TW469153B - Fractionation tray attachable with the same used in a distillation column - Google Patents

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經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 69^53 A7 fCh >,>Ί___B7_______五、發明說明（） 發明領域 本發明大致上係關於流體分離裝置及’更特定地，係 關於流體操作的分餾盤。 發明背景= 本發明係關於使用於一蒸餾塔内之分餾盤。其更特定 係關於一種新穎的設備及使组裝使用於蒸餾塔内或分離 兩種或多種流體，如一氣體與—液體’之其它相關的裝置 内之分餾盤的時間與成本最小化的設備° 蒸餾是一種藉由熱的施加與移除來將兩種或多種物 質的一液體及一氣體混合物分離成所需要純度的成分比 例的處理。蒸餾塔被設計來有效率地達成此分離》 基本的蒸餾是從一塔的上端開始至該塔的底部。較重 的處理液體沿著塔向下流，而較輕的處理蒸氣則上升至塔 的上端。該蒸餾塔的主要構件包括一垂直的外殼，處理蒸 氣與液體物質的分離即在其.内發生，及塔的内部，其可能 只包含分箱盤或加上其它的裝置，如結樓化的套件。塔的 内部提高及加強處理蒸氣與液體間的分離•塔内部的内部 配置，如用來加強流動之盤空間’塔直徑，總成的設置， 提高了效率並藉以降低能量的需求。 在一典形型的蒸餾塔中’分餾盤係被水平地安裝於該 垂直外毅内β分館盤的此一特定的設計可藉由提供可獲得 更佳的分離結果之流體間之密切的接觸來促進及加強處 理氣體與液體之間的分離。每一分餾盤是由數個板所構 第3頁 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ---I-------I----，^ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 * 297公釐） 經濟郤智慧財產局員工消費合作社印製 69 153 A7 ____B7___ 五、發明說明（） 成，該等板典变地以螺栓彼此連結及接下來以螺接或夾持 而固定於該蒸餾塔内的一橫樑支撐件上。介於每一板與該 支樓件之間的區域為一"窒死區” ’很少或沒有氣體-液體間 反應及分離在该處發生。 分餾盤之氣體與液體的接觸區域典型地被稱為作用 區（activearea)。介於板與支撐件的周圍之間的窒死區因為其 為一非作用區JL對於分離處理沒有貢獻而從該作用區被 減除。因此，所有分餾盤之窒死區的結構降低了該蒸館塔 的效率並需要更多的分條盤來平衡此一結果。 最近，授予Nutter之美國專利第5,468,425號揭示了一 種設備用來改變分餾盤的窒死區用以讓氣體及液體於此 區域中接觸。介於相鄰的板之間之相當大的重疊邊緣區被 提供了形狀上大致相同的孔介於每一板之間。該大的邊緣 區域是將相鄰的板用螺栓彼此連接在一起所必需的。 雖然在該邊緣區域添加孔可提供更多的孔，但傳統的 螺栓會在傳統的分餾盤板設計中造成新的室死區問題。因 此，在邊緣區中之孔洞在分餾盤及蒸餾塔中的容量及效率 上的好處會被降低。 此外，Nutter的盤在盤的裝設上係採用傳統的盤設計’ 其需要一或雨個安裝件。因為每一板係藉由一螺栓而被固 定於相鄰的板上，所以至少需要有一個安裝件位在該盤之 上並將一板上的螺栓孔與在另一板上的螺栓孔對齊。此 外，在該盤的底下必需設置一安裝件用以確保最後與—螺 帽或其它的鎖固裝置螺合。熟悉此技藝者將可瞭解的是’ 第3頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規烙（21〇χ 297公.¾ ) ^ 訂· (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 發明說明（） 此傳统的安裝程序在分餞盤的装設期間是栩當耗費人工 成本的且會增加蒸餾塔架設所需的時間。因此，在需要維 修時.如整個工廠必需停工以進行塔槽内部構件的更換’ 其並不能節省人工成本及時間及對於工廠的作業之任何 額外的無法作業的時間。 因此，對於能夠降低介於分餾盤板之間的窒死區用以 在塔槽的容量及效率上提供額外的提升之分餾盤存在著 需求，分餾盤應該能夠被簡單且容易被建構且同時保有足 夠的強度以使用於高壓氣體與液體環境中。該分餾盤應該 能夠被輕易地安裝用以在關鍵安裝期間可顯著地降低人 工成本及節省時間。 發明目的及概述： 本發明係關於一種被使來讓一蒸餾塔内的流體接觸 與分離的設被以供不同質量的兩流體之間進行質量傳遞 交換。根據本發明，一種分餾盤表面被提供1其具有一第 一及第二互鎖板及多個閥孔。闕孔允許較輕的流體’如氣 體從底下流通過並穿過該分餾盤用以與一流動於分鶴盤 之上之較重的流體，如液體，交互作用。 該第一互鎖板具有一大致水平的且有閥孔及一對齊 區之平的表面。該對齊區具有至少一對齊槽及至少一對齊 孔。 該第二1鎖板被置於與該第一互鎖板相鄭的位置。第 二互鎖板具有至少一對齊片用以插入到第一亙鎖坡之對 第4頁 中國國家標準規格（210 X 297公釐） 4 6 9 15 3 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 __B7_ 五、發明說明（） 齊槽中。該對齊片亦具有一閥孔. 在安裝期間，對齊板被插入到第一互鎖板之對齊槽 中=該閥孔與對齊孔對齊使得氣體可從底下流過並穿過該 分掏盤而與流過分齒盤表面之液體交互作用。 分餾盤及板最好是由一設在對齊區之整體桁架件所 支撐。該一體桁架件從對齊區向下延伸並被設計成與對齊 孔的干擾為最小的形狀。一凸緣從該一體的桁架件的一腳 部延伸出以加強該桁架支撐的強度。 在一較佳的實施例中，一分傲閥被插入該對齊片的閥 孔中。該閥可以是活動的或固定的閥。滿溢及滴漏可因使 用該閥而被減低，藉此從分餾盤底下上升的氣體被偏導成 為一水平的及橫向流。 最好是在组裝期間，沒有螺栓被用來連結第一及第二 互鎖板因而可節省人工成本。該等互鎖板提供一塊速的安 裝藉以降低在工廠維修期間所需之停機時間。此外，不需 使用螺栓可讓閥孔被設置在傳統上無作用的區域用以降 低該分餾盤之機械性的窒死區域。如此可藉由讓氣體與液 體之間有更大的交互作用而提高分餾盤及蒸餾體的容量 及效率。 本發明所設計之分餾盤提供一快速及簡易的安裝。板 之對齊系統可藉由提高該塔槽之容量及效率來降低分餾 盤之人工成本及操作成本3 笫5頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297 ) --------------裏.-------訂.--------線 (請先閒讀背面之注意事項再填寫本頁) 4 6 9 1 5 3 A7 B7 五、發明說明（ 圖式簡軍說明： 第1圖為根據本發明所建構之一分餾盤的俯視圖，其顯示 一第一互鎖板與一第二互鎖板相連結。 第2圖為一正體圖其顯示第一及第二互鎖板，其具有在第 1圖的分飽盤中4閥孔内之閥。 第3圖為介於第一及第二互鎖板之間的對齊區的侧視圖， 其顯示對齊板及閥之細節3 第4圖為一立體圖，其顯示第i圖之分餾盤之帶有閥的第 一及第二互鎖板與第二互鎖板的對齊區及第一互 鎖板的對齊片 第5圖為一侧視圖，其顯示第二互鎖板被插入第一互鎖板 的對齊區用以形成第1圖之分餾盤= 第6圖為一立體圖，其顯示第二互鎖板被插入第一互鎖板 的對齊區用以形成第1圖之分餾盤。 -------------裏--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖號對照說明： 20 2 1 35 2 5 第一互鎖板 1 OB 第二互鎖板 對齊片 30 閥 槽部 22 突起部 閥孔 15 對齊槽 對齊孔 40 一體的桁架件 閥 45 桁架凸緣 本紙張又度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 4 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 6 9 15 3 A7 _B7_五、發明說明（） 發明詳細說明： 以下第1至第5圖之說明描述了本發明的一較佳實施 例。本發明之分餾盤被舉例但並不侷限於此實施例。使用 於說明書及申請專利範圍中之描述性語言是為了清晰及 方便的目的而非要將其限制於質量傳遞領域中，或限制於 通常被使用於一質量傳遞交換塔槽内之部件的垂直設置 上。 採用自質量傳遞應用中之專業術語之π流體”一詞使 要用來描述粒子的種類其可流經本發明之閥，而非要將其 限制於質量傳遞技術上1此種粒子將會流通過本發明之 閥。在質量傳遞操作中之粒子通常包含在分子層級或顯微 鏡大小的液滴或氣泡。典型地，處理”蒸氣（vapor)”或氣 體（gas)"為較輕的流體及處理”液體”為較重的流體《本發 明之分餾盤被應用於一高流體壓力的環境中，如一盤式塔 槽中。此高流體壓力環境允許流體，氣體，液體及蒸氣的 分離或分餾。 ”盤"及”盤甲板”一詞係指被使用在質量傳遞應用中之 塔槽内的盤表面而言。該盤亦可被描述為一流體接觸分餾 盤。在一典型的盤結構中，該盤的上表面是朝向該塔的的 頂端及該盤的下表面則是朝向該塔的底端。許多不同的盤 可被包含於一盤式或分餾塔中。數個盤開口或孔洞被設置 穿透該盤甲板表面。通常，閥或其它的裝置被設置於該等 盤開口之上用以調節通過液體之蒸氣流。然而，在本文 中，分餾盤一詞單純地表示-閥，如本發明中之閥，被固 第7頁 -------------裏·-------訂·-------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用申®國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 469 15 3 Α7 严〇) >c>3_ B7 五、發明說明（ 定於其上者而言。 流體流被定義為流過整個篆餾坻B 1 观冷及通過分餾盤之流 體的移動。氣體流典型地是從塔槽的廣如^ ^ π W展部向上至塔槽的頂 部’通過在盤甲板上的孔洞β液禮流典型地是從頂盤向下 至底盤。液體從分镏盤的-上游或入口部分流向分館盤的 -下游或出^^在通過該出Κ後’液錢經下導 管區並通過該下導管到達底下的盤的入^_> e 在整個說明書與申請專利範圍中，，，活動的”一詞是 指當一盤閥被插入到該泡沫活化器閥孔洞内時之該盤間 的運動而言》通常’熟悉此技藝者可瞭解的是，本發明 之閥總成或其它的裝置最好是相對於該盤甲板而言作上 下運動。此運動允許來自於底下的盤曱板通過到達上表 面用以完成在不同流速之質量傳遞技術所需的流體分 餾》介於盤甲板與閥之間的距離界定了 —流體逃选路徑 或開口，其可讓粒子向上流動通過。 "滿溢（flooding)"及”滴漏（weeping)係指分餾盤於操作期 間之狀況。滿溢是來自於分餾盤底下的氣禮在__垂直且向 上的方向上射茅過在盤甲板上之任何開孔以相對未受挽 動地通過液體而及擊中上面的盤甲板。典型地，在高壓氣 體磬力條件下發生之滿溢可讓氣體射穿液體。滴漏是在低 流動的狀況下發生的，低液體流會滲透穿過在盤表面上的 孔以向下滲至底下的盤上*在較高的液體流速下，’，傾倒 (dumping) ”會在液體流穿過該等閥孔而不是通過該盤甲板並 穿過下導管時發生β 第8頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (靖先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝 訂---------f * 經濟部智慧財產局員工消f合作杜印製 4b9 153 _B7 五、發明說明（） 本發明的分餘盤可被建構成適用於一質量傳遞蒸飽 塔中。分餾盤以較佳的特定實施例被舉例，描述及請求權 利。 參照圖式，第1圖為本發明之分餾盤的一平面圖。_ 第一互鎖板丨0A具有閥孔，每一閥孔内插入有一閥30。 最好是，多個對齊片20被沿著該盤板的整個長度設置用 以連結至一相鄰的互鎖板。每一對齊片20具有一槽部21 及突起部2 .2。 如第1圖所示*對齊片20沿著互鎖板10A的邊緣被 固定及均勻地設置。對齊區域（未示出）被設置成與對齊片 20相對》每一對齊片20於其内都具有一各自的閥孔35。 閥孔3 5最好是一大致圊形的開孔，但其可被改變以容納 任何的閥或其它流體偏導組件。 一第二互鎖板10Β顯示該對齊區1其大致上與第一互 鎖板10Α的對齊區相同。對齊區！具有—對齊槽15用以 容納一相鄰的分餾盤板之對齊片20的槽部21。對齊孔25 被置於對齊槽1 5的正後方。最好是，對齊孔是比閥孔3 5 還大之開孔區》這可以減少在安裝時所需的時間，因為閥 30的腳通過該對齊孔，如果閥是在蒸餾塔的外面預先裝設 的話。閥3 0在閥孔3 5内的定位可防止分別在閉合及開放 位置時之滴漏及滿溢的發生。 第2圖顯示第1圖中之本發明的互鎖板。盤板被完全 地組合且閥30被插入到分餾盤的閥孔中β 一體的桁架件 40被示於第二互鎖件1〇Β中。_體的桁架件4〇從對齊區 第9頁 本紙張尺度適用中國國豕標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） i請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝

-I D n 一OJi I— n I n I 經濟部智慧財產局員工湞費合作社印製 4 b 9 15 3 經濟部智慧財產局Η工消f合作社印製 Λ 7 Η 7五、發明説明（) 1向下延仲且不會干擾到氣體流通過對齋孔2 5。桁架4 0 與盤板的厚度相同。 現參照第3圖，互鎖盤极以惻視圖的方式被顯示。閥 3 0被插穿過該盤甲板並進入到盤板之閥孔内。對齊片2 0 之槽部2 1及突起部2 2被示於第一互鎖板1 Ο A上。對齊片 2 0最好是被設計成互鎖的盤板保持大致的水平，如第2 圖所示。閥3 2被顯示為穿過閥孔及在對齊區1之對齊孔。 桁架件40從對齊區1的向下延伸，如第3圖所示。 一桁架凸緣4 5從桁價件4 0橫向地延伸出以形成一腳。這 可大大地提高桁架件的剛性，同時讓桁架件保持為一薄板 金屬。 第4圖顯示對齊區1之詳細的剖面圖，其中對齊片2 0 係被插入到對齊槽1 5 (未示出）中。槽部2 1最好是在第二 互鎖板1 0 B的水平面底下且被插入穿過對齊孔1 5。突起 部2 2被置於第一互鎖板1 0 A之對齊區丨之上。槽部2 1及 突起部2 2的組合允許相鄰的盤板在組合之後保持在一平 的水平面上以提供更為均勻液體流通過盤表面》閥3 2被 插入穿過第二互鎖板1 0B的對齊片20及第一互鎖板1 0A 的對齊區1。這提供了無需螺栓但穩定的連結。 第4圖亦顯示該桁架件40的細節，其中該桁架從對 齊區1向下延伸。桁架件40是與盤板之其它部分的厚度 相同之金屬。桁架凸緣4 5從桁架件4 0橫向地延伸用以形 成一腳部。此強化了該桁架件使得其能夠將被互鎖的盤支 撐於蒸餾塔内。熟悉此技藝者將可瞭解的是，被使用於分 第10頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2!〇X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -ΰ 469153 經濟部智毡財產局"'貝工消费合作社印製 Λ7 ίΓ五、發明説明（） 餾盤及桁架上的金屬的厚度是根據標準的材質厚度。該材 包括凝鋼及其範圍可從厚度為7刻度（g a u g e )或4.5 m m至 1 0刻度或3 . 5 mm。不銹鋼亦可被用作為建構材質且其範圍 可從厚度為1 4刻度或2.0 m m至1 0刻度。較薄之材質，如 1 4刻度的材質可包括稀有金屬，如鈦金屬。 弟5圖以側視圖顯示第二互鎖板插入到第一互鎖板的 對齊區中。對齊片20的槽部2 1以一標記為X的角度被插 入到第一互鎖板1 ΟA的對齊槽中。為了要便於安裝，閥20 是在安裝置蒸餾塔内之前被插入到槽盤板中的。這可降低 安裝成本，因為與盤板比較起來塔槽為一受拘束的垂直殼 體。藉由在塔槽的外部將閥插入到盤板中，安裝可在更快 速且更少人工成本下完成。 閥3 2在對齊片2 0的閥孔3 5内的腳接著可通過該對 齊孔2 5。因為對齊孔2 5最好是比閥孔3 5來得大，所以閥 3 2的角可輕易地被插入到對齊孔2 5內《因為重力作用在 第二互鎖板1 0B的遠端上，所以苐二板移動角度X以變成 與第一互鎖板對齊於水平面上，如第3圖所示。 現參照第6圖，互鎖板之安裝以立體圓顯示。當第二 互鎖板經過了角度X時，在對齊片2 0的閥孔3 5内的每一 閥3 2將被插入到第一互鎖板的對齊孔2 5内。互鎖板1 0B 之自然的重力提供所需的力量用以將盤板對齊於所想要 之水平方向上。 本發明顯著地減少了將盤安裝於蒸餾塔内時所需的 人工成本，因為互鎖板提供了快速的安裝同時降低所需之 第11頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） = ~1τ------X. I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4 6 9 15 3 經濟部智¾財產局工泸赀合作杜印製 IT五、發明説明（) 安裝人工。對齊區的設計讓安裝者可輕易地將一盤板與一 相鄰的盤板對齋=因此·本發明之盤板的安裝時間可被大 大地減少，使得在塔槽及工廠維修的關键時間有更快的回 復時間。 具有孔洞之對齊區亦降低了窒死區的數量，同時消除 了盤板之間額外的螺接的需要。這可提高塔槽的容量，因 為宣死區會增加氣體與液體之間的無作用區域。因此，整 個塔槽的效率被提升，因為窒死區或無作用區被減少的結 果分飽盤的層數可被減少。 雖然本發明已根據其較佳的實施例加以說明，但其 它不同的結構亦可被使用。例如，互鎖片及孔動的大小 及形狀可根據將被插入該分餾盤中之閥加以調整。一螺 栓可被使用於對齊片之間用以進一步強化板之間的鎖 固。 固定的閥可被用於閥孔中。一微散佈閥，如描述於 1997年十月10曰提申之美國暫時申請案第60/016,504 號現為 1 998 年九月I曰提申之非暫時申請案第 0 9 / 1 4 5 ,1 8 7號中的有孔的閥，可被使用，用以將升起之 蒸氣進一步散佈成為液體流。該閥之微散佈特性可將氣 體細微地散佈使得氣體被微散佈於液體中以允許一更大 的氣體-液體交互作用。這可顯著地提高分離及蒸餾處 理。該等微散佈閥可被使用於整個盤甲板上或只在對齊 區内。 被用來建構盤板之金屬的厚度將可允許該桁架之高 第12頁 本紙浪尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 乂 Μ7公釐） -------,---、-------訂------X. I (請先閱請背面之注意事項再填寫本頁) 4 59153 Λ7 B7 五、發明說明（ 度的調整使得被見少的窒死區不會被堵住3熟悉此技藝 者將可瞭解到的是，盤板可被彎曲，如在靠近蒸鏤塔的 圓形外殼的板部分。 這些及其它的變化可在不偏離本發明的主體下被達 成。 -------------裝·-------訂-------— ·線 (請先閱讀背面之ii意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 第13貫 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 4

   A8B8C8D8 經濟部智慧財產局員工消f合作社印製 六、申請專利範圍 1. 一種用於一蒸餾塔内可加強一氣體與一液體之間的分離 作用之分餾盤.該分餾盤至少包含： 多個互鎖板，其具有多個閥孔作為來自於底下之氣 體的路徑並從穿過該分餾盤以與流動於分餘盤之上的 液體交互作用； 一第一互鎖板，其具有一對齊區，該對齊區具有至 少一對齊槽及至少一對齊孔： 一第，二互鎖板’其具有至少一對齊片以插入到該第 一對齊板的對齊槽中及一閥孔使得在該第二互鎖板與 該第一互鏔板對齊及對齊板被插入到第一互鎖板的對 齊槽中時，閥孔會與對齊孔對齊使得氣體可從底下通過 並穿過该分餾盤而與在分餾盤之上的液體交互作用，藉 此於分餾盤上之機械性的窒死區被減少；及 一支撐機構，用來將該分餾盤安裝於該蒸餾塔内。 2. 如申請專利範圍第1項所述之分餾盤，纟中該支撐機構 包括一一禮的奸架部分其從對齊區向下延出用以將該 等互鎖板支揮於該蒸館塔内使得該一體的椅架部分被 設置於遠離該對齊孔用以防止擋估洛典 艰住氣體從底下流過並 通過該分餾盤同時提供分餾盤的文轉。 3. 如_請專利範圍第2項所述之分餾盤，其争該一體的桁 架部分具有一凸緣用以提供較大的強度來支揮該等互 鎖板及分餾盤β 第U頁 I n n in n In n —ϋ D , · n I --- T—I i n n 1 1-- I n I 4 {請先M讀背面之注*事項再填窝本頁) 經濟部智毽財產局0工消費合作社印製 u 9 15 3 Λ8 ίί8 CS D8 六、申請專利範圍 4 .如申請專利範圍第1項所述之分餾盤，其中在第二互銷 板的對齊片被插入到第一互鎖板的對齊槽中之後每一 互鎖板可在不使用螺栓下互鎖且是穩定的'並藉由作用 於第二互鎖板的之與對齊區相對的一遠端部上之重力 而使得互鎖板形成一大致年的表面。 5 .如申請專利範圍第1項所述之分餾盤，其中一活動的閥 被插入到第二互鎖板的對齊片上之閥孔中使得來自於 分餾盤底下的氣體可流過該對齊孔及當其與液體交互 作用時閥孔被導引至一水平的且橫向的流中以防止滿 溢發生。 6. 如申請專利範圍第5項所述之分餾盤，其中該活動的閥 為一微散佈閥用以在氣體與液體之間提供更大的混合 並防止對齊區在不同的流動條件下之滿溢及滴漏的發 生。 7. 如申請專利範圍第丨項所述之分餾盤，其中一固定的閥 被固定於第二互鎖板的閥孔中使得來自於分餾盤底下 的氣體可流過該對齊孔且當其與液體交互作用時閥孔 被導引至一水平的流中用以防止盤區段之滿溢的發 生。 第15T 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)Al規格（210x297公髮） --------訂·-------- {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)