專利名稱：熱量和/或質(zhì)量交換的填充塔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在下降液體和上升氣體之間進(jìn)行熱量和/或質(zhì)量交換的填充塔，該類填充塔包括至少一個(gè)限定在一個(gè)相鄰的上液體分配器和一個(gè)下液體進(jìn)口/出口或一個(gè)相鄰的下液體分配器之間的交換部，該交換部包括一個(gè)上部，以及在上部下方的另一個(gè)部分。它尤其可應(yīng)用于常壓蒸餾塔。
每一個(gè)填充部包括至少一個(gè)組件或“組合件”或“填充裝置”。這些組件可以是任意型式的，也就是說(shuō)，每一個(gè)組件包括一個(gè)離散顆粒的空間，但已知優(yōu)選的是結(jié)構(gòu)型式。在該類別中，尤其會(huì)出現(xiàn)下面的術(shù)語(yǔ)(1)交叉波紋填充裝置，它通常包括波紋條，波紋條包括在垂直的普通平面內(nèi)彼此布置成平行交替的波紋，且一個(gè)緊靠另一個(gè)，波紋從一條到下一條在相反方向傾斜下降。這些交叉波紋的填充裝置的穿孔比率一般是大約10％。
英國(guó)專利文獻(xiàn)GB-A-1004046公開(kāi)了一種交叉波紋型的填充裝置，而CA-A-1095827提出了一種該類填充裝置的改進(jìn)型式，通過(guò)加入一個(gè)小直徑穿孔的致密結(jié)構(gòu)，以便允許液體剛好經(jīng)過(guò)交叉波紋條。
這種填充裝置一般由平面產(chǎn)品制成，也就是說(shuō)金屬板條。板條首先折疊(或彎曲)以便形成一種所謂的波紋金屬板條，這種波紋相對(duì)于板條的軸線傾斜。然后將折疊的板條切成多個(gè)部分并疊置，間隔地將板條旋轉(zhuǎn)，以形成組件或“組合件”。
(2)通風(fēng)的填充裝置，每一通風(fēng)填充裝置的組件包括許多偏轉(zhuǎn)板，偏轉(zhuǎn)板限定了一組用來(lái)攪動(dòng)上升氣體的固定通風(fēng)孔的水平層面。
這些通風(fēng)填充裝置具有相對(duì)于塔中上升氣體的三維效果的結(jié)構(gòu)。它們通過(guò)使氣體進(jìn)行多次旋轉(zhuǎn)，保證在氣體中有相當(dāng)大的紊流，攪動(dòng)的結(jié)果可改善與下降液體的熱量和/或質(zhì)量的交換。
這種填充裝置的實(shí)例在文獻(xiàn)WO-A-86/06296、WO-A-90/10497和EP-A-0845293中有描述。
為此，本發(fā)明的主題是如前所述類型的填充塔，其特征在于，至少一個(gè)交換部的上填充部至少包括一個(gè)填充組件，填充組件具有若干交換單元，交換單元的數(shù)量比同一交換部的另一填充部的至少一個(gè)填充組件的交換單元要少。
在已有技術(shù)中眾所周知，在氣相中填充組件的交換單元的數(shù)量(NTU)是組件高度(HM)與在氣相中交換單元高度(HTU)的比。
HTU通常用來(lái)表示填充裝置的內(nèi)在效率，它與同一填充裝置的理論板等同高度(HETP)有關(guān)，公式是HETP=HTUmU/L-1ln(mV/L)]]>其中L摩爾液體流速(摩爾/秒)V摩爾氣體流速(摩爾/秒)M將氣體摩爾分?jǐn)?shù)表示為液體摩爾分?jǐn)?shù)的函數(shù)的圖中的平衡線的斜率。
填充組件的HTU和NTU在某種程度上取決于蒸餾的液體和蒸餾的條件。但是，當(dāng)兩個(gè)填充組件的NTU在本文中進(jìn)行比較時(shí)，可以理解在每一種情況下，這兩個(gè)組件被放置在相同的蒸餾條件下，另外，為了簡(jiǎn)化起見(jiàn)，在本文中氣相交換單元的數(shù)量將被稱為交換單元的數(shù)量。
按照本發(fā)明的填充塔可包括一個(gè)或多個(gè)下面的特征，一個(gè)或所有技術(shù)上可能的組合所述上部的所述組件與同一交換部的所述另一個(gè)部分的所述組件不同，至少是下面的因素之一-其內(nèi)在的密度；-其結(jié)構(gòu)；-其在塔的橫截面上的平均密度，以及-其高度；-所述的因素是平均密度，所述上部(5A)僅僅占據(jù)塔橫截面的一小部分，位于來(lái)自所述上分配器的液體的噴嘴下方；-所述填充部是結(jié)構(gòu)填充部；-所述上填充部是一個(gè)交叉波紋的填充部，而另一個(gè)填充部是通風(fēng)填充部；-所述上填充部是相對(duì)低密度的交叉波紋填充部，而另一個(gè)填充部是高密度的交叉波紋填充部，填充組件可以圍繞塔的中心垂直軸一個(gè)相對(duì)另一個(gè)成角度地傾斜，尤其是成90°傾斜；-所述的上填充部包括一個(gè)單獨(dú)填充組件；-所述單一組件的高度低于同一交換部的另一部分組件的高度；-在每一交換部中，填充組件是一個(gè)在另一個(gè)上面疊置，直接地或與插入元件形成間隙；-塔是雙層常壓蒸餾塔的一部分；以及-另一部分是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)部。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例進(jìn)行描述，唯一的附圖示意地示出本發(fā)明雙層常壓蒸餾塔的軸向剖視圖。
塔2包括一個(gè)上液體分配器4和一個(gè)在液體分配器4下部的單獨(dú)的常壓蒸餾部5。
塔3包括一個(gè)上液體分配器6；一個(gè)上中間液體分配器7；一個(gè)下中間液體分配器8；一個(gè)位于分配器6和7之間的上蒸餾部9；一個(gè)位于分配器7和8之間的中間蒸餾部10；以及一個(gè)在分配器8下方的下蒸餾部11。
操作中，要蒸餾的氣體被壓縮成具有中等壓力，一般是大約5巴(絕對(duì)值)，被引入塔2的底部，收集在該塔底部的“含量高的液體”(富氧)通過(guò)管道12引出，在膨脹閥13處膨脹成大約為1.2巴(絕對(duì)值)的低壓力，并被引入分配器7中。
來(lái)自塔2頂部的包括液態(tài)氮的“含量低的液體”通過(guò)管道14引出，在膨脹閥15處膨脹成低壓，并被引入分配器6中。在再蒸餾器-冷凝器V中冷凝的剩余的液態(tài)氮向下落入分配器4中，分配器4將其分散在蒸餾部5上，在蒸餾部5中進(jìn)入的空氣上升與冷凝的液態(tài)氮進(jìn)行熱量和質(zhì)量的交換，因而含氧量漸漸地降低。
在塔2中，上升的氣體是氣態(tài)氧，氣態(tài)氧與冷凝的液體進(jìn)行熱量和質(zhì)量的交換。分配器6將液態(tài)氮分配到蒸餾部9上。分配器7將來(lái)自閥13的含量高的液體與基本上是相同組分的從蒸餾部9落下的液體分配到蒸餾部10上。分配器8用于將離開(kāi)蒸餾部10的冷凝液體再分配到塔3的整個(gè)橫截面上，以便提高分餾效率，防止在液體中出現(xiàn)墻壁效應(yīng)，在經(jīng)過(guò)填充塔的某個(gè)高度以后，使之滴在塔體的內(nèi)壁上。
當(dāng)然，作為一種變型，可以提供其它用于再分配的分配器，例如分配器8，這取決于填充裝置的類型和塔的高度。
每一個(gè)液體分配器4、6、7、8包括一個(gè)周邊導(dǎo)管16和幾個(gè)具有U形部17的平行導(dǎo)管，該U形部在每一端通向?qū)Ч?6內(nèi)。平行通道18被限定在作為上升氣體通道的導(dǎo)管16之間，通道被水平的上壁19關(guān)閉，在該壁的正下方，制成數(shù)排窗口20，導(dǎo)管17的底部穿有孔，該孔在每一個(gè)導(dǎo)管的下方限定了若干垂直的液體噴嘴。
雙層塔1還至少包括一個(gè)產(chǎn)品出口，例如管道21，以將來(lái)自塔2底部的氣態(tài)氧引出，管道21位于蒸餾部11的正下方，而管道22用于將離開(kāi)塔3上部的廢氣(不純的氮)引出。在塔2底部的進(jìn)氣管道用23表示。
每一個(gè)蒸餾部5、9、10、11由一疊結(jié)構(gòu)填充件組成。上部組件構(gòu)成上部5A、9A、10A、11A，而另一些組件形成標(biāo)準(zhǔn)部5B、9B、10B、11B。組件一個(gè)在另一個(gè)的上方直接疊置，或與插入元件形成間隙。
每一個(gè)上部由填充組件或組合件構(gòu)成，尤其適合于在塔的整個(gè)橫截面上統(tǒng)一分配來(lái)自分配器的液體，而所有其它的組件更適合在液體和上升液體之間進(jìn)行高效率的熱量和/或質(zhì)量交換。
因而，可以給出下面的例子(1)上部可以是與另一部分相同的類型，但具有較低的內(nèi)在密度(每平方米金屬/立方米)。由于使用的金屬量很少，潑灑液體的功能完成得更容易。
(2)上部可以是與另一部分不同的類型，也就是說(shuō)蒸餾的效率越低越便宜。上部尤其可以是具有較低密度的交叉波紋形式，而標(biāo)準(zhǔn)部是具有通氣孔型式。
(3)上部可以是填充組件，其高度小于較低部分組件的高度，這樣塔的高度降低而基本沒(méi)有使整個(gè)蒸餾效率降低，這是由于上部不是充分地有效。
(4)上部有可能不在塔的整個(gè)上部的橫截面上延伸。尤其是可以將其限制在接受來(lái)自相鄰分配器液體的噴嘴的區(qū)域。在這種情況下，對(duì)于相同的類型來(lái)說(shuō)，上部具有低于標(biāo)準(zhǔn)部密度的平均密度。
這些各種的可能可以組合在一起。另外，在情況(1)和(2)中，上部可以由多于一個(gè)的填充組件構(gòu)成。
在上述的每一情況中，對(duì)于每一個(gè)組件來(lái)說(shuō)，上部具有若干交換單元，其數(shù)量少于另一部分每一組件的交換單元的數(shù)量。
這是因?yàn)樵谇闆r(1)中內(nèi)在密度的降低使已知高度的組件的交換單元數(shù)量減少；在情況(2)中通過(guò)限定，低的蒸餾效率對(duì)應(yīng)著少的交換單元數(shù)量。
在情況(3)中組件高度的降低減少了交換單元的數(shù)量。
在情況(4)中組件有效部分的去除事實(shí)上減少了交換單元的數(shù)量。
在圖中示出的例子中，每一蒸餾部的上部是一個(gè)單獨(dú)交叉波紋的填充組件。
蒸餾部5的上部5A是不連續(xù)的。它包括若干平行的帶材，每一個(gè)帶材位于分配器4相應(yīng)導(dǎo)管17的下方，另一部分5B是包括一疊交叉波紋填充組件的標(biāo)準(zhǔn)部分。蒸餾部5的組件是圍繞X-X軸一個(gè)相對(duì)另一個(gè)呈90°傾斜。
蒸餾部9的部分9B是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)部分，它包括一疊交叉波紋的填充組件，其密度大于上部9A的密度。蒸餾部9的組件是圍繞X-X軸一個(gè)相對(duì)另一個(gè)呈90°傾斜。
蒸餾部10的部分10B是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)部分，它包括一疊具有透氣孔型的填充組件，這些組件圍繞X-X軸一個(gè)相對(duì)另一個(gè)呈90°傾斜。
蒸餾部11的部分11B是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)部分，它包括一疊與上部11A相同密度的交叉波紋的填充組件，但是比后者具有更高的高度，蒸餾部11的組件也是圍繞X-X軸一個(gè)相對(duì)另一個(gè)呈90°傾斜。
權(quán)利要求
1.一種填充塔，用于在下降液體和上升氣體之間進(jìn)行熱量和/或質(zhì)量的交換，它包括至少一個(gè)限定在一個(gè)相鄰的上液體分配器(4，6，7，8)和一個(gè)下液體進(jìn)口/出口(21，23)或一個(gè)相鄰的下液體分配器(7，8)之間的交換部(5，9，10，11)，該交換部包括一個(gè)上部(5A，9A，10A，11A)，以及在上部下方的另一個(gè)部分(5B，9B，10B，11B)，其特征在于至少一個(gè)交換部(5，9，10，11)的上填充部(5A，9A，10A，11A)包括至少一個(gè)填充組件，填充組件具有若干交換單元，交換單元的數(shù)量比同一交換部的另一填充部(5B，9B，10B，11B)的至少一個(gè)填充組件的交換單元數(shù)量要少。
2.如權(quán)利要求1所述的塔，其特征在于所述上部(5A，9A，10A，11A)的所述組件與同一交換部的所述另一個(gè)部分(5B，9B，10B，11B)的所述組件不同，至少是下面的因素之一-其內(nèi)在的密度；-其結(jié)構(gòu)；-其在塔的橫截面上的平均密度，以及-其高度。
3.如權(quán)利要求2所述的塔，其特征在于所述的因素是平均密度，所述上部(5A)僅僅占據(jù)塔橫截面的一小部分，位于來(lái)自所述上分配器(4)液體的噴嘴下方。
4.如權(quán)利要求1至3中任何一項(xiàng)的塔，其特征在于所述填充部(5A，5B，9A，9B，10A，10B，11A，11B)是結(jié)構(gòu)填充部。
5.如權(quán)利要求4所述的塔，其特征在于所述上填充部(10A)是一個(gè)交叉波紋的填充部，而另一個(gè)填充部是通風(fēng)填充部(10B)。
6.如權(quán)利要求4所述的塔，其特征在于所述上填充部(9A)是相對(duì)低密度的交叉波紋的填充部，而另一個(gè)填充部是高密度的交叉波紋的填充部，填充組件可以是圍繞塔的中心垂直軸(X-X)一個(gè)相對(duì)另一個(gè)成角度地傾斜，尤其是呈90°傾斜。
7.如權(quán)利要求1至6中任何一項(xiàng)的塔，其特征在于所述上填充部(5A，9A，10A，11B)包括一個(gè)單獨(dú)的填充組件。
8.如權(quán)利要求2和7組合在一起的所述塔，其特征在于所述單獨(dú)組件(11A)的高度低于同一交換部(11)的另一部分(11B)組件的高度。
9.如權(quán)利要求1至8中任何一項(xiàng)的塔，其特征在于在每一交換部(5，10，11)中，填充組件是一個(gè)在另一個(gè)上面直接疊置，或其間插入形成間隙的元件。
10.如權(quán)利要求1至9中任何一項(xiàng)的塔，其特征在于它是雙層常壓蒸餾塔(1)的一部分。
11.如權(quán)利要求1至10中任何一項(xiàng)的塔，其特征在于另一部分(5B，9B，10B，11B)是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)部。
全文摘要
該塔包括至少一個(gè)限定在一個(gè)比鄰的上液體分配器(4,6,7,8)和一個(gè)下液體進(jìn)口/出口(21,23)或一個(gè)相鄰的下液體分配器(7,8)之間的交換部(5,9,10,11),該交換部包括一個(gè)上部(5A,9A),以及在其下方的另一個(gè)優(yōu)選的普通型式的部分(5B,9B,10B,11B),至少一個(gè)填充部的上填充部包括一個(gè)比同一部分的普通填充部的填充組件具有較少交換單元的填充組件。
文檔編號(hào)F25J3/02GK1347743SQ0113291
公開(kāi)日2002年5月8日 申請(qǐng)日期2001年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月11日
發(fā)明者艾蒂安·韋爾朗 申請(qǐng)人:液體空氣喬治洛德方法利用和研究有限公司