TW201934184A - 具有隔牆的質量傳遞總成及質量傳遞柱以及涉及其等的方法 - Google Patents

Abstract

一種質量傳遞總成，其具有至少一隔牆、在隔牆之相對側上的質量傳遞結構區、及蒸氣流限制器，該蒸氣流限制器可操作以改變上升通過在隔牆之相對側上的質量傳遞結構區的蒸氣分流。

Description

具有隔牆的質量傳遞總成及質量傳遞柱以及涉及其等的方法

本發明大致上關於質量傳遞柱，更具體而言，關於被稱為隔牆柱的質量傳遞柱及使用其的方法，諸如用於三或更多種組分混合物的分離。

為了提供特定組成物及/或溫度的產物流，質量傳遞柱經組態以接觸至少兩種流體流。如本文所用，用語「質量傳遞柱(mass transfer column)」意欲涵蓋於其中質量及/或熱傳遞係主要目標的柱。一些質量傳遞柱(諸如用於多組分蒸餾及吸收應用中者)使氣相流與液相流接觸，而另一些質量傳遞柱(諸如萃取柱)可經設計以促進不同密度的兩種液相之間的接觸。質量傳遞柱往往經組態以使上升之蒸氣流或液體流與下降之液體流接觸，通常沿著置於柱之內部區域中的質量傳遞結構的表面或在該等表面上，以促進兩種流體相之間的緊密接觸。在兩種相之間傳遞的質量及熱的速率及/或程度因這些質量傳遞結構而得到增強，該等質量傳遞結構可以是各種托盤(tray)、結構化填充物(structured packing)、隨機填充物(random packing)、或柵格填充物(grid packing)的形式。

在有時被稱為隔牆柱之質量傳遞柱的一種類型中，將一或多個垂直延伸的隔牆定位於質量傳遞柱內的開放內部區域內，以允許在質量傳遞 柱內分離三或更多種組分進料流。作為一實例，當分離三種組分進料流時，通常將單一隔牆居中地定位於質量傳遞柱的中間區段，並且該隔牆以弦之形式自質量傳遞柱的相對側延伸。進料流通過殼體被引入至隔牆之一側上，而側排放(draw-off)在隔牆之相對側延伸通過殼體。

進料流在隔牆之進料側上經分離成低沸點餾分及重沸騰餾分，其中一些中沸點餾分伴隨低沸點餾分進入質量傳遞柱的上部區段，而中沸點餾分其餘部分與重沸騰餾分沸點下降至質量傳遞柱的下部區段。低沸點餾分在質量傳遞柱的上部區段中及較少程度地在質量傳遞柱的排放側與中沸點餾分分離，並且在殼體的頂部處經回收成頂部產物。高沸點餾分在質量傳遞柱的下部區段中及較少程度地在質量傳遞柱的經熱耦合之排放側與中沸點餾分分離，並且在集液槽(sump)中經回收成底部產物。經分離之中沸點餾分從質量傳遞柱的上部區段及下部區段傳遞至質量傳遞柱之中間區段中的隔牆的排放側，並且通過側排放被回收。因此，隔牆允許將三種組分進料流蒸餾分離成三種高純度餾分。額外的隔牆可用於分離四或更多種組分進料流。隔牆亦可用於其中正發生共沸蒸餾程序、萃取蒸餾程序、及反應性蒸餾程序的質量傳遞柱中。

在質量傳遞柱中使用隔牆是有利的，因為其不需要額外的質量傳遞柱來實現隔牆在單一質量傳遞柱中所允許進行的相同處理，從而節省投資及運營成本。然而，在質量傳遞柱中使用隔牆呈現一些設計及操作方面的挑戰。這些挑戰的其中之一涉及控制蒸氣分流從質量傳遞柱的下部區段上升至隔牆的進料側及排放側。已建議各種設計方法以固定隔牆的進料側及排放側之間的蒸氣分流，但控制並調整蒸氣分流的能力仍需要進一步改良，以提供更高的操作靈活性並控制發生在質量傳遞柱中的蒸餾過程。

10‧‧‧質量傳遞柱

12‧‧‧殼體

14‧‧‧開放內部區域

16‧‧‧質量傳遞總成

18‧‧‧隔牆

18a‧‧‧隔牆

18b‧‧‧隔牆

20‧‧‧區

22‧‧‧子區域

24‧‧‧子區域

26‧‧‧進料流

28‧‧‧側排放部

28a‧‧‧側排放部

28b‧‧‧側排放部

30‧‧‧高架產物管線

32‧‧‧冷凝器

34‧‧‧回流返回管線

36‧‧‧底部流去除管線

38‧‧‧再沸器

40‧‧‧蒸氣返回管線

42‧‧‧區

44‧‧‧區

46‧‧‧蒸氣流限制器

48‧‧‧子區域

50‧‧‧子區域

52‧‧‧子區域

54‧‧‧橫流托盤

56‧‧‧托盤平臺

58‧‧‧蒸氣流孔隙

60‧‧‧出口堰

62‧‧‧閥

64‧‧‧閥蓋

66‧‧‧降流管

68a‧‧‧虛線

68b‧‧‧虛線

70‧‧‧致動器

72‧‧‧樞軸

74‧‧‧連桿

76‧‧‧密封開口

78‧‧‧杆

80‧‧‧筒區段

82‧‧‧外面部

84‧‧‧限制器板

86‧‧‧區段

88‧‧‧支撐導引件

92‧‧‧結構化填料

94‧‧‧格柵支撐件

96‧‧‧煙囪托盤

98‧‧‧豎板

100‧‧‧托盤平臺

102‧‧‧蒸氣流孔隙

104‧‧‧罩蓋

106‧‧‧導引件

108‧‧‧開口

118‧‧‧隔牆

122‧‧‧子區域

124‧‧‧子區域

146‧‧‧蒸氣流限制器

154‧‧‧橫流托盤

156‧‧‧托盤平臺

158‧‧‧蒸氣流孔隙

162‧‧‧閥

164‧‧‧閥蓋

170‧‧‧致動器

174‧‧‧連桿

188‧‧‧隔牆

222‧‧‧子區域

224‧‧‧子區域

246‧‧‧蒸氣流限制器

256‧‧‧托盤平臺

258‧‧‧蒸氣流孔隙

270‧‧‧致動器

274‧‧‧連桿

278‧‧‧杆

284‧‧‧限制器板

290‧‧‧連結桿

316‧‧‧質量傳遞總成

322‧‧‧子區域

324‧‧‧子區域

346‧‧‧蒸氣流限制器

370‧‧‧致動器

374‧‧‧連桿

384‧‧‧限制器板

386‧‧‧區段

在形成說明書之一部分並且其中相似數字用於指示各種視圖中的相似組件的附圖中：〔圖1a〕是一質量傳遞柱的示意性側立視圖，顯示一隔牆及位於質量傳遞柱內的一開放內部區域內的示意性組件；〔圖1b〕是類似於圖1a所示的質量傳遞柱的示意性側立視圖，但顯示定位在質量傳遞柱內的開放內部區域內的兩個隔牆；〔圖2〕是圖1a所示的質量傳遞柱的側透視圖，其中質量傳遞柱的殼體的一部分被剖開，以顯示加入隔牆及一蒸氣流限制器的質量傳遞總成的一實施例；〔圖3〕是圖2的質量傳遞柱及質量傳遞總成的不完整頂部透視圖，且以比圖2中使用的比例大的比例顯示；〔圖4〕是圖3所示的質量傳遞柱及質量傳遞總成之部分的側立視圖；〔圖5〕是圖4所示的質量傳遞總成的不完整透視圖，但其中蒸氣流限制器以與圖4所示不同的定向顯示；〔圖6〕是取自圖4所示之視圖之一相對側的質量傳遞總成的不完整透視圖，且以比圖2中使用的比例大的比例顯示；〔圖7〕是取自圖6所示之視圖之一相對側的質量傳遞總成的不完整透視圖，且以與圖6所示不同的定向顯示蒸氣流限制器；〔圖8〕是質量傳遞總成的不完整透視圖，顯示蒸氣流限制器之一替代實施例；〔圖9〕是質量傳遞總成的不完整透視圖，顯示蒸氣流限制器之另一實施例； 〔圖10〕是圖9所示的傳遞總成的不完整底部透視圖，但其中蒸氣流限制器以與圖9所示不同的定向顯示；〔圖11〕是質量傳遞柱的不完整側正視圖，顯示質量傳遞總成之一替代實施例；〔圖12〕是圖11之質量傳遞柱及質量傳遞總成的不完整側正視圖，但顯示蒸氣流限制器之一替代實施例；〔圖13〕是圖11所示的質量傳遞柱及質量傳遞總成的不完整底部透視圖；〔圖14〕是圖13所示的質量傳遞柱及質量傳遞總成的放大不完整底部透視圖；〔圖15〕是類似於圖13所示的質量傳遞柱及質量傳遞總成的不完整底部透視圖，但其中蒸氣流限制器被重新定位成與圖13所示不同的定向；〔圖16〕是圖15所示的質量傳遞柱及質量傳遞總成的不完整底部平面圖；〔圖17〕是圖16所示的質量傳遞柱及質量傳遞總成的不完整側正視圖，且沿圖16中的線段17-17截取；〔圖18〕是圖17所示的質量傳遞柱及質量傳遞總成的不完整側正視圖，但其中蒸氣流限制器被重新定位成與圖17所示不同的定向；〔圖19〕是質量傳遞柱的不完整側正視圖，顯示質量傳遞總成及蒸氣流限制器之進一步實施例；〔圖20〕是圖19所示的質量傳遞總成的不完整底部透視圖；〔圖21〕是類似於圖20所示之圖的質量傳遞總成的不完整底部透視圖，但其中蒸氣流限制器被重新定位成與圖20所示不同的定向；〔圖22〕是質量傳遞柱的不完整側透視圖，其中有質量傳遞總成及蒸氣流限制器之又進一步的實施例； 〔圖23〕是圖22所示的質量傳遞柱及質量傳遞總成的不完整底部透視圖；〔圖24〕是圖23所示之質量傳遞柱及質量傳遞總成的不完整底部透視圖，但其中蒸氣流限制器被重新定位成與圖23所示不同的定向；〔圖25〕是圖22至圖24所示之質量傳遞柱及質量傳遞總成的不完整底部透視圖，但其中具有在托盤平臺中之圓形蒸氣流孔隙及在限制器板中之圓形開口；〔圖26〕是圖22至圖24所示之質量傳遞柱及質量傳遞總成的不完整底部透視圖，但其中具有在托盤平臺中之方形蒸氣流孔隙及在限制器板中之方形開口；〔圖27〕是圖22至圖24所示之質量傳遞柱及質量傳遞總成的不完整底部透視圖，但具有在托盤平臺上並有圓形截面之豎板、在托盤平臺中之圓形蒸氣流孔隙、及在限制器板中之圓形開口；及〔圖28〕是類似於圖3所示之質量傳遞柱及質量傳遞總成的不完整底部透視圖，但其中使用圖22至圖24所示之類型的蒸氣流限制器；

在一態樣中，本發明係關於一種質量傳遞總成，其在一質量傳遞柱內的一開放內部區域中使用，該質量傳遞總成包含：一隔牆；一或多個質量傳遞結構區，其定位在該隔牆之相對的第一側及第二側上；及蒸氣流限制器，其定位在第一子區域中。該蒸氣流限制器在一第一定向及一第二定向之間是可移動的，該第一定向導致通過該第一子區域的一第一蒸氣流阻力，該第二定向導致通過該子區域的一第二蒸氣流阻力且該第二蒸氣流阻力大於該第一蒸氣流阻力，藉此以在一蒸氣體積分流上升通過該隔牆之該等相對側上的該第一子區域及該第二子區域時允許對該蒸氣體積分流進行一調整。在一實施例中， 通過該第一子區域的該第一蒸氣流阻力小於通過該隔牆之該相對側上的該第二子區域的一蒸氣流阻力或與該蒸氣流阻力相同，且該第二蒸氣流阻力大於通過該隔牆之該相對側上的該第二子區域的該蒸氣流阻力。

在另一態樣中，一種質量傳遞柱，其包含一殼體、由該殼體界定的一開放內部區域、及位於該開放內部區域內的如上所述之一質量傳遞總成。

在進一步態樣中，本發明係關於上文所述的質量傳遞柱的一種方法。該方法包含下列步驟：操作一致動器，以使定位在該第一子區域中的該蒸氣流限制器在一第一定向及一第二定向之間移動，該第一定向導致通過該第一子區域的一第一蒸氣流阻力，該第二定向導致通過該子區域的一第二蒸氣流阻力且該第二蒸氣流阻力大於該第一蒸氣流阻力，藉此以在一蒸氣體積分流上升通過該隔牆之該等相對側上的該第一子區域及該第二子區域時調整該蒸氣體積分流；將一進料流導入該開放內部區域中、處理該進料流以致使蒸氣上升通過該第一子區域及該第二子區域、並從該質量傳遞柱中抽取出一產品或產品。

現在更詳細地參照圖式且最初參照圖1a，一種適於在質量傳遞及熱交換程序中使用的質量傳遞柱大致上由數字10表示。質量傳遞柱10包括豎直的外部殼體12，該豎直外部殼體的構形大致上係圓柱形，然而其他構形(包括多邊形)係可行的並且在本發明之範疇內。殼體12具有任何合適的直徑及高度，並且由一或多種剛性材料所建構，該一或多種剛性材料所欲地對在質量傳遞柱10的操作期間存在的流體及條件呈惰性或以其他方式相容。

質量傳遞柱10之殼體12界定開放內部區域14，在該開放內部區域中發生流體流之間所欲的質量傳遞及/或熱交換。包含一或多個隔牆18及質量傳遞結構之一或多個區20的質量傳遞總成16係定位於開放內部區域14內。一單一隔牆18在圖1a中顯示，且其以弦的型式從殼體12的一側延伸至殼體12的一相對側。隔牆18可經形成為單片材料或藉由將個別嵌板(panel)接合在一起而形成。隔牆18可固定至殼體12，例如藉由使用螺栓桿或藉由硬焊來固定，或者該隔牆可由樑或其他結構(包括質量傳遞結構)不固定並支撐。

展示了隔牆18在與殼體12之垂直軸中心相交的垂直平面中延伸。如圖所示，隔牆18平分開放內部區域14，並在隔牆18之相對側形成二個子區域22及24，該等子區域具有相等的截面積。當殼體12是圓柱形狀時，位於隔牆18之相對側的子區域22及24具有半球形狀。在其他實施例中，隔牆18可偏離殼體12的中心垂直軸線，使得位於隔牆18之相對側的子區域22及24具有不相等的截面積。隔牆18沒有必要在單一平面中延伸。在一些實施例中，隔牆18可具有在不同垂直平面中的多個區段，該等區段由傾斜區段互連。在其他實施例中，隔牆18可具有間隔開之多個區段，該等區段位於相同垂直平面中並且彼此僅部分地連接或完全不連接。

進料流26通過質量傳遞柱10之殼體12中的噴嘴(未圖示)傳遞至開放內部區域14中，例如傳遞至位於隔牆18之一側的子區域22中。進料流26可含多個組分，旨在藉由發生在質量傳遞柱10內的處理而使該等組分彼此分離。側排放28通過殼體12中的另一噴嘴(未圖示)而從開放內部區域14移除，例如從位於隔牆18之相對側的子區域24移除。進料流26可徑向地經引導至質量傳遞柱10中。側排放28可類似地依徑向方向從質量傳遞柱10移除。其他流體流可經由沿質量傳遞柱10之高度定位在適當位置處的任意數目的進料噴嘴(未圖示)而導引至質量傳遞柱10中。類似地，其他側排放可通過任意數量之側排放噴嘴(未圖示)而從質量傳遞柱10移除，該等側排放噴嘴係定位於適當位置處。亦可在質量傳遞柱10內產生一或多個蒸氣流，而非通過進料管線而引入至柱10中。

質量傳遞柱10亦包括位於殼體12之頂部的高架產物管線30以用於移除蒸氣產物或副產物。可提供冷凝器32及回流返回管線(reflux return line)34來與高架產物管線30交流，以使蒸氣產物或副產物的一部分以液體形式返回至質量傳遞柱10中。在殼體12之底部提供底部流去除管線36來將液體產物或副產物從質量傳遞柱10移除。可提供再沸器38及蒸氣返回管線40以使液體產物或副產物的一部分返回到質量傳遞柱10中。

隔牆18可定位在質量傳遞柱10之開放內部區域14內的各種高度處。隔牆18如圖1a所示定位在質量傳遞柱10的中間部分內。在其他實施例中，隔牆18係定位在質量傳遞柱10的上部區段或下部曲段中。可改變隔牆18的高度，以實現設計成在質量傳遞柱10內發生的程序操作。

可依據意欲在質量傳遞柱10內發生之程序的類型來改變質量傳遞結構之區20在子區域22及24中的數量及垂直範圍。含有質量傳遞結構的其他區42及44可分別定位在質量傳遞柱10的上部區段及下部區段。質量傳遞結構可以是橫流(cross-flow)或其他類型的托盤或填料的形式。填料可以是結構化填料、隨機填料、及/或柵格填料。質量傳遞結構沒有必要在全部之區20、42、及44中皆是相同類型。例如，一些區20可以是一種類型的質量傳遞結構，而區20的其他部分是其他類型的質量傳遞結構。同樣地，在區42中的質量傳遞結構沒有必要與區44或區20中的質量傳遞結構相同。區20、42、及44的一或多者或全部可額外地包括其他內部構造，諸如液體收集器、液體分配器、及網格支撐物。

子區域22或24之至少一者包括一蒸氣流限制器46，該蒸氣流限制器可可操作以增加或降低對於通過其所相關聯的子區域22或24之蒸氣流的阻力，致使氣流阻力變得大於或小於通過隔牆18之相對側上的子區域22或24之蒸氣流的阻力。因此，蒸氣流限制器46係可操作以改變在開放內部區域14中上升的蒸氣通過位於隔牆18之相對側的子區域22及24的體積分流。例如，蒸氣流限制器46可以是可操作以導致蒸氣通過子區域22的體積流量多於通過子區域24，或者通過子區域24的體積流量多於通過子區域22。圖1a中僅顯示一個蒸氣流限制器46，且其與隔牆18的進料側上的子區域22相關聯。該一者可替代地與位於隔牆18之排放側的子區域24關聯，或蒸氣流限制器46之一者可與子區域22關聯而蒸氣流限制器46之另一者可與子區域24關聯。雖然蒸氣流限制器46係展示為定位於子區域22的下端處，但該蒸氣流限制器可 替代地置於子區域22的頂端處或介於下端與頂端之間的一位置處。蒸氣流限制器46同樣地可置於質量傳遞結構之區20的上方、下方、或裡面。

在一實施例中，蒸氣流限制器46可在第一取向與第二取向之間移動，該第一取向導致通過相關聯之子區域22的蒸氣流阻抗小於通過位於隔牆18之相對側的子區域24的蒸氣流阻抗，蒸氣流限制器46處於該第二取向導致通過相關聯之子區域22的蒸氣流阻抗大於通過位於隔牆18之相對側的子區域24的蒸氣流阻抗。在另一實施例中，當蒸氣流限制器46處於第一取向時會導致通過相關聯之子區域22的蒸氣流阻抗大致上與通過位於隔牆18之相對側的子區域24的蒸氣流阻抗相同，而當處於第二取向時會導致通過相關聯之子區域22的蒸氣流阻抗大於通過位於隔牆18之相對側的子區域24的蒸氣流阻抗。

當使用二或更多個隔牆18時，由隔牆18形成的子區域的數量通常會比隔牆18之數量多一個，而蒸氣流限制器46的最小數量會與隔牆18之數量相等。圖1b中顯示了在質量傳遞柱10中使用兩個隔牆18a及18b的一實例。隔牆18a及18b以彼此平行的關係延伸，且水平地間隔開來。隔牆18a及18b可具有與先前所述的隔牆18相同的構造。隔牆18a及18b相對於彼此顯示為垂直交錯且部分重疊。在其他實施例中，隔牆18a及18b可係垂直交錯卻不具有任何重疊，或者其等可係彼此共延伸。

隔牆18a及18b將質量傳遞柱10的開放內部區域14分隔成三個子區域48、50及52。子區域48、50及52可具有相同或不同的截面積。含有質量傳遞結構及可選的其他內部物件的一或多個區20係定位在子區域48、50及52內。蒸氣流限制器46顯示為與區50及52相關聯，但可替代地與區48、50及52之任兩者或所有三者相關聯。含有質量傳遞結構及可選的其他內部物 件的一或多個區20亦可橫跨子區域48、50及52之兩者或全部。兩個側排放28a及28b可用於從開放內部區域14中抽取不同產品或副產物，例如從子區域52中抽取。

在圖2所示的質量傳遞總成16的實施例中，質量傳遞結構的區20包含定位在隔牆18兩側上的子區域22及24中的橫流托盤54。另外再回到圖3至圖6，橫流托盤54的各者包含一托盤平臺56、托盤平臺56中的蒸氣流孔隙58、及一出口堰60。蒸氣流孔隙58之各者可為一閥62的一部分，該閥包含蒸氣流孔隙60及一固定或浮動的閥蓋64。橫流托盤54的之各者包括定位在托盤平臺56之一端的一降流管66，以在液體溢出出口堰60時接收液體，並將液體輸送至下方一個橫流托盤54上的一托盤平臺56，液體流過該托盤平臺56，並在溢出該托盤平臺56上的出口堰60之後進入另一個降流管66。因此，橫流托盤54以單通道的配置方式配置，其中降流管66定位在連續的橫流托盤54的相對兩端處，使得液體以蛇形方式下降通過區20之各者。橫流托盤54亦可使用多通道的配置方式。

圖2至圖6所示的質量傳遞總成16中的蒸氣流限制器46包含一或多個橫流托盤54，其中出口堰60是可移動的，使得其延伸至托盤平臺56上方的不同高度。具有可移動出口堰60的橫流托盤54在其他方面可與具有固定出口堰60的橫流托盤54是相同的，或亦可在別的方面是不同的。當橫流托盤54如圖5所示在一第一定向時，可移動出口堰60延伸至托盤平臺56上方的一第一高度，且當橫流托盤54如圖4所示在一第二定向時，可移動出口堰60延伸至托盤平臺56上方大於第一高度的一第二高度。通過延長或減少可移動出口堰60的高度，托盤平臺56上的液體在其溢出可移動出口堰60的頂部前所必 須達到的深度可以相應地增加或減少。可看出，當可移動出口堰60位於圖5所示的第一高度時，虛線68a及虛線68b所表示的液體深度大致上是相同的，且當可移動出口堰60位於圖4所示的第二高度時，虛線68a所表示的液體深度大於由虛線68b表示的液體深度。

托盤平臺56上的液體深度或液體高差產生一溼壓降，該溼壓降的作用在於當蒸氣流上升通過托盤平臺56中的蒸氣流孔隙58然後與流過托盤平臺56的液體進行質量傳遞及/或熱傳遞之時限制蒸氣流。因此，調整可移動出口堰60的高度，其作用在於改變對於通過托盤平臺56之蒸氣流的限制，且可用於控制通過隔牆18之相對側上的子區域22及24的蒸氣流之分流。例如，當具有可移動出口堰60的橫流托盤54的托盤平臺56上的液體深度(如虛線68a所示)如圖5所示大致等同於在隔牆18之相對側上、具有一固定出口堰60的橫流托盤54之一者的托盤平臺56上的液體深度(如虛線68b所示)時，在隔牆18之相對側上的蒸氣分流可大致是相等的。當由虛線68a所表示的液體深度如圖4所示大於由虛線68b所表示的液體深度時，蒸氣分流可變得不相等，且更多的蒸氣體積流將行進通過隔牆18之排放側上的子區域24。假如需要更多的體積流通過子區域22，則可選擇可移動堰60的第一高度，使得子區域22中橫流托盤54上由虛線68a所表示的液體深度低於子區域24中橫流托盤54上由虛線68b所表示的液體深度。

圖2至圖6所示的蒸氣流限制器46進一步包含與可移動出口堰60相關聯的一致動器70，用於在第一高度及第二高度之間移動可移動出口堰。致動器70可以是各種類型，諸如液壓致動器、氣動致動器、電動致動器、磁力致動器、及熱致動器。致動器70亦可包括手動超控制件，該手動超控制件 允許致動器70由操作者手動調節，或者該致動器可以是由操作者手動調節的機械致動器。在一實施例中，可移動出口堰60繞著一樞軸72樞轉地安裝在托盤平臺56處。致動器70操作地與可移動出口堰60耦接，以致使可移動出口堰在第一高度及第二高度之間樞轉。

如圖6及圖7所示，致動器70的連接是經由一連桿74的，該連桿將來自致動器70的線性移動轉換成出口堰60繞著其樞軸72的旋轉移動。致動器70顯示為安裝在質量傳遞柱10的殼體12的外部，且連桿74穿過殼體12中的一密封開口76。在一實施例中，連桿74包括固定至出口堰60的一杆78。杆78在筒區段80內是可旋轉的，並充當讓出口堰60繞著旋轉的樞軸72。

當出口堰60位於其第一高度時，它是在降流管66的方向上旋轉的。替代地，它可在位於其第一高度時朝向托盤平臺56旋轉。位於其第二高度時，出口堰60是被旋轉至一直立位置的。出口堰60不需要在其第一高度及其第二高度之間旋轉。例如，其可被安裝成使得其可在第一高度與第二高度之間垂直移動。

出口堰60的移動及所得之高度調整可以各種方式實現。在圖8所示的實施例中，致動器70是一旋轉致動器，直接轉動固定至出口堰60的杆78，無需圖6及圖7所示將致動器70的線性運動轉換成旋轉運動的其他連桿74組件。在圖9及圖10所示的實施例中，連桿74直接連接至出口堰60的一外面部82，且致動器70是導致出口堰60之轉動的一線性致動器，無需將線性運動轉換成旋轉運動的連桿74組件。替代地，連桿74可包含杆78與致動器70的磁耦合、或連桿74之另一組件與致動器70的磁耦合。作為合適的磁性耦合件的一實例，驅動磁鐵係附接至致動器70的軸件並由該軸件自位於殼體12 外部的位置驅動。杆78的一端或連桿74的其他組件附接至位於殼體12內的另一磁鐵，且通過驅動磁鐵的旋轉來旋轉。此種磁耦合消除了對殼體12中密封開口76之需求。

可操作以改變蒸氣流孔隙158之總開口面積的蒸氣流限制器146的另一實施例在圖11至圖18中顯示，其中前面加上前綴「1」的同樣數字係用在圖2至圖10中所描繪的類似組件上。蒸氣流限制器146包含在隔牆118之一側或兩側上的一或多個橫流托盤154。在此實施例的蒸氣流限制器146的第一定向，托盤平臺156中的蒸氣流孔隙158的總開口面積小於當蒸氣流限制器146在第二定向時該托盤平臺156中的蒸氣流孔隙158的總開口面積。蒸氣流孔隙158顯示為具有閥蓋164的固定閥162的一部分。

因此，調整一或多個橫流托盤154的托盤平臺156中的蒸氣流孔隙158的總開口面積，其作用在於改變對於通過托盤平臺156之蒸氣流的限制，且可用於控制通過隔牆118之相對側上的子區域122及124的蒸氣流之分流。例如，當子區域122中的蒸氣流限制器146中的蒸氣流孔隙158的總開口面積小於子區域124中在隔牆188的相對側上的各橫流托盤154的蒸氣流孔隙158的總開口面積時，在隔牆18之相對側上的蒸氣分流可以是不相等的，且更多的蒸氣體積流將上升通過子區域24。假如需要更多的體積流通過子區域122，則經由限制器板84的移動來增加子區域122中蒸氣流限制器146中的蒸氣流孔隙158的總開口面積，使之大於子區域124中在隔牆188的相對側上的各橫流托盤154的蒸氣流孔隙158的總開口面積。在其他實施例中，經由子區域22及24中定位在隔牆18之相對側上的蒸氣流限制器146中的限制器板84的移動，可控制蒸氣分流。

蒸氣流限制器146亦包含致動器170，致動器可被安裝在殼體12的外部，且操作地與限制器板84相關聯以控制限制器板84的移動。限制器板84可安裝在形成蒸氣流限制器146之一部分的橫流托盤154的托盤平臺156下方。致動器170可通過將致動器170的線性運動傳輸至限制器板84的一連桿174而耦接至限制器板84，如圖12所示。作為替代方案，當致動器170的線性運動被傳輸至限制器板84時，連桿174可經配置以增加該線性運動，如圖11所示。

如在圖13至圖18中可最佳看出，限制器板84包含擱置在支撐導引件88上並沿著支撐導引件88滑動的一或多個區段86。限制器板84的區段86如圖15至圖17所示可與蒸氣流孔隙158之一些或全部對準，且如圖14及圖18所示亦可消除此種對準關係。當蒸氣流限制器146在第一定向時，區段86經移動以與蒸氣流孔隙158之一些或全部對準，使得蒸氣流限制器146的托盤平臺156中的蒸氣流孔隙158的總開口面積小於在隔牆118的相對側上的橫流托盤154的托盤平臺156中的蒸氣流孔隙158的總開口面積。這可繼而導致通過子區域124的蒸氣體積流大於通過有蒸氣流限制器146定位其中的子區域122的蒸氣體積流。當蒸氣流限制器146在第二定向時，區段86被重新定位，使得蒸氣流限制器146的托盤平臺156中的蒸氣流孔隙158的總開口面積大於在隔牆188的相對側上的橫流托盤154的托盤平臺156中的蒸氣流孔隙158的總開口面積。這可繼而導致通過有蒸氣流限制器146定位其中的子區域122的蒸氣體積流大於通過子區域124的蒸氣體積流。

雖然橫流托盤154在圖11至圖18中以單通道的配置方式顯示，其等亦可替代地以多通道的配置方式建構，諸如圖19至圖21中所示的雙 通道的配置方式，其中前綴「2」係用在編號類似的組件上。在蒸氣流限制器246中，致動器270經由連桿274連接至定位在托盤平臺256下方的兩個限制器板284。連桿274經配置，使得致動器270的線性延伸導致杆278的旋轉移動。杆278經由多個單獨的連結桿290連接至兩個限制器板284，致使杆278的旋轉導致限制器板284移動以進入並脫離與蒸氣流孔隙258之一些或全部的對準關係。這允許通過子區222的224的蒸氣分流以先前描述的方式予以調整。

在圖22至圖24所示的實施例中，質量傳遞總成是由數字316所標定的，且以結構化填料92作為質量傳遞結構20以說明本發明的用途。在本實施例中，前綴「3」係用在編號類似的組件上。結構化填料92的波紋片材是支撐在一格柵支撐件94上的，該格柵支撐件位於蒸氣流限制器346上方與之間隔開來。可使用隨機填料或格柵填料來取代結構化填料92。

蒸氣流限制器346包含具有豎板98的一煙囪托盤96，該等豎板從托盤平臺100向上延伸並圍繞托盤平臺100中的蒸氣流孔隙102。所繪示之實施例中的豎板98具有矩形截面並由蓋104覆蓋。蒸氣流限制器346包括安裝在托盤平臺100下方的一限制器板384及通過連桿374而耦接至限制器板384的一致動器370。限制器板384在導引件106內滑動，且經建構以使得區段386藉由限制器板384的滑動移動而移動進入及脫離與蒸氣流孔隙102之一或多者的對準關係，進而以類似於上述針對限制器板84的方式改變蒸氣流孔隙102的總開口面積。通過子區域322及324的蒸氣分流可以這種方式控制。

限制器板384中用於改變托盤平臺100中之蒸氣流孔隙102的總開口面積的區段386可具有各種尺寸及形狀。在一實施例中，區段386經建構以形成並環繞限制器板384中的開口108，該等開口具有與托盤平臺100中之 蒸氣流孔隙102相同或相似的尺寸及形狀。開口108定位於限制器板384中使限制器板384之滑動移動導致開口108進入及脫離與蒸氣流孔隙102之一些或全部的對準關係的位置。

煙囪托盤96可經建構成如圖22至圖24及圖27所示，使得各豎板98環繞一個蒸氣流孔隙102，該蒸氣流孔隙具有與豎板98之截面相同的尺寸及形狀。在其他實施例中，諸如圖25及圖26所示，豎板98之各者可環繞多個蒸氣流孔隙102，該等蒸氣流孔隙之各者具有比豎板98之截面小的尺寸。豎板98的截面形狀可選自各種合適形狀的任一者，諸如圖22至圖24所示的矩形、圖27所示的圓形、或方形。類似地，蒸氣流孔隙102的形狀可選自各種合適形狀的任一者，諸如圖22至圖24所示的矩形、圖25及圖27所示的圓形、或圖26所示的方形。雖然限制器板384中之開口108、托盤平臺100中之蒸氣流孔隙102、及豎板98之截面在所繪示實施例之各者中具有相同形狀，但其等在其他實施例中可具有不同形狀。

圖22至圖27所示及/或上列所述之蒸氣流限制器346可與其中之質量傳遞結構係結構化或隨機填充物以外的質量傳遞總成一起使用。例如，如圖29所示，蒸氣流限制器346與包含先前就圖2至圖6而言已在上列敘述之橫流托盤54的質量傳遞結構一起使用。

上文所述的質量傳遞柱可以包括下述步驟的一方法予以操作：操作致動器70以使定位在第一子區域22中的蒸氣流限制器46在一第一定向及一第二定向之間移動，該第一定向導致通過第一子區域22的一第一蒸氣流阻力，該第二定向導致通過第一子區域22的一第二蒸氣流阻力且該第二蒸氣流阻力大於該第一蒸氣流阻力，藉此以在蒸氣體積分流上升通過隔牆18之相對側 上的第一子區域22及第二子區域24時調整該蒸氣體積分流。該方法包括將一進料流導入開放內部區域16中、處理該進料流以致使蒸氣上升通過第一子區域22及第二子區域24、並從質量傳遞柱10中抽取出一產品或產品。該進料流可以是具有三或更多種組分的進料流，且該處理可包括將該進料流分離成高純度組分。類似的方法可與本文中所揭示之其他實施例一起實現。

根據前述內容，將明白本發明係經完善調適以實現上文提出之所有目的及目標以及結構固有之其他優點的發明。

應理解，某些特徵及子組合具有實用性，並且可被採用而無需參照其他特徵及子組合。這由本發明所設想並且在本發明之範疇內。

由於在不脫離本發明範圍的前提下可對本發明做出許多可行的實施例，所以應理解的是，在本文中所提出或在附圖中所展示的所有物體應被解讀為說明性，而非限制性的。

Claims (20)

1. 一種質量傳遞總成，其用於在一質量傳遞柱內之一開放內部區域中使用，該質量傳遞總成包含：一隔牆，其形成在該隔牆之相對側上的第一子區域及第二子區域；一或多個質量傳遞結構區，其定位在該隔牆的該等相對側上的該等子區域中；及一蒸氣流限制器，其定位在該第一子區域中且可在一第一定向與一第二定向之間移動，該第一定向導致通過該第一子區域的一第一蒸氣流阻力，該第二定向導致通過該子區域的一第二蒸氣流阻力，該第二蒸氣流阻力大於該第一蒸氣流阻力，以在一蒸氣體積分流上升通過該隔牆之該等相對側上的該第一子區域及該第二子區域時允許對該蒸氣體積分流進行一調整。
2. 如請求項1之質量傳遞總成，其中通過該第一子區域的該第一蒸氣流阻力小於通過該隔牆之該相對側上的該第二子區域的一蒸氣流阻力或與該蒸氣流阻力相同，且該第二蒸氣流阻力大於通過該隔牆之該相對側上的該第二子區域的該蒸氣流阻力。
3. 如請求項2之質量傳遞總成，其中該蒸氣流限制器包含一橫流托盤，該橫流托盤具有一托盤平臺、在該托盤平臺中的蒸氣流孔隙、及一出口堰，且其中當該橫流托盤在該第一定向時，該出口堰延伸至該托盤平臺上方的一第一高度，且當該橫流托盤在該第二定向時，該出口堰延伸至該托盤平臺上方大於該第一高度的一第二高度。
4. 如請求項3之質量傳遞總成，其中該蒸氣流限制器進一步包含與該出口堰相關聯的一致動器，該致動器用於在該第一高度與該第二高度之間移動該出口堰。
5. 如請求項4之質量傳遞總成，其中該出口堰經可樞轉地安裝，且該致動器經操作地與該出口堰耦接以用於導致該出口堰在該托盤平臺上方的該第一高度與該第二高度之間樞轉。
6. 如請求項2之質量傳遞總成，其中該蒸氣流限制器包含一托盤，該托盤具有一托盤平臺以及在該托盤平臺中的蒸氣流孔隙，且其中當該托盤在該第一定向時，該等蒸氣流孔隙的一總開口面積小於當該托盤在該第二定向時該等蒸氣流孔隙的該總開口面積。
7. 如請求項6之質量傳遞總成，其中該蒸氣流限制器進一步包含一限制器板及一致動器，該限制器板係可移動以改變該等蒸氣流孔隙的該總開口面積，該致動器與該限制器板相關聯以用於控制該限制器板的移動。
8. 如請求項7之質量傳遞總成，其中該限制器板可滑動地安裝在該托盤的該托盤平臺下方，且該致動器經操作地與該限制器板耦接以用於導致該限制器板的該滑動移動。
9. 如請求項8之質量傳遞總成，其中該托盤是一橫流托盤。
10. 如請求項8之質量傳遞總成，其中該托盤是一煙囪托盤，且該隔牆的該第一側上的該等質量傳遞結構區之至少一者包含填料。
11. 如請求項1之質量傳遞總成，其包括該等隔牆之另一者，其中該等隔牆彼此以水平間隔開且平行之關係定位。
12. 一種質量傳遞柱，其包含： 一殼體；一開放內部區域，其由該殼體界定；及一如請求項1之質量傳遞總成，其定位在該開放內部區域內。
13. 如請求項12之質量傳遞柱，其中通過該第一子區域的該第一蒸氣流阻力小於通過該隔牆之該相對側上的該第二子區域的一蒸氣流阻力或與該蒸氣流阻力相同，且該第二蒸氣流阻力大於通過該隔牆之該相對側上的該第二子區域的該蒸氣流阻力。
14. 如請求項13之質量傳遞柱，其中該蒸氣流限制器包含一橫流托盤，該橫流托盤具有一托盤平臺、在該托盤平臺中的蒸氣流孔隙、從該托盤平臺向上延伸的一出口堰、及與該出口堰操作地相關聯的一致動器，其中當該橫流托盤在該第一定向時，該出口堰延伸至該托盤平臺上方的一第一高度，且當該橫流托盤在該第二定向時，該出口堰延伸至該托盤平臺上方大於該第一高度的一第二高度，且其中該致動器是一線性或旋轉致動器且可操作以在該第一高度與該第二高度之間移動該出口堰。
15. 如請求項13之質量傳遞柱，其中該蒸氣流限制器包含一托盤，該托盤具有一托盤平臺、在該托盤平臺中的蒸氣流孔隙、可移動以改變該等蒸氣流孔隙的該總開口面積的一限制器板、及與該限制器板相關聯以用於控制該限制器板的移動的一致動器，其中當該托盤在該第一定向時，該致動器將該限制器板定位，使得該等蒸氣流孔隙的該總開口面積小於當該托盤在該第二定向時該等蒸氣流孔隙的該總開口面積，且該致動器將該限制器板再定位。
16. 如請求項15之質量傳遞柱，其中該限制器板可滑動地安裝在該托盤的該托盤平臺下方，且該致動器是一線性或旋轉致動器，且可操作地與該限制器板耦接以用於導致該限制器板的該滑動移動。
17. 如請求項16之質量傳遞柱，其中該托盤是一橫流托盤或一煙囪托盤。
18. 如請求項16之質量傳遞柱，其中當該托盤是一橫流托盤時，該隔牆的該第一側上的該等質量傳遞結構區之至少一者包含橫流托盤，且當該托盤是一煙囪托盤時，該隔牆的該第一側上的該等質量傳遞結構區之至少一者包含填料。
19. 如請求項12之質量傳遞柱，其包括該等隔牆之另一者，其中該等隔牆彼此以水平間隔開且平行之關係定位。
20. 一種操作質量傳遞柱的方法，該質量傳遞柱包含一殼體、由該殼體所界定的一開放內部區域、及定位在該開放內部區域內如請求項1之一質量傳遞總成，該方法包含下列步驟：操作一致動器，以使定位在該第一子區域中的該蒸氣流限制器在一第一定向與一第二定向之間移動，該第一定向導致通過該第一子區域的一第一蒸氣流阻力，該第二定向導致通過該子區域的一第二蒸氣流阻力，該第二蒸氣流阻力大於該第一蒸氣流阻力，以在一蒸氣體積分流上升通過該隔牆之該等相對側上的該第一子區域及該第二子區域時調整該蒸氣體積分流；將一進料流引入該開放內部區域中；處理該進料流以致使蒸氣上升通過該第一子區域及該第二子區域；及從該質量傳遞柱提取一產物或產物。