用于質量轉移塔的混合接觸托盤的制作方法
【專利說明】用于質量轉移塔的混合接觸托盤
[0001]相關串請的交叉引用
本申請涉及名稱為 “HYBRID CONTACT TRAY FOR A MASS TRANSFER COLUMN” 的同時提交的序列號為61/753，171的美國臨時專利申請，所述美國臨時專利申請通過引用被并入本文中，以便用于各種目的。
【背景技術】
[0002]諸如蒸餾塔、吸收塔和汽提塔之類的質量轉移塔設置有用于汽液接觸目的的各種類型的接觸托盤。這些塔在用于多組分供給流的分離的領域中為人們所熟知，但是并不特別地局限于此。在美國專利N0.4，750，975,5, 120，474、5，453，222和8，066，264中描述了這樣的塔和托盤的示例，所述美國專利通過引用被并入本文中。
[0003]典型地，質量轉移塔具有在塔的高度上以間隔開的構造水平設置的多個接觸托盤。典型的接觸托盤具有臺板，在所述臺板上，液體流從入口降液管段傳送到出口降液管段。典型的托盤臺板具有孔口，上升的蒸汽可流過所述孔口，并且液體可在所述孔口上方流動，以便在橫流流動中起泡或以另外的方式迫使蒸汽通過液體。
[0004]托盤被設計成接觸液體和蒸汽，然后允許它們分離。在其最簡單的設想形式中，蒸汽向上流過托盤臺板中的孔并接觸液體。兩者分離，并且液體向下通過降液管流向托盤下方，并且蒸汽向上流向托盤上方。由于汽液接觸是緊密的，所以幾乎在托盤上的任何位置處都存在蒸汽與液體的混合物。當例如在諸如高壓的某些條件下操作時，液體與蒸汽的混合可能導致托盤臺板上泡沫(例如，蒸汽和液體的混合物)的存在。泡沫可能積累，并且可能流入到降液管中，從而通過降液管向下運送攜帶的蒸汽，和/或可能通過托盤的孔向上流動到上方，從而運送攜帶的液體。托盤的效率和容量以及因此塔的效率和容量可能由于任一情況的發生而降低。
[0005]蒸餾塔及它們相關內部的設計是總的材料吞吐量與托盤/塔效率的平衡。因此，本發明的目的是改善用于質量交換塔的托盤的容量和效率。
【發明內容】
[0006]在第一方面中，本發明提供了一種用于質量轉移塔的混合接觸托盤。該接觸托盤包括:
托盤臺板，其用于液體沿著其上的液體流動路徑的傳送，托盤臺板具有多個孔口，所述多個孔口用于上升的蒸汽通過該托盤臺板的傳送；
橫流汽液混合段，其具有所述多個孔口的第一部分孔口 ；
順流汽液混合段，其包括與所述多個孔口的第二部分孔口相關的至少一個順流混合裝置；以及
用來相對于所述多個孔口來改變液體壓頭水平的裝置，其使得順流汽液混合段內的液體壓頭水平大于橫流汽液混合段內的液體壓頭水平。
[0007]在第二和第三方面中，本發明提供了一種包括至少一個上述混合托盤的質量轉移塔和一種利用所述塔來分離至少一個供給流的方法。
【附圖說明】
[0008]圖1是根據本發明的混合托盤的頂視垂直投影圖。
[0009]圖2A-2C是根據本發明的順流混合裝置的側視垂直投影圖。
[0010]圖3A-3B是根據本發明的另一順流混合裝置的側視垂直投影圖。
[0011]圖4-6是根據本發明的混合托盤的不同實施例的側視垂直投影圖。
[0012]圖7A-7B是根據本發明的混合托盤的不同實施例的側視垂直投影圖。
【具體實施方式】
[0013]本申請基于發明人的如下發現:在將一個或多個本發明的混合接觸托盤用于質量轉移塔的情況下，能增加質量轉移塔的操作容量，同時維持或提高效率。混合接觸托盤具有設置在托盤臺板的液體流動路徑內的橫流混合段和順流混合段。在不被特定的操作機制約束的情況下，本發明人認為，橫流與順流混合段的混合構造的使用，允許托盤上的液體與蒸汽的強力混合和密切接觸，同時減少了由強力混合所產生的泡沫積累。此外，本混合托盤的使用，以及尤其是順流混合段和裝置的使用，在不降低托盤或塔的效率的情況下允許通過托盤和塔的增強的蒸汽流動。
[0014]在第一方面中，本發明提供了一種用于質量轉移塔的混合接觸托盤。參考圖1所描繪的實施例，接觸托盤100具有托盤臺板103，托盤臺板103用于液體沿著在其上的至少一個液體流動路徑的傳送。液體流動路徑從入口降液管段105到出口降液管段107。如圖1所示，出口降液管段107典型地是托盤的其中液體越過出口堰109 (圖1中示出在順流混合段113與降液管段107之間)溢出到托盤下方的區域。托盤臺板103還具有多個孔口，所述多個孔口用于上升的蒸汽通過托盤臺板101的傳送，所述多個孔口在圖1中示出為與混合裝置(115、117)相關。
[0015]托盤100在此被描述成“混合”接觸托盤，其中，托盤臺板103具有設置在沿著托盤臺板103的液體流動路徑內的橫流混合段111和順流混合段113。在其中托盤臺板具有附加液體流動路徑的實施例中，優選但非必需的是，每個附加的路徑包含如在此所描述的橫流混合段和順流混合段。術語“順流”和“橫流”如在此相對于托盤臺板的汽液混合段以及相對于設置在這些段內的混合裝置所使用地，描述了液體和蒸汽在相應段內的相應裝置中或相應裝置上相對于彼此的流動方向。
[0016]橫流混合段:
在橫流混合段111中，在液體流動路徑中行進的液體越過托盤臺板中的多個孔口的第一部分孔口。橫流混合裝置可以與或可以不與橫流汽液混合段111中的多個孔口的第一部分孔口相關。在沒有混合裝置與孔口相關的情況下，當液體在操作期間直接越過孔口時，孔口本身提供了段中的汽液界面。在有些優選的實施例中，例如如圖1所示，橫流汽液混合段111包括與托盤臺板103中的多個孔口的第一部分孔口相關的橫流混合裝置115。術語“相關”如在此所使用地，意味著混合裝置被設置在蒸汽的通過孔口的流動路徑內，并且設置在沿著托盤臺板103的液體流動路徑內，以便使來自孔口的蒸汽分散在液體中或與液體接觸。混合裝置115優選地被選擇成以便使從進入孔口沿著托盤臺板103行進并落到托盤下方的液體最少。
[0017]在圖1所示的托盤的操作期間，蒸汽穿過與混合裝置115相關的孔口，并且然后在與液體流動路徑不同(例如，橫過、垂直或大致垂直)的方向上穿過液體。例如，來自托盤下方的上升蒸汽穿過孔口，與混合裝置115相互作用，并且然后在越過混合裝置115和孔口的液體中起泡。應指出的是，蒸汽到液體中的初始進入可在沿著托盤臺板的流動路徑的方向上。然而，在初始的汽液接觸之后，蒸汽從托盤臺板在與沿著托盤臺板的液體路徑的方向不同(例如，橫過、垂直或大致垂直)的向上的方向上行進。
[0018]橫流混合裝置115在本領域中是熟知的，并且不特別地局限于此。例如，設置在橫流混合段內的橫流混合裝置相對于托盤臺板可以是靜止的或固定的。靜止或固定的混合裝置包括孔口罩，所述孔口罩至少覆蓋能在孔口的形成期間(例如，通過沖壓和或彎曲)形成的孔口的一部分，和/或在已形成孔口之后被插入。在其他實施例中，橫流混合裝置115能包括動態或浮動的裝置，例如取決于蒸汽流動速率和液體壓頭水平相對于托盤臺板和孔口移動(例如，打開和關閉)的孔口罩。在附加的實施例中，橫流混合裝置被定位和/或具有下述結構特征，所述結構特征促進或以另外的方式控制或增強沿著托盤臺板的液體流動和動量和/或使進入相關孔口并落到托盤下方的液體最少。在美國專利N0.7，540，476、7，708，258,8,066, 264和美國專利申請N0.12/800，195中描述了優選的橫流混合裝置115的非限制性示例，所述美國專利和美國專利申請通過引用被并入本文，以便用于各種目的。在優選的實施例中，橫流混合段111包括至少一個如美國專利申請N0.12/800, 195所描述的橫流混合裝置115。在其他優選的實施例中，橫流混合裝置115是選自包括下述各項的組的可商業獲得的閥，所述各項為:Sulzer MVG閥、Sulzer V形柵型閥、Koch-GlitschProvalve、標準圓閥和泡罩。
[0019]順流混合段:
順流汽液混合段113包括與托盤臺板103中的多個孔口的第二部分孔口相關的至少一個順流混合裝置117。順流汽液混合裝置優選地包括:導管，其具有與孔口的第二部分孔口中的一個或多個孔口流體連通的蒸汽入口 ；泡沫入口，其與沿著托盤臺板的液體流動路徑流體連通；流體出口 ；以及用于導管內的蒸汽和液體/泡沫的順流流動路徑，其設置在蒸汽和泡沫入口之后并在流體出口之前。術語“流體連通”如在此參考蒸汽和泡沫入口所使用地，指的是它們相對于托盤臺板203上的孔口和液體流動路徑的定位。導管219的蒸汽入口 221設置成使得蒸汽能從孔口流入導管219。在有些實施例中，蒸汽入口可以是孔口本身。導管219的泡沫入口 223設置成使得液體和液體/蒸汽混合物(例如，泡沫)能從托盤臺板203的液體流動路徑流入導管219。在有些實施例中，順流汽液混合段、一個或多個順流汽液混合裝置、一個或多個泡沫入口、用于改變液體壓頭水平的裝置或它們的任何組合被選擇和/或定位成以便要求沿著液體流動路徑行進的液體的大部分、全部、或大致全部液體穿過順流