CN102355930A - 新吸附器格栅分配箱设计 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于在两个吸附床之间将进料流体和过程流体混合的设备。该设备在两个吸附床之间形成混合和再分配流体混合物的空间，在这里来自上吸附床的过程流体被接收，分配箱将进料流体转到吸附床之间的空间并将进料流体与过程流体混合。然后将混合物再分配并使之穿过下吸附床。

Description

新吸附器格栅分配箱设计

技术领域

本发明涉及用于在吸附床的横截面上均匀地混合和分配液体的装置。该装置存在于两个吸附床之间，在这里来自上床的流出液被收集并与进料流体混合并再分配在下床的顶部上。

背景技术

化学工业和石油加工工业在加工和/或提纯化学制品时使用许多类型容器。加工和/或提纯通常包括将流体混合并使流体混合物在吸附床、反应器床上通过，或者使流体在蒸馏塔中的塔盘上通过。一种具体的容器是多床反应器，过程流体和进料流体同向流动。多床反应器包括一系列使在床上流动的过程流体起反应的催化剂粒子的固体颗粒物床。催化剂床的效率和寿命受在床上流动的流体的分配影响。进料流体能作为反应剂或作为冷却流体加入，用于在催化剂床上流动的过程流。再分配和混合对于使催化剂床寿命达到最大并通过防止死区或催化剂床中具有低流量的区域最大程度利用催化剂是重要的。

另一些类型容器包括逆流流动反应器、具有同向流动或逆流流动的分离容器。许多这些过程受待反应、分离或另外加工的流体在容器中分配的方式影响。

一个重要类型的过程是吸附分离过程。吸附分离过程是通过模拟移动床(SMB)技术研究出来的，此处吸附分离过程能在连续的基础上操作。移动吸附床的模拟在US2985589(Broughton等人申请)中已有说明。在实行这种模拟时，必需将进料流按顺序连接到一系列床上，对于许多床来说，首先连接到第一床，然后连接到第二床，依此类推，床数通常是在12和24之间。这些床可以认为是其运动被模拟的单个大床的一部分。每次进料流的终点改变时，还必需改变至少三个其它流的终点(或起点)，这些其它流可以是进入床的流如进料流，或者离开床的流。移动床模拟可以简单地描述为把床分成若干组固定床并把引入和抽出液体流的点移动通过若干组固定床，而不是将各床移动通过引入点或抽出点。

在移动床模拟过程中有许多不同的过程要求，从而产生不同的流程图。例如，除了在Broughton申请的专利(US2985589)中描述的四个基本流之外，可能希望利用一个或多个流来清洗或冲洗一个或多个管道。冲洗流用来防止各成分的不希望的混合。冲洗物质选择为不是不希望用于与正在冲洗或者在冲洗之后进入管道的任一主流混合的物质。当应用于Broughton(US2985589)的过程时，可以参考US3201491(Stine等人申请)获取关于冲洗管道的信息。此处，过程的效率有许多因素，包括流体从一个床到下一个床的再分配和过程流体与在两个床之间的其中一个进料流的混合和再分配。

流体分配器的改进能提高效率和增加在吸附分离***中的吸附剂的寿命。

发明内容

本发明提供一种用于在两个吸附床之间使进料流体与过程流体混合的设备。该设备形成用于在两个吸附床之间混合和再分配流体混合物的空间，在这里从上吸附床接收过程流体，而分配箱将进料流体转到吸附床之间的空间并使进料流体和过程流体混合。然后将混合物再分配并使之穿过而到达下吸附床。该设备包括上筛，该上筛具有分布在其中用于来自上吸附床的过程流体的流动的孔。具有用于允许进料流体进入的入口和多个流体出口的分配箱悬挂在上筛的下方。该设备包括设在分配箱流体出口下方的挡板，在此处过程流体流过出口并以交叉流混合形式与进料流体混合。该设备还包括设在挡板下方用于将流体混合物分配到下吸附床的下筛。下筛包括设在挡板之间的间隙下方的防溅板，在这里流体混合物流动，以使流体混合物在下筛上改向。

从下面的详细说明和附图中本领域技术人员会发现本发明的另一些目的、优点和应用。

附图说明

图1是示出分配箱及其在流量再分配设备内的位置的本发明的一种设计；

图2是示出分配箱及其部分在上筛上方的位置的本发明的一种设计；

图3是对(a)现有分配箱设计和(b)新分配箱设计的流型的对照；和

图4是现有分配箱设计和新分配箱设计的轴流动偏差与床深度的关系曲线图。

具体实施方式

很多种过程使用同向流动反应器，或者使用有在颗粒物材料的固体床上流动的单相流体的反应器，以便提供流体和固体之间的接触。在吸附分离***中，固体通常包括吸附剂材料，该吸附剂材料优先吸附混合物中一个或多个组分。然后通过使解吸剂从固体床上通过从吸附剂中除去所吸附的材料，并收集所解吸的一个或多个组分。流体可以是液体、蒸汽或液体与蒸汽的混合物。

具有固定床的同向流动吸附器构造成这样：反应器允许流体在吸附床上流动。当流体是液体时，流体通常被引导向下流动而穿过吸附器。有许多用于提供流体和固体之间良好接触的情况。多床吸附器也经常使用，这里在吸附容器内将吸附床一个叠加在另一个上。通常，它们叠加成在各床之间有一定空间。

在多床吸附器情况下，各床之间的空间是方便的混合区。除了再混合从一个床转到下一个床的流体之外，各床之间的空间通常用来添加另外的流体或者排出流体。这对于模拟移动床***来说尤其如此，这里该***有两个进料流和两个排出流。进料流是含有特分离的组分的过程流以及吸附剂流，而两个排出流是含有被优先吸附的组分的提取流以及含有不被优先吸附的组分的残流。

目前的液体分配器包括具有矩形横截面的或箱形的喇叭口形(toroidal)或环形装置。格栅分配箱利用箱底部处的固体防溅板和箱侧面的出口孔连接到进料管上。进料流经由入口进料管进入箱内并经由箱侧面上的孔流出。分配箱位于在各吸附床之间的混合区中。过程流进入混合区并与进料流混合，其中在混合区挡板将过程流导向分配箱和进料流。

分配箱有一系列在挡板上方的孔和一系列在挡板下方的孔。过程流在它从挡板上方转到挡板下方时撞击分配箱，并与从挡板上方的孔流出的进料以逆流流动混合的形式混合和与从挡板下方的孔流出的进料以同向流动混合的形式混合。然后最终的混合物在位于防溅板下方的筛子上被再分配。防溅板设计成用来防止任何射流从防溅板和分配箱之间的间隙引入。这减少了能引起细粒产生的颗粒物床的局部流态化的危险。

与目前设计有关的问题包括：(1)进料流和过程流之间的不良混合；(2)设计间隙大小以考虑射流和轴向流分布不良现象；和(3)实心防溅板投射阴影，这里在防溅板下方有不良的流动分配，并因此板下方的一部分床区域的不良使用。

本发明提供克服这些问题的机构。本发明是用于分配和混合进料流体与过程流体的设备。如图1中所示，该设备包括：上筛10、分配箱20、至少一个挡板30和下筛40，该上筛10具有分布在其中的孔，该分配箱20具有入口12和多个流体出口22，其中一部分分配箱悬挂在上筛10的下方，该至少一个挡板30设在一部分分配箱20的下方，该下筛40设在该至少一个挡板30的下方并具有分布在其中的孔。挡板30形成用于进料流体和过程流体的混合物转到下筛40的间隙。下筛40包括防溅板42，该防溅板42设在由挡板30形成的间隙32的下方。在图1中，分配箱20设在上筛10的下方，使得在上筛10和分配箱20之间有一间隙14。该间隙为从分配设备上方的床流出的过程流体提供空间，以便围绕分配箱20流动。

在一个实施例中，分配箱20具有底平面24，而流体出口22是在底平面24上方朝向平面24的边缘26、28分布的孔。挡板30设在流体出口22的下方，而过程流体流过挡板30和分配箱20之间的间隙34。挡板30应与流体出口22重叠，以便提供良好混合。这可以通过从出口22到挡板30的边缘有至少30mm间隙实现。进料流体与过程流体在交叉流动混合环境中混合，而随后混合物穿过挡板间隙32转到下筛40。挡板间隙32的尺寸可以足够大，以防止流体喷射到防溅板42上，且防溅板42的宽度优选大于挡板间隙32的宽度。

防溅板42可以包括用于允许一部分混合物通过而到达位于下筛40下方的吸附床的孔。在优选实施例中，防溅板42的孔的开口面积百分率小于下筛40的开口面积百分率。用于产生更小百分率开口面积的一个实施例是防溅板42中的孔的尺寸小于下筛40中的孔的尺寸。更小的开口面积或者更小的孔有助于流体混合物在下筛40上分配，从而更均匀地穿过下筛40而到达位于下筛40下方的床，同时允许一部分流体混合物穿过防溅板42。在一个实施例中，下筛40和防溅板42中的孔加工成具有足够小尺寸，以防止吸附剂粒子从设备下面通过。

该设备可以任选地还包括位于下筛40下方并放置在吸附床的顶部上的流量分配板(未示出)。流量分配板可以使流动更均匀，并可以有助于限制吸附剂在床的顶部处的运动，这里流量分配板具有尺寸足够小的孔，以防止吸附剂通过流量分配板。包含流量分配板的实施例可以在下筛40和防溅板42中包括较大的孔，因为吸附剂被限制从流量分配板通过。

分配箱20的通常设计是具有矩形横截面的喇叭口形，而这里上筛10和下筛40具有大致圆形的构造。该设备设在圆筒形容器内，这里该设备设在各固体粒子床之间。设置分配箱20，其中横截面的中心是在从上筛10的中心到上筛10的外边缘的距离的50％和80％之间。从中心到外边缘的距离是上筛10的半径。在优选设计中，横截面的中心位于上筛10的中心和上筛10的外边缘之间的距离的70％和72％之间。

过程流体流穿过上筛10，第一部分穿过位于分配箱20的内边缘内的上筛10的中心部分，而第二部分穿过位于分配箱20的外边缘和上筛10的外边缘之间的筛。理想地，第一部分和第二部分基本上是等量的，以便提供通过位于分配箱20和挡板30之间的间隙34的平衡流。这导致分配箱20的横截面的中心位于上筛10的半径的0.707倍处。

该设备可以包括多个入口，用于更均匀地分配进料流。该设备提供进料流和过程流的更好混合。通过移动挡板上方的分配箱，和将出口22设在挡板上方，进料流和过程流以交叉流形式混合。本发明可以包括也用于逆流混合的流体出口22。分配箱20具有若干侧面，其中流体出口22设在侧面中。这为流向分配箱20的过程流体提供逆流混合和为沿着分配箱侧面向下流动的流体提供交叉流混合。

本发明的上筛10包括在分配箱20上方的一个区域，由于分配箱20堵塞那个区域，所以在这里有一点儿或没有经过上筛10的流动。上筛可以包括在那个部位的实心材料件，或者一部分分配箱20可以在上筛10上方伸出。分配箱20的上部可以成形为有助于围绕分配箱20流动，如用于流体的三角形形状，以便引导过程流围绕分配箱20。

在一个实施例中，如图2中所示，分配箱20部分地设在上筛10的下方。分配箱20的顶部38可以是平的，或者成形为帮助在上筛10上方的床中的过程流体流向分配箱20的边缘。在图2中，形状显示为有尖顶，但不意味着限于该形状，而是意味着包括用于分配箱20的顶部的任何可能的形状。分配箱20包括用于分配进料流的出口22，以便与过程流混合。该设备包括围绕分配箱20装配的上筛10以及设在分配箱20的出口22下方的挡板30。间隙32可以加工成一定尺寸，以便保持过程流和进料流的混合物穿过间隙32的最大流量。分配箱20可以设计成具有相当大的宽高比，以便保持出口22位于挡板30的上方和能控制间隙32的大小。宽高比也可以用来保持进料流的流动条件，同时使该设备或者上筛10、分配箱20、挡板30和下筛40的整体高度最小。

对于更大的吸附分离***来说，大的圆筛及大喇叭口形单元的制造会带来制造和结构问题。在一个实施例中，该设备包括多个基本上是楔形的段，这里任何地方都有8到40段。将该设备细分成更小的单元，然后将这些单元紧固在一起来克服结构和制造问题，通常，当使用楔形段设计时，有20和30之间的段，而更典型地有24和28之间的段。当设计由若干楔形段组成时，分配箱从上面看时是一组梯形箱，因此当装配在一起时形成近似喇叭口形的多边形图。各楔形段包括用于将各段连在一起和用于给设备提供结构刚性的侧面凸缘。侧面凸缘可以是实心的，或者包括开口以便在运行期间允许各段之间交叉流动。

该设备是用于在将混合物分配在该设备下方的吸附床的表面上之前使进料流与过程流混合。该设计用计算流体动力学理论流动模型进行试验。图3中示出过程的计算模拟。图3a示出对于现有分配器设计来说的进料流部分在位于设备下方的吸附床的顶部上的分布。图3b示出对于本发明来说的进料流部分的分布。理论上完全的混合物在吸附床的表面上具有进料组分的部分为0.223。本发明提供更好的混合，并显著减少进料部分在防溅板周围区域中的较高浓度。现有分配器设计表明输送到吸附床的进料部分的浓度具有低于0.17或高于0.265的区域，该区域基本上是在所需的范围之外。新设计表明混合具有足够高的质量，输送到吸附床的进料部分在0.2至0.24之间。结果表明流体的混合大为改善。

另一个改善措施是流动速度改变。图4中示出两种情况下最大轴向速度与平均流动速度的偏差。现有设计产生轴向速度较高的区域。局部高速度会导致吸附剂流态化，而吸附剂流态化会导致吸附剂过多细粒和寿命缩短。图4显示当向下穿过吸附床时最大轴向速度与平均流动速度偏差的计算结果。向下穿过吸附床的距离是从吸附床的顶部，或者在刚好在下筛40下方的位置处，并向下前进穿过一米厚的吸附床。从结果可以看出，在吸附床的顶部处偏差有显著减小。这表明在吸附床的顶部处有更多减小吸附剂流态化的机会。

对于较小的吸附分离***，用于分配箱的设计可以具有大致矩形棱柱形状，而不是喇叭口形状。该设备可以包括上筛10和至少一个分配箱20，该分配箱20具有流体入口12和多个流体出口22。分配箱20优选设在上筛10的下方，但也可以以这种方式设置，以便一部分在上筛10上方和一部分在上筛10的下方，而流体出口22设在上筛10的下方。该设备包括至少两个挡板30，其中每个挡板都设在分配箱20的流体出口22的下方，且两个挡板30间隔开以便在分配箱20下方但在相对于流体出口22水平位移的位置处形成挡板间隙32。下筛40位于挡板30下方，并包括设在下筛40内的防溅板42。防溅板42可以包括分布在其中的孔，此处孔加工成一定大小，以便提供防溅板的15％开口面积，从而允许穿过防溅板流动，并且允许流体分配在下筛40上。

当吸附分离***足够小以便可用于大致矩形的分配箱20时，多个分配箱20可以分布在上筛10下面，以便提供进料流和过程流的更均匀的流量分配和混合。

分配箱20可以包括在箱20的侧面上的出口22。通过在挡板30上方移动分配箱20并有远离挡板间隙32的出口22，改善了过程流和进料流的混合。

本发明设计为流体再分配装置，尤其是用于流体混合物在下面的吸附床上的混合和再分配。该设备还可以用作模拟移动床吸附分离***中的收集装置。模拟移动床***包括随着流体前进穿过连续的吸附剂床而移动用于不同进料的入口和出口。因此，用于流体的入口在过程的不同阶段中用作提取流和残流的抽出口，其中提取流和残流穿过出口22并从分配设备的入口出来。随着过程前进穿过模拟移动床吸附分离过程的不同阶段，流体将经由分配箱加到***中或从该***排出。

尽管本发明已经通过目前认为优选的实施例进行了说明，但应该理解，本发明不限于所公开的实施例，而是意欲涵盖所附权利要求书范围内所包括的各种修改和等同设置。

Claims (10)

1.一种用于分配和混合进料流体与过程流体的设备，包括：

上筛，该上筛具有分布在其中的孔，该孔用于使过程流体从上筛的上方流到上筛的下方；

分配箱，该分配箱具有用于允许进料流体进入的入口和多个流体出口，其中一部分分配箱悬挂在上筛下方或者分配箱设在上筛下方；

至少一个挡板，该至少一个挡板设在分配箱的流体出口下方，并充分间隔开以允许过程流体在分配箱和挡板之间流动；和

下筛，该下筛设在所述至少一个挡板下方，并具有分布在其中的下筛孔，该下筛孔用于过程流体和进料流体的混合物的流动，该下筛还具有设在挡板的边缘下方的防溅板。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，防溅板包括孔，且防溅板的开口面积百分率小于下筛的开口面积百分率。

3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，上筛和下筛具有设在圆筒形容器内的大致圆形的构造，分配箱具有矩形横截面的喇叭口形状。

4.如权利要求3所述的设备，其特征在于，分配箱的横截面的中心设在从上筛的中心到上筛的外边缘的距离的50％和80％之间。

5.如权利要求1所述的设备，其特征在于，分配箱包括多个入口。

6.如权利要求3所述的设备，其特征在于，分配箱具有若干侧平面，流体出口设在侧平面中。

7.如权利要求3所述的设备，其特征在于，分配箱具有底平面，流体出口设在该底平面中。

8.如权利要求7所述的设备，其特征在于，分配箱的底平面具有内边缘和外边缘，流体出口分布在底平面上朝向内边缘和朝向外边缘。

9.如权利要求8所述的设备，其特征在于，该设备包括两个挡板，第一挡板设在朝向内边缘分布的分配箱流体出口的下方，第二挡板设在朝向外边缘分布的分配箱流体出口的下方。

10.如权利要求9所述的设备，其特征在于，两个挡板是分开的，从而形成挡板间隙，并且防溅板具有比挡板间隙大的宽度。

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