專利名稱：流體分布設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于分布和/或混合流體的設(shè)備。更具體地說，涉及一種含有多個(gè)固體粒子床層的容器中，收集上游粒子床流下來的流體，將收集的流體與從外界引入的流體充分混合，并將混合后的流體均勻的分配到設(shè)備下游粒子床中的設(shè)備。
背景技術(shù)：
在石油化工領(lǐng)域中，在含有固體粒子的容器中進(jìn)行的流體與固體粒子接觸的過程被廣泛用于諸如吸附分離、催化反應(yīng)等操作中。其中吸附分離技術(shù)是石油化工中常用的分離技術(shù)，對(duì)于結(jié)構(gòu)相近的，沸點(diǎn)差很小的混合物的提純具有非常好的效果。用于吸附分離的設(shè)備有固定床、移動(dòng)床和模擬移動(dòng)床，其中模擬移動(dòng)床是目前吸附分離采用的主要設(shè)備。在模擬移動(dòng)床中，可將固定相設(shè)想為是逆于流體移動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)，待分離混合物在分離工作區(qū)中部的某一點(diǎn)被連續(xù)輸入。選定兩個(gè)方向流動(dòng)的流速的比率，料液自入口處就分成逆向流動(dòng)的兩部分。以進(jìn)料入口為參考點(diǎn)，吸附介質(zhì)似乎吸附了產(chǎn)品向上移動(dòng)，因此稱“模擬移動(dòng)床(Simulation Moving Bed，簡(jiǎn)稱SMB)”。在進(jìn)料點(diǎn)以上的位置越高，產(chǎn)品純度就越高，而副產(chǎn)品卻是在相反方向富集。文獻(xiàn)中詳細(xì)的描述了模擬移動(dòng)床(SMB)在吸附分離過程所采用的一般技術(shù)。例如，John Wiley & Sons, Inc. (2002)出版的 Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology在吸附、液體分離一節(jié)中也描述了模擬移動(dòng)床技術(shù)?；瘜W(xué)工業(yè)出版社于2008年出版的《模擬移動(dòng)床色譜技術(shù)》全面系統(tǒng)的介紹了模擬移動(dòng)床(SMB)技術(shù)的產(chǎn)生、原理、發(fā)展及應(yīng)用。當(dāng)流體流經(jīng)諸如SMB這種含有固體粒子的容器時(shí)，需要在容器內(nèi)安置一個(gè)或多個(gè)流體分布設(shè)備，將容器中的固體粒子分成兩個(gè)或多個(gè)床層。使用這種流體分布設(shè)備，可以使通過該容器的截面區(qū)域的流體流動(dòng)更均勻，從而提高操作的效率。例如，這些設(shè)備可以降低甚至消除設(shè)備內(nèi)的溝流、短路和流動(dòng)死區(qū)，從而減少溫差以及流體濃度的變化。CN200580039141. 3公開了一種用于流體-固體接觸容器中的固體粒子床之間的混合器-分布器-收集器設(shè)備。該設(shè)備包括用于保持固體粒子的上部床層，并且容許流體向下流經(jīng)所述混合器-分布器-收集器設(shè)備的上邊界；位于上邊界之下并與該上邊界間隔開的流體分布器；上述兩者之間并且和兩者分別隔開的流體偏轉(zhuǎn)板；貫穿偏轉(zhuǎn)板的至少一個(gè)通道；還包括選自穿孔板、絲網(wǎng)、柵格、多孔固體、蜂窩狀物體及其組合的流量控制器；其中所述的最下部的流量控制器上的開孔面積大于其上的流體分布器的開孔面積。該設(shè)備還可以選擇性的包括一個(gè)與管道連接的混合箱，外部流體的引入或從容器中抽出流體都通過該混合箱進(jìn)行。該設(shè)備對(duì)容器內(nèi)的流體有良好的分配效果，但是流體在設(shè)備中的流動(dòng)路徑較長(zhǎng)，存在比較明顯的流動(dòng)死區(qū)，局部會(huì)產(chǎn)生高速射流，增加流體通過設(shè)備時(shí)的壓降。并且在進(jìn)行流體的導(dǎo)入或抽出的操作切換時(shí)，必須對(duì)管道進(jìn)行沖洗。CN99810540. 6提出一種流體分配-收集系統(tǒng)，該設(shè)備包括用于混合、分配或抽出流體的若干分配盤和若干板條。該系統(tǒng)具有兩個(gè)腔室，其功能類似于前文提到的混合箱，其中一個(gè)腔室進(jìn)行外部流體的引入，另一個(gè)腔室進(jìn)行容器內(nèi)流體的抽出。在操作過程中，進(jìn)行流體的導(dǎo)入或抽出的操作切換時(shí)，無須對(duì)管道進(jìn)行沖洗。該設(shè)備能提供有比較好的流體分配效果，但是內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，增加流體通過設(shè)備時(shí)的壓降。而且腔室數(shù)量的增加導(dǎo)致管道數(shù)量的增加，減小了容器內(nèi)的有效體積。該設(shè)備外形結(jié)構(gòu)比較單一，適合用于規(guī)模較大的容器，對(duì)于較小的容器，安裝該設(shè)備比較困難。綜上所述，目前使用的流體分布設(shè)備主要存在三個(gè)缺點(diǎn)(1)流體在設(shè)備中的流動(dòng)路徑較長(zhǎng)，容易形成流動(dòng)死區(qū)。(2)從腔室流出的流體與容器內(nèi)主流體的混合過程中沒有有效的強(qiáng)化部件，流體混合不充分。( 內(nèi)部結(jié)構(gòu)導(dǎo)致流體流經(jīng)設(shè)備時(shí)的壓降較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的流動(dòng)不均勻、混合不充分和壓降較大的問題，提供一種更有效的流體收集器-混合器-分布器設(shè)備，該設(shè)備能在含有固體粒子的容器流通截面上，使區(qū)域內(nèi)的流體完全均勻的混合，降低甚至消除設(shè)備內(nèi)射流和/或擾動(dòng)，降低流體流經(jīng)設(shè)備時(shí)的壓降。本發(fā)明提供的流體收集、混合、分布設(shè)備，所述設(shè)備位于具有垂直軸線13的容器1 內(nèi)的兩個(gè)固體粒子2床層之間、頂部床層上部或底部床層下部，所述設(shè)備包括用于支撐上部固體粒子床，并且允許流體通過的上表面支撐部件5 ；位于上表面支撐部件5之下并于該上表面支撐部件5間隔開的流體整流部件8，該流體整流部件8用于改善流體速度分布的均勻性，強(qiáng)化流體間的混合； 水平延伸穿過所述容器的截面區(qū)域并位于上表面支撐部件5和流體整流部件8之間，并且與所述的上表面支撐部件5和流體整流部件8間隔開的流體收集部件7 ；貫穿所述流體收集部件7的至少一個(gè)通道9，該通道提供上表面支撐部件5與流體整流部件6之間的流體連通；和下表面流體分布部件6，所述的流體分布部件6位于流體整流部件8下方，并且與流體整流部件8間隔開；所述的下表面流體分布部件6的開孔面積OA3小于其上部的流體整流部件8的開孔面積OA2。與現(xiàn)有流體分布設(shè)備相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)首先，本發(fā)明提供的流體收集、混合、分布設(shè)備根據(jù)容器的規(guī)模，可在設(shè)備中設(shè)置多個(gè)流體導(dǎo)入和抽出部件，縮短了流體在設(shè)備中的流動(dòng)路徑，降低或消除了流動(dòng)死區(qū)。其次，本發(fā)明提供的設(shè)備具有多種外部形狀，能適應(yīng)各種規(guī)模和安裝要求的容器的使用需要。 第三，本發(fā)明提供的設(shè)備，使通過設(shè)備的流體獲得更均勻的流動(dòng)，更充分的混合和更小的流動(dòng)波動(dòng)干擾。最后，由于本發(fā)明提供的設(shè)備具有獨(dú)特的流體整流部件，既能有效的對(duì)流體進(jìn)行均勻分布，又能對(duì)高速通過的流體起到整流的作用，并在一定程度上強(qiáng)化了流體的混合。 而且開孔或條縫的結(jié)構(gòu)又能減小流體流經(jīng)整個(gè)設(shè)備的壓力降。


圖1為含有多層粒子床和流體收集、混合、分布設(shè)備的容器的剖面?zhèn)纫晥D；圖2A-2C為流體收集部件區(qū)段劃分示意圖；圖3為上表面支撐部件結(jié)構(gòu)示意圖4為流體收集部件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為流體進(jìn)入或抽出部件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為流體整流部件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7A-7B為沿圖2A和2B中標(biāo)記的剖面線截取的本發(fā)明的剖面?zhèn)纫暿疽鈭D；圖8為CN101056684A中公開的混合器-分布器-收集器設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供的流體收集、混合、分布設(shè)備可用于任何流體與固體粒子接觸的過程， 其中本發(fā)明提供的設(shè)備將含有固體粒子的容器分隔為多個(gè)粒子床，所述流體和固體粒子接觸的過程可單獨(dú)使用一個(gè)這種容器，也可以同時(shí)使用多個(gè)這種容器。流體在容器內(nèi)沿主軸向下流經(jīng)通過各個(gè)分隔的粒子床。構(gòu)成粒子床的材料包括吸附劑、樹脂、催化劑以及惰性材料，但并不因此而受到限制。流經(jīng)粒子床的流體可以是蒸汽、液體或超臨界流體，且流體可以是純物質(zhì)，也可以是多種化合物或多種流體的混合物，只要這些混合物必須基本上是一個(gè)相。石油化工行業(yè)中有許多這種流體與固體粒子接觸的過程，例如各種反應(yīng)及分離過程。 本發(fā)明提供的設(shè)備優(yōu)先推薦使用于吸附分離過程。本發(fā)明提供的流體收集、混合、分布設(shè)備沿容器的主軸方向從上到下通常包括以下部件上表面支撐部件5、流體收集部件7、流體整流部件8、所述流體收集部件7的至少一個(gè)通道9和和下表面流體分布部件6，所述的下表面流體分布部件6的開孔面積OA3小于其上部的流體整流部件8的開孔面積0A2。本發(fā)明提供的設(shè)備中，所述的上表面支撐部件5位于設(shè)備的上表面。該部件由上下兩部分組成，上部分表面開有一系列小孔或條縫，選自穿孔板、絲網(wǎng)、柵格、多孔固體、蜂窩狀物體中的一種或幾種的組合。下部分通常由一系列橫縱交錯(cuò)的支撐條組成。本發(fā)明提供的設(shè)備中，所述的流體收集部件7位于上表面支撐部件5下方，由基本上無孔的折流板構(gòu)成，所述的折流板為本領(lǐng)域常規(guī)的折流板，可以選擇平板或臺(tái)階形狀、以及其他形狀的板。并將上表面支撐部件5和流體整流部件8之間的空間分為上下兩部分。 設(shè)備內(nèi)上下兩部分流體僅通過通道9連通。本發(fā)明提供的流體分布設(shè)備中，設(shè)備上方粒子床的容器截面積與通道9的總截面積之比在(3-90) 1的范圍內(nèi)。通道9的形狀通常為圓形、橢圓形或矩形。通道9可完全被所述的折流板圍繞，通常含有與管道相連的腔室。本發(fā)明提供的設(shè)備中，所述的流體整流部件8位于流體收集部件7的下方。流體整流部件8可以是諸如絲網(wǎng)、柵格、多孔板、波紋板、蜂窩狀物質(zhì)、燒結(jié)材料或網(wǎng)狀墊板等等部件中的一個(gè)或多個(gè)組成。流體整流部件7的總開口面積與設(shè)備截面積之比為1 0-4)。 優(yōu)選的情況下，該部件為表面開有小孔或條縫的折流板，孔徑或條縫寬度一般在1. 5mm至 IOmm范圍內(nèi)，小孔或條縫的排布可以是等距的，間距通常在2mm至15mm范圍內(nèi)，也可以按照一定規(guī)律進(jìn)行不等距排列。本發(fā)明提供的設(shè)備中，所述的下表面流體分布部件6位于設(shè)備的下表面，通常為表面開有小孔或條縫的成型金屬絲網(wǎng)或其他多孔材料，其開孔率可與上表面支撐部件的上部分的開孔率相同或不同。該部件上方優(yōu)選安裝由一系列橫縱交錯(cuò)的支撐條，支撐梁在流體流動(dòng)方向彼此連通，對(duì)流體有引流和分配作用。本發(fā)明提供的設(shè)備中，所述的下表面流體分布部件6的開孔面積AO3小于位于其上部并與其隔開的流體整流部件8的開孔面積A02。下表面流體分布部件6與流體整流部件8之間的距離H為網(wǎng)孔或間距M的函數(shù)。網(wǎng)孔M是指部件主平面內(nèi)的臨近開口之間的平均中心線距離。下表面流體分布部件6和流體整流部件8之間的距離H由比率H/Me來限定。其中Me為下表面流體分布部件6的網(wǎng)孔或間距，且H/Me至少為2。優(yōu)選的方案是比率 H/Mg的值為2-100。在某些過程中，有效距離H為5-30mm。本發(fā)明提供的設(shè)備中，還可以包括流體進(jìn)入或抽出部件23，所述的流體進(jìn)入或抽出部件23設(shè)置在通道9內(nèi)部或者附近，所述的流體進(jìn)入或抽出部件23由開有小孔和/或條縫的腔室構(gòu)成。所述的腔室上的總開孔面積優(yōu)選與通道9面積的比為1 (5-100)。本發(fā)明提供的流體收集、混合、分布設(shè)備不僅可以安裝于諸如模擬移動(dòng)床這類含有固體粒子的容器的中部，使粒子床層間相互分隔，對(duì)流體起到收集、混合和分配的作用， 也可以放在容器的頂部起流體的初始分配作用，或者放在容器的底部起最終收集作用。本發(fā)明提供的流體分布設(shè)備，在一個(gè)含有固體粒子的容器的圓形截面上，根據(jù)容器的規(guī)模和安裝要求，可以有幾種外部形狀。本發(fā)明適合各種規(guī)模的舊裝置改造和新裝置建設(shè)。下面結(jié)合附圖詳細(xì)的描述本發(fā)明和具體的實(shí)施方式。但本發(fā)明并不僅限于提及的這幾種實(shí)施方式。附圖都是簡(jiǎn)化的示意圖且未按比例畫出。圖1為一個(gè)含有多層粒子床的容器的剖面?zhèn)纫暿疽鈭D，圖1顯示的容器1中，沿主軸方向豎直疊置多個(gè)粒子床2，兩個(gè)粒子床2之間設(shè)置本發(fā)明提供的流體收集、混合、分布設(shè)備3。一股或多股流體通過入口 4流入容器1的上部，經(jīng)過流體分布設(shè)備3的收集、混合和分配后，沿主軸方向豎直向下按順序流過每個(gè)粒子床2和流體分布設(shè)備3，并通過未示出的出口從該容器的下部排出。容器1中最上層粒子床2的上面可選的使用本發(fā)明所涉及的流體分布設(shè)備3。容器中最下面一層粒子床的下面也可選的放置流體分布設(shè)備3。容器1的主軸13基本上垂直于水平方向，沿主軸13方向從上到下，本發(fā)明提供的流體收集、混合、分配設(shè)備包括以下部件上表面支撐部件5、流體收集部件7、通道9、流體整流部件8和下表面流體分布部件6。這些部件以合理的間隔彼此基本上平行，且基本上垂直于該容器的豎直主軸虛線13。圖3是上表面支撐部件5的一種實(shí)施結(jié)構(gòu)，其功能是支撐設(shè)備上游粒子床，阻擋設(shè)備上方的固體粒子進(jìn)入設(shè)備之內(nèi)，而又允許流體流入設(shè)備。該部件通常由上下兩部分組成， 也可以由多個(gè)部分組合組成。該部件的上部分一般采用稱為“成型金屬絲篩網(wǎng)”的特殊類型的柵格，但是不局限于這種結(jié)構(gòu)，可以由諸如各種絲網(wǎng)、柵格、多孔篩板、蜂窩狀物質(zhì)等單獨(dú)或組合構(gòu)成。該部件的下部分通常由一系列橫縱交錯(cuò)的支撐條組成，也可以由開孔的成型支撐板構(gòu)成，還可以是多個(gè)支撐部件的組合。下表面流體分布部件6位于上表面支撐部件5之下，且與該上表面支撐部件5共同限定出本發(fā)明所提供的流體收集、混合、分布設(shè)備的內(nèi)部空間V?；旧蠠o孔的流體收集部件7位于設(shè)備空間V內(nèi)，并將該空間分為上下兩部分。流體整流部件8位于流體收集部件7與下表面流體分布部件6之間，將設(shè)備下部分進(jìn)一步分為兩部分。整個(gè)設(shè)備的內(nèi)部空間V被分為3個(gè)部分，即上表面支撐部件5和流體收集部件7之間的上部空間10、流體收集部件7與流體整流部件8之間的空間11以及流體整流部件8與下表面流體分配部件6之間的下部空間22。
圖4是流體收集部件7的一種實(shí)施結(jié)構(gòu)，流體收集部件7含有通道9，以此連通該設(shè)備的上部空間10與中部空間11。流體收集部件7的功能是收集穿過設(shè)備上方粒子床流下來的流體，并使流體穿過通道9時(shí)與從容器外引入的第二股流體完全混合。設(shè)備中可以使用一個(gè)或多個(gè)通道。通道的形狀通常為圓形、橢圓形或矩形。流體收集部件7通常包含多個(gè)部件，諸如起流體收集作用的折流板和引導(dǎo)流體設(shè)備遠(yuǎn)端流動(dòng)的導(dǎo)流板。所述的折流板通常由無孔的平板、斜板或階梯狀板組成，也可以根據(jù)流體流動(dòng)的需要在通道附近開一系列孔或條縫。導(dǎo)流板一般在折流板下方，由一系列基本上垂直于腔室的板條或圓柱構(gòu)成，板條可以是直的，也可以是彎曲的，圖4中虛線所示為導(dǎo)流板在折流板下方的一種排布方式。 通道9可完全被折流板圍繞，或如圖4所示其可完全橫穿該板。下表面流體分布部件6與上表面支撐部件5的上部分結(jié)構(gòu)類似，是用于改進(jìn)和/ 或維持流體速度均勻分布的裝置，可由諸如多孔篩板、成型金屬絲網(wǎng)、柵格、蜂窩狀物質(zhì)、波紋板及其組合構(gòu)成，其表面的開孔率可與上表面支撐部件5的上部分的開孔率相同或不同。實(shí)施例中采用稱為“成型金屬絲篩網(wǎng)”的特殊類型的柵格作為下表面流體分布部件，但是不局限于這種結(jié)構(gòu)。該部件優(yōu)選在上方連接一系列橫縱交錯(cuò)的支撐條或開孔的成型支撐板，用于阻止下游床層粒子的沖擊。支撐條在流體流動(dòng)方向彼此連通，對(duì)流體有引流和分配作用。下表面流體分布部件6除了具有阻擋設(shè)備下方的粒子進(jìn)入設(shè)備的功能外，還具有將即將流出設(shè)備的流體的進(jìn)行分布及再分布的功能，使流體在該容器內(nèi)流動(dòng)速度均勻或呈活塞式流動(dòng)。該功能對(duì)于在吸附分離過程中，維持流體相與吸附劑接觸，實(shí)現(xiàn)所需組分分離時(shí)的明確混合物分布很重要。本發(fā)明提供的設(shè)備中，還可以包括流體進(jìn)入或抽出部件23，圖5描述了一個(gè)連接管道15的流體進(jìn)入或抽出部件23可選的實(shí)施結(jié)構(gòu)，但是不局限這種結(jié)構(gòu)，根據(jù)容器的規(guī)模，可以是一個(gè)或多個(gè)這種結(jié)構(gòu)的組合。所述的流體進(jìn)入或抽出部件23是一個(gè)或多個(gè)開有小孔17或條縫的腔室，通常與外部流體導(dǎo)入或從設(shè)備內(nèi)抽出流體的管道15連接。腔室的數(shù)目可以是一個(gè)或多個(gè)，其形狀可以是矩形、弧形、環(huán)形或十字形等。腔室上開有小孔或條縫，使得腔室內(nèi)的流體與設(shè)備內(nèi)的流體連通。這些小孔的排布可以是等間距排布，也可以按照一定比例不等間距排列。腔室可只與一條兼顧流體導(dǎo)入和抽出的管道15相連，也可以與兩條流體導(dǎo)入和抽出的管道15分別相連。流體進(jìn)入或抽出部件23的功能是將容器外通過管道15導(dǎo)入的流體，例如解吸劑，均勻的分布到本發(fā)明所涉及的設(shè)備中，使之在通道9與流體收集部件7收集的流體充分混合。同時(shí)通過調(diào)控腔室上開孔或條縫的尺寸和排列方式， 使離開腔室的流體均有比較均勻和適當(dāng)?shù)牧魉?。圖6是流體整流部件8的一種實(shí)施結(jié)構(gòu)，但是不局限于這種結(jié)構(gòu)。流體整流部件 8是指用于改變流體流過容器或管道的方式(諸如影響流體的平均速度和速度脈動(dòng))的任何裝置。流體整流部件8可以對(duì)流過通道9的流體進(jìn)行初步的流體分配和再分配，強(qiáng)化流體的混合，顯著減少或消除由流體收集部件7和流體進(jìn)入或抽出部件23引起的流體速度射流和/或擾動(dòng)，使流體通過下表面流體分布部件6的最終分配之前具有比較均勻和穩(wěn)定的流動(dòng)?？梢允箯耐ǖ?內(nèi)流出的流體比較均勻的在容器截面區(qū)域內(nèi)分布，減少流動(dòng)死區(qū)和溝流。當(dāng)外部流體導(dǎo)入時(shí)，流體整流部件8可以一定程度上強(qiáng)化流體間的混合。本發(fā)明所提供的流體分布設(shè)備可應(yīng)用于不同規(guī)模的容器中。對(duì)于中小型容器，例如實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的裝置可以將該設(shè)備整體置于容器之內(nèi)。對(duì)于大型容器，例如工業(yè)規(guī)模的容器中，該設(shè)備通常根據(jù)該容器外殼的入孔或端口的尺寸分成若干區(qū)段，每一區(qū)段均包含該設(shè)備的所有部件。圖2A-2C表示的是本方明所提供的設(shè)備的三種分區(qū)段設(shè)計(jì)方式，是從設(shè)備的上表面支撐部件5的正下方的某一高度處向下觀察該容器的俯視圖的示意圖。如圖2A所示，是一個(gè)圓柱形容器的圓形截面、該容器的外殼12和垂直軸線13。肋板14用以限定鄰近區(qū)段之間的側(cè)邊界。在兩個(gè)中間區(qū)段以及上弦區(qū)段中，通道9為貫穿流體收集部件7與連接管道15的腔室23包圍成的多個(gè)矩形開口。圖2A的下弦區(qū)段中，通道 9可彎曲以適應(yīng)容器外殼的形狀。圖2B描繪了本流體分布設(shè)備在圓柱形容器中的另一種可能的區(qū)段設(shè)計(jì)方式。一根承重管(中心管)16沿容器的主軸13同心設(shè)置于容器的中心。在容器的一個(gè)截面上， 設(shè)置與中心管同心的流通面積相等的兩層區(qū)段，靠近中心管的內(nèi)圈區(qū)段和遠(yuǎn)離中心管的外圍一圈區(qū)段，區(qū)段間以肋板14限定，但不僅限于兩層，可根據(jù)容器的規(guī)模增加或減少層數(shù)。 在圖2B中，每一區(qū)段的通道9均為完全橫穿肋板14之間的流體收集部件7與連接管道15 的腔室23之間圍成的狹窄矩形開口?？拷行墓艿膬?nèi)圈區(qū)段中，通道9距離區(qū)段兩端的距離比通常介于1. 1至1. 6的范圍內(nèi)。遠(yuǎn)離中心管的外圍一圈區(qū)段中，通道9距離區(qū)段兩端的距離比通常介于1. 2至3. 0的范圍內(nèi)。在圖2B中，外圈區(qū)段中的流體收集部件7和通道 9的方向基本是垂直于容器截面徑向的，但是也可以如圖中上方外圈區(qū)段中所示，沿截面徑向設(shè)置。圖2C描繪的是該流體分布設(shè)備的第三種區(qū)段設(shè)計(jì)方式。在容器的一個(gè)截面上，設(shè)置同心的兩層區(qū)段，中心圓形區(qū)段和外圈區(qū)段，區(qū)段間以肋板14限定，外圈區(qū)段可以不只一層，可根據(jù)容器的規(guī)模增加或減少層數(shù)。對(duì)于中心圓形區(qū)段，通道9為橫穿肋板14的流體收集部件7與腔室23圍成的十字區(qū)段，也可以是圓環(huán)形或其他形式。外圈區(qū)段的通道9 是橫穿肋板的流體收集部件7與連接管道15的腔室23圍成的狹窄矩形區(qū)段。外圈區(qū)段中該通道9兩端的距離之比通常介于1. 1至2. 8的范圍內(nèi)。圖7A和7B分別對(duì)應(yīng)于圖2A和2B中所標(biāo)記的剖面線，用以說明本發(fā)明的附加細(xì)節(jié)。圖7A所示的實(shí)施例中，上表面支撐部件5的上部分采用多孔板與金屬絲篩網(wǎng)的組合部件，也可以是成型金屬絲篩網(wǎng)或替他多孔物質(zhì)。下部分由縱支撐梁19和基本上與橫支撐梁20以一定的間距組合構(gòu)成。每一區(qū)段都具有各自的肋板14，從而使相鄰的區(qū)段如圖 7A所示沿相鄰肋板外表面連接。相鄰區(qū)段間也可以使用同一個(gè)肋板14連接，肋板橫斷面可以是是矩形，也可以是T形。圖7A中還包括管道15和腔室23。每個(gè)區(qū)段可具有其一個(gè)或多個(gè)管道，提供該設(shè)備的空間V與容器外殼之外的其他設(shè)備之間的流體連通。管道15通常連接于該設(shè)備的空間V內(nèi)的腔室23?？梢允褂枚鄠€(gè)腔室和/或腔室內(nèi)的擋板作為其結(jié)構(gòu)的各種變型。圖7A中，腔室23位于設(shè)備的上部空間10和中部空間11內(nèi)，且覆蓋貫穿流體收集部件的開口。腔室23中的開孔或條縫與通道9聯(lián)合實(shí)現(xiàn)了流體分布設(shè)備的上部空間10 與中部空間11之間的流體連通。腔室不需要阻塞流體收集部件的開口。腔室可以是與管道15等直徑或不等直徑，與通道9等長(zhǎng)的，截面為圓形、矩形或其他形狀的導(dǎo)管。腔室23 至少應(yīng)具有一個(gè)條縫或開孔以使流體分布設(shè)備空間V內(nèi)的流體連通。圖7A中，流體收集部件7由基本上封閉容器設(shè)備截面的折流板和導(dǎo)流板18構(gòu)成，也可以不包含導(dǎo)流板18或包含諸如柵格等其他結(jié)構(gòu)。圖中折流板為平板，導(dǎo)流板18緊貼在折流板下方且不與流體整流部件8接觸。在某些應(yīng)用中導(dǎo)流板可以與流體整流部件8接觸，在設(shè)備中部11形成多條流通通道。流體整流部件8為開孔且平均排布的多孔篩板，并不局限于這種結(jié)構(gòu)，緊貼在腔室 23下方，也可以與腔室底部有一定的距離。設(shè)備的最端是下表面流體分布部件6，與上表面支撐部件5結(jié)構(gòu)類似。圖7B中的中心管右側(cè)有兩個(gè)區(qū)段，分別由兩個(gè)肋板14(僅示出其中一個(gè))，上表面支撐部件5及下表面流體分布部件6所限定的區(qū)段僅通過底部的支撐圈21安裝于容器外殼12、相鄰區(qū)段肋板14和中心管16上。在圖7B中的中心管左邊，顯示了另一個(gè)實(shí)施例，其中該設(shè)備的每一層均通過分離的支撐圈21進(jìn)行安裝。當(dāng)需要在水平層中而非通過區(qū)段組裝設(shè)備時(shí)，可使用這種實(shí)施例所示的安裝方式。如圖7B所示，上表面支撐部件5的上部分是成型金屬絲篩網(wǎng)，但不局限于這種結(jié)構(gòu)。下表面流體分布部件6由與上表面支撐部件5 的上部分通常采用相同的材料制成。在其它應(yīng)用中，這些部件可以由不同構(gòu)型的材料構(gòu)成。 例如，一個(gè)為成型金屬絲篩網(wǎng)，另一個(gè)為多孔板。床內(nèi)粒子的平均粒徑應(yīng)為成型金屬絲之間平均間距的至少兩倍。下表面流體分布部件6也可以如圖7B右側(cè)所示，可選的包含一支撐梁。如圖7B所示，肋板14的內(nèi)表面是可見的。同時(shí)，流體收集部件7以梯形斜坡的形式逐漸變薄，并且流體收集部件7最薄的部分最靠近通道9。流體收集部件7的逐漸變薄也可以成階梯狀。管道15通過側(cè)面開有小孔或條縫的腔室23與設(shè)備的空間連通。腔室23與通道9等長(zhǎng)且延伸穿過該通道9，腔室23的可以是截面為圓形的導(dǎo)管，也可以是如圖7B右側(cè)所示的截面為矩形的導(dǎo)管。流體整流部件8為開孔不均勻排布的多孔篩板，其位置可以緊貼腔室23底部，也可如圖7B右側(cè)所示與腔室23底部有一定的距離。圖7B中的中心管右側(cè)有兩個(gè)區(qū)段，分別由兩個(gè)肋板14 (僅示出其中一個(gè))，上表面支撐部件5及下表面流體分布部件6所限定的區(qū)段僅通過底部的支撐圈21安裝于容器外殼12、相鄰區(qū)段肋板14和中心管16上。在圖7B中的中心管左邊，顯示了另一個(gè)實(shí)施例，其中該設(shè)備的每一層均通過分離的支撐圈21進(jìn)行安裝。當(dāng)需要在水平層中而非通過區(qū)段組裝設(shè)備時(shí)，可使用這種實(shí)施例所示的安裝方式。設(shè)備底部可按圖7B所示與下游床層接觸，也可以與下游床層間隔一定的距離。設(shè)備的下表面流體分布部件6與下游床層的粒子上表面的間距通常為2-20mm。本發(fā)明提供的流體分布設(shè)備的工作過程為流體通過設(shè)備上游粒子床2，經(jīng)過上表面支撐部件5進(jìn)入設(shè)備上部空間10，被流體收集部件7收集，并匯集到通道9。如果此時(shí)外部流體通過管道15進(jìn)入腔室23，則流體通過腔室上的小孔17與流體收集部件7收集的流體在通道9處混合，然后進(jìn)入設(shè)備的中部空間11。并在導(dǎo)流板18的作用下向設(shè)備的兩端流動(dòng)。同時(shí)，流體整流部件8對(duì)離開通道9的一部分流體起到一定的阻擋作用，也迫使其向設(shè)備兩端流動(dòng)。另一部分流體則通過流體整流部件8上的開孔進(jìn)入設(shè)備的下部空間22。 導(dǎo)流板18和流體整流部件8的共同作用，使得設(shè)備中部空間11內(nèi)流體的流動(dòng)更均勻，混合更充分。進(jìn)入設(shè)備的下部空間22的流體，通過下表面流體分布部件6的最終分配，均勻的進(jìn)入下游粒子床。如果此時(shí)將設(shè)備內(nèi)的流體通過腔室23連接的管道15抽出到容器外，則由流體收集部件7收集的流體流經(jīng)通道9時(shí)，一部分流體會(huì)通過腔室23上的小孔17進(jìn)入腔室，進(jìn)而通過管道15抽出到容器外。剩余流體通過通道9流入設(shè)備的中部空間11，在導(dǎo)流板18和流體整流部件8的共同作用下，比較均勻、平穩(wěn)的流入設(shè)備下部空間22，并最終通過下表面流體分布部件6的最終分配進(jìn)入下游粒子床層。
下面通過實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明提供的設(shè)備，但本發(fā)明并不因此受到任何限制。整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由一直徑為IOOOmm的垂直定向的圓柱形有機(jī)玻璃拄組成。由于系統(tǒng)內(nèi)特定位置有一定的壓力，所以在系統(tǒng)同時(shí)配備壓力平衡組件。將液體儲(chǔ)槽的液體(水) 用泵打入該圓柱的頂部。調(diào)節(jié)泵量以控制水的體積流量，并通過流量計(jì)進(jìn)行監(jiān)控。水從圓柱的底部經(jīng)管線回到液體儲(chǔ)槽。實(shí)驗(yàn)時(shí)，將本發(fā)明提供的流體分布設(shè)備和現(xiàn)有技術(shù)提供的流體分布設(shè)備放置于圓柱內(nèi)，且保證設(shè)備的上表面與液體入口的垂直距離為1400mm，以此來評(píng)估流體分布設(shè)備的性能。流體分布設(shè)備的上游和下游粒子床層的底部均配裝填高度為 300mm直徑為6. Omm的瓷球、高度為IOOmm直徑為2. 0 3. Omm的球形玻璃珠，然后在床層頂部裝填高度為IOOmm直徑為1. Omm的實(shí)心球，床層頂部與格柵底部間距為10 40mm。實(shí)施例1實(shí)施例1說明本發(fā)明的流體收集、混合、分布設(shè)備的分配效果。實(shí)驗(yàn)方法將本方明提供的流體分布設(shè)備，結(jié)構(gòu)如圖8-A所示，放置于上面描述的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中。然后，在不干擾粒子床的情況下緩慢將水注入并充滿容器。系統(tǒng)充滿水后，提高水的流量，使床層內(nèi)的水以20mm/s的平均線速度向下流動(dòng)，觀察流體分布設(shè)備上游和下游粒子床層內(nèi)的流體和粒子的運(yùn)動(dòng)情況。在設(shè)備下方和下游床層上方之間某一平面上內(nèi)設(shè)置一系列的測(cè)速點(diǎn)，測(cè)量同一個(gè)高度、不同位置的流體的線速度評(píng)估流體速度分布是否均勻。判斷標(biāo)準(zhǔn)為平面內(nèi)每個(gè)測(cè)速點(diǎn)流體流速偏離這一平面流體平均流速的相對(duì)平均偏差， 即速度不均勻度。改變床層內(nèi)的平均線速度，進(jìn)行一系列的評(píng)估，評(píng)估結(jié)果如表1所示。速度不均勻度的計(jì)算方法
η
Vv平均速度-tT ‘
ν = —~ η
η 丨 —速度平均偏差S卜'_V
0V =-
η速度不均勻度rv=i
νη—測(cè)速點(diǎn)數(shù)量，Vi——每個(gè)測(cè)量點(diǎn)的流體速度，m/sν——測(cè)量平面上流體的平均流速，m/s對(duì)比例1對(duì)比例1說明CN101056684A中公開的的流體收集器-混合器-分配器的分配效^ ο對(duì)比結(jié)構(gòu)，采用現(xiàn)在技術(shù)中廣泛應(yīng)用的CN101056684A中公開的模擬移動(dòng)床吸附分離混合器-分布器-收集器設(shè)備。該設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖如圖8所示，包括固體阻滯篩5 (上表面支撐部件)、流體偏轉(zhuǎn)裝置8 (流體收集部件)、通道9、混合箱19 (腔室)，管道18，防濺板20，流體分布器6 (下表面流體分布部件)和流量控制器7。流經(jīng)上游粒子床2的流體通過固體阻滯篩5進(jìn)入設(shè)備，在流體偏轉(zhuǎn)裝置8的收集下，通過通道9進(jìn)入設(shè)備下部空間，在防濺板20的阻擋下改變流動(dòng)方向，在經(jīng)過流體分布器6進(jìn)行分配后，通過流量控制器7進(jìn)
10入下游粒子床。實(shí)驗(yàn)方法同實(shí)施例1，結(jié)果見表1。由表1可見，本方明所提供的流體分布設(shè)備能使流體進(jìn)入設(shè)備下游粒子床前，具有更均勻的流動(dòng)。實(shí)施例2實(shí)施例2說明本方明提供的流體收集、混合、分配設(shè)備的混合效果。將本方明提供的流體分布設(shè)備，結(jié)構(gòu)如圖8-A所示，放置于上面描述的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中。然后，在不干擾粒子床的情況下緩慢將水注入并充滿容器，。系統(tǒng)充滿水后，提高水的流量，使床層內(nèi)的水以20mm/s的平均線速度向下流動(dòng)。然后，從流體導(dǎo)入和抽出管道注入示蹤劑，通常為一定濃度的鹽水，在設(shè)備下方和下游粒子床之間的某一高度的平面內(nèi)設(shè)置一系列濃度測(cè)量點(diǎn)，評(píng)估設(shè)備的混合效果。評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)為，平面內(nèi)濃度測(cè)量點(diǎn)測(cè)量的鹽水濃度值偏離該平面內(nèi)濃度平均值的濃度相對(duì)平均偏差，即濃度不均勻度，評(píng)估結(jié)果見表2。濃度不均勻度的計(jì)算方法平均濃度
權(quán)利要求
1.一種流體收集、混合、分布設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備位于具有垂直軸線(1 的容器(1)內(nèi)的兩個(gè)固體粒子( 床層之間、頂部床層上部或底部床層下部，所述設(shè)備包括用于支撐上部固體粒子床，并且允許流體通過的上表面支撐部件(5)；位于上表面支撐部件(5)之下并與該上表面支撐部件(5)間隔開的流體整流部件(8)， 該流體整流部件(8)用于改善流體速度分布的均勻性，強(qiáng)化流體間的混合；水平延伸穿過所述容器的截面區(qū)域并位于上表面支撐部件( 和流體整流部件(8)之間，并且與所述的上表面支撐部件( 和流體整流部件(8)間隔開的流體收集部件(7)；貫穿所述流體收集部件(7)的至少一個(gè)通道(9)，該通道提供上表面支撐部件( 與流體整流部件(8)之間的流體連通；下表面流體分布部件(6)，所述的流體分布部件(6)位于流體整流部件(8)下方，并且與流體整流部件(8)間隔開，所述的下表面流體分布部件(6)的開孔面積OA3小于其上部的流體整流部件(8)的開孔面積OA2。
2.按照權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于所述的下表面流體分布部件(6)由兩部分構(gòu)成， 上部分為一系列縱橫交錯(cuò)的支撐條，下部分為表面開有小孔或條縫的成型金屬絲網(wǎng)或其它多孔材料。
3.按照權(quán)利要求1或2的設(shè)備，其特征在于，所述的流體整流部件(8)的總開口面積與設(shè)備截面積之比為1 0-4)。
4.按照權(quán)利要求3的設(shè)備，其特征在于，所述的流體整流部件(8)為表面開有小孔或條縫的平板。
5.按照權(quán)利要求4的設(shè)備，其特征在于，所述的小孔孔徑或條縫寬度為1.5-10mm，小孔或條縫的間距為2-15mm。
6.按照權(quán)利要求1或2的設(shè)備，其特征在于所述的下表面流體分布部件(6)和其上的流體整流部件(8)之間的距離為H，下表面流體分布部件網(wǎng)孔或間距為Me，即Me為主平面內(nèi)的臨近開口之間的平均中心線距離；H/Me的值為2-100。
7.按照權(quán)利要求1或2的設(shè)備，其特征在于，所述的流體收集部件(7)由上部基本無孔的折流板和下部的導(dǎo)流板構(gòu)成。
8.按照權(quán)利要求1或2的設(shè)備，其特征在于，所述的設(shè)備所在的容器(1)截面積與通道 (9)的總截面積之比為(3 90) 1。
9.按照權(quán)利要求1或2的設(shè)備，其特征在于，所述的通道(9)內(nèi)部或附近設(shè)有流體進(jìn)入或抽出部件，流體進(jìn)入或抽出部件由開有小孔和/或條縫的腔室構(gòu)成。
10.按照權(quán)利要求9的設(shè)備，其特征在于，所述的腔室上的總開孔面積為通道(9)面積的 1/100-1/5。
全文摘要
一種流體收集、混合、分布設(shè)備，沿容器的主軸方向從上到下通常包括以下部件上表面支撐部件(5)，流體收集部件(7)，流體整流部件(8)，下表面流體分布部件(6)。流體收集部件(7)位于上表面支撐部件(5)下方，各部件以合理的間隔依次排布。與現(xiàn)有流體分布設(shè)備相比，本發(fā)明提供的收集、混合、分布設(shè)備兼具流體的收集、混合和分布功能，獨(dú)特的流體整流部件使通過設(shè)備的流體獲得更均勻的流動(dòng)，能夠更充分的混合和更小的流動(dòng)波動(dòng)干擾。另外該設(shè)備具有多種外部形狀，能適應(yīng)各種規(guī)模和安裝要求的容器的使用需要。
文檔編號(hào)B01J8/00GK102451647SQ201010514190
公開日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2010年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月21日
發(fā)明者常志剛, 張占柱, 朱振興, 王少兵, 王德華, 郁灼 申請(qǐng)人:中國(guó)石油化工股份有限公司, 中國(guó)石油化工股份有限公司石油化工科學(xué)研究院