TWI472368B - 於分離塔中的屏蔽 - Google Patents

於分離塔中的屏蔽 Download PDF

Info

Publication number
TWI472368B
TWI472368B TW101110656A TW101110656A TWI472368B TW I472368 B TWI472368 B TW I472368B TW 101110656 A TW101110656 A TW 101110656A TW 101110656 A TW101110656 A TW 101110656A TW I472368 B TWI472368 B TW I472368B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
liquid
shield
mass transfer
liquid distributor
distributor
Prior art date
Application number
TW101110656A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201238636A (en
Inventor
Vladimir Yliy Gershtein
Patrick Alan Houghton
Kenneth William Kovak
Andrew Weaver
Jonathan Wilson
Original Assignee
Air Prod & Chem
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Air Prod & Chem filed Critical Air Prod & Chem
Publication of TW201238636A publication Critical patent/TW201238636A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI472368B publication Critical patent/TWI472368B/zh

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
    • B01D53/18—Absorbing units; Liquid distributors therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
    • B01D53/18—Absorbing units; Liquid distributors therefor
    • B01D53/185—Liquid distributors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D3/00—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
    • B01D3/008—Liquid distribution
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D3/00—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
    • B01D3/14—Fractional distillation or use of a fractionation or rectification column
    • B01D3/32—Other features of fractionating columns ; Constructional details of fractionating columns not provided for in groups B01D3/16 - B01D3/30
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04763—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
    • F25J3/04866—Construction and layout of air fractionation equipments, e.g. valves, machines
    • F25J3/04896—Details of columns, e.g. internals, inlet/outlet devices
    • F25J3/04909—Structured packings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04763—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
    • F25J3/04866—Construction and layout of air fractionation equipments, e.g. valves, machines
    • F25J3/04896—Details of columns, e.g. internals, inlet/outlet devices
    • F25J3/04927—Liquid or gas distribution devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2290/00—Other details not covered by groups F25J2200/00 - F25J2280/00
    • F25J2290/20—Particular dimensions; Small scale or microdevices

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)
  • Feeding, Discharge, Calcimining, Fusing, And Gas-Generation Devices (AREA)
  • Gas Separation By Absorption (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Description

於分離塔中的屏蔽
本發明提供一種用於分布在質量傳送塔(mass transfer column)中之液體的液體分布器(liquid distributor)及方法。
為在質量傳送塔(例如空氣分離塔)中達成高效率，在填充物床中均勻液體分布為關鍵因素是已眾所皆知者。均勻液體分布可導致在填充物床中有效率的質量傳送。因此，其變成工業標準而設計質量傳送塔及裝置以促進均勻液體分布。
為例示性目的，一種傳統的質量傳送塔區段100是例示於第1圖，其係使用用於質量傳送之液體與蒸氣的逆向流。液體由於重力而在質量傳送塔落下，且蒸氣由於在質量傳送塔中沿著塔區段之長度的所建立的壓力梯度而上升。其結果是可在塔內部進行質量傳送。
一種典型的質量傳送塔(例如空氣分離塔)是分成數個區域或區段102，其中各區域或區段102是藉由例如質量傳送裝置，例如從底部之填充物床或填充物(packing bed or packing) 104、及例如從頂部之液體分布器110加以界限。介於填充物104與分布器110間是介於液體分布器110之底部表面126與填充物104之頂部表面106間之空間或間隔108，其中蒸氣120是從填充物104向上上升而液體116是從液體分布器110自由地向下下降。
一種典型的液體分布器110是具有蒸氣與液體兩者之通道用於蒸氣與液體之收集與分布。蒸氣通道是用於使得上升蒸氣120通過液體分布器110而進入下一個塔區段(未展示)。液體收集器(未展示)是位於液體分布器110的頂部。液體收集器與液體分布器110是通常設計成可維持液體116之所欲液位，及可提供所欲且通常為均勻液體分布橫過液體分布器110的表面，且因此橫過塔橫截面區域。液體分布器110之目的是用於將液體116均勻地分布在填充物表面106上。一系列之液體分布開口或孔口(liquid distribution apertures or holes)114是設置在液體分布器110中使得液體116在液體靜壓(hydrostatic pressure)下通過。液體分布開口或孔口114是可視質量傳送塔大小、特定的區域或區段設計、在液體分布器表面之位置等而可具有相等或不同的直徑。除此以外，液體分布開口或孔口114可加以配置成規則或不規則陣列。液體分布開口或孔口114可為設置在分布器本體的底部或在槽垂直壁等。
液滴118之液體流是在通過液體分布器110之液體分布開口或孔口114後形成，且來自液體分布器110之液滴118之流經由間隔108而產生液滴118之流或液體流。一般而言，所產生的液體流或液滴118可能大小會有變化，且可能具有不同的初期速度。液滴大小是藉由液體分布開口或孔口114的直徑、液體初期速度、及液體物理性質(密度、黏度等)加以限定。液體初期速度是藉由液體分布開口或孔口114的數目、液體分布開口或孔口114的直徑、及在液體分布器110上方之液體116的液位加以限定。在間隔108中，液滴118逆著上升蒸氣120而自由地落下。
填充物或填充物床104是設計成可接收來自液體分布器110之液體116，且將上升蒸氣流120均勻地分布而橫過塔橫區段102。因此，吾可假設上升蒸氣120均勻地上升而達到液體分布器110，其將分流(split)成一系列之流而穿透開放區域(在下文中，稱為「上升管區域、上升管開口、或上升管(riser) 112」)配置成橫過液體分布器110的表面。上升管壁(riser wall) 113可防止在液體分布器110中所收集的液體經由上升管112而向下流動。
上升蒸氣120分流成一系列之流可能並不會均勻，然而其主要是視開放區域、幾何形狀、及上升管112的位置而定。如第2圖所例示，當蒸氣流120經由間隔108而上升，則蒸氣流120開始加速且轉向上升管112的開放區域，例如蒸氣流120可能會逸出而進入下一個塔區段。此等轉向蒸氣流(turning vapor streams) 122產生一引導朝向上升管112的開放區域之中央、及在落下之液體流或液滴118的力量。在傳統的塔區段102中，落下之液體或液滴118可能會歷經上升之轉向蒸氣流122所產生的力量、液滴118從液體分布器110吐出進入間隔108的動量之影響。介於轉向蒸氣流122與落下之液滴118間之相互作用會影響到所欲落下之液滴118的軌跡(trajectory)(亦即，經由落下之液滴118的偏向(deflection))。從所欲落下之液滴118的軌跡，亦即，在填充物表面106上之所欲目標之液滴118任何顯著的變化，可能導致不良分布(maldistribution)及質量傳送塔區段100的性能不佳。
因為如上所述蒸氣流可能會差別地分流，作用在液滴的力量在不同的上升管之附近可能會不同。典型的是上升蒸氣開始其在介於填充物表面的頂部與液體分布器的下側(亦即，間隔)間之空間而分流成不同的流。液滴軌跡是視液滴質量、其初期速度、相對於上升管邊緣之液體分布開口或孔口的位置、及液滴受到影響的滯留時間(亦即，當液滴118在間隔108中在來自轉向蒸氣流122之力量的影響下之時間)而定。
若液滴是在間隔之非常頂部歷經來自轉向蒸氣流的力量及/或若液滴是在配置於接近上升管邊緣之液體分布開口或孔口而形成時，則液滴可能會發生顯著的從所欲落下位置之偏向。此外，當在質量傳送塔中蒸氣與液體之通過量增加時，則液體液滴之偏向將會增加。
在質量傳送塔中之液體偏向最小化是有數種方法。在質量傳送塔中之液體偏向最小化的第一種方法是將介於液體分布器110之底部表面126與填充物104之頂部表面106間之間隔108加以最小化。具有較小的間隔將會導致在該間隔中落下液體之該受到影響的液滴滯留時間(ADRT：Affected Droplet Residence Time)較短，因此可能導致從在填充物表面之所欲落下位置的整體液體偏向較少。該受到影響的液滴滯留時間(ADRT)是藉由將液滴是受到轉向蒸氣流的影響之間隔(HAffected )除以平均液滴速度(VAveDroplet )所計算得，或：
ADRT=HAffected /VAveDroplet 。
不幸的是由於與質量傳送裝置及液體分布器之製造相關的不同因素的多樣化，因此間隔之最小化通常是有其限制。
在質量傳送塔中之液體偏向最小化的第二種方法是減少蒸氣流率。如第3圖所示，此可選擇的辦法可能會大幅地影響到使得液體流偏向的力量，因而此可選擇的辦法可能是非吾所欲者，尤其是當產品之分離是有極大的需求時、及質量傳送塔是被強制在其最大產能下作業時。
在質量傳送塔中之液體偏向最小化的第三種方法是藉由增加上升管之開放區域，同時保持蒸氣流率一定而減少在上升管內部之上升蒸氣速度。此手段是使用較少的用於水平液體流動之空間，結果導致具有較高的在槽(trough)中之液體速度之較狹窄的液體槽，因此，可能會影響到在液體分布器的頂部之液體分布。在分布器槽中，不佳的液體分布將會使得在填充物表面之液體不良分布甚至更為惡化。除此以外，較狹窄的槽可能需要將液體分布開口或孔口之行配置成更接近上升管的邊緣。如此液體分布開口或孔口之配置可能會導致液體流之偏向增加，因此，可能結果會導致在填充物表面上之液體不良分布甚至會更大。
在質量傳送塔中之液體偏向最小化的第四種方法是增加液體之液滴大小、及增加液體液滴之初期速度。此等兩種手段是具有相互相依性。事實上，增加液滴大小是需要較大直徑之液體分布開口或孔口，其本身可能會減少在液體分布器上方之液體液位，因而導致在間隔中之初期液滴速度減少。雖然其係可能藉由減少在液體分布器110上之液體分布開口或孔口114的數目而增加液體分布開口或孔口的大小且同時保持在液體分布器上方之液體液位一定，但是此可能會導致液體分布器設計具有太少的開口或孔口114，其本身可能會影響到在填充物表面上之液體分布的均勻性、及質量傳送塔之整體效率。單純地增加液體液位以增加初期液體速度可能會影響到塔設計(亦即，強制增加塔高度)。通常在大多數的情況下，此可選擇的辦法也是非吾所欲者。
傳統的液體分布器設計可在例如下列公告中發現：美國發明專利第6,293,526號、第6,059,272號、第6,395,139號、第5,785,900號、第5,132,055號、第5,868,970號、第6,086,055號、歐洲發明專利第EP 0972551號、及國際公開第WO 02/083260號。
與在質量傳送裝置表面或所謂的填充物表面上之均勻液體分布相關的問題之揭示內容及討論是稍微有限。此可能是由於眾所皆知，但是不正確的假設或咸信：若在液體離開液體分布器時的位置之液體是均勻地分布，則液體將會均勻地分布在質量傳送裝置或填充物的表面。其通常是假設在液體分布器上之孔口均勻分布而可提供在質量傳送裝置表面(亦即，液體進入填充物表面的位置)具有相同的均勻液體分布。
例如，不同的開口尺寸及彼等之建議的位置等之揭示內容是可在先前公告中發現。例如，美國發明專利第6,293,526號建議一種篩網之配置是設置在液體從分布器排出之液體分布開口的前面。該篩網設計是建議用於具有側液體噴射流之分布器。液體噴射流(liquid jet)在篩網、或所謂的折流板(baffle)上，且在折流板表面上形成噴射液體之液體層。該液體層從折流板表面滑下而滴落在配置於下方之填充物表面上。美國發明專利第6,293,526號提議一種較佳的折流板傾斜角，其係可將液體向外噴灑及被上升蒸氣挾帶向上之液體液滴的數量兩者加以最小化。
美國發明專利第6,293,526號所建議的折流板之末端是位於蒸氣停滯區域，因此該折流板長度為短且並不會突出太遠而足以遍及介於分布器與填充物表面間之間隔。美國發明專利第6,293,526號之該折流板為短，因為發明人僅提示教導使用所建議的折流板來將在折流板表面之液體向外噴灑及形成噴射液體之薄液體層加以最小化，而並非將在本文中所揭示的液體偏向加以最小化。
因此，在此技藝中有需要一種改良之塔區段設計，藉由將在填充物表面上之液體不良分布加以最小化而允許在高生產速率下之質量傳送塔維持其性能及使用其相關的方法。此等方法及設計將可防止對於不同的塔區域在介於液體分布器與填充物表面間之空間而發生液滴偏向。
所揭示的具體實例可滿足在此技藝中的需要，其係藉由提供一種系統及方法以有利於液體分布在質量傳送裝置的表面上，特別是在落下液體之均勻分布為關鍵因素且對於分離裝置的效率具有顯著影響之空氣分離塔。本發明之模式是可應用到所有的類型之分布器，但是特別有利於例如槽式分布器及板式分布器。其可將在液體液滴會受到上升蒸氣流，尤其是轉向蒸氣影響的區域之液體滯留時間加以最小化，有助於減少質量傳送裝置中液滴從彼等之所欲位置偏向。
在一具體實例中，揭示一種用於分布在質量傳送塔中之液體的液體分布器，其係包括：含有至少一上升管壁之至少一上升管，其中該至少一上升管壁是從液體分布器的第一表面在質量傳送塔之第一方向伸展；至少一屏蔽(shield)，其中該至少一屏蔽是從與第一表面成相反側之液體分布器的第二表面伸展，且在與第一方向成相反側之質量傳送塔之第二方向伸展；以及至少一液體分布開口，其係從液體分布器的第一表面經由液體分布器的第二表面伸展，其中該至少一屏蔽具有在第二方向伸展之長度而使得在介於至少一屏蔽與填充物間產生間隙(gap)，且其中該介於屏蔽與填充物間之間隙的高度為約10 mm至75 mm。
在另一具體實例中，揭示一種用於分布在質量傳送塔中之液體的方法，其係包括下列步驟：將液體導入質量傳送塔的上部；在質量傳送塔內配置至少一質量傳送塔區段；在至少一質量傳送塔區段內配置液體分布器，以接收向下流動之液體流及向上流動之蒸氣流，且該液體分布器係包含：(i)含有至少一上升管壁之至少一上升管，其中該至少一上升管壁是從液體分布器的第一表面向上伸展；(ii)至少一屏蔽，其中該至少一屏蔽是從與第一表面成相反側之液體分布器的第二表面伸展且是向下伸展；以及(iii)至少一液體分布開口，其係從液體分布器的第一表面經由液體分布器的第二表面伸展，其中該至少一屏蔽具有一向下伸展的長度而使得在質量傳送塔中在介於至少一屏蔽與配置在液體分布器下方之填充物間產生間隙，且其中該介於屏蔽與填充物間之間隙的高度為約10 mm至75 mm；將從質量傳送塔的上部向下流動之液體流收集在液體分布器的第一表面上；使得向上流動之蒸氣流從質量傳送塔的下部經由液體分布器之上升管而通過；以及將從在液體分布器中之至少一液體分布開口向下流動之液體流分布在填充物上。
本發明之模式係關於在質量傳送裝置的表面，特別是對於落下液體之均勻分布為關鍵因素且可能會顯著地影響到裝置效率的分離塔之液體分布。一般而言，所揭示的模式是可應用到所有的類型之分布器，但是對於槽型及板式分布器設計是特別有利。本發明之模式特別是可用於將在填充物表面上之液體不良分布加以最小化。此外，本發明之模式特別是可用於當使用高密度之孔口模式時，例如每平方公尺200孔口以上之質量傳送裝置區域。最後，本發明之模式特別是也可用於當使用高產能填充物時，因此在質量傳送裝置中可存在高蒸氣流率。
第4圖例示一種根據本發明之一具體實例的例示性質量傳送塔區段400之截面圖。該質量傳送塔區段400之截面圖是包括質量傳送塔402的外壁。該質量傳送塔區段400是藉由從底部之填充物404、及從頂部之液體分布器410加以界限。介於填充物404與液體分布器410間是間隔408，其中蒸氣流420經由填充物404而向上上升、且液體416從液體分布器410而向下落下。液體收集器(未展示)是可位於液體分布器410的頂部。該液體收集器及液體分布器410是通常設計成可維持液體416之所欲液位，且可提供所欲且通常為均勻的液體分布橫過液體分布器410的表面。一系列之液體分布開口或孔口414是配置在液體分布器410中，使得液體416可在液體靜壓下而通過。液體分布開口或孔口414是可視質量傳送塔大小、特定的區域或區段設計、在液體分布器表面之位置等而可具有相等或不同的直徑。除此以外，該液體分布開口或孔口414是可配置成規則或不規則陣列。液體分布開口或孔口414也可為設置在分布器本體的底部或在槽垂直壁等。
液滴418是在液體分布器410之液體分布開口或孔口414形成，且來自液體分布器410之液滴418經由間隔408落下而產生液滴418之流或液體流。一般而言，所產生的液體流或液滴418大小可能會變化，且可能具有不同的初期速度。液滴418大小是藉由液體分布開口或孔口414的直徑、液體初期速度、及液體物理性質(密度、黏度等)加以限定。
填充物404是設計成可接收來自液體分布器410之液體416，且可將上升蒸氣流420均勻地分布橫過質量傳送塔區段400的截面。上升管412是配置成橫過液體分布器410的表面，以允許上升蒸氣流420流動通過且進入例如下一個質量傳送塔區段(未展示)。
因為發現轉向蒸氣流422是會影響到液滴418及其所欲的軌跡，且由於其並非總是能將介於填充物404與液體分布器410間之間隔408加以最小化，因此本發明人尋求強制上升蒸氣流420轉向至更接近該填充物表面406，而非更接近該液體分布器410。用於達成此目的之裝置將是指「屏蔽壁(shield wall)或屏蔽(shield) 424」。
屏蔽424是固定到液體分布器410的底部，其中該屏蔽424是在與上升蒸氣流420成相反側之方向而向下伸展。本發明人發現使用屏蔽424會造成上升蒸氣流420可機動運用朝向上升管412之更接近填充物表面406之位置的開放區域(亦即，變成轉向蒸氣流422)，且進一步遠離液滴418從在液體分布器410中之開口或孔口414進入間隔408的點，如在第4圖所例示者。本發明人發現屏蔽424會造成介於屏蔽424與例如質量傳送塔402的外壁間之液滴418落下的區域變成具有低蒸氣速度之靜壓區域，結果導致在更接近填充物表面406之位置形成轉向蒸氣流422。因此，液滴418落下經由間隔408歷時更長的時間期間及距離而並不會受到轉向蒸氣流422的影響，結果導致： (1)較少的液滴418之偏向、(2)較佳的液體416之分布、及(3)較佳的質量傳送塔區段400之質量傳送效率。屏蔽424在液體分布器410之液位的下方充分地伸展而可減少該受到影響的液滴滯留時間(ADRT)。
為例示性目的，吾可假設第2圖之HAffected (或液滴是受到轉向蒸氣流影響之間隔)是等於介於液體分布器110之底部表面126與填充物104之頂部表面106間之距離而為400 mm且平均液滴速度為1 m/sec。因此，該受到影響的液滴滯留時間是計算得為0.4秒鐘。在質量傳送塔區段400中使用屏蔽424，則可戲劇性地減少該受到影響的液滴滯留時間。如在第4圖所例示，該HAffected (或液滴是受到轉向蒸氣流影響之間隔)是等於介於屏蔽424之底部表面428與填充物表面406間之距離。該受到影響的液滴滯留時間(ADRT)將為0.04秒鐘，其中該HAffected 為40 mm且平均液滴速度為1 m/sec。
受到影響的液滴滯留時間(ADRT)是藉由在上升管412附近設置屏蔽424則可減少其大小等級，以延遲轉向蒸氣流422對於落下之液滴418的影響，結果導致液滴418從彼等之在填充物表面406上的所欲落下位置之偏向較小。
重要的是在第2及4圖所例示的例示性質量傳送塔區段100、400中，全部液體滯留時間變化非常少，且僅該受到影響的液滴滯留時間減少。該全部液體滯留時間(TLRT)是根據間隔108、408之高度(不論屏蔽424如何)及在各間隔108、408中之各液滴118、418的平均速度所計算得。
屏蔽424是可直接配置在上升管壁413之下方如在第4圖所例示者(亦即，作為上升管壁413之延續)、或以任何其他適當的方式包括從上升管壁513偏置(offset)如在第5圖所例示者。為例示性目的，如在第4圖所例示之屏蔽424及如在第5圖所例示之屏蔽524是具有相同的屏蔽長度。液滴418、518之偏向由於屏蔽424、524之位置而可能為不同。在第5圖中，液體分布開口或孔口514、及藉此而形成液滴518的位置是配置成更接近屏蔽524，因此轉向蒸氣流522可具有較大的作用在液滴518的力量。同時，上升管512下之擴大開放區域可減少轉向蒸氣流522的速度，且因此可減少作用在液滴518的力量。因為該受到影響的液滴滯留時間(ADRT)維持為小，最後結果可能為可被接受的偏向。因此，一般而言，屏蔽524可為配置在介於液體分布開口或孔口514與上升管512間之任何位置。
屏蔽624是可沿著塔之截面的整體長度而伸展，其中係使用一屏蔽624連接多重上升管612如在第6A圖所例示者。該屏蔽624也可具有圍繞上升管612而包覆之箱形如在第6B圖所例示者。在某些情況下，也可使用部份屏蔽624如在第6C圖所例示者。部份屏蔽是覆蓋特定的上升管612而未全面伸展橫過塔之屏蔽624。在某些實例中，也可使用一種以上其他可行方法的混合物如在第6A至6C圖所例示者。例如，屏蔽可僅在上升管的長度伸展，但是不包覆圍繞上升管的末端。在其他實例中，塔設計者可選擇屏蔽沿著上升管而伸展、或減少屏蔽長度至其尺寸為小於上升管長度。也可使用任何其他所欲且適當的屏蔽之形狀或配向以達成此目的。
質量傳送塔102之某些元件的元件代表符號也存在於質量傳送塔402、502及602，但是在本說明書中並未特別地加以討論，為清楚之目的，也可包含在第4至7圖中。如此元件將具有元件代表符號是分別以300、400或500而增加。例如，以元件代表符號110來加以辨識的液體分布器是指質量傳送塔102。元件代表符號410、510及610是分別指質量傳送塔402、502及602。
《實施例》
蒸氣流對於液體軌跡的效應是使用包括理論及實驗方法加以評估。建構數學模式以評估在塔區域之間隔中可能的液滴偏向。此模式是使用計算流體動力學(CFD：Computational Fluid Dynamics)技術來建構。商品上可獲得之程式FLUENT是用於建構該模式。液體偏向是作為蒸氣速度的函數如第3圖所例示而計算得。模擬預測法是藉由獲自使用空氣及水進行實驗之結果來加以證實。結果發現模擬與實驗結果相互一致。
如第3圖及表1所例示，當上升蒸氣之蒸氣速度是相對地高時，則可能會發生大量的液體偏向。
在相對蒸氣速度為78%及相對液體速度為0.7之液體偏向是未包括在表1中，因為在此等相對蒸氣與液體速度下，偏向是如此大，導致液體偏向進入在同一區段之其他偏向液體流(來自其他方向)而造成液體偏向的量測不準確。然而，在相對蒸氣速度為78%及相對液體速度為0.7之液體偏向是大於在相對蒸氣速度為58%及相對液體速度為0.7之液體偏向。本發明人發現：若液體液滴之初期速度增加時，則可減少液體偏向。然而，即使具有相對高的初期液體速度，液體偏向也可能為相當大量。
例如，如第3圖所例示，當蒸氣速度是增加為約75%，則液體液滴可能會從所欲垂直落下位置偏向幾乎為36 mm。第3圖也例示在相對地低蒸氣速度下，該液滴偏向也可能存在，但是對於實務應用及商業上目的而言，由於如此的偏向所造成的不良分布是可容許的。
在單一塔區域中之液體偏向的評估結果顯示：液體偏向之最具有影響力的參數是在介於填充物表面與分布器間之間隔中的液滴之滯留時間。然而，該滯留時間可能不如此重要，若液滴並未歷經顯著的來自上升蒸氣的力量(或更具體而言之轉向蒸氣流)。在第3圖所例示之低流率區域可確認此事實。在充分高的蒸氣流率下，該受到影響的液滴滯留時間(ADRT)變成最具有影響力的參數，結果導致當滯留時間增加而偏向較大。該受到影響的液滴滯留時間加以最小化，則有助於在填充物表面上之液滴從所欲位置偏向的最小化。
表2及第8圖是例示在第3圖之在質量傳送塔中並無屏蔽的液體偏向與一類似的使用屏蔽之質量傳送塔間之差異，其中也是相對液體速度保持一定且相對蒸氣速度是加以增加。
如在表2及第8圖所例示，在質量傳送塔區段中包含屏蔽，則可戲劇性地減少在塔區段中之液體偏向，藉此可導致較高的質量傳送效率。
「間隙」(亦即，介於屏蔽424之底部表面428與填充物表面406間之距離)對於不同的塔、在同一塔中之不同的區域、及甚至對於在同一塔區段中之不同的上升管可能會有變化。該間隙之大小是視許多因素而定，其包括(但是並不受限於此)特定的塔設計、蒸氣與液體流率、介於填充物表面與分布器間之間隔的大小、分布器之液體開口或孔口的大小、上升管位置及尺寸等。一般而言，間隙為75 mm以上，則效率較少，且可能由於所增加的該受到影響的液滴滯留時間(ADRT)而無法提供充分的偏向控制。間隙為10 mm或以下，則可能會導致在介於屏蔽424與填充物表面406間之間隙的轉向蒸氣流422之速度為高。高速度之轉向蒸氣流422可能會造成無法被接受的偏向，即使所計算得之該受到影響的液滴滯留時間(ADRT)為小。間隙為10 mm或以下也可能會影響到在填充物404中蒸氣分布之均勻性。較佳的間隙是在介於10 mm與75 mm間之範圍，且更佳為介於40 mm與50 mm間。適當的屏蔽高度應該選擇可適應該較佳的間隙。表3及第9圖是例示對於不同的大小之間隙的液體偏向，其中該相對液體速度是保持一定且該相對蒸氣速度是加以增加。
表3及第9圖是例示該間隙藉由增加屏蔽之長度而減少，則液體偏向也會減少，因此可改善質量傳送塔效率。
100．．．質量傳送塔區段
102．．．區域或區段；質量傳送塔
104．．．填充物床或填充物(填充物)
106．．．填充物表面(填充物104之頂部表面)
108．．．間隔
110．．．液體分布器
112．．．上升管(上升管區域、上升管開口)
113．．．上升管壁
114．．．液體分布開口或孔口
116．．．液體
118．．．液滴
120．．．蒸氣(蒸氣流、上升蒸氣、上升蒸氣流)
122．．．轉向蒸氣流
126．．．液體分布器110之底部表面
400．．．質量傳送塔區段
402．．．質量傳送塔
404．．．填充物
406．．．填充物表面
408．．．間隔
410．．．液體分布器
412．．．上升管
413．．．上升管壁
414．．．液體分布開口或孔口
416．．．液體
418．．．液滴
420．．．蒸氣流(上升蒸氣流)
422．．．轉向蒸氣流
424．．．屏蔽
426．．．液體分布器410之底部表面
428．．．屏蔽424之底部表面
500．．．質量傳送塔區段
502．．．質量傳送塔
504．．．填充物
506．．．填充物表面
510．．．液體分布器
512．．．上升管
513．．．上升管壁
514．．．液體分布開口或孔口
516．．．液體
518．．．液滴
520．．．蒸氣流(上升蒸氣流)
522．．．轉向蒸氣流
524．．．屏蔽
526．．．液體分布器510之底部表面
528．．．屏蔽524之底部表面
602．．．質量傳送塔
610．．．液體分布器
612．．．上升管
613．．．上升管壁
614．．．液體分布開口或孔口
624．．．屏蔽
前述摘述以及例示性具體實例之詳細說明，當配合附加的圖示來讀取時將可更清楚。為例示具體實例之目的，其係在圖示中展示例示性結構。然而，本發明並不受限於此所揭示之特定的方法及工具化方式。在圖示中：
第1圖是一種傳統的質量傳送塔區段之橫截面圖。
第2圖是如第1圖所示傳統的質量傳送塔區段之截面圖。
第3圖是以圖示例示液滴偏向作為蒸氣與液體速度的函數。
第4圖是根據本發明之一具體實例的質量傳送塔區段之截面圖。
第5圖是根據本發明之一具體實例的質量傳送塔區段之截面圖。
第6A圖是根據本發明之一具體實例的液體分布器之橫截面圖。
第6B圖是根據本發明之一具體實例的液體分布器之橫截面圖。
第6C圖是根據本發明之一具體實例的液體分布器之橫截面圖。
第7圖是根據本發明之一模式的液體分布器之透視圖。
第8圖是以圖示例示在各種相對蒸氣速度下，使用與未使用屏蔽之液體偏向，以及
第9圖是以圖示例示在各種相對蒸氣速度下，具有不同的介於屏蔽與填充物表面間之間隙的液體偏向。
400．．．質量傳送塔區段
402．．．質量傳送塔
404．．．填充物
406．．．填充物表面
408．．．間隔
410．．．液體分布器
412．．．上升管
413．．．上升管壁
414．．．液體分布開口或孔口
416．．．液體
418．．．液滴
420．．．蒸氣流(上升蒸氣流)
422．．．轉向蒸氣流
424．．．屏蔽
426．．．液體分布器410之底部表面
428．．．屏蔽424之底部表面

Claims (17)

  1. 一種用於分布在質量傳送塔中之液體的液體分布器，其係包括：含有至少一上升管壁之至少一上升管，其中該至少一上升管壁是從液體分布器的第一表面在質量傳送塔之第一方向伸展；至少一屏蔽，其中該至少一屏蔽是從與第一表面成相反側之液體分布器的第二表面伸展，且在與第一方向成相反側之質量傳送塔之第二方向伸展；以及至少一液體分布開口，其係從液體分布器的第一表面經由液體分布器的第二表面伸展，其中該至少一屏蔽具有在第二方向伸展之長度而使得在介於至少一屏蔽與填充物間產生間隙，且其中該介於屏蔽與填充物間之間隙的高度為約10mm至75mm，其中該液體分布器包含一槽式或板式分布器。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之液體分布器，其中該質量傳送塔是空氣分離塔。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之液體分布器，其中該填充物是結構填充物。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之液體分布器，其中該介於 屏蔽與填充物間之間隙的高度為約40mm至50mm。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之液體分布器，其中該至少一屏蔽是配置成使得該至少一屏蔽是從與至少一液體分布開口及至少一上升管相等距離的第二表面伸展。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之液體分布器，其中該至少一屏蔽是配置成使得至少一屏蔽是從直接鄰接至少一上升管的第二表面伸展。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之液體分布器，其中該至少一上升管是在與第一方向及第二方向成垂直的第三方向實質地伸展橫過質量傳送塔的整體橫區段，且其中該至少一屏蔽是在第三方向伸展橫過質量傳送塔的整體橫區段。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之液體分布器，其中該至少一上升管是在與第一方向及第二方向成垂直的第三方向實質地伸展橫過質量傳送塔的整體橫區段，且其中該至少一屏蔽是在第三方向實質地伸展橫過質量傳送塔的整體橫區段。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之液體分布器，其中該至少一液體分布開口位於該至少一屏蔽與該質量傳送塔之一 外牆之間。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之液體分布器，其中該至少一液體分布開口位於該液體分布器之底部，而該至少一屏蔽由該液體分布器之底部沿該第二方向延伸。
  11. 一種用於分布在質量傳送塔中之液體的方法，其係包括下列步驟：a.將液體導入質量傳送塔的上部；b.在質量傳送塔內配置至少一質量傳送塔區段；c.在至少一質量傳送塔區段內配置液體分布器，以接收向下流動之液體流及向上流動之蒸氣流，且該液體分布器係包含：i.含有至少一上升管壁之至少一上升管，其中該至少一上升管壁是從液體分布器的第一表面向上伸展；ii.至少一屏蔽，其中該至少一屏蔽是從與第一表面成相反側之液體分布器的第二表面伸展且是向下伸展；以及iii.至少一液體分布開口，其係從液體分布器的第一表面經由液體分布器的第二表面伸展，其中該至少一屏蔽具有一向下伸展的長度而使得在質量傳送塔中在介於至少一屏蔽與配置在 液體分布器下方之填充物間產生間隙，且其中該介於屏蔽與填充物間之間隙的高度為約10mm至75mm，其中該液體分布器包含一槽式或板式分布器。。 d.將從質量傳送塔的上部向下流動之液體流收集在液體分布器的第一表面上。 e.使得向上流動之蒸氣流從質量傳送塔的下部經由液體分布器之上升管而通過；以及f.將從在液體分布器中之至少一液體分布開口向下流動之液體流分布在填充物上。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的方法，其中該質量傳送塔是空氣分離塔。
  13. 如申請專利範圍第11項所述的方法，其中該填充物是結構填充物。
  14. 如申請專利範圍第11項所述的方法，其中該介於屏蔽與填充物間之間隙的高度為約40mm至50mm。
  15. 如申請專利範圍第11項所述的方法，其中該至少一屏蔽是配置成使得至少一屏蔽是從與至少一液體分布開口及至少一上升管相等距離的第二表面伸展。
  16. 如申請專利範圍第11項所述的方法，其中該至少一屏蔽是配置成使得至少一屏蔽是從直接鄰接至少一上升管的第二表面伸展。
  17. 如申請專利範圍第11項所述的方法，更包含：g.在該至少一屏蔽與該質量傳送塔之一外牆之間產生一靜壓區域，該靜壓區域具有較該至少一上升管低之蒸氣速度，且該至少一液體分布開口位於該至少一屏蔽與該外牆之間。
TW101110656A 2011-03-31 2012-03-27 於分離塔中的屏蔽 TWI472368B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/US2011/030641 WO2012134470A1 (en) 2011-03-31 2011-03-31 Shielding in a separation column

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201238636A TW201238636A (en) 2012-10-01
TWI472368B true TWI472368B (zh) 2015-02-11

Family

ID=44625791

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW101110656A TWI472368B (zh) 2011-03-31 2012-03-27 於分離塔中的屏蔽

Country Status (12)

Country Link
US (1) US9346010B2 (zh)
EP (1) EP2691164B1 (zh)
JP (1) JP2014514145A (zh)
KR (2) KR101602612B1 (zh)
CN (1) CN103442786B (zh)
ES (1) ES2869152T3 (zh)
PL (1) PL2691164T3 (zh)
RU (1) RU2558589C2 (zh)
SG (1) SG193287A1 (zh)
TW (1) TWI472368B (zh)
WO (1) WO2012134470A1 (zh)
ZA (1) ZA201306644B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013107357A1 (de) * 2013-07-11 2015-01-15 L'Air Liquide, Société Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude Flüssigkeitswiederverteiler
EP3643676A3 (en) * 2014-11-17 2020-08-05 Apiqe Holdings, LLC System, disposable cartridge, and method for the preparation of a liquid product
RU2607730C1 (ru) * 2015-11-02 2017-01-10 Игорь Анатольевич Мнушкин Массообменная колонна с перекрестным током жидкой и газовой (паровой) фаз системы "ПЕТОН"

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6059272A (en) * 1998-05-15 2000-05-09 The Boc Group, Inc. Liquid distributor
EP1013324A2 (de) * 1998-11-30 2000-06-28 Sulzer Chemtech AG Gegenstromkolonne mit Flüssigkeitsverteiler
TW436312B (en) * 1997-11-17 2001-05-28 Air Liquide Liquid distributor for distillation column, and corresponding distallation column

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH642566A5 (de) 1979-10-25 1984-04-30 Sulzer Ag Trogartige vorrichtung zum sammeln und verteilen der fluessigkeit in einer gegenstromkolonne.
US4432913A (en) 1981-08-31 1984-02-21 The Dow Chemical Company Liquid distributing apparatus and method for a liquid-vapor contact column
CH671165A5 (zh) 1987-03-02 1989-08-15 Sulzer Ag
FR2655877B1 (fr) 1989-12-14 1994-09-16 Air Liquide Distributeur de fluides pour colonne d'echange de chaleur et de matiere, notamment a garnissage, et colonne munie d'un tel distributeur.
KR940008739A (ko) * 1992-10-08 1994-05-16 조운 이. 페더리시 증기- 액체 접촉기둥에 알맞은 액체 분배기
FR2711545B1 (fr) 1993-10-29 1995-12-22 Air Liquide Distributeur de liquide pour dispositif d'échange de chaleur et de matière, colonne de distillation comprenant un tel distributeur, et utilisation d'une telle colonne pour la distillation de l'air.
FR2732616B1 (fr) 1995-04-04 1997-05-23 Air Liquide Distributeur de fluides
US6086055A (en) 1998-10-05 2000-07-11 Air Products And Chemicals, Inc. Combined vapor/liquid distributor for packed columns
EP0997178A1 (en) 1998-10-30 2000-05-03 The Boc Group, Inc. A liquid distributor for a distillation column
ES2241254T3 (es) 1998-11-30 2005-10-16 Sulzer Chemtech Ag Distribuidor de liquido para columna de empaquetadura.
LU90713B1 (fr) 2001-01-10 2002-07-11 Wurth Paul Sa R-servoir d'-gouttage d'un m-lange granulat/liquide
US6722639B2 (en) 2001-04-10 2004-04-20 Koch-Glitsch, Lp Liquid distributor in mass transfer column and method of installation and use
EP1813347A1 (de) * 2006-01-25 2007-08-01 Sulzer Chemtech AG Verteiler zur paarweisen Abgabe zweier Flüssigkeiten auf eine Vielzahl von Einspeisestellen in einem Reaktor oder einer Kolonne
CA2689520C (en) * 2007-06-08 2016-10-18 Johnsondiversey, Inc. Fluid dispensing apparatus and method

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW436312B (en) * 1997-11-17 2001-05-28 Air Liquide Liquid distributor for distillation column, and corresponding distallation column
US6059272A (en) * 1998-05-15 2000-05-09 The Boc Group, Inc. Liquid distributor
EP1013324A2 (de) * 1998-11-30 2000-06-28 Sulzer Chemtech AG Gegenstromkolonne mit Flüssigkeitsverteiler

Also Published As

Publication number Publication date
US9346010B2 (en) 2016-05-24
US20140013946A1 (en) 2014-01-16
ES2869152T3 (es) 2021-10-25
TW201238636A (en) 2012-10-01
RU2013148561A (ru) 2015-05-10
CN103442786A (zh) 2013-12-11
RU2558589C2 (ru) 2015-08-10
EP2691164B1 (en) 2021-03-17
KR20150095954A (ko) 2015-08-21
JP2014514145A (ja) 2014-06-19
EP2691164A1 (en) 2014-02-05
CN103442786B (zh) 2016-11-23
ZA201306644B (en) 2016-01-27
WO2012134470A1 (en) 2012-10-04
PL2691164T3 (pl) 2021-09-13
KR101602612B1 (ko) 2016-03-10
SG193287A1 (en) 2013-10-30
KR20130135369A (ko) 2013-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5061407A (en) Liquid distributor for gas-liquid contact apparatus
TWI472368B (zh) 於分離塔中的屏蔽
JP4749490B2 (ja) 液体を分配する装置及び方法
US8814148B2 (en) Liquid distributor
KR102268769B1 (ko) 낮은 액체 유동을 집중시키기 위한 배플 벽을 갖는 접촉 트레이 및 이를 수반하는 방법
KR20150097868A (ko) 충진물 및 이를 포함하는 증류탑
US7445198B2 (en) Apparatus and process for distributing liquid
US6905112B2 (en) Column for counter-currently contacting vapor and liquid
TWI635890B (zh) 用於液體下降之流量分配器
US7445199B2 (en) Apparatus and process for distributing liquid
JP2016064413A (ja) 分離用カラム内の遮蔽
US20150352485A1 (en) Liquid Distributor in a Separation Column
EP3995195A1 (en) A multistage liquid distributor for a separation device comprising a dual-trough pre-distributor
CN110193213A (zh) 一种防堵塞塔盘
US20160107098A1 (en) Liquid distributor of a process-technology column

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees