，诸如用于直接热传递和蒸馏中。就这一点而言，本发明提供了一种具有外壳的蒸馏塔，所述外壳具有入口和出口，以允许蒸气和液体被引入圆柱形外壳中，从而引发待蒸馏的混合物的液相和蒸气相的形成；本发明还提供了一种位于外壳内且具有上述特征的气液接触装置。在这种气液接触装置用于蒸馏中的情况下，多个细长条阵列支撑液相的降膜，其中该降膜在该细长条中的每一者的相对表面上的细长条上下降。该结构具有彼此间隔开的顶部区段和底部区段，这两个区段在细长条的相对端处连接到细长条阵列，以至少部分地形成支撑结构。支撑结构以平行关系支撑多个细长条阵列，并且在相邻条之间观察时细长条的相对表面彼此间隔开，以便防止降膜中的液体借助于液体的表面张力从相邻条中的一个迁移到相邻条中的另一个。顶部区段具有与细长条对准的孔，使得分配到顶部区段的液体从该孔中渗出到该条中的每一者的相对表面上，以引发液体的降膜的形成。支撑结构在顶部支撑元件和底部支撑元件处具有开口，使得上升蒸气相能够穿过该结构并且接触降膜，实现液相和上升蒸气相之间的质量传递，从而使液相内混合物的较重组分的浓度随该液相的下降而增加以及上升蒸气相内混合物的较轻组分的浓度随该蒸气相的上升而增加。与顶部区段相关的液体分配器将液体分配到孔，并且多个刮膜器带连接到支撑结构，以通过使液体沿着蒸馏塔的外壳的内表面流动而防止液体绕过气液接触装置。

在本发明的且用于任何应用(包括但不限于蒸馏)中的气液接触装置中，外壳可具有圆柱形构造。顶部区段和底部区段包括成对顶部支撑元件和底部支撑元件，每个支撑元件具有环形构造并且具有连续减小的半径，使得在相邻的成对顶部支撑元件和底部支撑元件之间时，内部对位于外部对的成对顶部支撑元件和底部支撑元件内。支撑结构可具有穿过成对顶部支撑元件和底部支撑元件的几何中心的轴向细长构件。成对顶部支撑元件和底部支撑元件连接到轴向细长构件以支撑成对顶部支撑元件和底部支撑元件，并且细长条阵列连接到成对顶部支撑元件和底部支撑元件，使得该阵列中的每一者的细长条具有沿细长条的横向方向的径向取向。

优选地，成对顶部支撑元件和底部支撑元件中的每一者可连接到多个细长条阵列的单个阵列。成对顶部支撑元件和底部支撑元件中的顶部支撑元件可以是垂直交错的，使得在相邻的成对顶部支撑元件和底部支撑元件之间时，内部对的顶部支撑元件和底部支撑元件中的顶部支撑元件位于外部对的成对顶部支撑元件和底部支撑元件中的顶部支撑元件上方，并且在支撑结构中的顶部支撑元件处供蒸气通过的开口之一由相邻的成对顶部支撑元件和底部支撑元件中的顶部支撑元件之间的垂直交错所形成的间距形成。另外，液体分配器可包括储存器以保持液相。储存器可具有连接到环形底壁的内部圆柱形侧壁和外部圆柱形侧壁，并且环形底壁连接到顶部支撑元件且具有与顶部支撑元件的孔对准的对应孔，以允许液体从储存器流到顶部支撑元件的孔。预分配器可位于液体分配器上方。预分配器具有十字形构造的底壁以及连接到底壁以保持液体的互连矩形侧壁和端壁。底壁具有覆盖液体分配器的另外开口，以将液体分配到液体分配器的储存器。

优选地，液体分配器的最内侧可连接到轴向细长构件，连续的外部液体分配器通过突出部连接到内部分配器，成对顶部支撑元件和底部支撑元件中的最内侧底部支撑元件连接到轴向细长构件，并且成对顶部支撑元件和底部支撑元件中的连续底部支撑元件彼此连接。成对顶部支撑元件和底部支撑元件到轴向细长构件进行的连接是液体分配器通过突出部与底部支撑元件彼此连接的结果。此外，轴向细长构件具有键槽以对准顶部支撑元件和底部支撑元件，从而防止细长条扭曲。在特别优选的实施例中，细长条是柔性的并且具有位于该细长条中的每一者的相对端的一对突出部，并且顶部支撑元件和底部支撑元件具有狭槽，细长条的相对端在该狭槽内延伸，同时该对突出部沿相反方向折叠以将细长条保持在适当位置和张紧状态。另外，固定张力板可连接到轴向细长构件，并且底部支撑元件通过螺纹连接器连接到固定张力板，该螺纹连接器允许调节细长条的张力。

本发明还提供一种用于蒸馏混合物的蒸馏方法。在这种方法中，将蒸气和液体引入蒸馏塔的外壳中，从而引发待蒸馏的混合物的液相和上升蒸气相的形成。在多个细长条阵列的细长条的相对表面上下降的液相的降膜与上升蒸气相接触，以实现下降液相和上升蒸气相之间的质量传递，从而通过以下过程来蒸馏混合物：使上升蒸气相中混合物的较轻组分的浓度随该蒸气相的上升而增加以及下降降膜中混合物的较重组分的浓度随该降膜的下降而增加。多个细长条阵列以平行关系被支撑在支撑结构内，并且在相邻条之间观察时细长条的相对表面彼此间隔开，以防止降膜中的液体借助于液体的表面张力从相邻条中的一个迁移到相邻条中的另一个。支撑结构在细长条的相对端处具有连接到细长条阵列的顶部区段和底部区段。降膜是通过将液相从与顶部区段相关的液体分配器分配到限定在顶部区段中的孔而形成的，该孔与细长条对准，使得液相从该孔中渗出到该条中的每一者的相对表面上，以引发液相的降膜的形成。上升蒸气相在底部区段处被引入结构中，使得该蒸气相在结构内上升以接触降膜，并且在已经从结构中顶部区段处的开口接触降膜之后从细长条阵列逸出。多个刮膜器带连接到支撑结构，通过使液体沿着蒸馏塔的外壳的内壁流动而防止液体绕过支撑结构和细长条。

顶部区段和底部区段可包括成对顶部支撑元件和底部支撑元件，每个支撑元件具有环形构造并且具有连续减小的半径，使得在相邻的成对顶部支撑元件和底部支撑元件之间时，内部对位于外部对的成对顶部支撑元件和底部支撑元件内，并且支撑结构具有穿过顶部支撑元件和底部支撑元件的几何中心的轴向细长构件。成对顶部支撑元件和底部支撑元件连接到轴向细长构件以支撑成对顶部支撑元件和底部支撑元件，并且细长条阵列连接到成对顶部支撑元件和底部支撑元件，使得该阵列中的每一者的细长条具有沿细长条的横向方向的径向取向。成对顶部支撑元件和底部支撑元件中的顶部支撑元件是垂直交错的，使得在相邻的成对顶部支撑元件和底部支撑元件之间时，内部对的顶部支撑元件和底部支撑元件中的顶部支撑元件位于外部对的成对顶部支撑元件和底部支撑元件中的顶部支撑元件上方，并且支撑结构中的顶部支撑元件处供蒸气通过的开口之一由相邻的成对顶部支撑元件和底部支撑元件中的顶部支撑元件之间的垂直交错所形成的间距形成。优选地，液体分配器包括储存器以保持液相。储存器具有连接到环形底壁的内部圆柱形侧壁和外部圆柱形侧壁，该环形底壁继而连接到顶部支撑元件，并且液相从液体分配器从限定在环形底壁中的对应孔分配，该孔与顶部支撑元件的孔对准以允许液体从储存器流到顶部支撑元件的孔。就这一点而言，液相可从位于液体分配器上方的预分配器、从限定在底壁中且覆盖液体分配器的另外开口预分配到液体分配器的储存器。

在本发明的任何方面，待蒸馏的混合物可以是空气或富含空气组分的混合物。例如，混合物可以是从蒸馏塔系统的低压塔中提取的粗氩混合物，用于在氩塔中进一步精制。

附图说明

虽然本发明的结论是申请人视为其发明的明确指出发明主题的权利要求书，但据信当结合附图时将更好地理解本发明，在附图中：

图1是用于实施根据本发明的方法的蒸馏塔中的气液接触装置的剖视图；

图2是图1所示的气液接触装置的透视图，其中移除了部分以示出刮膜器带附接到形成包括在装置中的部分支撑结构的轴向细长构件；

图3是图1所示的气液接触装置的局部透视图，其中移除了液体分配器的部分以示出细长条连接到支撑结构的顶部支撑元件；

图4是细长条连接到顶部支撑构件的局部透视图；

图5是图1所示的气液接触装置的局部底部透视图，其中移除了底部支撑构件的形成部分支撑结构的部分以示出细长条连接到底部支撑构件，并且移除了固定张力板的用于保持细长条处于张紧状态的部分；

图6是图1所示的气液接触装置的俯视图；以及

图7是本发明的气液接触装置的替代实施例的透视图。

具体实施方式

参考图1和图2，示出了包含根据本发明的气液接触装置2的蒸馏塔1。气液接触装置2用于接触在蒸馏塔1内上升的上升蒸气相、在蒸馏塔1内下降的下降液相，从而分离待蒸馏的混合物的组分。

例如，混合物可以是空气，并且蒸馏塔1将用于从氧气中分离氮气。就这一点而言，可将净化、冷却和压缩的空气作为进料流10通过位于蒸馏塔1的底部中的底部入口12引入，以引发上升蒸气相的形成，随着该上升蒸气相通过与下降液相(由与气液接触装置2的接触而产生)进行质量传递而在蒸馏塔1中上升，该上升蒸气相将变得更富含氮。所得的富含氮的蒸气塔顶部将作为富含氮的蒸气流16从蒸馏塔1的顶部出口14排出。以本领域已知的方式，富含氮的蒸气流16可部分地作为产物并用于将进入的空气冷却至适于蒸馏的温度，并且在热交换器中部分冷凝以产生引入位于蒸馏塔1的顶部的顶部入口20中的回流18。这样引入液体回流将引发下降液相的形成。具体地讲，将液体引入具有烟囱24的收集器托盘22中，该烟囱供要从顶部出口14和管道26排出的蒸气通过，该管道将液体供给到预分配器28。来自预分配器28的液体继而被供给到气液接触装置2的分配器30和32。下降液相作为在气液接触装置2的细长条34和36的内部阵列和外部阵列上形成的膜而下降，以接触上升通过其结构的上升蒸气相。液体在已经接触蒸气之后被收集在具有烟囱40和管道44的收集盘38中，该管道连接到底部液体出口46以排出富含氧的液体流48。将该液体引入热交换器中以在富含氮的蒸气膨胀之后冷凝该蒸气。

本领域技术人员将理解，尽管气液接触装置2可如上所述那样用于蒸馏中，但是其也可用于其他应用中，例如其中在蒸气和液体之间具有或不具有明显的质量传递的情况下使蒸气和液体接触的直接接触热交换。

另外参考图3、图4和图5，细长条34和36由具有顶部区段和底部区段的支撑结构支撑。顶部区段由顶部支撑元件48和50形成，如图3最佳所示，底部区段由底部支撑元件52和54形成，如图5最佳所示。顶部支撑元件48、50和底部支撑元件和52、54分别彼此间隔开并且在细长条34、36的相对端处连接到这两个细长条。如图所示，顶部支撑元件48、50和底部支撑元件52、54具有环形构造支撑元件并且具有在相邻对之间连续减小的半径，例如顶部支撑元件48具有比顶部支撑元件50更小的半径，并且底部支撑元件52具有比底部支撑元件54更小的半径。这允许顶部支撑元件48和底部支撑元件52被定位在顶部支撑元件50和底部支撑元件54以及细长条34的内部，细长条34作为细长条36内的条阵列被支撑，细长条36形成这种条的外部阵列。

优选地，细长条34和36是柔性的并且由支撑结构保持张紧状态。就这一点而言，顶部支撑元件48、50和底部支撑元件52、54的间距由中心轴向细长构件56保持，该中心轴向细长构件也构成支撑结构的一部分。特别参考图4，作为优选连接的例子，顶部支撑元件48和底部支撑元件52可各自设置有狭槽56，并且细长条34可设置有沿相反方向折叠的突出部58和60，以平靠顶部支撑元件48和底部支撑元件52的表面，从而将细长条34保持在适当位置。相同的布置将用于将细长条36连接到顶部支撑元件50和底部支撑元件54。如图5所示，底部支撑元件52和54通过径向取向的连接元件62、64、68和70彼此连接。环形盖板74和76分别通过机用螺钉78连接到底部支撑元件52和54。环形盖板74和76覆盖细长条34和36的突出部58和60，并且用作保持器以有助于将细长条34和36保持在附接到底部支撑元件52和54的适当位置。细长条34的张力可借助于附接到轴向细长构件56的固定张力板80以及穿过固定张力板80、环形盖板74和底部支撑元件52的螺纹连接器82来调节。当螺纹连接器82被紧固时，细长条34和36上的张力将增加。

如图所示，细长条34和36的阵列中的每一者以平行关系支撑，并且在相邻条之间观察时细长条的相对表面彼此间隔开，以便防止降膜中的液体借助于液体的表面张力从相邻条中的一个迁移到相邻条中的另一个。例如，特别参考图3，为此目的，细长条36彼此间隔开距离“D”。为此目的，实际距离应该是最小距离，以获得可供待蒸馏的混合物的蒸气相和液相之间接触的最大表面积。使用借助于细长轴向构件56中的键槽83的键槽接合，可以确保细长条34和36以及其他部件的适当对准。楔入部件(例如顶部支撑构件48和底部支撑构件50)内的相应狭槽中的键有助于保持部件的适当对准。

顶部支撑元件48和50分别具有孔84和86。液体从液体分配器30和32供给到孔84和86。液体从孔84和86渗出到细长条34和36中的每一者的相对表面上，例如图3和图4中所示的细长条34的表面88和90。所得的液体作为膜在重力作用下沿向下方向“A”行进。下降液体在已经接触蒸气之后从位于底部支撑元件52和54以及相应的环形盖板74和76之间的开放区域91(图5所示)排出。尽管顶部支撑元件48和50以及它们各自的液体分配器30和32两者可由一个单件形成，但是优选地，两者单独形成。如图所示，液体分配器30具有连接到环形底壁96的内部圆柱形侧壁92和外部圆柱形侧壁94，以形成液体储存器。内部圆柱形侧壁92围绕轴向细长元件56。类似地，液体分配器32具有连接到环形底壁102的内部圆柱形侧壁98和外部圆柱形侧壁100。这种布置的优点在于，在使用机用螺钉104进行附接之后，细长条34和36的突出部58和60可通过环形底壁96和102保持在适当位置。为了将液体分配到孔84和86，在环形底壁96和102中限定各自对应的孔106和108。孔106和108是“对应的”，因为它们与其各自下面的孔84和86对准。优选地，液体分配器30和32通过突出部110彼此连接，以有助于它们组装。应当注意，液体分配器诸如30和32应允许足够深度的液体积聚，以确保液体均匀等量地分配到孔及其相关的细长条诸如34和36。

应当适当地指出，尽管使用柔性薄条形成细长条34和36是优选的，但是可以借助于粘合剂等将其附接到顶部支撑元件48和50。因此，可以单个单元形成液体分配器30和32以及各自下面的顶部支撑元件48和50。在这种情况下，这种分配器的环形底壁将形成顶部支撑元件，并且将没有对应的孔106和108。类似地，在此类实施例中，可以省去环形盖板74和76，因为将没有使用狭槽和突出部的连接。应当注意，在本发明的实施例中使用的细长条34和36或任何类似元件可具有表面纹理，或者甚至可对该条中的每一者施加涂层。另外，尽管未具体示出，但是在本发明的实施例中使用的细长条可由织造纱布或甚至塑料制成。在另一个极端，该条可具有一些刚性。

通过位于气液接触装置2的底部处的开口91将上升蒸气相引入气液接触装置中，并且该蒸气沿图1和图3所示的“B”方向上升。另外参考图6，蒸气接触在细长条34和36上下降的液体膜，并且蒸气相通过支撑结构中的开口112从气液接触装置2逸出，该开口由垂直交错的顶部支撑元件48和50形成，使得内部顶部支撑元件48位于外部顶部支撑元件50上方。因此，支撑结构中的开口112由顶部支撑元件48和顶部支撑元件50之间的间距形成。尽管本发明的实施例的顶部支撑元件可能位于相同水平，但是由于所得的构造复杂性以及供蒸气相逸出的更窄区域所产生的压降更高，所以此类实施例将不是优选的。此外，虽然开口112由结构的开放区域形成，但是应当理解，可在具有供蒸气相逸出的单独开口的这种间距内提供壳状覆盖件。然而，由于具有较高的压降，此类实施例将不是优选的。

使用预分配器28是优选的，以避免供给到气液接触装置2的液体形成浓度梯度。预分配器28优选地设置有十字形构造的底壁114以及一组分别连接到底壁114的互连矩形侧壁116和端壁118。这种构造是优选的，因为其提供了较大的开口面积，因此提供了上升蒸气相的低压降。四个中心开口120的阵列设置在底壁114中以将液体供给到液体分配器30，并且提供了外部开口122以将液体供给到液体分配器32。为了防止任何液体接触蒸馏塔的塔壳3，提供了向下的支柱或导管124以将液体从预分配器28引导到液体分配器32。就这一点而言，并且具体参考图2，为了防止下降液体绕过气液接触装置2，可设置刮膜器带126以接触塔壳3并且将液体引导回到细长条36。刮膜器带126中的每一者通过四个连接支柱128连接到细长中心构件56。应当注意，可使用其他形式的预分配器。例如，预分配器可具有代替十字形构造的盘状构造，其具有供蒸气通过的烟囱。应当理解，如果不是比所示的预分配器28的制造更昂贵，这将更复杂。

本领域技术人员还将理解，根据正在进行的蒸馏的要求，若干气液接触装置(诸如本文所述的气液接触装置)可位于蒸馏塔中。例如，气液接触装置可位于中间进料与往返于蒸馏塔的抽取料之间。而且，这种气液接触装置中的两个或更多个可在中间进料和抽取料之间串联使用。此外，如果使用更宽的塔，则围绕细长条34和36的若干细长条阵列可连同同心环形顶部支撑元件和底部支撑元件一起存在，其中顶部支撑元件以顶部支撑元件48和50的方式交错以允许蒸气相逸出。虽然在沿该条中的每一者的宽度观察时细长条34和36以及任何连续外围细长条沿径向方向取向，但是可以将条沿平行于顶部支撑元件和底部支撑元件的圆弧切线的方向取向。然而，由于这种构造的复杂性，并且将存在更少的条来提供下降膜的表面积这一事实，这将不是优选的。还应当注意，尽管顶部支撑元件48和50及其相关的液体分配器30和32由单独的连接元件构成，但是支撑细长条34和36的结构的这种顶部区段可由单个元件制成，例如在适当的情况下由单个模制零件制成。就后一点而言，所示的气液接触装置2可由铝制成，以便从安全角度来说与富含氧的混合物相容。另一点是，尽管预分配器28形成气液接触装置的一部分，但是预分配器可以是单独的元件。应当注意，尽管外部塔壳3具有圆柱形构造，但是本发明可以用于任何类型的塔横截面，例如矩形。在这种情况下，顶部支撑元件和底部支撑元件(诸如顶部支撑元件48和50以及底部支撑元件52和54)可以是矩形环。

参考图7，示出了构成根据本发明的替代实施例的气液接触装置4。气液接触装置4由单独细长条130和131阵列组成，该阵列附接到下列单独的成对顶部支撑元件和底部支撑元件：132、134；136、138；140、142；144、146；148、150；152、154和156、158。细长条130比细长条131短，以允许蒸气相从所得的结构向上逸出。尽管未示出，但是底部支撑元件135、138、142、146、150、154和158将具有槽状开口，以允许蒸气通过结构上升以及液体从结构下降。细长条130和131附接到这种支撑元件是通过突出部以与上述细长条34和36相同的方式实现的。顶部支撑元件132、136、140、144、148、152和156形成液体分配器160、162、164、166、168、170和172的底壁。这种液体分配器还具有通常由参考标号174和176指示的侧壁和端壁。应当注意，侧壁174和端壁176勾勒出梯形以便符合塔壳的形状。另外，尽管未示出，但是塔壳本身将形成支撑细长条34和36的结构的一部分，因为液体分配器160、162、164、166、168、170和172将被夹到塔壳上。这将防止液体通过常规刮膜器带178绕过前述元件组装件。

与气液接触装置2相比，气液接触装置4的结构的制造将更复杂。当然，这种结构在将部件固定到塔壳所需的给定数量的夹件的塔中时安装起来也将更复杂。就这一点而言，另外参考图1，气液接触装置2的另一个优点是其可通过将轴向细长构件56附接到工字梁57而简单地安装。

尽管已经参考优选实施例描述了本发明，但如本领域技术人员将想到的，在不脱离所附权利要求中阐述的本发明精神和范围的情况下，可对其进行许多更改、删减和添加。

Claims (27)

1.一种气液接触装置，包括：

支撑液体的降膜的多个细长条阵列，所述降膜在所述细长条中的每一者的相对表面上的所述细长条上下降；

具有彼此间隔开的顶部区段和底部区段的支撑结构，所述顶部区段和所述底部区段在所述细长条的相对端处连接到所述细长条阵列，并以平行关系支撑所述多个细长条阵列，并且在相邻条之间观察时所述细长条的所述相对表面彼此间隔开，以防止所述降膜中的液体借助于所述液体的表面张力从所述相邻条中的一个迁移到所述相邻条中的另一个；

所述顶部区段具有与所述细长条对准的孔，使得分配到所述顶部区段的液体从所述孔渗出到所述条中的每一者的所述相对表面上，以引发所述液体的所述降膜的形成，并且所述支撑结构在所述顶部区段和所述底部区段处具有开口，使得蒸气能够穿过所述支撑结构以接触所述降膜，从而实现所述液体和所述蒸气之间的接触；以及

与所述顶部区段相关的液体分配器，用于将所述液体分配到所述孔。

2.根据权利要求1所述的气液接触装置，其中：

所述顶部区段和所述底部区段分别包括成对顶部支撑元件和底部支撑元件，每个支撑元件具有环形构造并且具有连续减小的半径，使得在相邻的成对顶部支撑元件和底部支撑元件之间时，内部对位于外部对的所述成对顶部支撑元件和底部支撑元件内；

所述支撑结构具有穿过所述成对顶部支撑元件和底部支撑元件的几何中心的轴向细长构件；

所述成对顶部支撑元件和底部支撑元件连接到所述轴向细长构件，以支撑所述成对顶部支撑元件和底部支撑元件；并且

所述细长条阵列连接到所述成对顶部支撑元件和底部支撑元件，使得所述阵列中的每一者的所述细长条具有沿所述细长条的横向方向的径向取向。

3.根据权利要求2所述的气液接触装置，其中所述成对顶部支撑元件和底部支撑元件中的每一者连接到所述多个细长条阵列中的单个阵列。

4.根据权利要求2所述的气液接触装置，其中所述成对顶部支撑元件和底部支撑元件中的所述顶部支撑元件是垂直交错的，使得在所述相邻的成对顶部支撑元件和底部支撑元件之间时，所述内部对的顶部支撑元件和底部支撑元件中的顶部支撑元件位于所述外部对的所述成对顶部支撑元件和底部支撑元件中的所述顶部支撑元件上方，并且所述支撑结构中在所述顶部支撑元件处供所述蒸气通过的所述开口之一由所述相邻的成对顶部支撑元件和底部支撑元件中的所述顶部支撑元件之间的所述垂直交错所形成的间距形成。

5.根据权利要求4所述的气液接触装置，其中：

所述液体分配器包括用于保持所述液相的储存器，所述储存器具有连接到环形底壁的内部圆柱形侧壁和外部圆柱形侧壁；并且

所述环形底壁连接到所述顶部支撑元件并且具有与所述顶部支撑元件的所述孔对准的对应孔，以允许所述液体从所述储存器流到所述顶部支撑元件的所述孔。

6.根据权利要求5所述的气液接触装置还包括：

位于所述液体分配器上方的预分配器；并且

所述预分配器具有十字形构造的底壁以及连接到所述底壁以保持所述液体的互连矩形侧壁和端壁，所述底壁具有覆盖所述液体分配器的另外开口，以将所述液体分配到所述液体分配器的所述储存器。

7.根据权利要求6所述的气液接触装置，其中：

所述液体分配器的最内侧连接到所述轴向细长构件，并且连续的外部液体分配器通过突出部连接到内部分配器；并且

所述成对顶部支撑元件和底部支撑元件的最内侧底部支撑元件连接到所述轴向细长构件，并且所述成对顶部支撑元件和底部支撑元件中的连续底部支撑元件彼此连接；

由此，所述液体分配器通过所述突出部与所述底部支撑元件的彼此连接将所述成对顶部支撑元件和底部支撑元件连接到所述轴向细长构件。

8.根据权利要求7所述的气液接触装置，其中所述轴向细长构件具有键槽以对准所述顶部支撑元件和所述底部支撑元件，从而防止所述细长条扭曲。

9.根据权利要求8所述的气液接触装置，其中：

所述细长条是柔性的并且具有位于所述细长条中的每一者的相对端的一对突出部；并且

所述顶部支撑元件和所述底部支撑元件具有狭槽，所述细长条的所述相对端在所述狭槽内延伸，同时所述一对突出部沿相反方向折叠以将所述细长条保持在适当位置和张紧状态。

10.根据权利要求9所述的气液接触装置，其中：

固定张力板连接到所述轴向细长构件；并且

所述底部支撑元件通过螺纹连接器连接到所述固定张力板，所述螺纹连接器允许调节所述细长条的张力。

11.根据权利要求10所述的气液接触装置，其中多个刮膜器带连接到所述支撑结构，以通过使液体沿着容纳所述气液接触装置的蒸馏塔的侧壁流动而防止所述液体绕过所述气液接触装置。

12.根据权利要求11所述的气液接触装置，其中所述成对顶部支撑元件和底部支撑元件中的每一者连接到所述多个细长条阵列中的单个阵列。

13.一种蒸馏塔，包括：

外壳，所述外壳具有入口和出口以允许蒸气和液体被引入所述外壳中，从而引发待蒸馏的混合物的液相和蒸气相的形成；以及

气液接触装置，所述气液接触装置位于所述外壳内并且包括：

(i)支撑所述液相的降膜的多个细长条阵列，所述降膜在所述细长条中的每一者的相对表面上的所述细长条上下降；

(ii)具有彼此间隔开的顶部区段和底部区段的结构，所述顶部区段和所述底部区段在所述细长条的相对端处连接到所述细长条阵列，以至少部分地形成支撑结构，所述支撑结构以平行关系支撑所述多个细长条阵列，并且在相邻条之间观察时所述细长条的所述相对表面彼此间隔开，以便防止所述降膜中的液体借助于所述液体的表面张力从所述相邻条中的一个迁移到所述相邻条中的另一个；

(iii)所述顶部区段具有与所述细长条对准的孔，使得分配到所述顶部区段的液体从所述孔渗出到所述条中的每一者的所述相对表面上，以引发所述液体的所述降膜的形成，并且所述支撑结构在所述顶部支撑元件和所述底部支撑元件处具有开口，使得所述上升蒸气相能够穿过所述结构并接触所述降膜，以实现所述液相和所述上升蒸气相之间的质量传递，从而使所述液相内的所述混合物的较重组分的浓度随所述液相的下降而增加以及所述上升蒸气相内的所述混合物的较轻组分的浓度随所述上升蒸气相的上升而增加；

(iv)与所述顶部区段相关的液体分配器，用于将所述液体分配到所述孔；以及

(v)连接到所述支撑结构的多个刮膜器带，以通过使液体沿着所述蒸馏塔的所述外壳的内表面流动而防止所述液体绕过所述气液接触装置。

14.根据权利要求13所述的蒸馏塔，其中：

所述外壳具有圆柱形构造；

所述顶部区段和所述底部区段分别包括成对顶部支撑元件和底部支撑元件，每个支撑元件具有环形构造并且具有连续减小的半径，使得在相邻的成对顶部支撑元件和底部支撑元件之间时，内部对位于外部对的所述成对顶部支撑元件和底部支撑元件内；

所述支撑结构具有穿过所述顶部支撑元件和所述底部支撑元件的几何中心的轴向细长构件；

所述成对顶部支撑元件和底部支撑元件连接到所述轴向细长构件，以支撑所述成对顶部支撑元件和底部支撑元件；并且

所述细长条阵列连接到所述成对顶部支撑元件和底部支撑元件，使得所述阵列中的每一者的所述细长条具有沿所述细长条的横向方向的径向取向。

15.根据权利要求14所述的蒸馏塔，其中所述成对顶部支撑元件和底部支撑元件中的所述顶部支撑元件是垂直交错的，使得在所述相邻的成对顶部支撑元件和底部支撑元件之间时，所述内部对的顶部支撑元件和底部支撑元件中的顶部支撑元件位于所述外部对的所述成对顶部支撑元件和底部支撑元件中的所述顶部支撑元件上方，并且所述支撑结构中在所述顶部支撑元件处供所述蒸气通过的所述开口之一由所述相邻的成对顶部支撑元件和底部支撑元件中的所述顶部支撑元件之间的所述垂直交错所形成的间距形成。

16.根据权利要求15所述的蒸馏塔，其中：

所述液体分配器包括用于保持所述液相的储存器，所述储存器具有连接到环形底壁的内部圆柱形侧壁和外部圆柱形侧壁；并且

所述环形底壁连接到所述顶部支撑元件并且具有与所述顶部支撑元件的所述孔对准的对应孔，以允许所述液相从所述储存器流到所述顶部支撑元件的所述孔。

17.根据权利要求16所述的蒸馏塔还包括：

位于所述液体分配器上方的预分配器；并且

所述预分配器具有十字形构造的底壁以及连接到所述十字形构造的底壁以保持所述液体的互连矩形侧壁和端壁，所述底壁具有覆盖所述液体分配器的另外开口，以将所述液体分配到所述液体分配器的所述储存器。

18.根据权利要求17所述的蒸馏塔，其中：

所述液体分配器的最内侧连接到所述轴向细长构件，并且连续的外部液体分配器通过突出部连接到内部分配器；并且

所述成对顶部支撑元件和底部支撑元件的最内侧底部支撑元件连接到所述轴向细长构件，并且所述成对顶部支撑元件和底部支撑元件中的连续底部支撑元件彼此连接；

由此，所述液体分配器通过所述突出部与所述底部支撑元件的彼此连接将所述成对顶部支撑元件和底部支撑元件连接到所述轴向细长构件。

19.根据权利要求18所述的蒸馏塔，其中所述轴向细长构件具有键槽以对准所述顶部支撑元件和所述底部支撑元件，从而防止所述细长条扭曲。

20.根据权利要求19所述的蒸馏塔，其中：

所述细长条是柔性的并且具有位于所述细长条中的每一者的相对端的一对突出部；并且

所述顶部支撑元件和所述底部支撑元件具有狭槽，所述细长条的所述相对端在所述狭槽内延伸，同时所述一对突出部沿相反方向折叠以将所述细长条保持在适当位置和张紧状态。

21.根据权利要求20所述的蒸馏塔，其中：

固定张力板连接到所述轴向细长构件；并且

所述底部支撑元件通过螺纹连接器连接到所述固定张力板，所述螺纹连接器允许调节所述细长条的张力。

22.根据权利要求21所述的蒸馏塔，其中所述成对顶部支撑元件和底部支撑元件中的每一者连接到所述多个细长条阵列中的单个阵列。

23.一种用于蒸馏混合物的蒸馏方法，包括：

将蒸气和液体引入蒸馏塔的外壳中，从而引发待蒸馏的所述混合物的液相和上升蒸气相的形成；

使在多个所述细长条阵列的细长条的相对表面上下降的所述液相的降膜与所述上升蒸气相接触，以实现所述下降液相和所述上升蒸气相之间的质量传递，从而通过以下过程来蒸馏所述混合物：使所述上升蒸气相中的所述混合物的较轻组分的浓度随所述蒸气相的上升而增加以及所述下降降膜中的所述混合物的较重组分的浓度随所述降膜的下降而增加；

将所述多个细长条阵列以平行关系支撑在支撑结构内，并且在相邻条之间观察时所述细长条的所述相对表面彼此间隔开，以防止所述降膜中的液体借助于液体表面张力从所述相邻条中的一个迁移到所述相邻条中的另一个，所述支撑结构在所述细长条的相对端处具有连接到所述细长条阵列的顶部区段和底部区段；

通过将所述液相从与所述顶部区段相关的液体分配器分配到限定在所述顶部区段中的孔来形成所述降膜，所述孔与所述细长条对准，使得所述液相从所述孔中渗出到所述条中的每一者的所述相对表面上，以引发所述液相的所述降膜的形成；

将所述上升蒸气相在所述底部区段处引入所述结构中，使得所述蒸气相在所述结构内上升以接触所述降膜，并且在已经从所述结构中的所述顶部区段处的开口接触所述降膜之后从所述细长条阵列逸出；以及

将多个刮膜器带连接到所述支撑结构，通过使液体沿着所述蒸馏塔的所述外壳的内表面流动而防止所述液体绕过所述支撑结构和所述细长条。

24.根据权利要求23所述的蒸馏方法，其中：

所述外壳具有圆柱形构造；

所述顶部区段和所述底部区段包括成对顶部支撑元件和底部支撑元件，每个支撑元件具有环形构造并且具有连续减小的半径，使得在相邻的成对顶部支撑元件和底部支撑元件之间时，内部对位于外部对的所述成对顶部支撑元件和底部支撑元件内；

所述支撑结构具有穿过所述顶部支撑元件和所述底部支撑元件的几何中心的轴向细长构件；

所述成对顶部支撑元件和底部支撑元件连接到所述轴向细长构件，以支撑所述成对顶部支撑元件和底部支撑元件；

所述细长条阵列连接到所述成对顶部支撑元件和底部支撑元件，使得所述阵列中的每一者的所述细长条具有沿所述细长条的横向方向的径向取向；并且

所述成对顶部支撑元件和底部支撑元件中的所述顶部支撑元件是垂直交错的，使得在所述相邻的成对顶部支撑元件和底部支撑元件之间时，内部对的顶部支撑元件和底部支撑元件中的顶部支撑元件位于所述外部对的所述成对顶部支撑元件和底部支撑元件中的所述顶部支撑元件上方，并且在所述支撑结构中的所述顶部支撑元件处供所述蒸气通过的所述开口之一由所述相邻的成对顶部支撑元件和底部支撑元件中的所述顶部支撑元件之间的所述垂直交错所形成的间距形成。

25.根据权利要求24所述的蒸馏方法，其中：

所述液体分配器包括用于保持所述液相的储存器，所述储存器具有连接到环形底壁的内部圆柱形侧壁和外部圆柱形侧壁，所述环形底壁继而连接到所述顶部支撑元件；并且

所述液相从所述液体分配器从限定在所述环形底壁中的对应孔分配，所述孔与所述顶部支撑元件的所述孔对准以允许所述液体从所述储存器流到所述顶部支撑元件的所述孔。

26.根据权利要求25所述的蒸馏方法还包括：

从位于所述液体分配器上方的预分配器预分配所述液相；以及

将所述液体从限定在所述底壁中且覆盖所述液体分配器的另外开口分配到所述液体分配器的所述储存器。

27.根据权利要求25所述的蒸馏方法，其中所述混合物是空气或富含所述空气组分的混合物。