在塔中进行传质过程的方法
【专利说明】在塔中进行传质过程的方法
[0001] 本发明涉及在包含至少两个分离塔盘的塔中进行传质过程的方法，其中各个分离 塔盘包含上部塔盘和下部塔盘，在塔盘之间形成水闸并提供阀，所述阀以一定方式设计使 得气体可流过分离塔盘，当气体流动中断时，液体从上部塔盘流入水闸中，并且当气体供应 再起动时，液体从水闸中流出。本发明进一步涉及用于进行传质过程的阀，其中气体流过静 置于塔盘上的液体，当气体供应中断时，液体流入水闸中，并且当气体供应再起动时，液体 从水闸中流出，其中阀包含关闭构件，所述关闭构件以一定方式设计，使得随着关闭构件在 第一阀位置上，下部塔盘中水闸的开口是可关闭的，且关闭构件在套筒中传导，所述套筒位 于水闸边缘的上部塔盘与下部塔盘之间，在所述套筒中，在水闸的区域中形成开口，并且其 凸出在上部塔盘上且具有用于关闭构件的上部栓塞。
[0002] 用于进行传质过程的方法例如由EP 2 033 698 AUEP 2 027 901 Al或RU 2 237 508 Cl已知，其中使用包含上部塔盘和下部塔盘的分离塔盘，在所述上部塔盘与下部塔盘 之间形成水闸，并且另外提供阀，所述阀以一定方式设计使得气体可流过分离塔盘并且当 气流中断时，液体从上部塔盘流入水闸中，并且当气体供应再起动时，从水闸中流出到其下 面的分离塔盘上。这些文件中公开的阀各自包含关闭构件，所述关闭构件包含通过隔离条 相互连接的两个阀盘。在关闭构件的第一位置上，阀的出口用下部阀盘关闭，通过所述出 口，液体可从下部塔盘流出至其下面的分离塔盘。同时，第二阀盘位于容许液体从上部塔盘 流入水闸中的位置。在第二位置上，关闭构件以一定方式上升使得气体可首先通过阀中的 下部开口流入水闸中，然后在上部塔盘的方向上通过阀套中的开口围绕下部阀盘流动通过 水闸，其中上部塔盘上的气体通过静置于塔盘上的液体。
[0003] 由现有技术已知的方法的缺点是阀可能变得堵塞，所以在气体供应再起动时液体 不能从水闸中流出，或者需要过高的气体压力以打开阀。这可能导致分离效率的折损。
[0004] 因此，本发明的目的是提供在塔中进行传质过程的方法，所述方法可以以稳定的 方式进行而不削弱分离效率。
[0005] 该目的通过在包含至少两个分离塔盘的塔中进行传质过程的方法实现，其中各个 分离塔盘包含上部塔盘和下部塔盘，且在塔盘之间形成水闸，并且提供阀，所述阀以一定方 式设计使得气体可流过分离塔盘，当气体流动中断时，液体从上部塔盘流入水闸中，并且当 气体供应再起动时，液体从水闸中排出，所述方法包括以下步骤：
[0006] (a)通过塔盘中的阀离开的气体流过静置于上部塔盘上的液体，其中气体的量足 够高使得没有液体回流通过阀，
[0007] (b)以一定方式中断气体供应使得液体通过阀进入水闸中，
[0008] (C)再起动气体供应，其中下部塔盘中的阀以一定方式打开使得液体从水闸中排 出，
[0009] 其中水闸以一定方式设定尺寸使得在液体从上部塔盘排入水闸中以后，水闸至多 70 %被液体填充。
[0010] 在本发明上下文中，表述"气体"意指所有气体物质，特别是还有蒸气。
[0011] 在液体从上部塔盘排出以后将水闸填充至70%的最大值赋予分离效率与塔板通 过量的最佳比。这是由于水闸在填充操作期间必须除气这一事实。另外，位于关闭构件以 上的液体在开始再起动向塔的气体供应时部分被迫返回上部塔盘。这导致液体的回混，因 此导致分离效率的折损。由关闭构件迫使返回上部塔盘的液体的量随着填充水平降低而降 低。在这种情况下，发现在将水闸填充至70%的最大值的情况下，当气体供应再起动时被迫 回到上部塔盘的液体的量如此低使得回混是可忽略的。
[0012] 在一个优选实施方案中，静置于上部塔盘上的液体高度为至少2cm，优选至少 4cm，并且为两个分离塔盘，即下部分离塔盘的上部塔盘与上部分离塔盘的下部塔盘之间的 距离的至多30%。在这种情况下，静置于上部塔盘上的液体高度为当气体不流过它时液体 占据的高度。由于4cm的最小高度，气泡的停留时间是足够高的，使得实现与液体与气体之 间的热动力平衡的充分近似。
[0013] 上部塔盘上气体不流过其中的液体的最大高度为下部分离塔盘的上部塔盘与上 部分离塔盘的下部塔盘之间的间距的约30%，所述间距在下文中称为塔盘间距。在这种情 况下，塔盘间距取决于气体流速，特别是液体被气体的夹带以及液体性能如起泡倾向。一般 而言，塔盘间距为〇. 25-0. 9m。然而，在大于3m的塔直径的情况下，塔盘支架的高度实质性 提高并限定塔盘间距。在这些情况下，静力学所需支架结构的高度增加塔盘间距。
[0014] 最小水闸高度可由以下等式计算：
[0016] 在该等式中，氏表示水闸高度，w ^为比液体流速，t为液体与气体之间的接触时间。 比液体流速I作为V "A计算，其中\为以m 3/h表示的液体流速且A为塔横截面面积。
[0017] 接触时间t和塔直径由塔中进行的方法的热力学和流体动力学测定。另外，在建 立这些参数中，需要考虑满足经验条件：
[0019] 在这种情况下，TS为塔盘间距。
[0020] 在一个优选实施方案中，当阀打开时，上部塔盘上的开放横截面面积与塔的横截 面面积的比为0. 02-0. 2,优选0. 05-0. 15。该开口率对应于阀的气体出口处至多20m/s的 速度。在自由横截面面积太大的情况下，在关闭构件上出现波动，其中在与气体的接触时间 期间，液体偶尔通过关闭构件并到达其下面的分离塔盘。这也导致回混，因此导致分离效率 的折损。
[0021] 另外，开口率对所用阀的功能而言是决定性的。当气体流过时，升力作用于关闭构 件上，其中升力为关闭构件的压差和面积的乘积。由于关闭构件的重力以及由于关闭构件 上液体的重力导致的力作用于升力上。
[0022] 关闭构件上的压差包含两个部分。首先，称为干压降的，即塔盘的压降，和由阀上 的液柱导致的压降。在这种情况下，干压降为阀的几何、基于塔横截面的其自由横截面面积 和关闭构件的重量的复杂函数。对于〇. 02-0. 2的开口率，即上部塔盘上的开放横截面面积 与塔的横截面面积的比，这得到塔的最佳操作。
[0023] 当气体供应在塔的下端再起动时，阀的各关闭构件起升。在这种情况下，对于关闭 构件的进气表面上l〇_15m/s的平均蒸气速度，产生约0. 2-0. 4秒的关闭构件响应时间，即 关闭构件的运动开始至到达上端位置之间的时间。作用于以下分离塔盘上的气流脉冲响应 地延迟该时间。对于大的塔盘数目，这产生最低分离塔盘和最上部分离塔盘上阀的转换时 间的显著延迟。在40的分离塔盘数目下，最小转换延迟因此为例如8-16秒。这导致上部 分离塔盘上气体与液体的接触时间每种情况下被该延迟时间缩短。
[0024] 该效应可通过从塔底部向塔顶部的方向上连续降低分离塔盘上阀的开口率而抵 消。在这种情况下，上部分离塔盘和下部分离塔盘的最大开口率差优选为5%。借助开口率 的降低，实现在塔的上部区域中较高的升力以及因此分离塔板上阀的更快响应时间。
[0025] 在开始向塔的气体供应时，由于压差导致的提升力作用于关闭构件上。在该提升 力的影响下，关闭构件向上移动，因此释放下部塔盘中的开口，液体可通过所述开口从水闸 中流出。液体由此与气体逆流地从水闸中排出。这导致对阀的入口处最大气体速度的限制。 在这种情况下，最大气体速度受下部塔盘的开口率影响。当超过最大容许气体速度时，这在 开口率太小的情况下发生，液体部分地保留在水闸中或者可甚至被上升气流运送到上部塔 盘上。因此，优选当阀打开时，上部塔盘的开放横截面面积与下部塔盘的开放横截面面积的 比至少对应于开放横截面面积与塔的横截面面积的比除以0. 8,且为0. 25的最大值。优选 上部塔盘的开放横截面面积与下部塔盘的开放横截面面积的比至少对应于开放横截面面 积与塔的横截面面积的比除以〇. 5且为0. 15的最大值。对于上部塔盘的开放横截面面积 与下部塔盘的开放横截面面积的比，因此适用以下：
[0027] 优选，对于该比，适用以下：
[0029] 在这种情况下，φ = 其中^为上部