CN1196272A - 径向流动的吸附容器 - Google Patents

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Abstract

用来改进流体在一个径向流动的处理容器中通过一个环形层的流动的设备和方法。一个长环形隔板设置在反应器内邻近该层的位置,用来在流体进入该层以前或排出该层以后使流体产生大致为U形的流动,从而实现一个大致为S形或倒U形的流型。设置在隔板中的装置允许小量流体从U形通道旁路以校正流体通过该层时的流量不均匀分布。本发明的容器可以在流体沿任一方向通过容器的情况下工作。

Description

径向流动的吸附容器
本发明涉及一种径向流动的吸附容器，在这种容器中，气体处于大致为U形的流型流过该容器，这是通过把进气歧管和出气岐管放在容器的同一端而实现的。
径向流动的吸附容器已经在常规的深冷吹离装置中找到其特殊用途，它们可以用来作为前端净化装置，以便在进给气流进入深冷分离装置以前把某些有害杂质从该进给气流中除去。
F.G.Kerry在一篇题为“Front-Ends for Air Separation Plants-TheCold Facts，”的论文中介绍了这种装置，此文刊载在1991年8月的“化学工程进展”中。吸附容器在吹离装置中的用途的其他说明在一篇由M.Grenier，J.Y.Lehman，P.Petit and D.V.Eyre等人撰写的题为“用于吹离装置的吸附净化”的论文中作了描述，该论文刊载在美国机械工程师协会出版的“深冷工艺和设备”一书(书号为G00283)中。吹气分离和径向流动吸附器的应用的另外的说明在一篇由Ulrich vonGemmingen博士撰写的题为“吹离装置中的吸附干燥器的设计”的论文中作了描述，该论文刊载在林德股份公司(Linde AG)的1994年的“关于科学和技术方面的报告”中。
在美国专利4541851中公开了两种不同的径向流动吸附容器。在第一种容器中，气体通过该吸附器的流动型式是大致的Z形，其中气体的导入和从容器中排出在一个大致为长圆筒形的容器的对置端进行。工作流体(气体)通过在某一端的一个连接管(底部连接管)进入，沿轴向向上流过该容器中的一个装有吸附材料的外环状空间，然后沿径向向内流过吸附材料和一个过滤件，然后再进入中心通道沿轴向向上流动并且通过一个在容器顶部的连接管离开该容器，该容器被定向在竖直方向。专利权人装置的该实施例允许通过容器的流动方向成反向。在另一个实施例中，专利权人描述了一种径向流动的容器，其中的进口和出口连接管都位于该定向在大致竖直方向的容器的底部。工作流体通过一个连接管进入，沿轴向向上流过该外环状空间，沿径向向内流过该吸附层并且进入一个中心通道，然后在该通道中沿轴向向下流动并且离开该容器。多孔壁限定了流动通道，该通道当流体流过该容器时产生一个大致为U形的流型。
在澳大利亚专利申请57158/90中，申请人公开了一种径向流动的吸附容器，其中从位于容器的某一端的一个进口到位于容器的对置端的一个出口的流型大致为Z形。通过该容器的流动通道与上述’851专利中的第一壳体的通道相类似。申请人公开了一种容器，其中工作流体通过一个底部连接管进入，沿轴向向上流入一个外环状空间，沿径向通过一个吸收层和一个灰尘过筛件，然后进入一个中心管并在该管中沿轴向向上流动，最后通过一个位于该容器的顶部的连接管离开容器，该容器被定向在大致为竖直的方向。
美国专利权人和澳大亚的申请人都在该大致为Z形流型的容器的中心通道中包括一个锥形件，以用来改进通过吸附层的流量的均匀性，因为Z形流动的歧管技术(进口和出口位于该容器的对置端)与U形流动的歧管技术相比较，在径向流动的吸附容器处于给定的标准尺寸的情况下，将对前端装置产生固有的不良的流量分布。该锥形件不能在流动的两个方向上都起作用。它只能校正在一个方向上的流量的不均匀分布，而使在该对置方向上的流量分布更加不均匀。
在使用Z形流型的现有技术的容器中，为减少在两个方向流动的流量不均匀分布的主要方法是或者增加在内部通道中的流动面积，但这样也就增加了容器的尺寸和成本，或者增加通过该层的压力降，但这样也就增加了实行该工艺的能源费用。
美国St.Paul Minnesota的Filter/Johnson Screens公司为径向流动的容器(反应器)提供了径向流动的反应器筛，该容器对工作流体使用了一种大致为Z形的流型。
业已发现，通过把大致圆筒形的内隔板结合在一个大致圆筒形的径向流动的吸附容器中，可以使迄今为止的一个大致为Z形的流型在该容器内转变成一个大致为U形的流型，而同时仍可以允许使用位于该容器的对置端上的进口和出口连接管。在本发明的一个实施例中，该隔板被放在容器的外壁与吸附剂的内环形层(一层或几层)之间，以便当工作流体从外壁输送到容器的中心管中时，使工作流体产生一个倒U形或S形的流型。在本发明的另一个实施例中，隔板被结合在吸附层与容器的纵向中心轴线之间，以便当工作气体从吸附层向容器的出口连接管前进时，使工作气体产生倒U形或S形的流型。
本发明的径向流动的吸附容器在流动的两个方向上(即底部流入和顶部流出或者顶部流入和底部流出)都能够工作。因此本发明的方法和装置可以对两个方向上的流动进行流量不均匀分布的校正。前端的净化循环就需要沿两个方向的流动。
图1是本发明的一个实施例的径向流动吸附容器的纵向剖视图；
图2是一个沿图1的2-2线截取的视图；
图3是本发明的第二个实施例的径向流动吸附容器的纵向剖视图；
图4是图1的容器的一个剖面图，图中示出了一个附加的环形吸附层；以及
图5是本发明的一部分隔板壁的片断视图，图中示出了流量旁路装置结合在隔板上的情况。
参看附图，图1示出了本发明的一个容器10。容器10具有一个外壳12，一个由一个大致为半球形封头所封闭的第一端或底端14，以及一个也由一个大致为半球形封头所封闭的第二端或顶端16。第一端14也包括一个进口管或连接管18。第二端16包括一个出口管或连接管20。封头16包括用来在容器10的内部导入和排出吸附剂的加注口22，24，这将在下面充分说明。
设置在容器10内部的是一个不可渗透的刚性悬浮底板26，该底板由一系列的幅板28，30和支杆32，33所支承，这在本技术领域是众所周知的。悬浮底板26支承着与出口连接管20相连通的一个第一同心管34。同心地围绕着中心管34但与其相隔开放置的是一个第二圆筒壁或管36，该壁限定了吸附剂材料可通过入口孔22，24放入其中的环形空间。或者，底板26可以由中心管34和圆筒形管36所支承。中心管34和圆筒形管36的壁都是例如由Johnson FiltrationSystems公司出售的筛筒式结构，以便允许工作流体(气体)通过层38流动，如箭头40所示。
设置在壁或筛36与容器10的外壁12之间并且由底板26所支承的是一个圆筒形的导流隔板42。隔板42用来导引用箭头39代表的工作流体进入进口管18，用箭头40表示的工作流体则通过沿着容器10的外壁12竖直地延伸的一条S形通路进入容器内部，然后在隔板42的上方作出一个大致为U形的转弯，再沿着由隔板42和壁36所形成的通道向下延伸，穿过吸附层38进入中心管34，并且通过管或出口20从容器10排出，如箭头41所示。
图4是除去一个具有环形结构的第二内壁或筛筒35以外与图2相似的剖视图，该第二内壁设置在中心管34与筛筒36之间从而产生了两个不同的腔37和38，使得两种不同的吸附剂可以放在容器中以便处理工作流体。
图3公开了另外一种容器50，该容器具有一个外壁52，第一端或半球形底端54，第二端或半球形顶端56，吸附剂加注或排出孔58，60，进口管或连接管62，以及出口管或连接管64，所有这些部分都与图1中的装置相类似。一个悬浮底板66以与图1中的装置相同的方式配置，该底板用来支承同心的内筛筒68，70，该些内筛筒限定了一个环形的吸附层72。环形吸附层72可以用与对图1所述的类似方式分成多个不同的吸附层。
容器50包括一个中心管或隔板74，该管从第二或出口管64朝着悬浮底板66延伸，并使管74的末端76以在悬浮底板66与管或板74之间以形成一个通道的方式终止。箭头78示出了进入容器50的工作流体，而箭头79示出了当工作流体流过反应器50时该工作流体的通路。如图3中所示，进入反应器的工作流体78沿着容器50的外壁52向上流动，沿径向穿过层72，再以一种大致为U形的流型沿内管70向下流动。然后工作流体围绕中心管或隔板74的底部流动并且倒转方向，从而使它沿轴向向上流过隔板74并且通过管64流出容器50。因此，工作气体可以以与图1中相似的流动方式沿着S形通路流过容器50。
图5是隔板42(图1)或者隔板74(图3)的一部分壁的简图，其中包括在该隔板中的装置可以允许小量的旁路流量通过该隔板，以便校正由于在邻接吸附层的流动通道(即图1中由中心管34形成的通道和在筛筒36与隔板42之间的通道，或者图3中在隔板74与筛筒70之间以及在筛筒68与壁52之间的通道)中的磨擦压力损失而造成的流量的不均匀分布。在图1的情况下，该装置可以是一系列从该隔板的底部向顶部延伸的小孔，其中在隔板底部的孔较大但间隔较小，而在隔板顶部的孔较小但间隔较大。这种布置形式的目的是使较多的旁路流量通过隔板的底部和较少的旁路流量通过隔板的顶部。图5中示意地示出了这些孔之间的一种关系。如果设计正确，旁路流量不可能会超过总流量的10％，以便校正由于摩擦压力降造成的分布不均匀。
在图3中的装置的情况下，该较大的孔位于与出口管64相邻接的隔板74的顶端并且向着位于隔板74的底端或第二端76的尺寸较小但间隔较大的孔发展，其目的在于可使较多的旁路流量通过顶端而较少的旁路流量通过底端。
在本发明的任一实施例中，容器的取向可以与图1和3中所示的取向相倒置。以这种方式取向的该容器将要求把加注孔22，24，58，60设置在该容器的对置端。
因此，根据本发明就可以产生一个径向流动的吸附容器，该容器具有一个U形流动的多管结构，并且把进口管和出口管放在容器的对置端。图1中的同心的圆筒形隔板，外通道隔板42和图3中的中心通道隔板74都可使工作流体在它穿过容器行进时倒转其轴向流动的方向，从而通过该一个或几个吸附层实现均匀的流量分布。
本发明实现了通过容器的全部U形流动，U形流动具有比Z形流动更好的流量分布，并且无需把进口和出口管放在容器的同一端。把进口和出口管放在容器的同一端通常将增加反应器的成本和连接在容器上的外部管道。
上面介绍的本发明通过美国专利证书所要求保护的内容列入在附属的权利要求书中。

Claims (18)

1.在一个具有用端板或端头所封闭的第一端和第二端的大致为长圆筒形的外壳的容器中，至少一个装有颗粒材料的环形层沿纵向设置在所述外壳与所述外壳的转动中心轴线之间，在所述容器的一端上的装置用来导引流体进入该容器并穿过所述层的装置和在所述容器的一个对置端上的装置用来在所述流体穿过所述层以后把所述流体排出所述容器，改进措施包括：
在所述流体进入所述层以前或者在所述流体排出所述层以后这两种情况中的一种情况下使所述流体在所述容器中产生一个大致为U形的流型的装置；
由此，通过所述容器的流体从把流体导入所述容器的所述装置流动到把所述流体从所述容器中排出的所述装置是沿着一条大致S形的流型流动的。
2.如权利要求1所述的容器，其特征在于，用来产生所述大致为U形流型的所述装置设置在所述容器的外壁与所述层之间。
3.如权利要求2所述的容器，其特征在于，用来产生所述大致为U形流型的所述装置是设置在一个不可渗透的底板上的大致为圆筒形的通常流体不能渗透的隔板，该底板支承着所述环形层并且在纵向沿所述层的主要部分延伸，所述隔板在其自身与所述容器的所述外壁之间以及在其自身与所述环形层之间限定了一个流动通道。
4.如权利要求3所述的容器，其特征在于，所述把所述流体导引到所述容器中的装置是邻近于所述不可渗透的底板的，所述底板作为一个流动导向器，用来把流体导入在所述容器的所述外壁与所述隔板之间的所述通道中。
5.如权利要求3所述的容器，其特征在于，所述流体通道包括允许一小部分流过所述容器的流体从所述隔板旁路，以校正主要由于在邻近所述层的所述流体通道中的摩擦压力损失而引起的流量的不均匀分布。
6.如权利要求5所述的容器，其特征在于，在所述流体通道中用来校正流量不均匀分布的所述装置包括穿过所述隔板的多个通道，该多个通道允许在所述隔板的一端旁路较多的流体，该端与引起所述流体倒转其流动方向的所述隔板的这一端相对置。
7.如权利要求6所述的容器，其特征在于，在所述流体通道中用来校正流量不均匀分布的所述装置包括一系列大致为圆形的孔，该些孔的直径和间距从由所述底板支承的所述隔板的所述端到所述隔板的一个对置端都是各不相同的，其中在由所述底板支承的所述端处的所述孔与在所述隔板的所述对置端处的孔相比，其直径较大而其间距则较小。
8.如权利要求2所述的容器，其特征在于，用来产生所述大致为U形流型的所述装置设置在所述层与所述外壳的所述转动轴线之间。
9.如权利要求8所述的容器，其特征在于，用来产生所述大致为U形流型的所述装置是设置在所述层与所述外壳转动轴线之间的一个通常流体不能渗透的同心隔板。
10.如权利要求9所述的容器，其特征在于，用来产生所述大致为U形流型的所述装置是一个从所述容器的顶部到所述容器的底部沿着所述层的主要部分延伸的大致为圆筒形的隔板，所述隔板在其自身与所述转动轴线之间以及在其自身与所述环形层之间限定了流动通道。
11.如权利要求8所述的容器，其特征在于，所述流体通道包括允许小量流过所述容器的流体从所述隔板旁路的装置，以校正由在邻近所述层的所述流体通道中的摩擦压力损失所造成的流量的不均匀分布。
12.如权利要求8所述的容器，其特征在于，在所述流体通道中用来校正流量不均匀分布的所述装置包括穿过所述隔板的多个通道，该多个通道允许在所述隔板的一端旁路较多的流体，该端与引起所述流体倒转其流动方向的所述隔板的这一端相对置。
13.如权利要求12所述的容器，其特征在于，在所述流体通道中用来校正流量不均匀分布的所述装置包括一系列大致为圆形的孔，该些孔的直径和间距从邻近所述容器的所述顶部的所述隔板的所述端到所述隔板的一个对置端都是各不相同的，其中在邻近所述容器的所述顶部的所述隔板的所述端处的所述孔的直径较大而其间距则较小。
14.一种用于使在一个容器中流动的流体产生大致为U形流型的方法，该容器具有一个封闭的长圆筒形外壳，至少一个具有某种吸附剂材料的环形层设置在该外壳中，所述外壳在其对置端具有用来允许流体进入所述层和从所述层排出的装置，该方法包括：
把装置安装在所述容器内部，所述装置在所述流体进入所述层以前或在所述流体排出所述层以后这两种情况中的一种情况下可使所述流体产生一个大致为U形的流型；
由此，通过所述容器的流体从把流体导入所述容器的所述装置流动到把所述流体从所述容器中排出的所述装置是沿着一条大致为S形的流型流动的。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，该方法包括把一个大致为圆筒形的隔板安装在所述外壳的外壁与所述层之间，所述隔板导引流体沿着一条由所述隔板和所述外壳的所述外壁所限定的通道以及以反方向沿着一条由所述隔板和所述层限定的通道流过所述外壳。
16.如权利要求14所述的方法，其特征在于，该方法包括把一个大致为圆筒形的隔板安装在所述外壳的转动轴线与所述层之间，所述隔板导引流体沿着一条由所述隔板和所述外壳的所述层所限定的通道流过所述层并且以反方向沿着一条由所述隔板所限定的通道以便导引流体从所述容器流出。
17.如权利要求15所述的方法，其特征在于，在所述隔板中设置允许小量流过所述容器的流体从所述隔板旁路的装置。
18.如权利要求14所述的方法，其特征在于，该方法包括把流体导入所述容器的任何一端以及把流体从所述容器的对置端排出。
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