气液接触塔高效率分配器的制作及使用方法

专利名称：气液接触塔高效率分配器的制作及使用方法
气液接触塔在许多作业中都有极广泛的应用，包括用于作吸收;汽提;洗涤;蒸馏及化学处理工艺等，但并以此为限。这种气液塔一般有一个主分配器，和若干低层分配器，其设计为塔的上部接受液体，并在液体与塔中上升气流发生传质交换关系前，将液体在塔上部的整个横截面或基本整个横截面中，作大致均匀的分配。举例而言，气液塔可若干气液接触区，这种区有填充材料，作无规则类型或结构类型，或两种上述类型结合的填充，放在塔中，使上升气流与下降液流进行高效率接触。
液体分配器通常包括一个槽形装置或结构，通常在塔的横截面上平行设置，在离分配器底部的一定高度上有溢流槽，使液体通过分配器的垂直壁上的孔眼槽孔溢流，然后均匀通过塔的横截面。液体分配器可用各种材料制造，其取决于气液接触材料的特定性质，例如，腐蚀性非常强的气液可用石墨制作，或者可用玻璃纤维增强塑料，或用陶瓷制造，更典型的材料可以用钢，将其弯折或成形为所需要的形状。具体而言，液体分配器可用中间隔离箱作液体预分配器，中间箱大体垂直于若干其它的多个平行的液体分配槽。一般用一个管子将液体输入予分配器。液体从预分配器再送入若干液体分配器，使其在气液塔中均匀分布。例如在1989年3月28日授权的美国专利第4，816，191号中示出并描述了气液塔中使用的一种分配器，其中盛放液体的中间槽式分配器，在槽的垂直壁上设有若干孔，还具有带有齿形下边缘的间隔开的若干防溅壁1以协助将槽中溢流出液体作均匀分配。
本发明的目的在于提供一种在气液塔中应用的高效率液体分配器，这种分布器制造简易，有基本的标准设计，而材料及人工的成本降低，这种分配器使用时不易堵塞，液体的转折下流，和流体在塔中向下的流率可以控制，这液体分配器可避免先有技术中的液体分配器在制造与使用方面的某些缺点和困难。
本发明涉及一种用于控制气液塔中的液体向下折流及液体流量的一种高效率液体分配器，并涉及设置这种分配器的气液塔，并以及操作该气液塔，和制作这种液体分配器的方法。
本发明的用于气液接触塔中的一种高效率槽形液体分配器，将向下流的液体在接触塔的横截面上基本均匀分配，并允许气体向上通过;槽形分配器包括槽形液体分配装置，其中盛放下流液体以待分配，槽形分配装置包括液体分配装置上的若干孔，使液体可从槽形分配器向下流，该孔至少在两个级位(Level)上布置，最好离槽形分配器装置的下部有不同的级位高度，该孔的大小及数目，和级位高度经选择，以控制液体转折下流和气液接触塔中的流量。
本发明的方法，包括将液体引入气液接触塔，进入塔上部中的一个或多个液体分配器，该方法包括将液体引入液体分配装置，其容纳向下流动的液体，使液体从液体分配装置的若干孔向下流，若干孔在离液体分配装置底部两个不同高度的级位上排列成行，孔的大小及数目，和排列好的孔离液体分配装置底部的高度经选择，以控制液体的转折下流，和气液接触塔中的液体流量。
在本发明的一个实施例中，液体分配装置有若干梯级液体分配器，例如有两个分别的梯级，设在中间液体分配槽的两侧，其中每个梯级有若干孔，梯级设置在距液体分配器底部的不同高度上，因此液体从梯级向下流的流量，取决于液体在液体分配器中间槽区域的高度。
本发明的高效率梯级型槽分配器，可用陶瓷，石墨，玻璃纤维增强的塑料及金属制作，例如可将石墨块铣削，可用陶瓷材料挤压，或用玻璃纤维增强塑料制作，或将金属薄板材料弯折焊接制成。本发明的液体分配器通过若干在不同级位上的孔，有尽量减少堵塞的优点，在每一级位上仅有一组孔。此外，在不同级位上有多个孔，有多级效果，效果正如梯级型分配器，很大增加向下的折流，而降低中心槽的高度和材料的使用。甚至当液体分配器仅需一级，而变成多级时第一级如果被堵塞仍可对液体进行分配。
液体分配器可按标准方法简单制作。减少人力和陶瓷型分配器挤压中的材料损失。用玻璃纤维增强塑料挤压，或将塑料模压，或用石墨块铣削，或将薄板金属材料简单弯折并焊接，形成一个金属液体分配器，所有这些都可节省材料和拉制操作费用尽量减短周转时间，便提高了液体分配器的可用率。
具体而言，多级金属分配器的设计，诸如中心槽的两级设计，可尽量减少需要的焊接量，因仅需将两端板和用薄金属板弯折制成的分布器的中间部焊接在一起。例如，本发明的金属液体分配器包括两个或两个以上的多个梯级，用适当规格的平金属薄板制造，例如用冲孔机冲出需要的孔，然后将冲孔的薄板材料放在一个折弯机中，弯压出大致平行的线条，制成最终的形状，然后仅将端件焊接上，形成槽形的分配器。孔可按需要冲出，或在加工过程中的任何时间钻出。
本发明的玻璃纤维增强塑料液体分配器，可用标准模具制造，基本的形状拉挤成形，一经在标准模具上投资后，槽的拉挤成本便很低，而拉挤槽的两端可用任何方式固定，孔可按需要适当钻出。在本发明的石墨型液体分配器中，可用厚平板材制造，将板内用立铣挖空，形成理想的槽，和多个梯级，然后在梯级上或槽底上钻孔，以符合特定的要求。如要求用陶瓷类液体分配器，基本形状易于挤压，可在陶次的未焙烧阶段冲出近似尺寸的孔，端板可制成品形状坯型(trials)晾干并焙烧后，可用金刚开钻头将孔扩孔到精确的尺寸。可见本发明的液体分配器可用许多不同材料制成，用简单工序低成本制作，提供许多先有技术液体分配器未能提供的优点。
本发明的液体分配器的设计与结构可变化，形成槽形容器以接受下流的液体，并且在离液体分配器下部的不同级位有若干孔，使液体可从两个级位的至少一个中流出。需要时级位的数目可有三个，四个或更多。例如，在一个实施例中。液体分配器可以采取大致的V型设计，孔在一侧或两侧有不同的高度，最好两侧有孔，孔最好沿斜侧边大致水平排列。
在另一实施例中，液体分配器可以为有若干梯级的大致矩形的液体分配器，例如典型为两个以上的梯级，最好为两级，梯级在中心槽的两侧上，梯级有同高度，但最好有不同高度，梯级上有若干孔，举例而言在分配器的基本垂直的壁上没有孔，从而液流被大致向下引导通过基本与分配器轴线垂直或倾斜的水平梯级上的孔。
使用的孔的尺寸，直径和形状可按需要变化，控制液体的通过或向流动的液体的流率。例如，孔可在V形槽或矩形液槽的一边或两边上，在一个或多个级位上排列，典型为直线水平排列，使液体使可从气液塔中的液体分配器内向下流，落到下面的填料层上。孔的位置可改变，但典型沿液体分配器的一侧或两侧，基本在液体分配器的全部长度上基本均匀分布。
孔的尺寸及形状可以改变，大致为圆形，易于钻孔或冲孔，更具体而言，孔的直径一般不大于1英寸，或小于1/16英寸，典型情况可以是例如;1/8至1/2英寸，一般的孔距可近到1/2英寸，远至4至6英寸，以要求液体通过量的设计参数而定。一般，在液体分配器的垂直平面中没有孔，当然这不包括V型槽分配器的倾斜面，在多梯级或两梯级的矩形分配器中，梯级设在中间槽的两侧，在槽的梯级的水平表面上有孔，孔在弯折以前或以后冲制。一般孔为圆形，可有大致沿周缘的凹陷区，例如可为围绕孔的圆形凹台有助于引导如水等表面张力大的液体，将其引入孔中，再通过孔向下流。多梯级上的孔可直接布置在水平面的下方，或与之倾斜，从而液体向下流时略偏向中心槽的外侧。孔可有凹部，例如在金属型液槽中用冲床冲压，在陶瓷及石墨槽或用其他方法成形的槽中，则可用模制加工或铣削加工形成，以助液体从孔中通过，而防止剩余材料或泥状物质在孔中堵塞。
孔离槽底的高度可不等，在典型情况每一级位的孔不必须水平地调直排列，从而其离液体分配器槽底的高度范围，约从不到一英寸开始，一般不超过12英寸，在典型中，每一区域一排中的孔数可按需要变化。虽然每一槽中的梯级数目按需要变化。但是增多的梯级超过两个便不适宜，因为将槽区的深度增大，可能限制气体的上升流，从而在一个实施例中，有两个级位或两组孔在两个侧边上冲出的V形液体分配器，和两侧边上有两个梯级的中心槽的矩形液体分配器，一般最适合需要。
可将液体分配器用作一个主槽分配器，但较典型的是在气液塔中，用大致平行的(槽)接受来自主槽分配器的液流。虽然举例而言V形或梯级型分配器的每一级位都有统一的高度，但统一高度不具有多梯级或不同级位多高度的优点。在典型装置中，液体分配器的槽底部用于作集液槽(sump)，收集下落的液体中残液。但是，有需要时，在槽底部上也可有若干孔。
气液塔运行过程中，将液体引入主分配槽中部使其在槽中充满，并通过孔流出，落在液体分配器上，于是将液体在气液塔的全部截面上分配。向下流的液体将槽充满，于是从第一级位的孔中流出，然后，当低级位的孔堵塞时从第二级位的孔中流出并按要求控制液体流量。
为作说明，对本发明仅结合某些实施例进行叙述;然而应认识到在这些实施例中，熟悉本领域技术者可作各种改变，修改，补充和改进，全部都属于所述本发明的范围。


图1 为有本发明液分配器的气液接触塔的示意性俯视图;
图2 为图1中的一个液体分配器沿线2-2的剖视图;
图3 为本发明陶瓷或石墨液体分配器的剖视图;
图4 为图1及2中液体分配器的示意性的俯观透视图;
图5 为本发明V形液体分配器的俯观局部透视图;
图6 为有两以上级位的液体分配器的另一实施例的剖视图。
图1 示出使用一个气液接触塔12的本发明的气液接触塔系统，有一个横过塔12的预分配装置，例如一个计量箱14，其具有主进液口16，用以将液体引入计量箱。号18表示本发明的若干液体分配器，其在紧靠计量箱14的下方大致平行排列，从而将从进口16引入计量箱14的液体引入各分配器18，以将液体散布在气液塔12中的液体分配器18下方的填充材料20的顶部上。
图2 为用薄钢板材制作的图中所示的液体分配器系统中的液体分配器18的剖视图，具有基本直立的互有间距的平行壁22，和一个集液槽底部24，容纳经常流动的液体，在中间槽的一个侧壁上有梯级26，高度为H1，梯级上冲出若干孔32，孔32周围有大致圆形的凹区，在槽的另一相对侧壁上有较低的梯级28，上面冲有若干孔，孔周围有大致圆形凹区，梯级28距集液槽34底的高度为H2。例如，在图2中，H1在8至10英寸范围内，H2在5至7英寸范围内，孔间距2至3英寸，直径约1/4英寸，孔周冲压的圆形区的直径约1英寸。为作说明，图示液体分配器18中的液体34，其高度使液体可从孔32及30中流出。然而应认识到当液体高度低于H1时，向下流的液体仅从孔30中通过。将薄板材料沿一系列平行的弯折线弯折，形成梯级，集液槽的水平表面及垂直壁22，便很容易制成液体分配器18。于是仅需将图4较详示的板38在两端部焊接上，其制造简便，而设计标准化。
图3 为与图2相似的液体分配器剖视图，仅形式略有不同，并作举例，通过挤压陶瓷类材料制成，其具有两个不同的级位，如H1及H2所示。孔不用冲制，而将孔40及42在材料36上预成形或钻出。
图5 为V形金属液体分配器的示意图，用薄板材料弯成V形，每端有端板形成简单的槽形装置，液体分配器44有下集液区46，和若干在一个侧壁上一个级位上基本排列成行的孔48，在另一侧壁的另一级位有排列成行的孔50，使槽中的液体52可根据分配器44中的液体的高度，从一个或两个级位上溢流。这种简化的V形槽分配器制作方便，制作过程包括将金属薄板弯折，在弯折前后，一般在弯折前，沿全部薄板材料按需要冲出间距均匀、排列成行的孔，然后将端板焊上。如有需要，V形分配器44的上壁段可制成大致平行的壁段，以减少对塔中上升的气体的限制。
图6 为本发明液体分配器另一实施例的图示，举例而言，用板材制作，液体分配器56包括一个横跨部分60，在其两侧有高度大致相同的两个梯级58，其带上有若干孔以排出下流的液体，还有两个不同高度的梯级62及64分别位于两侧，如图所示，使用的液体66从两等高梯级58及低高度梯级62排出，而不从高处的紧急梯级64排出。与图2及5中的分配器相似，这种分配器通过将板材弯折、再固定端板，制作起来很方便。
图示诸如两级型的多级液体分配器，当然可用其他材料制造，诸如塑料，纤维增强塑料或在处理腐蚀性气液时特别使用石墨材料。例如，在使用腐蚀类材料的气液塔作业中，例如上升的是囟类气体，诸如氯气，下降的是含囟液体，诸如液态氯和囟代烃，诸如四氯化碳，则使用中间槽两侧有梯级的石墨型液体分配器，分配器通过在石墨块中铣削形成梯级，再钻出需要的孔。
因此，本发明的液体分配器设置了一个集液槽或沉积槽，按需要收集残液或其他泥状物质，分配器有多级位的孔。为避免一个级位的孔堵塞，在多级中设不同级位的孔，使向下的折流增多而可减低槽的高度，即使需用单级时也如此，当第一级堵塞或倾向堵塞时，增加的级可再进行分配。液体分配器如图所示，制造方便迅速，降低成本及人力，可使设计标准化，周转加快。
权利要求
1.一种高效率槽形分配器，用于在气液接触塔中将向下流的液体在接触塔的一个横截面中基本均匀分配，并允许上升的气体通过，该槽形分配器包括a)一种槽形液体分配装置有敞口顶部，用于引入一种液体，有至少一对基本直立的壁和一个底部，形成一个槽，以容纳向下流动并将在气液接触塔中被分配的液体；b)液体分配装置有若干孔，使下流的液体可通过槽形分配装置向下流；c)该孔布置在离槽形分配装置底部有不同高度的至少两个级位上，该孔的尺寸，数目，和该级位的高度经选择，以控制液体转折下流和气液接触塔的液体流量。
2.如权利要求1所述的分配器，其特征在于槽形分配装置包括一个基本V形的槽形分配装置。
3.如权利要求1所述的分配器，其特征在于分配器包括一个基本矩形截面的槽，其具有矩形底部以容纳一种液体，槽内有至少两个梯级，该孔布置在槽中多梯级的限定级位上。
4.如权利要求3所述的分配器，其特征在于槽形分配装置中的梯级处在槽形分配装置的一侧及另侧上。
5.如权利要求1所述的分配器，其特征在于该孔沿槽形分配装置的基本全部长度大致水平地均匀分布，孔的间距约为1/2至4英寸。
6.如权利要求1所述的分配器，其特征在于该孔的直径尺寸在约1/16英寸至约1英寸之间变化。
7.如权利要求1所述的分配器，其特征在于级位离槽形分配装置下段的底部的高度，在约1至12英寸范围内。
8.如权利要求1所述的分配器，其特征在于分配器下部有若干孔，使槽的下部容纳的液体可向下流。
9.如权利要求3所述的分配器，其特征在于全部该孔位于槽形分配装置的梯级上，在槽形分配器装置的垂直矩形壁上没有孔。
10.如权利要求1所述的分配器，其特征在于该孔为圆孔，围绕每一该孔有一个小的凹陷区。
11.一种气液接触塔包括若干权利要求1所述的分配器。
12.一种高效率梯级型槽形分配器，用于在气液接触塔中，将向下流的液体，在接触塔的基本上全部截面中基本均匀分配，并允许上流的气体通过，槽形分配器包括a)一种槽形液体分配装置包括一个有敞口顶部的槽，至少第一对及第二对大致平行，互相间隔开的直立壁，一般有至少两个水平梯级与其中一些侧壁相连，形成槽形分配装置中的至少两个梯级，一个底部与至少两个侧壁连接，形成底部集液槽以容纳液体;b)梯级上有若干孔，使槽中在梯级高度以上的液体向下流，该孔的数目及尺寸和梯级的高度经选择，控制转折下流的液体，及气液塔中的液体流量。
13.如权利要求12所述的分配器，其特征在于槽形分配器装置中的梯级的高度基本相等并设在底部集液槽部分的两侧上。
14.如权利要求12所述的分配器，其特征在于槽形分配装置的梯级的宽度大致相等，梯级处在底部集液槽部分的两侧上，梯级位于离底部不同的高度上。
15.如权利要求12所述的分配器，其特征在于该孔为圆形，由大致圆形的小冲压凹区围绕。
16.如权利要求13所述的分配器，其特征在于该孔的直径在约1/16至1英寸范内，槽形分配装置中梯级的高度，在离底部下端约1至12英寸高度范围内。
17.一种气流接触塔，其中包括若干权利要求12所述的高效率梯级分配器。
18.将气流接触塔中向下流的液体分配的一种方法，使气体可在该气液塔中上升，方法中包括下列步骤a)将向下流的液体引入气液塔中的一个液体分配器;b)将液体从液体分配器的孔中排出，改进之处在于将液体用一个或多个分配器的每一分配器的若干孔分配，孔位于离分配器底部不同高度的至少两个级位上，该孔的尺寸及数目，和孔的高度及级位经选择，以控制液体的转折下流，及气液接触塔中液体的流量。
19.如权利要求18所述的方法，包括使用具有容纳液体的，在中间底部集液槽部两侧上有阶梯部分的多梯级分配器，方法包括将若干该孔布置在离液体分配器底部有不同高度的梯级上，根据液面的高度和液体在分配器中的向下流动的状况使液体通过一个或多个梯级流动。
20.如权利要求18所述的方法，包括在分配器底部集液槽部布置若干孔，使液体通过该孔从底部集液槽部流出。
21.制造用于气液接触塔的多级位分配器的方法，方法包括步骤如下;a)将板材沿六条基本平行的线弯折，形成一种多梯级槽形分配器，分配器有一个下液集槽部，和至少两个离集液槽部底部有不同的高度的梯级;b)将端板与弯折后板材的端部固定在一起，形成一个封闭的槽形分配器以容纳下流的液体;c)在梯级上布置若干孔，孔的数目及尺寸，和梯级的高度经选择，控制液体的转折下流和气液接触塔中液体的流量。
22.如权利要求21所述的方法，其包括在基本水平的梯级上冲制该若干孔以形由一个基本圆形的冲压凹区围绕的基本圆形的孔。
23.如权利要求22所述的方法，包括将板材弯折，形成中间底部集液槽部两侧上的梯级，将基本矩形的板在弯折后的板材的两端上焊接固定，形成封闭的槽形分配器。
全文摘要
将气液分配塔中下流的液体进行分配，并允许塔中气体上升的多级分配器及分配方法。分配器包括一个槽形分配器，其具有若干孔，孔布置在离槽形分配器底部有不同高度的至少两个级位上，孔的数目及尺寸和高度的布置使得在气液塔中可控制液体的转折下流和液体在气液塔中向下流动的流量。
文档编号B01D3/32GK1057209SQ9110132
公开日1991年12月25日 申请日期1991年2月28日 优先权日1990年3月1日
发明者伯纳多·Y·卢斯罗, 格雷戈里·A·卡尔, 菲利普·J·赫尔曼, 尼尔·约曼 申请人:苏舍兄弟有限公司