专利名称：具有多个降液管的气－液接触塔板的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种气-液接触塔板，该气-液接触塔板包括一个起泡区和多个降液管，这些降液管都具有一个降液管口，其各个降液管口在起泡区中间隔开，这样，当使用时，正如在一个水平面中所看到的，液体从降液管口相对的两边，进入降液管口。这些塔板可以在气液接触装置中使用。这些塔板的典型应用是作为蒸馏塔内部部件。
US-A-5382390也介绍了一种气-液接触塔板，该塔板具有多个安放在起泡区中的矩形降液管，这样，液体将从两个对边进入降液管口。包括一个垂直板的防跃挡板同心式安装在降液管口中，该降液管口平行于纵向的降液管侧壁。按照这个专利公报，有防跃挡板为的是避免塔板上方悬浮液滴的有时很强烈的水平运动。通过安放这种挡板，在降液管口上方水平通过的液体被拦截并流入降液管。
US-A-5547617也介绍了一种气-液接触塔板，该塔板具有多个安放在起泡区中的矩形降液管，这样液体将从两个相对的两边进入降液管口。象US-A-5382390中那样，在降液管口中有一个防跃挡板。
当试图增加如上所述的气-液接触塔板的液体和/或气体流量时，将观察到一个最大载荷。由于通称为溢阻的现象，较高的载荷将造成塔不能起液-气接触器或分离器的作用。溢阻被说成液体在塔内部的过量积聚。众所周知的溢阻机制是降液管倒流、喷射溢阻和降液管阻塞。这些机制在蒸馏设计一书中已作了介绍，Henry Z.Kister著，McGraw-Hill Inc.1992年出版，pp.267-291。按照这个专利公报，降液管倒流是在降液管内部积累液体，同时使液体在塔板上倒流，导致液体积聚在那个塔板上。降液管中的液体高度由塔板压降、塔板上的液体高度和降液管及降液管狭缝区中的摩擦损失决定。喷射溢阻或夹带溢阻由太高的气体速度导致将液体通过微滴或泡沫夹带到上面塔板上引起的。液体将积聚并导致溢阻。降液管阻塞是由降液管中太高的充气液体速度造成的。在一定速度下，在降液管和降液管入口中的摩擦损失变得过大，并且含泡沫的气-液混合物不能输送到下面塔板上，造成液体积聚在塔板上。术语泡沫应理解为塔板上存在的任何气-液混合物都不取决于任何流态。
德国专利公报764103介绍了在降液管口中使用扁平而弯曲的冲击板，来限制降液管中泡沫的高度，这些板又防止降液管倒流。该专利公报针对所谓的交叉塔板构造，使在所谓的起泡气-液系统中使用。在这种交叉构造中，气-液流仅是从一边朝降液管口方向流动。没有指明这种板会防止降液管阻塞。
这个目的用下面的塔板达到。
气-液接触塔板包括一个起泡区和多个降液管，这些降液管都具有降液管口，其各降液管口在起泡区中间隔开，这样，当使用时，液体从降液管口相对的两边进入降液管口，其中降液管口和降液管设置至少两个导向板，其中每个导向板都具有一个上端，该上端在塔板上方延伸，并朝液体流向降液管口的方向倾斜。
现已发现，当按照本发明所述的塔板在气-液接触塔中使用时，观察到改善了的生产能力。另一个优点是可以将导向板加到现有的具有多个降液管的塔板上，这多个降液管到达按照本发明所述的塔板。这使它能改善现有蒸馏塔的生产能力。
按照本发明所述的气-液接触塔板，典型地将包括一个圆形起泡区和多个在该起泡区间隔开的降液管口。降液管口可以是任何形状，例如，矩形、方形或圆形。对本发明来说，重要的是降液管口的其中一部分或全部沿着相对的边具有起泡区，以便具有一个液体从降液管口相对的边进入的降液管口。在矩形降液管口的情况下，沿着无论哪一个边的起泡区都将存在。方形或圆形口优选的是在起泡区中间隔开，同时造成每个降液管口都接收来自至少相对边的液体。
从这个起泡区和从其上方的空间，气体和液体的混合物，泡沫，将朝降液管口的方向流动。两股或两股以上基本上相对的进入降液管口的气液流将在降液管口的稍上方彼此相会。申请人相信，由于在这个相对流动的相会点处存在导向板，所以达到生产能力增加。对发明的详细说明下面将更详细介绍本发明。
优选的是在塔板上存在一个溢流堰。溢流堰是一种设置在起泡区和降液管口的边界上或边界上周围的装置，它保证在起泡区的上表面上存在某种预先选定的液体量。溢流堰的高度可以从本领域的技术人员已知的常规值中选择。溢流堰可以适当地朝液体流向降液管口的方向倾斜。为了进一步增加塔板的液体处理能力，溢流堰优选的是朝起泡区方向倾斜，这样，从溢流堰顶部到溢流堰底部所画的一条假想线，与塔板的水平面形成一个角度α，该角度α小于80°，而更优选的是大于30°。溢流堰高度优选的是在25mm到塔板间距高度的1/6范围内。
导向板数目是多于1个，优选的是2-10个，而更优选的是4-6个。这个数目将例如取决于降液管口、待接触和分离的气-液系统的尺寸，和取决于塔板上的气体/液体载荷。导向板的上塔板将相对于垂直方向朝液-气混合物从最接近的起泡区上方向位置流向降液管口侧边的方向倾斜。当预料基本上相同的泡沫量从降液管的两边流动时，优选的是具有相同数目的导向板朝每个流动方向倾斜。当预料较多的泡沫从一边流动时，可以有比朝向较少泡沫流动的那一边的导向板更多的导向板，这些更多的导向板具有一个朝那个方向倾斜的上端。
当降液管口是矩形时，正如从较早涉及的US-A-5382390中已知的，可以有一个防跃挡板。然后可以将导向板有利地设置防跃挡板其中无论哪一边处。
导向板适当地具有一个朝向降液管口的下端。下端可以位于塔板水平面上方。优选的是导向板的下面部分朝下延伸到降液管中。
各导向板的下面部分可以垂直设置或彼此相对地倾斜。导向板的下端优选的是设置在溢流堰的上端水平面处或下方。在没有溢流堰时，下端优选的是位于塔板水平面处或下方。在塔板水平面下方下端的长度或者顶部溢流堰水平面将取决于，例如，各个导向板之间的间距。较小的间距将一般要求这个长度增加。任选地，不同的导向板可以用不同的长度延伸到降液管中。
各导向板的上面部分可以是例如扁平的、钩形的或弯曲的。由于实际上制造板的原因，钩形的设计是受偏爱的。导向板的上端可以延伸到起泡区上方的一个垂直位置。两块相邻板之间的距离优选的是在塔的上方高度增加处增加。这可以造成最靠近起泡区的导向板与降液管中心中的导向板相比时，相对于垂直部分倾斜更多。一个可能的实施是当各导向板是扁平的并彼此相对地倾斜设置时，其中各导向板之间的距离随着塔板上方的高度而逐渐增加。优选的是导向板的上端这样倾斜，以使它的切线与垂线形成一个0到100°之间的角度，其中位于中心的导向板比位于最靠近起泡区的导向板朝起泡区方向倾斜较少。更优选的是最靠近起泡区的这些导向板其中两个或两个以上这样倾斜，以使它的切线与垂线形成一个80和95°之间角度，而最优选的是90°角度。
在顶部溢流堰水平面(或者在没有溢流堰时的塔板水平面)处，朝同一方向倾斜的两个相邻导向板之间合适的水平距离是在0.015-0.1m之间，而优选的是在0.015-0.05m之间。
塔板上方导向板的长度将取决于导向板的形状，塔板上典型的气体和液体载荷，及待接触或分离的气体和液体的种类。合适的是导向板将延伸到塔板表面上方塔板间距的5和85％之间，其中塔板间距是两个相邻的接触塔板当安放在塔中时它们之间的距离。合适的是塔板间距是在0.2-1m之间。优选的是朝降液管中心方向安放的导向板，在塔板表面上方相对于更靠近起泡区安放的导向板高度上增加。
导向板可以是实心的，部分多孔的、带可变开口区或带固定开口区的穿孔。穿孔的形状可以是任何形状。例如象膨胀金属那样的材料或其它波纹板材料都可以制造导向板，优选的是，导向板是一种实心的薄金属板。
现已发现，当加导向板到按照本发明所述的塔板上时，在某些情况下增加现有塔板的溢流堰高度是有利的。在这些情况下可以采用预制的插件。这种插件将由固定到一个溢流堰上的导向板组成，该溢流堰具有降液管口的尺寸。插件的溢流堰这样制造，以便当设置在降液管口中时，溢流堰插件的下面部分本身固定到降液管壁的内部，而溢流堰插件的上部延伸到比现有溢流堰高的水平面上。
在塔板的起泡区中存在的降液管口的各种可能的塔板布局，对该技术的技术人员来说是已知的。可以有利地与本发明结合使用的这些布局的例子，已在GB-A-1422132、GB-A-1422131、GB-A-1416732、GB-A-1416731、BE-584426、US-A-4550000、EP-A-882481、WO-9626779、US-A-5382390、US-A-3410540、US-A-53 18732、EP-A-155056、US-A-5223183和US-A-5098615中公开了。优选的是降液管具有一个矩形水平剖面，具有一比宽度更长的长度。导向板的上端然后将平行于降液管的纵向边布置。具有矩形剖面也是意味着降液管口其中它的最靠近塔板周边的较小端侧边沿着这个周边布置，同时造成这些较小的端边不是彼此相对地平行排列。降液管口的这种设计保证了在塔板上一个最大的开口区。具有这种设计的降液管口也认为是矩形降液管，因为这些口的整个形状几乎是矩形。
对本发明来说，在塔板起泡区中所用的开口种类不是关键。可能开口的例子是泡罩口、筛板口、阀座口、和固定式阀口。这些开口的例子可以在一般教科书如上述Kister的一般教科书pp.260-267上，和在US-RE-27908、US-A-5120474、WO-A-9828056、WO-A-9737741、US-A-5911922、US-A-3463464及US-A-5454989中找到。
本发明将用下面的
。
图1是按照本发明所述的塔板当安放在塔中时其中一部分的三维视图。
图2是按照本发明所述塔板的详图，示出具有一个密封盘的矩形降液管的侧剖视图。
图3是按照本发明所述的塔板详图，示出圆形降液管的顶视图。
图4是沿着图3AA’线的剖视图。
图1是塔板(1)其中一部分、塔壁(2)的其中一部分、和具有矩形降液管口(4)的降液管(3)等的三维视图。如图所示，起泡区(5)沿着降液管口(4)两个细长侧边存在。起泡区(5)设置若干口(6)用作向上流动的气体的通道。降液管(3)还设置一个溢流堰(7)和一个防跃挡板(8)。两个导向板(9)设置在防跃挡板(8)的无论哪一边处。由于朝向矩形降液管口(4)的流动主要将是从降液管(3)的细长边其中两个边流动，所以导向板(9)只朝向这些细长边。由于这个原因，用于矩形降液管的导向板(9)可以是简单的设计，并且同等地制造也简单。如图所示的导向板(9)基本上是在它们的下端(10)处平行和垂直地排列。上端这样弯曲，以使它们在使用时，朝向从起泡区(5)上方的空间流入降液管口(4)的相向液流。细长的上端平行于降液管(3)的细长边布置。降液管壁(11)在液体的流动方向上彼此相对。降液管的下端设置一个盖(12)。在盖(12)中，有多个开口(13)。
图2示出另一个实施例，其中导向板(14)和降液管壁(15)的下端延伸到同一密封盘(16)中。图2还示出一个溢流堰(17)和起泡区(18)的其中一部分。密封盘可以省略，例如当降液管壁和导向板之间的长度和中间距离是这样，以致当使用时，由于各板(14)之间及各板与降液管壁(15)之间液体倒流而形成液体密封。
图3示出一个圆形降液管(19)的顶视图，该圆形降液管(19)具有圆形导向板(20)和起泡区(21)的其中一部分，该起泡区(21)围绕降液管(19设置。
图4示出沿着这个圆形降液管(19)的AA’线的剖视图。示出了在下端处的盖(22)设置有液体排放口(23)。
按照本发明所述的塔板优选的是用于气-液接触塔板或分离塔中，该塔设置这些在轴向上相互背离间隔开。接触可以是一种吸收过程，其中向下流动的液体与向上流动的气体接触。分离典型地是一个蒸馏过程，以便从给料中分离一种或一种以上的组分。合适的是将蒸馏过程的给料供给到塔内的中间位置，其中塔板存在于上述入口位置的上方或下方。这种塔还设置了重沸器、冷凝装置和回流装置。
塔优选的是用于非起泡式气-液系统的接触或分离，因为降液管倒流是这种系统的更经常发生的问题。非起泡系统在降液管中具有比起泡系统更高的透明液体速度。起泡系统的例子是胺吸收剂、酸性水汽提塔、甘油接触器和胺吸收剂。非起泡系统的例子是H2S汽提塔和烃-烃分离，例如丙烷馏除器、乙烷馏除器、甲烷馏除器、常温原油蒸馏和沸点高于350℃的石油馏分真空蒸馏。
本发明将用下面非限制性例子说明。例1试验单元3设置三个两路矩形塔板，该矩形塔板设置矩形降液管。各降液管在两侧边具有起泡区，降液管设置一个防跃挡板，该防跃挡板在塔板间距中延伸80％，并在防跃挡板的其中任一边处设置两个导向板，该导向板如图1所示并具有一个上端，该上端如此设置，以使切线与水平面成60°角。在溢流堰的水平面处两个导向板之间的水平距离为0.025m。对这种塔，在各自的上端和下端处向这个塔加入液体和气体流。在680m3/h的空气载荷下，观察到最大可达到的水载荷为大于36.2m3/h。对照实验除了降液管不用导向板之外，重复例1的操作。在680m3/h的空气载荷下，观察到最大可达到的水载荷为29m3/h。
上述结果表明，当采用按照本发明所述的塔板时，可达到使液体生产能力增加至少25％。
权利要求
1.一种气-液接触塔板，其包括一个起泡区和多个降液管，降液管具有一个降液管口，各降液管口在起泡区内间隔开，这样，当使用时，液体从降液管口相对的两边进入降液管口，其特征在于降液管口和降液管设置至少两个导向板；每个导向板都具有一个上端，该上端在塔板的上方延伸，并朝液体流向降液管口的方向倾斜。
2.按照权利要求1所述的塔板，其特征在于导向板向下延伸到降液管中。
3.按照权利要求1-2其中之一所述的塔板，其特征在于导向板数为2-10。
4.按照权利要求2-3其中之一所述的塔板，其特征在于在顶部溢流堰水平面处，或是在没有溢流堰的塔板水平面处，朝相同方向倾斜的两个相邻导向板之间的距离，是在0.015-0.05m之间。
5.按照权利要求2-4其中之一所述的塔板，其特征在于导向板的下端设置在溢流堰上端的水平面处或下方，或者，在没有溢流堰时，导向板的下端设置在塔板水平面处或下方。
6.按照权利要求1-5其中之一所述的塔板，其特征在于导向板延伸到塔板表面上方的塔板间距的5-85％之间；塔板间距是两个相邻的塔板当安放在气-液接触塔中时它们之间的距离。
7.按照权利要求1-6其中之一所述的塔板，其特征在于降液管口为矩形，它具有比其宽度更长的长度；并且导向管的上端平行于降液管口的纵向边布置。
8.按照权利要求7所述的塔板，其特征在于一个垂直的防跃挡板沿着降液管口的纵向中心线存在；并且导向板设置在防跃挡板无论哪一边处。
9.按照权利要求1-8其中之一所述的塔板，其特征在于一个溢流堰在起泡区和降液管口的边界上存在。
10.一种气-液接触塔，其具有数个如权利要求1-9其中之一所述的塔板，各塔板在轴向上相互间隔开。
11.一种如权利要求10所述的塔的应用，作为蒸馏塔或吸收塔。
12.如权利要求11所述的应用，其特征在于待接触的气-液系统是非起泡式的。
全文摘要
气－液接触塔板包括一个起泡区和多个具有降液管口的降液管，各降液管口在起泡区内间隔开，这样，当使用时，液体从降液管口相对的两边进入降液管口，其中降液管口和降液管设置至少两个导向板；每个导向板都具有一个上端，该上端在塔板的上方延伸，并朝液体流向降液管口的方向倾斜。
文档编号B01D53/18GK1400915SQ01805101
公开日2003年3月5日 申请日期2001年2月16日 优先权日2000年2月16日
发明者贝尔纳迪纳斯·H·博斯曼斯, 查鲁·埃伦赖希－古雷雅 申请人:国际壳牌研究有限公司