CN107257703A - 汽液接触盘的孔布局 - Google Patents

Abstract

一种汽液接触盘装置包括盘，所述盘具有供流体通过所述盘的多个孔。所述孔被布置在基本上平行于所述盘的主液体流动路径延伸的第一组的三个相邻的列中。中间列的孔沿所述盘上的主液体流动路径与其他两列的相邻孔偏置，以跨所述三个相邻的列形成相邻孔的三角形图案。所述孔具有长度和宽度，每个长度基本上平行于其列定向，并且每个宽度基本上垂直于其列定向。每一列内的相邻孔的中心以第一间隔隔开，所述第一间隔等于或者介于所述列中的孔的平均长度的2.5倍和4.5倍之间。相邻的列以第二间隔隔开，所述第二间隔等于或者介于所述相邻的列的孔的平均宽度的1.5倍和2.5倍之间。

Description

汽液接触盘的孔布局

背景技术

诸如蒸馏、吸收和汽提塔之类的传质塔已经提供有各种类型的用于汽液接触目的的盘。这些塔在本领域中是公知的用于分离多组分供给流，并且在本文中没有特别限制。这些塔和盘的示例在美国专利号4,750,975、5,120,474、5,453,222和8,066,264中描述，上述美国专利通过引用结合于本文。

通常，传质塔具有在塔的高度上以隔开的构造水平支撑的多个盘。典型的盘具有板，液体从入口下导管部段传递出口下导管。典型的盘板具有孔，上升的蒸汽可以流过所述孔，并且液体可以在所述孔上方和/或周围流动，以便以交叉流动的方式起泡或以其他方式迫使蒸汽通过液体。

蒸馏塔及其相关盘的设计是总材料吞吐量（例如容量）和盘/塔分离效率之间的平衡。因此，本发明的一个目的在于在不牺牲的情况下提高盘和塔的容量，或在替代方案中提高效率。

盘的孔的选择和布局部分地由上述原则引导。然而，盘上相邻孔之间的蒸汽和/或液体相互作用以及对效率和容量的影响尚未完全被理解。通过引用全部结合于本文用于所有目的的美国专利5,468,425和5,975,504描述了针对汽液接触盘的最佳性能的孔布局和“所需的”孔间隔。这些专利显示了在跨盘上的几列孔的孔的三角形图案，并描述了所需的列中的孔之间的间隔和列之间的间隔。然而，这些专利无法提供对盘上相邻孔之间的相互作用的正确理解，并且因此，孔之间的“所需”的间隔不能提供最佳的盘性能（例如，容量和/或效率）。因此，强烈希望获得对这些相互作用的更好理解，并提供增强盘性能的孔的布局和间隔。

还要注意的是，盘通过底层盘支撑件来支撑在塔内。层盘支撑件可以与盘中的孔相互作用，以在盘上提供死空间区域，在那里蒸汽/液体相互作用减小。因此，强烈希望更好地理解盘上的这些死空间并提供增加其中的蒸汽/液体相互作用的方式以提高盘的性能。

发明内容

在第一方面，本发明提供了一种汽液接触盘装置，其包括盘，所述盘具有供流体通过所述盘的多个孔，其中：

所述孔被布置在基本上平行于所述盘的主液体流动路径延伸的第一组的三个相邻的列中，

中间列的孔沿所述盘上的所述主液体流动路径与其他两列的相邻孔偏置，以跨所述三个相邻的列形成相邻孔的三角形图案，

这些孔具有长度和宽度，每个长度沿其列定向，并且每个宽度基本上垂直于其列定向，

每一列内的相邻孔的中心以第一间隔隔开，所述第一间隔等于或者介于所述列中的孔的平均长度的2.5倍和4.5倍之间，以及

相邻的列以第二间隔隔开，所述第二间隔等于或者介于所述相邻的列的孔的平均宽度的1.5倍和2.5倍之间。

在第二方面，本发明提供了用于分离塔中的另一种汽液接触盘装置。所述装置包括盘和盘支撑件，其中：

所述盘支撑件包括选自以下组的一个或多个元件，所述组包括：位于所述盘的周向区域之下并支撑所述周向区域的环、部分环、支架或凸缘；位于所述盘的弦区域之下并支撑所述弦区域的横梁；以及盘面板，其形成支撑所述盘的相邻的一个或多个盘面板的一部分的横梁；

多个支撑区域通气孔与所述盘支撑件侧向相邻地形成在所述盘中；

所述多个支撑区域通气孔中的一个或多个至少部分地被盖覆盖，所述盖定位成与通过所述支撑区域通气孔的蒸汽相互作用，使得通过所述支撑区域通气孔的蒸汽的大于50%被引导侧向越过所述盘并且到底层盘支撑件上方。

在本发明的第三方面，本发明提供了用于分离塔中的另一种汽液接触盘装置。该装置包括本发明的第一和第二方面的所有元件。

在第四方面，本发明提供了一种分馏塔，其包括本发明的任何上述方面中概述的一个或多个汽液接触盘。

在第五方面，本发明提供了一种由一个或多个供给流产生顶部流和底部流的方法。所述方法包括以下步骤：

（i）将一个或多个供给流引入到根据本发明的第四方面的传质塔，以及

（ii）在足以产生顶部流和底部流的操作条件下处理传质塔，

由此，从一个或多个供给流产生顶部流和底部流。

附图说明

图1是根据本发明的盘装置（tray apparatus）的顶视图。

图2是根据本发明的盘装置的顶视图。

图3是梯形阀的透视图。

图4和图5示出了来自示例性部段的图形结果。

图6-10是根据本发明的盘装置的侧向剖视图。

具体实施方式

本说明书部分地基于本发明人对分离盘的孔的布局和构造的第一发现，所述孔的布局和构造提高了盘的性能（例如，增加容量同时维持或提高效率）。本说明书还部分地基于本发明人对分离盘的孔的布局和构造的第二发现，所述孔的布局和构造提供所述盘的位于底层盘支撑件正上方的部分的通气，这也提高了盘的性能。虽然本发明人的第一发现和第二发现可以被单独使用来提高盘的性能，但相信在相同的盘中一起使用第一发现和第二发现二者的组合可具有累积效益。

I. 孔的布局：

本发明人的第一发现是，离开相邻孔和阀的侧向蒸汽流可彼此冲击，从而产生限制盘容量的高蒸汽动量区域。本发明人意外地发现，本发明的盘的孔和阀的构造最小化和/或消除了这种冲击效应。特别地，本发明人已发现了针对传质塔盘（mass transfer columntray）的孔布局，该孔布局增加了盘容量，同时维持或提高了盘的分离效率。在优选实施例中，孔之间的间隔是孔的平均尺寸的函数。在其他优选实施例中，孔之间的间隔是孔的类型的函数。与不采用本发明的盘的类似尺寸和设计的塔相比，包含本发明的一个或多个盘的传质塔可以实现更高的容量以及相等或更高的分离效率。

参照图1，汽液接触盘装置100包括盘101，其具有多个孔103，供流体通过盘101。在一些实施例中，盘101包括分开的面板（未示出），其可以彼此固定，以形成盘101（例如，盘板（tray deck））。

孔103被布置在基本上平行于盘101的主液体流动路径113延伸的第一组的相邻的三列孔107、109、111中。主液体流动路径113在盘101的入口下导管部段114和出口下导管部段116之间延伸。在实践中，虽然在盘101上可能存在由液体、蒸汽的相互作用、它们相关联的总体和/或区域速度和/或盘101的特征引起的微型或区域液体流动路径，但“主液体流动路径”113是在入口下导管部段114和出口下导管部段116之间的盘上液体流动的总体方向。在某些实施例中，盘可以具有多于一个入口下导管部段114和/或多于一个出口下导管部段116。在这些实施例中，盘可以具有多于一个主液体流动路径113，其中每一个在相应的入口下导管部段114和相应的出口下导管部段116之间延伸。

如上所述，盘孔103被布置在基本上平行于盘101的主液体流动路径113延伸的第一组的相邻的三列孔107、109、111中。术语“基本上平行”在本文中被理解为意指相应的一列或多列孔103被定位成相对于盘的主液体流动路径113呈大约-15°至+15°，例如，相应的一列或多列孔103被定位成相对于盘的主液体流动路径113呈大约-10°至+10°（例如，大约-5°至+5°，大约-2°至+2°或者平行（例如，大约0°））。

中间列109的孔103与盘101上沿主液体流动路径113的相邻的其他两列107、111的相邻的孔103偏置，以跨相邻的三列107、109、111形成相邻的孔103的三角形图案115。

转向图2（例如，盘上的孔布局的特写视图），孔203具有长度217和宽度219。每个长度217基本上平行于（例如，处于其上或沿着）其列207、209、211定向，所述列207、209、211基本上平行于盘201上的主液体流动路径213。每个宽度219基本上垂直于其列207、209、211（例如，基本上垂直于盘201上的主液体流动路径213）定向。与上述类似，术语“基本上”贯穿整个申请，并且在本文中被理解为意指相对参考方向（例如，平行或垂直）在大约-15°至+15°内，在大约-10°至+10°内，在大约-5°至+5°内，更优选为在大约-2°至+2°之间，或者为大约0°。

每一列207、209、211内的相邻的孔203的中心以第一间隔221隔开，该第一间隔221等于或者介于该列207、209、211中的孔203的平均长度217的2.5倍和4.5倍之间。在更优选的实施例中，每一列207、209、211内的相邻的孔203的中心以第一间隔221隔开，该第一间隔221等于或者介于该列207、209、211中的孔203的平均长度217的2.9倍和3.9倍之间，例如在3.5倍和3.7倍之间（例如，3.6倍）。

相邻的列207、209、211的中心线223以第二间隔225隔开，该第二间隔225等于或者介于相邻列207、209、211的孔203的平均宽度219的1.5倍和2.5倍之间。在更优选的实施例中，相邻的列207、209、211的中心线223以第二间隔225隔开，该第二间隔225等于或者介于相邻列207、209、211的孔203的平均宽度219的1.7倍和2.2倍之间，例如在1.9倍和2.1倍之间（例如，2.0倍）。

在优选实施例中，每一列207、209、211内的相邻的孔203的中心以第一间隔221隔开，该第一间隔221大于76mm，例如等于或者介于大约95-130mm之间。此外，在这些优选实施例中，相邻的列207、209、211的中心线223以第二间隔225隔开，该第二间隔225等于或小于40mm，例如等于或者介于大约30-38mm之间。在这些优选实施例中，孔的平均长度优选地等于或者介于大约17mm和52mm之间（例如，等于或者介于大约30-48mm之间，并且更优选为等于或者介于40-47mm之间），和/或孔的平均宽度优选地等于或者介于大约10mm和26mm之间（例如，等于或者介于大约10-20mm之间）。

在其他优选实施例中，沿盘的主液体流动路径213在相邻的列207、209、211之间不存在孔203的重叠。换言之，垂直于主液体流动路径213并且通过第一组的相邻的三列中任何相邻的两列孔而绘制的任何线至多与该相邻的两列的一个孔203相交。

在其他优选实施例中，除了第一组的相邻的三列之外，所述多个孔中的其他孔被布置在平行于盘的主液体流动路径延伸的相邻的三列的一个或多个另外的组中（图1中所示）。例如，盘可以具有平行于该盘上的主液体流动路径113、213延伸的3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20或更多列的孔。三个相邻列的分组可以包括分组之间的公共列。例如，具有四列孔的盘可被认为是具有两组的三个相邻列（例如，列1、2和3和/或列2、3和4）等。

在盘具有相邻的三列孔的一个或多个另外的组的情况下，优选的是，分组具有与第一分组相似或相同的特性。特别地，优选的是，所述一个或多个另外的组的中间列的孔沿盘上的主液体流动路径与组中其他两列的相邻孔偏置，以跨所述一个或多个另外的组中相邻的三列形成相邻孔的三角形图案。此外，所述一个或多个另外的组中的孔具有长度和宽度，每个长度沿其列定向，并且每个宽度垂直于其列定向。此外，还优选的是，所述一个或多个另外的组中每一列内相邻的孔的中心以第一间隔隔开，该第一间隔等于或者介于该列中的孔的平均长度的2.5倍和4.5倍之间，并且所述一个或多个另外的组中的相邻列以第二间隔隔开，该第二间隔等于或者介于该相邻列的孔的平均宽度的1.5倍和2.5倍之间。

盘中的孔提供供蒸汽向上穿过盘以及通过沿盘的主液体流动路径行进的液体的流动路径。盘的孔的尺寸和形状没有特别限制。

在某些实施例中，孔的长度沿着或基本上平行于盘上的主液体流动路径定位，同时宽度沿着或基本上垂直于主液体流动路径定位。孔的平均长度优选地等于或者介于大约10mm和大约70mm之间（例如，等于或者介于大约17mm和大约52mm之间，等于或者介于大约30-48mm之间，更优选为等于或者介于40-47mm之间，例如为45mm）。在这些实施例中，孔的平均宽度优选地等于或者介于大约5mm和大约40mm之间（例如，等于或者介于大约10mm和大约26mm之间，等于或者介于大约10-20mm之间，例如为19mm）。

在其他优选实施例中，孔将具有选自由以下各项组成的组的形状，即：圆形、正方形、矩形、梯形、五边形和六边形。在其他优选实施例中，孔中的一个或多个或者全部是梯形的，并且被定位成使得它们的平行边基本上垂直于盘的主液体流动路径（例如，其中，较长的平行边沿主液体流动路径处于较短的平行边的上游）。由于梯形孔沿盘上的主液体流动路径具有处于上游的长的宽度和处于下游的短的宽度，因此可以使用梯形孔的平均宽度来确定它们在盘上的布局。

在其他优选实施例中，孔中的一个或多个或者全部是矩形的，并且被定位成使得长的平行边基本上平行于主液体流动路径，而它们的短的平行边基本上垂直于主液体流动路径。孔的尺寸和形状也可以优选地被选择成控制和/或最小化通过盘板的液体流动（例如，使液体从盘的主液体流动路径通过盘渗漏（weep）到柱/塔中的较低位置）。

孔可以与至少部分地覆盖孔的盖相关联。在存在孔盖的情况下，它被优选地选择成控制渗漏、蒸汽流率、蒸汽方向、液体流率和方向，和/或蒸汽的引入/散布或者与沿盘的主液体流动路径行进的液体的接触。

孔盖是本领域中公知的，并且在本文中没有特别限制。在优选实施例中，存在一个或多个孔盖，其至少部分地覆盖一个或多个孔（例如，盘的所有孔）。如果存在，则孔及其相关联的盖在本领域中被称为“阀”，并且盖可以在孔形成之后被插入到孔中和/或与孔相关联，或者在替代方案中当形成孔时由盘板形成（例如，通过冲压和/或弯曲）。这些阀可以是固定阀或浮动阀，所述固定阀的盖相对于盘板保持固定，所述浮动阀的盖根据蒸汽流率和液位相对于盘板可变地打开和关闭。

阀的非限制性示例在美国专利号7,540,476、7,708,258、8,066,264和8,720,870中描述，上述美国专利通过引用结合于本文中用于所有目的。在一个优选实施例中，盘包括在这些专利中描述的一个或多个阀。在其他优选实施例中，盘将包括选自如下组的一个或多个阀，该组由以下各项组成，即：VG-O MINIVALVETM（Koch-Glitsch）、PROVALVETM（Koch-Glitsch）、标准圆阀、弧阀以及泡罩。

当存在一个或多个固定阀时，它们优选为是梯形阀并由盘板冲出，并且它们的长度平行于液体流定向。与其他类型的阀或未覆盖的孔（例如，筛盘）相比，梯形阀提供了独特的优点。特别是，它们允许较低的泡沫高度、由于侧向蒸汽释放导致的较少的雾沫（entrainment）、增加的容量、改善的调节（turndown）、通过改善的汽液接触导致的在较宽的操作范围内的高效率、通过增加盘板的刚度导致的优异的机械强度、没有移动部件并且因此没有磨损以及优秀的防垢性。图3中示出了一些梯形阀。

当存在一个或多个浮动阀时，它们优选地包括最大化液压能力、分离效率和分馏盘的操作范围的可移动阀或浮动阀。这些阀的主要特性包括伞形或凹形的盖，以减少释放的蒸汽的喷射动量，最小化夹带的汽液雾沫，促进蒸汽和液体在盘板上的均匀混合，最大化蒸汽和液体在盘板上的接触区域。两个宽腿将这种类型的阀可移动地固定到盘板，并且用于最大化鲁棒性，以防止旋转、磨损以及阀从盘板弹出，并且最大化运行长度并最小化维护成本。此外，还包括四个间隔件以防止粘附到盘板并且最大化防垢性。提供两个厚度和升程，以最大化灵活性和操作范围。阀的定向平行于液体流，这用于使液压梯度随着盘板的流动路径最小化。

还要注意的是，具有伞形或凹形盖的固定阀或可移动阀可以产生进一步期望的蒸汽流动分布。例如，伞形或凹形的盖可用于将蒸汽远离孔沿向外但向下的矢量（朝向盘板）引导。例如，离开孔的蒸汽与凹形或伞形的盖相互作用，并且被重定向成远离孔径向向外，并且随后远离孔返回朝向盘板（例如，以倾斜的角度返回朝向盘板并远离孔）。通过这些类型的阀产生的蒸汽流允许离开阀的蒸汽的动量将蒸汽远离阀向外运送并向下（例如，以倾斜的角度返回朝向盘板并远离孔）通过沿盘板行进的液体。不受特定操作机制的限制，在使用这些类型的阀的情况下，这被认为允许液体的更大通气以及允许使盘的更大区域通气的能力。

II. 盘支撑件和支撑件正上方的盘上液体流的通气：

盘通常通过盘支撑件支撑在塔内，该盘支撑件被固定到塔，并且位于盘之下并支撑盘和/或其各个面板中的一个或多个。盘的直接上覆盖盘支撑件的区域通常不具有孔，并且因此，盘支撑件上方的液体流动路径通常不通气。在替代方案中，盘的这些区域确实具有孔，但是通过孔的蒸汽流被下面的盘支撑件阻挡。在任一种情况下，这些区域、即非通气区域通常被认为是“死”（例如，非通气）区域。

本发明人已发现，当盘的这些通常非通气的区域通气时，可以减小/最小化跨盘的压降，同时增加盘的容量。因此，在本发明的另一方面，本文所述的盘装置还可以包括：盘支撑件，其中，盘通过该盘支撑件来支撑；以及能够使盘支撑件正上方的主液体流动路径的至少一部分通气的结构（例如，用于上述目的的装置）。在采用用于使盘支撑件正上方的主液体流动路径的至少一部分通气的这些结构的情况下，优选的是，它们足以使盘支撑件正上方的液体流动路径的一部分（例如，25%或更多，50%或更多，75%或更多，或全部）通气。

盘支撑件及其相关联的元件在本领域中是公知的，并且在本文中没有特别限制。例如，盘支撑件及其相关联的元件尤其是可以包括：固定到塔的环、部分环、支架和/或凸缘，其位于盘的周向区域之下并支撑盘的周向区域；固定到塔的横梁（例如，桁架系统），其位于盘的弦区域之下并支撑盘的弦区域；和/或整合的桁架系统，其利用一个或多个盘面板来支撑盘的其他面板（例如，形成横梁的盘面板，该横梁位于相邻的一个或多个盘面板的一部分之下并支撑所述相邻的一个或多个盘面板的一部分）；以及它们的组合。

能够使盘支撑件正上方的主液体流动路径的至少一部分通气的结构同样没有特别限制。在某些实施例中，所述结构包括与盘相关联的元件/特征，该元件/特征包括形成在盘支撑件正上方的盘中的支撑区域通气孔（support-area aeration aperture）。

在盘包括形成在盘支撑件正上方的盘中的支撑区域通气孔的实施例中，相应的元件/特征优选地与盘支撑件相关联，其允许从盘下方并且通过盘支撑件上方的支撑区域通气孔的流体连通。在一个实施例中，与盘支撑件相关联的这些对应的元件/特征包括盘支撑件中的孔，该孔与盘支撑件正上方的盘中的支撑区域通气孔流体连通。结合于本文中用于所有目的的美国专利2,274,041、2,903,251、4,174,363、US 5,547,617和7,810,796描述了与盘支撑件相关联的另外的相应元件/特征，该元件/特征允许从盘下方通过盘支撑件上方的支撑区域通气孔的流体连通。例如，美国专利7,810,796描述了使用设置在盘和盘支撑件之间的间隔件。在这些实施例中，间隔件用于从支撑件举升盘，从而允许从盘下方通过设置在盘支撑件正上方的支撑区域通气孔的流体连通。这些专利还描述了结合于本文中用于所有目的的实施例，这些实施例向盘支撑件正上方的盘上的液体提供通气。

在部分地是本发明人的第二发现的主题并且在图6-10中示出的又附加的实施例中，能够使盘支撑件604正上方的液体602的至少一部分通气的结构包括一个或多个支撑区域通气孔603，该一个或多个支撑区域通气孔603形成在盘601中并且定位成（例如，侧向、径向或水平地）与底层盘支撑件604相邻。如图6中所示，支撑区域通气孔603优选地位于底层盘支撑件604的大约5mm内、大约2.5mm内、大约1.5mm内或更小，即与之相邻。如本文所述，本发明人的第二发现的实施例可以单独使用或与上述本发明人的第一发现的实施例结合使用。然而，相信在相同的盘中一起使用第一发现和第二发现二者的组合在提高盘的性能方面可具有累积效益。

在与盘支撑件侧向相邻的位置采用支撑区域通气孔603的情况下，它使蒸汽606沿盘板（例如，径向或水平地）向外侧向偏转至相邻的盘支撑件604或相邻的盘支撑件604正上方。该离开的蒸汽606的一部分在液体602内沿底层盘支撑件604的方向行进并且行进到底层盘支撑件604上方的位置，从而使盘支撑件604正上方的液体602的至少一部分通气。在其他实施例中，孔603与固定或浮动的盖相关联，以帮助进一步将蒸汽侧向向外引导越过盘板。在优选实施例中，并且如上所述，固定或浮动的盖将具有伞形或凹形形状，该伞形或凹形形状可以产生进一步期望的蒸汽流动分布。例如，伞形或凹形的盖可用于将蒸汽远离孔沿向外但向下的矢量（朝向盘板）引导。例如，离开支撑区域通气孔的蒸汽与凹形或伞形的盖相互作用，并且被重定向成远离孔径向向外，并且随后远离孔返回朝向盘板（例如，以倾斜的角度返回朝向盘板并远离孔）。通过这些类型的阀产生的蒸汽流允许离开阀的蒸汽的动量将蒸汽远离阀向外运送并向下（例如，以倾斜的角度返回朝向盘板并远离支撑区域孔）通过沿盘板行进的液体。不受特定操作机制的限制，这被认为允许盘支撑件上方的液体的更大通气以及允许使支撑件上方的更大区域通气的能力。

在其他优选实施例中，离开支撑区域通气孔603的蒸汽606的流沿相邻的盘支撑件604的方向偏向并且处于相邻的盘支撑件604之上。在这些实施例中，优选的是，通过支撑区域通气孔的蒸汽的大于50%（例如，大于75%或全部）沿相邻的底层盘支撑件的方向偏向并且到上覆盖相邻的底层盘支撑件的位置。

能够使通过离开支撑区域通气孔603的支撑区域通气孔流的蒸汽606的大于50%偏向的结构（例如，用于上述目的的装置）在本文中没有特别限制。然而，这些结构优选地包括与孔603相关联的孔盖。在优选实施例中，孔盖具有一个或多个开口，其定位成将通过支撑区域通气孔的蒸汽的大于50%沿相邻的底层盘支撑件的方向引导并且引导至上覆盖该相邻的底层盘支撑件的位置。盖可以可选地具有附加的开口，其定位成引导蒸汽越过不在盘支撑件正上方的盘的其他部分。盖可以相对于盘固定，使得开口被固定在打开位置，或者它们可以是在盘的操作期间相对于盘板具有可变高度的浮动阀。

如图7中所示，在一个实施例中，设想可以采用固定的“推”盖708（例如，“推动”阀），以将来自支撑区域通气孔603的蒸汽流706偏置在底层盘支撑件704上方。固定的推盖或推动阀在本领域中是已知的，并且通常被用在分离盘中，以便于液体在盘上沿盘的主液体流动路径（例如，从入口下导管部段到出口下导管部段）移动。换言之，如本领域中所使用的推动阀包括具有单开口的孔盖，该开口使蒸汽沿盘上的主液体流动路径（例如，与之平行）的方向偏置。通常，在孔形成时，推动阀与盘一体地形成，其中，在盘中形成缝隙，并且该缝隙随后变形，以在盘中提供指向主液体流动路径的方向的开口。

在当前实施例中，采用推动阀来将蒸汽流偏置于底层盘支撑件上方是违反直觉的，并且与本领域中如何采用推动阀相反。例如，在支撑区域通气孔603被定位成与底层盘支撑环和/或具有基本上平行于盘的主液体流动路径的横梁/支杆的弦式盘支撑件侧向相邻的情况下，采用与支撑区域通气孔603相关联的推动阀将导致蒸汽流沿与盘上的主液体流动路径不同的方向（例如，沿不平行于盘上的主液体流动路径的方向）偏置。例如，在这些实施例中，蒸汽可以被偏置成相对盘的主液体流动路径等于或介于10度和170度之间（例如，垂直于盘的主液体流动路径或者相对盘的主液体流动路径成倾斜的角度）。

用于支撑区域通气孔603的孔盖也可以是浮动盖。在这些实施例中，盖是可打开和可关闭的，使得盖及其相对应的开口的高度可相对于盘板变化，这取决于通过支撑区域通气孔的蒸汽流率、盘上的液位或者通过支撑区域通气孔的蒸汽流率和盘上的液位二者。

如图8中所示，本发明人已发现了一种用于与支撑区域通气孔803一起使用的特别优选的浮动盖808。盖808包括凹形顶盖810、一个或多个腿部812以及一个或多个脚部814。当盖808与支撑区域通气孔803相关联时，凹形顶盖810面向盘801并且至少部分地覆盖支撑区域通气孔803。一个或多个腿812被连接到顶盖810并且被设置成穿过支撑区域通气孔803。一个或多个脚814被设置在盘801之下并且与盘801的下侧相互作用，以防止盖808在其初始插入之后从盘801移除。当盖808从关闭位置移动到打开位置时，随着顶盖810远离盘801移动，腿812在支撑区域通气孔803内移动并且与之相互作用。当顶盖808远离盘801移动时，它相对于盘801倾斜到一定倾斜角度，从而露出指向底层盘支撑件804的方向的开口。当顶盖810进一步远离盘板801移动时，指向相邻的底层盘支撑件804的方向的开口变得更大，从而使更多的蒸汽流806沿盘支撑件804的方向偏置并且偏置到盘支撑件804上方的位置。顶盖810可以继续远离盘801移动，并且可以优选地继续倾斜，直到当盖808处于完全打开或完全倾斜的位置时，设置在盘801之下的脚814变为与盘801的下侧接合。

类似于关于使用具有伞形或凹形的顶盖的固定或浮动阀的上述讨论，使用具有本倾斜阀的伞形或凹形的顶盖可以产生优选的蒸汽流动分布，该蒸汽流动分布使蒸汽偏置于相邻的底层盘支撑件上方。这里，蒸汽流与盖相互作用以使盖从盘板升起。当蒸汽与伞形或凹形的顶盖相互作用时，蒸汽流的方向从竖直远离盘板转移到沿盘板水平并且到相邻的支撑件上方。在某些实施例中，伞形或凹形的顶盖可以被设置成使得一些蒸汽被重定向成远离相应的支撑区域通气孔成一定倾斜角度返回朝向盘板，但仍然沿相邻的底层盘区域支撑件的方向。在其他实施例中，可以允许通过支撑区域通气孔的蒸汽的一部分（例如，小于50%）通过盖808中的其他孔，这不会导致相邻的盘支撑件上方的液体的通气。

盖808的倾斜度优选地通过盖808的腿812和盘801的支撑区域通气孔803之间的物理相互作用来提供。在此实施例中，并且如图9和图10（其相应地示出了处于关闭和打开位置的阀）中所示，在顶盖910、1010和一个或多个脚914、1014之间，腿912、1012可以是锥形的（如图9中所示）或摇摆的（rockered）（如图10中所示）。例如，在腿912是锥形的或具有锥形部分的情况下，与朝向一个或多个脚914定位的较小宽度相比，腿912具有朝向顶盖910定位的较大宽度。该特征允许腿912当盖908打开时与孔903相互作用，并且允许顶盖910在盖908打开时相对于盘901倾斜。在腿1012是摇摆的或具有摇摆部分的另一示例中，腿1012可以在顶盖和一个或多个脚1014之间具有恒定的宽度。在此实施例中，腿1012具有弓形形状，或是以其他方式摇摆的，其中，摇摆/弓形的腿和支撑区域通气孔1003之间的相互作用允许顶盖在盖打开时相对于盘倾斜。同样，在这些实施例中，顶盖主动地将蒸汽流1006朝向处于侧向相邻的底层盘支撑件1004上方的位置偏置并且偏置到该位置。

此外，如图9中所示，腿912中的一个或多个和/或脚914中的一个或多个可具有诸如凸缘、隆起或突起部918之类的结构，该结构可以进一步与盘901的下侧相互作用，以抵抗盖908在它插入孔903中之后被移除。作为盖的组装的最后步骤，可以在将腿912和脚914插入通过孔903之后设置凸缘、隆起或突起部918。在一些实施例中，当盖908具有多于一个腿912（例如，两个腿912）和/或多于一个脚914（例如，两个脚914）时，相应的凸缘、隆起或突起部918可以仅在腿912中的一个上或仅在脚914中的一个上形成。在此实施例中，相应的腿和/或脚将与腿和/或脚中的另一个不对称，并且将进一步防止盖908在插入到孔903中之后被移除。该特征同样将有利于盘的制造和/或组装，这是因为相应的凸缘、隆起或突起部918可被用于引导盖908在相应孔中的适当对准，使得盖908沿适当的方向倾斜（例如，远离底层支撑件904），以确保蒸汽在底层支撑件上方的适当偏置。在其他实施例中，在插入到孔中之前在盖中形成如下结构（例如，隆起、凸缘、突起部等），即：该结构可以在盖908被插入孔中之后抵抗盖908的移除。在此实施例中，腿可以具有足够的弹性，以允许腿的轻微弯曲，以便插入到孔中和供结构（例如，隆起、凸缘、突起部等）通过，并且随后，允许腿在插入后恢复其原始形状。

III. 传质塔和操作方法：

本发明的接触盘装置意在用于传质塔中。因此，在另一方面，本发明提供了一种传质塔，其包括根据任何本文所述的实施例的一个或多个接触盘装置。

盘沿塔的高度以隔开的构造水平布置，使得液体从塔中较高处在入口下导管部段处进入盘，并且在其出口下导管处离开盘至塔中较低的位置。在优选实施例中，所述塔将具有多个水平设置的接触盘，其中，塔内的5%或更多、15%或更多、25%或更多、50%或更多、75%或更多或者全部的盘包括根据任何本文所述的实施例的盘装置。

在另一实施例中，现有的常规传质塔可以被改造成包括根据本文所述的任何实施例的一个或多个盘装置。可以做出改造现有的塔的决定，以增加塔的容量，而无需招致整个塔的设计和更换的成本。

本发明还提供了一种由一个或多个供给流产生顶部流（overhead stream）和底部流的方法。例如副产物流或二次供给流之类的其他流可以被提供给塔或从塔移除。该方法包括将一个或多个供给流引入到传质塔的第一步骤，该传质塔具有根据本文所述的任何实施例的水平设置的盘装置。第二步骤包括：在足以产生顶部流和底部流的塔内的操作条件下处理所述一个或多个供给流。传质塔的操作是本领域中公知的，并且操作条件没有特别限制。在另一个实施例中，水平设置的盘装置包括一个或多个支撑区域通气孔，其被定位成与底层盘支撑件侧向相邻。在该另一个实施例中，该方法还可以包括如下步骤，即：引导通过该支撑区域通气孔的蒸汽的大于50%侧向越过盘并且到盘支撑件上方的位置。

IV. 盘容量和效率的增加以及跨盘蒸汽侧压降的降低：

本发明人已发现，可以增加盘的操作容量，同时维持或提高盘的效率，并且同时维持或降低通过盘的压降。这些特性可以通过采用以下各项来实现：本文描述的孔的布局；本文描述的使盘支撑件上方的盘的液体流动路径通气的方式；或者两者的组合。

在一些实施例中，与不包括这些特征的盘相比，盘的操作容量可以增加5%或更多、10%或更多、15%或更多或者20%或更多。在其他实施例中，盘的操作容量增加了5%至25%，而不降低盘的效率。

在又其他的实施例中，与不具有这些特征的盘相比，通过盘的蒸汽侧压降可以减少5%或更多、10%或更多、15%或更多或者20%或更多，而不降低盘的效率。在其他实施例中，通过盘的蒸汽侧压降降低了5%至25%，而不降低盘的效率。

在又另外的实施例中，随着盘的气体负荷增加，与不具有这些特征的盘相比，本发明的盘显示出盘的分离效率增加5%或更多、10%或更多、15%或更多或者20%或更多。

在整个说明书中对“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”、“一些实施例”等的引用意味着结合实施例描述的特定元素（例如，特征、结构、属性和/或特性）被包括在本文所述的至少一个实施例中，并且可以存在或可以不存在于其他实施例中。此外，应当理解的是，所描述的元件可以以任何合适的方式与各实施例的任何其他元件结合。

V. 示例：

已经详细地描述了本发明，提供以下示例。这些示例不应被认为限制本发明的范围，而是仅作为其说明和代表。

在测试设置（基线板（Baseline Deck）、板I和板II）中的相同条件下研究具有不同孔构造的三个盘（例如，板）以及可选地用于使盘支撑件上方的液体流动路径通气的装置。基线板在本文中被认为是比较示例，而板I和板II被认为是属于本发明的范围内。

基线板是基于盘板上孔的布置结构的常见商业建议（例如，在本发明之前存在的商业标准）。基线板具有多个孔，供流体通过盘。孔被布置在平行于盘的主液体流动路径延伸的第一组的三个相邻的列中。中间列的孔沿盘上的主液体流动路径与其他两列的相邻孔偏置，以跨相邻的三列形成相邻孔的三角形图案。这些孔具有长度和宽度，每个长度沿其列定向，并且每个宽度垂直于其列定向。每一列内的相邻孔的中心以第一间隔隔开，该第一间隔小于该列中的孔的平均长度的2.5倍。相邻的列以第二间隔隔开，该第二间隔大于相邻列的孔的平均宽度的2.5倍。基线板通过盘支撑件来支撑，并且没有提供通气装置来使盘支撑件正上方的板上的液体流动路径通气。

板I类似于基线板。板I和基线板之间的第一个差异在于每一列内的相邻孔的中心以第一间隔隔开，该第一间隔等于或介于该列中的孔的平均长度的2.5倍和4.5倍之间。板I和基线板之间的第二个差异在于相邻的列以第二间隔隔开，该第二间隔等于或者介于相邻列的孔的平均宽度的1.5倍和2.5倍之间。像基线板一样，板I通过盘支撑件来支撑，并且没有提供通气装置来使盘支撑件正上方的板上的液体流动路径通气。

板II类似于板I，并且与基线板相比包含与板I相同的差异。然而，板II包括另一个差异，即板II通过支撑盘环来支撑，该支撑盘环具有与上覆盖该环的盘中的孔流体连通的孔。这种流体连通允许盘支撑件正上方的板上的液体流动路径的通气。还要注意的是，在盘与支撑环直接接触的进一步的测试中，获得了与板II的测试结果相似的结果，然而，倾斜的阀被放置在与支撑环相邻（例如，径向/侧向）的盘中，以将蒸汽径向向外（例如，径向地）引导和分散在环上方，以使环上方的盘上的液体流动路径通气。

图4和图5中绘出了上述四个盘相对彼此的图形测试结果。如在图4和图5中可以看到的，与基线板相比，本发明的盘（板I和板II）显示了改进的容量、维持和/或降低的蒸汽侧压力损失以及维持和/或增加的盘分离效率。

Claims (21)

1.一种用于分离塔中的汽液接触盘装置，所述装置包括盘，所述盘具有供流体通过所述盘的多个孔，其中：

所述孔被布置在基本上平行于所述盘的主液体流动路径延伸的第一组的三个相邻的列中，

中间列的孔沿所述盘上的所述主液体流动路径与其他两列的相邻孔偏置，以跨所述三个相邻的列形成相邻孔的三角形图案，

所述孔具有长度和宽度，每个长度基本上平行于其列定向，并且每个宽度基本上垂直于其列定向，

每一列内的相邻孔的中心以第一间隔隔开，所述第一间隔等于或者介于所述列中的孔的平均长度的2.5倍和4.5倍之间，以及

相邻的列以第二间隔隔开，所述第二间隔等于或者介于所述相邻的列的孔的平均宽度的1.5倍和2.5倍之间。

2. 如权利要求1所述的装置，其特征在于：

每一列内的相邻孔的中心以第一间隔隔开，所述第一间隔等于或者介于所述列中的孔的平均长度的2.9倍和3.9倍之间，以及

相邻的列以第二间隔隔开，所述第二间隔等于或者介于所述相邻的列的孔的平均宽度的1.7倍和2.2倍之间。

3. 如权利要求2所述的装置，其特征在于：

每一列内的相邻孔的中心以第一间隔隔开，所述第一间隔等于或者介于所述列中的孔的平均长度的3.5倍和3.7倍之间，以及

相邻的列以第二间隔隔开，所述第二间隔等于或者介于所述相邻的列的孔的平均宽度的1.9倍和2.1倍之间。

4. 如权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于：

每一列内的相邻孔的中心以第一间隔隔开，所述第一间隔大于76mm，以及

相邻的列以第二间隔隔开，所述第二间隔等于或小于40mm。

5. 如权利要求4所述的装置，其特征在于：

每一列内的相邻孔的中心以第一间隔隔开，所述第一间隔等于或者介于95-130mm之间，以及

相邻的列以第二间隔隔开，所述第二间隔等于或者介于30-38mm之间。

6.如权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，所述孔中的一个或多个的形状选自由以下各项组成的组，即：圆形、正方形、矩形、梯形、五边形和六边形。

7.如权利要求1至6中任一项所述的装置，其特征在于，所述孔中的一个或多个至少部分地被盖覆盖。

8.如权利要求1至7中任一项所述的装置，其特征在于，所述孔中的一个或多个是梯形孔，所述梯形孔具有平行于所述盘上的液体流动路径设置的长度。

9.如权利要求1至8中任一项所述的装置，其特征在于，垂直于所述主液体流动路径并且通过所述第一组的三个相邻的列中任何相邻的两列孔而绘制的任何线至多与所述相邻的两列的一个孔相交。

10.如权利要求1至9中任一项所述的装置，还包括盘支撑件，其中：

所述盘通过所述盘支撑件来支撑；

其中，所述盘支撑件包括选自以下组的一个或多个元件，所述组包括：位于所述盘的周向区域之下并支撑所述周向区域的环、部分环、支架或凸缘；位于所述盘的弦区域之下并支撑所述弦区域的横梁；以及盘面板，其形成支撑所述盘的相邻的一个或多个盘面板的一部分的横梁；

孔穿过所述盘支撑件形成，

支撑区域通气孔在所述盘支撑件正上方穿过所述盘形成；以及

所述盘的所述支撑区域通气孔与所述盘支撑件的所述孔流体连通。

11.如权利要求1至9中任一项所述的装置，还包括盘支撑件，其中：

所述盘通过所述盘支撑件来支撑；

其中，所述盘支撑件包括选自以下组的一个或多个元件，所述组包括：位于所述盘的周向区域之下并支撑所述周向区域的环、部分环、支架或凸缘；位于所述盘的弦区域之下并支撑所述弦区域的横梁；以及盘面板，其形成位于所述盘的相邻的一个或多个盘面板的一部分之下并支撑所述部分的横梁；

多个支撑区域通气孔与所述盘支撑件侧向相邻地形成在所述盘中。

12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述多个支撑区域通气孔中的一个或多个至少部分地被盖覆盖，所述盖定位成与通过所述支撑区域通气孔的蒸汽相互作用，并且引导所述蒸汽侧向越过所述盘，或者远离所述支撑区域通气孔以一定倾斜角度向下朝向所述盘引导所述蒸汽。

13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述盖具有一个或多个开口，所述一个或多个开口定位成引导通过所述支撑区域通气孔的蒸汽的大于50%侧向越过所述盘并且到底层盘支撑件上方。

14.如权利要求12或13所述的装置，其特征在于，所述盖相对于盘板的高度是可变的，这取决于通过所述支撑区域通气孔的蒸汽流率、所述盘上的液位或者通过所述支撑区域通气孔的蒸汽流率和所述盘上的液位二者。

15.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述盖包括设置在所述盘上方并且至少部分地覆盖所述支撑区域通气孔的顶盖，所述顶盖被连接到穿过所述支撑区域通气孔设置的一个或多个腿，并且所述一个或多个腿设有设置在所述盘之下的一个或多个脚，其中，所述脚与所述盘的下侧相互作用，以防止从所述盘移除所述盖。

16. 如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述腿：

能够在所述支撑区域通气孔内竖直移动，以允许所述顶盖从所述盘板的高度的变化，以及

在所述脚和所述顶盖之间逐渐变细或摇摆，以允许当所述腿在所述孔内移动时，所述顶盖相对于所述盘板倾斜。

17.如权利要求1至16中任一项所述的装置，其特征在于：

除所述第一组的三个相邻的列之外，所述多个孔中的其他孔被布置在平行于所述盘的主液体流动路径延伸的一个或多个另外的组的三个相邻的列中，

所述一个或多个另外的组的中间列的孔沿所述盘上的所述主液体流动路径与所述组中其他两列的相邻孔偏置，以跨所述一个或多个另外的组中的所述三个相邻的列形成相邻孔的三角形图案，

所述一个或多个另外的组中的孔具有长度和宽度，每个长度沿其列定向，并且每个宽度垂直于其列定向，

所述一个或多个另外的组中的每一列内的相邻孔的中心以第一间隔隔开，所述第一间隔等于或者介于所述列中的孔的平均长度的2.5倍和4.5倍之间，以及

所述一个或多个另外的组中的相邻的列以第二间隔隔开，所述第二间隔等于或者介于所述相邻的列的孔的平均宽度的1.5倍和2.5倍之间。

18.一种用于分离塔中的汽液接触盘装置，所述装置包括盘和盘支撑件，其中：

所述盘支撑件包括选自以下组的一个或多个元件，所述组包括：位于所述盘的周向区域之下并支撑所述周向区域的环、部分环、支架或凸缘；位于所述盘的弦区域之下并支撑所述弦区域的横梁；以及盘面板，其形成支撑所述盘的相邻的一个或多个盘面板的一部分的横梁；

多个支撑区域通气孔与所述盘支撑件侧向相邻地形成在所述盘中；

所述多个支撑区域通气孔中的一个或多个至少部分地被盖覆盖，所述盖定位成与通过所述支撑区域通气孔的蒸汽相互作用，使得通过所述支撑区域通气孔的蒸汽的大于50%被引导侧向越过所述盘并且到底层盘支撑件上方。

19.如权利要求18所述的装置，其特征在于，所述盖相对于盘板的高度是可变的，这取决于通过所述支撑区域通气孔的蒸汽流率、所述盘上的液位或者通过所述支撑区域通气孔的蒸汽流率和所述盘上的液位二者。

20.如权利要求18或19所述的装置，其特征在于，所述盖包括设置在所述盘上方并且至少部分地覆盖所述支撑区域通气孔的顶盖，所述顶盖被连接到穿过所述支撑区域通气孔设置的一个或多个腿，并且所述一个或多个腿设有设置在所述盘之下的一个或多个脚，其中，所述脚与所述盘的下侧相互作用，以防止从所述盘移除所述盖。

21. 如权利要求20所述的装置，其特征在于，所述腿：

能够在所述支撑区域通气孔内竖直移动，以允许所述顶盖从所述盘板的高度的变化，以及

在所述脚和所述顶盖之间逐渐变细或摇摆，以允许当所述腿在所述孔内移动时，所述顶盖相对于所述盘板倾斜。