CN1121889C - 改进的物质传递装置 - Google Patents

Abstract

一种物质传递装置上设有盘，该盘具有穿孔，而桥接件跨越该穿孔，桥接件的形状使液体转移而沿设计流动方向绕过穿孔流动，从而使上升通过穿孔的气体基本上与液流垂直接触。

Description

改进的物质传递装置

本发明的技术背景

本发明涉及化学处理设备，其中液体与逆流的气体接触。它可用于许多用途，例如从液流中汽提出一种组分或将一种组分吸入液流里。更具体地说，本发明涉及有利于各相之间的物质和/或热量传递的装置。

本发明具体涉及的装置的类型使用通过降液管连接的交叉流动分馏盘。在这种装置里，一塔里安装着许多分馏盘，它们通常水平地位于塔里。这种塔具有一穿孔的隔层板和至少一个叫做降液管的通道，流过隔层板的液体可收集在里面并被引导到下面的盘。使用时，蒸汽从塔的底部引入并向上通过在分馏塔里的隔层板上的穿孔。同时，液体从塔的顶部引入并向下渗透通过分馏盘，然后通过降液管到下面的盘。

在到达盘的时候，液体按这里所述的“设计流动方向”流动经过盘，该方向表示当盘在最佳的状态下工作时液体将要流动的方向。该盘上设有许多穿孔，在正常工作条件下，气体在一压力下连续不断地成泡状通过穿孔，防止液体通过穿孔。这些穿孔与相关的覆盖件一起被叫做“阀”，并被设计成允许气体和液体之间的有效的物质传递接触。这些阀分成两个主要类型：固定的和活动的。固定的阀没有活动零件，而活动阀在打开或关闭阀时能对上升气体的压力作出反应。本发明涉及固定的阀。

在理想的工程设计中，应该利用向上通过穿孔的气体压力防止液体通过在盘里的阀。这是一种精密的平衡处理，因为如果压力太大的话，气体将在塔里具有较短的传递时间，并当液体流动经过盘和到塔的下面去时较少有效接触。高的气体速度还可能携带着液滴上升到盘的上面，从而由于反混的原因而降低分离效率。另一方面，如果气体流速太低，液体将渗透通过盘里的阀(叫做“滴落”)，使流动模式短路，而流动模式应使气/液接触达到最大程度。

某些活动阀结构实际上在压力降太低时允许阀关闭。然而，如果它们卡在关闭位置上或部分打开，这种阀可能出现问题。它们还很昂贵。另一种(固定的)阀结构仅仅在盘式隔层板的一穿孔上安装一覆盖件，从而即使在压力处于设计水平时也能防止液体以足以渗透的速度穿过穿孔。

在一种典型的活动阀里，穿孔(例如圆孔)是在盘上冲压出来的。然后，通常用冲压出来的冲压件(在该例子里是金属圆盘)覆盖，该冲压件由支脚支承或在一笼里，以便阀随气体压力打开和关闭。由于覆盖件由支脚支承并能在穿孔里移动，因此覆盖件可随着压力升降，然而经常发现，当压力剧增或发生过度振动时，整个阀突然从盘上跳出，从而永久打开。如果阀在打开或关闭时被卡住，其它的问题也可能立即发生。

在一种传统的固定阀结构里，覆盖件是用盘的材料制成的。通常它是这样形成的，即在盘上切割出一对缝槽并使盘的该部分表面向上变形，由此同时形成穿孔和供该穿孔用的覆盖件。美国专利第5,468,425号和第3,463,464号介绍了这种固定阀的结构。如将要看到的，在这种固定阀结构里，小孔尺寸决定覆盖件的尺寸，由于变形或切割工艺的缘故，覆盖件几乎不能或不能完全覆盖该小孔。此外，它不可能产生具有不同于覆盖件的良好形状的小孔。例如，它不可能通过标准的变形技术或利用切割小孔产生的材料提供圆形小孔和能完全覆盖小孔的四边形覆盖件。它还不能通过从上而下地冲压盘材料而在底部产生一个相当狭窄的孔口，并使该孔口通向在盘上表面的一较宽通道，从而形成能产生文杜里效应的孔口。已经发现，文杜里效应常常是固定阀所需要的特征。

这种现有技术中方法的缺点是，穿孔的形状决定覆盖件的形状。因此，这种制造工艺存在着固有的缺陷。本发明提供一种制造物质传递接触装置的途径，其中，穿孔和覆盖件的形状可随意控制，从而使装置提供最适宜的工作条件和工作效率。

本发明提供一种简单的物质传递接触装置，它能够方便地进行安装并提供使环绕阀流过的液体与向上流动经过阀的气体接触的高效手段。同样重要的是，在该结构中，穿孔和覆盖件的尺寸和形状对于具体的用途来说可以各自优化。此外，阀里没有可能卡住或失掉相当功能的活动零件，且它们可以制成适合于任何穿孔的尺寸。

本发明的总体介绍

本发明提供一分馏盘，它具有至少一穿孔和在所述穿孔附近的设计流动方向，一跨越该穿孔的桥接件包括与一覆盖件连接的第一和第二支脚，覆盖件沿在穿孔附近的设计流动方向取向且宽度足以完全覆盖穿孔，支脚可放松地安装在盘上，从而跨越穿孔，第一支脚是沿设计流动方向位于穿孔上游的一整体件，并具有比横向对着设计流动方向的穿孔的最大宽度宽至少5％、较佳的是至少10％或20％的宽度。

另一支脚也可以是一整体件，虽然这不是一个必要特征。例如，它可以包括许多垂直支承件，它们合在一起构成桥接件的第二支脚。然而，由此构成的第二支脚的全部宽度较佳的是比第一支脚的宽度至少窄10％，最好是至少窄20％。

位于流动方向下游的桥接件的支脚较佳的是设有一个或几个穿过壁的小孔。它们可以通过在一整体件上切割出的孔形成，它们也可以通过由两个或几个支承件形成的支脚形成，因这些支承件互相间隔而形成小孔。使用时，上升通过穿孔的气体的一部分通过小孔，从而使液体停留在支脚表面附近的任何机会减至最低程度。代替这些小孔或除了这些小孔之外，还可以减少支脚的宽度，直至它比孔口在垂直于流动方向上的最大尺寸窄。它具有减少液体停留在下游支脚区域内的相同效果。

桥接件的支脚较佳的是终止于一突片，该突片能与隔层板上切割出来的缝槽配合而使桥接件定位。然后将突片弯曲，以防止迅速卸下桥接件。此外，可以使用能达到同一目的的其它手段。例如，这些突片上可设置对准孔，以便接纳可通过它们的杆件，或者，各突片可略微在盘的下侧弯曲，这样，这些突片不再与它们穿过的缝槽对齐。

与支脚连接的覆盖件可是完全水平的平板，或者至少在下侧面上可设置与设计流动方向对齐的肋。设置肋的目的是可以引导通过穿孔升上来的气体流向侧面。在其它实施例里，覆盖件可包括许多部分，它们合在一起用来防止从上而下逼近穿孔的液体进入穿孔。因此，覆盖件(例如)可包括两块板，它们合在一起形成一覆盖件，该覆盖件具有沿设计流动方向的V形(或倒V形)横截面。较佳的是在所有点上的覆盖件的宽度比在其下面的该点处的穿孔的宽度至少宽10％。

覆盖件上还可设置小孔，使通过该小孔的气流基本上被水平引导并沿着设计流动方向。该小孔可通过下述方法形成，例如在覆盖件上加工出一条与第一支脚平面平行的缝槽，然后将靠近第一支脚的缝槽一侧向上弯曲。使用时，如果阀位于降液管下面从而使液流直接滴落在覆盖件上时，这种结构特别有用。这种缝槽小孔将有助于使液流在理想的设计流动方向上。

覆盖件可以是水平的，但较佳的是倾斜的，这样，靠近第一支脚、即按照设计流动方向来说位于上游的支脚的端部将比靠近第二支脚或下游支脚的端部高。这将具有在阀的上游端产生较高压力而在阀的下游端产生较低压力的效果，从而激励和增强沿设计流动方向的流动。倾斜的程度涉及到优化的问题，它取决于预定的容积和沿设计流动方向的液流的速度。然而，较佳的是第一支脚比第二支脚至少长5％，例如长约5％至25％。

在盘式隔层板上的穿孔可具有任何一般形状，它包括圆形、椭圆形和多边形。文杜里穿孔(穿孔是通过冲压适当的形状、通常是圆形形成的，且通常是向下的)特别适于供本发明的桥接件使用。

使用时，沿设计流动方向横跨隔层板流动的液体与第一支脚相遇。由于该支脚是一整体件，液流被分裂并被引导到穿孔的两侧。由于它在穿孔的两侧经过，它与沿垂直于液体流动方向的方向流动的气体相遇。这将发生非常有效的气/液接触。不同的流动方向还会使液体通过穿孔滴落成为不可能。因为在所有点上的覆盖件较佳的是至少比穿孔大10％，因此气流的导向作用增加而滴落的可能性降低。

阀通常以错开阵列方式排列，这样横跨流动方向的每列阀相对在它前面和后面各列上的阀是错开的，从而相对流动方向它们位于在这些列上的相邻一对阀之间。

附图的简要说明

图1是按照本发明的一阀的剖视图；

图2是图1中的阀的平面图；

图3是一平板，它能被弯曲而形成图1和2中的阀盖；

 图4是按照本发明的一阀的剖视图，它显示了不同长度的支脚和在阀盖上的导流孔。

在附图中，设计流动方向是从右到左。

本发明的详细说明

现在参考附图进一步描述本发明，这些附图只是用来描述本发明，而不应被理解为是对本发明范围的任何实质性的限定。

图1和2所示的装置包括一跨越在盘5上的穿孔6的桥接件，该桥接件包括分别与覆盖部分3连接的第一和第二支脚1和2。各支脚终止于突片4，突片4通过在盘5上切割出来的缝槽7。在盘5平面下面的突片被弯曲，以防止桥接件移动。

图3显示了一块冲压形成的金属平板，以便在沿着点划线弯曲而形成第一和第二支脚时提供一按照本发明的桥接件。小孔8在两支脚中的较狭窄的一支脚(下游支脚)上，它允许气流通过，以便使在支脚下游表面上形成的液体减至最低程度。

在图4中，支脚1比支脚2长，从而使覆盖部分3朝第二支脚向下倾斜。覆盖部分3还具有一导流孔8，它是通过在覆盖部分上切割一缝道并在靠近第一支脚的一侧向上弯曲而形成的。

使用时，桥接件的第一支脚被安装成与设计流动方向垂直。这样，流动经过盘的液体与第一支脚的表面相遇并向侧面偏斜和绕过穿孔6。这将使流动减慢并确保气体与液体的接触(除去流动经过在第二支脚上的小孔的气体)基本垂直。

附图上显示的支脚具有相同的高度，但这不是一个基本特征，实际上覆盖部分较佳的是朝第二支脚向下倾斜。例如，使第一支脚比第二支脚长可能是有利的，这将拦截更多的流量，并使大量液体冲刷桥接件和绕过在桥接件两侧的气体接触区域的危险减至最低程度。

工作时，一个盘具有大量的穿孔，它们通常是圆的，但诸如椭圆的和多边形的其它形状也可使用。在盘上的穿孔的较佳位置是在跨越设计流动方向的直线上，而相邻的直线错开，从而沿着设计流动方向使在一条直线上的穿孔位于在两侧的直线上的一对穿孔之间。这将确保流动反复分开和合并，从而确保没有流动的液体不与上升的气体接触。

在相同的盘环境里和相同的液体流动状态下，将附图中的图1所示的物质传递接触装置中的工作情况与具有相同穿孔尺寸的标准单重量活动阀相比。现有技术中的活动阀包括比穿孔大的平的覆盖件，并具有三个在外周上的均匀间隔的支脚，它们垂直于覆盖件延伸并在盘的下表面的下面，在各支脚的下端还具有制动件，以防止覆盖件上升超过预定点。

可以看到，在气体流速范围内比较各装置的“溢流点”是非常有用的。当成一体的液体和气体消失和塔里充满液体时到达溢流点。这样，溢流点限定了盘的允许工作范围的极限。在气体流速范围内，将按照本发明的装置的溢流点与标准的现有技术中的阀相比。从两装置测得的溢流点数值如下表所示。

将在允许的工作区域相对两端处的工作情况进行比较也是有用的，也就是在现有技术中的阀关闭并不再允许混合前或过度滴落使按照本发明的装置失效处的低的气体流速时横跨盘所需要的的压力降。

在下面的表中，给出了在相同液体流速时本发明装置引用的参数与现有技术中的活动阀的同一参数的比率。通常，对于ΔP来说，越小越好，而对于Fp来说，越高越好。因此，可以看到，本发明阀的穿孔等于或优于最好的现有技术中的阀的穿孔。

LFR比率                               本发明            本发明

                                      ΔP比率           Fp比率

1.0                   最低              0.90             1.00

                      最高              1.21             1.17

2.5                   最低              0.87             0.91

                      最高              1.02             1.10

3.0                   最低              0.80             0.80

                      最高              0.96             1.08

4.0                   最低              0.88             0.84

                      最高              0.90             1.03

5.0                   最低              0.94             0.88

                      最高              0.92             1.04

“LFR”表示标准的液体流速，用每分钟每厘米溢流堰之公升来表示。“LFR比率”是实际流速与所使用的最低流速的比率。

“ΔP”表示横跨盘的压力降，用cm水柱表示。

“Fp”表示在活动的冒泡区域标准的气体流速，用cm/秒表示。

“最低”和“最高”涉及在允许的气体流速区域相对两端处所显示的工作参数，以及在测定时使用的标准测试塔里的给定的液体流速的压力降。

从上述数据中可看到，在最低气体和液体流速处，按照本发明的装置由于较低的压力降及气体流速仍能有效工作而比传统的可关闭阀能更有效地工作。

或许更重要的是，按照本发明的装置能在较高的流速以及在到达溢流点前更低的压力降下工作。

在第二组测试里，在第一组比较中使用的本发明的同一固定的阀和通过使盘材料变形而形成梯形桥接件的固定的阀进行比较，该梯形桥接件基本上具有与附图所示的本发明桥接件相同的尺寸。该阀在美国专利第3,463,464里有介绍。差别在于，现有技术中的穿孔的形状受桥接件形状的限制。如前面的比较一样，在盘上的阀的取向和间隔是相同的，而所使用的材料以及接触的气体和液体也是相同的。由此得到的结果如下所示：

LFR比率                             本发明              本发明

                                   ΔP比率              Fp比率

1.0                 最低             1.05                0.96

                    最高             1.22                1.08

2.5                 最低             0.99                0.82

                    最高             1.33                1.22

3.0                 最低             0.95                0.79

                    最高             1.24                1.20

4.0                 最低             0.98                0.84

                    最高             1.07                1.16

5.0                 最低             0.96                0.86

                    最高             1.09                1.20

上述性能效益是在测试中获得的，其中，装置是在无故障方式中运行的。然而，在实际工作中，现有技术中的活动阀由于打开或关闭时被卡住而频繁地出现问题。省去了活动零件但仍保留相同的正常工作范围是按照本发明的装置的一大优点，从而使卡住阀的各种问题完全被消除。

Claims (9)

1.一种传质塔盘，它具有许多相同的穿孔和横跨盘并通过穿孔的设计流动方向，而跨越各穿孔的桥接件包括与一整体的覆盖件连接的第一和第二支脚，覆盖件沿在穿孔附近的设计流动方向取向且宽度足以完全覆盖穿孔，所述桥接件的支脚固定在盘上，从而跨越穿孔，第一支脚是沿设计流动方向位于穿孔上游的一整体件，而第二支脚位于穿孔的下游，其特征在于，第一支脚具有比横向对着设计流动方向的穿孔的最大宽度宽至少5％的宽度。

2.如权利要求1所述的传质塔盘，其特征在于，第一支脚比在设计流动方向的穿孔的最大宽度至少宽10％。

3.如权利要求1所述的传质塔盘，其特征在于，第一支脚比第二支脚长，从而覆盖件沿设计流动方向向下倾斜。

4.如权利要求1所述的传质塔盘，其特征在于，桥接件的支脚上设有突片，该突片与盘上的缝槽配合形成固定结构，使桥接件定位在穿孔上。

5.如权利要求1所述的传质塔盘，其特征在于，第二支脚上设有贯穿该支脚的小孔。

6.如权利要求1所述的传质塔盘，其特征在于，第一和第二支脚具有相同长度。

7.如权利要求1所述的传质塔盘，其特征在于，穿孔是文杜里管。

8.如权利要求1所述的传质塔盘，其特征在于，覆盖件上设有小孔，该小孔被设计成引导气体沿与设计流动方向基本平行的方向流动。

9.如权利要求1所述的传质塔盘，其特征在于，各穿孔具有与覆盖在其上的覆盖件不同的形状。

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