用于质量转移塔的混合接触托盘的制作方法
【专利说明】用于质量转移塔的混合接触托盘
[0001]相关串请的交叉引用
本申请涉及名称为 “HYBRID CONTACT TRAY FOR A MASS TRANSFER COLUMN” 的同时提交的序列号为61/753，171的美国临时专利申请，所述美国临时专利申请通过引用被并入本文中，以便用于各种目的。
【背景技术】
[0002]诸如蒸馏塔、吸收塔和汽提塔之类的质量转移塔设置有用于汽液接触目的的各种类型的接触托盘。这些塔在用于多组分供给流的分离的领域中为人们所熟知，但是并不特别地局限于此。在美国专利N0.4，750，975,5, 120，474、5，453，222和8，066，264中描述了这样的塔和托盘的示例，所述美国专利通过引用被并入本文中。
[0003]典型地，质量转移塔具有在塔的高度上以间隔开的构造水平设置的多个接触托盘。典型的接触托盘具有台板，在所述台板上，液体流从入口降液管段传送到出口降液管段。典型的托盘台板具有孔口，上升的蒸汽可流过所述孔口，并且液体可在所述孔口上方流动，以便在横流流动中起泡或以另外的方式迫使蒸汽通过液体。
[0004]托盘被设计成接触液体和蒸汽，然后允许它们分离。在其最简单的设想形式中，蒸汽向上流过托盘台板中的孔并接触液体。两者分离，并且液体向下通过降液管流向托盘下方，并且蒸汽向上流向托盘上方。由于汽液接触是紧密的，所以几乎在托盘上的任何位置处都存在蒸汽与液体的混合物。当例如在诸如高压的某些条件下操作时，液体与蒸汽的混合可能导致托盘台板上泡沫(例如，蒸汽和液体的混合物)的存在。泡沫可能积累，并且可能流入到降液管中，从而通过降液管向下运送携带的蒸汽，和/或可能通过托盘的孔向上流动到上方，从而运送携带的液体。托盘的效率和容量以及因此塔的效率和容量可能由于任一情况的发生而降低。
[0005]蒸馏塔及它们相关内部的设计是总的材料吞吐量与托盘/塔效率的平衡。因此，本发明的目的是改善用于质量交换塔的托盘的容量和效率。
【发明内容】
[0006]在第一方面中，本发明提供了一种用于质量转移塔的混合接触托盘。该接触托盘包括:
托盘台板，其用于液体沿着其上的液体流动路径的传送，托盘台板具有多个孔口，所述多个孔口用于上升的蒸汽通过该托盘台板的传送；
横流汽液混合段，其具有所述多个孔口的第一部分孔口 ；
顺流汽液混合段，其包括与所述多个孔口的第二部分孔口相关的至少一个顺流混合装置；以及
用来相对于所述多个孔口来改变液体压头水平的装置，其使得顺流汽液混合段内的液体压头水平大于横流汽液混合段内的液体压头水平。
[0007]在第二和第三方面中，本发明提供了一种包括至少一个上述混合托盘的质量转移塔和一种利用所述塔来分离至少一个供给流的方法。
【附图说明】
[0008]图1是根据本发明的混合托盘的顶视垂直投影图。
[0009]图2A-2C是根据本发明的顺流混合装置的侧视垂直投影图。
[0010]图3A-3B是根据本发明的另一顺流混合装置的侧视垂直投影图。
[0011]图4-6是根据本发明的混合托盘的不同实施例的侧视垂直投影图。
[0012]图7A-7B是根据本发明的混合托盘的不同实施例的侧视垂直投影图。
【具体实施方式】
[0013]本申请基于发明人的如下发现:在将一个或多个本发明的混合接触托盘用于质量转移塔的情况下，能增加质量转移塔的操作容量，同时维持或提高效率。混合接触托盘具有设置在托盘台板的液体流动路径内的横流混合段和顺流混合段。在不被特定的操作机制约束的情况下，本发明人认为，横流与顺流混合段的混合构造的使用，允许托盘上的液体与蒸汽的强力混合和密切接触，同时减少了由强力混合所产生的泡沫积累。此外，本混合托盘的使用，以及尤其是顺流混合段和装置的使用，在不降低托盘或塔的效率的情况下允许通过托盘和塔的增强的蒸汽流动。
[0014]在第一方面中，本发明提供了一种用于质量转移塔的混合接触托盘。参考图1所描绘的实施例，接触托盘100具有托盘台板103，托盘台板103用于液体沿着在其上的至少一个液体流动路径的传送。液体流动路径从入口降液管段105到出口降液管段107。如图1所示，出口降液管段107典型地是托盘的其中液体越过出口堰109 (图1中示出在顺流混合段113与降液管段107之间)溢出到托盘下方的区域。托盘台板103还具有多个孔口，所述多个孔口用于上升的蒸汽通过托盘台板101的传送，所述多个孔口在图1中示出为与混合装置(115、117)相关。
[0015]托盘100在此被描述成“混合”接触托盘，其中，托盘台板103具有设置在沿着托盘台板103的液体流动路径内的横流混合段111和顺流混合段113。在其中托盘台板具有附加液体流动路径的实施例中，优选但非必需的是，每个附加的路径包含如在此所描述的横流混合段和顺流混合段。术语“顺流”和“横流”如在此相对于托盘台板的汽液混合段以及相对于设置在这些段内的混合装置所使用地，描述了液体和蒸汽在相应段内的相应装置中或相应装置上相对于彼此的流动方向。
[0016]横流混合段:
在横流混合段111中，在液体流动路径中行进的液体越过托盘台板中的多个孔口的第一部分孔口。横流混合装置可以与或可以不与横流汽液混合段111中的多个孔口的第一部分孔口相关。在没有混合装置与孔口相关的情况下，当液体在操作期间直接越过孔口时，孔口本身提供了段中的汽液界面。在有些优选的实施例中，例如如图1所示，横流汽液混合段111包括与托盘台板103中的多个孔口的第一部分孔口相关的横流混合装置115。术语“相关”如在此所使用地，意味着混合装置被设置在蒸汽的通过孔口的流动路径内，并且设置在沿着托盘台板103的液体流动路径内，以便使来自孔口的蒸汽分散在液体中或与液体接触。混合装置115优选地被选择成以便使从进入孔口沿着托盘台板103行进并落到托盘下方的液体最少。
[0017]在图1所示的托盘的操作期间，蒸汽穿过与混合装置115相关的孔口，并且然后在与液体流动路径不同(例如，横过、垂直或大致垂直)的方向上穿过液体。例如，来自托盘下方的上升蒸汽穿过孔口，与混合装置115相互作用，并且然后在越过混合装置115和孔口的液体中起泡。应指出的是，蒸汽到液体中的初始进入可在沿着托盘台板的流动路径的方向上。然而，在初始的汽液接触之后，蒸汽从托盘台板在与沿着托盘台板的液体路径的方向不同(例如，横过、垂直或大致垂直)的向上的方向上行进。
[0018]横流混合装置115在本领域中是熟知的，并且不特别地局限于此。例如，设置在横流混合段内的横流混合装置相对于托盘台板可以是静止的或固定的。静止或固定的混合装置包括孔口罩，所述孔口罩至少覆盖能在孔口的形成期间(例如，通过冲压和或弯曲)形成的孔口的一部分，和/或在已形成孔口之后被插入。在其他实施例中，横流混合装置115能包括动态或浮动的装置，例如取决于蒸汽流动速率和液体压头水平相对于托盘台板和孔口移动(例如，打开和关闭)的孔口罩。在附加的实施例中，横流混合装置被定位和/或具有下述结构特征，所述结构特征促进或以另外的方式控制或增强沿着托盘台板的液体流动和动量和/或使进入相关孔口并落到托盘下方的液体最少。在美国专利N0.7，540，476、7，708，258,8,066, 264和美国专利申请N0.12/800，195中描述了优选的横流混合装置115的非限制性示例，所述美国专利和美国专利申请通过引用被并入本文，以便用于各种目的。在优选的实施例中，横流混合段111包括至少一个如美国专利申请N0.12/800, 195所描述的横流混合装置115。在其他优选的实施例中，横流混合装置115是选自包括下述各项的组的可商业获得的阀，所述各项为:Sulzer MVG阀、Sulzer V形栅型阀、Koch-GlitschProvalve、标准圆阀和泡罩。
[0019]顺流混合段:
顺流汽液混合段113包括与托盘台板103中的多个孔口的第二部分孔口相关的至少一个顺流混合装置117。顺流汽液混合装置优选地包括:导管，其具有与孔口的第二部分孔口中的一个或多个孔口流体连通的蒸汽入口 ；泡沫入口，其与沿着托盘台板的液体流动路径流体连通；流体出口 ；以及用于导管内的蒸汽和液体/泡沫的顺流流动路径，其设置在蒸汽和泡沫入口之后并在流体出口之前。术语“流体连通”如在此参考蒸汽和泡沫入口所使用地，指的是它们相对于托盘台板203上的孔口和液体流动路径的定位。导管219的蒸汽入口 221设置成使得蒸汽能从孔口流入导管219。在有些实施例中，蒸汽入口可以是孔口本身。导管219的泡沫入口 223设置成使得液体和液体/蒸汽混合物(例如，泡沫)能从托盘台板203的液体流动路径流入导管219。在有些实施例中，顺流汽液混合段、一个或多个顺流汽液混合装置、一个或多个泡沫入口、用于改变液体压头水平的装置或它们的任何组合被选择和/或定位成以便要求沿着液体流动路径行进的液体的大部分、全部、或大致全部液体穿过顺流