專利名稱：塔盤連接裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總的涉及流體分離裝置，更具體地，涉及一種用于流體作業(yè)的分餾塔盤。
背景技術：
本發(fā)明涉及一種在分餾塔中使用的分餾塔盤，特別是涉及一種新穎的裝置，即，能使用于分餾塔和其它用于分離兩種或更多種流體(如蒸汽和液體)的相關裝置的分餾塔盤的組裝時間和成本大大節(jié)省的裝置。
所謂分餾是這樣一種過程，即，通過在高壓或真空條件下加熱或去熱，將通常由兩種或多種物質組成的蒸氣或液體混合物的工藝流體分離成所需純度的組份。分餾塔是為了高效地實現這種分離而設計的。
基本的分餾是從塔柱的頂部開始進行，一直往下到塔柱的底部。較重的工藝液體沿塔柱往下流，而較輕的工藝蒸汽則逆流而上。分餾塔的主要構件包括一豎直的殼體和若干個塔柱內部構件例如分餾塔盤或填料，工藝蒸氣和工藝液體物質就在塔柱內部的這些地方進行分離。塔柱內部構件可以提高和加強被處理蒸氣與液體之間的分離作用。塔柱內部構件的各種內部結構，例如塔盤間隔、塔柱直徑、加強流動用組件的安置等，可以提高效率，進而降低能耗。
在典型的分餾塔柱中，是在豎直的殼體內水平地安裝多個分餾塔盤。分餾塔盤的特別設計有利于加強工藝蒸氣和液體之間的分離，因為這種設計使流體之間可以更密切地接觸，這種接觸能使分離效果更好。每個分餾塔盤都是由若干個面板組成的，這些面板通常是通過螺栓相互聯接，然后再通過螺栓或通過夾緊的方式連接于分餾塔中的一個橫梁支承件。各面板與支承件之間的區(qū)域是一個“死區(qū)”，在那里很少發(fā)生或根本不發(fā)生蒸汽-液體的相互作用和分離。
分餾塔盤的蒸氣與液體接觸區(qū)域通常被稱作“活性區(qū)域”。應該將面板與周圍支承件之間的死區(qū)區(qū)域作為一個非活性區(qū)域從活性區(qū)域中減去，該死區(qū)區(qū)域對分離過程沒有幫助。因此，所有分餾塔盤的死區(qū)面積之和會降低塔柱的效率，從而需要更多的塔盤來實現所需的效果。
最近，授予Nutter的美國專利5,468,425揭示了一種對塔盤的死區(qū)加以改良以解決在該區(qū)域的蒸氣-液體接觸狀況的裝置。在相鄰面板之間的相當大的重疊邊界區(qū)域內，在各面板上設置幾何形狀基本相同的孔。需要很大的邊界區(qū)域以通過螺栓將相鄰的面板連接在一起。
雖然在邊界區(qū)域內添加了很多孔，但是傳統(tǒng)的螺栓還是會像傳統(tǒng)的分餾塔盤面板設計那樣產生同樣的死區(qū)問題。由于重疊的邊界區(qū)域很大，并沿相鄰面板的長度方向延伸，因而通過螺栓將各塊面板連接起來所需的面積有助于生成死區(qū)。因此，在邊界區(qū)域設置孔對塔盤和塔柱的容量和效率的益處被減少了。
此外，Nutter塔盤在安裝方面仍然追隨傳統(tǒng)的塔盤設計，因而需要兩個或多個安裝工人。由于每塊面板都是用一個螺栓連接于相鄰的面板，至少一個在塔盤上方的安裝者必須將一塊塔盤上的螺栓孔對準第二塊面板上的螺栓孔。此外，安裝者必須在塔盤的下方用螺母或其它的鎖定裝置來完成螺栓最終的緊固。熟悉該領域的人員應該認識到，這種傳統(tǒng)的安裝程序是分餾塔盤安裝過程中的一個很大的勞力成本，并會延長分餾塔安裝所需的時間。因此，在整個設備停機以更換塔柱內部構件的修理過程中，不能節(jié)省勞力或時間，這種附加的非運行時間會影響設備的運行。
因此，需要一種能減小塔盤面板之間的死區(qū)的分餾塔盤，以提高塔柱容量和效率。分餾塔盤應該能方便、簡單地構造，同時保持足夠的強度以便用于高壓蒸氣和液體環(huán)境。該分餾塔盤還應該易于安裝，以在關鍵性的安裝過程中顯著地節(jié)省勞力成本和時間。
發(fā)明概要本發(fā)明涉及一種供分餾塔內的流體分離接觸用的裝置，所述分餾塔是用于兩種不同質量的流體之間的質量交換。按照本發(fā)明，提供了一分餾塔盤表面，該塔盤具有第一和第二互鎖面板和多個閥穿孔。各閥穿孔可允許較輕的流體(如蒸氣)自下而上地流過分餾塔盤，以與在分餾塔盤上方流動的較重的流體相互作用。
第一互鎖面板具有一基本上水平的平面，該平面具有若干個閥穿孔和一對準區(qū)域。對準區(qū)域具有至少一個對準插槽和至少一個對準穿孔。
第二互鎖面板靠近第一互鎖面板。第二互鎖面板具有用于插入到第一互鎖面板的對準插槽中的至少一個對準凸片。對準凸片還包含一閥穿孔。
在安裝過程中，將對準凸片插入到第一互鎖面板的對準插槽中。閥穿孔對準對準穿孔，因而使蒸氣可以自下而上地通過分餾塔盤，與在塔盤表面流動的液體相互作用。
分餾塔盤和面板最好由一位于對準區(qū)域的整體式構架元件來支承。該整體式構架元件從對準區(qū)域向下延伸，并設計成對對準穿孔的影響最小。一凸緣從整體式構架的支腳部分伸出，以便加強對構架的支承。
在一個較佳實施例中，將一分餾閥插入對準凸片的閥穿孔。該閥可以是可動閥也可以是固定閥。利用該閥可以減少泛濫和滴漏現象，可以將來自于分餾塔盤下方上升的蒸氣偏移進入一水平的橫向流。
較佳的是，在安裝過程中，不需要用螺栓來聯接第一和第二互鎖面板，這樣就可以使安裝所需的勞力成本減至最低?；ユi面板可以使安裝更加迅速，從而減少設備停機(例如因維修)所需的時間。此外，不用螺栓還允許在傳統(tǒng)的非活性區(qū)域上安置閥穿孔，從而減小分餾塔盤的機械死區(qū)。這樣，由于能使蒸氣和液體之間的相互作用變大，因而可以提高分餾塔盤和塔柱的容量和效率。
本發(fā)明的分餾塔盤設計可以提供迅速且方便的安裝。由于能提高塔柱的容量和效率，因而這種面板對準系統(tǒng)可以從勞力成本和運行成本兩方面來降低塔盤成本。
附圖簡要說明

圖1是根據本發(fā)明的一分餾塔盤的俯視平面圖，示出了相互連接的一第一互鎖面板和一第二互鎖面板；圖2是一側視立體圖，示出了圖1中的分餾塔盤的第一和第二互鎖面板，這些互鎖面板具有位于多個閥穿孔中的閥；圖3是第一和第二面板之間的對準區(qū)域的放大側剖視圖，更詳細地示出了對準凸片和閥；圖4是一立體圖，示出了具有閥的第一和第二互鎖面板，其中包括圖1所示分餾塔盤的第二互鎖面板的對準區(qū)域和第一互鎖面板對準凸片；圖5是一側剖視圖，示出了將第二互鎖面板插入第一互鎖面板的對準區(qū)域以形成圖1所示之塔盤的情況；圖6是一立體圖，示出了將第二互鎖面板插入第一互鎖面板的對準區(qū)域以形成圖1所示之分餾塔盤的情況。
對本發(fā)明的詳細描述下面將結合圖1至5來描述本發(fā)明的一個較佳實施例。本發(fā)明的分餾塔盤并不限于該實施例。說明書和權利要求書中所用的描述性的語言僅僅是為了描述清楚和方便，并不在任何程度上隱含地局限于質量交換技術或者是局限于質量交換塔內常見的部件垂向配置。
術語“流體”是取自質量交換領域的專門術語，以便在不局限于質量交換技術的情況下來總地描述流過本發(fā)明之閥的顆粒類型。質量交換作業(yè)中的顆粒通常包括分子級的或顯微尺度的液滴或氣泡。通常，“蒸氣”或“氣體”是較輕的流體，而“液體”是較重的流體。本發(fā)明的塔盤用閥可以較為理想地應用于高壓流體環(huán)境，例如分層分餾塔柱。這種高壓流體環(huán)境允許蒸氣和液體分離。
術語“塔盤”和“塔板”意指用于質量交換的塔柱內的面板。也可以將塔盤描述成流體接觸的分餾塔盤。在典型的塔盤裝置中，塔盤的上表面朝著塔柱的頂端，而其下表面朝著塔柱的底端。在塔板上可以有若干個塔盤開口。通常，閥或其它裝置位于塔盤開口的上方，用以調節(jié)流過液體的蒸氣流量。然而，這里的術語塔盤指的就是可通過其安裝例如本發(fā)明的閥的任何面板。
“流體流”是定義為流體在分餾塔中的以及橫過分餾塔盤的總體流動。蒸氣流通常從塔柱的底部通過塔板上的穿孔流向塔柱的頂部。液體流通常是從頂部塔盤向下流向底部塔盤。液體從分餾塔盤的上游或入口部分流向分餾塔盤的下游或出口堰部。在通過出口堰部之后，液體流過并覆蓋下水管區(qū)域，直至下一個塔盤的入口部分。
在說明書和權利要求書中，“可動的”一般是用來描述塔盤閥被插入塔板的泡沫促進開孔之后的運動。一般地說，熟悉本技術領域的人應該理解，本發(fā)明的閥組件或其它裝置最好可以相對于塔板向上和向下運動。這種運動可以讓流體從塔板的下表面流向上表面，從而藉助質量交換技術來實現所需的流體分餾。塔板與擴散閥之間的距離限定了一個讓向上流動的微粒通過的流體逸出通道或開口。
術語“泛濫(flooding)”和“滴漏(weeping)”是指分餾塔盤工作過程中的狀況。泛濫是指上升的蒸氣從分餾塔盤下方通過塔板上的開口垂直地向上直射，以在液體中相對未受干擾的方式流過液體而撞擊到上面的塔板上。通常，泛濫發(fā)生在蒸氣壓力較高因而允許蒸氣射過液體的情況下。滴漏發(fā)生在低流速情況下，即，低流速的液體可以通過塔盤表面的穿孔滲漏到下面的塔盤上。在液體流速較高的情況下，可能發(fā)生“傾瀉(dumping)”，即，液體流過閥穿孔，而不是橫流過塔板并經過下水管。
本發(fā)明的分餾塔盤是構造成可以裝配在一個質量交換分餾塔內。在以下的較佳實施例中描述、圖示和要求保護該分餾塔盤。
現請參見附圖，圖1是本發(fā)明分餾塔盤的平面圖。一第一互鎖面板10A具有若干個閥穿孔，在每個穿孔中均插設有閥30。較佳的是，沿著塔盤面板的整個長度方向設置了多個對準凸片20，以便連接一相鄰的互鎖面板。每個對準凸片20均具有一凹陷部分21和一突起部分22。
如圖1所示，對準凸片20沿互鎖面板10A的邊緣均勻地固定和定位。對準區(qū)域1(未圖示)的位置與對準凸片20相對。每個對準凸片20均具有一在凸片內的相應的閥穿孔35。閥穿孔35最好是一個基本上圓的開口，但是也可以加以改變以接納任何閥或其它流體偏移組件。
第二互鎖面板10B示出了對準區(qū)域1的情況，該區(qū)域基本上與第一互鎖面板10A上的對準區(qū)域相同。對準區(qū)域1具有一用于接納相鄰塔盤面板的對準凸片20的凹陷部分21的對準插槽15。對準穿孔25緊挨在對準插槽25的后面。對準穿孔25最好是一個大于閥穿孔的敞開區(qū)域。因此，如果預先在分餾塔的外側來安裝閥，在將閥30的腿部穿過對準孔來進行安裝時，可以減少安裝所需的時間。閥30在閥穿孔35中的定位可以分別防止在開、閉的位置上發(fā)生滴漏和泛濫現象。
圖2示出了本發(fā)明圖1所示的互鎖面板的立體圖。圖中的兩塊塔盤面板完全組裝在一起，其中閥30插設在分餾塔盤的閥穿孔中。圖中示出了第二互鎖面板10B的整體式構架元件40。該整體式構架元件從對準區(qū)域1向下延伸，不會妨礙蒸氣流過對準穿孔25。整體式構架40的厚度與塔盤面板相同。
現請參見圖3，這是互鎖面板的側剖視圖。圖中所示的各閥30插設在塔板上，并位于塔盤面板的閥穿孔中。在圖中，對準凸片20的凹陷部分21和突起部分22是在第一互鎖面板10A上。最好是將對準凸片20設計成這樣，即，能使互鎖的塔盤面板保持如圖2所示的基本水平的狀態(tài)。在圖中，閥32穿過對準區(qū)域1上的閥穿孔和對準穿孔。
如圖3所示，整體式構架元件40從對準區(qū)域1向下延伸。一構架凸緣45從整體式構架元件40橫向地延伸而形成一個支腳。這樣能大大地提高整體式構架的剛度，同時允許構架保持為一個薄金屬片。
圖4是對準區(qū)域1的一個詳示剖視圖，其中對準凸片20插設在對準插槽15(未圖示)中。凹陷部分21最好是在第二互鎖平面10B的水平面下方，并且如圖所示的那樣插入對準插槽15。突起部分22在第一互鎖平面10A的對準區(qū)域1的上方。凹陷部分21與突起部分22的組合使得相鄰的塔盤面板能夠在安裝之后保持在一個平的、水平的平面上，以便使液體能更均勻一致地流過塔板表面。閥32是通過第二互鎖面板10B的對準凸片20和第一互鎖面板10A的對準區(qū)域1插入的。這樣就可以提供一個無螺栓但卻仍然穩(wěn)定的連接。
圖4還放大地示出了整體式構架元件40，其中，構架從對準區(qū)域1向下延伸。構架元件40的厚度基本上等同于塔盤面板的其余部分的厚度。構架凸緣45從構架元件40橫向地延伸而形成一個支腳部分。這樣就可以加強構架元件，使它可以間互鎖塔盤支承在分餾塔內。熟悉本技術的人員應該可以認識到，分餾塔盤和整體式構架所采用的金屬厚度是按照材料的標準厚度而定的。構成材料包括碳素鋼，并且可以是7規(guī)格(gauge)或4.5mm厚度的碳素鋼至10規(guī)格或3.5mm厚度的碳素鋼。規(guī)格較薄的材料(如14規(guī)格的材料)也可以包括外來金屬，如鈦金屬。
圖5是將第二互鎖面板插入到第一互鎖面板的對準區(qū)域中的側剖視圖。其中，以一個由X表示的角度，將對準凸片20的凹陷部分21插入到第一互鎖面板10A的對準插槽中。為便于安裝，先將閥30插設到塔板上，然后再將塔盤安裝到分餾塔中。由于塔柱相對于塔盤面板而言是一個狹長的豎直殼體，因而上述的安裝方法可以降低安裝成本。由于在塔柱的外側將閥30插入塔板，因而使安裝作業(yè)變得非常快速，并且可以降低勞力成本。
隨后，使在對準凸片20的閥穿孔35中的閥32的腿部穿過對準對準穿孔25。由于對準穿孔25最好是大于閥穿孔35，因而可以很方便地將閥32插入對準穿孔25。由于有重力作用在第二互鎖面板10B的末端，因而第二互鎖面板可以移動角度X，如圖3所示的那樣對準第一互鎖平面的水平面。
現請參見圖6，該立體圖示出了互鎖面板的安裝情況。隨著第二互鎖面板移動角度X，對準凸片20中的各閥穿孔35中的每個閥32就會插入到第一互鎖面板的對稱穿孔25中。互鎖面板10B的天然重力作用可以為塔盤面板提供沿所需水平方向對準所需的力。
本發(fā)明可以大大降低將塔盤安裝在一分餾塔中的勞力成本，因為互鎖面板可以提供快速的安裝同時減小安裝所需的勞力。對準區(qū)域的設計使得安裝者可以很方便地將一塔盤面板與相鄰的塔盤面板對準。因此，本發(fā)明的塔盤面板的安裝時間要少得多，從而縮短時間很關鍵的塔柱和設備維修所需的周轉時間。
帶有穿孔的對準區(qū)域還可以減小死區(qū)面積，同時不需要在塔盤面板之間添加聯接螺栓。由于死區(qū)會減小蒸氣與液體的相互作用面積，因而這樣就能提高塔柱的工作能力。由于減小了死區(qū)或非活性區(qū)域，因而可以采用較少的分餾塔板，從而提高了整個塔柱的效率。
雖然上面結合較佳實施例對本發(fā)明進行了描述，但也可以采用其它的構造。例如，可以按照插入到分餾塔盤內的閥的設計來調節(jié)互鎖凸片和穿孔的尺寸及形狀，在對準凸片之間可以采用一螺栓，以進一步加強兩塊面板之間的互鎖作用。
在各閥穿孔內可以采用固定閥。可以采用微擴散閥(如Chuang等人在1997年10月10日提交的美國臨時專利申請60/061,504，以及1998年9月1日提交的美國臨時專利申請09/145,187所揭示)來進一步地使上升的蒸氣擴散進入液體流。這種罩蓋閥的微擴散作用可以使蒸氣微細地分散，使蒸氣在液體內微擴散而允許進行更大的蒸氣-液體相互作用。這樣就可以大大改善分離和蒸餾過程。微擴散閥可以用于整個塔板表面，或者單獨地用于對準區(qū)域。
用來構造塔盤面板的金屬的厚度使得整體式構架的高度可調，從而不會堵塞減小的死區(qū)。熟悉本技術的人員應該理解，塔盤面板可以是彎曲的，例如面板的靠近分餾塔的圓形殼體的部分可以是彎曲的。
可以在不偏離本發(fā)明主題的情況下，對所揭示的實施例和其它實施例做出各種改型。
權利要求
1．一種用于分餾塔的分餾塔盤，用以加強蒸氣與液體之間的分離相互作用，該塔盤包括多個互鎖面板，這些面板具有多個閥穿孔，用以使所述蒸氣從下方通過分餾塔盤，與在分餾塔盤上方流動的所述液體發(fā)生相互作用；所述互鎖面板中的第一互鎖面板具有一對準區(qū)域，該對準區(qū)域具有至少一個對準插槽和至少一個對準穿孔；所述互鎖面板中的第二互鎖面板具有至少一個用于插入所述第一互鎖面板的所述對準插槽的對準凸片，在所述對準凸片內有一閥穿孔，因而當所述第二互鎖面板對準所述第一互鎖面板并且所述對準凸片被插入所述第一互鎖面板的對準插槽時，所述閥穿孔對準所述對準穿孔，使蒸氣可以自下而上地通過分餾塔盤而與分餾塔盤上方的液體相互作用，從而減少分餾塔盤表面的機械死區(qū)；以及一用于將所述分餾塔盤安裝到所述分餾塔中的支承裝置。
2．如權利要求1所述的分餾塔盤，其特征在于，所述支承裝置包括一整體式構架部分，該部分從所述對準區(qū)域向下延伸以將所述互鎖面板支承在所述分餾塔內，該整體式構架部分定位成離開所述對準穿孔，以防止自下而上流過分餾塔盤的蒸氣發(fā)生堵塞，同時為分餾塔盤提供支承。
3．如權利要求2所述的分餾塔盤，其特征在于，所述整體式構架部分具有一凸緣延伸部，以便對互鎖面板和分餾塔盤提供更高的支承強度。
4．如權利要求1所述的分餾塔盤，其特征在于，每個所述互鎖面板都是相互鎖定的和穩(wěn)定的，在把第二互鎖面板的對準凸片插入第一互鎖面板的對準插槽之后，不需要螺栓聯接，所述插入工作是借助施加于第二塔盤面板的與對準區(qū)域相對的末端部分上的重力來實現的，各互鎖面板可以形成一個基本上平的表面。
5．如權利要求1所述的分餾塔盤，其特征在于，在所述第二互鎖面板的對準凸片的所述閥穿孔中插設了一可動閥，以便在與液體相互作用的過程中，將從分餾塔盤下方流過對準孔和閥穿孔的蒸氣引入到一個水平的、橫向的流體中，藉以防止泛濫。
6．如權利要求5所述的分餾塔盤，其特征在于，所述可動閥是一微擴散閥，該擴散閥可以在蒸氣和液體之間形成較大的混合作用，從而防止在流動條件變化的情況下在對準區(qū)域出現泛濫和滴漏的現象。
7．如權利要求1所述的分餾塔盤，其特征在于，一固定閥附連于第二面板的閥穿孔，以便在與液體相互作用的過程中，將從分餾塔盤下方流過對準穿孔和閥穿孔的蒸氣引入到一個水平流中，藉以防止塔盤部分發(fā)生泛濫。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于連接蒸氣、液體分離用分餾塔中的分餾塔盤的相鄰塔盤面板的裝置。第一互鎖面板(10a)具有一對準區(qū)域,該區(qū)域具有至少一個朝著面板中心的對準插槽(15)和至少一個遠離面板中心的對準穿孔。第二互鎖面板(10b)具有一對準凸片(20),在對準凸片(20)上具有一閥穿孔?？梢砸砸粋€傾角將第二面板的對準凸片(20)插入第一面板的對準插槽(15)。作用在與第二面板的對準凸片相反方向的面板部分上的重力可以使第二面板在第一面板的水平面內對準,因而在組裝過程中不需要螺栓。將擴散閥插入到閥穿孔(35)中,以擴散蒸氣,并防止滴漏至塔盤下方和泛濫至塔盤上方。閥穿孔(35)還可減少互鎖面板之間的死區(qū),從而提高分餾塔盤和分餾塔的容量和效率。
文檔編號B01D3/22GK1325317SQ99812848
公開日2001年12月5日 申請日期1999年10月29日 優(yōu)先權日1998年10月30日
發(fā)明者L·W·伯頓, F·G·塔哈馬西 申請人:Amt國際股份有限公司