专利名称：可使每级停留时间相等的多级塔中的新型分配和收集系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及在多级塔内部的新型分配和收集流体的装置，所述多级塔使用上述流
体在被称为颗粒介质的固体微粒介质中的流动。 人们把由按照基本垂直的轴布置的多个塔板(pateau)构成的塔称为多级塔，每 一个塔板(所谓"支持塔板")支持一个固体颗粒床，并且使在该塔中使用的一个或多个流 体串联地穿过的所述连续的不同的床。穿过所述连续的床的流体被称为主流体，以便区别 于其他流体，所谓"次要流体"，其可通过一般位于两个连续床之间的并被称为"分配塔板" 的塔板被加到主流体中。 每个床一般由位于所述床上游的分配塔板供料。 在下文中，当简略地说到塔板时，指的是分配塔板(plateau distributeur)。
分配塔板典型地由流体引导或收集的网络(所谓"分配网络")和一个或几个用于 使通过分配网络注入或取出的流体与主流体混合的混合室组成。
背景技术：
在反应器类型或分离塔类型的多级方法中，所使用的分配装置可以有多种功能， 如在所述塔的任意一个水平面，在该反应器或该塔中使流体流量注入或取出。 一般地期望 这种注入或取出功能在塔截面的不同扇形之间以均衡的方式来实现。 事实上，该塔的截面 一 般地被分成 一 定数目的扇形(secteur)或小板 (pa皿eaux)，每个扇形应该以与其它扇区相比以均匀的方式进行灌溉。这需要利用特定几 何形状的分配器，能够到达每个扇形，并在每个扇形上释放(或提取)大致上相等的流量 (如果它们有相等的面积的话)。若这些扇形有不同的面积，被注入或提取的流量是大致上 与相关扇形的面积成比例的。 所述塔板还完成使在该塔中的主流和由所述网络注入的一个或多个次流混合的 功能，以便用浓度均匀的流体向下游的塔板给料。关于通过多级塔吸附作用、色谱法类或 模拟移动床(LMS)的分离方法，专利WO 2006/027118Al， US2006/0108274A1， EP0074815， FR9309593提供了分配塔板的结构示例。 在塔板上进行的分配网络用有限数量的注入点向所述塔板给料。考虑到塔板被分 成小板，一般地采用每块小板一个注入点，但是每块小板两个或三个点也是同样可完美地 使用。 对这些小板一般地进行设计以便有利于来自上层床的主流和通过分配网络注入 的次流之间的混合。为此，所述小板在其表面积的小部分开孔，这样使得主流在该小板中的 网络注入点附近流动。这样，主要的和次要的两个流在被再分配到小板的整个(或几乎整 个)表面之前被混合。 收集从在所述塔板上游的床出来的流(flux)，接着把这个流再分配到该塔板的截 面上是应该产生最小轴向分散的操作，以便保证流动尽可能接近活塞型流动。关于模拟移 动床(LMS)的分离方法，这是特别重要的。由该塔板引起的轴向分散大部分地是由于在收集和再分配区域中的停留时间的分布造成的。在塔板中的流体路线(ligne fluide)的停留 时间事实上主要地取决于该塔板上的所述路线的入口和出口位置，如下面所解释的那样。
与固定床中稳定的流动相反，在固定床人们寻求穿过颗粒介质的活塞型流动，不 必担心在床入口的分配装置或床出口的收集装置中的流动性质，在本发明中的所研究的流 动中，重要的是寻求在颗粒介中以及穿过分配和收集装置时一样好的活塞型流动。在LMS 的吸附方法中，物种通过其穿过颗粒床(或吸附剂)进行分离，但是任何在床外面的与活塞 型流动的偏离都往往重新混合这些物种，并因而损害分离性能。 —种限制由所述塔板造成的分散的方法是，利用分为大量扇形或小板，和因此在 所述塔板上具有的大量的网络给料点。这能够最小化从离开小板的开孔直至固体颗粒床的 不同的扇形流体所经过的距离，因而使由所述塔板造成的分散最小化。这个解决方案造成 所述塔板的制造成本的提高。
图1A，按照现有技术，表示塔板被分成为子午线型小板(panneauxm6ridiens)。
图1B，按照现有技术，示意地表示分配塔板的子午线型小板。 图2A，按照本发明，为配备了置于收集折流塔板下面的挡板的子午线型小板的剖 面表示。 图2B，按照本发明，为配备了置于收集折流板上面的挡板的子午线型小板的剖面表示。 图3A举例说明当使用了按照现有技术的小板时流体在颗粒床中的流动。 图3B为当使用了按照现有技术的小板时在颗粒床中与不同的流动路线相关的停
留时间的示意表示。 图3C举例说明当使用了按照本发明的小板时流体在颗粒床中的流动。 图3D示意地表示当使用了按照本发明的小板时颗粒床中与不同的流动路线相关
的停留时间。 图4A，按照现有技术，表示塔板被分成为径向扇形。 图4B，按照本发明，为配备了按照本发明的挡板的径向扇形的剖面表示。
图4C是径向扇形的俯视图，其中示出了该挡板和小板的边框。
发明内容
本发明寻求解决的问题是改善流体在包括多个塔板的塔(所谓的"多级塔")的内 部的流动的问题，其中每个塔板支持一个固体颗粒床。 在本上下文中，流动的改善表示流动尽可能地接近于活塞型流动，即其中穿过该 塔的不同的连续床的流体的轴向分散是尽可能的弱的流动，其包括穿过所述一个或多个流 体的分配和收集装置。 本发明的目的在于使由分配塔板产生的分散最小化，其通过最优化所述床的收集 和注入区域的布置来达到。本发明目的为使用可以交错地(en quinconce)安置适合于每一 个床的给料和收集区域的分配塔板，以便最小化在两个分配塔板之间的停留时间的分布。 开发出本发明的两种实现方式
通过给组成所述塔板的小板配备以适当的方式安排的挡板，在所述塔板中的停留 时间分布呈现强烈减小的轴向分散。通过正确地设置的挡板的作用，在床的入口处给料区 域中和在床的出口处收集区域中，不同的流体路线的停留时间分布是整体均衡的。
这样，从入口的小板直至出口的小板(包括进出口小板)穿过颗粒床的不同的流 体路线，具有基本上相同的停留时间。 所述分配塔板一般地被分成独立的小板，并行地工作，每块小板处理来自上层床 的所谓的"主要流动"的一部分。 本发明应用于划分该塔截面的小板的全部或部分。本发明同样地应用于没有被划 分的塔板，只要这种情况等价于单个小板本身单独构成该塔板的情况。 这些小板一般地包括塔板，或收集折流板，其部分地开孔，用来收集从上层床流出 的主流，以便于有利于在该小板中与注入的次流混合。 本发明的目的在于，交错地安置进入床的流的收集区域和从该同一固体颗粒床流 出的流体的收集区域。本发明通过把称为实心挡板的元件集成在所述小板上来实现，该元 件可以在其穿过收集折流板之前或之后把主流引到远离折流板开孔的侧面区域中。"实心" 是指该挡板不具有任何孔隙和因而迫使整个流绕过挡板。 更准确地说，本发明包括向具有一系列塔板的多级塔的至少一个颗粒床供料的流 体分配装置，每一个塔板(P)支持一个固体颗粒床，并被分成相邻的小板，标注为(Pa)，它 们覆盖该塔的整个截面，所述装置应用于塔板(P)的至少一部分小板(Pa)，所述装置包括
a)称为上筛(grille sup6rieure) (6)的筛或穿孔板，用来支持位于塔板上方的
颗粒床(2); b)在其中心开孔的收集折流板(5); c)由筛或穿孔板组成的分配器(7)，其可以把从小板出来的流再分配到位于小板 下方的颗粒床的整个表面上； d)实心挡板(9)，被放置在收集折流板(5)和分配器(7)之间，所谓"P1"的位置， 或者被放置在上筛(6)和收集折流板(5)之间，所谓"P2"的位置。 在按照本发明的装置的一种变型，所述装置还包括多于一个安放在分配器(7)的 上方或下方的挡喷射流板(brise jet) (8)，当该挡板(9)在Pl位置时，挡喷射流板被放置 在小板(Pa)的边缘，或者当该挡板(9)在P2位置时，挡喷射流板被放置在收集折流板(5) 开孔的基本正下方。 按照本发明的装置应用于子午型小板(Pa)，即矩形的，长度上按照同一方向进行 取向，并具有基本上一样的宽度。 按照本发明的装置同样地应用于具有径向扇形的小板(Pa)，每一个扇形基本上具 有同样的张角。 本发明同样地可以被描述为一种使用根据本发明的装置的模拟移动床分离方法， 其中要分离的进料是具有7至9个碳原子的芳香族化合物的任一种混合物。
本发明还可以被看作是一种使用根据本发明的装置的模拟移动床分离方法，其中 要分离的进料是正_和异链烷烃的混合物。 本发明可以被描述为一种使用根据本发明的装置实现的模拟移动床分离方法，其 中要分离的进料是正_和异链烯烃的混合物。
5被描述为一种使用根据本发明的装置的模拟移动床分离方法，其中 穿过所述装置的主流体的密度为600-950kg/m 粘度为0. 1_0. 6cPo。
发明详述 图1A表示塔(1)的截面，其被分成许多彼此相邻的大致上是矩形的小板(ll)，并 按照符合长度的同一方向进行取向。在对应于塔截面的平面中与小板的长度垂直的维度被 认为是小板的宽度。通常地，覆盖塔截面的全部子午线型小板具有一个共同的宽度和不同 的长度。这种类型的小板在下文中被称为子午线型小板(panneux m6ridien)。该塔配备一 个中央撑杆(IO)，和由此出发，垂直于撑杆轴配备了支撑梁。所述小板由限定它们的边框、 收集折流板(5)组成，该收集折流板沿着大致位于所述小板中心的带(bande)在所述小板 的纵向维度开孔，并在它的整个长度上展开。 图1B是按照现有技术的子午线型小板的剖面图。该子午线型小板包括被称为上 筛(6)的筛或穿孔板，其用来支持位于所述塔板上方的颗粒床(2)，同时允许从床流出的 主流通过。该小板同样包括在其中心开口的收集折流板(5)、由筛或穿孔板组成的分配器 (7)，该分配器可以让从小板出来的流再分配到位于小板下方的颗粒床的整个表面上。
分配器(7)往往配备挡喷射流板(brise-jet) (8)，其用来避免流体喷射流渗透进 入位于收集折流板(5)开孔下面的床区域。 该小板还包括分配系统，其可以把次流注入或收集在该小板中。该分配系统包括 引导该次流的管网(12)，和位于收集折流板(5)开孔附近的注入盒(4)。安置该注入盒(4) 以便允许在再分配到下层床中之前在该小板中与主流良好的混合。 在这种类型的小板中，从上层床出来的所有流体路线都在某个时间之后通过该收 集折流板(5)，这个时间取决于流体路线出口位置(相对于在折流板的开孔)。从正好在收 集折流板(5)的开孔上面的床出来的流体路线，比来自小板的边缘的流体路线更快的达到 所述折流板(5)的开孔。同样地，相比于经小板边缘进入下层床的流体路线，进入在收集折 流板(5)的开孔下面的下层床的流体路线在该小板中经过更短的时间。术语"小板的边缘" 具有所述小板的宽度的意义。因而，按照该小板中流体所遵循的流动路线(我们简称为流 体路线)，在该小板中的停留时间可能有相当大的变化。 这种现象在该塔中会产生轴向分散，其对装置的性能可能是有害的。不同的流体 路线和相应的停留时间的例子示于图3A和3B，其对应于现有技术的情况。
图2A和2B代表按照本发明的子午线型小板的剖面图。该小板与按照现有技术的 图1B中图解表示的小板是相同的，除了其包括一个被称为挡板(9)的新元件，该元件可以 被安置在收集折流板(5)的上方或下方。 在图2A中，挡板(9)被安置于收集折流板(5)的下面，(所谓的"P1"位置)，以使 得从折流板出来的流体被引导到离中心最远的小板区域，即，离所述折流板的开孔最远。这 样，从小板出来的流体经过小板的远离中心的区域进入下层床中，接着在床的整个表面进 行再分配。挡喷射流板(8)被安置于高速度区域中的分配器上，因而临近该挡板(9)的末
丄山顺。 图2B对应于其中挡板(9)被安置于收集折流板(5)上方(所谓的"P2"位置)的 情况。在这种情况下，挡板(9)把流体引导到小板宽度的末端。该流体接着通过收集折流 板(5)进行收集，接着从小板截面中心开始进行再分配。
图3A表示被包括在两个按照现有技术的排列的小板之间的固体颗粒床，"排列的 小板"，是指两个在流体流动的方向上连续的小板，并面对面放置。 在图3A上，示出了 3条流体路线Ll， L2和L3。这些流体路线是从上层小板的收 集折流板(5)流出的流体的不同构成要素(616ments)所遵循的路程。由于该大的床中负 载损失，这些流体路线大致上平行地穿过颗粒床。 流体在离小板中心某个距离d处进入该床，在离下一个小板的中心具有大致上相 同的距离d处离开该床。 因此，不同的流体路线具有表现出明显差异的在两块连续的收集折流板之间的停 留时间T，如图3B所示。例如，遵循流动路线Ll的流体具有的停留时间T大于遵循流动路 线L3的流体，因为遵循流动路线Ll的流体在上游的收集和再分配区域中经过的时间不可 忽略。 图3C表示被包括在两个按照本发明的排列的小板之间的固体颗粒床。该挡板(9) 在这里被安置于收集折流板的下方。由于挡板(9)的存在，所述流体路线在分配到床的截 面之前被引向小板的边缘。流体路线L1，L2和L3现在具有相近的停留时间T，如在图3D中 图示的。 无论从流体的入口点到小板中心的距离d是多少，两个连续的收集折流板之间流 体路线的总停留时间是大致上相同的。 因而挡板(9)具有使不同的流体路线的停留时间相等的作用，无论它们在颗粒床 中的入口的距离d是多大。 图4A给出了依照相同的径向扇形分割塔板的示意表示。 图4B表示按照本发明的径向扇形(11)。收集折流板(5)这时一般地由不同的厚 度的级(marches)构成，但这不是必须的。挡板(9)被放置在收集折流板(5)的下方。在 本发明的一种变型中，该挡板(9)可以被放置在所述收集折流板(5)的上方。
标注为(2)， (4)， (12)， (8)和(7)的元件具有与图1B的情况中已描述的相同号 码的元件具有相同的含义和相同的功能。 图4C是扇形小板(11)的俯视图，这里只示出小板的边框和挡板(9)。 安置于收集折流板的上方或下方的挡板可以都用宽度严格地小于小板宽度，且长
度基本上等于小板长度的任何实心板做成，这样使得位于挡板端部和小板边缘之间的自由
空间的面积接近折流板(5)中开孔面积的一半。这样，液体通过该挡板一侧和另一侧的速
度接近于液体流经折流板(5)的速度，因为液体流量穿过相近的开孔面积。挡板端部和小
板边缘之间的距离是5-200mm，并优选为10-50mm。该挡板的厚度为0. 5-10mm，并优选为
l一3mm。
实施例 通过模型试验对本发明的效率进行了测试。该模型一方面按照现有技术，另一方 面按照本发明(如图3A和3C所示)，再现了包含在两个小板之间的固体颗粒床。
该模型再现了所述两个收集折流板之间的几何尺寸。子午线型小板的宽度是 1.2m，床的高度为1. 2m。模型的深度是18cm。收集折流板按照直径30mm和中心至中心相 距60mm的孔进行打孔。上筛和收集折流板之间的距离是10mm。收集折流板和分配器之间
7的距离是20mm。 所使用的挡板厚度为lmm，并安置于收集折流板下方5mm处。
挡板宽1. lm，因此小板的每一边都开孔5cm。 该模型用直径为lmm的玻璃珠填充直至分配器以下10mm的高度。
该模型以等于1. 5cm/s的空塔速度进料水。 对于每种结构(带/不带挡板)都通过测量停留时间分布(DTS)来表征流体动力学。 DTS方法在大量的作品中均有解释，其中包括D. Scweich的"G6nie de lar6actionChimique"，2001，6ditions Tec & Doc，Paris。所述结果以Peclet数(Pe)的形式表示，它表示通过对流和通过扩散的流动速度之间的比例。Peclet数(Pe)越大，两个收集折流板之间的轴向分散越弱，因而流动越接近于活塞型流动(即，更准确地，流动的流体薄片没有轴向混合)。 结果列于表l。
构型_Peclet数 无挡板 200
有挡板 350 表1 :有或没有挡板的流体动力学的比较 这些结果表明，本发明可以非常明显地改善多级塔中的流体动力学(Peclet数提高+75% )。
权利要求
向具有一系列塔板的多级塔的至少一个颗粒床供料的流体分配装置，其中每一个塔板(P)支持一个固体颗粒床，并被分成为标注为(Pa)的相邻的小板，所述小板覆盖该塔的整个截面，所述装置应用于塔板(P)的至少一部分小板(Pa)，所述装置包括a)被称为上筛(6)的筛或穿孔板，其用来支持位于塔板上方的颗粒床(2)，b)在其中心开孔的收集折流板(5)，c)由筛或穿孔板组成的分配器(7)，其可以把从小板出来的流再分配到位于小板下方的颗粒床的整个表面上，d)挡板(9)，其被放置在收集折流板(5)和分配器(7)之间，所谓的“P1”位置上，或放置在上筛(6)和收集折流板(5)之间，所谓的“P2”位置上。
2. 按照权利要求l的多级塔中的流体分配装置，其中所述装置还包括设置在分配器 (7)的上方或下方的挡喷射流板(8)，当该挡板(9)在P1位置时，挡喷射流板被放置在小板 (Pa)的边缘处，或者当挡板(9)在P2位置时，挡喷射流板被放置在收集折流板(5)开孔的 基本上正下方。
3. 按照权利要求l的多级塔中的流体分配装置，其中挡板(9)由宽度严格地小于小板 (Pa)宽度，且长度基本上等于所述小板(Pa)长度的任何实心板构成。
4. 按照权利要求l的多级塔中的流体分配装置，其中挡板(9)的端部和小板(Pa)的边 缘之间的距离为5-200mm，且优选为10-50mm。
5. 按照权利要求1的多级塔中的流体分配装置，其中挡板(9)的厚度为0. 5-10mm，且 优选为l-3mm。
6. 按照权利要求1至5中任何一项的用于多级塔的分配装置，其中小板(Pa)是子午型 的，也即矩形的，在长度上沿相同方向进行取向，并且基本上具有相同的宽度。
7. 按照权利要求1至5中任何一项的用于多级塔的分配装置，其中小板(Pa)为具有基 本上相同张角的径向扇形。
8. 使用按照权利要求1至7中任何一项的装置的模拟移动床的分离方法，其中要分离 的进料是具有7至9个碳原子的芳香族化合物的任意混合物。
9. 使用按照权利要求1至7中任何一项的装置的模拟移动床的分离方法，其中要分离 的进料是正_和异链烷烃的混合物。
10. 使用按照权利要求1至7中任何一项的装置的模拟移动床的分离方法，其中要分离 的进料是正_和异链烯烃的混合物。
11. 使用按照权利要求1至7中任何一项的装置的模拟移动床的分离方法，其中穿过所 述装置的主流体的密度为600-950kg/m 且粘度为0. 1-0. 6cPo。
全文摘要
本发明涉及可使每级停留时间相等的多级塔中的新型分配和收集系统，其包括在具有多个颗粒床的多级塔内部的上游颗粒床的出口处的流体分配和收集的装置，该装置包括挡板，其能使流体从混合箱出口直至下游固体颗粒床的流体的流动路线的路程相等。
文档编号B01D53/04GK101703911SQ200910166980
公开日2010年5月12日 申请日期2009年6月26日 优先权日2008年6月27日
发明者D·达曼西尔, F·奥吉尔 申请人:Ifp公司