CN113747959A - 具有收集网络的分隔的使用子午线嵌板的分布装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于模拟移动床分离单元的分布和收集装置以及方法，其中支撑吸附剂床（6）的板（n）被划分为子午线嵌板（12），所述子午线嵌板包括收集通道（8）、分布通道（4）、以及用于分隔收集通道和分布通道的分隔板（11），其中提供了在塔外部的多个外围导管，以便将子午线嵌板的收集通道唯一地连接到同一个子午线嵌板的分布通道。

Description

具有收集网络的分隔的使用子午线嵌板的分布装置

技术领域

本发明涉及一种用于在模拟移动床中分离二甲苯的方法中引入和收集流体的装置以及使用所述方法的单元，更特别是大直径（D > 1 m）且具有许多分离级的单元，其中在两个级之间注入或抽取产物。

背景技术

用于通过模拟移动床（在本文的剩余部分中缩写为SMB）进行分离的当前技术所使用的单元具有一定数量的共同特征：

- 一连串吸附剂床，流体根据“泵循环（pump around）”流在这些吸附剂床内流动；该泵循环流一般来说表示传入的原料流速的若干次数（在约1.5次与6次之间），

- 系统，其用于注入原料和溶剂以及用于抽取流出物（被称为提取物和萃余物），

- 收集和重新分布系统，其用于从一个床传递到下一个床。

在用于通过模拟移动床吸附进行分离的方法中，总体上存在位于一个或两个吸附塔中的多个床。位于每个床之间的是通过管线供应的分布器-混合器-提取器或“DME”嵌板（panel），所述管线通常具有“分布/提取蜘蛛形件”的形状。位于两个连续床之间的每个DME嵌板借助于通向阀的一个或两个管线或网络而连接到外部，该阀接连地将每一个床置于与进入到吸附区段中或离开吸附区段的每一个料流（stream）的连通中。顺序地实施该操作，并且将结束时返回到初始床的时间称为循环时间。

例如，专利US2985589明确表明，每一个注入或抽取网络经由单一管线连接到阀，该阀接连地连接原料、提取物、溶剂、然后是萃余物。这种进行方式的缺点是极大地降低了方法的性能，这是因为每个料流因此受到共同管线的内容物的污染。因此，安装冲洗系统是必不可少的。

若干专利解释了如何实施这些冲洗操作，尤其是专利FR2751888、FR2772634、FR2870751。

冲洗操作总体上证实在投入（例如，附加的阀和管线）方面以及还有在操作成本（产量、生产力）方面是昂贵的。

“分布/提取蜘蛛形件”构成了吸附剂床内的障碍物，其干扰床中的流动。床中的障碍物具有就生产力和产量而言的操作成本。专利WO 09133254示出了如何最小化障碍物对床中的流体动力学的影响。Augier等人在2008年的论文（Separation and PurificationTechnology 63，第466-474页）评估了障碍物的成本。

发明内容

根据第一方面，本发明涉及一种用于直径大于1米的模拟移动床分离单元的分布和收集装置，该装置包括被划分为多个吸附剂床的至少一个塔以及支撑这些吸附剂床的板，其中：定位在第一吸附剂床与第二（下层的）吸附剂床之间的至少一个板被划分为相互平行且连续的子午线嵌板，以便覆盖所述板的截面；并且每个子午线嵌板包括适于从第一吸附剂床抽取流体的收集通道、适于朝向第二吸附剂床分布流体的分布通道、以及用于分隔收集通道和分布通道的分隔板，该装置进一步包括在塔外部的多个外围导管，每个外围导管适于将子午线嵌板的收集通道唯一地连接到所述子午线嵌板的分布通道。

有利地，根据本发明的装置使得有可能：确保在每个嵌板处完全地收集“泵循环”料流，以便免除冲洗操作；使床内的障碍物减到最少；以及坚持对于在塔外部以及还有在塔中的网络中的流体而言几乎相等的停留时间。

根据一个或多个实施例，分布通道和收集通道具有在子午线嵌板的长度上线性地变化的高度，使得：在子午线嵌板的长度上的任何点处截取的分布通道和收集通道的高度之和基本上恒定；并且流体的粒子或分子进入第二吸附剂床中的入口速度从分布通道的入口点起在子午线嵌板的整个长度上保持基本上恒定。

根据一个或多个实施例，板被划分为在2个与12个之间的子午线嵌板。

根据一个或多个实施例，外围导管包括至少一个注入或抽取点，以用于将原料或溶剂注入到塔中或从塔抽取萃余物或提取物。

根据一个或多个实施例，装置包括多个上格栅和下格栅，板的子午线嵌板定位在第一吸附剂床的下格栅与第二吸附剂床的上格栅之间。

根据一个或多个实施例，连接到板的外围导管的长度是预定的，以允许通过所述外围导管的流体的粒子或分子的停留时间相同。

根据一个或多个实施例，每个外围导管从收集通道到分布通道基本上遵循塔的周边。

根据一个或多个实施例，外围导管基本是水平的并且位于外围导管所连接到的板的外围。

根据一个或多个实施例，至少一个外围导管包括至少一个竖直部分。

根据一个或多个实施例，收集通道包括多个出口点并且分布通道包括多个入口点，所述多个出口点通过单个外围导管连接到所述多个入口点。

根据第二方面，本发明涉及一种使用根据第一方面的装置的方法，该方法包括以下步骤：经由板的子午线嵌板的收集通道从第一吸附剂床抽取流体；将流体从收集通道唯一地发送到外围导管；将流体从外围导管唯一地发送到所述子午线嵌板的分布通道；将流体从分布通道分布到第二吸附剂床中。

根据一个或多个实施例，该方法用于在模拟移动床中分离二甲苯，该模拟移动床利用一定数量的床来操作，该数量在4与24之间。

根据一个或多个实施例，该方法进一步包括以下步骤：控制板的分布通道的流速以便以基本上相等的速度向第二吸附剂床供应流体。

根据一个或多个实施例，外围导管中流体的最大排放速度小于或等于6 m/s。

根据一个或多个实施例，外围导管以基本上相同的停留时间操作。

在参考下文所描述的附图来阅读非限制性示例性实施例的以下描述时，上述方面的本发明的其他特征和优点将变得显而易见。

附图说明

图1显示了3个接连的吸附剂床6（自顶到底被标示为N-1、N和N+1）和定位在吸附剂床N与N+1之间的板n。其使得有可能清楚地可视化分布通道4和收集通道8，所述分布通道和收集通道关于彼此对称并通过壁11分隔，其中特别地流体经由源自床N的外围导管10从收集通道8的出口点13传递到供应床N+1的分布通道4的入口点14。

图2对应于塔的顶视图，该顶视图基于沿着图1的线A-A的截面。其使得有可能可视化板n并将其划分为子午线嵌板以及还有经由收集通道8的出口点13将流体收集到分布通道4的入口点14。经由外围导管10的这些收集保持彼此分隔。每个外围导管10将子午线嵌板的收集通道8的出口点13连接到同一个子午线嵌板的分布通道4。

图3是由数字模拟产生的可视化。其是吸附剂床N（标示为6）的分布通道4、吸附剂床N和吸附剂床N的收集通道8沿着与图1的截面平面相同的截面平面的自顶到底的截面图。进入分布通道4中的入口点14是经由左上边缘。吸附剂床N是在由点线描绘的两个格栅5与7之间的区。收集通道8的出口点13是经由右下边缘。区A至O指代流体在床中的以秒为单位的平均内部存留期（average internal age）。

具体实施方式

本发明可被定义为一种用于模拟移动床分离单元的分布和收集装置，所述模拟移动床分离单元的直径大于1米、优选地大于4米、非常优先地大于7米。

该装置包括被划分为由n个板（或床间区）支撑的N个吸附剂床的至少一个分离塔，每个板自身被划分为子午线嵌板，即，被划分为相互平行且连续以便确保完全覆盖板的水平截面的嵌板（或隔室）。

优选地，吸附剂床的数量N和嵌板的数量n相同并且在4与24之间，并且优选地在8与12之间。根据一个或多个实施例，每个板被划分为在2个与12个之间的子午线嵌板，优选地在4个与8个之间的子午线嵌板。

每个子午线嵌板包括通过分隔板彼此分隔的收集通道和分布通道。

通过子午线嵌板的收集通道来实施从吸附剂床N抽取流体，并且通过同一个子午线嵌板的分布通道来唯一地实施将所述流体分布到位于吸附剂床N的（正）下游的吸附剂床N+1。因此，每个板n包括多个子午线嵌板，每个子午线嵌板包括吸附剂床N的收集通道和吸附剂床N+1的分布通道。

此外，根据本发明的分布和收集装置包括在塔外部的多个外围导管，每个外围导管仅将子午线嵌板的收集通道连接到所述子午线嵌板的分布通道。

根据一个或多个实施例，所述外围导管进一步使得有可能实施原料和溶剂从外部到塔的注入以及萃余物和提取物从塔到外部的提取。

有利地，根据本发明的装置可以应用于模拟移动床单元。

有利地，根据本发明的装置使得有可能确保完全地收集“泵循环”料流，以便免除冲洗操作。在模拟移动床单元中，完全地收集“泵循环”料流是极为重要的问题，这是因为其使得有可能消除冲洗操作。

有利地，根据本发明的装置使得有可能使床内的障碍物减到最少。

有利地，根据本发明的装置具有以下区别性特征：对于通过吸附剂床N、板n的子午线嵌板和吸附剂床N+1的流体而坚持几乎相等的停留时间。

本发明中所描述的技术使用补偿收集区和分布区内的停留时间以便最小化差异（即，在单元中循环的流体随所述流体的起始点和结束点而变化的停留时间差）的原理。可以通过在收集区和分布区中以相同速度而非以相同通道高度工作来最小化床间体积。还可通过堆叠床来最小化塔的总空间要求。因此，不存在特定的床间体积管理。

根据一个或多个实施例，分布通道和收集通道具有在子午线嵌板的整个长度上线性地变化的高度，并且使得在子午线嵌板的长度上的任何点处截取的分布通道和收集通道的高度之和保持恒定。根据一个或多个实施例，分布通道和收集通道的高度使得流体粒子或分子进入吸附剂床的入口速度从分布通道的入口点起在子午线嵌板的整个长度上保持相同。

在本申请中，子午线嵌板的长度（与分布通道和收集通道的长度相同）指代子午线嵌板的对应于沿着其最大尺寸通过子午线嵌板的中间部分的尺寸（即，长度基本上等于同一个子午线嵌板的在收集通道的出口点与分布通道的入口点之间的距离）。在本申请中，子午线嵌板的宽度（分布通道和收集通道的宽度）指代垂直于长度的水平尺寸，并且高度指代垂直于长度的竖直尺寸。更具体地，分布通道的高度从入口点（分布通道的连接到外围导管的端部）到收集通道的出口点（分布通道的与入口点相对的端部）线性地减小，并且收集通道的高度从出口点（收集通道的连接到外围导管的端部）到分布通道的入口点（收集通道的与出口点相对的端部）线性地减小。在对应于子午线嵌板的长度上的标准点的每个横坐标x处，分布通道和收集通道的高度之和是恒定的。

参考图1，源自吸附剂床N-1（标示为1）的流体被收集在外围导管3中（经由出口点13）。

可选地，经由注入和抽取点2实施进入外围导管3的注入和从外围导管3的抽取。

分布通道4由外围导管3（经由入口点14）供应并确保床N（在图1中标示为6）中的流体穿过上格栅5的均一流速。

通过床N的流体由收集通道8通过下格栅7收集。

根据一个或多个实施例，吸附剂床由上格栅和下格栅界定，板n的子午线嵌板定位在吸附剂床N的下格栅与吸附剂床N+1的上格栅之间。

收集通道8供应外围导管10（经由出口点13），以便通过上格栅5重新注入到紧接地位于床N下方的床N+1中（经由入口点14）。

根据一个或多个实施例，外围导管20包括在塔外部的至少一个注入或抽取点9，以用于将原料或溶剂注入到塔中或从塔抽取萃余物或提取物。

分隔板11将收集通道8与分布通道4分隔。可通过本领域技术人员所已知的任何手段来确保分隔板11的平整度。可例如将分隔板11牢固地附接到下格栅7和上格栅5。

还有可能使用在子午线嵌板的整个宽度上延伸的拉杆，所述拉杆联结到梁或板，这些梁或板在收集通道和分布通道的高度上界定所述子午线嵌板。

在分布通道4的入口点处的高度由最大可允许排放速度限定，以免使床的供应不稳定。根据一个或多个实施例，最大可允许排放速度在0.1 m/s与5 m/s之间，理想地在0.5m/s与2.5 m/s之间。

分布通道4的截面线性地减小，以便保证在通道的整个长度上几乎均一的速度，例如，该速度等于最大排放速度。速度的这种恒定性源自以下事实：流体的流速始终与入口截面成比例，这在通道的每个入口截面上都如此。因此，分布通道的高度剖面是线性的，以便确保该比例性。类似地，收集通道8的截面线性地增加，以便保证在通道的整个长度上几乎均一的速度，例如，该速度等于最大排放速度。在本申请中，术语“分布通道的截面”和“收集通道的截面”对应于所述通道的平行于子午线嵌板的高度（Z轴）且垂直于长度（X轴）的截面。

收集通道8和分布通道4从紧接地位于床N上方的分布通道4与紧接地位于床N下方的收集通道8相关联的意义上说是互补的。离开收集通道8的料流然后借助于专用的外围导管10（如图2中所示）被发送到床N+1的分布通道。

图2示出了支撑吸附剂床N并被划分为子午线嵌板12的板n，这些子午线嵌板12相互平行且连续，以便确保完全覆盖板n的截面（即，XY平面）。图2还示出了经由收集通道8的出口点13将流体收集到分布通道4的入口点14。

经由外围导管10的收集保持彼此分隔。每个外围导管10将子午线嵌板12的收集通道8的出口点13唯一地连接到同一个子午线嵌板12的分布通道4的入口点14。术语“唯一地连接”意指连接到给定子午线嵌板的收集通道8和分布通道4的每个外围导管10不连接到另一个子午线嵌板的收集通道8和/或分布通道4。应理解，外围导管10可包括在塔外部的注入和抽取点9，尤其是为了注入原料或溶剂或者抽取萃余物或提取物。根据一个或多个实施例，板n优选地被组织为高度恒定的子午线嵌板。

根据一个或多个实施例，分布通道4的流速经调节以便在吸附剂床6内具有相同的速度。

根据一个或多个实施例，每个外围导管10近似地遵循塔的圆柱形周边以便将子午线嵌板12的收集通道8的出口点13连接到子午线嵌板12的分布通道4的入口点14。

根据一个或多个实施例，外围导管10被尺寸确定为使得最大排放速度不超过某个最大速度，该最大速度通常小于或等于6 m/s且总体上在4 m/s与6 m/s之间（例如，出于振动原因）。根据一个或多个实施例，外围导管（10）中流体的最大排放速度在3 m/s与5 m/s之间。

参考“网络”停留时间以便标示流体的粒子或分子在外围导管10中从收集通道8的出口点13到分布通道4的入口点14的停留时间。

板n的外部网络由一定数量的外围导管10形成，该数量等于板n的子午线嵌板12的数量。外部网络使得有可能对于在板n的收集点和分布点之间的流体的所有粒子或分子确保相同的停留时间。

根据一个或多个实施例，外部网络的外围导管10被设计成以相同的停留时间操作。

有可能在以下两者之间进行区分：

- 收集侧网络停留时间，其为流体的粒子或分子从其自任何子午线嵌板离开塔的出口点13到注入和抽取点9的停留时间，

- 分布侧网络停留时间，其为流体的粒子或分子从注入和抽取点9到其进入塔中朝向任何子午线嵌板的入口点14的停留时间。

根据一个或多个实施例，外部网络在外围导管10内从出口点13到注入或取出点9的停留时间相同，并且外部网络在外围导管10内从注入或抽取点9到入口点14的停留时间相同。

根据一个或多个实施例，外部网络的外围导管10的长度是可变的，以允许通过它们的流体的粒子或分子的停留时间相同。根据一个或多个实施例，外围导管10基本是水平的并且位于塔的同一水平面（相同高度）处，可选地具有不同的长度。根据一个或多个实施例，外围导管10包括使得有可能获得期望的导管长度的竖直部分。有利地，分布和收集装置更紧凑。

根据一个或多个实施例，子午线嵌板12的入口点14借助于1至6个入口点产生。根据一个或多个实施例，子午线嵌板12的出口点13借助于1至6个出口点产生。

本发明还涉及一种使用根据第一方面的分布和收集装置的方法，在所述方法中，来自吸附剂床N的一部分流出物进入到板n的子午线嵌板的收集通道中，然后进入仅将所述子午线嵌板的收集通道连接到分布通道的外围导管中，然后进入所述分布通道中，且然后进入吸附剂床N+1中。根据本发明的方法特别适于在模拟移动床中分离二甲苯，该模拟移动床利用一定数量的床来操作，该数量在4与24之间，且优先地在8与12之间。

示例

直径为10米的模拟移动床吸附单元（或吸附器）包括被划分为6个子午线嵌板的板，并且根据图1中所呈现的本发明的原理来供应。每个床具有0.77米的高度。

利用数字流体力学软件FLUENT18.0所实施的模拟表明：入口点14与出口点13之间的停留时间的补偿原理正确地操作。该令人满意的操作由图3来图示。

图3是由该数字模拟产生的可视化。其为定位在分布通道4与收集通道8之间的吸附剂床N沿着类似于图1的截面平面的截面图。分布通道4的入口点14是在左上边缘处。吸附剂床6是在由点线描绘的上格栅5与下格栅7之间的区。收集通道8的出口点13是在右下边缘处。吸附剂床6的分布通道4在最高点处（即，在流体的入口点14处）具有19 cm的高度。然后，通道的高度随距入口点14的距离而线性地减小。在该示例中，吸附剂床6的收集通道8与分布通道4严格地对称。它具有从左侧到定位在收集通道8的右侧上的出口点13增加的高度。

图3还示出了在包括分布通道4、吸附剂床6和收集通道8的整个系统的任何点处的停留时间（或内部平均存留期，即，流体的预定粒子或分子从入口点14到出口点13所流逝的时间）的映射。

在图3中右边表示的区A至O的格栅指代流体在床中的以秒为单位的平均内部存留期，并且指示总停留时间在由区A表示的约1.40秒与由区O表示的约28.3秒之间的变化。因此，在入口点14处进入到分布通道4中的流体的粒子或分子具有接近1秒的停留时间。当流体的粒子或分子在出口点13处的右下处离开收集通道8时，其停留时间为大约28秒。

在床中，等值停留时间线（相同的停留时间的线）非为水平的。在床内的同一竖直侧上，在左侧靠近塔入口重新进入到床中的流体的粒子或分子在分布区中具有极短的停留时间，因此相比于在右侧重新进入到床中的粒子具有仍然较高的总停留时间，在右侧重新进入到床中的粒子在分布通道中具有较长的停留时间。然而，流体的所有粒子或分子在床中的停留时间均相同。

模拟表明，在出口处，在分布通道4中产生的停留时间差已通过以收集通道8中的停留时间变化来补偿它们而得到了弥补。停留时间剖面几乎垂直于出口通道和入口通道中的流动方向。

计算示出了大约2 s²的极低散布，其等效于大约2 mm的理论板当量高度。这在停留时间的均一性方面是优异的结果。

在Augier等人在2008年的论文中，找到了为吸附单元技术所特有的大约一厘米的HETP（理论板当量高度）。

可参考所引用的论文的第473页图9，其表示针对床内的各种液体表观速度的HETP。回顾在不存在吸附的情况下对应于不同技术的两种构型的曲线。估计值在12 cm与20cm之间。

因此，本发明关于可以归因于流体动力学的散布而具有5至10的比率的增益，本领域技术人员知道该增益直接影响方法的性能。

Claims (15)

1.一种用于直径大于1米的模拟移动床分离单元的分布和收集装置，所述装置包括被划分为多个吸附剂床（6）的至少一个塔以及支撑所述吸附剂床（6）的板（n），其中：

定位在第一吸附剂床（N）与第二吸附剂床（N+1）之间的至少一个板（n）被划分为相互平行且连续的子午线嵌板（12），以便覆盖所述板（n）的截面；并且

每个子午线嵌板（12）包括适于从所述第一吸附剂床（N）抽取流体的收集通道（8）、适于朝向所述第二吸附剂床（N+1）分布所述流体的分布通道（4）、以及用于分隔所述收集通道（8）和所述分布通道（4）的分隔板（11），

所述装置进一步包括在所述塔外部的多个外围导管（10），每个外围导管（10）适于将子午线嵌板的收集通道（8）唯一地连接到所述子午线嵌板的所述分布通道（4）。

2.根据权利要求1所述的分布和收集装置，其中，所述分布通道（4）和所述收集通道（8）具有在所述子午线嵌板（12）的长度上线性地变化的高度，使得：在所述子午线嵌板（12）的长度上的任何点处截取的所述分布通道（4）和所述收集通道（8）的高度之和基本上恒定；并且所述流体的粒子或分子进入所述第二吸附剂床（N+1）的入口速度从所述分布通道（4）的所述入口点起在所述子午线嵌板的整个长度上保持基本上恒定。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的分布和收集装置，其中，所述板（n）被划分为在2个与12个之间的子午线嵌板（12）。

4.根据前述权利要求中任一项所述的分布和收集装置，其中，所述外围导管（10）包括至少一个注入或抽取点（9），以用于将原料或溶剂注入到所述塔中或从所述塔抽取萃余物或提取物。

5.根据前述权利要求中任一项所述的分布和收集装置，其包括多个上格栅（7）和下格栅（5），所述板（n）的所述子午线嵌板（12）定位在所述第一吸附剂床（N）的下格栅（5）与所述第二吸附剂床（N+1）的上格栅之间。

6.根据前述权利要求中任一项所述的分布和收集装置，其中，连接到所述板（n）的所述外围导管（10）的长度是预定的，以允许通过所述外围导管（10）的所述流体的所述粒子或分子的停留时间相同。

7.根据前述权利要求中任一项所述的分布和收集装置，其中，每个外围导管（10）从所述收集通道（8）到所述分布通道（4）基本上遵循所述塔的周边。

8.根据前述权利要求中任一项所述的分布和收集装置，其中，所述外围导管（10）基本是水平的并且位于所述外围导管（10）所连接到的所述板（n）的外围。

9.根据前述权利要求中任一项所述的分布和收集装置，其中，至少一个外围导管（10）包括至少一个竖直部分。

10.根据前述权利要求中任一项所述的分布和收集装置，其中，所述收集通道（8）包括多个出口点（13）并且所述分布通道（4）包括多个入口点（14），所述多个出口点（13）通过单个外围导管（10）连接到所述多个入口点（14）。

11.一种使用根据权利要求1至10中任一项所述的分布和收集装置的方法，所述方法包括以下步骤：

经由板（n）的子午线嵌板（12）的所述收集通道（8）从第一吸附剂床（N）抽取流体；

将所述流体从所述收集通道（8）唯一地发送到外围导管（10）；

将所述流体从所述外围导管（10）唯一地发送到所述子午线嵌板（12）的所述分布通道（4）；

将所述流体从所述分布通道（4）分布到第二吸附剂床（N+1）中。

12.根据权利要求11所述的方法，其用于在模拟移动床中分离二甲苯，所述模拟移动床利用一定数量的床来操作，所述数量在4与24之间。

13.根据权利要求11或权利要求12所述的方法，其进一步包括以下步骤：控制所述板（n）的所述分布通道（4）的流速以便以基本上相等的速度向所述第二吸附剂床（N+1）供应流体。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其中，在所述外围导管（10）中所述流体的最大排放速度小于或等于6 m/s。

15.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，其中，所述外围导管（10）以基本上相同的停留时间操作。

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