CN1176732C - 气一液接触塔 - Google Patents

Abstract

气-液接触塔设置多个轴向上间隔开的塔板，每个塔板都具有沿着塔板上直径线分开的两个塔板部分，每个塔板部分都包括多个平行的矩形降液管、多个液体接收区、和在各降液管和接收区之间的起泡区，其液体接收区设置在正上方的相邻塔板的降液管正下方，及其降液管在上端处敞开和在底端处闭合，其底端设置多个液体排放口，并且其降液管以这种方式从直径线延伸到塔板的周边，以使两个塔板部分降液管的端部以交替的方式沿着直径线设置，其中每个降液管长度当从下面和靠近直径线看时的液体排放口面积，小于从下面看时每个降液管长度液体排放口的平均面积。

Description

气-液接触塔

本发明涉及一种气-液接触塔，该气-液接触塔设置多个轴向上间隔开的塔板，每个塔板都具有两个沿着在塔板上的直径线分开的塔板部分，每个塔板部分都包括多个平行的矩形降液管、多个液体接收区和在降液管和液体接收区之间的起泡区，其液体接收区设置在正上方相邻塔板的降液管正下方，并且其降液管在上端处敞开而在底端处闭合，其底端设置多个液体排放口和其降液管以这种方式从直径线延伸到塔板的周边上，以使两个塔板部分降液管的端部以交替的方式沿着直线线设置。

这种气-液接触塔在GB-A-1422131中作了介绍。这个1976年的公报介绍了这种塔设置有多个气-液接触塔板，其中矩形降液管具有垂直壁。塔板被一支承梁沿着直径线分成两个塔板部分。每个塔板部分都具有一排垂直于支承梁排列的平行矩形降液管。一个部分中的这排降液管相对于对面的塔板部分中的那排降液管交错排列。按照这个公报，交错排列的塔板布局增进液体在整个塔板上的均匀分布。

尽管如GB-A-1422131中所述的塔板现已证明在许多应用中是良好的气-液接触塔板，但还有改进的余地。用这种设计经常遇到的一个问题是降低了向上流动的气体与向下流动的液体的接触效率。本发明的目的是提供一种气-液塔板，该气-液塔板把如在GB-A-1422132中所述的塔板的优点与较高效率结合。

这个目的用下面的气-液接触塔达到。气-液接触塔设置多个轴向上间隔开的塔板，每个塔板都具有两个沿着塔板上直径线分开的塔板部分，每个塔板部分都包括多个平行的矩形降液管，多个液体接收区、及降液管和液体接收区之间的起泡区，其液体接收区设置在正上方的相邻塔板降液管的正下方，并且其降液管在上端处敞开和在底端处闭合。其底端设置多个液体排放口，并且其降液管以这种方式从直径线延伸到塔板的周边，以使两个塔板部分的降液管端部以交替的方式沿着直径线设置，其中每个降液管长度的液体排放口面积，当从下面和靠近直径线看时，比从下面看时每个降液管长度的液体排放口平均面积小。

申请人现已发现，通过沿着按照本发明所述的降液管下端改变液体排放口，达到更高的气-液接触效率。在靠近直径线情况下，优选的是意思是指0.2m的距离。

下面将利用图1-4，进一步说明本发明。

图1是按照本发明所述的一个塔板，当安放在塔中时的顶视图。

图2是图1中AA′线剖视图。

图3是图1中BB′线剖视图。

图1示出气-液接触塔的水平剖面图。在这个图中，示出塔板(1)和塔壁(2)的顶视图。塔板(1)沿着直径线设置一个支承梁(3)，直径线把塔板分成两个塔板部分(4，5)。这种支承梁优选的是存在于具有大直径，优选的是具有2m以上直径的塔板中。较小直径的塔板可以在没有支承梁情况下使用。每个塔板部分(4，5)都设置多个平行的矩形降液管(6，7)。降液管(6，7)沿着它的长度具有两个细长的边，和沿着它的宽度具有两个较小的边。降液管(6，7)在上端(8)处敞开和在底端(9)处闭合，其底端(9)设置多个液体排放口(10)。这些排放口的形状可以例如是圆形，或者具有平行或垂直于降液管宽度的狭缝形式。每个塔板部分(4，5)另外设置一个部分的降液管(11，12)，该部分的降液管(11，12)也设置一个底端，其底端设置若干液体排放口(13)。

每个塔板部分(4，5)都设置液体接收区(14，15)。液体接收区(14，15)是正好在矩形下面的区域，而塔板各任选的部分降液管正好在图1所示塔板(1)的上方。在液体接收区(14，15)和降液管(6，7)之间，存在起泡区(16)。起泡区(16)设置若干用于通过向上流动的气体的开口(17)。

这个液体接收区(14，15)也可以设置若干用于气体通过的开口。由于从上面塔板排放的液体，将用某种力落在这个液体接收区上，所以液体可以通过这些气体开口。由于这不是理想的情况，所以液体接收区或是不设置开口，或是设置专用的气体开口，例如浮阀或固定阀。这种专用开口的另一些例子在US-A-5702647中已作了介绍。如果把各液体排放口(10)分组，则不是直接在这些分组的液体排放口下方的这部分液体接收区可以设置附加的气体开口，例如与起泡区(16)中所用相同的开口。

在本发明的优选实施例中，附加的气体开口存在于靠近如图1所示的部分(18)中支承梁(3)的液体接收区(14，15)中。这些开口可以与起泡区(16)中所用的相同。由于几乎没有液体从按照本发明所述的塔中相邻的上面塔板排放到这个区域(18)，所以在塔板上的区域(18)中能提供附加的气-液接触区。这是有利的，因为从一个塔板部分中的降液管流到下面塔板内对面塔板部分中的降液管口因此将与向上流动的气体接触，因而增加了气-液接触效率。

降液管(6，7)从支承梁(3)垂直于塔板(1)的周边延伸。两个塔板部分(4，5)的降液管端部(19，20)以一种交替的方式与支承梁(3)相会。最靠近塔壁的对面端(21，22)可以例如一条直线或曲线，平行于塔板的端部(11，12)，或者沿着塔板的圆周，以便优化降液管的开口区。正如在图1中可以看到的，较少的液体排放口(10)在降液管端部(19，20)附近存在，同时造成靠近支承梁的每个降液管长度的液体排放口面积，小于每个降液管长度液体排放口平均面积。优选的是靠近支承梁(3)没有液体排放口存在。

图1示出所谓的斜降液管，这意思是指朝下的降液管壁沿着它的长度倾斜，因此这些细长的壁(23)在朝下的方向上彼此相对地倾斜。这是有利的，因为降液管的液体排放区宽度将减小，同时造成正好在下面塔板上液体接收区(14，15)的相关宽度也将减小。

除了所示的塔板具有斜的降液管壁之外，也可以用具有垂直壁的降液管与按照本发明所述的塔板结合。按照教科书，象1990年McGraw-Hill Inc.出版的Henry Z.Kister所著“蒸馏操作”第173-175页所述，在塔板水平面处的截面积与斜降液管截底部处面积之比值是在1.5和2.0之间。

图2示出图1的塔剖视图AA′，该图示出直接位于彼此上方的两个塔板(1，101)。塔板(1，101)沿着支承梁(3，103)成镜面对称。这造成塔板(1)的液体排放口(10)垂直地安放在正好在下面塔板(101)液体接收区(115)的上方。

图2示出安放在塔板部分(5)中的降液管(7)的剖视图和安放在塔板部分(4)中的降液管(6)的侧视图。降液管(7)在其端部(20)处具有两个斜壁(23)和在支承梁(3)处具有一个侧壁(24)。如图所示，侧壁(24)垂直设置。

图3还示出另一个优选实施例，该实施例可以与按照本发明所述的塔结合使用。图3是沿着图1中BB′线其中一部分所作的剖视图，它示出在支承梁(3，103)附近塔(2)(未示出)中两个相邻的塔板(1，101)。侧壁(24)这样倾斜，以使侧壁(24)的下部背离支承梁。由于该侧壁(24)的倾斜，所以没有液体排放口存在于靠近支承梁的这部分降液管中，并在最靠近支承梁(3，103)的第一液体排放口(10，110)中产生一种稍微定向的流动。由于排放液体的方向将背离支承梁(3，103)和由于与支承梁(3)的距离增加，所以产生较少的液体从降液管(6)流入正好在下方的塔板(101)的降液管(107)中的旁路分流(26)。侧壁(24)与穿过支承梁(3)的假想垂直面所形成的角度，优选的是在10和35°之间。图3还示出液体接收区(15，114)，该液体接收区(5，114)具有一个靠近支承梁(3，103)的区(18，118)，该区(18，118)设置气体开口(27，127)，以便穿过这些开口(27，127)增加液流(26)与向上的运动的气体(28)的接触。

图3还示出一个优选实施例，其中一个溢流堰(25)存在于在塔板水平面上方延伸的降液管上。溢流堰(25)是一种设置在起泡区(16)和降液管(6，7)边界上或该边界周围的装置，它保证某种预先选定量的液体存在于起泡区(16)上。在一甚至更优选的实施例(未示出)中，在降液管端部(19，20)处的这部分溢流堰(25)在塔板(1)上方比其余部分溢流堰(25)延伸更多。这甚至进一步减少了旁路分流(26)。

在另一个优选实施例(未示出)中，最靠近支承梁(3)的液体排放口(10)设置一个导向嘴，使液流背离穿过支承梁(3)的假想垂直面。由于导向嘴很容易用制造降液管的金属板冲压制造，所以从下面观察到最靠近支承梁(3)的较少区域。这将进一步造成观察到较少的旁路分流(26)。

塔板的直径可以在1.5和10m之间。每个塔板部分的矩形降液管数可以是在1和10之间。一些额外部分的降液管适合存在于支承梁和塔板周边的交会处。降液管优选的是延伸到塔板下面塔板间距的50和90％之间。塔板间距定义为塔中两个相邻接触塔板之间的距离。合适的是塔板间距是在0.2和1m之间。

对本发明来说，在塔板的起泡区中使用的开口种类不是关键。一些可能的开口例子是泡罩开口，筛板开口，阀座开口和固定式阀开口。这些开口的例子可以在一般教科书如蒸馏设计，Henry Z.Kister著，McGraw-Hill Inc.出版，1992，第260-267页中，及在US-RE-27908、US-A-5120474、WO-A-9828056、WO-A-9737741、US-A-5911922、US-A-3463464和US-A-5454989中找到。

降液管优选的是设置一个矩形挡板，该挡板沿着降液管开口中的纵向中心设置。这种防跃挡板优选的是延伸到塔板水平面上方塔板间距的30和70％之间。下端可以从塔板水平面延伸到降液管下端。防跃挡板合适地用支承件从两边支承，该支承件固定到降液管壁的内部。

进一步发现有利的是提供具有所谓防溅泼挡板的降液管。申请人发现，当相互间隔开并平行于降液管宽度排列的垂直板存在于降液管的下面一半中时，会发生较少的溅泼。溅泼特别是在细长的降液管中，特别是在当于塔板水平面处测量时长于0.5m的降液管中发生，在此处液体从一端流动到另一端和后部。这些板可以从降液管壁的内侧延伸一定距离，或者可以任选地一直延伸到对面的降液管壁上。在最后的实施例中，防溅泼挡板还将增加降液管本身的机械强度。在一甚至更优选的实施例中，防溅泼挡板同时是用于上述防跃挡板的支承件。

按照本发明所述的塔优选的是用作气-液接触塔或分离塔。接触可以是吸收过程，其中朝下流动的液体与朝上流动的气体接触。分离典型的是一种蒸馏过程，以便从进料中分离一种或一种以上组分。典型的是把蒸馏过程的进料供给到塔的中间位置，其中各塔板存在于上述入口位置的上方和下方。这种塔还设置重沸器、冷凝装置和回流装置。

本发明将用下面的非限制例子说明。

例1

计算按照图1所述的塔板效率，该塔板具有2.44m的塔板直径并设置8个矩形降液管，这些降液管当从直径线看时，在降液管的头0.2m中没有液体排放口。计算得到的效率是90％。计算用如在ChemicalEngineering Journal，Vol.63，PP.167-180(1996)所发表的塔板效率模型，“下导管布局图对塔板效率的影响”，与实验观察结果相结合进行的。

对照例A

除了附加的液体排放口存在于从直径线看头0.2m中之外，重复例1的步骤。计算得到的效率为85％。

Claims (12)

1.一种气-液接触塔，其设有数个轴向上间隔开的塔板，每个塔板都具有沿着塔板上直径线分开的两个塔板部分，每个塔板部分都包括多个平行的矩形降液管、多个液体接收区、和在各降液管和液体接收区之间的起泡区、其液体接收区设置在正上方的相邻塔板的降液管正下方，并且其降液管在上端处敞开和在底端处闭合，其底端设置多个液体排放口，并且其降液管从直径线延伸到塔板的周边，以使两个塔板部分的降液管端部以交替的方式沿着直径线设置，其特征在于：每个降液管长度的液体排放口，当从下面并靠近直径线看时，它们的面积小于每个降液管长度的液体排放口当从下面看时的平均面积。

2.按照权利要求1所述的塔，其特征在于：具有气体开口的液体接收区存在于塔板上，处于正上方的相邻塔板降液管的正下方并靠近直径线。

3.按照权利要求1-2其中之一所述的塔，其特征在于：靠近直径线意思是指距离直径线0.2m的距离。

4.按照权利要求1所述的塔，其特征在于：降液管两个细长的壁和最靠近直径线的壁这样倾斜，以使它们彼此相对朝向下的方向倾斜。

5.按照权利要求1所述的塔，其特征在于：沿着降液管开口和起泡区的边界，有一个溢流堰，该溢流堰在最靠近直径线的降液管端部处具有一部分，这部分在塔板上方延伸比溢流堰的其余部分更多。

6.按照权利要求1所述的塔，其特征在于：靠近直径线的各液体排放口都设置一个导向嘴，使液体流动背离穿过直径线的假想垂直面。

7.按照权利要求1所述的塔，其特征在于：降液管的下面一半设置若干垂直板，这些垂直板相互间隔开，并平行于降液管的宽度排列。

8.按照权利要求7所述的塔，其特征在于：当在塔板水平面测量时，降液管的长度大于0.5m。

9.按照权利要求1所述的塔，其特征在于：降液管设置一个矩形挡板，该矩形挡板沿着降液管开口中的纵向中心垂直设置，同时延伸到塔板水平面上方的塔板间距30％和70％之间。

10.按照权利要求9所述的塔，其特征在于：挡板的支承件是一些垂直的板，这些垂直的板相互间隔开，平行于降液管的宽度排列并设置在降液管的下面一半中。

11.按照权利要求1所述的塔，其特征在于：塔板直径大于2m，并且沿着直径线有一支承梁。

12.一种如权利要求1-11所述的气-液接触塔的应用，作为蒸馏塔或吸收塔。

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