CN1840219A - 带交换板的物质交换塔 - Google Patents

Abstract

一种用于液体和气体间物质交换的塔，包括由上交换板和下交换板形成的至少一对相邻交换板。塔还包括用于液体在上交换板和下交换板之间流动的导液管，以及位于导液管底端下方的凹入的入口杯。入口杯的底部相对于下交换板的表面凹入。凹入的入口杯仅遍布导液管的底端的横截面的一部分。

Description

带交换板的物质交换塔

技术领域

本发明大体涉及用于液体和气体间物质交换的塔。该塔具有：由上交换板和下交换板形成的至少一对相邻的交换板、用于液体流动的导液管、以及位于导液管的底端下方的入口杯，该入口杯具有相对于下交换板的表面凹入的底部。

背景技术

板式塔经常用于物质交换过程，特别是用作洗涤塔或用于气体分离的精馏塔。它们的基本结构例如在Winnacker-Kuchler的“《化学技术》第7卷、第3版(1975)、章节3.35，第196-200页”中有描述。

已知不同类型的交换板，例如孔板、泡罩板、或阀板。本发明能够应用于所有类型的交换板。

在所谓的交叉流板式塔中，液体横过上升气体流动溢出上交换板，然后通过一个或多个导液管流到下面的下交换板。在交换板上，气体流经的液体形成起泡层，起泡层中气体和液体进入强的直接的物质交换。

交换板的“表面”限定为这样的平面：它阻止在板上横向流动并与上升气体进行物质交换的液体直接流出到底部并因而限定起泡层的下界面。在孔板中，孔板的表面由例如冲孔薄板的表面形成，孔板通常由这样的冲孔薄板制成。

空间术语“上”、“顶”、“下”、“底”、“垂直”等指运行期间塔的取向。

由于板式塔中压力从顶部到底部上升，压力在下交换板的汽相空间中比在上交换板上高。液体因此在导液管中积聚直到所积聚液体的重量足以将液体运送到下交换板的汽相空间中。这种液体积聚高度(backup level)在很多情况下决定了所需的板间隔以及塔高。

液体的积聚高度由几个因素决定。

通常，板的压降导致积聚高度的最大部分。上升气体在从下交换板流经上交换板的交换元件并克服上交换板的起泡层的流体静力学高度的时候经历该压降。

通常，摩擦项导致导液管中积聚高度的较小部分，并且是迫使流体通过出口间隙或通过多个出口孔到达下交换板上所必需的。在下交换板上具有入口堰的交换板中(这样确保了在任何运行情况下导液管的静液封)，可以产生整个积聚高度的相当大部分。

在许多现代的交换板中，积聚高度的该附加部分可以通过放弃静液封并且不使用入口堰，或者通过将导液管的出口孔设置在起泡层上方来避免。管密封然后通过出口孔上出现的压降动态地产生。

从Mayfield等的“工业与工程化学学报(1952)，44，2238-49(图13)”中可知将凹入的导液杯放置在导液管的下方并从而产生静液封而无需入口堰。然而，这会在塔的生产中导致较高的成本。

发明内容

因此，本发明的目的是设计一种带凹入的入口杯的板式塔，其能经济地生产并且同时就工艺过程而言能有利地运行。

本发明的目的这样实现：凹入的入口杯被做成使得它仅遍布导液管的底端横截面的一部分。

在本发明的框架内，已经确定相对小的通道面积足够用于液体从导液管流出到下交换板上。因此，与现有技术的教导不同，不必将整个导液管浸入到凹入的杯中。相反，位于通道间隙区域中的板中的一个凹入部就足够了。该凹入部能够通过被折叠的金属薄板杯很容易且经济地制作。后者(金属薄板杯)能够通过简单的连接元件，例如铆钉安装到交换板上。因此，不必为了使入口杯相对于塔壁密封而付出特别努力。不过，凹入杯的有利作用能用于导液管中的积聚高度，并因此用于整个塔的总体高度。

凹入的入口杯遍布导液管的下部横截面表面的例如20％到60％，优选地25％到40％。

优选地，导液管终止于下交换板表面的上方。这样，入口杯自身不再形成静液封。这能通过用于产生动液封的常规措施来补偿，动液封通过导液管的相应构造的出口孔来产生。

但是，替代地，更优选地，入口堰定位在朝向下交换板的入口杯的边缘上，并产生静液封。

在本发明的框架内，入口堰可被设计得非常小。特别地，如果入口堰的高度小于、等于或者不太高于下交换板的导液堰的高度将是有利的。“不太高于”意思是超过导液堰高度50％或更少，优选地20％或更少，更优选地10％或更少，或者5％或更少。因此，在正常运行中，入口堰比下交换板上起泡层的高度低。静液封通过凹入的入口杯与低的入口堰相互作用产生，且不会有助于液体积聚高度的明显增加。与动液封相比，塔仍然适合于各种负载。入口堰的高度可以与导液管壁的下缘重叠0到20mm，优选地0到10mm。

这里，“正常运行”定义为具有气体和液体负载的塔的运行，所述负载在塔的设计负载范围内。

借助于凹入的入口杯，相对小的板间隔是可以的。对于带有高度膨胀的起泡层的高气体负载，上交换板的凹入的入口杯能防止两相层从下交换板排出。这个缺点可以通过例如使朝向下交换板的导液管的壁相对于垂直方向倾斜设置而使导液管向下逐渐缩小来避免或至少缓和。导液管逐渐缩小的底端的横截面积是导液管顶端横截面积的例如10％到80％，优选地30％到50％。

当然，本发明能类似地应用于多流板，其中在一对相邻交换板之间有多于一个的导液管。

附图说明

本发明以及本发明的其他细节将通过附图所示的实施例更详细地说明。

图1显示根据本发明第一实施例的塔的局部横截面；和

图2显示根据本发明第二实施例的塔的局部横截面，导液管逐渐缩小。

具体实施方式

图1以横截面图显示物质交换塔的一部分。环形防护板2a、2b以及顶部环形夹紧角钢20a、20b被连接到塔壁1的内侧，以用于每个交换板。它们支持带有相应的导液管4(仅对上交换板示出)和入口杯9(仅对下交换板示出)的上交换板3a或下交换板3b。交换板3a、3b可以是任何类型的交换板，例如孔板。它们的“表面”沿线5a、5b所示的平面延伸。

在塔的运行过程中，起泡层6a形成在上交换板3a上。当上升气体通过交换板的孔流进来并形成在起泡层6a中上升的气泡时，液体在上交换板3a上横切(向图中左侧)流动。液体最后溢出导液堰7进入导液管4。在导液管中，积聚形成有流体静压力，流体静压力将液体通过入口杯9并经过入口堰10从导液管的底端8运送到下交换板3b上，在下交换板3b上起泡层6b以同样方式形成。

积聚高度由以下部分构成：

11  板3b上的起泡层的流体静力学高度；

12  摩擦/通过阻力

13  压降部分(上板3a上气流的压降)

由于入口堰10而产生的积聚高度的单独部分被忽略了，原因是在塔的正常运行期间入口堰的顶边缘位于起泡层6b的表面的下方。这就是当在交换板3b的表面5b上方的入口堰10的高度小于、等于或不太高于同一交换板的导液堰的高度的情况。

凹入的入口杯9的底部14位于下交换板3b的表面5b的下方。凹入的入口杯9仅覆盖导液管4的底端的整个横截面16的一部分15，例如在图1中约为1/4。入口杯9因此能很容易地连接到交换板3b并通过支撑2b和交换板一起连接到塔壁1。入口杯9的独立悬挂和密封不是必需的。

在高气体负载和小板距的情况下，如果起泡层6b几乎充满两交换板3a、3b间的整个中间空间，则上板的入口杯(图1中未示出)可以防止液体从下交换板3b向下流。特别地，图2所示的本发明的实施例在这种情况下提供了其它的优点。

图1中，导液管的所有壁都垂直地设置。在图2所示的实施例中，至少朝向下交换板3的壁17相对于垂直方向倾斜。这样，导液管4向下逐渐缩小。图2中的导液管底端的横截面18是导液管的顶端横截面19的大约50％。入口杯仅覆盖该缩减的横截面18的一部分。

基本上，导液管的与壁17相对的外壁也能够不平行于塔壁而是倾斜地安装。倾斜方向可以是与图2中壁17相反，并且使得其最大，从而该壁的底缘终止于入口杯9的(图中左侧)的边缘上。

Claims (8)

1、一种用于液体和气体间物质交换的塔，包括：

至少一对相邻交换板，其包括上交换板和下交换板；

用于将液体从上交换板流到下交换板的导液管；和

凹入的入口杯，其位于导液管的底端下方并具有相对于下交换板的表面凹入的底部，

其中，凹入的入口杯仅遍布导液管的底端横截面的一部分。

2、如权利要求1所述的塔，其特征在于，导液管终止于下交换板的表面的上方。

3、如权利要求1所述的塔，其特征在于，凹入的入口杯覆盖导液管的底端横截面的20％到60％。

4、如权利要求1所述的塔，其特征在于，所述塔还包括位于朝向下交换板的入口杯的边缘上的入口堰。

5、如权利要求4所述的塔，其特征在于，下交换板包括导液堰，并且入口堰的高度小于或等于导液堰的高度。

6、如权利要求4所述的塔，其特征在于，下交换板包括导液堰，并且入口堰的高度超过导液堰的高度50％或更少。

7、如权利要求1所述的塔，其特征在于，导液管的至少一个壁向下倾斜。

8、如权利要求7所述的塔，其特征在于，导液管的朝向下交换板的壁向下倾斜并相对于垂直方向倾斜地设置。

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