专利名称：用于并流接触设备的改进的接触级的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于执行诸如分馏或其它传质和/或传热操作中的气液接触的设备的接触级。本发明更具体地涉及这种接触级的结构的改进以获得更好的结构整体性和容易安装。
背景技术：
气液接触装置例如分馏塔盘和填料被用于执行特别是在石油和石化工业内的各种分离。例如，分馏塔盘用于将碳氢化合物分离为具有类似的相对挥发性或沸点的分馏物。 这些分馏物包括石油精炼和石化加工的原油提炼产品，例如石脑油、柴油、LPG和聚合物。在某些情况下，塔盘被用于从相同化学或功能种类的其它化合物分离特定化合物，例如乙醇、 乙醚、烷基芳香烃、单体、溶剂、无机化合物等。塔盘还用于气体处理和吸收性分离操作。已开发具有不同优缺点各种塔盘和其它接触装置。分馏塔盘和填料是用于例如上述应用中的蒸馏设备中的常规气液接触装置的主流形式。在塔盘的情形中，根据分离的容易程度(相对挥发性差异)和期望的产品纯度，典型的分馏塔将利用10到250个这些接触装置。塔内每个塔盘的结构常常相似，但是，还已知该结构可在竖直相邻的塔盘上不同(例如，交替)。塔盘被水平地安装，通常相邻塔盘之间相距均勻竖直距离(被称为塔的塔盘间距间隔)安装。但是，此距离可在分馏塔的不同区段内改变。塔盘常常由焊接在塔壁的内表面上的环支承。分馏通常已在具有总的向下的流体流和向上的蒸气流的交叉流或对流接触装置内实施。在该设备中的某一部位，气相和液相接触以允许气相和液相交换成分并实现或尽可能接近地达到彼此气_液平衡。蒸气和液体然后被分离，沿它们相应的方向移动，并在不同级以另一数量的合适流体再次接触。在许多传统气液接触装置中，蒸气和液体在每一级以交叉流动布置形式接触。一种替换的设备与传统多级接触系统的不同之处在于，虽然该设备中的总流动持续为逆流，但是液相与气相之间的实际接触的每一级至少部分在并流传质区内执行。在使用传统塔盘的分馏过程中，在塔的底部生成的蒸气经在塔盘的塔板区域 (decking area)上散步的大量小孔上升，该塔板区域支承一定量的液体。蒸气通过液体生成被称为泡沫的气泡层。泡沫的大表面积有助于在塔盘上在气相和液相之间建立组分均衡。泡沫然后可分离成蒸气和液体。在气液接触期间，蒸气在向上通过每一塔盘时向液体损失较不易挥发的物质从而变得稍微较易挥发。同时，在液体从塔盘到塔盘向下移动时液体内的较不易挥发的化合物的浓度增加。液体从泡沫中分离出来并向下朝下一较低的塔盘移动。此持续的泡沫形成和气液分离在每个塔盘上执行。因此，气液接触装置执行两种功能使上升的蒸气与液体接触，然后允许两相分离并沿不同方向流动。当在不同的塔盘上执行该步骤适当次数之后，能够实现多个平衡分离级，从而引起化合物基于它们的相对挥发性的有效分离。由于希望改进这种分离，已经开发出多种不同类型的包括填料和塔盘的气液接触装置。不同装置往往具有不同的优点。例如，多降液管塔盘具有高蒸气和液体容量，并且能够在很大范围的操作速率上有效地起作用。结构化的填料往往具有低压降，这使得其可用于低压或真空操作。穿孔塔板是有效的接触装置，但会导致塔内的高压降，尤其是当用于较小的塔板面积时，即使相对开口面积大。用于评估任何气液接触装置的性能的两个重要参数是容量和效率。但是，如果气液接触设备中发生液体或蒸气分配不均，则这两个参数都可能受影响。液体或蒸气的分配不均往往从一级蔓延到下一级，从而整体降低设备的性能和效率。
已知气液接触装置的特定示例包括例如US 6，682，633中记载的用于水平分层安放的多个结构单元中的蒸气和液体的并流接触的气液接触装置。US 5，837，10和相关的US 6，059，934公开了一种具有跨越塔盘散布的多个并流接触区段的分馏塔盘。US 7，424，999中记载了结合有这些装置的其它装置和设备，其解决了上述问题和其它事项，在此通过引用并入。这些装置是水平级内的接触模块并且不同于传统塔盘类结构。一个级的模块旋转成相对于下一级、上一级或两者的模块不平行。所述接触模块至少包括共同限定接触体积——即并流流动通道——的液体分配器(或降液管)和气液分离器 (或除雾器)。上升的蒸气进入该接触体积并夹带从液体分配器排放的液体。上升的蒸气和被夹带的液体在接触体积中被并流地带到除雾器，该除雾器分隔或分离蒸气和液体使得这些流在接触之后能够分别向上和向下单独地流动。离开除雾器的液体流到接收盘上，然后被向下引导通过一导管。与单个接收盘相关的各个导管将液体引入下接触级的单独的降液管。离开除雾器的蒸气流到在接收盘上方的流体传送体积，然后流入上接触级的接触体积。因此，它们之间的除雾器和降液管配合而形成给定接触级的一个或更多个并流接触模块。这些除雾器和降液管是跨越气液接触设备的特定截面(常常为圆形)的部分延伸的大体细长形结构。对于给定的接触级，并流接触模块连同分隔这些模块的接收盘一起通常被布置成覆盖整个截面。因此，这些接触级的制造涉及与安装的容易程度、零件的标准化结构和足以避免在使用期间在变化的温度和压力下零件之间的运动和/或分离的结构整体性相关的许多事项。一直在寻求对诸如这些的接触级、尤其是对它们的制造和安装的改进。
发明内容
本发明与改进的接触级的发现相关，所述接触级包括用于执行气液接触的一个或更多个单独的并流接触模块。特别感兴趣的并流接触模块是这样的一即，其中(i)离开从上一级的接收盘的导管接收液体的降液管的、向下流动的液体和(ii)离开下一级的除雾器出口的向上流动的蒸气两者均被排放到并流流动通道中。因此，本发明适用于带有用于将液体从一级传送到下一下级而不降低液体处理能力的不平行级和结构的并流气液接触装置。这种装置可有效利用用于流体流动和接触的塔空间以便实现高性能、高效率和低压降。使用一个或更多个结构增强件、优选增强件的组合来改善这种接触级的制造，以实现各种零件之间显著提高的刚性并从而避免这些零件的运动/分离。这降低了流体跨越接触级泄漏和蒸气和/或液体因此绕开接触级的可能性，所述泄漏最终会降低给定并流接触设备设计实现 的气液分离效率。本发明的特定方面涉及安装和/或固定接触级的零件一包括除雾器、降液管和接收盘一的方式。如本文所述的接触级的安装和因此获得的结构整体性的显著益处可通过联合工作的多个结构增强件来实现。因此，本发明的方面涉及用于分馏塔和其它气液接触过程中的高性能和高效并流气液接触设备。这种设备通常包括多个接触级，每个接触级都包括多个零件或元件，所述零件或元件必须被制造成使得它们可被安装在有限的空间中，例如接触设备的圆柱形容器中，并以覆盖该容器的截面的可靠方式安装。因此，本发明宽泛地针对用于并流接触设备的改进的接触级，其中降液管、除雾器和接收盘以最小化或防止旁通或蒸气和/或液体跨接触级通过而不在这两相之间接触的密封或大致密封的方式被固定。根据一个实施例，本发明针对一种用于执行并流气液接触的设备的接触级。该接触级包括一对除雾器排，所述除雾器排被间隔开并包括多个单独的除雾器单元，所述除雾器单元具有在除雾器单元的顶部表面上方延伸的连接凸缘。该接触级还包括在间隔开的除雾器排的交替侧上的一对接收盘，每个除雾器排的与共用的降液管延伸穿过其中的空间相邻的一侧相对的一侧上带有一个接收盘。降液管在间隔开的除雾器排之间延伸并与除雾器单元的入口表面限定一对并流流动通道，每个流动通道都位于降液管的相对侧上。降液管的出口通常居中地定位在两个并流流动通道之间和/或与两个并流流动通道流体连通。在一典型的实施例中，(所述一对除雾器排中的)同一除雾器排的所有除雾器单元都具有在(所述一对接收盘中的)同一接收盘上方的出口表面。类似地，同一除雾器排的所有除雾器单元的入口表面都可与同一并流流动通道流体连通。这样，降液管、除雾器排和限定在它们之间的并流流动通道提供了给定接触级的并流接触模块。一般而言，本文所述的气液接触设备将采用多个接触级，每个接触级都具有多个并流接触模块，所述并流接触模块常常在给定接触级上平行布置(即，各对除雾器排和这些排之间的并流流动通道平行延伸)。中心接收盘在相邻模块的除雾器排之间常常与其平行地延伸，而终端接收盘在给定接触器的除雾器排与容器外壳或壁之间延伸。因此，典型的接触级包括至少一个接触模块(例如，1、2、3、4、5、6、7、8、9或10个模
块)，每个接触模块都具有与两个除雾器相关的降液管。典型的接触级具有与接收盘平行、 交替布置的模块，其中一级中的接收盘的数量通常将由于终端接收盘安放在每个接触级的两端上而比降液管的数量多一个。除雾器排的单独的除雾器单元有利地分别在顶部区段和底部区段处被固定于邻近该除雾器排的降液管和接收盘上。根据一个实施例，使用角形连接件(connecting angle)将每个除雾器单元的顶部区段固定于连接凸缘处。例如，角形连接件可通过在连接凸缘的上部及降液管壁的邻近连接凸缘的上区段上延伸或笼罩并覆盖它们而提供除雾器单元的顶部区段的可靠连接。在一个典型的实施例中，可使用多个紧固件，这些紧固件延伸穿过除雾器单元的这些连接凸缘和相邻的降液管壁区段两者，以及角形连接件的相对侧， 紧固件的端部被固定于所述相对侧上。例如，紧固件可被焊接或压接。在使用压接紧固件的特定实施例中，紧固件可延伸穿过角形连接件的相对侧中的对准的、L形的开口，以及设置在这些相对侧之间的上连接凸缘部分和相邻的降液管壁区段。因此，除雾器单元的连接凸缘用于在它们的顶部区段处将它们固定于降液管的壁区段上，其中同一除雾器排的除雾器单元被固定于降液管的同一壁上。常常，由于并流流动通道的几何形状，除雾器单元和/或限定并流流动通道的降液管壁相对于竖直方向稍微成角度。而且，除雾器单元的角度常常不与降液管的角度对准。因此，除雾器单元的连接凸缘优选具有充分的柔性以与它们固定于其上的降液管壁对准(即，以与其相同的角度延伸) 地弯曲。因此，连接凸缘的该对准角度通常将在它们与除雾器单元的入口表面之间形成角度(即，不是线性180°角)。根据一个典型的实施例，连接凸缘从覆盖除雾器单元的顶部表面的顶板向上弯曲。与除雾器单元的入口表面和出口表面不一样，这些顶部表面一般不允许液体或蒸气通过，并且覆盖这些顶部表面的板因此通常是未穿孔的。本发明的进一步的方面涉及以如上关于顶部区段所述减少或消除蒸气和/或液体在其经过接触级时的旁通的方式固定除雾器单元的底部区段。安装除雾器单元的一种方式包括首先将除雾器单元的底部区段安放在匹配或兼容的区段如支承轨道中。但是，在其它实施例中，在除雾器单元的底部表面下方延伸的角形支承件(support angle)允许甚至在没有支承轨道的情况下也牢固地安装它们，使得支承轨道变成一个任选的特征件。这种情况下，角形支承件搁置在接收盘的竖直延伸的唇缘上。根据一个示例性的安装步骤，一旦除雾器单元的具有例如角形支承件的底部区段就位，它便可绕通过除雾器单元的底角部的固定轴线枢转或旋转通过较小的角度(例如， 从10°到65° )。在其安装期间，除雾器单元因此可初始例如竖直或大致竖直定位或定向， 然后枢转到其最终非竖直设计定向，使得顶部区段和连接凸缘邻接降液管壁的对应区段， 如上所述。有利地，可使用在除雾器单元的底部表面下方延伸的角形支承件来方便安装，如上所述。支承轨道或角形支承件允许在安装期间实现期望的枢转，并且根据一个优选实施例，形成除雾器单元与接收盘之间、一般在除雾器单元的底部区段处的接收盘唇缘与支承装置(例如，支承轨道或角形支承件)之间形成机械密封。优选地，在除雾器单元枢转到它们最终、非竖直的设计定向之后，随后使用如上所述的角形连接件在它们的顶部区段处固定它们。本发明的另外的方面涉及改进除雾器排的单独的除雾器单元之间的连接以进一步稳定这些构件并提供牢固和易于组装的接触级。根据一个典型的实施例，使用互相连接、 邻接的侧板来固定除雾器排的相邻除雾器。例如，除雾器排中的每个相邻除雾器的两个侧板可分别为“公”和“母”互连侧板，其中公互连侧板的延伸部嵌合在互补的母侧板的囊部中或与其配合。除雾器排的两个或更多个除雾器单元可在安装和附接到接收盘和降液管上之前通过它们的互连侧板组装。除雾器排的两个最终或端部除雾器单元可具有两个公侧板，其中的一个与相邻的除雾器单元的相邻、邻接的母侧板互补，而其中的另一个在降液管的一端与母囊部互补。因此，降液管可具有带接头(例如除雾器 单元的侧板的母接头)的相对侧端部，用于将除雾器单元的侧板固定于除雾器排的每一端。因此，在这些侧端部处的母囊部可与这些除雾器单元的公互连侧板互相连接。本发明的更多实施例针对用于执行并流气液接触的设备，包括如上所述的接触级，且优选地多个这种级。在多级的情况下，给定接触级的每个单独的接收盘可具有一个或更多个导管，其中一个接收盘的每个导管都与下一级的单独降液管流体连通。接触级和下一接触级通常不平行地布置/排列。本发明的其它实施例针对用于执行并流气液接触的设备，该设备具有包括至少一个降液管的接触级，所述降液管具有紧邻至少一个并流流动通道的出口。该接触级还包括至少一个除雾器排，所述除雾器排包括多个除雾器单元，其中每个除雾器单元都具有(i) 紧邻所述并流流动通道的入口表面和在接收盘上方的出口表面，以及(ii)在除雾器单元的顶部表面上方延伸的连接凸缘。该接触级还具有至少一个导管，所述导管具有与接收盘流体连通的上端以及下端。每个导管的下端都与下一级的单独降液管流体连通。该气液接触设备的接触级相对于设备的下一级旋转。通常，该接触级具有至少两个除雾器排，其中降液管间隔设置在这些排之间以提供接触级的并流接触模块所述接触级可具有任何单独或相结合的上述结构元件，其提高了它们的整体性和性能。特定结构增强件目的在于提供除雾器单元的顶部区段与降液管的相邻壁区段、除雾器单元的底部区段与接收盘之间的相应的可靠附接。对于顶部区段，这些附接包括使用角形连接件，所述角形连接件在除雾器单元的连接凸缘的上部和降液管的相邻壁区段上方延伸并覆盖它们。对于底部区段，这些附接包括使用角形支承件，所述角形支承件在除雾器单元的底部表面下方延伸。可单独或与这些结构元件相结合地使用的其它结构元件包括上述那些，它们可通过邻接、互相连接的侧板连接相邻的除雾器单元并且可将除雾器排的端部与降液管的相对侧端部连接。本发明的更多实施例针对用于接触蒸气流和液体流的方法。所述方法包括使所述流经过上述设备的并流流动通道。与本发明有关的这些和其它实施例从以下详细描述显而易见。
图1是包括带有接触模块的接触级的典型设备的截面示意图。图2是典型的单独接触模块的截面示意图。图3是单独接触级的俯视图。图4A是用于将除雾器单元的顶部区段固定于降液管壁上的角形连接件的正视图。图4B是图4A的角形连接件的端视图。图4C是除雾器单元的正视图，显示了其入口表面和在顶部表面上方延伸的连接凸缘，其中该连接凸缘在其上部中具有L形开口，紧固件可延伸穿过所述开口。图4D是与图4C所示的除雾器单元的连接凸缘相邻的壁区段中具有L形开口的降液管的正视图，其中所述L形开口被对准。图4E是在其间固定有除雾器单元的连接凸缘的上部与降液管的相邻壁区段的、 图4A的角形连接件的端视图。图5A是用于除雾器单元的角形支承件的端视图。图5B是除雾器单元的侧视图，该除雾器单元具有在其底部表面下方延伸的角形支承件和在其顶部表面上方延伸的连接凸缘。图6A是两个除雾器单元和它们的互连侧板的正视图。图6B是图6A的除雾器单元的俯视图，示出了它们相邻、邻接的公、母互连侧板。图6C是用于在除雾器排的端部与除雾器单元互相连接的降液管的母囊部的俯视图。(#105需指向46和48A的连接)附图中始终使用相同的参考标号来图示相同或类似的特征。应将附图理解为提供了本发明和/或所包括的原理的图示。正如对于具有本公开的知识的本领域技术人员来说显而易见的，根据本发明的各种其它实施例，设备和它们相关的带有除雾器排、降液管、接收盘和接头的接触级将具有部分由它们的专门用途决定的构型和构件。
具体实施例方式
图1示出根据本发明的并流气液接触设备，该设备包括在容器10内的级。容器10 可例如是蒸馏塔、吸收器、直接接触式热交换器或其它用于实施气液接触的容器。容器10 包括接触级12和任选的收集器/分布器。分馏塔或蒸馏塔通常包含从10到250或更多个接触级12。这些级的接触模块20的设计可遍及该塔基本一致，但其也可变化，例如以适应塔的不同部分中的流体流速的改变。为了简单起见，图1中仅示出了三个接触级，即上接触级12A、中间接触级12B和下接触级12C。应理解，诸如蒸馏塔的设备可包含几个区段，其中每个区段都具有多个接触级。而且，区段之间和/或区段内可存在多个流体输送引入装置和/或流体产品回收装置。用于蒸馏的常规接触装置(例如，塔盘和/或填料)可在设备的相同和/或不同区段内(例如， 上方和/或下方)混合，如本文所述的具有接触级的区段。容器10包括通常具有筒形截面的外壳11。根据图1，每个接触级12都相对于直接的上级和下级旋转90°，从而沿垂直于紧上部和紧下部的级的方向分配液体以减少液体分布不均。在其它实施例中，竖直相邻的接触级可被定向为旋转不同的旋转角度，所述旋转角度在每一级可相同或不同。每个接触级 12都包括多个接触模块20和接收盘26。接触模块20均包括一对除雾器排24，降液管22 在它们之间延伸。由于图1所示的三个接触级的垂直性质，示出了上接触级12A的五对典型的除雾器排24的端视图。因此，在中间接触级12B中，长形除雾器排24从容器10的外壳的一侧到另一侧平行于长形降液管22延伸。下接触级12C中的除雾器排24和降液管22 的定向与上接触级12A中相同。图2示出了单独的接触模块20的放大和更详细的视图，其示出位于一对气液分离器或除雾器排24之间的液体分布器或降液管22。降液管22和除雾器排24配合以限定并流流体接触体积或并流流动通道56。除接触模块20以外，每个接触级还包括多个接收盘 26，其中每个接收盘26都具有多个导管28。通向降液管22的入口 32构造成与紧上部接触级的接收盘的导管28接合。因此，图2示出各个构件——即除雾器排24和降液管22—— 之间用于形成并流流动通道56的配合。图2还示出除雾器排24之间的附接，以及用于形成除雾器排24的每个单独的除雾器单元40与降液管22和接收盘26两者的附接。每个除雾器单元的顶部区段例如顶角部70可在相邻的壁区段72处被固定于降液管壁30上。在除雾器排24的每个除雾器单元 40的顶部表面45上方延伸的连接凸缘74可用于此附接。在图2所示的实施例中，通过向上并与降液管22的相邻的壁区段72对准地弯曲未穿孔顶板——其一部分形成顶部表面 45——而提供连接凸缘74。由于除雾器排24的除雾器单元40(也叫做“分离器盒”)成不同于降液管壁30的角度，因此对准的连接凸缘74相对于作为除雾器单元40的入口表面的穿孔的入口板42成一定角度延伸。穿孔板42允许经并流流动通道56上升的蒸气和被夹带的液体进入除雾器单元40。分离的蒸气和液体主要通过穿孔出口板离开除雾器单元40，所述出口板形成出口表面44A而且还可形成除雾器单元40的底部表面44B。离开的液体然后排入接收盘26和通向紧下部接触级的降液管的连接导管28，而离开的蒸气上升到紧上部接触级的并流流动通道中。 如图2所示，角形连接件75在除雾器单元的顶部区段70处将每个除雾器单元固定于降液管30上。特别地，角形连接件75在所有连接凸缘74或其上部以及降液管30的相邻壁区段72上方延伸并覆盖它们。单独的角形连接件75可单独固定每个除雾器单元。 或者，角形连接件75可采用不同长度制造以固定多个除雾器单元或甚至整个除雾器排。一致、预定长度的角形连接件的使用具备巩固设计的优点。图4A示出呈长形金属带条形式的典型角形连接件75的侧视图，所述金属带条具有紧固件可插入到其中的孔85。图4B中的角形连接件75的端视图显示了 U形截面，如以上参照图2所述，该U形截面覆盖在除雾器单元40的连接凸缘74上并将连接凸缘74夹固到其相邻的降液管30上。用于提供这种与除雾器单元的连接的示例性装置在图4C中示出，图4C是单独的除雾器单元的正视图，显示了其作为入口表面42的穿孔入口板及在顶部表面45上方延伸的连接凸缘74，其中连接凸缘74在其上部中具有L形开口 87，紧固件可延伸穿过所述开口 87。图4D是具有L形开口 87'的降液管30的正视图，所述开口 87'与相关的除雾器单元的连接凸缘中的L形开口 87对准。如图4D所示，这些L形开口 87'位于降液管30的相邻壁区段72中，所述降液管 30通过这些开口 87'固定于除雾器单元上。图4E也是图4A的角形连接件的端视图。但是，除雾器单元40的连接凸缘74的上部和降液管的壁30的相邻区段72被显示为设置和固定于角形连接件75的相对侧之间 (对每个除雾器单元使用一个或更多个紧固件89)。这些紧固件89可被焊接或压接，后一类型包括例如PEM 自扣紧固件(Penn Engineering，Danboro，PA，USA)。在这种紧固件延伸穿过连接凸缘74的上部中的对准、L形的开口 87和降液管的相邻壁区段72的情况下，紧固件89可被送入这些开口或狭槽并移动至其远端。在该位置，拉紧的紧固件所施加的压力可在除雾器单元的顶部区段70处提供密封，维持除雾器单元与降液管之间的刚性(例如， 防止零件滑动)并帮助支承除雾器单元的重量。单独或与将除雾器排24的每个除雾器单元40的顶部区段70固定于降液管22的同一相邻壁区段72上相结合地，同一除雾器排中的每个除雾器单元的底部区段同样可被固定于同一相邻的接收盘上。图2示出接收盘26的与底部区段——例如由竖直延伸的唇缘95支承的底角部97——配合的竖直延伸的唇缘95。可使用诸如除雾器支承轨道的附加元件来引导被插入其中的角形支承件91，但对于角形支承件91通常不需要这种支承轨道， 其有利地对除雾器单元的底部边缘提供了充分的结构支承。然后，当顶部区段70被固定于降液管22的相邻壁区段72上时提供了附加支承。图5A示出典型的角形支承件91的放大视图，所述角形支承件91允许单独的除雾器单元在安装期间抵靠接收盘26的竖直延伸的唇缘95的初始定位。在这种初始定位—— 其中除雾器单元可被竖直地定向以使直端93与竖直延伸的唇缘95接合——之后，角形支承件91也有利地允许除雾器单元从该竖直定向枢转至非竖直设计定向——其中在除雾器单元的顶部表面上方延伸的连接凸缘如上所述与相邻的降液管壁区段对准并固定于其上。 除雾器单元以此方式绕角形支承件91的枢转可在该角形支承件与接收盘的竖直延伸的唇缘之间形成机械密封，从而防止接触级的蒸气和/或液体的旁通或泄漏并提高容器执行例如蒸馏的效率。因此，图5A中的典型的角形支承件包括直端93，该直端93通常远离除雾器单元的入口表面；以及弯端96，该弯端96通常接近该入口表面并且可用作与除雾器单元的底部区段的附接点。如图5A所示，该弯端96的第一内部98与直端93成较小的角度200，例如从0°到30°，常常为从5°到15°。该弯端96的第二外部99与直端93成较大的角度300，以允许绕接收盘适当枢转并与接收盘形成机械密封，且特别是在其竖直延伸的唇缘处。图5B示出了例如通过焊接来将角形支承件91附接到一排除雾器的除雾 器单元40的底部区段97上。角形支承件91在常常由用于除雾器单元40的出口表面44A的穿孔板的延伸部形成的底部表面44B下方延伸。用于出口表面44A和底部表面44B的穿孔板中的开口可以是也可以不是相同类型的开口。例如，底部表面44B中的开口设计成允许离开、释放的液体的排泄。在正常操作中，该液体在其进入除雾器单元40的作为入口表面的穿孔入口板42时与夹带该液体的蒸气流分离。因此，角形支承件91允许除雾器单元易于初始安放到接收盘的竖直延伸的唇缘上。角形支承件91借助于较小的角度200和较大的角度300 充分开启，以允许除雾器单元从竖直位置枢转或旋转至其最终设计位置。在一个特别的实施例中，该最终设计位置有利地卡住(wedge)竖直延伸的接收盘唇缘和角形支承件以形成机械密封。使除雾器单元枢转的能力还有利于例如使用如以下更详细地说明的公、母互连侧板在相邻、邻接的侧板之间形成连接。图5B中示出的典型的除雾器单元还被显示为带有在顶部表面45上方延伸的连接凸缘74。如上所述，连接凸缘74可由覆盖顶部表面的未穿孔顶板的一部分的延伸部形成。如图2中也示出的，降液管22具有在上部中的入口 32和在下部中的具有一个或更多个出口开孔的出口 34。两个倾斜的降液管壁30使降液管22沿向下的方向逐渐变细。 大致V形的降液管22的在出口 34附近的底部可以如图2所示是尖的、弯曲的或平坦的。具有各种不同形状如阶梯状或倾斜阶梯状的降液管的替换实施例是可能的。在进一步的实施例中，降液管的截面形状可为矩形(例如，正方形)，或者它可以是弯曲的、不规则的或以其它方式构造成限定期望的并流流动通道和用于向其输送液体的几何形状。如所示的，V形的降液管提供一下组合在每个级12的下部中除雾器24与降液管壁30之间的大的接触体积和在上部中用于容纳扩大的导管28和增加液体处理能力的大的降液管入口 32。降液管出口 34 —般具有在降液管22的底部附近布置成一排或更多排的多个狭槽、穿孔或其它类型的开口。降液管开口可位于壁30和/或降液管的底部中。在操作中， 降液管22中的液位可提供密封以防止上升的蒸气经出口 34进入降液管。降液管出口 34 的开口优选沿着降液管22的长度分布，并且它们可被布置成使得所述开口的尺寸或数量变化，或在降液管22的在下级降液管上方的部分内不存在开口，以助于防止液体从一个降液管直接流入下级降液管。图3示出两个相邻级(下级和上级)的俯视图，其中未示出除雾器排以便更清楚地显示接收盘26、导管28和降液管22的布置。在每一级，接收盘26基本平行并且横跨设备或容器的横截面区域间隔开。接触模块20的降液管22位于同一接触级的每对相邻的接收盘26之间，这导致接收盘26和模块20形成交替模式。在每一级的降液管22和接收盘 26可被支承环(未示出)支承，该支承环例如通过焊接或其它传统方法固定于容器壁或外壳11的内表面上。降液管22和它们相关的接收盘26可螺栓连接、夹接或以其它方式固定于支承环上，以在操作期间将它们维持在期望位置或塔高度并防止跨越各级的、在期望的接触区域外部的流体泄漏。 位于两个接触模块之间的接收盘以及位于一个模块与容器外壳或外壁之间的接收盘分别被称为中心和终端接收盘。因此，中心接收盘被两个相邻的接触模块共用。在另一实施例(未示出)中，每个接触模块并入有一对接收盘。当这种模块布置成跨越该级基本平行地对准时，所述模块相邻使得每对相邻的降液管之间存在两个接收盘。任选地，在两个相邻的接触模块20之间包括竖直挡板21 (图1)以便拦截从除雾器24散发的蒸气，并且一般而言，使出现的流体在接收盘26上方的流体传送体积58内相互干扰的倾向性降低。竖直挡板21可位于相邻接触模块20的除雾器24之间并且基本与其平行。与接触级相关的其它结构特征包括用于固定除雾器排的相邻除雾器单元的互连侧板。除雾器排一般大致沿着在任一侧上成排的相邻降液管的长度延伸。图6A(正视图) 和图6B(俯视图)示出了除雾器排的两个相邻除雾器单元如何使用互相连接、邻接的侧板进一步改善接触级的结构。特别地，除雾器单元40均具有公互连侧板46和母互连侧板48 以提供可靠的连接并帮助密封单独的除雾器单元之间的接合部并从而基本防止流体通过这些接合部泄漏。提供除雾器单元的互连侧板的另外的方式包括使用适当的紧固件，例如螺栓、夹片、销、夹具或带子。焊接也是可行的。在一个特别的实施例中，在除雾器排的每个相对端的除雾器单元可具有终端侧板，即，未与相邻除雾器单元的侧板互相连接，而是与降液管的相对端互相连接。因此，降液管本身在相对侧端可具有用于固定除雾器排的这些终端侧板的接头。例如，在一个实施例中，这些接头105可呈母端或囊部48A的形式，如图6C所示，其与在除雾器排的每一端的除雾器单元40的公互连侧板互相连接。因此，在每一端的这些除雾器单元均可具有带公接头的两个侧板，与具有带公接头的一个侧板和带母接头的另一个侧板的中间除雾器单元不一样。这允许在每个相对端的除雾器单元被固定到位，固定整个除雾器排相对于其相邻降液管的位置，并帮助在每一端密封除雾器排。根据特定实施例，在降液管的侧端处的至少一个 (可能两个)母囊部48A还可进行调节以允许设计公差。如图6A和6B所示，特别的凸片和凹片与狭槽互相连接可有利地提供除雾器排的迅速组装和拆卸。除雾器单元40的模块化构型允许制造者生产一种或少量标准大小的、待组装成长度变化的除雾器排的这些单元。这简化了除雾器单元的设计和结构，以及它们组装成除雾器排。根据设备的尺寸和可用的各种标准大小的除雾器单元，可能需要一些定制大小的除雾器单元以适合特别短的除雾器排或者匹配降液管的长度。由于除雾器单元比由单个单元形成的整排除雾器轻，因此模块化设计具有使得并流接触级的组装容易的进一步的优点。但是，根据一些实施例，单个除雾器单元也可用作完整的除雾器排。因此，使用除雾器排来从蒸气流分离液滴。一种示例是去雾器例如分离叶片型除雾器，其具有各种通道和百叶窗板，使得通过除雾器的流体流的方向必须发生几次改变，迫使被夹带的液滴撞击分离结构的部分并且向下流到除雾器的底部。用于除雾器(或气液分离装置)的示例性分离叶片结构是网垫或编织丝线。还可使用这些结构的组合。除雾器单元中的分离结构的设计中的多种可能的变化是可能的，重要的考虑因素是这些结构从流动的蒸气流分离被夹带的液体的效力。认为这种效力与流体流中导致液滴撞击固体表面的障碍物的数量有关。具有许多盲端的结构可引起形成相对静止的区域，也促进了液体分离。
如图2所示和以上所述，各种可选元件可与除雾器配合和/或并入除雾器单元40 以进一步提高整个接触级的性能和/或结构整体性。例如，示出作为入口表面的穿孔入口板42、作为出口表面的穿孔出口板44A和未穿孔的顶板，该顶板的一部分覆盖顶部表面45 且其另一部分形成连接凸缘74。因此，穿孔板是可与除雾器24配合的一种流动操纵装置 (flow manipulator) 0可用作用于除雾器24的入口表面42的流动操纵装置的其它非限制性的示例包括多孔金属板、多孔质固体、网垫、筛子、格栅、网、成型金属丝网和蜂窝状结构。 已经发现，流动操纵装置的相对开口面积影响除雾器24的分离效率以及压降。流动操纵装置的相对开口面积可在除雾器的不同侧和相同侧上变化，以优化除雾器24的分离效率和压降。在单个除雾器内可使用各种流动操纵装置。在其它实施例中，在除雾器的入口和出口表面的一些或任何一个上不使用流动操纵装置。除雾器单元可初始由五面盒制成，未穿孔顶板覆盖除雾器单元40的顶部表面45 并且还提供柔性延伸部作为用于与降液管的相邻壁区段的角铁对准的连接凸缘74。可具有如上所述的公接头和母接头的未穿孔侧板也可连同作为底部表面和出口表面的穿孔板或其它大致开口结构一起形成所述盒的侧面。在对所述五面盒填充分离叶片或其它去雾器结构之后，通过附接(例如，焊接)作为入口表面的穿孔入口板来完成除雾器单元的本体。作为入口表面42的穿孔入口板或其它流动操纵装置紧邻降液管22和接收盘 26 (或其竖直延伸的唇缘95)。作为出口表面44A的穿孔出口板沿着与穿孔入口表面42相对的除雾器侧的大部分延伸并还可能沿着除雾器单元40的底部表面44B延伸。未穿孔顶板45防止流体从顶部直接离开除雾器单元40并提高气液分离效率。在一个特定实施例中， 未穿孔顶板一一其一部分覆盖顶部表面45——在两侧具有弯曲条带，一个条带顺着降液管壁30以便作为连接凸缘74与该壁连接，而另一个条带顺着除雾器40的穿孔出口板44A以便与穿孔出口板44A连接。已经发现，从穿孔出口板44A的顶部向下延伸一定距离的未穿孔条带也提高了气液分离效率。条带通常延伸到覆盖除雾器出口的高度的约5%到30%， 且一般从10%到20%。多个导管28延伸穿过接收盘26到降液管入口 32内。如图3最清楚地示出的，延伸穿过特定接收盘26的每个导管28将液体引导到不同的下级降液管22内。如该典型的实施例中所示，导管28的顶部与接收盘26的水平表面50平齐，使得液体可从接收盘26无任何阻碍地自由流入导管28。在其它实施例中，导管可通过具有一唇缘而从接收盘悬垂，当通过该开口装配导管时该唇缘搁置在接收盘的平坦基部50上。导管还可安装在接收盘的下侧面上。可使用任何传统的连接导管和接收盘的方法，包括但不限于悬挂、螺栓连接、焊接和压配合。可使用垫圈和/或密封剂来防止在接收盘和导管之间发生泄漏。在其它实施例中，导管可至少部分地由接收盘的平坦基部的在形成开口时可被切除和折叠或者挤出的部分限定。此外，导管28的顶部口可被扩大并且如图2所示比降液管入口 32宽，以便增加液体处理能力并且降低导管入口处的堵塞倾向性。如图2所示，导管28的侧壁是倾斜的， 使得导管28装配在降液管22内并且留有间隙以便易于安装和蒸气排出。蒸气可与来自上一级的液流一起或通过降液管出口 34进入降液管22——当其开口中的一个或更多个没有被降液管22中液位完全密封时。如果降液管22中的蒸气没有被正确地从其入口 32排出，则其将被迫进入导管28，这会阻塞通过导管的液体流，并且造成设备的严重夹带和过早溢流。因此，一般有益地通过导管28与降液管22之间的间隙或在导管28之间在降液管22的顶部开口排出降液管22中的蒸气。导管28的底部通过一个或更多个开口、例如多个喷口或一个连续的狭槽或单个较大的开口打开，以允许液体流入降液管22。在正常操作条件下，导管28或者被导管28内的液体动态密封，或者被降液管22 内的液体静态密封，以防止蒸气流动。如图2所示，除雾器排24的入口表面42与降液管22的相邻壁30之间的体积形成流体接触体积或并流流动通道56。在蒸气和液体并流在并流流动通道56内接触之后， 在蒸气和液体分离之前在除雾器单元40内持续发生流体接触。穿孔板或在除雾器排24的入口表面42处的其它流动操纵装置改善了通过除雾器排24的流体流分布并改善 了气液分离。在入口表面42处的流动操纵装置也可改善流体接触和传质。接收盘26上方和其支承的除雾器排24之间的体积限定流体传送体积58。如图2所示，除雾器排24可被定向为与竖直方向成一定角度以提供并流流动通道56的改进的几何形状，该几何形状具有自下而上减小的体积(以与该体积内的减少的蒸气流相匹配)，以及流体传送体积58——该流体传送体积58具有自下而上增加的体积(以与该体积内增加的蒸气流相匹配)。通过中间接触级12的接触模块20的流体流包括来自上一级的液流，该液流被上一级的几个接收盘26与该上一级的导管28相配合地引入降液管22。形成液位的液体经出口 34离开降液管22并进入并流流动通道56。向上的蒸气速度在并流流动通道56中足以夹带进入的液体。夹带的液体被上升的蒸气向上带到除雾器单元40的入口表面42。蒸气和液体被除雾器单元40内如上所述的分离结构分离，使得分离的蒸气主要通过出口表面 44A离开除雾器单元40进入流体传送体积58。然后，分离的蒸气继续向上来到上一接触级 12的并流流动通道56。分离的液体经底部表面44B(其可为出口表面44A的底部部分)离开除雾器单元40，并且流到接收盘26上。然后，接收盘26将分离的液体引入多个导管28， 给定接收盘的每个所述导管28将液体引入不同的下级降液管22。根据其它实施例，多孔的覆盖层例如网垫代替穿孔入口板42可用作用于除雾器单元40的入口表面。已发现，使用此多孔覆盖层，尤其在较高蒸气速率下的操作期间，可改善气液分离。多孔覆盖层可由传统的用于液滴分离的网孔材料制成或是所谓的“去雾器”。 其通常包含非常疏松的编织线，形成高表面面积低压降的覆盖层。网状覆盖层用于细小液滴聚结和到分离器的液体分配。一种替换结构是将网安装在除雾器单元40内部的分离结构中的凹部内。总体上，本发明的各方面针对在并流接触级中使用结构增强件，其中并流流动通道由包括降液管、除雾器排和接收盘的多个构件的配合形成。这些接触级通常结合在用于执行气液接触的容器中。本领域的技术人员会认识到本文所述的结构增强件和相关方法的优点以及它们在其它应用中的适合性。根据本公开，将理解可获得其它有利结果。具备从本公开获得的知识的本领域的技术人员会认识到，可以在上述设备和方法中作出各种变更而不脱离本公开文本的范围。用于解释理论或观察到的现象或结果的机构应当仅被解释为说明性的而决非限制所附权利要求的范围。
权利要求
1.一种用于执行并流气液接触的设备的接触级(12)，所述接触级(12)包括a)一对除雾器排(24)，所述一对除雾器排被间隔开并包括多个单独的除雾器单元 (40)，所述除雾器单元具有在所述除雾器单元(40)的顶部表面(45)上方延伸的连接凸缘 (74)；b)所述间隔开的除雾器排(24)的交替侧上的一对接收盘(26)；c)降液管(22)，所述降液管位于所述间隔开的除雾器排(24)之间并与所述除雾器单元(40)的入口表面(42) —起限定所述降液管(22)的相对侧上的一对并流流动通道(56)， 以及d)角形连接件(75)，所述角形连接件在(i)所述除雾器单元(40)的所述连接凸缘 (74)的上部和(ii)所述降液管(22)的相邻壁区段(72)上方延伸并覆盖它们，从而将所述除雾器单元(40)的顶部区段(70)固定于所述降液管(22)的壁上，其中所述除雾器单元(40)的底部区段(97)被固定于所述单独的接收盘(26)上。
2.根据权利要求1所述的接触级(12)，其特征在于，所述连接凸缘(74)与所述降液管 (22)的所述相邻壁区段(72)对准，相对于所述一对除雾器单元(40)的所述入口表面(42) 成一角度。
3.根据权利要求1或2所述的接触级(12)，其特征在于，所述连接凸缘(74)从所述除雾器单元(40)的未穿孔顶板(45)向上弯曲。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的接触级(12)，还包括延伸穿过(A)所述角形连接件(75)的相对侧和⑶所述除雾器单元(40)的所述连接凸缘(74)的所述上部和所述降液管(22)的所述相邻壁区段(72)的多个紧固件(89)，其中所述上部设置在所述相对侧之间。
5.根据权利要求4所述的接触级(12)，其特征在于，所述多个紧固件(89)被焊接在所述角形连接件(75)的所述相对侧上或被压接。
6.根据权利要求4所述的接触级(12)，其特征在于，所述多个紧固件(89)被压接并延伸穿过㈧和⑶中的L形的开口(87)。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的接触级(12)，还包括在所述除雾器单元(40) 的底部表面(44B)下方延伸的角形支承件(91)。
8.根据权利要求7所述的接触级(12)，其特征在于，所述角形支承件(91)允许所述除雾器单元(40)在所述除雾器单元(40)的安装期间从竖直定向枢转到非竖直设计定向，其中在所述角形支承件(91)与所述接收盘(26)的竖直延伸的唇缘(95)之间形成机械密封。
9.一种用于执行并流气液接触的设备，包括接触级(12)，所述接触级包括a)至少一个降液管(22)，该降液管(22)具有紧邻至少一个并流流动通道(56)的出口 (34)；b)至少一个除雾器排(24)，所述除雾器排包括多个除雾器单元(40)，所述除雾器单元 (40)具有(i)紧邻所述并流流动通道(56)的入口表面(42)和在接收盘(26)上方的出口表面(44A)，和(ii)在所述除雾器单元(40)的顶部表面(45)上方延伸的连接凸缘(74)；c)角形连接件(75)，所述角形连接件在(i)所述除雾器单元(40)的所述连接凸缘 (74)的上部和(ii)所述降液管(22)的相邻壁区段(72)上方延伸并覆盖它们，从而将所述除雾器单元(40)的顶部区段固定于所述降液管(22)的壁上，d)至少一个导管(28)，所述导管具有下端以及与所述接收盘(26)流体连通的上端，其中每个导管的所述下端与下一级的单独的降液管(22)流体连通；并且其中所述接触级(12)相对于所述设备的下一级旋转。
10. 一种用于使蒸气流和液流接触的方法，所述方法包括使所述流经过根据权利要求 18所述的设备的并流流动通道(56)。
全文摘要
本发明涉及一种改进的用于执行气液接触的接触级。特定方面针对带有不平行接触级的并流气液接触装置，所述接触级有效使用塔空间进行流体流动和接触，以便实现高性能、高效率和低压降。使用一个或更多个结构增强件、优选增强件的组合来改善这种接触级的制造，以实现容易安装和各种零件之间显著提高的刚性并从而避免这些零件的运动/分离。这降低了流体跨越接触级泄漏并使得蒸气和/或液体因此绕开所述接触级的可能性。
文档编号C10G31/00GK102449119SQ201080023495
公开日2012年5月9日 申请日期2010年2月12日 优先权日2009年3月31日
发明者A·J·穆克, B·J·诺瓦克, J·阿格内洛, T·C·黑尔德魏因, 徐占平 申请人:环球油品公司