專利名稱：多降液管塔盤的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于質(zhì)量轉(zhuǎn)移塔的多個(gè)降液管塔盤(downcomer tray)。
背景技術(shù)：
降液管塔盤已被用于質(zhì)量轉(zhuǎn)移塔很長(zhǎng)時(shí)間。已知塔盤包括質(zhì)量轉(zhuǎn) 移區(qū)和流體收集和導(dǎo)向區(qū)(該流體收集和導(dǎo)向區(qū)通常被稱作降液管)。 在這種質(zhì)量轉(zhuǎn)移塔中，液體和氣體在一系列塔盤上以逆流通過(guò)。在塔 盤的水平表面上，液體與氣體形成接觸，這便于所存在的相應(yīng)液相與 汽相之間的質(zhì)量轉(zhuǎn)移。因此液體從第一i^盤向下流動(dòng)經(jīng)過(guò)第一降液管 到第二塔盤上且通常越過(guò)質(zhì)量轉(zhuǎn)移區(qū)。這種質(zhì)量轉(zhuǎn)移區(qū)在文獻(xiàn)中被稱 作有效塔盤區(qū)。這種塔盤的質(zhì)量轉(zhuǎn)移區(qū)允許當(dāng)液體經(jīng)過(guò)這樣的質(zhì)量轉(zhuǎn) 移區(qū)時(shí)蒸汽-液體混合物的緊密接觸。越過(guò)這些質(zhì)量轉(zhuǎn)移區(qū)，蒸汽穿過(guò) 塔盤板面中的孔口向上流動(dòng)以與液體相互作用并質(zhì)量轉(zhuǎn)移。然后，液 體通過(guò)降液管從塔盤排出。
塔盤中的降液管的常規(guī)布置為弦布置。這種弦布置的降液管沿著 弦線橫貫塔盤的截面，弦線為將塔盤的截面分成兩個(gè)部分的線。塔盤 的最長(zhǎng)的弦線是其直徑。
多降液管塔盤與弦降液管塔盤的區(qū)別在于降液管的布置且通常 還在于塔盤上降液管的數(shù)目。個(gè)體的降液管并不從塔的一側(cè)像弦一樣 延伸到另一側(cè)。因此它們?cè)谄叫杏谙议L(zhǎng)方向的縱向延伸(即它們的長(zhǎng)度) 小于弦長(zhǎng)。各降液管布置有寬度和高度，該寬度被定義為垂直于弦線 的橫向延伸，該高度為垂直于包含塔盤板面的平面的延伸。它們的特 征在于大的出口堰長(zhǎng)度，這有利地用于高液體流率操作。出口堰被定 義為在其下游端界定有效區(qū)的堰，在出口堰處，液體離開塔盤板面并進(jìn)入降液管。
降液管通常是截?cái)嗟模?，第一塔盤的降液管止于出口堰上方的 高度，該高度代表第二下部塔盤的降液管的上脊。這種截?cái)嗟慕狄汗?在底部通常被密封板封閉。密封板具有供液體傳遞到布置于下方的第 二塔盤上的開口 。開口的大小被選擇成使得動(dòng)態(tài)阻力確保降液管中的 最小液位。
在具有弦降液管布置的塔盤上的降液管布置使得有效區(qū)被分成
彼此由降液管分隔的多個(gè)子區(qū)。子區(qū)代表流道(flow pass)。在有效區(qū) 的各個(gè)部分的流動(dòng)通道連接成使得液體成分(liquid element)大體上可 移動(dòng)到這種多降液管塔盤的有效區(qū)的任何部分時(shí)，在多降液管塔盤上 的多降液管的布置與之不同。因此有效區(qū)彼此成液壓平衡，因而提供 不太傾向于使液體分布不均的更強(qiáng)健的設(shè)計(jì)。
與現(xiàn)有技術(shù)狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的一個(gè)問(wèn)題是關(guān)于塔盤的平面度。除了在 操作中的液體負(fù)荷之外，塔盤的重量向塔盤上施加了塔盤必須耐受的 相當(dāng)大的力。具體而言，用于具有大的塔直徑的塔的塔盤需要支承大 量的液體負(fù)荷以及塔盤自身的重量。
因此，如在US 5702647中所示的多降液管塔盤組件包括沿著至 少其中某些降液管延伸的支承擋板用于降液管的支承。多個(gè)安裝構(gòu)件 將降液管固定到支承擋板上，且至少兩個(gè)降液管在其中 一個(gè)塔盤中布 置成隔開的端對(duì)端關(guān)系，以便于有效塔盤橋部分布置于降液管的端部 之間。這種構(gòu)造允許通過(guò)橋的上升的蒸汽流，這增加了塔盤有效區(qū)。: 塔盤還由繞其周向地延伸的塔支承環(huán)來(lái)支承。在US 5702647的另一
以支承降液管。在這方面，US5702647的塔盤類似常規(guī)弦降液管塔盤。 單個(gè)連續(xù)的支承擋板的中間區(qū)域開口以容納穿過(guò)它的橋部分，且便于 液體經(jīng)過(guò)它流動(dòng)以平l軒塔盤上的液體流動(dòng)。此橋部分使液體通道互連 且因此使US5702647的降液管塔盤適于作為多降液管塔盤。從以上描 述可知，在塔盤和降液管的負(fù)荷下以及在分布于塔盤的上表面上的液體的負(fù)荷下支承擋板偏轉(zhuǎn)，會(huì)潛在地造成這種塔盤上的液體分布不均 勻。
可與所提出的橋部分相關(guān)聯(lián)的另 一 問(wèn)題在于此橋部分實(shí)際上造 成支承構(gòu)造的弱化。在示出這種橋部分的所有實(shí)施例中，該橋部分定 位于塔盤的中部，因此處于由于偏轉(zhuǎn)而經(jīng)受最高拉伸應(yīng)力的區(qū)域中。 因此，所提出的解決方案似乎不適于進(jìn)一步提供對(duì)塔盤的支承以便限 制塔盤的偏轉(zhuǎn)。
作為多降液管塔盤的替代解決方案，提供支承梁來(lái)支承構(gòu)成塔盤 的面板且確保該面板的水平定向和平面度。這種支承梁例如在
GB1422131中示出且特別是用于直徑3m以上的塔的大的塔盤需要這 種支承梁。至少其中一個(gè)支承梁橫貫塔盤，從而大體上減小質(zhì)量轉(zhuǎn)移 區(qū)。因此，除了被保留用于降液管的區(qū)域之外，還有塔盤的一部分不 能用于質(zhì)量轉(zhuǎn)移。結(jié)果減小了塔盤的容量。塔盤的容量可被定義為穿 過(guò)塔的吞吐量的最高點(diǎn)。在給定液體負(fù)荷下，吞吐量受到許可的最大 氣體速度限制。在氣體被迫經(jīng)過(guò)質(zhì)量轉(zhuǎn)移區(qū)和塔盤上的液體時(shí)，如果 氣體通道的可用自由區(qū)減小，速度將顯著地增加。更高的速度造成增 加的夾帶，稱為流態(tài)(flow regime),其中液滴^皮氣體流向上帶走并隨 氣體流向上，在第一情形中造成較低密度的泡沫和增加的高度，但在 第二情形中造成溝道效應(yīng)、分布不均和減小的質(zhì)量轉(zhuǎn)移效率。在操作
中，由于被夾帶向上攜帶的液體累積于塔中，塔最終將會(huì)充滿液體且 因此防止向下流動(dòng)并最后^皮排出。
從理論上說(shuō)，質(zhì)量轉(zhuǎn)移狀態(tài)因此變成導(dǎo)致與鼓泡塔的狀態(tài)類似的 狀態(tài)的最后階段。在這種情況下，氣體鼓泡上升穿過(guò)已充滿該塔的液 體。在這種體系下可用于質(zhì)量轉(zhuǎn)移的可用氣體-液體界面顯著地減少。 由于高壓力降、高持液率和低質(zhì)量轉(zhuǎn)移，在蒸餾實(shí)踐中永遠(yuǎn)達(dá)不到這 種狀態(tài)。
如在所有先前實(shí)例中所示，大的塔直徑(例如，超過(guò)三米)需要用 于塔盤的支承梁，因?yàn)樵诓僮髦兴P將會(huì)由于其自身重量和由覆蓋塔盤的液相所造成的液體負(fù)荷而偏轉(zhuǎn)。因此，在塔盤規(guī)格中對(duì)于塔盤制 造商而言塔盤的偏轉(zhuǎn)通常是有限的。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，在操作負(fù)荷下塔
盤組件的偏轉(zhuǎn)典型地應(yīng)限制為內(nèi)部塔直徑的1/800。塔盤組件在周圍
溫度下應(yīng)能夠支承其自身的重量加上典型地位于塔盤上的任何桁架
處的1000 N的集中負(fù)荷。在此條件下允許的最大應(yīng)力典型地為周圍 溫度下的屈服應(yīng)力的67%。
如在GE1422131中所提出的這種支承梁也是與常規(guī)弦降液管設(shè) 計(jì)結(jié)合的優(yōu)選方案。特別是在與大的塔直徑結(jié)合使用時(shí)，弦降液管由 支承梁來(lái)支承。但是，GB1422131涉及降液管的一種特殊多降液管布 置，已發(fā)現(xiàn)該布置適用于實(shí)現(xiàn)高容量。與常規(guī)弦降液管塔盤不同，根 據(jù)GB1422131的降液管并不從塔盤的一側(cè)延伸到另一側(cè)。它們?cè)谒P 中心線之前不遠(yuǎn)處終止，^v而形成三^f亍降液管。具有兩個(gè)或超過(guò)三個(gè) 的這種行的設(shè)計(jì)是可能的。同一塔盤的鄰近行的降液管以交錯(cuò)方式排 列。這種降液管可在一側(cè)上由支承環(huán)支承，在另一側(cè)上(在兩行設(shè)計(jì)的 情況下在中心線處)的支承梁是強(qiáng)制性的。這種常規(guī)的支承梁沿著垂直 于塔盤的降液管定向的弦長(zhǎng)度端對(duì)端地延伸，且附連到圓環(huán)和/或塔壁 上。降液管側(cè)向地(即沿著它們的寬度)附連到支承梁或圓環(huán)上。特別 是對(duì)于具有大于3 m的直徑的塔， 一行降液管包括后面跟著質(zhì)量轉(zhuǎn)移 區(qū)的多個(gè)部分的多個(gè)降液管。對(duì)于具有小直徑的塔， 一行包括以質(zhì)量 轉(zhuǎn)移區(qū)的部分為邊界的至少一個(gè)降液管。當(dāng)朝行的方向觀察時(shí)，降液 管的后面跟著質(zhì)量轉(zhuǎn)移區(qū)。當(dāng)朝垂直于每一行的方向觀察時(shí)，除了緊 鄰塔壁的降液管之外，降液管的后面還跟著質(zhì)量轉(zhuǎn)移區(qū)的一部分。因 此，相鄰行的降液管以交錯(cuò)方式布置。
為了遵守對(duì)于塔盤的平面度要求，至今，每個(gè)鄰近行的這種降液 管交錯(cuò)布置僅在降液管的外側(cè)附連到支承架上的情況下是可能的，如 在GB1422131中所示。
塔盤設(shè)計(jì)中的主要焦點(diǎn) 一直是使金屬板的使用盡可能經(jīng)濟(jì)地保 持材料成本較低，且使塔內(nèi)件的重量盡可能低。這是使用支承梁的原因，至今，支承梁被認(rèn)為是最佳的實(shí)踐。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的 一個(gè)目的在于提供一種具有增加的質(zhì)量轉(zhuǎn)移區(qū)的多降 液管高容量塔盤。出乎意料地，需要更多材料用于質(zhì)量轉(zhuǎn)移面板和延 伸元件的解決方案產(chǎn)生了更經(jīng)濟(jì)的方案。在具有大直徑的塔的情況 下，即使更多的材料被消耗用于質(zhì)量轉(zhuǎn)移面板和延伸元件的構(gòu)造，這 也被不存在單獨(dú)的支承梁或被較少數(shù)量的支承梁所補(bǔ)償。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種特別用于大直徑塔的具有減小 的重量的支承結(jié)構(gòu)。
筒言之，本發(fā)明提供一種多降液管高容量塔盤，其中降液管為支 承結(jié)構(gòu)的一部分，用于保持塔盤表面的偏轉(zhuǎn)在可接受的限度內(nèi)。
用于質(zhì)量轉(zhuǎn)移塔的多降液管塔盤包括質(zhì)量轉(zhuǎn)移區(qū)和用于從塔盤 收集并排出流體的多個(gè)降液管，各降液管被成形為用于流體流動(dòng)的溝 道。各溝道由一對(duì)外側(cè)壁與連接該外側(cè)壁的端壁界定，使得各降液管 的端壁附連到延伸元件上。降液管與延伸元件一起從第 一塔壁支承機(jī) 構(gòu)延伸到第二塔壁支承機(jī)構(gòu)。在使用中，包括較重液體的流體在所述 塔中下降，而氣體或較輕液體在所述塔中上升。作為另一優(yōu)點(diǎn)，單獨(dú) 的支承梁可層疊。
優(yōu)選地，多個(gè)降液管中的第一降液管被布置成與所述多個(gè)降液管
中的第二降液管成平行定向，特別地，至少4個(gè)降液管布置于塔盤上。 有利地，延伸元件被構(gòu)造成質(zhì)量轉(zhuǎn)移區(qū)的一部分以增加塔盤表面的質(zhì) 量轉(zhuǎn)移區(qū)的部分。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，延伸元件包括面板主體和以垂懸方式附連 到該面板主體上的至少一條腿。面板主體關(guān)于質(zhì)量轉(zhuǎn)移區(qū)可為升高的 或者凹陷的，以便于質(zhì)量轉(zhuǎn)移區(qū)的面板到延伸元件的連接。
該腿關(guān)于質(zhì)量轉(zhuǎn)移區(qū)沿基本上向下的方向延伸，且關(guān)于該腿以一 定角度布置足以增強(qiáng)穩(wěn)定性。在一個(gè)有利的實(shí)施例中，面板主體可包括至少一個(gè)彎曲和從該彎 曲到該腿延伸的至少 一個(gè)傾斜表面，使得液體流被更快速且均勻地分 到鄰近延伸元件的質(zhì)量轉(zhuǎn)移區(qū)上。
本發(fā)明的實(shí)施例在塔盤的直徑為至少3米的情況下特別有利。
多個(gè)降液管被布置成多個(gè)行，使得在每一行中，鄰近降液管的橫 向側(cè)壁朝向彼此且相鄰行的降液管以交錯(cuò)的方式布置。
人行道設(shè)于質(zhì)量轉(zhuǎn)移區(qū)中以允許進(jìn)入對(duì)下方塔盤進(jìn)行檢查或維 護(hù)。有利地，降液管設(shè)有可移除的防跳躍擋板以允許人在塔盤的鄰近 子區(qū)之間移動(dòng)。這些防跳躍擋板通常被提供以指引和引導(dǎo)液體從各個(gè) 側(cè)面進(jìn)入降液管的流動(dòng)且避免飛濺，飛濺可能會(huì)增加上升氣流的夾 帶。
降液管和/或延伸元件可#:預(yù)加應(yīng)力。
替代地或者作為上文所述的補(bǔ)充，降液管和/或延伸元件可包括增 強(qiáng)機(jī)構(gòu)。其中至少一個(gè)降液管可為截?cái)嗟慕狄汗堋Ｙ|(zhì)量轉(zhuǎn)移區(qū)是互連 的，這允許平銜-;荅盤上的流體流動(dòng)。
塔盤對(duì)于布置于熱和質(zhì)量轉(zhuǎn)移塔中是特別有利的。


根據(jù)以下具體實(shí)施方式
，結(jié)合附圖，本發(fā)明的這些和其它目的將
會(huì)變得更加顯而易見，在附圖中
圖la示出帶有支承擋板的用于多降液管塔盤的現(xiàn)有技術(shù)方案。
圖lb示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的多降液管塔盤的另 一實(shí)例。
圖lc示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)具有弦降液管的常規(guī)塔盤的頂視圖。
圖ld至圖lf示出根據(jù)圖lc的截面A-A的塔盤的截面?zhèn)纫晥D。
圖2a圖示了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的塔盤的透視圖。
圖2b圖示了根據(jù)圖2a的截面B-B的塔盤的截面?zhèn)纫晥D。
圖2c圖示了從上部觀察的根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的塔盤的視圖。
圖2d圖示了從上部觀察的根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的塔盤的視圖。
圖3a示出根據(jù)圖2a的截面C-C的延伸元件的第一實(shí)施例。 圖3b示出從上部觀察圖3a的實(shí)施例的視圖。 圖3c示出根據(jù)本發(fā)明的延伸元件的第一實(shí)施例的變型。 圖3d示出具有截?cái)嘟狄汗艿膱D3c的變型。 圖4a示出根據(jù)圖2a的截面C-C的延伸元件的第二實(shí)施例。 圖4b是圖4a的實(shí)施例的側(cè)視圖。 圖5示出根據(jù)第三實(shí)施例的降液管與延伸元件的組合。 圖6a示出根據(jù)圖2a的截面C-C的延伸元件的第四實(shí)施例。 圖6b示出根據(jù)圖6a的實(shí)施例的側(cè)視圖。 圖7a示出根據(jù)圖2a的截面C-C的延伸元件的第五實(shí)施例。 圖7b示出圖7a的第五實(shí)施例的變型。 圖8a示出4艮據(jù)圖2a的截面C-C的延伸元件的第六實(shí)施例。 圖8b示出才艮據(jù)圖8a的實(shí)施例的側(cè)^L圖。 圖9a示出用于增強(qiáng)降液管的穩(wěn)定性的增強(qiáng)機(jī)構(gòu)的透視圖。 圖9b示出用于增強(qiáng)降液管的穩(wěn)定性的增強(qiáng)機(jī)構(gòu)的第二變型的透 視圖。和
圖9c示出用于增強(qiáng)降液管的穩(wěn)定性的增強(qiáng)機(jī)構(gòu)的第三變型的透 視圖。
具體實(shí)施例方式
圖la示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的第一實(shí)施例的多降液管塔盤101。多降 液管塔盤101設(shè)有布置于塔盤的弦長(zhǎng)上的多個(gè)降液管103。降液管103 被布置成彼此平行。第一降液管被布置在第一弦長(zhǎng)上。這些第一降液 管由面板104與相鄰的第二降液管隔開，第二降液管被布置于平行于 該第一弦長(zhǎng)的第二弦長(zhǎng)上。面板104構(gòu)成塔盤的質(zhì)量轉(zhuǎn)移區(qū)，即所謂 的有效區(qū)。在塔盤表面上的液體與穿過(guò)設(shè)于面板104中的開口而上升 的蒸汽緊密接觸。在相應(yīng)弦長(zhǎng)上的各降液管103可被中間橋部分105 細(xì)分成兩個(gè)部分且設(shè)置有支承擋板106，支承擋板106端對(duì)端地延伸到塔壁107。環(huán)狀支承環(huán)108附連到塔壁上以提供對(duì)支承擋板的支承。 圖lb示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的第二實(shí)施例的多降液管塔盤201，示 出多行降液管203。此實(shí)施例的降液管203由橫貫塔的一個(gè)或多個(gè)梁 205支承。降液管203由這些支承梁和附連到塔壁上的圓環(huán)208支承。 相鄰行的降液管以交錯(cuò)方式布置。在一行中的各降液管后面跟著質(zhì)量 轉(zhuǎn)移區(qū)的一部分。質(zhì)量轉(zhuǎn)移區(qū)204由布置于降液管203之間或降液管 與圓環(huán)208之間的自由空間中的面板形成。該面板由梁205且也可能 由設(shè)于降液管203的側(cè)面(221, 222)上的支承機(jī)構(gòu)(未圖示)和由圓環(huán) 208支承。從第一側(cè)面221和第二側(cè)面222接收液體的各降液管包含 防跳躍擋板209。此防跳躍擋板209將來(lái)自第一側(cè)面和第二側(cè)面的進(jìn) 入液體流分開且?guī)椭鷮⒁后w導(dǎo)向到下面的塔盤。
圖lc示出常規(guī)弦降液管塔盤301(例如，四路塔盤(four pass tray))。 這種弦布置的降液管303、 309、 310沿著弦線;f黃貫塔盤截面，弦線為 將塔盤的截面分成兩個(gè)部分的線。它們由布置成正交于降液管303、 309、 310的弦線的弦線上的多個(gè)梁305支承。塔盤的最長(zhǎng)的弦線是它 的直徑。在圖lc中示出三個(gè)這樣的降液管。各降液管沿著弦線延伸到 圓環(huán)308,用于在塔內(nèi)支承降液管。圓環(huán)308附連到塔壁(未圖示)上。 各降液管設(shè)置有寬度306和高度311,寬度306為垂直于弦線的橫向 延伸，高度311被定義為垂直于包含塔盤的平面的延伸，如在圖ld、 le、 lf中的各個(gè)圖中所示，這些圖為沿著圖lc的線A-A的截面圖。
在具有弦降液管布置的塔盤上的降液管的布置使得質(zhì)量轉(zhuǎn)移區(qū) 304被分成由降液管或入口區(qū)(312A, 312B)彼此隔開的多個(gè)子區(qū)(304A, 304B， 304C， 304D)，入口區(qū)(312A, 312B)為上部^荅盤的降液管下方的區(qū) 域，上部塔盤在圖ld中部分地示出。子區(qū)(304A,304B)和入口區(qū)(312A) 代表流動(dòng)通道。子區(qū)(304C, 304D)和入口區(qū)(312B)代表另一流動(dòng)通道。 但是，在如圖lc所示，在弦降液管塔盤中，液體成分僅可在降液管的 出口堰(313A, 313 B, 314A， 314B)之間移動(dòng)，出口堰為相應(yīng)流動(dòng)通道的 邊界。在根據(jù)圖lc、 ld、 le、 lf的其中任一實(shí)施例中，到任何其它流
ii動(dòng)通道的任何橫向流動(dòng)是不可能的。因此，如果需要的是在操作中在 ^^盤上存在的液體的至少一部分預(yù)計(jì)在不同的流動(dòng)通道之間交換，從 而構(gòu)成在整個(gè)塔盤表面上更均勻的質(zhì)量轉(zhuǎn)移條件，則這種弦降液管設(shè)
計(jì)是不合適的。圖le和圖lf示出了入口區(qū)(312A,312B)的不同細(xì)節(jié)。 圖ld的入口區(qū)312A以第 一側(cè)部入口堰和第二側(cè)部入口堰(315A, 315B) 為邊界，入口區(qū)312B以第一側(cè)部堰和第二側(cè)部堰(316A, 316B)為邊 界。圖le示出預(yù)計(jì)沒(méi)有作為入口區(qū)(312A， 312B)的邊界的堰的實(shí)施例。 各入口區(qū)(312A, 312B)由面板形成，該面板由支承元件(317A, 317B， 318A，318B)支承。圖lf示出關(guān)于入口區(qū)類似于圖le的構(gòu)造，但也提 供了第一側(cè)部入口堰和第二側(cè)部入口堰(315A, 315B, 316A, 316B)。取 決于流體流動(dòng)的特征，可移除地附連側(cè)部堰。來(lái)自最上部i^盤的降液 管319的排出開口可終止于比側(cè)部堰(315A, 315B, 316A, 316B)更低的 高度從而提供液體密封。在液體密封的下方預(yù)計(jì)整個(gè)入口區(qū)(312A, 312B)被液體覆蓋到堰高度，且來(lái)自最上部塔盤的降液管的側(cè)壁延伸 到液體內(nèi)。由此避免了上升的氣體通過(guò)降液管的排出開口 320進(jìn)入到 降液管內(nèi)，因?yàn)樵诓僮髦性撆懦鲩_口 320浸沒(méi)于液體中。根據(jù)圖lf 的這個(gè)實(shí)施例在提供降液管319中氣相與液相之間的良好分離方面是 特別有利的。根據(jù)下文所述的實(shí)施例的多降液管塔盤上的多降液管的 布置與之不同，因?yàn)橘|(zhì)量轉(zhuǎn)移區(qū)的每個(gè)部分的流動(dòng)通道被連接，使得 液體成分在原則上可移動(dòng)到這種多降液管塔盤的質(zhì)量轉(zhuǎn)移區(qū)的任何 部分。
圖2a示出布置于塔2(諸如質(zhì)量轉(zhuǎn)移塔)內(nèi)的根據(jù)本發(fā)明的多降液 管塔盤的視圖，僅示出該塔的環(huán)狀部分。塔盤1包括質(zhì)量轉(zhuǎn)移區(qū)4(該 質(zhì)量轉(zhuǎn)移區(qū)4在此附圖中僅部分地示出)和多個(gè)降液管3。降液管從塔 盤l收集和排出流體，從而作為流體排出機(jī)構(gòu)操作。各降液管被成形 為溝道9，該溝道被一對(duì)橫向側(cè)壁(21, 22)和連接所述橫向側(cè)壁的前端 壁23和/或后端壁24界定(參看圖2b)。側(cè)壁、前端壁和/或后端壁的 上邊緣形成上脊25且側(cè)壁、前端壁和/或后端壁的下邊緣形成下脊26。上脊25(其可被認(rèn)為是出口堰)界定用于使流體進(jìn)入到所述溝道9內(nèi)的 開口 ，且下脊26界定用于使流體離開所述溝道9的開口 ，或4是供用 于帶開口(如圖2b所示)的降液管底板的附連機(jī)構(gòu)，該開口用于使流體 離開溝道9。
防跳躍擋板(未圖示)可類似于圖lb中所示的布置提供。各降液管 的前端壁和后端壁(23， 24)中的至少一個(gè)端壁可附連到延伸元件5上， 延伸元件5從降液管3縱向地延伸。降液管3和延伸元件5 —起從第 一塔壁支承機(jī)構(gòu)6延伸到第二塔壁支承機(jī)構(gòu)7。塔壁支承機(jī)構(gòu)6和塔 壁支承機(jī)構(gòu)7可為延伸元件5的部分或者附連到降液管3的端壁24 上。
參看圖2a和圖2b，圓環(huán)8固定到塔2的壁的內(nèi)側(cè)，且各降液管 3在后端壁24上具有周邊凸緣(壁支承機(jī)構(gòu))6,該周邊凸緣6擱置于圓 環(huán)8上。周邊凸緣6還沿著每個(gè)側(cè)壁21、 22延伸以容納質(zhì)量轉(zhuǎn)移區(qū)4 的板。延伸元件5具有擱置于圓環(huán)8上的端部(壁支承機(jī)構(gòu))7和由角形 附連機(jī)構(gòu)固定到降液管3的前壁23上的相對(duì)的端部。如圖2b中所示， 降液管3和延伸部5形成類似于結(jié)構(gòu)梁的結(jié)構(gòu)單元，該結(jié)構(gòu)單元橫^爭(zhēng) 塔2像弦一樣延伸，以在端部處擱靠在圓環(huán)8上且用作質(zhì)量轉(zhuǎn)移區(qū)4 的面板的整體支承結(jié)構(gòu)。
降液管3和延伸元件5因此一起執(zhí)行增強(qiáng)型材的功能。此外，可 與由延伸元件和降液管3構(gòu)成的增強(qiáng)型材組合地提供梁以進(jìn)一步增 強(qiáng)，特別是在如上文概述的當(dāng)降液管3與延伸元件5的組合用于具有 大直徑的塔中時(shí)。對(duì)于這種塔(通常指具有三米和三米以上直徑的塔)， 可預(yù)見多行降液管3。
圖2c示出兩行降液管3。在每一行中，降液管3和延伸元件5呈 交替順序。在圖2c中，第一行降液管和第二行降液管顯示為呈水平方 向。鄰近行的降液管以交錯(cuò)排列定位，因?yàn)槊恳恍械奶攸c(diǎn)為降液管和 延伸元件的交替順序。未被降液管或延伸元件覆蓋的任何空間為質(zhì)量 轉(zhuǎn)移區(qū)4的部分。具有如圖2C或2d所示交錯(cuò)布置的降液管的塔盤在塔盤上均勻地 收集液體，且收集液體用于將液體傳輸?shù)讲贾糜谠撍P下方的塔盤。 為了在下方的塔盤上獲得均勻的液體分布，降液管優(yōu)選地彼此平行布 置。各降液管因此接收大致相同量的液體，因?yàn)橐后w在塔盤表面上必 須通過(guò)的平均距離大致相同，以便允許液體在塔盤表面上的均勻分布
和到下方塔盤的均勻排出。所有質(zhì)量轉(zhuǎn)移區(qū)4是互連的，這允許平衡
塔盤上的流體流動(dòng)。因而實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)健的設(shè)計(jì)，與弦降液管設(shè)計(jì)相比， 塔盤出現(xiàn)分布不均的效果的可能性更小。
圖2d示出具有三行降液管3的布置。在此實(shí)施例中，還示出對(duì) 于中間的行，降液管3可如圖所示附連到兩個(gè)延伸元件5上。質(zhì)量轉(zhuǎn) 移區(qū)4以其最簡(jiǎn)單的方式形成面板或面板的組合，包含在降液管與延 伸元件之間的自由區(qū)中布置的穿孔。此外如圖所示，質(zhì)量轉(zhuǎn)移區(qū)4的 面板在一行的整個(gè)寬度上延伸或者對(duì)于中間行被進(jìn)一步被細(xì)分。
在圖2a中，質(zhì)量轉(zhuǎn)移區(qū)的一部分未示出以允許更清楚地看到面 板的支承結(jié)構(gòu)以及降液管3和延伸元件5的支承結(jié)構(gòu)。降液管的長(zhǎng)度 和數(shù)目可根據(jù)所需要的液體吞吐量而不同。降液管不需要的增強(qiáng)型材 的任何空間可由延伸元件覆蓋。延伸元件可設(shè)有開口以允許氣體通 過(guò)，從而構(gòu)成質(zhì)量轉(zhuǎn)移區(qū)。
質(zhì)量轉(zhuǎn)移區(qū)4的面板可移除地附連到支承結(jié)構(gòu)上。因此中間行的 面板可被容易地提起以進(jìn)入布置于下方的塔盤。通過(guò)提起中間行的面 板并將它們置于最上部行或最下部行的面板的頂部上(如附圖中所示 的位置)，或通過(guò)使面板繞軸線樞轉(zhuǎn)，或者通過(guò)將它們折疊起來(lái)，提供 人行道(用于人的通路)。這種布置對(duì)于較大的塔直徑是特別有利的。 人行道的數(shù)目和布置不僅構(gòu)成構(gòu)造成本，而且還構(gòu)成操作和維修成 本。因此，應(yīng)保持人行道的數(shù)目最小。根據(jù)圖2a至圖2d中任一個(gè)圖 的多降液管塔盤的使用使得能夠減少人行道的數(shù)目。每行降液管僅需 要單個(gè)人行道。如果降液管配備防跳躍擋板，這些防跳躍擋板優(yōu)選地 可移動(dòng)地或可移除地附連到降液管上。因而揭示了本發(fā)明的另 一優(yōu)
14點(diǎn)。如圖la和圖lb中舉例示出的現(xiàn)有技術(shù)包含支承結(jié)構(gòu)，即圖la 中的支承擋板和圖lb中的梁，支承結(jié)構(gòu)可將到塔盤的入口限制為僅 到塔盤的一部分。這表示對(duì)于根據(jù)圖la的實(shí)施例，必須提供大量人行 道，因?yàn)橹挥袃蓚€(gè)鄰近擋板之間的部分是可進(jìn)入的，對(duì)于根據(jù)圖la 的構(gòu)造，這增添了某些復(fù)雜性。
根據(jù)本發(fā)明，在延伸元件的下方提供通道，從而通過(guò)在上部塔盤 中提供單個(gè)人行道，布置于該上部塔盤下方的塔盤在其整個(gè)表面上是 可接近的。由于延伸元件僅具有小的高度的事實(shí)，在延伸元件下方可 能有通道。因此，延伸元件與布置于下方的鄰近塔盤之間的距離允許 進(jìn)入以維修塔盤或清潔塔盤。
本發(fā)明的另 一優(yōu)點(diǎn)在于如果在塔的操作期間的改變(例如，氣體 與液體的比例或溫度分布等改變)之后要使用不同長(zhǎng)度的降液管，可容 易地改變?cè)摌?gòu)造。在這種情況下僅需的改變是將延伸元件切割到適當(dāng) 長(zhǎng)度，或除了替換降液管之外用具有更長(zhǎng)長(zhǎng)度的延伸元件來(lái)代替延伸 元件。因此，根據(jù)本發(fā)明的增強(qiáng)型材增加了塔盤在使用中的靈活性。
降液管3和延伸元件5的共同軸線是塔橫截面的弦長(zhǎng)。以與上文 所述方式相同的方式定義的所有軸線在如圖2a至2d中所示的塔盤布 置中彼此平行。由相鄰塔盤的弦長(zhǎng)度所形成的軸線也彼此平行，例如 如在圖la中所示，但是它們未必被布置成在上部塔盤的對(duì)應(yīng)軸線的正 下方，而是關(guān)于所述軸線交錯(cuò)。這種交錯(cuò)布置具有以下優(yōu)點(diǎn)從上部 降液管排出的液體到達(dá)質(zhì)量轉(zhuǎn)移區(qū)4,且并不直接傳遞到下方的降液 管內(nèi)，這將會(huì)導(dǎo)致液體和氣體流動(dòng)的溝道作用，從而在很大程度減小 了上升的氣體與下降液相之間的接觸，并因此將質(zhì)量轉(zhuǎn)移減小到次優(yōu) 的量。作為這種交錯(cuò)布置的替代，由弦長(zhǎng)、相鄰塔盤的降液管與延伸 元件組合所形成的軸線可被布置成彼此成角度，特別是成交叉布置(在 圖中未示出)。
圖3a和圖3b示出根據(jù)圖2a的截面C-C的延伸元件的第一實(shí)施 例。圖3a示出質(zhì)量轉(zhuǎn)移區(qū)的一部分，諸如穿孔面板12。圖3b示出從上方觀察的延伸元件5的一部分以及穿孔面板12的視圖。延伸元件5
優(yōu)選地成形為開放的輪廓，該輪廓提供最佳穩(wěn)定性，且對(duì)于其制造而
言需要最少的材料。延伸元件5還可在面板主體16中包含穿孔13。 由此揭示了本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)。延伸元件5可幾乎整個(gè)地用作質(zhì)量轉(zhuǎn) 移區(qū)，借此上升的氣相穿過(guò)穿孔13。這種塔盤具有增加的容量，因?yàn)?塔的整個(gè)截面區(qū)減去被降液管3覆蓋的區(qū)域和塔壁附連機(jī)構(gòu)6、 7覆 蓋的區(qū)域可用作質(zhì)量轉(zhuǎn)移區(qū)。在此實(shí)施例中，延伸元件5由平面的面 板主體16和一對(duì)垂懸的側(cè)腿14構(gòu)成，側(cè)腿14可終結(jié)于足15，足15 可關(guān)于腿14傾斜以提供延伸元件的進(jìn)一步的穩(wěn)定性。
圖3c示出在圖3a和圖3b中所示的實(shí)施例的變型。在這個(gè)變型 中，面板主體16具有用于容納穿孔面板12的側(cè)部凹口 28。這個(gè)實(shí)施 例是有利的，因?yàn)樵诖┛酌姘?2與延伸元件5的面板主體16上方的 液位相同。因此，在穿孔面板12和面板主體16上方的質(zhì)量轉(zhuǎn)移條件 大致相同或相當(dāng)。
圖3d示出包括截?cái)嘟狄汗?9的圖3c的變型。在此情況下，面 板主體16基本上沒(méi)有穿孔以避免滲漏效果。但截?cái)嘟狄汗芸膳c下方 入口區(qū)上的穿孔組合，從而增加有效區(qū)。與截?cái)嘟狄汗芟喾?，非截?cái)?或常規(guī)降液管向下延伸到低于出口堰的上脊的高度。因此，泡沫高度 通常高于降液管的排出開口，使得排出開口伸入液體。由此提供液體 密封，其阻礙任何氣體向上流動(dòng)穿過(guò)降液管3，以及確保降液管排出 開口在任何時(shí)候都不會(huì)變干。因此，排出開口的尺寸會(huì)影響降液管中 的液體阻塞并因此影響塔盤的容量。
圖4a和圖4b示出根據(jù)圖2a的截面C-C的延伸元件5的第二實(shí) 施例。該第二實(shí)施例與先前所述的實(shí)施例的不同僅在于相對(duì)于穿孔面 板12的表面其安裝于升高位置。面板主體16以及腿14的一部分17 在穿孔面板12高度的上方延伸。腿14的部分17可包含開口 18，以 允許氣體或密度低于穿孔面板12上的液體密度的液體通過(guò)開口 18。 這種在穿孔面板12的切向的流動(dòng)可協(xié)助穿孔面板12上的液體向最近的降液管4的方向行進(jìn)(參看圖2a至圖2d)。
多降液管塔盤，諸如根據(jù)圖4a或圖4b的那些實(shí)施例的多降液管 塔盤，通常使用截?cái)嘟狄汗?。這種截?cái)嘟狄汗艿南露嗽O(shè)置密封板且被 置于出口堰的頂部高度上方的高度，出口堰安裝于下方塔盤的鄰近降 液管的頂部。
圖5示出了根據(jù)圖2a的截面C-C的延伸元件的第三實(shí)施例，在 此實(shí)施例中，其通常與非截?cái)嘟狄汗芙M合，面板主體16的高度低于 有效區(qū)的穿孔面板12的高度。這種布置可用于通過(guò)增加降液管的高 度而增加降液管的容積。增加高度通常改進(jìn)氣相與液相的分離，因?yàn)?在降液管中的停留時(shí)間增加。而且面板主體16可具有朝向降液管的 斜面以協(xié)助流體朝下方的塔盤流動(dòng)。
圖6a和圖6b示出根據(jù)圖2a的截面C-C的延伸元件的第四實(shí)施 例。這個(gè)實(shí)施例與圖4a的不同僅在于面板主體16包括至少一個(gè)彎曲 19。從彎曲19延伸到穿孔面板12的高度的面板主體16的表面是傾 斜的且可包含開口 20，如圖6b所示。這個(gè)實(shí)施例特別適用作泡沫促 進(jìn)器。
圖7a和圖7b示出根據(jù)圖2a的截面C-C的延伸元件的第五實(shí)施 例。這個(gè)實(shí)施例與圖6a的不同在于在面^l主體16中不存在任何平面 部分。提供中央彎曲21用于分離和引導(dǎo)來(lái)自位于圖7a所示的延伸元 件所屬的該塔盤上方的塔盤的降液管的液體的流動(dòng)。此外，角形的支 承元件27沿著每條垂懸的腿固定以在其上容納質(zhì)量轉(zhuǎn)移區(qū)的面板12。
圖7b僅示出延伸元件5上的面板12的支承件的小的修改。此方 案具有以下優(yōu)點(diǎn)延伸元件5可由單件制造，而無(wú)需對(duì)圖7a的實(shí)施例 的支承元件27的隨后的組裝。
圖8a和圖8b示出根據(jù)圖2a的截面C-C的延伸元件5的第六實(shí) 施例。在此情況下，延伸元件5成形為閉合輪廓，該閉合輪廓提供更 加好的穩(wěn)定性，且其制造需要最少的材料。延伸元件5也可包含在面 板主體16中的穿孔13，從而提供與根據(jù)圖3a至圖3c的實(shí)施例相同的優(yōu)點(diǎn)。在此實(shí)施例中，延伸元件5由平面面板主體16與側(cè)腿14構(gòu)
成，側(cè)腿14關(guān)于對(duì)應(yīng)于塔的軸線的豎直方向傾斜。腿14可終結(jié)于足 15，足15附連到彼此之上以給延伸元件提供進(jìn)一步的穩(wěn)定性。在這 個(gè)變型中，面板主體16具有用于容納穿孔面板12的側(cè)部凹口 28。這 個(gè)實(shí)施例是有利的，因?yàn)樵诖┛酌姘?2和延伸元件5的面板主體16 上方的液位相同。因此，在穿孔面板12和面板主體16上方的質(zhì)量轉(zhuǎn) 移條件大致相同或相當(dāng)。如果面板主體16包含穿孔13，預(yù)計(jì)必須有 另一開口 29用于確保來(lái)自布置于下方的塔盤的氣體可穿過(guò)開口 29到 達(dá)穿孔13。預(yù)計(jì)在足15或腿14中可有特殊的穿孔、狹槽或其它類型 的開口以允許排放所夾帶的液體。備選地，腿14可直接地接合，從 而不需要足。備選地，延伸元件可由單件中空金屬板材形成。
作為穿孔面板12的替代，典型的可使用篩孔塔盤、閥塔盤、固 定閥塔盤等。因此，用語(yǔ)"穿孔面板12"可被在前一句中所提到的這 些裝置中的任何裝置替代。可使用不限于在圖3至圖8中所示出的各 種方法來(lái)執(zhí)行穿孔面板12與延伸元件5之間的機(jī)械連接。
圖9a、圖9b、圖9c示出用于增強(qiáng)降液管3的穩(wěn)定性的增強(qiáng)機(jī)構(gòu) (特別是抵抗偏轉(zhuǎn)和/或抵抗彎曲)，在圖9a、圖9b、圖9c中類似的附 圖標(biāo)記表示與上文所述類似部件。圖9a示出包括防跳躍擋板30的降 液管3。防跳躍擋板30在端壁(23,24)處連接到降液管3上。此外，增 強(qiáng)機(jī)構(gòu)31將防跳躍擋板30連接到每個(gè)側(cè)壁(21, 22)上。在此實(shí)施例中， 增強(qiáng)機(jī)構(gòu)呈面板形狀，但是條、型材、管和其它薄壁結(jié)構(gòu)也同樣是適 用的。
圖9b示出與降液管3的每個(gè)側(cè)壁(21, 22)—體的增強(qiáng)機(jī)構(gòu)31的另 一變型。增強(qiáng)^/L構(gòu)31具有在每個(gè)側(cè)壁中的凹槽形狀。
圖9c示出另一種類型的增強(qiáng)機(jī)構(gòu)31，該增強(qiáng)機(jī)構(gòu)31呈從側(cè)壁(21, 22)中的至少一個(gè)側(cè)壁的上脊25延伸的翼片形狀。在圖9a、 9b或9c 中所示的其中任何變型可彼此組合。
權(quán)利要求
1.一種用于質(zhì)量轉(zhuǎn)移塔(2)的多降液管塔盤(1)，包括質(zhì)量轉(zhuǎn)移區(qū)(4)和用于從所述質(zhì)量轉(zhuǎn)移區(qū)(4)收集和排出流體的多個(gè)降液管(3)，各降液管(3)成形為用于流體流動(dòng)的溝道(9)，所述溝道(9)由一對(duì)橫向側(cè)壁(21，22)和連接所述橫向側(cè)壁(21，22)的端壁(23，24)界定，借此各降液管的所述端壁(23，24)附連到延伸元件(5)上，且降液管(3)與延伸元件(5)一起從第一塔壁支承機(jī)構(gòu)(6)延伸到第二塔壁支承機(jī)構(gòu)(7)，其特征在于，各所述延伸元件(5)固定到其中相應(yīng)一個(gè)所述降液管(3)的端壁(23，24)上并從所述端壁(23，24)延伸以形成整體支承結(jié)構(gòu)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多降液管塔盤(l)，其特征在于，所述 延伸元件(5)包括面板主體(16)和附連到所述面板主體(16)上的至少一 條垂懸的腿(14)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多降液管塔盤(1)，其特征在于， 所述多個(gè)降液管的第一降液管布置成與所述多個(gè)降液管的第二降液 管成平行定向。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的多降液管塔盤(l),其特征在于，在所 述塔盤上布置至少4個(gè)降液管。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的多降液管塔盤(l)，其特 征在于，所述延伸元件(5)構(gòu)造成所述質(zhì)量轉(zhuǎn)移區(qū)的一部分。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的多降液管塔盤(l)，其特征 在于，所述面板主體(16)相對(duì)于所述質(zhì)量轉(zhuǎn)移區(qū)(4)是升高的。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的多降液管i荅盤(l),其特征在于，所述 面板主體(16)相對(duì)于所述質(zhì)量轉(zhuǎn)移區(qū)(4)是凹陷的。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7中任一項(xiàng)所述的多降液管塔盤(l)，其特 征在于，所述腿(14)關(guān)于所述質(zhì)量轉(zhuǎn)移區(qū)(4)沿基本上向下的方向延伸 且足(15)被布置成關(guān)于所述腿成角度。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6至8中任一項(xiàng)所述的多降液管塔盤(l)，其特征在于，所述面板主體(16)包括至少一個(gè)彎曲(19)和從所述彎曲向所述 腿延伸的至少 一個(gè)傾斜表面。
10. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的多降液管塔盤(l)，其特征 在于，所述塔盤的直徑是至少3米。
11. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的多降液管塔盤(l),其特征 在于，所述多個(gè)降液管被布置成多行，使得在每一行中，鄰近降液管 的橫向側(cè)壁彼此相向，且相鄰行的降液管以交錯(cuò)方式布置。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的多降液管塔盤(l),其特征在于，在 所述質(zhì)量轉(zhuǎn)移區(qū)中設(shè)有人行道。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的多降液管塔盤(1),其特征在于，降 液管設(shè)有可移動(dòng)的擋板以允許人在鄰近塔盤之間移動(dòng)。
14. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的多降液管塔盤(l)，其特征 在于，所述降液管(3)和/或所述延伸元件(5)被預(yù)加應(yīng)力。
15. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的多降液管塔盤(l),其特征 在于，所述降液管(3)和/或所述延伸元件(5)包括增強(qiáng)機(jī)構(gòu)(31)。
16. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的多降液管塔盤(l)，其特征 在于，至少其中一個(gè)所述降液管(3)是截?cái)嘟狄汗堋?br> 17. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的多降液管塔盤(l)，其特征 在于，所述質(zhì)量轉(zhuǎn)移區(qū)(4)是互連的，這允許平衡在所述塔盤上的流體 流動(dòng)。
18. —種質(zhì)量和熱轉(zhuǎn)移塔(2)，包括根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所 述的多降液管塔盤(l)。
19. 一種根據(jù)權(quán)利要求18所述的塔的用途，用于通過(guò)蒸餾、吸 收或提取將流體混合物分成它們的組分或組分的混合物的熱分離過(guò) 程。
全文摘要
本發(fā)明涉及多降液管塔盤，具體而言，一種用于質(zhì)量轉(zhuǎn)移塔(2)的多降液管塔盤(1)包括質(zhì)量轉(zhuǎn)移區(qū)(4)和用于從塔盤(1)收集和排出流體的多個(gè)降液管(3)，各降液管成形為溝道(9)，所述溝道由一對(duì)橫向側(cè)壁(21，22)和端壁(23，24)界定。各降液管的端壁可附連到延伸元件(5)上，且降液管(3)和延伸元件(5)一起從第一塔壁支承機(jī)構(gòu)(6)延伸到第二塔壁支承機(jī)構(gòu)(7)。
文檔編號(hào)B01D3/22GK101554538SQ200910134260
公開日2009年10月14日 申請(qǐng)日期2009年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月11日
發(fā)明者B·格里普斯馬 申請(qǐng)人:蘇舍化學(xué)技術(shù)有限公司