專利名稱：帶肋的下降管壁的構(gòu)造及構(gòu)造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的領(lǐng)域是流體分配，而特別是它涉及蒸餾及吸收塔中的流體分配。
背景技術(shù)：
蒸餾、吸收、淬火及洗滌塔的供給、泵循環(huán)及回流通常由管子分配器引導(dǎo)。大多數(shù)已知的管子分配器含有多個(gè)開口(例如槽或孔)，以擴(kuò)散從各開口噴出的含液體的射流。典型例子在美國(guó)專利NO.5,014,740中作了描繪，其中多個(gè)射流以各種角度沿分配管配置以保證廣泛分配。另外，管子分配器還含有朝向沖擊壁釋放流體的各開口，以擴(kuò)散所述流體流。在美國(guó)專利NO.4,855,089中描繪了示例性的構(gòu)造，其中沖擊壁可附加地含有用于橫向分配流體的波紋狀部分。
在進(jìn)入的流體包括液體和氣體時(shí)，射流通常指向垂直的或傾斜的壁，通常下降管壁或沖擊擋板被布置成距各開口(其中各開口通常以一定角度指向所述壁)一短距離。因此，所述壁分布在射流之上，如果各射流含有氣體，則所述壁還把向上流動(dòng)氣體與向下流動(dòng)液體分隔開。
為了實(shí)現(xiàn)均勻分配所引導(dǎo)的流體，流出塔內(nèi)管子分配器的各孔或各槽的流體速度通常必須比管子中的流體速度約大2-3倍。這要求使用高的孔(或槽)流速或者低的管流速。常常不愿使用高的孔流速，因?yàn)樗鼤?huì)導(dǎo)致過度的飛濺、紊流和卷吸。另一方面，也常常不愿使用低的管流速，因?yàn)樗鼈儗?dǎo)致需要昂貴的噴嘴和內(nèi)部管路，從而可能干涉其它的塔內(nèi)構(gòu)件(例塔盤)。
因此，許多已知的管子分配器構(gòu)造都是基于一種折衷方案，其中孔(或槽)速度基本等于管速度。不幸的是，這種構(gòu)造通常呈現(xiàn)出顯著不利的分配特性。最顯著的是，當(dāng)流體流出管子時(shí)，在管子內(nèi)部在流動(dòng)方向上持續(xù)存在水平動(dòng)量，因此結(jié)果是朝向管子末端部是相對(duì)高的流量而在管子開始附近是低流量。所述朝向管子末端部相對(duì)高的液體流量導(dǎo)致接收所述液體的裝置(例如在管子分配器下方的蒸餾塔盤)中的不均勻分布。
因此，雖然在技術(shù)上已知許多管子分配器構(gòu)造及其構(gòu)造方法，但它們所有的或幾乎所有的都具有一種或多種缺點(diǎn)。因此，仍需要提供管子分配器的改進(jìn)構(gòu)造及其構(gòu)造方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是改進(jìn)各種容器中的流體分配的構(gòu)造及方法，特別是化學(xué)加工塔的，其中一種或多種阻流元件防止或減小了在流體接收表面上的流體的不均勻分布。
在本發(fā)明主題的一個(gè)方面，容器含有至少部分地被所述容器圍住的管子分配器，其中所述管子分配器還含有多個(gè)開口。垂直的或傾斜的流體接收表面被布置得(最好是在下方)距管子分配器一短距離，其中流體接收表面接收通過多個(gè)開口流出的含液體的流體，其中當(dāng)流體沖擊在流體接收表面上時(shí)所述含液體的流體具有沿管流方向的水平動(dòng)量，和其中流體接收表面含有阻流部分，所述流體阻流部分減小或甚至消除在流體接收表面上的流體的水平動(dòng)量。
在本

發(fā)明內(nèi)容
的特別優(yōu)先方面，流體(例如至容器的塔供給、泵循環(huán)或回流)以相對(duì)于容器垂直軸線成25°-60°之間的角度沖擊流體接收表面，和/或流體接收表面相對(duì)于容器垂直軸線構(gòu)成0°-45°的角度。因此，所構(gòu)思的流體接收表面含有沖擊擋板、下降管或輔助下降管。
特別構(gòu)思的阻流部分包括有基本垂直于水平動(dòng)量的與流體接收表面相連的肋，在基本垂直于水平動(dòng)量的流體接收表面中的凹槽，和/或多個(gè)有序或隨機(jī)布置的流體接收表面的凸起(或凹痕)。
因此，特別構(gòu)思的改進(jìn)工藝容器中流體分配的方法將含有一個(gè)步驟傾斜的流體接收表面被布置成距管子分配器一短距離，其中流體接收表面接收通過管子分配器中的多個(gè)開口流出的含液體的流體，其中當(dāng)流體沖擊流體接收表面時(shí)含液體的流體具有沿管流方向的水平動(dòng)量。在另一個(gè)步驟中，流體接收表面中含有阻流部分，使得阻流部分減小或甚至消除在流體接收表面上的流體的水平動(dòng)量。
從本發(fā)明的各優(yōu)先實(shí)施例的下列詳細(xì)描述，本發(fā)明的各種目的、特點(diǎn)、方面及優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更加明顯。


圖1是根據(jù)本發(fā)明內(nèi)容的管子分配器構(gòu)造的示例性簡(jiǎn)略視圖。
圖2從不同的視點(diǎn)描繪圖1的管子分配器構(gòu)造。
圖3描繪在流體接收表面上的阻流部分的各種示例。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)通過提供一種結(jié)構(gòu)容器中的流體分配，特別是在蒸餾或吸收塔中的流體分配可顯著地改善，所述結(jié)構(gòu)減小或阻斷從管子分配器中涌出的含液體的流體的沖擊力，否則會(huì)導(dǎo)致不均勻分配或其它不希望的結(jié)果。
因此，本發(fā)明者構(gòu)思一種至少部分地圍住管子分配器的容器，其中管子分配器具有多個(gè)開口，其中流體通過多個(gè)開口而流出，當(dāng)流體通過多個(gè)開口而流出時(shí)流體具有水平動(dòng)量。此外，傾斜的或垂直的流體接收表面接收具有沿流動(dòng)方向的水平動(dòng)量的至少部分流體，流體接收表面含有減小水平動(dòng)量的結(jié)構(gòu)。
如圖1中所描繪的，在本發(fā)明主題的特別優(yōu)選方面，容器100具有帶分配管子110的管子分配器，分配管子110具有多個(gè)開口(未圖示，見圖2)，各開口引導(dǎo)流體120朝向輔助下降管的流體接收表面130流動(dòng)。流體接收表面130連接于容器，使得接收流體的表面將與容器的垂直軸線構(gòu)成約0°-45°之間的角度。流體接收表面通常布置在管子分配器附近(例如布置成整個(gè)在管子分配器下方，或從下方延伸至管子分配器上方，通常的距離在10cm至約30m之間)。流體流120相對(duì)垂直線(虛線)構(gòu)成約25°角，并具有相對(duì)強(qiáng)的水平動(dòng)量(即有足夠的水平動(dòng)量驅(qū)使流體流向容器內(nèi)壁)。圖2是圖1設(shè)備的部分側(cè)視圖，描繪具有分配管子210的容器200，分配管子210具有多個(gè)開口212，各開口212引導(dǎo)流體220朝向輔助下降管的流體接收表面230流動(dòng)(流體222的水平流動(dòng))，流體接收的表面230具有多個(gè)肋232，肋232減小和/或阻斷流體在流動(dòng)方向上的水平動(dòng)量。
通常應(yīng)該理解在先前已知曉的管子排入輔助的下降管的構(gòu)造中，液體頭理論上應(yīng)由下降管構(gòu)成，由此使液體不均勻分布至少在某種程度上是穩(wěn)定的。然而，實(shí)際上，由于來自射流的流體的水平動(dòng)量，常常達(dá)不到穩(wěn)定。缺乏穩(wěn)定在低液體負(fù)荷時(shí)特別嚴(yán)重。在此情況下，在輔助下降管下的公差通常需保持較大以防止堵塞。結(jié)果是，在輔助下降管中有幾乎沒有水頭，從而會(huì)妨礙液體不均勻分布的糾正。當(dāng)管子分配器朝向下降管的外壁或沖擊擋板排放時(shí)，缺乏穩(wěn)定甚至是更嚴(yán)重的。在此情況下，在液體進(jìn)入塔盤之前沒有任何再分配裝置。
此外，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到來自分配管子的液體具有從分配器管子的入口端朝向與該入口相對(duì)的容器壁的水平動(dòng)量。因此，流出分配孔的液體撞擊下降管(它被安裝在該處)的內(nèi)壁，使液體向下沿所述壁偏轉(zhuǎn)，但保持了引導(dǎo)液體從入口端朝向與入口相對(duì)的容器壁的水平動(dòng)量。這種已知構(gòu)造的最終結(jié)果是過量的液體到達(dá)下降管的殼體端部在分配器管子附近的下降管部分中并且相對(duì)缺少液體，所述液體將被傳送至下游塔盤上，最終導(dǎo)致效率損失和過早產(chǎn)生瓶頸。如果供給在容器的一個(gè)壁處進(jìn)入分配器管子并且朝向相對(duì)的壁流過容器，則穩(wěn)定性的缺乏就特別嚴(yán)重。
相反地，根據(jù)本發(fā)明主題的構(gòu)造，通過在下降管壁上增加阻流部分(例如多個(gè)肋)，顯著地減少了來自管子分配器的流體的不均勻分布。這種結(jié)構(gòu)減小甚至消除了推動(dòng)液體朝向容器殼體的水平動(dòng)量，而是替之以引導(dǎo)液體向下。在本發(fā)明主題的一個(gè)優(yōu)先方面，在液體撞擊下降管壁時(shí)，阻流部分是等間隔(例如6″)分布在下降管壁內(nèi)側(cè)上的肋。本文中所使用的術(shù)語“阻流部分”是指一旦流體接觸了流體接收表面(例如沖擊擋板、下降管或輔助下降管)時(shí)減小或消除流體的水平流動(dòng)沖擊力的所有結(jié)構(gòu)。
關(guān)于合適的阻流部分的具體形狀，通常構(gòu)思有別于肋(延伸穿過整個(gè)下降管壁并具有1″的寬度)的各種形狀也是適用的，而替代的結(jié)構(gòu)包含波紋形肋；之字形肋；帶切口的肋；規(guī)則或不規(guī)則形狀的元件，只要這種元件至少某種程度上減小水平流動(dòng)。另外，流體接收表面不可以具有一個(gè)或多個(gè)凹痕(例如垂直的或斜的流道)或是垂直的波紋。在另外構(gòu)思的方面，合適的阻流部分還含有多個(gè)規(guī)則地或隨機(jī)地布置的凸起的和/或凹入的元件，流體接收表面上合適阻流部分的示例性選樣描繪于圖3。其中流體接收表面330具有第一組阻流部分332A，其中多個(gè)凸起柵欄(例如1/16″寬，1″高)構(gòu)成一組水平流動(dòng)斷路器。第二組阻流部分顯示為332B，其中多個(gè)平行溝槽(例如1″寬，1″深)構(gòu)成一組水平流動(dòng)斷路器。第三組阻流部分332C具有多個(gè)隨機(jī)布置的具有隨意或交叉形狀(例如1/2″直徑，1/2″高)的凸起元件作為一組水平流動(dòng)斷路器。第四組阻流部分332D具有多個(gè)隨意或三角形形狀(例如1/2″寬，1/3″高)的有序凸起元件作為一組水平流動(dòng)斷路器。
因此，合適的阻流部分的數(shù)量可有很大變化。例如，當(dāng)阻流部分含有多個(gè)肋時(shí)，在2與10個(gè)肋之間(每個(gè)下降管壁)是合適的。另一方面，當(dāng)阻流部分含有相對(duì)小的結(jié)構(gòu)時(shí)，構(gòu)思10至數(shù)百(甚至更多)個(gè)。根據(jù)阻流部分的具體形狀和安排，還應(yīng)該理解高度/深度、寬度與彼此的距離可有很大變化，只要所述阻流部分將至少減小流體的水平動(dòng)量，如果不是消除的話。另外構(gòu)思可以任何方式(例如可拆卸的或永久連接的)使阻流部分連接于下降管壁，只要所述連接在工作期間保持所述結(jié)構(gòu)。另外，構(gòu)思接收流體的流體接收表面也可以這種方式構(gòu)成其形狀該形狀將減小在其上沖擊的流體的水平流動(dòng)(例如垂直波紋形的，或斜波紋形的)。
所構(gòu)思的構(gòu)造是特別適合于相對(duì)大(即內(nèi)直徑大于5-10英尺)的塔盤及其它組合塔，所述組合塔具有把流體排向垂直的或傾斜的擋板(例如下降管壁)的管子分配器以改善供給和/或回流分配。還應(yīng)該認(rèn)識(shí)到在許多情況下，改進(jìn)的分配對(duì)所述塔的工作參數(shù)將只有小的(如果有的話)影響，然而，特別是當(dāng)塔接收過冷的多成分供給時(shí)，改進(jìn)的分配將減少或甚至消除主要的瓶頸和提高效率。
為使蒸餾或吸收塔合適的工作，通常嚴(yán)格地要求液體分配均勻地通過塔的橫斷面。這意味著在任何時(shí)候供給或回流的流動(dòng)(并且是液體主要部分的流動(dòng))在事先已知的塔內(nèi)被引導(dǎo)，嚴(yán)格要求液體均勻地和以不顯著地影響在塔內(nèi)的分配的方式被引導(dǎo)。尤其應(yīng)認(rèn)識(shí)到通過具有根據(jù)本文介紹的本發(fā)明主題的構(gòu)造，流量可發(fā)生顯著變化。然而，所述構(gòu)造對(duì)50加侖(gallons)/分鐘或更大的分配流量的液體特別有效。所構(gòu)思的流體最好將含有碳?xì)浠衔?，含水物，有機(jī)的及無機(jī)的供給，泵循環(huán)(pump-aroud)和/或回流，其中這些供給中的每一種含有液體成分也可含有蒸汽成分。這些流體的成分，將從生產(chǎn)純凈產(chǎn)品的塔的回流流體情況下的近乎純凈材料，變化至更一般的回流流體情況下的任何數(shù)量的不同化合物的復(fù)雜混合物，并供輸給多成分蒸餾及吸收塔。
關(guān)于合適的流體接收表面，應(yīng)該理解到任何已知的流體接收表面都被認(rèn)為適用于本文。尤其較好的是，流體接收表面含有沖擊擋板、下降管和輔助下降管。還應(yīng)該理解到管子分配器與流體接收表面之間的具體距離可發(fā)生很大變化，而正確的距離一般至少是部分地由流量、流體射流的相對(duì)角度和/或流體成分所決定。類似地，流體接收表面的角度可發(fā)生很大變化。然而，通常較好的是流體接收表面(相對(duì)于假想的垂直軸線)的角度在0°-45°之間。因此，術(shù)語“傾斜的流體接收表面”包含垂直的流體接收表面。
根據(jù)流體接收表面的角度，流體射流流出管子分配器的所述(相對(duì)于假想的垂直軸線)角度可發(fā)生很大變化。然而，特別好的噴射角度包含15°-60°之間的角度。此外，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到所述角度也將至少是部分地由管子分配器的特定構(gòu)造所決定。合適的管子分配器包括所有已知的管子分配器，特別是那些具有至少兩個(gè)管子的管子分配器，在所述兩個(gè)管子中的流體的流動(dòng)方向是不相同的。關(guān)于管子分配器的各開口，通常較好的是多個(gè)圓的或矩形開口被布置成一排或多排以形成一組或多組流體射流。然而，許多其它已知的開口和安排也被構(gòu)思(例如配置在管子分配器側(cè)面的圓形、矩形、正方形、長(zhǎng)形或三角形開口)。
因此，本發(fā)明者構(gòu)思工藝容器(最好是蒸餾、吸收、急冷或洗滌塔)，含有至少是部分地被所述容器圍住的管子分配器，其中管子分配器含有多個(gè)開口。所構(gòu)思的容器還含有位于管子分配器下方的流體接收表面，其中流體接收表面接收通過多個(gè)開口流出的含液體的流體。從另一個(gè)視點(diǎn)看，改進(jìn)工藝容器中的流體分配的方法因此將包含一個(gè)步驟，在所述步驟中傾斜的流體接收表面被布置成距管子分配器一短距離，其中流體接收表面接收通過管子分配器的多個(gè)開口流出的含液體的流體，當(dāng)流體沖擊流體接收表面時(shí)含液體的流體具有沿管流方向的水平動(dòng)量。在另一個(gè)步驟中，流體接收表面含有阻流部分，因此阻流部分減小了流體接收表面上的流體的水平動(dòng)量。關(guān)于這種方法的容器、流體接收表面、管子分配器、流體、阻流部分和其它各元件，可以使用以上提供的相同的考慮。
因此，已經(jīng)公開改進(jìn)的流體分配的構(gòu)造的特定實(shí)施例及應(yīng)用。然而，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員，很明顯除了那些已經(jīng)描述的之外，可能有更多不背離本文創(chuàng)造概念的改進(jìn)。因此，除了附錄的權(quán)利要求書的精神外，本發(fā)明的內(nèi)容不受限制。此外，在理解說明書和各權(quán)項(xiàng)兩方面，所有的術(shù)語應(yīng)以可能的與上下文一致的最廣泛方式理解。特別是術(shù)語“包含”和“含有”應(yīng)被理解為是指各元件、各部件或非排他方式的各步驟，指出可能存在或被利用的所標(biāo)記的元件、部件或步驟，或者與沒有標(biāo)記的其它元件、部件或步驟的組合。
權(quán)利要求
1.一種容器包括至少是部分地被所述容器圍住的管子分配器，其中所述管子分配器含有多個(gè)開口；布置在管子分配器附近的傾斜的流體接收表面，其中所述流體接收表面接收通過多個(gè)開口而流出的含液體的流體；其中當(dāng)流體沖擊所述流體接收表面時(shí)，所述含液體的流體沿管流方向具有水平動(dòng)量；和所述流體接收表面含有減小流體接收表面上的流體的水平動(dòng)量的阻流部分。
2.如權(quán)利要求1的容器，其特征在于所述流體以相對(duì)于容器垂直軸線成15°-60°的角度沖擊所述流體接收表面。
3.如權(quán)利要求2的容器，其特征在于所述流體接收表面相對(duì)于容器垂直軸線成0°-45°的角度。
4.如權(quán)利要求3的容器，其特征在于所述流體接收表面含有沖擊擋板。
5.如權(quán)利要求3的容器，其特征在于所述流體接收表面含有下降管或輔助下降管的壁。
6.如權(quán)利要求3的容器，其特征在于所述流體是至所述容器的供給、泵循環(huán)或回流。
7.如權(quán)利要求3的容器，其特征在于所述阻流部分含有肋，所述肋基本垂直于水平動(dòng)量地連接于所述流體接收表面。
8.如權(quán)利要求3的容器，其特征在于所述阻流部分含有所述流體接收表面中的凹痕，所述凹痕基本垂直于水平動(dòng)量。
9.如權(quán)利要求3的容器，其特征在于所述阻流部分含有有序地或隨機(jī)地布置的在所述流體接收表面上的多個(gè)凸起。
10.如權(quán)利要求1的容器，其特征在于所述容器是蒸餾、吸收、淬火或洗滌容器。
11.一種改進(jìn)在容器中流體分配的方法，包括把傾斜的流體接收表面布置在管子分配器下方，其中所述流體接收表面接收通過管子分配器的多個(gè)開口而流出的含液體的流體；當(dāng)所述流體沖擊所述流體接收表面時(shí)，所述含液體的流體具有沿管流方向的水平動(dòng)量；和在所述流體接收表面中含有阻流部分，使得所述阻流部分減小了在所述流體接收表面上的所述流體的水平動(dòng)量。
12.如權(quán)利要求11的方法，其特征在于所述流體以相對(duì)于容器垂直軸線成15°-60°的角度沖擊所述流體接收表面。
13.如權(quán)利要求12的方法，其特征在于所述流體接收表面相對(duì)于容器垂直軸線構(gòu)成0°-45°的角度。
14.如權(quán)利要求13的方法，其特征在于所述阻流部分含有與所述流體接收表面連接的肋，所述肋基本垂直于水平動(dòng)量。
15.如權(quán)利要求13的方法，其特征在于所述阻流部分含有所述流體接收表面中的凹痕，所述凹痕基本垂直于水平動(dòng)量。
16.如權(quán)利要求13的方法，其特征在于所述阻流部分含有有序地或隨機(jī)地布置的在所述流體接收表面上的多個(gè)凸起。
全文摘要
傾斜的流體接收表面(230)被布置在距具有多個(gè)開口(212)的管子分配器(210)短距離處并從所述各開口接收具有在管流方向上的水平動(dòng)量(222)的含液體的流體(220)。流體接收表面(230)還含有阻流部分(232)，阻流部分(232)減小在流體接收表面(230)上的流體(220)的水平動(dòng)量(222)，由此顯著地改善流體(220)的分配。
文檔編號(hào)B01D3/20GK1713953SQ200380103721
公開日2005年12月28日 申請(qǐng)日期2003年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月22日
發(fā)明者H·基斯特爾, W·斯圖平 申請(qǐng)人:弗勞爾公司