流体分布设备的制作方法

专利名称：流体分布设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于分布和/或混合流体的设备。更具体地说，涉及一种含有多个固体粒子床层的容器中，收集上游粒子床流下来的流体，将收集的流体与从外界引入的流体充分混合，并将混合后的流体均勻的分配到设备下游粒子床中的设备。
背景技术：
在石油化工领域中，在含有固体粒子的容器中进行的流体与固体粒子接触的过程被广泛用于诸如吸附分离、催化反应等操作中。其中吸附分离技术是石油化工中常用的分离技术，对于结构相近的，沸点差很小的混合物的提纯具有非常好的效果。用于吸附分离的设备有固定床、移动床和模拟移动床，其中模拟移动床是目前吸附分离采用的主要设备。在模拟移动床中，可将固定相设想为是逆于流体移动方向运动，待分离混合物在分离工作区中部的某一点被连续输入。选定两个方向流动的流速的比率，料液自入口处就分成逆向流动的两部分。以进料入口为参考点，吸附介质似乎吸附了产品向上移动，因此称“模拟移动床(Simulation Moving Bed，简称SMB)”。在进料点以上的位置越高，产品纯度就越高，而副产品却是在相反方向富集。文献中详细的描述了模拟移动床(SMB)在吸附分离过程所采用的一般技术。例如，John Wiley & Sons, Inc. (2002)出版的 Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology在吸附、液体分离一节中也描述了模拟移动床技术。化学工业出版社于2008年出版的《模拟移动床色谱技术》全面系统的介绍了模拟移动床(SMB)技术的产生、原理、发展及应用。当流体流经诸如SMB这种含有固体粒子的容器时，需要在容器内安置一个或多个流体分布设备，将容器中的固体粒子分成两个或多个床层。使用这种流体分布设备，可以使通过该容器的截面区域的流体流动更均勻，从而提高操作的效率。例如，这些设备可以降低甚至消除设备内的沟流、短路和流动死区，从而减少温差以及流体浓度的变化。CN200580039141. 3公开了一种用于流体-固体接触容器中的固体粒子床之间的混合器-分布器-收集器设备。该设备包括用于保持固体粒子的上部床层，并且容许流体向下流经所述混合器-分布器-收集器设备的上边界；位于上边界之下并与该上边界间隔开的流体分布器；上述两者之间并且和两者分别隔开的流体偏转板；贯穿偏转板的至少一个通道；还包括选自穿孔板、丝网、栅格、多孔固体、蜂窝状物体及其组合的流量控制器；其中所述的最下部的流量控制器上的开孔面积大于其上的流体分布器的开孔面积。该设备还可以选择性的包括一个与管道连接的混合箱，外部流体的引入或从容器中抽出流体都通过该混合箱进行。该设备对容器内的流体有良好的分配效果，但是流体在设备中的流动路径较长，存在比较明显的流动死区，局部会产生高速射流，增加流体通过设备时的压降。并且在进行流体的导入或抽出的操作切换时，必须对管道进行冲洗。CN99810540. 6提出一种流体分配-收集系统，该设备包括用于混合、分配或抽出流体的若干分配盘和若干板条。该系统具有两个腔室，其功能类似于前文提到的混合箱，其中一个腔室进行外部流体的引入，另一个腔室进行容器内流体的抽出。在操作过程中，进行流体的导入或抽出的操作切换时，无须对管道进行冲洗。该设备能提供有比较好的流体分配效果，但是内部结构复杂，增加流体通过设备时的压降。而且腔室数量的增加导致管道数量的增加，减小了容器内的有效体积。该设备外形结构比较单一，适合用于规模较大的容器，对于较小的容器，安装该设备比较困难。综上所述，目前使用的流体分布设备主要存在三个缺点(1)流体在设备中的流动路径较长，容易形成流动死区。(2)从腔室流出的流体与容器内主流体的混合过程中没有有效的强化部件，流体混合不充分。( 内部结构导致流体流经设备时的压降较大。

发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术存在的流动不均勻、混合不充分和压降较大的问题，提供一种更有效的流体收集器-混合器-分布器设备，该设备能在含有固体粒子的容器流通截面上，使区域内的流体完全均勻的混合，降低甚至消除设备内射流和/或扰动，降低流体流经设备时的压降。本发明提供的流体收集、混合、分布设备，所述设备位于具有垂直轴线13的容器1 内的两个固体粒子2床层之间、顶部床层上部或底部床层下部，所述设备包括用于支撑上部固体粒子床，并且允许流体通过的上表面支撑部件5 ；位于上表面支撑部件5之下并于该上表面支撑部件5间隔开的流体整流部件8，该流体整流部件8用于改善流体速度分布的均勻性，强化流体间的混合； 水平延伸穿过所述容器的截面区域并位于上表面支撑部件5和流体整流部件8之间，并且与所述的上表面支撑部件5和流体整流部件8间隔开的流体收集部件7 ；贯穿所述流体收集部件7的至少一个通道9，该通道提供上表面支撑部件5与流体整流部件6之间的流体连通；和下表面流体分布部件6，所述的流体分布部件6位于流体整流部件8下方，并且与流体整流部件8间隔开；所述的下表面流体分布部件6的开孔面积OA3小于其上部的流体整流部件8的开孔面积OA2。与现有流体分布设备相比，本发明具有如下优点首先，本发明提供的流体收集、混合、分布设备根据容器的规模，可在设备中设置多个流体导入和抽出部件，缩短了流体在设备中的流动路径，降低或消除了流动死区。其次，本发明提供的设备具有多种外部形状，能适应各种规模和安装要求的容器的使用需要。 第三，本发明提供的设备，使通过设备的流体获得更均勻的流动，更充分的混合和更小的流动波动干扰。最后，由于本发明提供的设备具有独特的流体整流部件，既能有效的对流体进行均勻分布，又能对高速通过的流体起到整流的作用，并在一定程度上强化了流体的混合。 而且开孔或条缝的结构又能减小流体流经整个设备的压力降。


图1为含有多层粒子床和流体收集、混合、分布设备的容器的剖面侧视图；图2A-2C为流体收集部件区段划分示意图；图3为上表面支撑部件结构示意图4为流体收集部件的结构示意图；图5为流体进入或抽出部件的结构示意图；图6为流体整流部件的结构示意图；图7A-7B为沿图2A和2B中标记的剖面线截取的本发明的剖面侧视示意图；图8为CN101056684A中公开的混合器-分布器-收集器设备结构示意图。
具体实施例方式本发明提供的流体收集、混合、分布设备可用于任何流体与固体粒子接触的过程， 其中本发明提供的设备将含有固体粒子的容器分隔为多个粒子床，所述流体和固体粒子接触的过程可单独使用一个这种容器，也可以同时使用多个这种容器。流体在容器内沿主轴向下流经通过各个分隔的粒子床。构成粒子床的材料包括吸附剂、树脂、催化剂以及惰性材料，但并不因此而受到限制。流经粒子床的流体可以是蒸汽、液体或超临界流体，且流体可以是纯物质，也可以是多种化合物或多种流体的混合物，只要这些混合物必须基本上是一个相。石油化工行业中有许多这种流体与固体粒子接触的过程，例如各种反应及分离过程。 本发明提供的设备优先推荐使用于吸附分离过程。本发明提供的流体收集、混合、分布设备沿容器的主轴方向从上到下通常包括以下部件上表面支撑部件5、流体收集部件7、流体整流部件8、所述流体收集部件7的至少一个通道9和和下表面流体分布部件6，所述的下表面流体分布部件6的开孔面积OA3小于其上部的流体整流部件8的开孔面积0A2。本发明提供的设备中，所述的上表面支撑部件5位于设备的上表面。该部件由上下两部分组成，上部分表面开有一系列小孔或条缝，选自穿孔板、丝网、栅格、多孔固体、蜂窝状物体中的一种或几种的组合。下部分通常由一系列横纵交错的支撑条组成。本发明提供的设备中，所述的流体收集部件7位于上表面支撑部件5下方，由基本上无孔的折流板构成，所述的折流板为本领域常规的折流板，可以选择平板或台阶形状、以及其他形状的板。并将上表面支撑部件5和流体整流部件8之间的空间分为上下两部分。 设备内上下两部分流体仅通过通道9连通。本发明提供的流体分布设备中，设备上方粒子床的容器截面积与通道9的总截面积之比在(3-90) 1的范围内。通道9的形状通常为圆形、椭圆形或矩形。通道9可完全被所述的折流板围绕，通常含有与管道相连的腔室。本发明提供的设备中，所述的流体整流部件8位于流体收集部件7的下方。流体整流部件8可以是诸如丝网、栅格、多孔板、波纹板、蜂窝状物质、烧结材料或网状垫板等等部件中的一个或多个组成。流体整流部件7的总开口面积与设备截面积之比为1 0-4)。 优选的情况下，该部件为表面开有小孔或条缝的折流板，孔径或条缝宽度一般在1. 5mm至 IOmm范围内，小孔或条缝的排布可以是等距的，间距通常在2mm至15mm范围内，也可以按照一定规律进行不等距排列。本发明提供的设备中，所述的下表面流体分布部件6位于设备的下表面，通常为表面开有小孔或条缝的成型金属丝网或其他多孔材料，其开孔率可与上表面支撑部件的上部分的开孔率相同或不同。该部件上方优选安装由一系列横纵交错的支撑条，支撑梁在流体流动方向彼此连通，对流体有引流和分配作用。本发明提供的设备中，所述的下表面流体分布部件6的开孔面积AO3小于位于其上部并与其隔开的流体整流部件8的开孔面积A02。下表面流体分布部件6与流体整流部件8之间的距离H为网孔或间距M的函数。网孔M是指部件主平面内的临近开口之间的平均中心线距离。下表面流体分布部件6和流体整流部件8之间的距离H由比率H/Me来限定。其中Me为下表面流体分布部件6的网孔或间距，且H/Me至少为2。优选的方案是比率 H/Mg的值为2-100。在某些过程中，有效距离H为5-30mm。本发明提供的设备中，还可以包括流体进入或抽出部件23，所述的流体进入或抽出部件23设置在通道9内部或者附近，所述的流体进入或抽出部件23由开有小孔和/或条缝的腔室构成。所述的腔室上的总开孔面积优选与通道9面积的比为1 (5-100)。本发明提供的流体收集、混合、分布设备不仅可以安装于诸如模拟移动床这类含有固体粒子的容器的中部，使粒子床层间相互分隔，对流体起到收集、混合和分配的作用， 也可以放在容器的顶部起流体的初始分配作用，或者放在容器的底部起最终收集作用。本发明提供的流体分布设备，在一个含有固体粒子的容器的圆形截面上，根据容器的规模和安装要求，可以有几种外部形状。本发明适合各种规模的旧装置改造和新装置建设。下面结合附图详细的描述本发明和具体的实施方式。但本发明并不仅限于提及的这几种实施方式。附图都是简化的示意图且未按比例画出。图1为一个含有多层粒子床的容器的剖面侧视示意图，图1显示的容器1中，沿主轴方向竖直叠置多个粒子床2，两个粒子床2之间设置本发明提供的流体收集、混合、分布设备3。一股或多股流体通过入口 4流入容器1的上部，经过流体分布设备3的收集、混合和分配后，沿主轴方向竖直向下按顺序流过每个粒子床2和流体分布设备3，并通过未示出的出口从该容器的下部排出。容器1中最上层粒子床2的上面可选的使用本发明所涉及的流体分布设备3。容器中最下面一层粒子床的下面也可选的放置流体分布设备3。容器1的主轴13基本上垂直于水平方向，沿主轴13方向从上到下，本发明提供的流体收集、混合、分配设备包括以下部件上表面支撑部件5、流体收集部件7、通道9、流体整流部件8和下表面流体分布部件6。这些部件以合理的间隔彼此基本上平行，且基本上垂直于该容器的竖直主轴虚线13。图3是上表面支撑部件5的一种实施结构，其功能是支撑设备上游粒子床，阻挡设备上方的固体粒子进入设备之内，而又允许流体流入设备。该部件通常由上下两部分组成， 也可以由多个部分组合组成。该部件的上部分一般采用称为“成型金属丝筛网”的特殊类型的栅格，但是不局限于这种结构，可以由诸如各种丝网、栅格、多孔筛板、蜂窝状物质等单独或组合构成。该部件的下部分通常由一系列横纵交错的支撑条组成，也可以由开孔的成型支撑板构成，还可以是多个支撑部件的组合。下表面流体分布部件6位于上表面支撑部件5之下，且与该上表面支撑部件5共同限定出本发明所提供的流体收集、混合、分布设备的内部空间V。基本上无孔的流体收集部件7位于设备空间V内，并将该空间分为上下两部分。流体整流部件8位于流体收集部件7与下表面流体分布部件6之间，将设备下部分进一步分为两部分。整个设备的内部空间V被分为3个部分，即上表面支撑部件5和流体收集部件7之间的上部空间10、流体收集部件7与流体整流部件8之间的空间11以及流体整流部件8与下表面流体分配部件6之间的下部空间22。
图4是流体收集部件7的一种实施结构，流体收集部件7含有通道9，以此连通该设备的上部空间10与中部空间11。流体收集部件7的功能是收集穿过设备上方粒子床流下来的流体，并使流体穿过通道9时与从容器外引入的第二股流体完全混合。设备中可以使用一个或多个通道。通道的形状通常为圆形、椭圆形或矩形。流体收集部件7通常包含多个部件，诸如起流体收集作用的折流板和引导流体设备远端流动的导流板。所述的折流板通常由无孔的平板、斜板或阶梯状板组成，也可以根据流体流动的需要在通道附近开一系列孔或条缝。导流板一般在折流板下方，由一系列基本上垂直于腔室的板条或圆柱构成，板条可以是直的，也可以是弯曲的，图4中虚线所示为导流板在折流板下方的一种排布方式。 通道9可完全被折流板围绕，或如图4所示其可完全横穿该板。下表面流体分布部件6与上表面支撑部件5的上部分结构类似，是用于改进和/ 或维持流体速度均勻分布的装置，可由诸如多孔筛板、成型金属丝网、栅格、蜂窝状物质、波纹板及其组合构成，其表面的开孔率可与上表面支撑部件5的上部分的开孔率相同或不同。实施例中采用称为“成型金属丝筛网”的特殊类型的栅格作为下表面流体分布部件，但是不局限于这种结构。该部件优选在上方连接一系列横纵交错的支撑条或开孔的成型支撑板，用于阻止下游床层粒子的冲击。支撑条在流体流动方向彼此连通，对流体有引流和分配作用。下表面流体分布部件6除了具有阻挡设备下方的粒子进入设备的功能外，还具有将即将流出设备的流体的进行分布及再分布的功能，使流体在该容器内流动速度均勻或呈活塞式流动。该功能对于在吸附分离过程中，维持流体相与吸附剂接触，实现所需组分分离时的明确混合物分布很重要。本发明提供的设备中，还可以包括流体进入或抽出部件23，图5描述了一个连接管道15的流体进入或抽出部件23可选的实施结构，但是不局限这种结构，根据容器的规模，可以是一个或多个这种结构的组合。所述的流体进入或抽出部件23是一个或多个开有小孔17或条缝的腔室，通常与外部流体导入或从设备内抽出流体的管道15连接。腔室的数目可以是一个或多个，其形状可以是矩形、弧形、环形或十字形等。腔室上开有小孔或条缝，使得腔室内的流体与设备内的流体连通。这些小孔的排布可以是等间距排布，也可以按照一定比例不等间距排列。腔室可只与一条兼顾流体导入和抽出的管道15相连，也可以与两条流体导入和抽出的管道15分别相连。流体进入或抽出部件23的功能是将容器外通过管道15导入的流体，例如解吸剂，均勻的分布到本发明所涉及的设备中，使之在通道9与流体收集部件7收集的流体充分混合。同时通过调控腔室上开孔或条缝的尺寸和排列方式， 使离开腔室的流体均有比较均勻和适当的流速。图6是流体整流部件8的一种实施结构，但是不局限于这种结构。流体整流部件 8是指用于改变流体流过容器或管道的方式(诸如影响流体的平均速度和速度脉动)的任何装置。流体整流部件8可以对流过通道9的流体进行初步的流体分配和再分配，强化流体的混合，显著减少或消除由流体收集部件7和流体进入或抽出部件23引起的流体速度射流和/或扰动，使流体通过下表面流体分布部件6的最终分配之前具有比较均勻和稳定的流动。可以使从通道9内流出的流体比较均勻的在容器截面区域内分布，减少流动死区和沟流。当外部流体导入时，流体整流部件8可以一定程度上强化流体间的混合。本发明所提供的流体分布设备可应用于不同规模的容器中。对于中小型容器，例如实验室规模的装置可以将该设备整体置于容器之内。对于大型容器，例如工业规模的容器中，该设备通常根据该容器外壳的入孔或端口的尺寸分成若干区段，每一区段均包含该设备的所有部件。图2A-2C表示的是本方明所提供的设备的三种分区段设计方式，是从设备的上表面支撑部件5的正下方的某一高度处向下观察该容器的俯视图的示意图。如图2A所示，是一个圆柱形容器的圆形截面、该容器的外壳12和垂直轴线13。肋板14用以限定邻近区段之间的侧边界。在两个中间区段以及上弦区段中，通道9为贯穿流体收集部件7与连接管道15的腔室23包围成的多个矩形开口。图2A的下弦区段中，通道 9可弯曲以适应容器外壳的形状。图2B描绘了本流体分布设备在圆柱形容器中的另一种可能的区段设计方式。一根承重管(中心管)16沿容器的主轴13同心设置于容器的中心。在容器的一个截面上， 设置与中心管同心的流通面积相等的两层区段，靠近中心管的内圈区段和远离中心管的外围一圈区段，区段间以肋板14限定，但不仅限于两层，可根据容器的规模增加或减少层数。 在图2B中，每一区段的通道9均为完全横穿肋板14之间的流体收集部件7与连接管道15 的腔室23之间围成的狭窄矩形开口。靠近中心管的内圈区段中，通道9距离区段两端的距离比通常介于1. 1至1. 6的范围内。远离中心管的外围一圈区段中，通道9距离区段两端的距离比通常介于1. 2至3. 0的范围内。在图2B中，外圈区段中的流体收集部件7和通道 9的方向基本是垂直于容器截面径向的，但是也可以如图中上方外圈区段中所示，沿截面径向设置。图2C描绘的是该流体分布设备的第三种区段设计方式。在容器的一个截面上，设置同心的两层区段，中心圆形区段和外圈区段，区段间以肋板14限定，外圈区段可以不只一层，可根据容器的规模增加或减少层数。对于中心圆形区段，通道9为横穿肋板14的流体收集部件7与腔室23围成的十字区段，也可以是圆环形或其他形式。外圈区段的通道9 是横穿肋板的流体收集部件7与连接管道15的腔室23围成的狭窄矩形区段。外圈区段中该通道9两端的距离之比通常介于1. 1至2. 8的范围内。图7A和7B分别对应于图2A和2B中所标记的剖面线，用以说明本发明的附加细节。图7A所示的实施例中，上表面支撑部件5的上部分采用多孔板与金属丝筛网的组合部件，也可以是成型金属丝筛网或替他多孔物质。下部分由纵支撑梁19和基本上与横支撑梁20以一定的间距组合构成。每一区段都具有各自的肋板14，从而使相邻的区段如图 7A所示沿相邻肋板外表面连接。相邻区段间也可以使用同一个肋板14连接，肋板横断面可以是是矩形，也可以是T形。图7A中还包括管道15和腔室23。每个区段可具有其一个或多个管道，提供该设备的空间V与容器外壳之外的其他设备之间的流体连通。管道15通常连接于该设备的空间V内的腔室23。可以使用多个腔室和/或腔室内的挡板作为其结构的各种变型。图7A中，腔室23位于设备的上部空间10和中部空间11内，且覆盖贯穿流体收集部件的开口。腔室23中的开孔或条缝与通道9联合实现了流体分布设备的上部空间10 与中部空间11之间的流体连通。腔室不需要阻塞流体收集部件的开口。腔室可以是与管道15等直径或不等直径，与通道9等长的，截面为圆形、矩形或其他形状的导管。腔室23 至少应具有一个条缝或开孔以使流体分布设备空间V内的流体连通。图7A中，流体收集部件7由基本上封闭容器设备截面的折流板和导流板18构成，也可以不包含导流板18或包含诸如栅格等其他结构。图中折流板为平板，导流板18紧贴在折流板下方且不与流体整流部件8接触。在某些应用中导流板可以与流体整流部件8接触，在设备中部11形成多条流通通道。流体整流部件8为开孔且平均排布的多孔筛板，并不局限于这种结构，紧贴在腔室 23下方，也可以与腔室底部有一定的距离。设备的最端是下表面流体分布部件6，与上表面支撑部件5结构类似。图7B中的中心管右侧有两个区段，分别由两个肋板14(仅示出其中一个)，上表面支撑部件5及下表面流体分布部件6所限定的区段仅通过底部的支撑圈21安装于容器外壳12、相邻区段肋板14和中心管16上。在图7B中的中心管左边，显示了另一个实施例，其中该设备的每一层均通过分离的支撑圈21进行安装。当需要在水平层中而非通过区段组装设备时，可使用这种实施例所示的安装方式。如图7B所示，上表面支撑部件5的上部分是成型金属丝筛网，但不局限于这种结构。下表面流体分布部件6由与上表面支撑部件5 的上部分通常采用相同的材料制成。在其它应用中，这些部件可以由不同构型的材料构成。 例如，一个为成型金属丝筛网，另一个为多孔板。床内粒子的平均粒径应为成型金属丝之间平均间距的至少两倍。下表面流体分布部件6也可以如图7B右侧所示，可选的包含一支撑梁。如图7B所示，肋板14的内表面是可见的。同时，流体收集部件7以梯形斜坡的形式逐渐变薄，并且流体收集部件7最薄的部分最靠近通道9。流体收集部件7的逐渐变薄也可以成阶梯状。管道15通过侧面开有小孔或条缝的腔室23与设备的空间连通。腔室23与通道9等长且延伸穿过该通道9，腔室23的可以是截面为圆形的导管，也可以是如图7B右侧所示的截面为矩形的导管。流体整流部件8为开孔不均勻排布的多孔筛板，其位置可以紧贴腔室23底部，也可如图7B右侧所示与腔室23底部有一定的距离。图7B中的中心管右侧有两个区段，分别由两个肋板14 (仅示出其中一个)，上表面支撑部件5及下表面流体分布部件6所限定的区段仅通过底部的支撑圈21安装于容器外壳12、相邻区段肋板14和中心管16上。在图7B中的中心管左边，显示了另一个实施例，其中该设备的每一层均通过分离的支撑圈21进行安装。当需要在水平层中而非通过区段组装设备时，可使用这种实施例所示的安装方式。设备底部可按图7B所示与下游床层接触，也可以与下游床层间隔一定的距离。设备的下表面流体分布部件6与下游床层的粒子上表面的间距通常为2-20mm。本发明提供的流体分布设备的工作过程为流体通过设备上游粒子床2，经过上表面支撑部件5进入设备上部空间10，被流体收集部件7收集，并汇集到通道9。如果此时外部流体通过管道15进入腔室23，则流体通过腔室上的小孔17与流体收集部件7收集的流体在通道9处混合，然后进入设备的中部空间11。并在导流板18的作用下向设备的两端流动。同时，流体整流部件8对离开通道9的一部分流体起到一定的阻挡作用，也迫使其向设备两端流动。另一部分流体则通过流体整流部件8上的开孔进入设备的下部空间22。 导流板18和流体整流部件8的共同作用，使得设备中部空间11内流体的流动更均勻，混合更充分。进入设备的下部空间22的流体，通过下表面流体分布部件6的最终分配，均勻的进入下游粒子床。如果此时将设备内的流体通过腔室23连接的管道15抽出到容器外，则由流体收集部件7收集的流体流经通道9时，一部分流体会通过腔室23上的小孔17进入腔室，进而通过管道15抽出到容器外。剩余流体通过通道9流入设备的中部空间11，在导流板18和流体整流部件8的共同作用下，比较均勻、平稳的流入设备下部空间22，并最终通过下表面流体分布部件6的最终分配进入下游粒子床层。
下面通过实施例进一步说明本发明提供的设备，但本发明并不因此受到任何限制。整个实验系统由一直径为IOOOmm的垂直定向的圆柱形有机玻璃拄组成。由于系统内特定位置有一定的压力，所以在系统同时配备压力平衡组件。将液体储槽的液体(水) 用泵打入该圆柱的顶部。调节泵量以控制水的体积流量，并通过流量计进行监控。水从圆柱的底部经管线回到液体储槽。实验时，将本发明提供的流体分布设备和现有技术提供的流体分布设备放置于圆柱内，且保证设备的上表面与液体入口的垂直距离为1400mm，以此来评估流体分布设备的性能。流体分布设备的上游和下游粒子床层的底部均配装填高度为 300mm直径为6. Omm的瓷球、高度为IOOmm直径为2. 0 3. Omm的球形玻璃珠，然后在床层顶部装填高度为IOOmm直径为1. Omm的实心球，床层顶部与格栅底部间距为10 40mm。实施例1实施例1说明本发明的流体收集、混合、分布设备的分配效果。实验方法将本方明提供的流体分布设备，结构如图8-A所示，放置于上面描述的实验系统中。然后，在不干扰粒子床的情况下缓慢将水注入并充满容器。系统充满水后，提高水的流量，使床层内的水以20mm/s的平均线速度向下流动，观察流体分布设备上游和下游粒子床层内的流体和粒子的运动情况。在设备下方和下游床层上方之间某一平面上内设置一系列的测速点，测量同一个高度、不同位置的流体的线速度评估流体速度分布是否均勻。判断标准为平面内每个测速点流体流速偏离这一平面流体平均流速的相对平均偏差， 即速度不均勻度。改变床层内的平均线速度，进行一系列的评估，评估结果如表1所示。速度不均勻度的计算方法
η
Vv平均速度-tT ‘
ν = —~ η
η 丨 —速度平均偏差S卜'_V
0V =-
η速度不均勻度rv=i
νη—测速点数量，Vi——每个测量点的流体速度，m/sν——测量平面上流体的平均流速，m/s对比例1对比例1说明CN101056684A中公开的的流体收集器-混合器-分配器的分配效^ ο对比结构，采用现在技术中广泛应用的CN101056684A中公开的模拟移动床吸附分离混合器-分布器-收集器设备。该设备结构示意图如图8所示，包括固体阻滞筛5 (上表面支撑部件)、流体偏转装置8 (流体收集部件)、通道9、混合箱19 (腔室)，管道18，防溅板20，流体分布器6 (下表面流体分布部件)和流量控制器7。流经上游粒子床2的流体通过固体阻滞筛5进入设备，在流体偏转装置8的收集下，通过通道9进入设备下部空间，在防溅板20的阻挡下改变流动方向，在经过流体分布器6进行分配后，通过流量控制器7进
10入下游粒子床。实验方法同实施例1，结果见表1。由表1可见，本方明所提供的流体分布设备能使流体进入设备下游粒子床前，具有更均勻的流动。实施例2实施例2说明本方明提供的流体收集、混合、分配设备的混合效果。将本方明提供的流体分布设备，结构如图8-A所示，放置于上面描述的实验系统中。然后，在不干扰粒子床的情况下缓慢将水注入并充满容器，。系统充满水后，提高水的流量，使床层内的水以20mm/s的平均线速度向下流动。然后，从流体导入和抽出管道注入示踪剂，通常为一定浓度的盐水，在设备下方和下游粒子床之间的某一高度的平面内设置一系列浓度测量点，评估设备的混合效果。评判标准为，平面内浓度测量点测量的盐水浓度值偏离该平面内浓度平均值的浓度相对平均偏差，即浓度不均勻度，评估结果见表2。浓度不均勻度的计算方法平均浓度
权利要求
1.一种流体收集、混合、分布设备，其特征在于，所述设备位于具有垂直轴线(1 的容器(1)内的两个固体粒子( 床层之间、顶部床层上部或底部床层下部，所述设备包括用于支撑上部固体粒子床，并且允许流体通过的上表面支撑部件(5)；位于上表面支撑部件(5)之下并与该上表面支撑部件(5)间隔开的流体整流部件(8)， 该流体整流部件(8)用于改善流体速度分布的均勻性，强化流体间的混合；水平延伸穿过所述容器的截面区域并位于上表面支撑部件( 和流体整流部件(8)之间，并且与所述的上表面支撑部件( 和流体整流部件(8)间隔开的流体收集部件(7)；贯穿所述流体收集部件(7)的至少一个通道(9)，该通道提供上表面支撑部件( 与流体整流部件(8)之间的流体连通；下表面流体分布部件(6)，所述的流体分布部件(6)位于流体整流部件(8)下方，并且与流体整流部件(8)间隔开，所述的下表面流体分布部件(6)的开孔面积OA3小于其上部的流体整流部件(8)的开孔面积OA2。
2.按照权利要求1的设备，其特征在于所述的下表面流体分布部件(6)由两部分构成， 上部分为一系列纵横交错的支撑条，下部分为表面开有小孔或条缝的成型金属丝网或其它多孔材料。
3.按照权利要求1或2的设备，其特征在于，所述的流体整流部件(8)的总开口面积与设备截面积之比为1 0-4)。
4.按照权利要求3的设备，其特征在于，所述的流体整流部件(8)为表面开有小孔或条缝的平板。
5.按照权利要求4的设备，其特征在于，所述的小孔孔径或条缝宽度为1.5-10mm，小孔或条缝的间距为2-15mm。
6.按照权利要求1或2的设备，其特征在于所述的下表面流体分布部件(6)和其上的流体整流部件(8)之间的距离为H，下表面流体分布部件网孔或间距为Me，即Me为主平面内的临近开口之间的平均中心线距离；H/Me的值为2-100。
7.按照权利要求1或2的设备，其特征在于，所述的流体收集部件(7)由上部基本无孔的折流板和下部的导流板构成。
8.按照权利要求1或2的设备，其特征在于，所述的设备所在的容器(1)截面积与通道 (9)的总截面积之比为(3 90) 1。
9.按照权利要求1或2的设备，其特征在于，所述的通道(9)内部或附近设有流体进入或抽出部件，流体进入或抽出部件由开有小孔和/或条缝的腔室构成。
10.按照权利要求9的设备，其特征在于，所述的腔室上的总开孔面积为通道(9)面积的 1/100-1/5。
全文摘要
一种流体收集、混合、分布设备，沿容器的主轴方向从上到下通常包括以下部件上表面支撑部件(5)，流体收集部件(7)，流体整流部件(8)，下表面流体分布部件(6)。流体收集部件(7)位于上表面支撑部件(5)下方，各部件以合理的间隔依次排布。与现有流体分布设备相比，本发明提供的收集、混合、分布设备兼具流体的收集、混合和分布功能，独特的流体整流部件使通过设备的流体获得更均匀的流动，能够更充分的混合和更小的流动波动干扰。另外该设备具有多种外部形状，能适应各种规模和安装要求的容器的使用需要。
文档编号B01J8/00GK102451647SQ201010514190
公开日2012年5月16日 申请日期2010年10月21日 优先权日2010年10月21日
发明者常志刚, 张占柱, 朱振兴, 王少兵, 王德华, 郁灼 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院