CN113350815A

CN113350815A - 用于蒸馏塔的液体分配器

Info

Publication number: CN113350815A
Application number: CN202110253194.6A
Authority: CN
Inventors: B·达维迪安; M·沃蒂奥
Original assignee: LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Current assignee: LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date: 2020-03-05
Filing date: 2021-03-04
Publication date: 2021-09-07

Abstract

本发明涉及一种液体分配器(1)，其包括平行的多个槽(9)，每个槽均呈顺随直径为D的圆的弦的细长形形状，每个槽均包括底部(7)，该底部具有用于液体流动的开口(11)，该底部在一对平行的直的壁部的下端部之间延伸，所述槽通过用于上行气体的空间彼此间隔开，每个槽的端部均封闭，以便液体能积聚在槽中，每个槽的底部的宽度为5毫米至20毫米，并且每个槽彼此隔开10毫米至50毫米。本发明还涉及一种圆柱形的蒸馏或吸收塔或者呈矩形横截面的蒸馏或吸收塔以及一种用于制造液体分配器的方法。

Description

用于蒸馏塔的液体分配器

技术领域

本发明涉及用于蒸馏和吸收塔的液体分配器。蒸馏和吸收塔包括接触件，该接触件用作用于液相和气相间交换的载体。接触件主要分为三类：塔盘、散堆填料和规整填料。

与塔盘不同，填料需要使用分配器、收集器和再分配器来进行操作。这些对于塔而言意味着以下几点：

1.塔的这些内部部件所需的高度占据了塔的高度的很大一部分。

2.这些内部部件会造成一定的压力损失(尽管该压力损失比填充区段的压力损失小)。

3.这种通常用于特定目的的附加设备相对昂贵。

差的分配(称为“分布不均”)可能导致塔的效率降低。分配也是限制塔的灵活性的因素(称为“操作弹性”)。

具有非常好的分配质量和低压力损失的分配器具有制造难度大的复杂的几何形状。

根据本发明，来自交换器领域的专业知识允许提高效率，同时减少重力分配器的压力损失。这涉及减小液体通道的宽度并增大气体烟囱的优势。结果，增加了进料点和气体通过区段的可能的密度。

这种方法的结果是增加了通常由折叠/冲压和焊接片制成的分配器的制造复杂性。从一定的密度来看，对于使用源自板式和波纹型交换器技术(钎焊或扩散焊接)的制造技术变得有利。

根据这两种技术，可通过在接合平面的每一侧上的原子扩散现象来将接触的两个金属表面进行结合。

可通过添加由中间金属构成的薄层来促进这种连接，该中间金属与要结合的金属的种类不同，该中间金属在要结合的表面中扩散。

这些方法可生产出具有非常高控制水平的复杂几何形状的分配器。此外，这些技术对使用铝的倾向允许使用比不锈钢便宜并且更轻的材料。

就物理原理而言，存在两种类型的分配器：

●带穿孔的加压分配器，具有“过程”压力(像喷雾分配器那样)或静液高度压力/高静液压力(hydrostatic height pressure)；

●溢流式分配器(例如V型缺口分配器)。

静液高度压力分配器通常具有最佳的分配质量。所述分配器的多样性源自各种实现：

●多个分配级(管道、预分配储箱)；

●多排的孔(其根据压力或液体高度起作用)；

●薄的分散工具(喷嘴、导流板等)；

●气体通道的形状(可选地覆盖烟囱)。

图1和图2示出了根据现有技术的分配器1，其包括中央储箱3，该中央储箱用于预分配液体，以进给到多个槽。分配器位于直径D至少为2米的圆柱形蒸馏或吸收塔中。它被置于规整填料主体的下方和/或规整填料主体的上方。因此，分配器可从上方接收液体和/或将液体分配到下方的规整填料主体上。分配器包括多个平行的槽5，每个槽均具有顺随直径为D的圆的弦的细长形状。

每个槽均包括具有允许液体流动的开口的底部。该底部在一对平行的直的壁部的下端部之间延伸。所述槽通过用于上行气体的空间彼此分隔。每个槽的端部均是封闭的，以便液体能积聚在所述槽中。

在图2中，分配器的通道比图1的通道更窄。这种更复杂的几何形状允许在两个水平方向上的、注射点密度(称为“喷淋点密度”)的致密化。此外，这还允许自由气体通过区段增加，并且在任何情况下都允许通过减小填料和分配器之间的速度的水平分量来缩短气体路径。

针对已知的分配器，对于120mm宽的槽，槽的高度为270mm至600mm。因此，高/宽比为约2.2到5。

为了针对给定的直径来考虑槽的数量，根据现有技术，每200mm有一个槽，其包括用于槽的120mm和用于槽之间的空间的80mm。这意味着，考虑到直径，每1米有五个槽。

已知的分配器通常由不锈钢片或折叠/冲压和焊接的碳钢制成。

由于塔的尺寸以及制造和安装槽的复杂性，该方法缓慢且昂贵。

还已知通过以下方式来制造热交换主体：形成由通过穿孔的翅片分开的多个矩形板构成的叠层并且随后通过钎焊该叠层以形成具有多个通道的主体。这种类型的主体随后用于将热量从一种流体传递到另一种流体，其中在带有翅片的通道中的流体将其热量通过板传递到相邻的带有翅片的通道中的流体。

尽管此技术已广泛用于制造热交换器，但从未用于制造分配器。根据本发明，选择分配器的尺寸以允许通过钎焊制造，同时保持可接受的分配性能。

发明内容

根据本发明的一个目的，提供一种液体分配器，其用于在圆柱形的蒸馏或吸收塔中或在呈矩形横截面的蒸馏或吸收塔中分配液体，该液体来自于或去向填料主体，该填料主体可选地为规整填料主体，该圆柱形的蒸馏或吸收塔的直径D为至少0.3米、可选地至少1米、甚至至少2米，所述呈矩形横截面的蒸馏或吸收塔的横截面的边的长度D为至少0.3米、可选地至少1米、甚至至少2米，所述液体分配器包括连接在一起的平行的多个槽，每个槽均呈顺随直径为D的圆的弦的细长形形状，每个槽均包括底部和一对平行的直的壁部，所述底部具有用于液体流动的开口，所述底部在所述一对平行的直的壁部的下端部之间延伸并且通过扩散焊接或钎焊而结合至所述平行的直的壁部，所述槽位于同一水平面上并且通过用于上行气体的空间而彼此间隔开，每个槽的端部均通过封闭杆封闭，以便液体能积聚在所述槽中，每个槽的底部的宽度为5mm至20mm，所述槽彼此间隔开10mm至50mm。

根据其他可选方面，这些可选方面可按照符合逻辑和技术可行性的任何方式相互组合：

●分配器的槽通过钎焊或扩散焊接制造；

●分配器通过钎焊或扩散焊接制造；

●槽的底部中每平方米的开口的数量为每平方米至少1,000个开口；

●至少一个槽在顶部是封闭的；

●至少一个槽在顶部是开口的；

●一些槽的长度基本上等于D；

●槽的端部位于直径为d的圆上，d<D，其中，用于上行气体的空间的表面占所述直径为d的圆的表面的至少50％、甚至至少60％；

●槽由铝制成；

●槽的高度与槽的宽度之比大于9；

●槽的高度与槽的宽度之比大于20，甚至大于40；

●槽的端部位于直径为d的圆上，d<D；

●分配器在直径为d或D的圆的直径的每米包括至少10个槽；

●分配器在直径为d或D的圆的直径的每米包括至少20个槽；

●分配器在直径为d或D的圆的直径的每米包括至少40个槽；

●每个分配器均包括至少25个槽，甚至至少50个槽；

●槽的底部的两侧的平行的壁部的高度为270毫米至600毫米；

●至少一个滴管于槽的底部的开口的上方布置在槽中。

●所述至少一个滴管通过钎焊形成；

●每个槽的底部的宽度为5毫米至15毫米；

●每个槽的底部的宽度为5毫米至10毫米。

根据本发明的另一目的，提供一种直径为至少0.3米、可选地至少1米、甚至至少2米的蒸馏或吸收塔，或者提供一种呈矩形横截面的蒸馏或吸收塔，该呈矩形横截面的蒸馏或吸收塔的横截面的边的长度D为至少0.3米、可选地至少1米、甚至至少2米，所述蒸馏或吸收塔或者所述呈矩形横截面的蒸馏或吸收塔包括至少一个上述液体分配器以及填料主体，该填料主体可选地为规整填料主体，该填料主体布置在所述液体分配器的下方，其特征在于，所述液体分配器的槽的底部与所述填料主体的顶部之间的距离小于50mm、优选小于20mm、甚至小于10mm。

该规整填料优选是交叉波纹型的。

根据本发明的再一目的，提供一种用于在直径为至少0.3米、可选地至少1米、甚至至少2米的塔中或在呈矩形横截面的蒸馏或吸收塔中进行蒸馏或吸收的方法，该呈矩形横截面的蒸馏或吸收塔的横截面的边的长度D为至少0.3米、可选地至少1米、甚至至少2米，其中，液体被送入至少一个上述的分配器的槽中，并且液体经由槽的底部的开口被分配在可选地为规整的的填料主体中，该填料主体例如为交叉波纹型的，该填料主体布置在所述液体分配器的下方，所述液体分配器的槽的底部与所述填料主体的顶部之间的距离小于50mm、优选小于20mm、甚至小于10mm。该分配器优选地设计成将液体分配到塔的整个横截面上。

根据本发明的又一目的，提供一种用于制造液体分配器的方法，所述液体分配器用于在圆柱形的蒸馏或吸收塔中或在呈矩形横截面的蒸馏或吸收塔中分配液体，该液体来自于或去向规整填料主体，该圆柱形的蒸馏或吸收塔的直径为D，所述呈矩形横截面的蒸馏或吸收塔的横截面的边的长度为D，其中，D为至少0.3米、可选地至少1米、甚至至少2米，在所述液体分配器中形成有平行的多个槽，每个槽均呈顺随直径为D的圆的弦的细长形形状，每个槽均包括底部，所述底部具有用于液体流动的开口，所述底部在一对平行的直的壁部的下端部之间延伸，所述槽通过用于上行气体的空间而彼此间隔开，每个槽的底部的宽度为5mm至20mm，所述槽彼此间隔开10mm至50mm，每个槽的端部均通过封闭杆封闭，以便液体能积聚在所述槽中，其中，所述底部和封闭杆通过钎焊或扩散焊接连接至所述平行的直的壁部。

在钎焊之前，建议将元件放置在槽内以防止塌陷。因此，在钎焊期间，用于形成槽的至少一对壁部被分隔元件分隔开。

所述分隔元件通过波纹状构件形成，该波纹状构件例如由不锈钢制成。

在钎焊之后，所述分隔元件保留在所述槽中，以便在所述槽的内部形成分配元件。

钎焊方法不仅可允许底部与直的壁部结合，而且还可允许槽连接在一起。

附图说明

图1和图2示出根据现有技术的分配器。

图3更详细地示出了根据本发明的分配器的槽。

图4示出了位于填料主体上方的根据本发明的分配器的槽的截面。

图5示出了根据一个特定实施例的根据本发明的分配器的槽的截面。

图6示出了根据本发明的分配器的点的图案细节。

具体实施方式

可通过如下方式来修改图2的分配器以形成根据本发明的分配器：将用于2米直径的塔的现有技术的18个槽替换为至少25个槽，即每米至少12.5个槽。这25个槽的端部将位于直径d小于2米的圆上。具有25个槽的该分配器将包括宽度小于30mm，甚至小于20mm或甚至小于10mm的底部。该底部两侧的平行的壁部的高度为270mm至600mm。因此，槽的高度和宽度之比将大于9，甚至大于20，甚至40(与现有技术的5形成对比)。

为了针对给定直径来考虑槽的数量，根据本发明，塔直径的每80mm设置一个槽。因此，每米有12.5个槽，因此是现有技术中的至少两倍，这归因于该槽比现有技术中的槽薄得多。槽的端部位于直径为d的圆上，该直径d略小于2米。

所建议的发明涉及修改通常用于板式和波纹式交换器(plate and undulationexchangers)的制造手段，即钎焊或扩散焊接，以构造高性能的分配器。板式和波纹式分配器的布置与非常狭窄的槽非常相似。得益于这种相似性以及对交换器开发过程的熟练掌握，这意味着可以以可接受的成本生产它们。此外，将这些技术安排为使用铝允许使用比不锈钢便宜且重量更轻的材料。

钎焊技术由于ALPEMA或ALPEMA成员的出版物而被众所周知。

在钎焊或扩散焊接之前，将用于形成槽的底部7、封闭杆15和壁部9组装成使得待结合的边缘彼此接触。在底部7上被穿设出开口11之后，安装封闭杆15和壁部9以形成每个槽，这些槽连接在一起以形成分配器。随后将分配器放置在处于惰性或还原性气氛中的炉中，并进行钎焊以固定壁部9和底部7。尽管温度很高，但钎焊不会阻塞开口11。

所述槽可通过以下方式而连接在一起：

●借助于细长形的预分配储箱连接在一起，该预分配储箱的轴线垂直于所述槽的轴线，优选地，所述槽被钎焊至储箱；和/或

●借助于支承梁(所述槽被置于该支承梁上)连接在一起，所述槽能钎焊至所述梁；和/或

●通过设置在成对的槽之间的元件而连接在一起，所述元件优选钎焊在每个槽上。

选择炉的温度，以使壁部9固定至底部7并固定至封闭杆15。

器具在钎焊期间经历的最高温度小于底部和壁部的熔融温度，其中，底部的边缘和/或待附接的壁部的边缘具有钎焊涂层。

钎焊在底部和壁部之间形成金属连接。

为了防止在钎焊期间塌陷，可将元件引入槽的要钎焊在一起的部分中。例如，这些元件可以是不锈钢波纹，其高度等于槽的宽度。

这些元件：

●可在后续撤回；

●可在以下情况下留在安装于塔中的槽中(特别是在它们是由铝制成的情况下)：

o在它们设计成不影响分配器的运行的情况下；

o并且更好的是，在它们提供以下额外的功能的情况下：再混合(例如挡板)和/或速度均匀化(例如喷射扰流器)和/或过滤，以防止开口堵塞。

这些分配器的制造将相比于交换器的制造被简化。缺少分配头和交换波纹，可最大程度地减少部件和焊缝的数量。由于它不是加压容器，因此密封要求较低，并且调节限制最小。

钎焊不仅允许组装每个槽而且还允许在单个操作中在槽之间建立连接(例如通过钎焊)，以将壁部连接到底部并且同时通过预分配储箱和/或至少一个梁和/或布置在一对槽之间的至少一个元件将槽之间进行连接。

集成在与液体通道相对应的通路中的条的巧妙布置，使得可以设计出具有多个分布高度的滴管的替代方案，从而实现了显著的灵活性。

根据本发明的分配器的槽的典型几何形状的一个例子将是：

●15毫米宽的槽，槽之间相隔25毫米，用于供气体通过的自由表面：62.5％(相比之下，根据现有技术的分配器为20-50％)，对于2m的塔直径而言，大约有五十个槽；

●将槽的底部的开口布置成三角形(比矩形图案更均匀)，由开口形成的落水点的密度：1,080个孔/m²(相比之下，现有的分配器为100-200个孔/m²)。开口的最大直径优选为3mm，甚至为1mm。

与现有的分配器相比，分配质量的改善允许塔的第一顶部填料对于蒸馏全部有效并允许节省高度。与填料有效载荷的损失相比，分配器造成的压力损失可以忽略不计(当前填料塔的压力损失的4-10％可归因于分配器)。

图3示出了直径为至少0.3米，可选地至少1米、甚至至少2米的分配器的四个槽5，该分配器包括至少二十五个平行的槽。分配器可包括中央储箱3，用于预分配供给该多个槽的液体(如在图1和图2中那样)，但可采用其他方式来进给至所述槽。分配器位于直径D为至少1米、甚至至少2米的圆柱形蒸馏或吸收塔中。可替代地，该塔可具有矩形横截面，该矩形横截面的边D为至少1米、甚至至少2米。

分配器放置在规整填料主体的下方和/或规整填料主体的上方。因此，分配器可从规整填料主体接收来自上方的液体或从位于规整填料主体下方的管道和/或液体分配器接收液体。分配器包括多个平行的槽5，每个槽均具有跟随直径为D的圆的弦的细长形状。

每个槽包括底部7，该底部具有开口11，以允许液体流动。该底部7在一对平行的直的壁部9的下端部之间延伸。槽5通过用于上行气体的空间彼此间隔开。每个槽的端部均由封闭杆15封闭，以确保密封，从而使液体可在槽中积聚。

与常规槽一样，所述槽的高度为270毫米至600毫米；但它们的宽度为5毫米至20毫米。因此，槽5的高度与该槽的宽度之比大于9、甚至大于20、甚至40。

为缩小分配器1与填料13之间的间距，还可从简化气体路径中受益。填料13是交叉波纹填料，在与水平方向成60°设置的每个条中具有波纹。在上面的示例中，可在填料13和分配槽5的底部7之间选择13mm的间距，该间距允许角度α(参见图4)为60°，该标准对应于现有分配器(对于现有技术中最有效的分配器，该间距通常为100毫米至150毫米)。角度α是气体在填料和分配器之间的速度矢量相对于水平方向的最小角度。

换句话说，它是气体在分配器下方的填料主体与分配器的槽之间的最长路径的角度。

在填料13的顶部处，气体具有水平的速度分量，使得所述气体可因交叉波纹填料的波纹的定向角度而被引向烟囱。为了最小化该分量，可增大槽和填料之间的间距，或者根据本发明的一个方面，可减小槽的宽度。

这种通过钎焊或扩散焊接的制造方法使得滴管易于以长方体的形式制造，具有多个高度的穿孔，从而提高分配器的灵活性。

还可以容易地制造挡板以迫使液体的混合物进入分配器中，从而使组分更均匀。

还可集成有喷射扰流器，该喷射扰流器可以是非常短的交换器波纹。

通常，滴管是这样的管，即该管在多个高度处被穿孔并且其直接向填料上倾泻。在低速下，只有最低的孔是“起作用的”，因为分配器中的液位较低。在高速下，液体将经由底部和顶部的孔倾泻。这允许在不增加分配器高度或不干扰低速分配的情况下增加分配器的最大液体流量。

图5示出了分配槽的截面，其示出了三个滴管，所述滴管也通过钎焊形成。每个管放置在槽5的底部7中的开口11上方。液体进入朝向管的底部的孔17中。在高速下，液体积聚在槽的底部，直到其达到形成在管的顶部处的孔19的高度，从而允许液体经由管的内部到达开口。在右侧示出了槽的两个封闭杆15中的一个封闭杆。在钎焊或扩散焊接期间，该杆15与壁部9和已穿设有开口11的底部7进行组装，以形成槽5。

图6示出了槽5的底部7中的开口11在该底部上的虚拟的圆中的分布。三角形排列显示在左侧，正方形排列显示在右侧。

根据具有槽的现有技术的制造产生了设计约束，使得不可能在横向于槽的方向上自由选择间隔(step)。

根据本发明，在具有明显更窄的槽的情况下，对于相同密度的穿孔，可以更自由地选择穿孔的图案，特别是对于选择三角形图案而言。这允许更好地覆盖蒸馏塔的大体圆形区段。

本发明还涉及一种配备有所述分配器的塔。该塔可以是通过低温蒸馏的空气蒸馏塔。

Claims

1.一种液体分配器(1)，其用于在圆柱形的蒸馏或吸收塔中或在呈矩形横截面的蒸馏或吸收塔中分配液体，该液体来自于或去向填料主体(13)，该填料主体可选地为规整填料主体，该圆柱形的蒸馏或吸收塔的直径D为至少0.3米、可选地至少1米、甚至至少2米，所述呈矩形横截面的蒸馏或吸收塔的横截面的边的长度D为至少0.3米、可选地至少1米、甚至至少2米，所述液体分配器包括连接在一起的平行的多个槽(5)，每个槽均呈顺随直径为D的圆的弦的细长形形状，每个槽均包括底部(7)和一对平行的直的壁部(9)，所述底部具有用于液体流动的开口(11)，所述底部在所述一对平行的直的壁部的下端部之间延伸并且通过扩散焊接或钎焊而结合至所述平行的直的壁部，所述槽位于同一水平面上并且通过用于上行气体的空间而彼此间隔开，每个槽的端部均通过封闭杆(15)封闭，以便液体能积聚在所述槽中，每个槽的底部的宽度为5mm至20mm，所述槽彼此间隔开10mm至50mm。

2.根据权利要求1所述的液体分配器，其中，所述槽(5)由铝制成。

3.根据权利要求1或2所述的液体分配器，其中，所述槽(5)的底部(7)中每平方米的开口(11)的数量为每平方米至少1,000个开口。

4.根据前述权利要求中任一项所述的液体分配器，其中，至少一个槽(5)在顶部是封闭的。

5.根据前述权利要求中任一项所述的液体分配器，其中，至少一个槽(5)在顶部是开口的。

6.根据前述权利要求中任一项所述的液体分配器，其中，所述槽(5)的高度与所述槽的宽度之比大于9。

7.根据前述权利要求中任一项所述的液体分配器，其中，所述槽(5)的端部位于直径为d的圆上，其中，d＜D，其中，所述用于上行气体的空间的表面占所述直径为d的圆的表面的至少50％、甚至至少60％。

8.根据前述权利要求中任一项所述的液体分配器，包括可选地通过钎焊形成的至少一个滴管(17)，所述至少一个滴管于所述槽的底部(7)中的开口(11)的上方布置在所述槽(5)中。

9.根据前述权利要求中任一项所述的液体分配器，其中，所述槽(5)的端部位于直径为d的圆上，其中，d＜D。

10.根据前述权利要求中任一项所述的液体分配器，直径为d或D的圆的直径的每米包括至少10个槽(5)、甚至至少20个槽、或甚至至少40个槽。

11.一种具有直径的蒸馏或吸收塔或者呈矩形横截面的蒸馏或吸收塔，所述直径为至少0.3米、可选地至少1米、甚至至少2米，该呈矩形横截面的蒸馏或吸收塔的横截面的边的长度D为至少0.3米、可选地至少1米、甚至至少2米，所述具有直径的蒸馏或吸收塔或者所述呈矩形横截面的蒸馏或吸收塔包括至少一个根据前述权利要求中任一项所述的液体分配器(1)、用于将液体输送到所述液体分配器的槽中的机构、以及填料主体(13)，该填料主体可选地为规整填料主体，该填料主体例如是交叉波纹型的，该填料主体布置在所述液体分配器的下方，其特征在于，所述液体分配器的槽(5)的底部(7)与所述填料主体的顶部之间的距离小于50mm、优选小于20mm、甚至小于10mm。

12.一种用于制造根据权利要求1至10中任一项所述的液体分配器(1)的方法，所述液体分配器用于在圆柱形的蒸馏或吸收塔中或在呈矩形横截面的蒸馏或吸收塔中分配液体，该液体来自于或去向规整填料主体(13)，该圆柱形的蒸馏或吸收塔的直径D为至少0.3米、可选地至少1米、甚至至少2米，所述呈矩形横截面的蒸馏或吸收塔的横截面的边的长度D为至少0.3米、可选地至少1米、甚至至少2米，在所述液体分配器中形成有平行的多个槽(5)，每个槽均呈顺随直径为D的圆的弦的细长形形状，每个槽均包括底部(7)，所述底部具有用于液体流动的开口(11)，所述底部在一对平行的直的壁部(9)的下端部之间延伸，所述槽通过用于上行气体的空间而彼此间隔开，每个槽的底部的宽度为5mm至20mm，所述槽彼此间隔开10mm至50mm，每个槽的端部均通过封闭杆(15)封闭，以便液体能积聚在所述槽中，其中，所述底部和封闭杆通过钎焊或扩散焊接连接至所述平行的直的壁部，所述槽通过钎焊或其它手段连接在一起。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，在钎焊期间，用于形成槽(5)的壁部(9)通过分隔元件分隔开。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述分隔元件通过波纹状构件形成，该波纹状构件例如由不锈钢制成。

15.根据权利要求13或14所述的方法，其中，在钎焊之后，所述分隔元件保留在所述槽中，以便在所述槽(5)的内部形成分配元件。

16.根据权利要求12至15中任一项所述的方法，其中，在钎焊之前，在所述底部(7)中形成所述开口(11)。