ITMI20011605A1

ITMI20011605A1 - FRACTIONING EQUIPMENT WITH LOW SURFACE AREA GRID ABOVE THE WORKING PLAN OF THE DISHES

Info

Publication number: ITMI20011605A1
Application number: IT2001MI001605A
Authority: IT
Inventors: Monkebaan Daniel R; Resetarits Michael R; Miller Robert J
Original assignee: Uop Llc
Priority date: 2001-07-25
Filing date: 2001-07-25
Publication date: 2003-01-25
Also published as: ITMI20011605A0

Description

Domanda di brevetto per invenzione industriale avente per titolo Patent application for industrial invention having as title

“APPARECCHIATURA DI FRAZIONAMENTO CON GRIGLIA A BASSA AREA SUPERFICIALE AL DI SOPRA DEL PIANO OPERATIVO DEI PIATTI” "FRACTIONING EQUIPMENT WITH GRID WITH LOW SURFACE AREA ABOVE THE OPERATING PLATE OF THE DISHES"

La presente invenzione si riferisce ad una apparecchiatura di contatto gas-liquido usata principalmente come piatti di frazionamento per la separazione di composti chimici volatili in una colonna di distillazione frazionata. The present invention relates to a gas-liquid contact apparatus mainly used as fractionation plates for the separation of volatile chemical compounds in a fractional distillation column.

I piatti di frazionamento sono ampiamente usati nelle industrie petrolchimiche e petrolifere per favorire il contatto a molti stadi vapore-liquido che si realizza nelle colonne di frazionamento. La normale configurazione di una colonna di frazionamento comprende circa da 10 a 120 piatti singoli. Generalmente i piatti sono uguali. I piatti sono montati orizzontalmente a distanze verticali uniformi riferite alla distanza dei piatti nella colonna. Questa distanza può variare in diverse parti della colonna ma è normalmente considerata costante. Il vapore generato in fondo alla colonna sale attraverso il piatto che contiene una quantità di liquido. Il passaggio del vapore attraverso il liquido genera bollicine chiamate schiuma. L’area superficiale elevata della schiuma facilita l’immediato stabilirsi di un equilibrio di composizione fra la fase vapore e la fase liquida sul piatto. Il vapore perde meno materiale volatile a favore del liquido e quindi diviene leggermente più volatile via via che passa verso l’alto attraverso ciascun piatto. Il liquido si separa dalla schiuma e porta componenti più pesanti verso il basso al successivo piatto inferiore. Questa formazione di schiuma e la separazione viene effettuata su ciascun piatto. I piatti quindi effettuano la doppia funzione di mettere in contatto il vapore che sale con il liquido e quindi di permettere alle due fasi di separarsi e fluire in direzioni diverse. Quando gli stadi sono effettuati, una notevole quantità di volte, il processo può portare ad una elevata efficacie separazione di composti chimici basata sulla loro volatilità relativa. Fractionation trays are widely used in the petrochemical and oil industries to facilitate the multi-stage vapor-liquid contact that occurs in fractionation columns. The normal configuration of a fractionation column comprises about 10 to 120 single plates. Generally the dishes are the same. The trays are mounted horizontally at uniform vertical distances referred to the distance of the trays in the column. This distance can vary in different parts of the column but is normally considered constant. The vapor generated at the bottom of the column rises through the dish which contains a quantity of liquid. The passage of vapor through the liquid generates bubbles called foam. The high surface area of the foam facilitates the immediate establishment of a composition balance between the vapor phase and the liquid phase on the plate. The vapor loses less volatile material in favor of the liquid and therefore becomes slightly more volatile as it passes upwards through each plate. The liquid separates from the foam and carries heavier components down to the next lower plate. This foaming and separation is done on each plate. The dishes therefore perform the double function of putting the rising vapor in contact with the liquid and thus allowing the two phases to separate and flow in different directions. When the steps are carried out, a considerable amount of times, the process can lead to a highly effective separation of chemical compounds based on their relative volatility.

Il brevetto US-A-3410540 descrive una realizzazione di piatti di frazionamento comprendenti sezioni di piano alternate e di downcomer tipici di un piatto a più downcomer. Questo disegno di piatto comprende un downcomer a sezione rettangolare. Il brevetto US-A-5382390 illustra uno sviluppo moderno in una realizzazione di piatti a più downcomer. US-A-3410540 discloses an embodiment of fractionation trays comprising alternate and downcomer sections of plane typical of a platter with multiple downcomers. This plate design includes a rectangular section downcomer. US-A-5382390 illustrates a modern development in a multi-downcomer platter embodiment.

Il brevetto US-A-2767967 illustra un tipo di piatto a doppio flusso che viene chiamato nella tecnica piatto ondulato. In questo piatto il vapore che sale e il liquido che scende passano attraverso le stesse aperture sulla superficie del piatto. La superficie del piatto può avere molte topologie che vanno dalla curva sinusoidale delle figure 3 e 4 alla forma molto più planare delle figure 5 e 6 (vedi colonna 3, riga 11). Le variazioni dell’altezza permettono una minore profondità di liquido su parti elevate del piatto che a sua volta permette il passaggio di vapori verso l’alto, mentre il liquido discende attraverso i piatti nei punti che assicurano una maggiore profondità di liquido. US-A-2767967 discloses a type of double flow plate which is referred to in the art as corrugated plate. In this dish the rising vapor and the descending liquid pass through the same openings on the surface of the dish. The surface of the plate can have many topologies ranging from the sinusoidal curve of Figures 3 and 4 to the much more planar shape of Figures 5 and 6 (see column 3, row 11). The variations in height allow a smaller depth of liquid on high parts of the plate which in turn allows the passage of vapors upwards, while the liquid descends through the plates in the points that ensure a greater depth of liquid.

Il brevetto US-A-5407605 illustra i piatti di una colonna di distillazione frazionata avente un letto di materiale di riempimento disposto al di sotto dei piatti e bagnato dal liquido che esce dai downcomer. US-A-5407605 discloses the trays of a fractional distillation column having a bed of filler material arranged below the trays and wetted by the liquid exiting the downcomers.

Il brevetto US-A-5389343 descrive una colonna di frazionamento nella quale fasci di mezzi catalitici utilizzati per favorire le reazioni chimiche, sono appesi al di sotto dei piatti di frazionamento per favorire le reazioni in fase vapore. US-A-5389343 describes a fractionation column in which bundles of catalytic media used to promote chemical reactions are hung below the fractionation plates to favor the reactions in the vapor phase.

Un articolo di G.X. Chen et al. comparso a pag. 382 del volume 68 (Giugno 1990) edizione del The Canadian Journal of Chemical Engineering descrive le prestazioni di piatti di frazionamento che presentano strati di materiale di riempimento costituiti da maglie di acciaio inossidabile sulla superficie superiore del piatto. Questo lavoro sembra riferirsi alla domanda di Brevetto Europeo n. 0381388 degli stessi autori. An article by G.X. Chen et al. appeared on p. 382 of volume 68 (June 1990) edition of The Canadian Journal of Chemical Engineering describes the performance of fractionation plates that have layers of stainless steel mesh filler material on the top surface of the plate. This work seems to refer to the European Patent application n. 0381388 by the same authors.

Una descrizione di vari tipi di materiali di riempimento da utilizzarsi in colonne riempite è fornita in un articolo che inizia a pag. 40 di Chemical Engineering. 5 Marzo 1984. A description of the various types of filler materials for use in filled columns is provided in an article starting on p. 40 of Chemical Engineering. March 5, 1984.

Il brevetto US-A-4842778 illustra una colonna di distillazione frazionata che contiene un riempimento caricato casualmente, un riempimento strutturato e griglie di supporto. US-A-4842778 discloses a fractional distillation column which contains a randomly charged fill, a structured fill and support grids.

L’oggetto dell’ invenzione è un piatto di frazionamento ad elevata capacità che comprende uno strato relativamente spesso verticale di “griglie” che si appoggiano sulla superficie disposta più in alto del piano del piatto o dei downcomer. Il volume al di sopra della griglia è preferibilmente vuoto. Ciò permette ai piatti di presentare una capacità di vapore inaspettatamente maggiore. Ulteriore materiale di rimpiemento avente una area superficiale ancora più elevata può appoggiarsi sul riempimento a griglie per aumentare l’efficienza del sistema globale di piatti. The object of the invention is a high-capacity fractionation plate that includes a relatively thick vertical layer of "grids" that rest on the surface placed higher than the top of the plate or downcomers. The volume above the grid is preferably empty. This allows the dishes to exhibit unexpectedly greater steam capacity. Further replacement material having an even higher surface area can rest on the grid filling to increase the efficiency of the overall system of plates.

Una realizzazione dell’invenzione può essere caratterizzata come una apparecchiatura di contatto vapore-liquido che comprende una colonna verticale chiusa (1) avente una sezione circolare ed una prima estremità superiore (20) ed una seconda estremità inferiore (21); una pluralità di piatti di frazionamento distanziati l’uno dall’altro in modo omogeneo comprendenti una coppia di piatti di frazionamento (2) separati verticalmente comprendenti un primo piatto inferiore e un secondo piatto superiore, i piatti essendo sostanzialmente planari ed estendendosi orizzontalmente su tutta la superficie della sezione della colonna (1), e con i piatti (2) che hanno perforazioni (15) distribuiti uniformemente sulle sezioni del piano di lavoro (5) dei piatti (2), nelle quali sezioni del piano sono prive di downcomer (12, 6); ed uno strato comprendente un riempimento (3) di griglie strutturate a bassa area superficiale sostenute dal primo piatto (2) di detta coppia di piatti di frazionamento, lo strato di riempimento di griglie strutturate (3) estendendosi verso l’alto verso il secondo piatto per una distanza uguale da circa un decimo a circa tre quarti della distanza verticale fra il primo e il secondo piatto. Un volume vuoto dimensionabile può essere presente al di sopra del riempimento con griglie. An embodiment of the invention can be characterized as a vapor-liquid contact apparatus which comprises a closed vertical column (1) having a circular section and a first upper end (20) and a second lower end (21); a plurality of fractionating plates homogeneously spaced from each other comprising a pair of vertically separated fractionating plates (2) comprising a first lower plate and a second upper plate, the plates being substantially planar and extending horizontally over the whole surface of the column section (1), and with the plates (2) which have perforations (15) evenly distributed on the sections of the work surface (5) of the plates (2), in which sections of the table are without downcomer (12 , 6); and a layer comprising a filling (3) of structured grids with low surface area supported by the first plate (2) of said pair of fractioning plates, the filling layer of structured grids (3) extending upwards towards the second plate for an equal distance from about one tenth to about three quarters of the vertical distance between the first and second plates. A sizable void volume may be present above the grid fill.

In alcune realizzazioni della presente invenzione un letto di materiali di riempimento (caricato) in modo casuale o strutturato è presente al di sopra delle strutture di griglie a bassa area superficiale, il riempimento venendo ad essere bagnato dal liquido che esce dai downcomer del secondo piatto superiore. Un ulteriore strato sottile della struttura di griglia a bassa area superficiale può appoggiarsi sul riempimento casuale. In some embodiments of the present invention a bed of filling materials (loaded) in a random or structured manner is present above the grid structures with a low surface area, the filling coming to be wetted by the liquid coming out of the downcomers of the second upper plate. . An additional thin layer of the low surface area grid structure can rest on the random fill.

La figura 1 è una vista laterale in sezione di una parte della colonna di frazionamento che utilizza l'oggetto dell'invenzione su un piatto (2) a più downcomer avente downcomer rettangolari (12). Figure 1 is a sectional side view of a part of the fractionation column using the object of the invention on a multi-downcomer plate (2) having rectangular downcomers (12).

La figura 2 è una vista laterale in sezione di una parte della colonna di frazionamento che mostra l'invenzione con piatti distanziati verticalmente a doppio flusso (2) e un letto facoltativo di riempimento caricato (4). Figure 2 is a sectional side view of a portion of the fractionation column showing the invention with double flow vertically spaced plates (2) and an optional loaded fill bed (4).

La figura 3 è una vista laterale in sezione di una porzione di una colonna di frazionamento che impiega l'oggetto dell'invenzione con piatti di frazionamento (2) a flusso incrociato convenzionali. Figure 3 is a sectional side view of a portion of a fractionating column employing the subject of the invention with conventional cross-flow fractionating plates (2).

La figura 4 è una vista laterale in sezione di una realizzazione dell'apparecchiatura di contatto gas-liquido dell'invenzione utilizzato come parte della colonna di distillazione frazionata (1) che usa downcomer a forma di V (6). Figure 4 is a sectional side view of an embodiment of the gas-liquid contact apparatus of the invention used as part of the fractional distillation column (1) using V-shaped downcomer (6).

La figura 5 è una sezione di una parte di una colonna che presenta una coppia di piatti (2) a flusso incrociato più griglie (3) a bassa area superficiale. Figure 5 is a section of a part of a column featuring a pair of cross-flow trays (2) plus low surface area grids (3).

Le figure 6a e 6b mostrano due possibili strutture diverse per i fasci di griglia (3) a bassa area superficiale. Figures 6a and 6b show two possible different structures for the low surface area grid bundles (3).

Le figure 7 e 8 illustrano strutture alternative nelle singole piastre di griglia (8) a bassa area superficiale. Figures 7 and 8 illustrate alternative structures in the individual low surface area grid plates (8).

La figura 9 è una vista isometrica di un piatto a più downcomer che mostra la struttura dei dowcomer rettangolari (12) e le superfici operative di piatto (15). Figure 9 is an isometric view of a multi-downcomer plate showing the structure of the rectangular dowcomers (12) and the operating surfaces of the plate (15).

La figura 10 è una vista in sezione attraverso una sezione della colonna (1) che contiene un piatto a più downcomer (2) aventi griglie a bassa area superficiale (3) che si appoggiano sui piani (5) dei piatti. Figure 10 is a sectional view through a section of the column (1) which contains a platter with multiple downcomers (2) having low surface area grids (3) which rest on the flats (5) of the platters.

La figura 11 è una vista dall'alto di un piatto a flusso incrociato che utilizza griglie (3) a bassa area superficiale per aumentare la capacità di vapore e per ridurre la stagnazione di liquido nei bordi del piatto. Figure 11 is a top view of a cross flow pan using low surface area grids (3) to increase vapor capacity and to reduce liquid stagnation in the edges of the pan.

Vengono impiegati piatti di frazionamento all'interno di colonne di distillazione come mezzo per favorire il contatto vapore-liquido e la formazione di schiume che porta ad uno scambio di composti fra fasi vapore e fasi liquide sulla base della loro volatilità relativa. I piatti sono distanziati a distanze verticali omogenee con riferimento alla distanza fra piatti. I piatti presentano aree separate destinate al passaggio verso l'alto del vapore, che sono normalmente chiamate piani di supporto del piatto ed altre superfici che raccolgono la schiuma. La schiuma viene lasciata decomporsi dando luogo ad un "liquido chiaro" che discende nel successivo piatto inferiore attraverso una parte del piatto chiamata qui downcomer. A causa dell'elevato impatto economico del costo della colonna e dell'importanza di una buona separazione, cosa che è richiesta dalla maggior parte dei processi di raffinazione e petrolchimici, vi è stato un grosso lavoro di sviluppo nell'area della progettazione di piatti di frazionamento. Fractionation plates are used inside distillation columns as a means to favor vapor-liquid contact and the formation of foams which leads to an exchange of compounds between vapor and liquid phases on the basis of their relative volatility. The plates are spaced at homogeneous vertical distances with reference to the distance between the plates. The dishes have separate areas intended for the upward passage of the steam, which are normally called the support surfaces of the plate and other surfaces that collect the foam. The foam is allowed to decompose giving rise to a "clear liquid" which descends into the next lower plate through a part of the plate here called downcomer. Due to the high economic impact of the cost of the column and the importance of good separation, which is required by most refining and petrochemical processes, there has been a lot of development work in the area of plate design. splitting up.

Alcuni piatti, come i piatti a più downcomer, presentano il vantaggio di essere capaci di trattare alte portate di liquido. Altri, quali i piatti a doppio flusso, presentano il vantaggio di un basso costo. Comunque, la maggior parte dei tipi di piatto hanno anche almeno una caratteristica o svantaggio che limita le loro prestazioni o la loro applicazione a separazioni particolari. La progettazione delle colonne implica quindi spesso un compromesso fra varie caratteristiche di progettazione per i piatti allo scopo di ottenere il miglior compromesso di caratteristiche di costo e di prestazioni su tutta la gamma prevista di condizioni operative. Uno degli svantaggi di alcuni piatti è un elevato costo di produzione del piatto, che è grandemente influenzato dalla complessità della sua progettazione. Più numerosi sono i pezzi richiesti per montare un piatto, tanto più elevato sarà il costo di fabbricazione e quindi di assemblaggio dei pezzi nel piatto finito. Un piatto a doppio flusso è un piatto molto semplice e presenta il vantaggio di bassi costi di produzione e installazione. Un piatto a doppio flusso comprende tipicamente un piano piatto con perforazioni uniformi di dimensione grande abbastanza per permettere sia al liquido di scendere che al vapore di salire attraverso le stesse aperture. I piatti a doppio flusso, quindi, non presentano downcomer od altri accessori, e sono di costo basso. Comunque, i piatti a doppio flusso tendono a lavorare non molto bene con diametri di piatto maggiori di 4 piedi. I piatti a doppio flusso presenteranno normalmente una superficie di piatto aperta provvista di perforazioni di circa il 20-40%. Al contrario, il piano dei piatti di un normale piatto con aperture per flusso incrociato o un piatto a più downcomer normalmente avranno un'area aperta minore del 20%. Some dishes, such as multi-downcomer dishes, have the advantage of being able to handle high flow rates of liquid. Others, such as dual flow trays, have the advantage of low cost. However, most plate types also have at least one feature or disadvantage that limits their performance or application to particular separations. Column design therefore often involves a trade-off between various platter design features in order to achieve the best compromise of cost and performance characteristics over the expected range of operating conditions. One of the disadvantages of some trays is a high cost of manufacturing the tray, which is greatly influenced by the complexity of its design. The more pieces required to assemble a plate, the higher the cost of manufacturing and therefore of assembling the pieces in the finished plate. A dual-flow plate is a very simple plate and has the advantage of low manufacturing and installation costs. A dual flow plate typically comprises a flat plate with uniform perforations large enough to allow both liquid to descend and vapor to rise through the same openings. The double flow trays, therefore, do not have downcomers or other accessories, and are of low cost. However, dual flow platters tend to work not very well with platter diameters greater than 4 feet. Dual-flow trays will normally have an open platen surface with perforations of approximately 20-40%. In contrast, the platter plane of a normal cross-flow port or multi-downcomer platter will normally have an open area of less than 20%.

I piatti ondulati sono simili ai piatti a doppio flusso ma presentano variazioni nell'altezza del piano operativo del piatto come mostrato nel brevetto precedentemente citato n. US-A-2767967. Queste variazioni forniscono depressioni che permettono al liquido di raccogliersi e di arrivare al piatto successivo in modo molto simile ad un downcomer. Piatti a flusso doppio e ondulati sono molto sensibili agli scostamenti dalle condizioni ottimali di progettazione delle velocità di flusso del fluido. The corrugated trays are similar to the double flow trays but exhibit variations in the height of the working plane of the tray as shown in the aforementioned patent no. US-A-2767967. These variations provide depressions that allow the liquid to collect and get to the next plate much like a downcomer. Double flow and corrugated plates are very sensitive to deviations from the optimal design conditions of fluid flow rates.

Un tipo specifico di piatto è il piatto a più downcomer descritto nei brevetti precedentemente citati n. US-3410540 e n. 5382390. Questo piatto è anche descritto in un articolo che appare a pag. 72 del The Oil and Gas Journal datato 3 Aprile 1978. Questo articolo comprende una figura che mostra le caratteristiche di base di un piatto a più downcomer comprendente una pluralità di downcomer allungati paralleli a forma di vaschetta uniformemente spaziati sulla superficie del piatto, con strisce di superficie operativa planare disposte fra questi. A specific type of platter is the multi-downcomer platter described in the previously cited patents n. US-3410540 and no. 5382390. This dish is also described in an article that appears on p. 72 of The Oil and Gas Journal dated April 3, 1978. This article includes a figure showing the basic characteristics of a multi-downcomer platter comprising a plurality of parallel elongated tub-shaped downcomers evenly spaced across the surface of the platter, with strips of planar operating surfaces arranged between them.

I tradizionali piatti a flusso incrociato utilizzano downcomer che si estendono verso il basso fino ad una posizione vicina al successivo piatto inferiore per trattare il flusso liquido e ottenere una più elevata efficienza di piatto, ma talvolta presenta lo svantaggio di essere più costoso nella fabbricazione e nel montaggio. Il più semplice piatto a flusso incrociato presenta soltanto un downcomer di uscita. Piatti a molti passaggi complicati possono avere due, tre o quattro ingressi e uscite separate, ciascuna delle quali normalmente presenta un stramazzo di uscita che controlla il livello del liquido del piatto. Traditional cross-flow trays use downcomers that extend downward to a position close to the next lower tray to treat the liquid flow and achieve higher tray efficiency, but sometimes has the disadvantage of being more expensive to manufacture and assembly. The simpler cross-flow plate only features an outlet downcomer. Complex multi-pass platters may have two, three, or four separate inlets and outlets, each of which normally has an outlet weir that controls the liquid level of the platter.

Quindi esiste una ampia varietà di diversi modi di costruzione del piatto che possono impiegare la presente invenzione. Si ritiene che la presente invenzione possa essere utilizzata per aumentare le prestazioni di molti diversi tipi di piatti, comprendenti i piatti a più downcomer, piatti a doppio flusso, piatti ondulati e piatti a flusso incrociato che hanno una varietà di strutture di downcomer. Thus there is a wide variety of different ways of constructing the plate which can employ the present invention. It is believed that the present invention can be used to increase the performance of many different types of platters, including multi-downcomer platters, dual-flow platters, corrugated platters, and cross-flow platters that have a variety of downcomer designs.

E' un oggetto della presente invenzione fornire un piatto di frazionamento ondulato da utilizzarsi nella distillazione frazionata. Costituisce un ulteriore obbiettivo della presente invenzione fornire un piatto di frazionamento a basso costo e ad alta capacità di vapore. E' un obbiettivo specifico dell'invenzione fornire un piatto di frazionamento a costo ridotto e a capacità di vapore elevate. It is an object of the present invention to provide a corrugated fractionation plate to be used in fractional distillation. It is a further object of the present invention to provide a low cost, high steam capacity fractionation plate. It is a specific object of the invention to provide a fractionating plate at low cost and with high steam capacity.

E' uno specifico oggetto dell'invenzione fornire piatti di frazionamento a più downcomer con aumentata capacità di vapore in una elevata capacità di liquido. It is a specific object of the invention to provide multi-downcomer fractionation plates with increased vapor capacity in a high liquid capacity.

Questi oggetti sono stati conseguiti mediante la scoperta che la disposizione di uno strato di materiale di griglia a bassa area superficiale sulla superficie di un piatto di frazionamento, permette al piatto di operare con velocità di vapore verso l'alto molto maggiori senza il cosiddetto "allagamento". Cioè, il piatto è capace di operare in modo efficace, con velocità di gas molto maggiori secondo la presente invenzione piuttosto che senza essa. These objects were achieved by the discovery that placing a layer of low surface area grid material on the surface of a fractioning plate allows the plate to operate with much higher upward steam velocities without so-called "flooding. ". That is, the platter is capable of operating effectively, with much higher gas velocities according to the present invention than without it.

L'invenzione in oggetto fu accidentalmente trovata durante prove che intendevano disporre di un mezzo per aumentare la capacità di liquido e l'efficacia dei piatti. E' stato trovato che questo aumentava in modo inatteso la capacità di vapore di piatti a più downcomer e forniva un mezzo per migliorare la capacità del piatto e della colonna. La presente invenzione fornisce anche un modo per superare gli svantaggi inerenti in alcune progettazioni di piatti e quindi fornire un più ampio intervallo di scelta di piatti nella progettazione di una colonna di distillazione frazionata. The subject invention was accidentally found during tests which intended to have a means of increasing the liquid capacity and effectiveness of the dishes. This was found to unexpectedly increase the steam capacity of platters to multiple downcomers and provided a means of improving platter and column capacity. The present invention also provides a way to overcome inherent drawbacks in some plate designs and thus provide a wider range of plate choices in the design of a fractional distillation column.

La presente invenzione è stata trovata durante prove per determinare le caratteristiche di prestazioni di configurazioni di piatti che avevano riempimenti casuali o caricati aventi elevata area superficiale disposti al di sopra dei piatti di una colonna. La griglia a bassa area superficiale è stata utilizzata per sostenere il riempimento ad elevata area superficiale. Una prova eseguita senza riempimenti ad elevata area superficiale sul piatto rilevò i benefici dell'invenzione. La prova fu eseguita utilizzando soltanto il singolo strato di griglie a bassa area superficiale, che erano state impiegate per sostenere il riempimento con elevata area superficiale. Il piatto utilizzato in questa prova era un piatto a molti downcomer avente downcomer a forma di V descritto più compiutamente nel brevetto n. US-5407605. The present invention was found during tests to determine the performance characteristics of plate configurations that had random or loaded fills having high surface area arranged above the plates of a column. The low surface area grid was used to support the high surface area infill. A test performed without high surface area fillings on the plate revealed the benefits of the invention. The test was performed using only the single layer of low surface area grids, which had been used to support the high surface area infill. The platter used in this test was a platter with many downcomers having a V-shaped downcomer described more fully in patent no. US-5407605.

A seguito della scoperta dei benefici di uno strato sottile di griglia, la prestazione dei sistemi di piatti comprendente strati di griglie a bassa area superficiale 35 cm (13,75 in) e 56 cm (22 in) determinata separatamente. Le griglie erano semplicemente disposte sulla griglia superiore del piatto, che utilizzava downcomer a forma di V. Le griglie erano "Snap Grids" della Nutter Engineering, ciascuna griglia essendo alta circa 70 mm (2,75 in) e avente una distanza di circa 2,5 cm (1 in) fra le lamine parallele. Queste griglie avevano un'area sperficiale di circa 12 ft<2>/ft<3>. La distanza verticale dei piatti è di 76 cm (30 in) essendo utilizza acqua e aria come fluidi operativi. L'acqua e l'aria sono ottimi simulanti degli idrocarburi semplici. Mentre i piatti a più downcomer sono normalmente progettati per operare ad un fattore F di circa 0,30 fps, si è trovato che l'apparecchiatura di piatti aumentati con griglie funzionava senza allagamento a fattori F tra 0,51 e 0,60 fps. Era molto sorprendente osservare che anche a queste elevate velocità di vapore i piatti non venivano asciugati. Le griglie sembravano stabilizzare la schiuma e ritardare la transizione, a partire da un regime di schiuma ad un regime di spray. In modo ancora più importante le griglie sembravano essere ben bagnate e capaci di favorire il trasferimento di massa. Following the discovery of the benefits of a thin grid layer, the performance of platter systems comprising 35 cm (13.75 in) and 56 cm (22 in) low surface area grid layers was determined separately. The grids were simply arranged on the top grill of the pan, which used V-shaped downcomers. The grids were Nutter Engineering's "Snap Grids", each grid being approximately 70 mm (2.75 in) high and having a spacing of approximately 2 , 5 cm (1 in) between the parallel laminae. These grids had a spatial area of approximately 12 ft <2> / ft <3>. The vertical distance of the plates is 76 cm (30 in) as it uses water and air as operating fluids. Water and air are excellent simulants of simple hydrocarbons. While multi-downcomer platters are normally designed to operate at an F-factor of about 0.30 fps, the augmented platter equipment with grids was found to operate without flooding at F-factors between 0.51 and 0.60 fps. It was very surprising to observe that even at these high steam rates the dishes were not dried. The grids appeared to stabilize the foam and delay the transition, starting from a foam regime to a spray regime. More importantly, the grids appeared to be well wet and capable of promoting mass transfer.

Il termine "griglia a bassa area superficiale" intende riferirsi ad una struttura formata da una serie di lamine parallele altamente non perforate che presentano almeno una maggior parte di ciascuna lama a forma di parete allineata sostanzialmente perpendicolare alla superficie del piano operativo del piatto e rigidamente fissata una rispetto all'altra in modo da formare una griglia tridimensionale o schermo. Le griglie o i fasci di griglie a bassa area superficiale dell'invenzione presentano una area superficiale da circa 6 a circa 24 ft<2>/ft<3>. Questa bassa area superficiale differenzia queste griglie da griglie a struttura a nido d'ape che presentano pareti spaziate in modo più ravvicinato. The term "low surface area grid" is intended to refer to a structure formed by a series of highly non-perforated parallel sheets having at least a majority of each wall-shaped blade aligned substantially perpendicular to the surface of the operating plane of the plate and rigidly fixed relative to each other to form a three-dimensional grid or screen. The low surface area grids or bundles of the invention have a surface area of from about 6 to about 24 ft <2> / ft <3>. This low surface area differentiates these grids from honeycomb structure grids that have more closely spaced walls.

Sistemi di griglie a bassa area superficiale per l'uso nella presente invenzione sono commercialmente disponibili. Adatti esempi sono la "Snap Grid" venduta dalla Nutter Engineering, "C-Grid" venduta da Glitsch Ine. e la "Flexigrid" n. 2 & 3 venduta da Koch Engineering. Queste griglie sono caratterizzate dal fatto di essere costituite da lame di metallo relativamente liscio avente soltanto poche grandi aperture se perforato. Le singole lamine di metallo si estendono orizzontalmente attraverso il fascio di griglie e sono normalmente mantenute in posizione da elementi perpendicolari che qui sono definiti come traverse. Queste traverse sono aste o altri connettitori di piccola dimensione la cui funzione primaria è di mantenere fisse le lamine. Alternativamente, le lamine possono incrociarsi l'una con l'altra con una pluralità di angoli per formare canali verticali che hanno una sezione quadrata o a diamante eliminando quindi la necessità delle traverse. In una tipica griglia le pale singole sono circa alte 7 cm e distanziate l'una dall'altra a distanze orizzontali da circa 2,5 a 7 cm. Una minima distanza fra le lamine di almeno 5 cm è preferita. Le lamine sono generalmente allineate in direzione verticale. Le lamine, preferibilmente, presentano 1 o 2 piegature per dar luogo a lamine a struttura tridimensionale, che è un'altra caratteristica distintiva in confronto con i riempimenti strutturati ad elevata area superficiale. Questa costruzione da luogo ad una struttura globale di griglia che ha una bassa area superficiale e grandi volumi di aperture ed una relativamente bassa caduta di pressione quando è in funzione. Low surface area grid systems for use in the present invention are commercially available. Examples are the "Snap Grid" sold by Nutter Engineering, "C-Grid" sold by Glitsch Ine. and the "Flexigrid" n. 2 & 3 sold by Koch Engineering. These grids are characterized in that they consist of relatively smooth metal blades having only a few large openings when perforated. The individual metal sheets extend horizontally across the bundle of grids and are normally held in place by perpendicular elements which are referred to here as crossbeams. These cross members are rods or other small-sized connectors whose primary function is to keep the laminae fixed. Alternatively, the foils can cross each other at a plurality of angles to form vertical channels that have a square or diamond cross-section thereby eliminating the need for cross members. In a typical grid the individual blades are approximately 7 cm high and spaced from each other at horizontal distances of approximately 2.5 to 7 cm. A minimum distance between the sheets of at least 5 cm is preferred. The foils are generally aligned vertically. The foils preferably have 1 or 2 folds to give rise to foils with a three-dimensional structure, which is another distinctive feature in comparison with structured fillings with a high surface area. This construction results in an overall grid structure that has a low surface area and large volumes of openings and a relatively low pressure drop when in operation.

In confronto con questo riempimento a griglia, un riempimento "caricato" o "casuale" presenta tipicamente un'area superficiale da circa 20 a circa 75 ft<2>/ft<3>. Questi materiali hanno questi nomi in quanto essi vengono normalmente messi in una colonna di contatto caricandoli letteralmente nella colonna. Esempi di riempimenti caricati disponibili commercialmente comprendono gli anelli Pali e gli anelli Raschig. Questi materiali vengono commercializzati in varie dimensioni scelte sulla base di applicazioni specifiche e di velocità di flusso desiderate, ecc. In comparison with this grid fill, a "loaded" or "random" fill typically has a surface area of about 20 to about 75 ft <2> / ft <3>. These materials have these names as they are normally put into a contact column by literally loading them into the column. Examples of commercially available filled fillings include Pali rings and Raschig rings. These materials are marketed in various sizes selected based on specific applications and desired flow rates, etc.

Riempimenti ad "alta area superficiale" intendono riferirsi a riempimenti sia strutturati che casuali (random) aventi un'area superficiale maggiore di circa 45 ft<2>/ft<3>. "High surface area" fills are intended to refer to both structured and random (random) fills having a surface area greater than approximately 45 ft <2> / ft <3>.

L'espressione "riempimento strutturato" viene utilizzata per riferirsi ad un materiale prodotto più costoso tipicamente formato da strisce di basso spessore perforate e corrugate di metallo avvolto a spirali o mantenuto parallelo l'uno con l'altro in altro modo con qualche forma di sollecitazione. Le strisce di metallo sono molto più vicine fra loro di quanto non lo sia il riempimento con griglie a bassa area superficiale, avendo distanze tipiche di circa 1-2 cm. Le strisce singole possono essere mantenute separate soltanto dal contatto fisico delle corrugazioni o delle superfici piegate di strisce adiacenti. Questi materiali sono tipicamente disposti in una colonna nella forma di cubi o spessori dimensionabili aventi uno spessore maggiore di circa 10 cm, una larghezza maggiore di circa 25 cm e una dimensione globale che permetta un facile inserimento nella colonna mediante passi d'uomo o altre aperture disponibili. Esempi di questi materiali sono mostrati nei riferimenti citati sopra. Il riempimento strutturato di questa natura presenta un'area superficiale nell'intervallo da circa 30 a circa 210 ft<2>/ft<3 >e preferibilmente superiore a 100 ft<2>/ft<3>. The term "structured fill" is used to refer to a more expensive product material typically formed from low thickness perforated and corrugated strips of metal coiled in spirals or held parallel to each other in some other way with some form of stress. . The metal strips are much closer to each other than the low surface area grid fill, having typical distances of about 1-2 cm. The individual strips can only be kept separate by physical contact of the corrugations or folded surfaces of adjacent strips. These materials are typically arranged in a column in the form of cubes or dimensionable thicknesses having a thickness greater than about 10 cm, a width greater than about 25 cm and an overall dimension that allows easy insertion into the column by means of manholes or other openings. available. Examples of these materials are shown in the references cited above. Structured backfill of this nature has a surface area in the range of about 30 to about 210 ft <2> / ft <3> and preferably greater than 100 ft <2> / ft <3>.

Un quarto tipo di materiale di contatto o di riempimento è costituito da una "garza" ed è fatto da un gran numero di gli di bassa sezione fissati o tessuti insieme per mantenere una forma apribile. La superficie di questo materiale è tipicamente di circa 150 ft<2>/ft<3>. A fourth type of contact or filler material consists of a "gauze" and is made from a large number of low-section gels that are fastened or woven together to maintain an openable shape. The surface area of this material is typically around 150 ft <2> / ft <3>.

I disegni allegati illustrano come forma di esempio alcune realizzazioni della presente invenzione. Riferendoci ora ai disegni, la figura 1 rappresenta una realizzazione nella quale lo strato inferiore della griglia 3 a bassa area superficiale si appoggia sul bordo superiore 16 della parete laterale dei downcomer rettangolari 12 che vengono utilizzati sul piatto di frazionamento a più downcomer 2. Altre figure mostrano realizzazioni con altri tipi di piatti. Una variazione strutturale del piatto è il numero di sottostrati di griglia che si trovano sulla parte superiore del piatto. Mentre la figura 1 mostra tre sottostrati, questo è facoltativo come illustrato in altre figure. Ancora un'altra variazione importante mostrata nella figura 1 si riferisce all'allineamento direzionale delle lamine 8 delle griglie 3. Le lamine sul piatto superiore sono tutte parallele mentre le lamine nel sottostrato intermedio sul piatto inferiore sono perpendicolari agli sottostrati adiacenti. Ciascun downcomer rettangolare 12 di questo piatto è costituito da due pareti laterali 32 parallele e due pareti laterali 33 parallele. Una piastra inferiore 34 chiude la porzione inferiore del downcomer e l'estremità superiore è totalmente aperta fornendo un'entrata rettangolare al downcomer. La piastra inferiore di ciascun downcomer e/o le pareti laterali presentano una pluralità di perforazioni per permettere al liquido raccolto di uscire e cadere sul materiale di riempimento disposto sotto. The accompanying drawings illustrate as exemplary embodiments some embodiments of the present invention. Referring now to the drawings, Figure 1 represents an embodiment in which the lower layer of the low surface area grid 3 rests on the upper edge 16 of the side wall of the rectangular downcomers 12 which are used on the multi-downcomer fractionation plate 2. Other figures show creations with other types of dishes. A structural variation of the plate is the number of grid substrates that are on the top of the plate. While Figure 1 shows three substrates, this is optional as illustrated in other figures. Still another important variation shown in Figure 1 relates to the directional alignment of the foils 8 of the grids 3. The foils on the upper plate are all parallel while the foils in the intermediate substrate on the lower plate are perpendicular to the adjacent substrates. Each rectangular downcomer 12 of this plate consists of two parallel side walls 32 and two parallel side walls 33. A lower plate 34 closes the lower portion of the downcomer and the upper end is fully open providing a rectangular inlet to the downcomer. The lower plate of each downcomer and / or the side walls have a plurality of perforations to allow the collected liquid to exit and fall onto the filling material arranged below.

In questa realizzazione uno spazio dimensionabile "S" che denota un volume cilindrico vuoto nella colonna, viene lasciato ha il bordo inferiore del piatto superiore, misurato dalla parte bassa del downcomer 12, e la superficie superiore del fascio 3 di griglie superiore sostenuto dal piatto di frazionamento più basso. La presenza di questo spazio vuoto dimensionabile normalmente presente fra i piatti è preferito se la distanza fra i piatti nella colonna lo permette. La distanza fra i piatti è il termine utilizzato per descrive la distanza verticale da piano operativo e piano operativo dei piatti. In this embodiment, a dimensionable space "S" which denotes an empty cylindrical volume in the column, is left with the lower edge of the upper plate, measured from the lower part of the downcomer 12, and the upper surface of the upper grid bundle 3 supported by the lower fractionation. The presence of this dimensionable empty space normally present between the plates is preferred if the distance between the plates in the column allows it. The distance between the platters is the term used to describe the vertical distance from the operating plane and operating plane of the platters.

Nella figura 2 sono mostrati una coppia di piatti 2 a doppio flusso sostenuti da un anello circolare 19 fissato alla superficie interna della parete cilindrica della colonna 1. I piatti a doppio flusso sono particolari in quanto essi non presentano downcomer. Le aperture relativamente grandi 15 nel piano operativo del piatto sono sufficientemente grandi per permettere al liquido di "colare" verso il basso alla velocità richiesta attraverso le perforazioni mentre il flusso totale di vapore viene passando contemporaneamente attraverso l'alto nelle stesse perforazioni. In questa realizzazione un fascio di tre sottostrati di griglie 3 si appoggia direttamente sulla striscia superiore del piano operativo del piatto inferiore. Essi non vengono mostrati per il piatto inferiore. Elementi facoltativi illustrati in questa figura comprendono un letto 4 di riempimento casuale ad elevata area superficiale supportato sopra lo strato di griglie a bassa area superficiale mediante mezzi di supporto separati come il telaio perforato 11. Questo fornisce un volume cilindrico vuoto "v". Uno strato facoltativo di griglie a bassa superficie 3 può essere impiegato al di sopra del riempimento caricato se si desidera. Preferibilmente, vi sarà un volume vuoto cilindrico basso fra la parte superiore di questo strato facoltativo di griglie superiore e la parte inferiore del piatto superiore. Figure 2 shows a pair of double flow trays 2 supported by a circular ring 19 fixed to the internal surface of the cylindrical wall of the column 1. The double flow trays are particular in that they do not have downcomers. The relatively large openings 15 in the operating plane of the plate are large enough to allow the liquid to " flow " downward at the required rate through the perforations while the total flow of steam is simultaneously passing through the top in the same perforations. In this embodiment, a bundle of three substrates of grids 3 rests directly on the upper strip of the operating plane of the lower plate. They are not shown for the bottom plate. Optional elements illustrated in this figure include a high surface area random fill bed 4 supported above the low surface area grid layer by separate support means such as the perforated frame 11. This provides a hollow cylindrical volume "v". An optional layer of low surface grids 3 can be employed on top of the loaded fill if desired. Preferably, there will be a low cylindrical void volume between the top of this optional upper grid layer and the bottom of the top plate.

La figura 3 illustra la presente invenzione utilizzata in una colonna di frazionamento avente piatti di frazionamento convenzionali di flusso incrociato. In questo tipo di piatto un singolo downcomer allungato formato dalla corda verticale della parete del downcomer 14 e la superficie interna di una parte della parete della colonna 30 trasporta il liquido raccolto sul piatto superiore 2 al successivo piatto. Il liquido che fluisce da downcomer incontra una porzione non perforata del piano operativo del piatto 2, chiamato coppa di ricevimento, e quindi fluisce orizzontalmente attraverso il piatto ricevente. Il liquido infine fluisce sopra uno stramazzo 13 sul lati opposto del piatto ed entra in un altro downcomer che dirige il liquido ad un altro successivo piatto di frazionamento inferiore. La struttura del tipo a sandwich facoltativa di un piatto superiore di griglie 3 a bassa area superficiale, uno strato intermedio di riempimento 4 e una porzione inferiore comprendente tre sottostrati di griglie di bassa area superficiale è simile alla realizzazione della figura 2 con l'eccezione che non vi è il volume vuoto intermedio. I tre sottostrati di griglia sono allineati in direzioni diverse. Lo strato intermedio è preferibilmente ruotato perpendicolarmente agli altri due strati. Figure 3 illustrates the present invention used in a fractionation column having conventional cross-flow fractionation plates. In this type of plate a single elongated downcomer formed by the vertical chord of the wall of the downcomer 14 and the inner surface of a part of the wall of the column 30 carries the liquid collected on the upper plate 2 to the next plate. The liquid flowing from the downcomer encounters an unperforated portion of the operating plane of the tray 2, called the receiving cup, and then flows horizontally through the receiving tray. The liquid finally flows over a weir 13 on the opposite side of the plate and enters another downcomer which directs the liquid to another subsequent lower fractionating plate. The optional sandwich-type structure of an upper plate of low surface area grids 3, an intermediate filler layer 4 and a lower portion comprising three substrates of low surface area grids is similar to the embodiment of Figure 2 with the exception that there is no intermediate empty volume. The three grid substrates are aligned in different directions. The intermediate layer is preferably rotated perpendicular to the other two layers.

Il sottostrato inferiore di griglia a bassa area superficiale è supportato ad una distanza "h" al di sopra della superficie superiore del piatto di frazionamento inferiore mediante mezzi di supporto di griglia 18 che si estendono dalla parete 30 del recipiente fino alla parete a corda 14 del donwcomer. La griglia potrebbe anche essere sostenuta da sporgenze verso l'alto provenienti dal piatto, destinate principalmente per questo scopo, mediante altre parti del piatto o mediante bracci fissati alla griglia. La distanza "h" è preferibilmente uguale ad un terzo dell'altezza di una lama del fascio di griglie. In questa realizzazione il vapore passa verso l'alto attraverso i fori 15 nel piano operativo del piatto e salgono verso l'alto trasportando la schiuma nel fascio di griglie di bassa area superficiale. Mentre questo bagnerà la superficie del fascio di griglie, il vapore che sale non può portare il liquido a una distanza apprezzabile al di sopra della griglia. Il letto 4 sarà inefficace se asciutto. Quindi un mezzo non mostrato sul disegno, viene utilizzato per dirigere una parte del liquido dal piano operativo 31 sul successivo piatto superiore sulla superficie superiore del piatto 4 del materiale di riempimento disposto fra i piatti. Questi dispositivi possono avere la forma di perforazioni di largo diametro poco distanziate nel piano operativo che permettono di far colare, di formare canali o anche sistemi di tubazioni a valvole. The lower surface area grid substrate is supported at a distance "h" above the upper surface of the lower fractionating plate by grid support means 18 extending from the vessel wall 30 to the chord wall 14 of the donwcomer. The grill could also be supported by upward protrusions from the pan, intended primarily for this purpose, by other parts of the pan or by arms attached to the grill. The distance "h" is preferably equal to one third of the height of a blade of the grid bundle. In this embodiment, the steam passes upwards through the holes 15 in the operating plane of the plate and rises upwards carrying the foam in the bundle of grids with a low surface area. While this will wet the surface of the grate bundle, the rising vapor cannot carry the liquid any appreciable distance above the grate. Bed 4 will be ineffective if dry. Then a means not shown in the drawing is used to direct a part of the liquid from the operating plane 31 onto the next upper plate on the upper surface of the plate 4 of the filling material arranged between the plates. These devices can take the form of large diameter perforations with little spacing in the operating plane which allow to pour, to form channels or even valve piping systems.

La figura 4 è una sezione verticale di una parte di colonna di frazionamento 1 che impiega ancora un'altra realizzazione dell'invenzione. La colonna comprende un'altra parete esterna cilindrica, una estremità superiore chiusa (20) e una estremità inferiore chiusa (21). Una corrente di alimentazione comprendente diversi composti chimici che devono essere separati viene caricata nella colonna nel punto fissato dal calcolo e dalla pratica operativa. Nella realizzazione mostrata nella figura, la corrente di carica entra attraverso la linea di alimentazione (22). Il vapore di testa viene asportato dalla colonna attraverso la linea (23) che passa in un condensatore di testa convenzionale non mostrato. La condensazione di questo vapore forma un liquido che è parzialmente rimandato come riflusso attraverso la linea di ritorno del riflusso (26). In fondo alla colonna il liquido viene asportato attraverso la linea (24). Una parte di questo liquido di fondo viene fatto passare in un ribollitore industriale non mostrato che preferibilmente vaporizza almeno una parte del liquido di fondo e genera il fluido del ribollitore rimandato in colonna attraverso la linea di fondo (25). L'invenzione in oggetto potrebbe essere impiegata in altre configurazioni di colonna. Ad esempio la colonna potrebbe essere costruita come una semplice colonna di strippaggio, nella quale la corrente di carica entra in cima o vicina alla cima della colonna. Figure 4 is a vertical section of a fractionation column part 1 employing yet another embodiment of the invention. The column comprises another cylindrical outer wall, a closed upper end (20) and a closed lower end (21). A feed stream comprising several chemical compounds that need to be separated is charged into the column at the point set by calculation and operational practice. In the embodiment shown in the figure, the charge current enters through the supply line (22). The overhead vapor is removed from the column through line (23) which passes into a conventional overhead condenser not shown. The condensation of this vapor forms a liquid which is partially returned as a reflux through the return line of the reflux (26). At the bottom of the column, the liquid is removed through the line (24). A part of this bottom liquid is passed into an industrial reboiler not shown which preferably vaporizes at least a part of the bottom liquid and generates the reboiler fluid returned to the column through the bottom line (25). The subject invention could be used in other column configurations. For example, the column could be constructed as a simple stripping column, in which the charge current enters the top or near the top of the column.

La superficie in sezione cilindrica interna della colonna 1 è divisa in compartimenti da una pluralità di piatti 2 di frazionamento con più downcomer spaziati uniformemente. Mentre solo due piatti sono mostrati nella figura, le colonne commerciali contengono un totale da 10 fino a 100 di questi piatti. La distanza in verticale fra la stessa parte di due piatti o lo spazio fra piatti è uniforme in ogni parte della colonna. Comunque esso può essere diverso in ogni parte della colonna come sopra e sotto il punto di alimentazione. Ciascun piatto di frazionamento in questa realizzazione è costituito da una pluralità di downcomer 6 a forma di V che costituiscono il liquido raccolto attraverso le aperture 28 sul riempimento opzionale caricato 4 disposto al di sotto del piatto. Questi piatti comprendono anche sezioni 5 di piani operativi perforati sostanzialmente planari attraverso i quali il vapore sale per arrivare in cima alla colonna. I tre sottostrati di griglie 3 di contatto a bassa area superficiale sono fissati sopra il piatto due di frazionamento 2. Per garantire il trasporto libero della schiuma di contatto del liquido attraverso la porzione del piano operativo del piatto e nei downcomer, il sottostrato di griglie più basse è sospeso a breve distanza sopra la superficie superiore del piatto mediante una pluralità di supporti di griglia a forma di bastoncino 7 che si sporgono verso l'alto dalla superficie del piatto. Mentre il substrato di griglia più basso può appoggiarsi sulla effettiva superficie del piano operativo del piatto è preferito che la griglia più bassa sia mantenuta ad una certa distanza al di sopra della superficie del piano operativo come mostrato nella figura. In molti casi questo avviene automaticamente, in quanto la griglia si appoggia sulla parte superiore di uno stramazzo o di altra proiezione verso l'alto del piatto. The internal cylindrical cross-sectional surface of the column 1 is divided into compartments by a plurality of fractionating plates 2 with multiple uniformly spaced downcomers. While only two plates are shown in the figure, the trade columns contain a total of 10 to 100 of these plates. The vertical distance between the same part of two plates or the space between plates is uniform in every part of the column. However, it can be different in each part of the column such as above and below the feed point. Each fractionation plate in this embodiment consists of a plurality of V-shaped downcomers 6 which constitute the liquid collected through the openings 28 on the optional loaded filler 4 arranged below the plate. These plates also include sections 5 of substantially planar perforated operating planes through which the steam rises to reach the top of the column. The three low surface area contact grid substrates 3 are fixed above the fractionation plate 2. basso is suspended a short distance above the upper surface of the dish by a plurality of rod-shaped grid supports 7 which project upwardly from the surface of the dish. While the lower grid substrate may rest on the actual operating plane surface of the platter it is preferred that the lower grid be maintained some distance above the operating plane surface as shown in the figure. In many cases this happens automatically, as the grid rests on top of a weir or other upward projection of the pan.

Disposto immediatamente al di sopra del più alto dei tre sottostrati si trova un telaio 11 poroso di supporto e contenimento del riempimento caricato facoltativo 4 disposto al di sopra del fascio di griglie. Questo riempimento di elevata area superficiale può essere uno qualsiasi di uno dei riempimenti disponibili in commercio convenzionali destinati al contatto vapore liquido. In questa realizzazione questo materiale di riempimento caricato riempie una ampia porzione dello spazio vuoto cilindrico fra la coppia di piatti di frazionamento che si estendono verso l'alto fino ad un telaio di trattenuta di materiale di riempimento 10. Appena sopra il telaio di contenimento del riempimento 10, uno strato opzionale superiore di struttura di griglie di bassa area superficiale formato da uno strato di griglie singole 3 forma l'elemento superiore del materiale del sandwich disposto fra la coppia di piatti di frazionamento in questa realizzazione. La parte superiore di queste griglie è intenzionalmente distanziata dalla parte più bassa del successivo piatto superiore. Si deve notare che questa struttura a sandwich è una estensione estrema di una realizzazione. Normalmente una considerevole percentuale del volume cilindrico viene lasciata vuota. Arranged immediately above the highest of the three substrates is a porous support and containment frame 11 for the optional loaded fill 4 arranged above the bundle of grids. This high surface area fill can be any of one of the conventional commercially available fillings intended for liquid vapor contact. In this embodiment this filled filler material fills a large portion of the cylindrical void space between the pair of fractionation plates which extend upwardly to a backfill retaining frame 10. Just above the fill containment frame 10, an optional upper layer of low surface area grid structure formed by a layer of single grids 3 forms the upper element of the sandwich material disposed between the pair of fraction plates in this embodiment. The top of these grids is intentionally spaced from the lowest part of the next top plate. It should be noted that this sandwich structure is an extreme extension of an embodiment. Normally a considerable percentage of the cylindrical volume is left empty.

Mentre nelle figure viene mostrato un riempimento caricato può essere sostituito da qualunque altro riempimento ad elevata area superficiale quale ad esempio un riempimento strutturato. While in the figures a filled fill is shown, it can be replaced by any other fill with a high surface area such as for example a structured fill.

La figura 5 è una vista in sezione di una sezione della colonna di frazionamento 1 contenente una coppia di piatti a setaccio 2 tradizionali a flusso incrociato. Il liquido da sopra fluisce verso il basso attraverso un downcomer cordale formato dalla parete 14 e dalla superficie interna curva della colonna. Il liquido cade sopra la coppa 35 di ricevimento non perforata e quindi percorre orizzontalmente il piano operativo del piatto. Il vapore sale attraverso le perforazioni 15 del piano operativo e causa il contatto vapore-liquido. Il liquido quindi trascina sopra gli stramazzi di uscita ed entra negli ingressi del downcomer che portano al successivo piatto inferiore. La parte inferiore del piatto sostiene tre sottostrati di griglie 3 di bassa area superficiale mentre soltanto un singolo strato di griglie 3 si appoggia sul piatto superiore. In ambedue i casi le griglie 3 sono orientate in modo tale che le lamine 8 vadano dalla coppa di ricevimento allo stramazzo di uscita. Le lamine sono quindi allineate con la direzione generale del liquido e con il movimento della schiuma attraverso il piatto. I due sottostrati superiori del piatto inferiore sono allineati perpendicolarmente con il substrato inferiore di griglie. Figure 5 is a sectional view of a section of the fractionation column 1 containing a pair of traditional cross-flow sieve plates 2. The liquid from above flows downward through a chordal downcomer formed by the wall 14 and the curved inner surface of the column. The liquid falls on the unperforated receiving cup 35 and therefore horizontally travels the operating plane of the tray. The vapor rises through the perforations 15 of the operating plane and causes vapor-liquid contact. The liquid then drags over the outlet weirs and enters the downcomer inlets which lead to the next lower plate. The lower part of the plate supports three substrates of grids 3 of low surface area while only a single layer of grids 3 rests on the upper plate. In both cases the grids 3 are oriented in such a way that the foils 8 go from the receiving cup to the outlet weir. The foils are then aligned with the general direction of the liquid and with the movement of the foam through the plate. The two upper substrates of the lower plate are aligned perpendicularly with the lower substrate of grids.

La figura 6a è una vista ingrandita presa lateralmente di una piccola parte di una griglia a bassa area superficiale. Ciascuna griglia è costituita da un numero elevato ad esempio da 20 a 40 o più singole pale 8 di griglia. Le pale di griglia non perforate sono mantenute in posizione rigida da una pluralità di traverse di griglia 9 che si estendono attraverso la griglia 3. Le traverse di griglia che mantengono al loro posto le lamine possono semplicemente unirsi in cavi o possono essere saldate a ciascuna delle lamine per formare una struttura rigida sostanzialmente non flessibile. Il fascio globale di griglie può essere teoricamente formato con una struttura a forma di coppa monolitica cilindrica uguale in dimensioni al diametro interno della colonna di frazionamento. Comunque è molto più pratico formare piccole fasce di griglia a forma di sezione rettangolare di 0,3 -0,5 m di larghezza che sono disposte su piatti o su supporti che si estendono attraverso la colonna. I fasci di griglie possono essere fatti in modo da riempire esattamente la distanza fra le pareti di downcomer adiacenti e appoggiarsi sul piano operativo del piatto o sopra i downcomer. La lunghezza di ciascun fascio di griglia può essere uguale alla larghezza della colonna. Figure 6a is an enlarged side view of a small portion of a low surface area grid. Each grid consists of a large number, for example from 20 to 40 or more individual grid blades 8. The non-perforated grid blades are held rigidly by a plurality of grid crosspieces 9 extending across the grid 3. The grid crosspieces holding the foils in place can simply join into cables or can be welded to each of the foils to form a substantially inflexible rigid structure. The overall bundle of grids can theoretically be formed with a cylindrical monolithic cup-shaped structure equal in size to the internal diameter of the fractionation column. However, it is much more practical to form small grid strips in the shape of a rectangular section of 0.3-0.5m wide which are arranged on plates or on supports that extend across the column. The bundles of grids can be made so as to exactly fill the distance between the adjacent downcomer walls and rest on the operating plane of the tray or above the downcomers. The length of each grid bundle can be equal to the column width.

La figura 6b differisce dalla figura 6a in quanto mostra una struttura di griglia costituita da lamine piatte 8 invece delle lamine piegate della figura 6a. Queste lamine daranno luogo ad una caduta di pressione ancora minore ma non sono altrettanto efficaci per aumentare le capacità del piatto. Le lamine di questa figura presentano una pluralità di aperture 29 circolari piuttosto ampie distanziate lungo la loro faccia. Queste aperture sono facoltative ma permetteranno un buon miscelamento sul piatto e un moto della schiuma attraverso le lamine. Le forme di griglia delle figure 6a e 6b hanno in comune le caratteristiche di presentare canali verticali relativamente alti che permettono un flusso di vapore non ostruito verso l'alto. Alcune strutture di griglia presentano parti angolate delle lamine che si incrociano in canali verticali. L'ampiezza dei canali sarà maggiore, tipicamente maggiore di 3 cm, e i canali più uniformi in un riempimento strutturato. Parti delle lamine stesse possono intersecarsi o essere attaccate l'una all'altra in punti diversi eliminando la necessità delle traverse 9 di collegamento di griglie. Figure 6b differs from Figure 6a in that it shows a grid structure consisting of flat plates 8 instead of the folded plates of Figure 6a. These foils will result in an even smaller pressure drop but are not as effective for increasing platter capacities. The sheets of this figure have a plurality of rather wide circular openings 29 spaced along their face. These openings are optional but will allow for good mixing on the platter and motion of the foam across the edges. The grid shapes of Figures 6a and 6b have in common the characteristics of presenting relatively high vertical channels which allow an unobstructed upward flow of steam. Some grid structures have angled portions of the foils that cross in vertical channels. The width of the channels will be greater, typically greater than 3 cm, and the channels more uniform in a structured fill. Parts of the foils themselves can intersect or be attached to each other at different points, eliminating the need for grid connecting crosspieces 9.

Le figure 7 e 8 illustrano dieci diverse strutture alternative (a) - (j) per le lamine 8 del fascio di griglie di bassa area superficiale. Molte altre sono possibili. Nella figura 7 le lamine rappresentative 8 si appoggiano su una barra di supporto orizzontale 27 che può essere parte di un downcomer. Nella figura 8 le lamine si appoggiano direttamente sulla superficie di una sezione di piano operativo perforato del piatto 5. Figures 7 and 8 illustrate ten different alternative structures (a) - (j) for the blades 8 of the low surface area grid bundle. Many others are possible. In Figure 7, the representative foils 8 rest on a horizontal support bar 27 which can be part of a downcomer. In figure 8 the foils rest directly on the surface of a perforated operating plane section of the plate 5.

E' altamente preferito che almeno una parte della struttura di lamina sia inclinata rispetto alla verticale cosicché una parte delle lamine intercetti il flusso di vapore che sale e l'altro lato fornisca una superficie inclinata per aumentare la trattenuta del liquido. Ciò fornisce un maggiore aumento di capacità del piatto per una ragione ancora non conosciuta. La lamina inclinata (h) è il più semplice esempio di tale porzione inclinata. Le lamine bidirezionali più complicate (c) e (f) offrono una maggiore rigidità ma un costo elevato. Non vi sono necessità di piegature acute e si pensa che la superficie inclinata può essere ottenuta con una o più curve come illustrato dalla lamina (e). E' preferibile che la lamina non sia strutturata in una forma tale che crei una forma concava. La forma della lamina (a) è quindi preferita rispetto alla forma della lamina (b). It is highly preferred that at least a portion of the foil structure be inclined to the vertical so that a portion of the foils intercepts the rising vapor flow and the other side provides an inclined surface to increase liquid retention. This provides a greater increase in platter capacity for an as yet unknown reason. The inclined lamina (h) is the simplest example of such an inclined portion. The more complicated bidirectional foils (c) and (f) offer greater rigidity but a high cost. There is no need for sharp bends and it is thought that the sloped surface can be obtained with one or more curves as illustrated by lamina (e). It is preferable that the foil is not structured in such a shape that it creates a concave shape. The shape of the lamina (a) is therefore preferred over the shape of the lamina (b).

Le due lamine 8 di griglia di bassa area superficiale della figura 8 differiscono da quelle della figura 7 in quanto ciascuna lamina ha una o più alette (x, y, z) che si estendono dalla superficie maggiore delle lamine. Le lamine possono sporgere via da ambedue i lati della lamina come mostrato dalle alette y e z della lamina (j), che si estendono in direzioni opposte. Le lamine possono comprendere elementi separati fissati alle lamine per saldatura. Comunque, si preferisce che le alette siano ottenute da una procedura di formazione di metallo convenzionale nel quale diversi tagli vengono praticati nella lamina e l'aletta viene formata piegando lungo la parte non tagliata del metallo alla base dell'aletta. Questa operazione formerà perforazioni nella lamina. Queste perforazioni avranno la forma delle alette e possono aumentare le altre perforazioni della lamina. The two low surface area grid laminae 8 of Figure 8 differ from those of Figure 7 in that each lamina has one or more fins (x, y, z) extending from the major surface of the laminae. The laminae may protrude away from either side of the lamina as shown by the y and z fins of lamina (j), which extend in opposite directions. The foils may comprise separate elements attached to the foils by welding. However, it is preferred that the fins are obtained from a conventional metal forming procedure in which several cuts are made in the foil and the fin is formed by bending along the uncut portion of the metal at the base of the fin. This will form perforations in the lamina. These perforations will have the shape of the fins and may increase the other perforations in the foil.

La figura 9 illustra un piatto di frazionamento a più downcomer che può essere impiegato nella presente invenzione. Il piatto 2 a forma di discoide planare della figura 9 ha sei sezioni 5 di piano operativo, ciascuna delle quali ha un grande numero di perforazioni 15 per il passaggio verso l'alto del vapore. Questo piatto particolare 2 viene illustrato perché presenta cinque downcomer 12 spaziati in modo uniforme sulla superficie del piatto. I downcomer si estendono dal fondo del piatto alla superficie superiore del piatto e sono separate da strisce di piano operativo planare 5 destinate al passaggio del vapore verso l'alto. Tutto il flusso di vapore verso l'alto influisce nella colonna e dovrebbe passare attraverso le perforazioni 15. Ciascun di downcomer costeggia due strisce piatte di piano operativo. Ciascun downcomer presenta una estremità superiore aperta rettangolare formata dall'estensione verso l'alto delle pareti laterali e terminali fra le superfici del piano operativo. In modo simile il downcomer si estende al di sotto del piatto, l'estremità inferiore di ciascun downcomer essendo chiusa da una piastra fissata orizzontale che ha perforazioni che si chiudono con il liquido 17 per il passaggio del liquido. Queste perforazioni 17 del piatto sono dimensionate in modo da permettere insieme il passaggio dell'intero flusso liquido verso il basso nella colonna durante il funzionamento pur tenendo sufficiente liquido nel downcomer per prevenire flussi di vapore verso l'alto. Figure 9 illustrates a multi-downcomer fractionating pan that can be employed in the present invention. The planar discoid-shaped plate 2 of Figure 9 has six operating plane sections 5, each of which has a large number of perforations 15 for the upward passage of steam. This particular platter 2 is illustrated because it features five 12 downcomers spaced evenly across the platter surface. The downcomers extend from the bottom of the plate to the upper surface of the plate and are separated by planar operating plane strips 5 intended for the upward passage of steam. All upward steam flow affects the column and should pass through perforations 15. Each downcomer runs alongside two flat strips of operating plane. Each downcomer has a rectangular open top end formed by the upward extension of the side and end walls between the surfaces of the operating plane. Similarly the downcomer extends beneath the plate, the lower end of each downcomer being closed by a horizontal fixed plate which has perforations which close with liquid 17 for the passage of liquid. These pan perforations 17 are sized to together allow the entire liquid flow to pass down the column during operation while still holding sufficient liquid in the downcomer to prevent upward vapor flows.

La figura 10 illustra una vista in sezione laterale di un downcomer singolo piatto a più downcomer simile alla figura 9 e comprendente quattro downcomer a forma di vaschetta paralleli rettangolari 12 distanziati in tutto il piatto. Una sezione di piano operativo planare 5 è presente su ambedue i lati di ciascun downcomer. La strutture rettangolare dei downcomer permette alle pareti laterali 32 di comportarsi come barre che forniscono supporto verticale alle sezioni del piano operativo. In questa realizzazione le pareti laterali e le pareti terminali 33 sono non perforate, tutto il flusso di liquido che fluisce come corrente verso il basso passa attraverso la pluralità di aperture chiudibili con liquido 17 nelle piastre 34 di chiusura del downcomer. Un singolo strato di griglie 3 di bassa area superficiale comprendenti le lamine 8 sostanzialmente verticali e le traverse di supporto 9 si appoggia direttamente sulla superficie superiore della parte operativa 5 del piatto fra le pareti laterali del downcomer, che si estende verso l'alto oltre la parte inferiore della griglia. Il vapore che sale verso l'alto attraverso le perforazioni 15 quindi urta sulle lamine 8 della griglia. Figure 10 illustrates a side sectional view of a single flat multi-downcomer downcomer similar to Figure 9 and including four rectangular parallel tray-shaped downcomers 12 spaced throughout the plate. A planar operating plane section 5 is present on both sides of each downcomer. The rectangular structure of the downcomers allows the side walls 32 to act as bars providing vertical support to the sections of the operating plane. In this embodiment the side walls and end walls 33 are unperforated, all the liquid flow flowing as a downward current passes through the plurality of liquid closable openings 17 in the closure plates 34 of the downcomer. A single layer of low surface area grids 3 comprising the substantially vertical foils 8 and the support crossbeams 9 rests directly on the upper surface of the operating part 5 of the tray between the side walls of the downcomer, which extends upwards beyond the bottom of the grill. The steam which rises upwards through the perforations 15 then impacts on the sheets 8 of the grid.

La figura 11 è una vista presa guardando verso il basso in una colonna di frazionamento 1 in sezione sopra una colonna di frazionamento 2 a flusso incrociato. Il liquido che cade giù da un downcomer cordale dal precedente piatto sopra di esso, cade sulla coppa non perforata di ricezione 35 e procede orizzontalmente attraverso il piatto 2 verso la parte superiore della figura. Il vapore da sotto sale attraverso un gran numero di aperture di piccolo diametro 15 distribuita in modo uniforme attraverso il piano operativo 5. Per semplicità queste perforazioni 15 sono mostrate soltanto sopra una parte del piatto. Dopo aver raggiunto l'altro lato del piatto a flusso incrociato, il liquido fluisce al di sopra dello stramazzo di uscita 13 e in basso in un downcomer cordale che porta al successivo piatto inferiore. Questo flusso è simile a quello rappresentato nelle figure 3 e 5. Figure 11 is a view taken looking downward in a sectioned fractionation column 1 above a cross-flow fractionation column 2. The liquid that falls down a chordal downcomer from the previous plate above it, falls on the unperforated receiving cup 35 and proceeds horizontally through the plate 2 towards the top of the figure. The steam from underneath rises through a large number of small diameter openings 15 distributed evenly across the operating plane 5. For simplicity these perforations 15 are shown only above a portion of the tray. Upon reaching the other side of the cross-flow tray, the liquid flows over the outlet weir 13 and down into a chordal downcomer leading to the next lower tray. This flow is similar to that shown in Figures 3 and 5.

Una caratteristica primaria distintiva di questa apparecchiatura è la presenza di griglie 3 di bassa area superficiale differentemente angolate sulla superficie del piano operativo. Le griglie sono in forma di diversi fasci piani, ciascun fascio di griglia comprendendo una pluralità di lamine 8 e delle traverse perpendicolari di collegamento 9. Le lamine di diverse fasce sono allineate in direzione diversa come mostrato. Queste griglie sono formate, disposte e allineate in modo tale che il vapore che sale dalla griglia impartisca una forza orizzontale alla schiuma sul piatto, questa forza tendendo a far divergere la nuova schiuma verso i lati del piatto. Ciò è destinato a ridurre la tendenza del liquido a stagnare nelle aree laterali lungo il corso diretto del flusso dalla coppa di ricezione 35 verso lo stramazzo di uscita 13. Una seconda coppia di fasci 3 di griglie angolate disposte sulla metà di uscita del piatto, affretta la raccolta della schiuma da quelle aree e il suo passaggio nel downcomer di uscita. Questi due sistemi di griglie 3 angolate sono separati da una sezione intermedia di griglie che sono allineate parallelamente allo stramazzo di uscita 13. 1 fasci di griglie angolate possono differire dalle 4 mostrate nel disegno e possono essere utilizzate solo su una piccola porzione del piatto. Ad esempio griglie allineate localizzate esclusivamente sul lato di ingresso del piatto possono essere sufficienti per favorire il richiesto movimento di schiuma. Addizionalmente come mostrato sui disegni, porzioni dimensionabili nel piano operativo del piatto possono essere privi di qualunque griglia. Si può notare che questa figura mostra fasci di griglie dello stesso strato allineati in direzioni diverse, al contrario delle prime figure nelle quali i sottostrati erano allineati in direzioni diverse. A primary distinctive feature of this equipment is the presence of grids 3 of low surface area differently angled on the surface of the operating plane. The grids are in the form of several planar beams, each grid bundle comprising a plurality of laminae 8 and perpendicular connecting crosspieces 9. The laminae of different bands are aligned in different directions as shown. These grids are formed, arranged and aligned in such a way that the steam rising from the grate imparts a horizontal force to the foam on the plate, this force tending to cause the new foam to diverge towards the sides of the plate. This is intended to reduce the tendency of the liquid to stagnate in the lateral areas along the direct course of the flow from the receiving sump 35 to the outlet weir 13. A second pair of bundles 3 of angled grids arranged on the outlet half of the pan, hastens the collection of foam from those areas and its passage into the outlet downcomer. These two angled grid systems 3 are separated by an intermediate section of grids which are aligned parallel to the outlet weir 13. The angled grid bundles may differ from the 4 shown in the drawing and can only be used on a small portion of the pan. For example, aligned grids located exclusively on the inlet side of the plate may be sufficient to facilitate the required foam movement. Additionally, as shown in the drawings, portions that can be dimensioned in the operating plane of the plate can be free of any grids. It can be seen that this figure shows bundles of grids of the same layer aligned in different directions, as opposed to the first figures in which the substrates were aligned in different directions.

La griglia a bassa area superficiale può essere di forma di un solo strato o diversi sottostrati. L'altezza della griglia è tale che essa non riempia la superficie fra piatti adiacenti verticalmente. La percentuale della distanza verticale fra piatti riempita da materiale di griglia dipenderà in un certo senso dalla distanza dei piatti e aumenterà con la riduzione dello spazio fra piatti. Si preferisce che fra il 10 e il 75% dello spazio fra i piatti sia riempito con griglie a bassa area superficiale. E' altamente preferito che la griglia a bassa area superficiale riempia meno di una metà dello spazio fra i piatti, mentre è altamente preferito che lo spazio fra i piatti riempito sia meno di un terzo. The low surface area grid can be of a single layer form or several substrates. The height of the grid is such that it does not fill the surface between vertically adjacent plates. The percentage of the vertical distance between plates filled with grid material will depend in a certain sense on the distance of the plates and will increase with the reduction of the space between plates. It is preferred that between 10 and 75% of the space between the plates be filled with low surface area grids. It is highly preferred that the low surface area grid fill less than one half of the space between the plates, while it is highly preferred that the space between the plates filled is less than one third.

L'oggetto dell'invenzione può essere applicato a piatti con più downcomer come descritto nel precedentemente citato brevetto n. US-A-3410540. Piatti a più downcomer presentano diverse caratteristiche fìsiche distintive. Ad esempio, un piatto a più downcomer non ha la coppa di ricevimento mostrata sui piatti a flusso incrociato descritti sopra. La funzione è normalmente effettuata dalla parte non perforata del piano operativo del piatto disposta sotto la parte terminale di un downcomer. E' quindi la superficie di un piatto sopra il quale il liquido discendente attraverso il downcomer urta prima di passare orizzontalmente sul piano operativo perforato del piatto. Le coppe di ricezione sono normalmente disposte sotto il downcomer che porta dal successivo piatto di frazionamento convenzionale superiore come illustrato nelle figure 3, 5 e 11. L’area superficiale orizzontale di un piatto di frazionamento a più downcomer è divisa in aree abbassate che funzionano come mezzi di downcomer, e aree planari di contatto vapore-liquido normalmente indicata come piano operativo. Vi sono superfici non perforate attribuite per la ricezione del liquido che discende dal piatto localizzato immediatamente al di sopra. The object of the invention can be applied to platters with multiple downcomers as described in the previously cited patent no. US-A-3410540. Multi-downcomer cymbals have several distinctive physical characteristics. For example, a multi-downcomer dish does not have the receiving cup shown on the cross-flow trays described above. The function is normally performed by the non-perforated part of the operating plane of the plate arranged under the end part of a downcomer. It is therefore the surface of a plate upon which the liquid descending through the downcomer collides before passing horizontally on the perforated operating plane of the plate. The receiving cups are normally arranged under the downcomer leading from the next upper conventional fractionation plate as illustrated in Figures 3, 5 and 11. The horizontal surface area of a multi-downcomer fractionation plate is divided into lowered areas which function as downcomer means, and planar areas of vapor-liquid contact normally referred to as the operating plane. There are non-perforated surfaces attributed for the reception of the liquid which descends from the plate located immediately above.

Un’altra caratteristica distintiva di un piatto di frazionamento del tipo a più downcomer, è la presenza di un numero relativamente grande di mezzi di downcomer paralleli su un piatto. Ciascun piatto può utilizzare da 1 a 15 downcomer o più. Questi mezzi di downcomer sono spaziati relativamente vicini tra loro rispetto a quelli di più comuni piatti di frazionamento a flusso incrociato in quanto sono sparsi sulla superficie del piatto piuttosto che disposti alla periferia del piatto. La distanza fra downcomer adiacenti (misurata fra le loro pareti laterali) dello stesso piatto a più downcomer sarà fra 0,2 e 1,0 m e preferibilmente meno di 0,5 m. Questo da luogo ad un piatto che presenta una progettazione particolare costituita da alternanze di aree di piano operativo e di mezzi di downcomer uniformemente spaziati sulla superficie superiore del piatto di frazionamento come mostrato nelle figura 4, 9 e 10. Another distinctive feature of a multi-downcomer type fractionation plate is the presence of a relatively large number of parallel downcomer means on a plate. Each dish can use 1 to 15 downcomers or more. These downcomer means are spaced relatively close to each other as compared to those of more common cross-flow fractionation trays as they are scattered over the surface of the tray rather than disposed at the periphery of the tray. The distance between adjacent downcomers (measured between their side walls) of the same plate to multiple downcomers will be between 0.2 and 1.0 m and preferably less than 0.5 m. This gives rise to a plate that has a particular design consisting of alternations of operating plane areas and downcomer means uniformly spaced on the upper surface of the fractioning plate as shown in Figures 4, 9 and 10.

La struttura del downcomer di un piatto a più downcomer è anche particolare se confrontata con i downcomer impiegati su piatti di frazionamento a flusso incrociato. I mezzi di downcomer non si estendono verso il basso fino al successivo piatto di frazionamento. Piuttosto essi si fermano ad un livello intermedio molto più alto realizzato nel volume vuoto fra i due piatti. Il downcomer che discende dal piatto superiore si ferma quindi normalmente molto sopra il piano operativo di un piatto inferiore e sopra l’ingresso ai downcomer del piatto inferiore. L’ingresso ai downcomer di un piatto funziona come lo stramazzo di uscita del piatto, e la parte inferiore dei downcomer è preferibilmente molto inferiore dello stramazzo di uscita del piatto inferiore. Le estremità orizzontali della sezione dei downcomer possono presentare un’ampia varietà di forme che vanno dal rettangolare come dalla figura 1 al triangolare come nella figura 4. The structure of the downcomer of a multi-downcomer plate is also particular when compared with the downcomers used on cross-flow fractionation plates. The downcomer means does not extend downward to the next fractionating plate. Rather they stop at a much higher intermediate level achieved in the empty volume between the two platters. The downcomer that descends from the upper plate therefore normally stops far above the operating plane of a lower plate and above the entrance to the downcomers of the lower plate. The inlet to the downcomers of a plate works as the output weir of the plate, and the lower part of the downcomers is preferably much lower than the output weir of the lower plate. The horizontal ends of the downcomer section can have a wide variety of shapes ranging from rectangular as in figure 1 to triangular as in figure 4.

Una caratteristica molto distintiva del piatto di frazionamento a più downcomer è la presenza di mezzi chiudibili con liquido vicino al fondo del downcomer. Il fondo del downcomer è parzialmente chiuso per ritardare il flusso diretto verso il basso del liquido del downcomer. Ciò causa l’accumulo ed il contenimento di schiuma che permette di separarla in un liquido limpido. Il liquido accumulato chiude il downcomer al flusso verso l’alto del vapore. Questa uscita chiudibile con liquido è disposta molto al di sopra del piano operativo del piatto disposto immediatamente sotto. Preferibilmente esso si trova ad un livello al di sopra dell’ingresso dei downcomer associati con il successivo piatto inferiore. Il liquido limpido viene raccolto in una porzione inferiore del downcomer e trascina sul successivo piatto inferiore attraverso le aperture del piatto inferiore del downcomer. Un pò di liquido può, se si vuole, uscire attraverso le aperture nelle pareti laterali del downcomer. Le aperture sono raggruppate insieme e disposte in modo tale che il liquido che esce non cada su un downcomer del successivo piatto inferiore. A very distinctive feature of the multi-downcomer fractionation plate is the presence of liquid closable media near the bottom of the downcomer. The bottom of the downcomer is partially closed to delay the downward flow of the downcomer liquid. This causes the accumulation and containment of foam which allows it to be separated into a clear liquid. The accumulated liquid closes the downcomer to the upward flow of steam. This liquid lockable outlet is located far above the operating plane of the tray located immediately below. Preferably it is located at a level above the inlet of the downcomers associated with the next lower plate. The clear liquid is collected in a lower portion of the downcomer and carries to the next lower plate through the openings in the lower plate of the downcomer. Some liquid can, if desired, come out through the openings in the side walls of the downcomer. The openings are grouped together and arranged in such a way that the liquid that exits does not fall on a downcomer of the next lower plate.

Nella realizzazione che impiega il downcomer a forma di V, le perforazioni 28 nelle pareti laterali del downcomer sono preferibilmente disposte in una o più file che vanno lungo l’asse maggiore del downcomer. Si preferisce che i foli siano localizzati nelle pareti laterali piuttosto che lungo il fondo del downcomer a forma di V. Ciò aiuta a impartire una velocità orizzontale al liquido che esce facendo si che esso si allontani dal downcomer. Ciò comporta benefici nel spargere il liquido su ogni superficie elevata del riempimento 4 che è disposto al di sotto del piatto, assicurando così una più uniforme umidificazione del riempimento. E’ anche utile per dirigere il liquido sulle aree operative del piatto inferiore in dipendenza dell 'orientamento e della disposizione dei piani operativi dei piatti. Le perforazioni nelle pareti laterali del downcomer sono preferibilmente circolari ma potrebbero anche avere altre forme comprese le fenditure orizzontali o diagonali. L’utilizzazione di un numero minore di grandi perforazioni è preferita sebbene le perforazioni dovrebbero essere disposte più o meno uniformemente per tutta la lunghezza delle due pareti laterali del downcomer in una singola fila per aiutare ulteriormente a spargere liquido fra il riempimento sospeso ad elevata area superficiale. Le aperture circolari di circa 05, -2, 5 cm di diametro sono adatte. Un importante fattore nel posizionamento delle perforazioni di downcomer è la presenza di una adeguata distanza fra la superficie superiore del piatto che può essere della stessa grandezza dell’ ingresso del downcomer, e le perforazioni che permettono di far entrare la schiuma per separasi in liquido limpido e vapore. Ciò è importante per la buona efficienza del piatto e per le prestazioni in genere. Questa distanza potrebbe fornire un sufficiente battente di liquido per impedire il passaggio verso l’alto del vapore attraverso le perforazioni del downcomer. La disposizione desiderata per le posizioni del downcomer può essere caratterizzata dal fatto che nella terza parte inferiore della parete laterale del downcomer. In the embodiment that uses the V-shaped downcomer, the perforations 28 in the side walls of the downcomer are preferably arranged in one or more rows that go along the major axis of the downcomer. It is preferred that the foli be located in the side walls rather than along the bottom of the V-shaped downcomer. This helps impart horizontal velocity to the exiting liquid causing it to move away from the downcomer. This has benefits in spreading the liquid on each elevated surface of the filling 4 which is arranged below the plate, thus ensuring a more uniform humidification of the filling. It is also useful for directing the liquid onto the operating areas of the lower plate depending on the orientation and arrangement of the operating plates of the plates. The perforations in the side walls of the downcomer are preferably circular but could also have other shapes including horizontal or diagonal slits. The use of fewer large perforations is preferred although the perforations should be arranged more or less evenly along the length of the two sidewalls of the downcomer in a single row to further assist in spreading liquid between the high surface area suspended fill. . Circular openings of approx. 05, -2, 5 cm in diameter are suitable. An important factor in the positioning of the downcomer perforations is the presence of an adequate distance between the upper surface of the plate which can be of the same size as the inlet of the downcomer, and the perforations that allow the foam to enter to separate into clear liquid and steam. This is important for good platter efficiency and performance in general. This distance could provide a sufficient head of liquid to prevent the upward passage of the vapor through the perforations of the downcomer. The desired arrangement for the positions of the downcomer can be characterized by the fact that in the lower third of the side wall of the downcomer.

La superficie operativa fra ciascun piatto del tipo a più downcomer è preferibilmente sostanzialmente planare, cioè piatto, e orientato in un piano orizzontale. Queste porzioni di piani operativi sono previste con aperture distribuite in modo uniforme idonea sezione aperta totale per permettere al flusso di vapore desiderato di passare verso l’alto attraverso il piatto a velocità ragionevole. Queste aperture uniformi circolari di un piatto a setaccio standard sono preferite ma possono essere coadiuvate da fenditure che dirigono il flusso del vapore. L’area aperta fornita dalla perforazione del piano operativo può costituire fino al 30-45% del piano operativo del piatto, rispetto alla minore superficie fino al 20% normalmente utilizzata nei piatti ondulati. Le perforazioni circolari possono essere fino a 1,87 cm (0,75 in) di diametro. L’apparecchiatura secondo la presente invenzione può essere a forma di nuova apparecchiatura o come modifica di un’apparecchiatura esistente. Cioè un’esistente colonna a piatti può essere modificata utilizzando l’oggetto dell’invenzione mediante sistemazione di griglie a bassa area superficiale su alcuni o su tutti i piatti esistenti. The operating surface between each platter of the multi-downcomer type is preferably substantially planar, i.e. flat, and oriented in a horizontal plane. These portions of operating floors are provided with uniformly distributed openings suitable total open section to allow the desired steam flow to pass upwards through the plate at a reasonable speed. These uniform circular openings of a standard sieve plate are preferred but can be aided by slits which direct the flow of steam. The open area provided by the drilling of the operating plane can constitute up to 30-45% of the operating plane of the plate, compared to the smaller surface up to 20% normally used in corrugated plates. Circular perforations can be up to 1.87 cm (0.75 in) in diameter. The equipment according to the present invention can be in the form of new equipment or as a modification of an existing equipment. That is, an existing plate column can be modified using the object of the invention by placing grids with a low surface area on some or all of the existing plates.

Una realizzazione dell’invenzione può essere caratterizzata come un’apparecchiatura di distillazione frazionata comprendente una colonna verticale chiusa (1) avente una sezione circolare e una prima estremità superiore (20) e una seconda estremità inferiore (21); una coppia di piatti (2) di frazionamento spaziati verticalmente a più downcomer comprendenti un primo piatto inferiore e un secondo piatto superiore, i piatti estendendosi su tutta la sezione della colonna (1), e i piatti (2) avendo separate sezioni di piano operativo per il passaggio dei vapori (5) e downcomer paralleli per la raccolta del liquido (6, 12) distribuiti sui piatti (2), i downcomer di raccolta di liquido estendendosi a partire dal piatto (2) verso la seconda estremità della colonna, e con perforazioni (28) per il passaggio dei liquidi che sono disposte nei downcomer di raccolta dei liquidi; uno strato di riempimento di triglie strutturato di bassa area superficiale (3) che si appoggia su primo piatto di detta coppia di piatti di frazionamento, lo strato dei riempimento di liquido estendendo così verso il secondo piatto (2) per un tratto uguale ad un valore da circa un decimo a circa tre quarti della distanza verticale fra il primo ed il secondo piatto (2). An embodiment of the invention can be characterized as a fractional distillation apparatus comprising a closed vertical column (1) having a circular section and a first upper end (20) and a second lower end (21); a pair of vertically spaced multi-downcomer fractionation plates (2) comprising a first lower plate and a second upper plate, the plates extending over the entire section of the column (1), and the plates (2) having separate operating table sections for the passage of the vapors (5) and parallel downcomers for the collection of the liquid (6, 12) distributed on the plates (2), the liquid collection downcomers extending from the plate (2) towards the second end of the column, and with perforations (28) for the passage of liquids which are arranged in the liquid collection downcomers; a layer of structured mullet filling of low surface area (3) which rests on the first plate of said pair of fractionation plates, the layer of liquid filling thus extending towards the second plate (2) for a length equal to a value from about one tenth to about three quarters of the vertical distance between the first and second plates (2).

Un ulteriore realizzazione dell’invenzione può essere caratterizzata come un’apparecchiatura di distillazione frazionata comprendente una colonna verticale chiusa (1) avente una sezione circolare e una prima estremità superiore (20) ed una seconda estremità inferiore (21); una coppia di piatti di frazionamento (2) distanziati a forma discoide estendendosi sostanzialmente per tutta la superficie della sezione della colonna (1), i piatti presentando sezioni di piano operativo perforato sostanzialmente piatto (5) e downcomer di raccolta di liquido (6, 12) i quali downcomer si estendono dal piatto (2) verso la seconda estremità inferiore della colonna (1), e con perforazioni addizionali (17, 28) per il passaggio di liquidi essendo localizzate nei downcomer di raccolta del liquido; uno strato di riempimento (3) di griglie strutturate di bassa area superficiale appoggiandosi su un primo piatto inferiore (2) di detta coppia di piatti di frazionamento; e, uno strato di riempimento di elevata area superficiale (4) localizzato sopra lo strato di riempimento (3) di griglie strutturato di bassa area superficiale. A further embodiment of the invention can be characterized as a fractional distillation apparatus comprising a closed vertical column (1) having a circular section and a first upper end (20) and a second lower end (21); a pair of spaced disc-shaped fractionation plates (2) extending substantially over the entire surface of the column section (1), the plates having sections of substantially flat perforated operating plane (5) and liquid collection downcomer (6, 12 ) which downcomers extend from the plate (2) towards the second lower end of the column (1), and with additional perforations (17, 28) for the passage of liquids being located in the liquid collection downcomers; a filling layer (3) of structured grids of low surface area resting on a first lower plate (2) of said pair of fractioning plates; and, a high surface area fill layer (4) located on top of the low surface area structured grid fill layer (3).

Come menzionato in precedenza un eventuale aggiunta alla presente invenzione è un letto di riempimento ad elevata area superficiale. Questi letti facoltativi sono disposti fra due piatti e preferibilmente non sono in contatto l’uno con l’altro. Poiché essi ricevono il liquido necessario dal successivo piatto sopra la loro posizione esso viene chiamato piatto di testa. Prove hanno mostrato che una effettiva sezione di riempimento ad elevata area superficiale può essere soltanto relativamente sottile 200 mm dalla parte superiore al fondo, così gli effetti parete sono insignificanti. Uno spessore minimo del letto di 10 cm è desiderato, potendo i letti arrivare ad uno spessore di 150 cm. As previously mentioned, a possible addition to the present invention is a high surface area filling bed. These optional beds are arranged between two plates and preferably are not in contact with each other. Since they receive the necessary liquid from the next plate above their position it is called the head plate. Tests have shown that an actual high surface area fill section can only be relatively thin 200mm from top to bottom, so wall effects are insignificant. A minimum bed thickness of 10 cm is desired, as the beds can reach a thickness of 150 cm.

La quantità di riempimento ad elevata area superficiale utilizzata in ciascuna delle coppie di piatti è preferibilmente inferiore al 50% del volume della colonna fra il piatto superiore ed inferiore della coppia di piatti relativa. Si preferisce che nessun materiale di riempimento ad elevata area superficiale sia disposta direttamente sulla superficie dei piatti. Ciò permette di far avvenire convenzionalmente la formazione di schiuma e il flusso di liquido. The high surface area fill amount used in each of the plate pairs is preferably less than 50% of the column volume between the upper and lower plate of the relative plate pair. It is preferred that no high surface area filler material be placed directly on the surface of the plates. This allows for the formation of foam and the flow of liquid to occur conventionally.

Un letto di riempimento di elevata area superficiale opzionale previsto nella colonna sarà preferibilmente più spesso, misurato dal fondo alla cima, del primo strato di griglie a bassa area superficiale strutturato disposto al di sotto. Qualunque secondo strato di strutture di griglie a bassa area superficiale disposto sopra il letto del riempimento ad elevata area superficiale è preferibilmente di spessore più sottile del primo (inferiore) strato di strutture di griglie di bassa area superficiale. Più precisamente si preferisce che il primo (inferiore) strato sia almeno il doppio di spessore e più preferibilmente almeno tre volte lo spessore del secondo strato (superiore) di riempimento di griglie di bassa area superficiale. An optional high surface area filler bed provided in the column will preferably be thicker, measured from bottom to top, than the first structured low surface area grid layer below. Any second layer of low surface area grid structures disposed above the bed of the high surface area infill is preferably thinner in thickness than the first (lower) layer of low surface area grid structures. More precisely, it is preferred that the first (lower) layer be at least twice the thickness and more preferably at least three times the thickness of the second (upper) filling layer of low surface area grids.

I letti di riempimento facoltativi possono contenere qualunque riempimento casuale noto, ad esempio, anelli, sfere, sellette o un riempimento con letto strutturato (ordinato); ad esempio con piastre o setacci arrotolati, corrugati. Esempi di riempimenti casuali e strutturati sono forniti nei brevetti US n. 5200119 e n. 5132056. Optional fill beds can contain any known random fill, for example, rings, balls, harnesses, or a structured (ordered) bed fill; for example with rolled, corrugated plates or sieves. Examples of random and structured fillings are provided in US Patent Nos. 5200119 and n. 5132056.

I letti di riempimento ad elevata area superficiale possono essere sospesi da un telaio a setaccio di filo metallico tessuto. Questo telaio può essere trattenuto in una pluralità di modi. II telaio può appoggiarsi su un fascio di griglie o una pluralità di barre di supporto che incrociano il volume interno di una colonna in un piano parallelo ai piatti. Il telaio o gli elementi di riempimento singoli possono essere sospesi (appesi) ai piatti superiori. Questi dettagli meccanici possono variare per adattarsi a situazioni particolari e non sono una limitazione del concetto dell’ invenzione. The high surface area fill beds can be suspended from a sieve frame of woven wire. This frame can be held in a plurality of ways. The frame can rest on a bundle of grids or a plurality of support bars which cross the internal volume of a column in a plane parallel to the plates. The frame or individual filling elements can be suspended (hung) from the upper plates. These mechanical details may vary to adapt to particular situations and are not a limitation of the concept of the invention.

Alcune realizzazioni della presente invenzione comprendono un elemento che funziona in modo da fornire liquido al letto di riempimento ad elevata area superficiale facoltativo. Le aperture nel materiale del piano operativo possono essere utilizzate per questo scopo oltre a permettere il flusso del vapore. Alcune parti; ad esempio 25-40% in volume del liquido che fluisce attraverso il piano operativo del piatto 5, può quindi fluire verso il basso attraverso aperture nel piano operativo per permettere al liquido di fluire nel riempimento 4. Esperti della tecnica apprezzerano che vi sono una pluralità di modi di distribuire il liquido dal piatto al riempimento. E’ preferibile evitare l’impiego di qualunque sistema meccanicamente complesso che comporti tubazioni, tubi e valvole, vaschette inclinate ecc. I liquido che viene sparso sul riempimento può essere derivato da un downcomer, da una separata area di raccolta di liquido o dal piano operativo del piatto stesso. Per questo scopo si preferisce utilizzare piani operativi di piatti “a doppio flusso”. Cioè il piatto intenzionalmente permette al liquido di “colare" verso il basso come se avesse fori di diametro alquanto maggiore o dispositivi che favoriscano il flusso di liquido attraverso i fori. I mezzi di valvolame noti nella tecnica possono essere anche disposti sul piatto per regolare il flusso del liquido e del vapore e per alloggiare le varianti in questi flussi dovuti ai cambiamenti nell’alimentazione o nel rapporto di riflusso della colonna. Some embodiments of the present invention include an element which functions to supply liquid to the optional high surface area fill bed. The openings in the worktable material can be used for this purpose in addition to allowing the flow of steam. Some parts; for example 25-40% by volume of the liquid flowing through the operating plane of the plate 5, can then flow downward through openings in the operating plane to allow the liquid to flow into the fill 4. Those skilled in the art will appreciate that there are a plurality of ways to distribute the liquid from the pot to the filling. It is preferable to avoid the use of any mechanically complex system that involves pipes, tubes and valves, inclined trays, etc. The liquid that is spread on the filling can be derived from a downcomer, from a separate liquid collection area or from the operating plane of the plate itself. For this purpose it is preferred to use “double flow” trays. That is, the plate intentionally allows the liquid to "flow" downwards as if it had holes of somewhat larger diameter or devices that favor the flow of liquid through the holes. The valve means known in the art can also be arranged on the plate to regulate the flow. liquid and vapor flow and to accommodate variations in these flows due to changes in the feed or reflux ratio of the column.

I piatti dell’invenzione sono piatti di frazionamento rispetto ai piatti di distribuzione che si trovano nelle colonne a riempimento. Alcune caratteristiche dei piatti di frazionamento comprendono la spaziatura in verticale molto ridotta nei distributori, una costruzione che può determinare un contatto stretto e intimo del liquido trattenuto sul piatto con il vapore che passa verso l'alto attraverso il piatto e la formazione di schiuma sulla superficie dei piatti di frazionamento e una abbondanza di perforazioni spaziate vicine per una elevata frazione della superficie del piano operativo del piatto di frazionamento. Su un piatto di frazionamento una ampia percentuale, circa il 70% della superficie della sezione del piatto è costituita da piano operativo. I ridistributori convenzionali di colonne a riempimento non utilizzano piani operativi. Su un piatto avviene il trasporto di massa, cioè, la purificazione o separazione; su un ridistributore convenzionale non avviene alcun trasporto di massa. The plates of the invention are fractionation plates with respect to the distribution plates found in the filled columns. Some features of fractionation plates include very small vertical spacing in the dispensers, a construction that can result in close and intimate contact of the liquid held on the plate with the vapor passing up through the plate and the formation of foam on the surface. fractionation plates and an abundance of closely spaced perforations over a large fraction of the operating plane surface of the fractionation plate. On a fractioning plate a large percentage, about 70% of the surface of the plate section consists of the operating table. Conventional packed column redistributors do not use operating plans. Mass transport takes place on a plate, that is, purification or separation; no mass transport takes place on a conventional redistributor.

Claims

1. CLAIMS 1. Apparatus for vapor-liquid contact comprising: (a) a vertical column (1) having a circular section, a first upper end (20) and a second lower end (21); (b) a plurality of evenly spaced fractionating plates including a pair of vertically spaced fractionating plates (2) comprising a first lower plate and a second upper plate, the plates being substantially planar and extending horizontally across substantially the entire surface of the section of the column (1), and with the plates (2) having perforations (15) uniformly distributed on the section of the operating plane (5) of the plate (2) in which section the operating plane of downcomer (12, 6) are devoid of downcomer; And (c) a layer comprising a structured grid fill (3) of low surface area supported by a first plate (2) of said pair of fractionation plates, the structured grid fill layer (3) extending upwardly towards the second plate for an equal distance from about one tenth to three quarters of the vertical distance between the first and the second plate.

The fractional distillation apparatus according to claim 1 wherein the plates comprise multi-downcomer fractionation plates having parallel downcomers (6, 12) for collecting the liquid distributed over all the plates (2), the liquid collecting downcomers ( 6, 12) extending from the plate (2) towards the second end of the column, and with perforations (28) for the passage of the liquid which are arranged in the liquid collection downcomers.

The fractional distillation apparatus according to claim 1, wherein the plates comprise discoid fractionation plates, the plates having the downcomers for collecting the liquid (6, 12), which downcomers extend from the plate (2) towards the second lower end of the column (1) and with additional perforations (17, 28) for the passage of the liquid which are arranged in the liquid collection downcomers (6, 12) and a filling layer with high surface area (4) arranged above the structured filling layer of low surface area grids (3).

4. Apparatus according to claim 3 further characterized in that the downcomers (6, 12) for collecting the liquid comprise downcomers (6) having a triangular section.

Apparatus according to any one of claims 1 to 4 wherein the low surface area grid fill layer (3) comprises at least two similar fill layers which are aligned in different directions.

Apparatus according to any one of claims 1 to 4 wherein the low surface area grid fill layer (3) comprises at least two separate grid fill substrates comprising vertical foils (8), the substrate foils (8) vertically aligned in different directions.

7. Apparatus according to any one of claims 1 to 4 wherein the grid fill (3) rests on the upper part of the first plate (2).

An apparatus according to claim 2 or 3 wherein the filling of grids (3) is supported by an upper portion of a downcomer (12) of the first plate.

9. Apparatus according to claim 1 or 2 further characterized in that the filling layer of low surface area structured grids (3) rests on the upper edge of the side wall (32) of a downcomer (12), which side wall supports the low surface area structured grid fill layer above the upper surface of the steam passage sections (5) through the operating plane of the lower first plate to provide vacuum volumes disposed between the steam passage sections (5) and the lower surface of the filling layer (3) of a low surface area structured grid.

10. Apparatus according to any one of claims 1 to 4 further characterized in that a bed of filling material (4) is arranged between the lower part of the second upper plate and the upper surface of the grid filling (3) structured with a hollow cylindrical volume (v) which is disposed between the lower part of the bed of filling material (4) and the filling layer (3) of low surface area grids.