用于吸附器床的限制器的制作方法

专利名称：用于吸附器床的限制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及吸附床，特别是涉及用来限制吸附床中经受气流或流体流作用力的微粒的系统。这些微粒得到限制避免其移动而导致例如吸附床的流化。更具体地说，在一个圆筒形吸附床中，在吸附床的一端有一个气囊，用来对吸附床的吸附剂填料施加压力从而抑制填料，即使吸附剂填料不再移动使之不会流化。
背景技术：
在吸附器装置中，吸附床的流量是受到吸附床变为流化状态的流量的限制。当吸附床变为流化状态时，吸附剂开始退化，沟流使得吸附过程的效率显著地降低。如果适当地抑制吸附床，则流化就不会发生，吸附过程的能力因而就不会受到此因素的限制。所以，抑制吸附床可显著地提高流量，从而相应地降低了投资成本。
改进气体分离过程的性能，通常是由提高吸附率来实现的。而且，吸附率的考虑导致多个结构需要较小微粒贯穿吸附器以及层或具有不同的平均颗粒尺寸的混合物。例如，已知的采用具有较大尺寸的颗粒可降低流化并能减小压降。另一方面，较小的颗粒有利于克服工艺性能的局限如吸附率。但是，当颗粒尺寸减小时，在降低的流速时更容易发生流化，因此，对在给定流速下进行的工艺限定颗粒的尺寸，即特定尺寸的颗粒确立一个流化界限，最大流速，当超过时需要降低流速或者限制颗粒在床的一端或两端。如果床空闲吸附剂表面得到抑制，则所有颗粒尺寸在轴流吸附器内的流化可以避免或是得到减弱。抑制轴流吸附器内的吸附剂的其它理由包括省去床顶部的冲洗，这是由于高速净化或回压流动的缘故，吸附容器的车间装载，和避免“暴沸”或临时性的提升，这是由于阀操作的压力扰动而引起的。
用于变压吸附循环的装置一般是采用适合径流或轴流模式的圆筒形容器。适合于轴流模式的容器通常是优选的，由于其结构简单，这样可避免存在采用适合径流方式的容器本身所固有的问题或设计的复杂性。但是，对于轴流模式，床的流化限制必须要解决。
当流向相对于垂直轴是侧向时，则吸附剂颗粒固有地是约束在绝大部分垂直取向的径流吸附器中。这可使得重力矢量垂直于流速矢量，并使得吸附剂限制组件变得相对易于安装。
相反，轴流吸附器的速度矢量与重力矢量成一直线，这使得吸附剂限制组件的安装至今都相对困难。所以，例如在上流轴流容器中，吸附床的顶端表面通常是不受阻隔的，使得吸附剂颗粒在足够的提升条件下能自由地流化，举例来说，流体的体积或速度足以克服施加在该颗粒上的重力的影响。流化的这种性质也关系到向下流轴向床，其中的再生和解吸附流可使颗粒经受可能的流化。
较快的循环和较小的床尺寸也是所希望的，尤其是在真空变压吸附(VPSA)系统的设计中。为了实现这一设计目的，要提高进料速度。目前的轴向床氧气VPSA系统的操作，例如，对于床尺寸为600-800磅吸附剂每天每吨氧气，平均表观进料速度为0.15-0.3m/sec。这种进料速度和相应的床设计导致系统操作是在接近流化水平进行的。事实上，在进料步骤的初始时候，在过程中业已经存在了交叠逆流均衡流步骤，以帮助在高的初始进料流量下抑制吸附剂。
在接近流化水平条件下操作的结果是，由于阀不合格或选用的循环调整参数不合适，有些工业用床已经经受了床流化。这种流化扰乱了吸附床中大部分区域的均匀密集填料，使得随后的气流非均匀分配，随之而来的是差的操作性能。这样，就需要一种简便有效的抑制系统用于具有轴流模式吸附器中的微粒吸附剂床的顶部表面，以提高吸附速率。
除了在吸附容器室内的颗粒抑制之外，提供均匀流过吸附床的流动以消除不必要的空隙容积和提供充满的达到容器内部的通路，也是所希望的。均匀流过吸附床可以保证经受处理的气体或流体物质是均匀地与吸附剂颗粒接触。消除不必要的空隙容积可降低处理后产物或未处理进料的损失，它们在吸附过程结束之后是截留在装置中的。满通路流到容器的内部，可使装置得到维护，并能维护、装填或更换滤网材料。
先有技术说明为解决或绕过吸附床流化问题，已经采用或提出了许多方法。在先有技术中这个问题的解决办法是流动方向、特定的填料和各种不同设计的抑制方法。相关的先有技术包括下述专利。
在US5492684中，Buchanan等人公开了一种采用分级床系统从废气中除杂质如硫氧化物的方法和系统。该分级床系统是采用多个在床的分离的区域具有二种或多种颗粒尺寸的固体吸附剂的床。在一个实施例中，固体吸附剂的排列可使得较大的吸附剂颗粒是布置在该分级床系统的入口区域。在操作过程中，废气流流过该固体吸附剂，这样杂质如硫氧化物和/或氮氧化物被吸附。吸附床接着与一种还原气接触以解吸硫氧化物。为保证床层的稳定性而用于该床的可膨胀装置却没有公开。
Prior的US4337153公开了一种用于水的软化装置的改进的树脂罐，包括一种可膨胀室，它在流体流过该罐时可扩大，以置换罐中的所有自由空间，这样，可维持水软化材料的紧密性。该可膨胀室是由弹性的套管所形成的，它被固定并环绕在一个向下延伸的流体导管部分的周围，并躺在至少一个在该导管壁上所形成的缝隙之上，通过该缝隙流体的流通才可得以建立。在流体流过该罐时通常会有压降发生，它会在套管壁上产生压力差，如果在该管中存在自由空间，则该压力差可使之扩大。在一个替代的实例方案中，导管和该室之间的流体流通，是通过皮托管实现的，它是设置在导管流体流动路径之中，用来连通流体下流导管到该室的速度压力。
在Hermann的US4294699中的微粒离子交换材料床，它是限定在一个容器的内腔中，是由该容器的壁部分所围成的，该容器可移动到该内腔中。供料和排放导管分别与该腔的某个部分相连通，用来供给有待净化的液体，和用来从该内腔中排放出通过与微粒材料接触已经净化的液体。一种偏置设备使该容器位于该内腔的外部，并偏置该可向内腔内部移动的壁部分，这样，微粒材料就可处于压缩应力之下，就可避免由床的收缩而引起的沟流。
在US4247987中，Coulaloglou和Siegell公开了一种与磁稳定化流化床连续逆流接触的方法。该专利涉及带有连续固体添加和去除的磁稳定化床的操作。该床颗粒，它包括一种能磁化的组分，在逆流接触过程中，通过采用外加磁场，它在气体走旁路和固体返混(可能地，除了入口附近或出口部位或流体注射区附近的固体的时间流或运动)时是稳定的。这特别适合于实施分离过程。在这类方法中，采用外加磁场，就可以使用小尺寸的可流化吸附剂颗粒，而不会遇到高的压降问题。这种具有磁性组分的小的吸附剂颗粒，比较大的吸附剂颗粒能更快地从接触的流体中迁移走吸附的物种，为平衡提供了一条捷径。
一种环绕中央管状部件的可伸长套管，用来防止吸附床中的流化，公开在Stanford的US4997465之中。一种流体放大器将系统气体的流体压力放大，以扩展可延展的套管。通过固定可延展套管和容器外壁之间的压力，沸石吸附剂颗粒受到阻碍，就不能变为流化状态与流体流一起移动。
Hay等人在US5176721中，公开了一种带有一个直立圆筒的吸附设备，其中微粒吸附器是以直立取向层方式，排列在两个延伸到容器内部的直立取向的带孔的平行板之间，并相互隔离从而形成一个吸附剂室。吸附剂是以两个垂直层排列的，第一层为细小颗粒，第二层为较大颗粒。有待处理的气体水平地从一个带孔板，流过吸附剂层，循环到另一个带孔板。位于该壁一端的挠性隔膜形成一个由吸附器室密封的隔离端室。一个小的管道向该隔离端室提供压力或真空。当该端室中的压力维持在至少等于吸附循环中吸附室的最高压力时，采用隔膜或横隔膜，在压缩作用下，吸附器室内的颗粒被限制在相对固定位置的直立板之间。
本发明的目的是在轴流吸附床中提供吸附剂颗粒的均匀限制器，从而在维持高的加工效率时能防止颗粒的移动和随后的退化。
本发明的另一个目的是减小吸附容器的空隙容积，从而提高吸附循环效率，这是通过在吸附步骤结束之后减小残留在吸附容器中的产物质量气体的体积来实现的。
发明概述根据本发明，提供了一种吸附设备，它包括一个容器，具有由一个外围壁和第一和第二端壁限定的室，该外围壁限定该室的截面，该室具有一个邻近于第一端壁的入口端和一个邻近于第二端壁的出口端，并限定一个由该壁的入口端延伸到出口端的纵向轴。该装置具有一个入口端口与其入口端能流体连通，用来向容器供给流体混合物，和一个出口端口与其出口端能流体连通，用来将分离的气体排出容器。
将一定量的微粒吸附剂(珠状、挤出物或粒状)输入并装填在位于吸附容器的入口端和出口端之间的该室的大部分，该一定量的微粒吸附剂的表面在尺寸上对应于该室的横截面，并面向其出口端，该表面是由众多的单独颗粒所形成的，每个颗粒具有最小的尺寸。多孔的隔板基本上覆盖该表面，该隔板与该表面一起可沿着该室的纵向轴移动，且该隔板适合用来抑制单独的颗粒，使其不能进入到出口端，并适合用来使分离的气体产物进入到该室的出口端。
在位于该隔板和第二端壁之间的出口端中，还安装有多个分级尺寸的球状物(或类似物)。最后，在所述的多个球状物和第二端壁之间设置有一个气囊，该气囊是适合用来受压以偏置隔板远离该表面，这样，该一定量的的微粒吸附剂受到足够的压缩力，从而阻止该吸附剂的流化。
采用本发明的吸附器，吸附容器的空隙容积得到减小，从而提高了吸附循环的效率。在吸附床上方以一定方式安装的抑制气囊，可消除上盖下的不必要的空隙，在该吸附床正上方采用的分级球状物可使轴向床容器中的顶端空隙最小化。不希望的空隙，由于在吸附器中贮存产物质量气体，而降低了过程的效率，所述产物质量气体在吸附步骤完成之后，作为效率差的回流气体在排空步骤中排出。
本发明提供了流过吸附床的均匀气流。在上盖下压紧气囊的设计是这样的，使得必要的压紧力施加在吸附剂上，而其形状是这样的，能使均匀气流维持流过顶部空间和随后流过吸附床。在气囊下方的分级球状物是这样的，可使得压力梯度设计成能够产生流过吸附床的均匀气流。
这种气囊设计具有满通路到达容器，以便装填或更换筛网材料。
为了维持均匀的压降和相应的流过吸附床的均匀物流，适量装填吸附材料是必需的。为了获得这一装填特性，该顶部空间在装填期间必须是可以接近的，是采用颗粒装货设备进行的，如Nowobilski等人在US5324159中所述。这种气囊系统和分级球状物系统提供了这种可接近性。
附图的简要说明本发明的其它特征和另外的目的和优点，通过参考下述的优选实施方案的详细说明，并结合附图考虑，将会更加易于理解，其中

图1为本发明吸附装置的截面正视图2为安装有非膨胀气囊的该装置出口端的局部截面图；图3为带有处于膨胀状态气囊的图2的出口端的局部截面图；图4为位于容器外围壁和多孔隔板边缘间的密封垫的局部截面图；图5为本发明的吸附设备的侧视截面图，所示为被星轮组件所偏置的固定环；图6为所述星轮组件的俯视图；图7为吸附设备的侧视截面图，所示为被典型的弹簧元件所偏置的固定环；图8为带有固定环的吸附装置的俯视截面图，配带有以固定脚和固定法兰盘形式的扣压元件；图9为沿图8线9-9方向的侧视截面图；详细说明现在参照图1，轴流吸附设备通常如2所示，它具有垂直取向的由外围壁6和顶端壁8和底端壁10所围成的室4。所述的外围壁6限定室4的截面。所述的外围壁6和端壁8和10是由已知材料例如金属、玻璃增强聚酯或其它材料、树脂等采用已知方法制成的。所述的室4在邻近底端壁10处具有一个入口端12，在邻近顶端壁8处具有一个出口端14。纵向轴16从入口端12延伸到出口端14。入口端口18设置在底端壁10上。入口端口18与入口端12是流体连通的，使得流体混合物能够供给至所述室4的入口端12中。
流体混合物为一种需要通过与吸附剂接触以分离、纯化或改变的液体或气体。所述的流体混合物从入口端口18流进位于室4中的吸附床22中。流体是按箭头32所示的方向流动的。当流体流过吸附床22时，流体中的组分被吸附剂吸附，混合流体就转变为分离的流体产物，它流进所述室的出口端14中。在顶端壁8上设置有一个出口端口20，使得它与出口端14是流体连通的，这样，可将所述的分离的流体产物从所述的室4中排放出来。分离的流体产物是一种进入室4中的吸附床22中与其接触，经处理的液体或气体。
所述的床22中的一定量微粒的吸附剂装填在位于所述入口端12和所述出口端14间的室4的大部分。床22中的微粒吸附剂可设置在一层或多层24、26中，每层具有不同的物理或化学性能，例如粗糙度、吸附量等。所述的微粒吸附剂是装载在位于入口端12的第一载体42上，它有足够多的孔隙能够允许混合流体的通路从入口端12流进到床22中的微粒吸附剂中，但是能够阻止微粒吸附剂进入到入口端12。
在入口端12中的众多的陶瓷球46是直接装载在位于第一载体42之下的第二载体44上，它也是多孔的。球44有利于混合流体在微粒吸附剂上的分配通过在球之间所形成的空隙和沟槽。球46还可为第一载体提供附加的支撑。第一和第二载体优选是带孔的涂有金属筛网的薄片材料。第一和第二载体应该是选择具有足够的强度，以支撑微粒吸附剂和入口端12上方结构的其它成分。
微粒吸附床22的上表面28与所述室4的截面在尺寸上是一致的。表面28正对所述室的出口端。表面28优选是由经选择的颗粒构成的，这些颗粒都不小于某个最小尺寸。
微粒吸附床上的限制器包括一个多孔隔板30，用来大体上覆盖床22中所述一定量微粒吸附剂的顶表面28，以阻止微粒吸附剂流失到出口端14之中。所述的多孔隔板30还可用来允许分离后的流体产物从微粒吸附剂中渗透并进入到出口端14中。优选地，所述的隔板30可沿着纵向轴16与顶表面28一起移动。所述的多孔隔板可为已知组成和结构的织物筛网、纤维垫或开孔状材料，只要它能够阻止顶表面28的颗粒进入到所述室4的出口端14中就可以。
在本发明优选的实施方案中，如图3和4所示，隔板30包括一种织物筛网或带孔的薄片金属的第一层31，其位于第二层72的纤维垫或开孔材料之上。所选用的隔板30的材料和/或结构，特别是所述的层72，其孔隙小于组成吸附床22的顶表面28的颗粒的最小尺寸。所选用的多孔隔板30的材料和结构，进一步地，可使分离后的流体产物从吸附床22到出口端14的通道最优化。为了达到这一目的，所选用的织物筛网或带孔薄片31，是有利于流体流(即气体或液体)流到出口端8的。一种可替代的方案是，所述的隔板可包含一层或多层织物筛网(机织的或层压的)，如由金属、尼龙、玻璃纤维或其它树脂等制成的带孔薄片网，纤维树脂垫，或开孔状材料如弹性体，或上述材料的组合。例如，多孔隔板30可包括带有金属筛网的以机织织物或带孔薄片形式的层压制品，和纤维垫或开孔状材料层。可以容易理解，适当的单种材料隔板或多种材料的层状结合，可以选用来优化分离后的流体产物的通道，同时使吸附剂流失到出口端14最小化。
众多的球36是放置在所述隔板的上部，优选是以几个层34、38、40进行放置的。所述的球36层有多个用途。第一，球36有利于分离后的流体产物从隔板30流过自球36至出口端口20的空间。第二，球36占据了出口端的空隙空间，即通常是被分离后的流体产物所占据的空间，使得流体产物不能从空隙空间中进行回收。这样，所述的球提高了每个吸附循环中可回收的分离后流体产物的体积。最后，由于它们的重量，所述的球可作为一种元件，用来使多孔隔板30偏向吸附床22的顶表面28。优选球的排列包括第一层34的一英寸陶瓷球，其直接放置在所述多孔隔板30之上。第二层38的二英寸陶瓷球是放置在所述的一英寸陶瓷球层34和容器2的顶端壁8部分之间。第三层40的二英寸钢球是放置在出口端口20附近的二英寸陶瓷球的上方，增加大部分的重量，从而使所述的多孔隔板偏向微粒吸附床22的表面28。
如在前面段落中所指出的，设置在多孔隔板30上的球36的重量，使得隔板偏向于床22中的微粒吸附剂。如果多孔隔板30偏向微粒吸附剂具有足够的力，则该床中的微粒吸附剂在高的流速时就不会发生流化。对于较高的流速，隔板30上的球36的重量可能不足以提供足够的向下力，以阻止微粒吸附剂的流化。因此，在较高流速时，要配置一种元件以对隔板30产生足够的向下压力，从而阻止微粒吸附剂的流化。
阻止微粒吸附剂流化的向下力，可由一种非弹性结构提供，它是固定在外围壁上或延伸至顶端壁8与隔板30之间，例如，一个或多个刚性构件、刚性构架或多个环或垫圈，它们把隔板30下压向表面28至相对于装置的纵向轴某一固定位置。所述的非弹性结构，在装置的装填过程中，可从其顶部安置在隔板之上，当顶端壁8固定在外围壁6上时，它被紧固。一种可替代的方案是，所述的非弹性结构可经出口端口进行安装，并用力压入位于顶端壁8和隔板30间的某一位置，使它靠在隔板上承受足够的力，以阻止所述床的流化。
优选地，为了对隔板30施加足够的力，以阻止所述床的流化，一种弹性结构，例如弹簧或弹性构件，直接靠在隔板30上，或靠在装载在隔板30上的球36上。优选的弹性结构为可膨胀的气囊50(图2和3)，它可设置在球36和顶端壁8之间，它通过从出口端至出口端口所述的球靠在隔板30上。管子或圆筒56由出口端口20延伸。所述的气囊50为环形，以便经环形气囊50的中心提供进入出口端14的通道。在图2中，所示的气囊50是处于放气状态。在图3中，所示的气囊50是处于膨胀状态。气囊50配置有一个阀52，用来与加压的气体或液体源相连接。放气状态优选是有利于在装置中安装，在安装之后，有利于微粒吸附床22和球36的装填和维护。所述的气囊50也可选择地膨胀至某一期望的压力，以使隔板30偏向表面28，这样，微粒吸附床22就处于预定的压缩力之下，从而就可阻止流化。
通过调节气囊50经球36至隔板30偏向，就可沿纵向轴方向，即沿着与流体流过所述轴流吸附装置路径的同轴方向，对吸附床22施加一定的力。尽管球36将气囊50的偏向力基本上均匀地传送到隔板30上，但是，在球36间的空隙和沟槽还是为流出吸附床22的分离后流体产物提供了更多的足够空间，使之能够流向出口端口。所述的球和气囊占据了出口端的大量空隙容积，否则，它们就会截留一定量的分离流体产物，这些流体产物通常认为是难以回收的。结合环形气囊，所述的球和多孔隔板，可提供一种轴流吸附装置床抑制系统，它易于装配，且能产生更为有效的结果。
在一个优选的实施方案中，隔板30为一种开孔的材料，它是设置在吸附颗粒床22的上部，在产物端可允许气体流过。一个分配挡板，是由筛网材料或带孔板所制成，安装在所述的开孔材料的上方，以帮助引导气流。陶瓷球随后安装在所述的筛网材料之上。所述的球根据尺寸进行分级，然后选用和排列，以引导流体以均匀方式流过所述床的截面。隔板的样式和孔尺寸，即筛网材料、纤维垫或开孔材料，作类似的选择，以引导流体均匀地流过吸附床。所述的球分级和筛网选择，还提供了需要的压降梯度，它可允许流体(优选为气体)流出出口端口。
管56嵌入到顶端壁中并由气囊50和出口端口20固定在适当的位置。第二挡板58比出口端口20宽，它是漂浮在出口端口20正下方的球36中。第二挡板可阻止所述的球从出口端口逸出。向下抑制开孔材料从而抑制吸附床所必需的强大压力，是由如上所述的内管状环形气囊所提供。所述的气囊以相对稳定和均匀的向下的抑制压力补偿吸附床的膨胀或收缩。因此，在操作过程中，吸附剂高度或安装的变化是可以接受的，尽管所述系统的约束系统的设计是用来使这类床的移动最小化。
隔板30中的孔，即织物筛网、带孔板、纤维垫或开孔材料中的孔，也必须仔细地选择，使之具有足够小的尺寸以保留最小的吸附剂颗粒，同时能防止堵塞或避免开口流动面积明显地减小，因为这种情况会导致极大地增加压降。
在一个优选的实施方案中，所述的装置包括吸附材料床22，开孔材料形式的隔板30与一个分配筛网或挡板(织物或带孔薄片)结合，分级球36，和挠性的气囊50。当然，吸附材料床是在是分离过程中必需的活性吸附剂。所述的隔板把开孔材料与分配筛网结合在一起，所述开孔材料能为所有的吸附材料提供均匀的保持力，所述的分配筛网能在流过所述床时提供均匀的流动和压力分配。所述的分级球供给均匀的床支撑，同时减少空隙容积并用来引导气流进入容器的上端。所述的挠性的气囊可在所述的床上维持均匀的压力，同时还能消除圆筒容器顶部的大部分空隙容积。
所述微粒吸附床顶表面上的每个颗粒，都必须要安装在适当的位置，以防止颗粒磨损和长期的床层的退化。为了更好地实现这一目的，隔板30为一种挠性多孔垫，安装在紧密装载吸附床例如筛网床的顶部。所述的垫可为一种纤维材料或一种具有高的流动渗透性的开孔泡沫材料。最为重要的特征是所述垫中的孔小于吸附床中单独的颗粒，即，一般地，该垫孔的最大尺寸是低于0.7mm。该垫的尺寸略大于所述室的截面，这样，所述的边缘就可压紧在所述室的外围壁上，这样就可确保在该垫的边缘具有合适的密封。所选用的整个垫的厚度要较小，这样，其附加的压降也最小。接着，用致密(钢或陶瓷)的分级球覆盖所述的垫。较小的球使得垫的压力均匀，它可将每个吸附珠均匀地装载在所述床的顶部。
具有最小压降的均匀流动分配，是通过控制球的尺寸和布置和通过入口挡板的位置而实现的，它可以是实心的或带孔的。所述的挡板是设计成装载在顶端气囊之上。由顶端气囊所施加的压力，作用于所述的球，它又控制挡板在适当的位置，这样，均匀的控制压力就作用于包括在挡板正下方床面积在内的整个床的截面。此外，挡板的底部可用致密垫覆盖，以确保球的顶层均匀地装填在挡板的正下方。
气囊也可用来降低顶部空隙容积，是通过选择地移走位于顶部中间部分的一些分级球并使气囊填充空隙实现的。需要仔细地选用和安装组件，以减小容积而不会阻碍流动分配，这是由于空隙容积的过分减小会导致沟流并提高压降。
在所述装置的另一个可供选用的实施方案中，隔板30可以是固定安装在所述室的外围壁上，第一载体42相对于纵向轴是可以移动的。安装在球46之下的气囊，可以膨胀以压迫吸附床22靠紧隔板30。但是，这种排列不利于装置的装载和维护。
一种可供选用的方案是，本发明可应用于一种利用以向下方向流动的进料流的工艺中，即，流动方向与图1所示的方向相反。在这种应用方式中，本发明的优点是有利于循环中的解吸或再生阶段。通常地，在解吸阶段的低压状态会导致非常高的流速，这种状态表示在循环的这个阶段中向下流使床得不到抑制。因此，本发明提供了从吸附器的顶部或底部引入进料流的灵活性。
无论是那种情形，所述室的入口端都可配置一个环形气囊，以占据入口端的空隙空间。一种相似的开孔材料也与气囊结合使用，以帮助获得流向吸附床流体的均匀分配。在容器的底部采用这种系统，容器的空隙容积也可类似地得到减小。
这种简便系统的费用相对较低，并且，其安装方法也相对简单。
本发明非常适合用来翻新改造现有的轴向床装置。例如，具有金属筛网形式隔板的现有装置，可在出口端安装一个隔板、一堆球和一个气囊。所述的气囊向隔板提供均匀的控制压力。气囊固定在所述顶端壁的底侧，它在常规的吸附剂装载完成之后发生膨胀。这样，就不存在附加装载复杂化问题。
图4所示为一种可能的滑动密封60组件，它可用在隔板外围边缘，在此它与所述室的圆周壁接合。所述的筛网组件是固定在所述的滑动密封的刚性垫板62上，位于所述床表面界面，以防止吸附材料在此交叉点处发生渗漏。一种软材料或泡沫材料附着在所述的滑动密封板上，它与容器壁的内径直接接触。这种接触可防止在密封组件与容器壁的连接处发生漏气。这种滑动密封组件的典型设计，将与所述的壁接触长度为0.1-10cm。这种密封的其它改动也可包括在本发明的范围中。这一区域其局部的流化是最为关心的问题。在这一区域的流化会导致吸附剂渗漏到所述容器的顶部分级球区域。
上述设计固有的进一步改进，是通过位于通常可截留分离后流体产物的空隙空间中的所述球和所述气动气囊的结合，从而使位于吸附床上方容器顶部的过多空隙空间得到基本消除或使之最小化。消除所述床上方的过多空隙空间，可强迫更多的分离后流体产物自出口端口流出，从而提高装置的整体效率。需要强调的是，采用挠性气囊减小端部空间，可象在新设计中一样，很适于进行翻新改造，同样地，还可用来降低容器底部的端部空间。
所述的装置必须安装有气囊和球载体，这样，流向和来自所述床的均匀流动就可维持在最小的压降。在最小压降下的流向和来自所述床的均匀流动分配，是通过选择吸附剂上方所述球的尺寸和安装、入口挡板的位置和设计、和通过所述膨胀气囊的形状和尺寸而实现的。实际上，隔板30上方容积的100％是被气囊50或球36所占据的，这样就减小该区域的空隙容积至堆集的球之间所含空隙空间的容积。气囊50优选是占据所述床上方即“上部”容积的10-70％。分级球优选是占据上部内剩余容积。在吸附床表面，所述球的尺寸是选用具有直径在1/8"-1"范围之间，在吸附器出口端口处其范围在"-3"之间。这种部件的典型设计压降占整个床压降的0.05-50％。采用所述的气囊和球组件一般可减小吸附剂上方的空隙空间多达30-80％。
第二挡板58是设计成装载顶部气囊的。这可控制该挡板在适当位置，还可在该挡板下方装载球。第二挡板的底部可用致密垫覆盖，以使在该挡板的正下方提供更为均匀的球装载。
端部空间容积的封闭可以多种方法完成。
(1)如上所述的挠性气囊，可嵌入到端部空间，接着膨胀以闭塞端部空间的容积。另外，所述的气囊设备在过程中可循环地膨胀和放气，象泵一样地强迫端部空间气体通过所述床或流出容器。
(2)一个刚性构架，可构造在端空间的内部，是采用管状、网状或塑料构件，它们可用不透气体的结构织物或隔膜(图中未给出)覆盖。所述的构架限定，所述的织物限定了要封闭的容积；流动分配以与使用球和挡板所述的相似方式保持在组件中。附加的结构刚性和消除来自封闭容积中的气体，可通过采用适当的成形材料来获得。
(3)较小的中空构件可用来替代所述的固体陶瓷球。中空形状的壳体可由聚合物、金属或织物材料制成。这种方法的主要优点包括易于翻新改造；允许使用轻质的挠性材料；易于构造；具有定制形状复杂几何结构的潜力以控制流动分配；在顶端空间和底端空间都可使用。
本发明优选的取向是采用如图1所述的轴流吸附器的方式。本发明的吸附剂限制组件可用在水平流吸附容器中。吸附床现包含在水平取向的圆筒容器中，彼此两端接近。流入和流出吸附容器的流动，是通过位于此圆筒容器顶部和底部的喷嘴实现的。
本发明优选取向是采用垂直轴轴流式吸附器的方式。如本发明所述的限制器也可允许图1的容器倾斜与垂直方向成90度。
一个由安装在容器的外围并压紧挠性开口筛网或带孔板30的刚性剖分式固定环101组成的刚性固定系统(图5-9)，它也可结合到所述的装置中。这种环可分成两个或多个部件103、105(图8-9)，这样，当容器装载完吸附剂之后，它就可嵌入到容器中。该环部件103、105在法兰107、108处接合，并通过采用永久固定在容器壁6或8内部并直接靠在该环表面上的固定板109而固定在容器的周围，这样，该环组件就可对所述的挠性筛网施加刚性。这种刚性固定环也可设计成一个分配挡板。非必须地，一个可压缩的部件115(图7)也可嵌入在该环部件和该固定板109之间，以促进装配和操作。
所述筛网或带孔板上的开孔，要仔细地选择以保留最小的颗粒，同时避免发生阻塞或敞开面积的明显降低-这种状态会导致压降极大地提高。
一个刚性构架类的固定器组件150(图5-6)，可用来替代所述的气囊，或者是与所述的气囊结合使用，从而为固定组件提供附加的压紧力。这种星轮状的固定器150，可以在装载完吸附剂之后，嵌入并装配在容器的内部。类似地，也可使用一个活动的装有弹簧的固定器115(图7)(例如，片簧或贝氏垫圈)。一个可供替代的方案是，所述的偏置元件可含有一种简单的被动压板，是由惰性的陶瓷球或类似的材料所组成的(图1)。在后面的这种情形中，上端空间空隙得到降低，有利于增进过程的性能。所有这些附加的限制器必须在吸附剂装载之后增添，这是由于目前的装载方法要求在容器顶部是无阻碍的空间。
本发明的装置和方法可用于多种流体的分离应用。
由于前述的和其它的变动可在本发明上述的优选实施方案进行，应该能够理解，前述的公开内容可用来涵盖没有远离本发明精神和范围的变动和改进，其范围如所附的权利要求书所述。
权利要求
1．一种吸附装置，包括一个由一个外围壁和进料端壁和末端壁所限定的室，所述的外围壁限定该室的截面，该室在所述的进料端壁和末端壁的一个壁邻近处具有一个出口端，在所述的进料端壁和末端壁的另一个壁邻近处具有一个入口端，并有一个轴由该入口端延伸到该出口端；一个与所述入口端流体连通的入口端口，用来向所述的室中供给流体混合物，并从所述室中移走气体；一个与所述出口端流体连通的出口端口，分离的流体产物通过该端口从所述室中流出；一个基本填充所述室部分的微粒床，它位于所述的入口端和所述的出口端之间，所述床的表面面向所述的出口端，它是由众多的每个具有最小尺寸的颗粒形成的，所述的表面在尺寸上相应于所述的截面；一个位于所述的表面之上的多孔隔板，所述的多孔隔板适合用来抑制所述的具有所述最小尺寸的颗粒，使其不能进入到所述的出口端，并适合用来使分离的流体产物能进入到所述的出口端，其中，所述的多孔隔板和所述的床中至少有一个沿着所述的轴是可以向所述的多孔隔板和所述的床中的另一个进行移动的；和用来使所述的多孔隔板和所述的床中的一个向所述的多孔隔板和所述的床中的另一个偏置从而使所述的床受到抑制不再流化的元件。
2．权利要求1所述的吸附装置，还包括位于所述的多孔隔板和所述的出口端口之间的分配元件，用来允许分离后的气体从该多孔元件中流到该出口端口。
3．权利要求1所述的吸附装置，其中所述的多孔隔板具有众多的缝隙，每个缝隙的尺寸小于所述颗粒的最小尺寸。
4．权利要求1所述的吸附装置，其中所述的用来偏置的元件为一种可膨胀的气囊或一种弹簧。
5．一种用于一种吸附装置的床限制器，该吸附装置具有一个由一个外围壁和进料端壁和末端壁所限定的室，所述的外围壁限定该室的截面，该室在所述的端壁的一个壁邻近处具有一个入口端，在所述的端壁的另一壁邻近处具有一个出口端，并有一个轴由该入口端延伸到该出口端，一个入口端口与所述入口端流体连通，用来向所述的室中供给流体混合物，一个出口端口与所述出口端流体连通，用来将分离的气体从所述室中排出，一个填充所述室绝大部分的微粒床，它位于所述的入口端和所述的出口端之间，所述吸附床的表面尺寸与所述的截面相当并面向所述的出口端，所述的表面是由众多的单独的每个都具有最小尺寸的颗粒所形成的，所述的限制器包括一个用来基本覆盖所述表面的多孔的隔板，所述的隔板沿着所述的轴可与所述的表面一起移动，所述的隔板用来抑制所述的单独的颗粒，使其不能进入到所述的出口端中，并适合用来使分离的气体产物能进入到所述的出口端；用来使所述的多孔隔板向所述的床偏置从而使所述的颗粒受到抑制不再流化的元件；位于所述的多孔隔板和所述的出口端口之间的分配元件，用来允许分离的气体从所述的多孔隔板流到该出口端口。
6．权利要求5所述的床限制器，其中所述的多孔隔板具有众多的缝隙，每个缝隙的尺寸小于所述颗粒的最小尺寸。
7．权利要求5所述的床限制器，其中所述的用来偏置的元件为一种可膨胀的气囊或一种弹簧。
8．权利要求5所述的床限制器，其中所述的分配元件为多个球，它们放置在所述气囊和所述多孔隔板之间。
9．一种用来限制吸附装置的微粒床的方法，该吸附装置具有一个由一个外围壁和进料端壁和末端壁所限定的室，所述的外围壁限定该室的截面，该室在所述的端壁的邻近处具有一个入口端，在所述的端壁的另一端壁的邻近处具有一个出口端，并有一个轴由该入口端延伸到该出口端，一个入口端口与所述入口端流体连通，用来向所述的室中供给流体混合物，一个出口端口与所述出口端流体连通，用来将分离的气体从所述室中排出，一个填充所述室大部分的微粒床，它位于所述的入口端和所述的出口端之间，所述微粒床的表面尺寸与所述的截面相当并面向所述的出口端，所述的表面是由众多的单独的每个都具有最小尺寸的颗粒所形成的，该方法包括采用一个多孔的隔板覆盖所述的表面，所述的隔板沿着所述的轴可与所述的表面一起移动，所述的隔板用来抑制所述的单独的颗粒，使其不能进入到所述的出口端中，并适合用来使分离的气体产物能进入到所述的出口端；使所述的多孔隔板向所述的微粒偏置，从而使所述的颗粒受到抑制不再流化；在所述的多孔隔板和所述的出口端口之间安装分配元件，所述的分配元件用来允许分离的气体从所述的多孔元件流到该出口端口。
10．权利要求9所述的方法，还包括在所述的多孔隔板和所述的出口端之间安装多个球，使分离的气体能够经这些球间的空隙从所述的多孔隔板流到所述的出口端口；在所述的出口端和所述的多个球之间安装一个气囊；和膨胀所述的气囊，使所述的隔板向所述的表面偏置。
全文摘要
轴流吸附装置,包括吸附材料床、与分配筛网或挡板结合的呈开孔材料形式的隔板、分级球和可膨胀气囊。吸附床为分离过程必需的活性吸附剂。隔板与开孔材料和分配筛网结合,基本覆盖吸附床的顶部表面以阻止床流化,且其上的分级球可进一步抑制流化。球还用来引导容器上端的气流并减小装置中会截留产物气体的空隙容积。挠性气囊维持床上的均匀压力并消除吸附装置顶部的大部分空隙容积。
文档编号B01J8/02GK1286131SQ0012631
公开日2001年3月7日 申请日期2000年8月30日 优先权日1999年9月1日
发明者J·斯默拉雷克, J·J·诺沃比尔斯基, M·W·阿克利 申请人:普拉塞尔技术有限公司