TW438614B - Liquid distributor for non-vertical distillation column, and distillation column thus obtained - Google Patents

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經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 Λ7 _ W五、發明説明（1 ) 本發明係關於一種用於蒸餾槽之液體分配器，其是一 種包含一主容器之型式，在該分配器的底部分佈有若干出 口開孔。 離岸浮油平台產生殘餘油氣，基於經濟及環境的因素 ，對於將該殘餘油氣恢復的需求日益增加。一種包含使用 Fischer-Tropsch製程的方法，是將殘餘油氣轉化成液態之重 碳水化合物（heavy hydrocarbons ) 1因此較易於運送，這 種方法會消耗大量的氧氣。 因此，若可以在浮動平台或是船上設置這樣的空氣蒸 餾槽是非常有助益的，但是這類的設備之適當的操作卻需 妥協於若干嚴重的問題。特別是，第一個障礙便是儘管蒸 餾槽的軸線因海浪的作用而振盪，亦要能使液體在蒸餾槽 頂部整個截面均勻的分佈。 本發明的目的是提供一種液體分配器，其作用方式對 於上述振盪的敏感度很低。 至此，本發明是關於一種前述形式的液體分配器，其 特徵爲該液體分配器包含一種以藉著重力將該具有開孔的 底部之至少一個開孔所傳送之液體輸送至一供應點（ supply point )的方式設計的輸送元件，該供應點不是位在 與該開孔垂直處。 本發明亦是關於一種蒸餾槽’其特徵在於：至少在某 一位階上，該蒸餾槽包括有前述分配器’該分配器是設置 在蒸餾區段的上方。 現在將參照所附圖示說明本發明之較佳實施例’其中 本紙乐尺度適用中國國家標準（CNS > A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再认寫本頁) -裝

'1T 線 經濟部中央標準局員工消費合作社印繁 ____B7____ 五、發明説明（2 ) -圖1表示一種具有開孔的底部的容器在一傾斜位置 時之軸向剖面的槪略圖； -圖2表示依據本發明之液體分配器之槪略立體圖1 該液體分配器是設置在蒸餾槽的頂部； -圖3是圖2中之液體分配器之槪略平面圖； -圖4是液體分配器之輸送元件的槪略圖； 一圖5及圖5 A是另外兩種不同形式之輸送元件的圖 » -圖6是依據本發明另一實施例之液體分配器之槪略 ίοΊ · 圖- -圖7是依據本發明之又另一實施例之液體分配器之 作用原理的槪略立體圖； 一圖8是圖7中之分配器之第二段之具體實施例之上 視圖；以及 一圖9及圖10是表示兩種依據本發明之不同分配器 的詳細圖。 主要元件對照表 1 容 器 2 ，1 0 2 底部 3 ，3 A > 3 Β 開孔 4 液 體 分 配 器 5 蒸 餾 槽 本紙張尺度速用中國國家標準（CNS ) Α4現格（210Χ297公釐） ---------篆------、訂----- (請先閲讀背面之注意ί項再本頁) -5- 五、發明説明（3 ) 6 外殼 7 圓蓋 8 蒸餾區段 9 塡料 10，10A，10B 管子 11 入口節流孔板 1 2 出口節流孔板 13 表面 14-15 圓環 16-116 回轉雙曲面 17 槽 18 平板 2 0 上方部分 2 2 噴灑頭 1 0 3 開孔 10 1 二次容器 110 T形管 經濟部中央標準局負工消费合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再々寫本頁} 12 3 室 2 0 3 開孔 23-24 隔板 圖1顯示一種圓盤形的容器1，其底部2是具有開孔 3且是呈圓形，該圓形之垂直軸爲X — X。除非特別指定-，開孔3是圓形孔，此處是設定爲圓形孔，且該圓形孔皆 本紙張尺度通用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 ___ 五、發明説明（4 ) 相同。 當該容器含有液體L且軸X - X相對於垂直線傾斜一 α的角度，位在與該軸之距離爲r的開孔3將供應不同流 暈的液體，因爲開孔上液體的深度不同。 因此，在該傾斜之平面上.，即圖1之平面上，較髙處 之開孔3 A供應之流量QA正比於，而較低處之開 孔3 B所供應之流量Q B正比於^h + rsina。在由於波浪運動 下所產生之振盪的情形下，如果該容器形成船載蒸餾槽之 水頭分配器，且其半徑實質上與蒸餾槽的半徑相同時，流 量的差異可以達到1 0 %或是‘以上，此情形對於確保蒸餾 槽滿意的操作而言是不被接受的。 圖2及圖3表示一液體分配器4，其包含容器1 ，相 對地*在前述振盡的情形下，該分配器可以確保液體均勻 地分佈在空氣蒸餾槽5的整個截面。另一種不同的形式是 •可用一系列具有底部開孔的漏斗或是成束之開孔管來取 代分配器1。 蒸餾槽5的較上部位包含一軸線爲X—X之圓柱狀外 殼6，以及圓蓋7。該蒸餾槽是設置在如圖2的浮動結構 S上。該蒸餾槽較上方的蒸餾區段8是由交叉波紋塡料所 組成。 如所已知的，上述形式的塡料包括堆叠的交叉波紋塡 料區段或是塡料9，任一塡料區段的形狀是圓柱形，且佔 具了蒸餾槽之整個截面。 任一塡料9皆是由若干具有傾斜波紋之波紋條所堆置 本紙張尺度適用中國國家標率（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） ---------^------ΪΤ------線 <請先閱讀背面之注意事項具〜ί?δ本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 v ^614 Λ7 ___B" 五、發明説明（5 ) 而成。任一波紋條具有一般垂直面，所有的波紋條的高度 皆相同，且一波紋條至下一波紋條，其波紋傾斜的方向相 反。因此，相鄰之波紋條之波紋是相接觸於大量的交錯點 另外，該等塡料9是以從一塡料至下一塡料是相對於蒸 餾槽之主軸偏移一90°的角度的方式設置。 容器1的頂部是開放的，其直徑甚小於外殻6的內徑 ，且是被容納在圓蓋7內部。直徑的比値是從1到6。容 器1的底部2具有多數個開孔3，開孔的數量與較上面之 塡料9之液體分配點的數量相同，對於一直徑約4m的蒸 餾槽而言*其典型的開孔數是在1 0 0 0個到3 0 0 0個 〇 另外，分配器4的每一個開孔3皆具有一根管子1 0 。每一根管子10皆具有上部入口節流孔板11以及下部 出口節流孔板1 2，上部入口節流孔板是恰好裝設在相對 應之開孔3的下方，而下部出口節流孔板則是恰好裝設在 較上方之塡料的上表面1 3上。若r及R分別表示節流孔 板1 1及12與軸線X — X的距離，則R>r。另外，可 以由圖2及圖3淸楚地看出，點1 2是相對於點1 1繞著 軸線X — X偏移90° 。 開孔3是設置在一系列的同心圓環上。每一個平均半 徑爲r的圓環14有一個位在表面13上之平均半徑爲R 的圓環1 5與之相對應，且所有連接上述兩個圓環的管子 傾斜於同一個方向》連接給定之相對應之圓環1 4及1 5 的所有管子1 0構成回轉雙曲面1 6。 ___ 本紙尺度適用中國圉家標準（CNS) A4規格（2IOX297公釐） ---------装------ίτ------0 (請先閱讀背面之注意事項再也寫本頁) 經濟部中央標準局貞工消资合作社印製 t _ ΗΊ 五、發明説明（6 ) 相鄰的圓環1 4與1 1 4形成一對，且其管子1 〇是 傾斜於相反的方向，因此形成兩個回轉雙曲面1 6及 1 1 6，圖2中與圓環1 1 4與1 1 5相應之回轉雙曲面 1 1 6是緊接著的位在前述圓環1 4與1 5的內側。 以此方式，所有的管子1 0 —起形成多層的回轉雙曲 面，這些回轉雙曲面的動線（generatrices )是交互的傾斜 於兩個方向- 當軸X-X是傾斜時，容器1的半徑甚小於蒸餾槽的 半徑，具有降低其底部2之開孔3之間流量差異的功效。 另外，屬於兩相鄰圓環1 4與1 1 4，且實質上是在 同一直徑方向上成對之相對的開孔，是經由管子1 0連接 到點1 2及1 1 2，由於這兩點是位在通過X-X軸線之 同一半徑平面且是屬於相鄰的圓環1 5及1 1 5，因此彼 此相鄰。 因此，恰位在點12及112之下方的表面13的區 域，接收了容器1之實質上是位在同一直徑方向上之成對 之相對的開孔所輸送之液體流量的總合，對所有成對之開 孔而言，此總合皆相等。 因此，上述區域的面積可以夠小而使兩流量藉著交叉 波紋塡料而充分適當的再混合，俾使儘管在軸線X - X振 盪之下，整個表面1 3上液體的分佈永遠保持均勻收斂（ quasi-uniform ) ° 另外値得注的是，分配器1的結構允許上升的油氣在· 通過管子’1 0之間與容器周圍時不會有明顯的水頭損失。 _^_ 本紙張尺度適用中國囷家標準（CNS ) A4况格（210X297公釐） 裝 訂 線 (請先閱讀背面之注意事項再本頁) 經濟部中央樣準局貝工消资合作社印装 __ __ 五、發明説明（7 ) 圖4表示一管子1 0，在其入口出提供有一槽1 7， 以確保可收集到所有藉著與之相對應之開孔3所輸送之液 體。所有的槽1 7是藉著平板1 8而被固定，該平板具有 節流孔板，此節流孔板的直徑與容器1的相同，該平板是 被固定在底部2，且是設在離底部2有一小段的距離處。 另外，如圖2所示，所有的管子1 0是藉著一適當的 定位結構18而彼此互相關連的被安置在容器1與表面 1 3之間的一中間的位置。 圖5顯示對於圖4之若干種修改： —在其一端省略了槽17|且管子10之進口節流孔 板1 1的直徑甚大於開孔3的直徑，藉著與容器1連接的 平板18而恰被設置在開孔3的下端且與該開孔是隔開的 〇 一另一方面，管子1 0的上方部分2 0是呈具有大的 斜率的曲線形，以對液體加速，其下方部分2 1則具有較 小的斜率。 一最後，管子10的下端12裝設有噴灑頭22，此 噴灑頭可以增進液體被撒佈於整個表面1 3。此乃因爲噴 灑頭2 2將液體撒佈在表面1 3上的面積大於開孔3的面 積。 在實施例中，連接相關連之兩個圓環之曲管被繞束在 一起以形成一繞著軸線X-X之襯套形的表面。所有之曲 管因此而形成一系列之襯套形的表面，從一個襯套形的表 面至下一個襯套形的表面，曲管繞束的方向相反》 __- 10-___ 本紙乐尺度適用中囷國家標率（CNS) A4規格（210X29?公釐） ,J1 於衣 —訂— [ . , *線 (讀先閱讀背面之注意事項界4寫本頁) 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 __]Γ 五、發明说明（8 ) 圖5 A是一個不同於前面的例子。其一方面省略了噴 灑頭2 2，另一方面管子1 ◦的形狀亦不同。明確地說， 此例中，管子具有與圖4相類似之傾斜的主要直部，但管 子被彎成具有兩個端部|此兩個端部亦是直的，而且是垂 直的。 圖6顯示另一種傾斜之蒸餾槽所發生之效應的改善方 式，經由預測因爲傾斜而在塡料內部所產生之液體分佈的 缺失而獲得一液體分佈的情形。明確地說，在傾斜的效應 之下，液體有積聚在蒸餾槽一側的趨勢，而另一側則逐漸 地變乾。因此，可以適當地供給較高流量液體給逐漸變乾 的一側，且在相對側供給一較低的流量。 與實質上是在同一直徑方向上之相對的開孔3 A與 3 B相連的管子_1 0A與1 〇 B，被導引至表面1 3上之 實質上是在同一直徑方向上且相對的點1 2A與1 2B， 但該兩點的位置相反於與該兩開孔。因此，相對於軸線X —X，點12A (或12B)舆開孔3B (或3A)實質 上是位在同一徑向的半平面上。這樣的配置可以對該可能 因爲傾斜而乾涸的塡料區進行更強的注入。然而，爲了和 以前一樣獲得一種上升的油氣可以透過，且管子1 〇間不 交錯的結構，在此狀況下，大量管子的製造是以複雜的設 置形狀爲前題，特別是螺旋狀，此情形甚複雜於圖1與圖 2之實施例。 在圖6的範例中，相對於軸線X_X，點1 2A對於-點11A有180°的角度偏移。對於介於100°至 __· 11 __ 本紙張尺度適用中國國家梯準（CNS > A4現格（210X297公釐） ---------^------------^ (請先閱讀背面之注意事項"\.朽本頁) 8?4386 1 4

IT --- ----- —_. · ' --- ... . _· 五、發明説明（9 ) 1 8 0 °之間的角度而言，分佈的情形可以得到不同程度 的修正或是，過度補償'（over compensation)的效果， 在1 8 0 °時達到最大。 圖1與圖2中，流量補償模式可以在圖7中之分配器 4的實施例中再次的被發現，但其是具有兩個分配階段的 外形。底部2有η個開孔3的容器1形成階段1 0 4以精 確的預先分配液體；開孔3的數量小於表面13上之注入 點的數量Ν，例如具有三十二個開孔。開孔3是設置在一 靠近容器1的周壁的單一圓環上。 在較低的位置處有一額外的階段1 〇 5，用以就近的 分配液體，其是由η/2 = 1 6個二次容器1 0 1所組成 ，該等二次容器的頂部是開放的，而且具有開孔的底部 1 0 2，且其面積及開孔率皆相同。這些二次容器是規則 地分配在整個蒸餾槽的截面，（基於簡單明瞭，此處僅顯 示兩個二次容器1 〇 1 )。每一個底部1 0 2都具有η’個 開孔103，因此（n/2) xn 一 =Ν，例如η 200時，與之相應之Ν=3200。 經濟部中央標準局貝工消费合作社印聚 {讀先間讀背面之注意事項再卷寫本頁) 任一個二次容器1 0 1是由兩根管子1 0Α與1 0Β 所供液，而此兩管子的液體則和以前一樣的，是由同一直 徑方向上之相對的開孔3 A與3 B所供給。因此’另一方 面，具有對在分配階段1 0 5內的傾斜作一補償’以及藉 著形體較小的優點而可顯著降低在任一個二次容器1〇1 內傾斜的效應。 ' 另一個不同的是如圖7中之點/虛線所示，與3 A及 本紙張尺度通用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐} -12- 經濟部中央標準局負工消费合作社印製 m 8 Β 1 4 Λ7 ΒΊ 五、發明説明（1〇 ) 3 B連接的兩個管子1 〇Α與1 Ο B ’可以以單一的T形 管1 1 0取代。該T形管接收由該位在同一直徑方向但相 對的兩個開孔所輸送的液體，且在T形管的桿管將其組合 成一單一的液體流。 爲了說明分配器是如何作用的’圖7顯示了一組彼此 遠離的二次容器1 〇 1。實際使用時，是由實質上是佔據 表面1 3的直徑的單一的二次容器1 0 1 (圖8 )所組成 ，該容器被軸向對稱地分隔成十六個個別室1 2 3，所有 的個別室皆具相同的面積及相同的開孔率，此處每一個個 別室具有2 0 0個開孔（未顯·示於圖中）。這十六個個別 室可以藉著五個平行的隔板2 3以及十個與前述平行的隔 板垂直的隔板2 4所組成|隔板2 3形成二次容器1的弦 ，包括直徑。 需了解的是，圖6所示之流量校正或是 ' 過度補償" 模式，可以應用在將液體從容器1輸送從到二次容器 1 0 1，或輸送到一兩階段分配器之個別室時。 在以上所述的每一個實施例中，任一開孔3可以是由 整群之直徑較小且彼此靠近的開孔2 0 3所組，以取代由 大直徑的單一開孔所組成。這樣的優點是可以獲得一深度 Η 2 (圖1 〇 )之液體流量，此高度小於會造成渦流效應 之單一開孔的情況下所需之Η 1 (圖9)。多重開孔 2 ◦ 3的直徑必需保持足夠大，以避免被任何包含在欲被 蒸餾的液體內之雜質所阻礙的風險。 需了解的是，本發明亦可應用於軸線並非完全垂直之 -----1^-_ 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) Α4現格（2Ι〇Χ297公釐} ---------^------IT------ (誚先閱讀背面之注意事項再本頁) B7 五、發明説明（) 蒸餾槽內之回流液體的分佈。 其中，專利WO — A — 90/10 479中說明了 與前述之交叉波紋塡料類似，但是以不同方式開孔的塡料 。本發明中所指之”交叉波紋塡料”亦包含此種塡料，亦包含 任何類似的塡料。 ---------^------1T------.^ {請先閱讀背面之注意事項本頁) 經濟部中央橾準局員工消f合作社印製

A 本紙張尺度通用中國國家標準（CNS > A4規格（2丨0乂297公釐）

Claims (1)

1. 經濟部中央揉準局負工消費合作社印製 B8 C8 六、申請專利範圍 1 ·-種用於蒸餾槽之包含一主容器（1 )的液體分 配器’其較下方部分具有出口開孔（3 )分佈在一區域（ 2 )內’其特徵爲該液體分配器包含一種以藉著重力將至 少一個出口開孔（3 )所傳送之液體輸送至一供應點（ ’ 112 ; 101，123)的方式所設計的輸送元 件（10; 11〇)，該供應點不是位在與該開孔垂直的 地方。 2 .如申請專利範圍第1項之分配器，其特微是出口 開孔（3 )是由單一的開孔或是多數個彼此靠近的開孔（ 2 0 3 )所組成。 3·如申請專利範圍第1項或第2項之分配器，其特 徵是輸送元件（10; 110)具有入口端（11)，該 入口端是位在開孔（3 )的垂直下方處且與該開孔出口端 是分開的。 4 ·如申請專利範圍第1項之分配器，其特徵是該輸 送元件（10 ; 1 10)包含一導管，該導管的頂端呈開 放的’或是以管子的形狀呈關閉的，該導管可以是直的、 彎曲於一點或是一點以上、或是彎曲的。 5 .如申請專利範圍第1項之分配器，其特徵是該輸 送元件在其出口端包含一注入裝置（22)，用以注入一 面積大於開孔（3)的注入區。 6 .如申請專利範圍第1項之分配器，其特徵是區域 (2 )的平均直徑小於含有輸送元件之出口節流孔板（ 1 2 ) i表面的平均直徑，此直徑的比約是1到6。 I— I 訂 線 (請先»讀背面之注$項再本頁) 本紙浪尺度適用中國B家梯率（CNS ) A4规格（210X297公釐） -15- 經濟部中央搮率局負工消費合作社印«. jf438 ⑴ if 08 六、申請專利範圍 7如申請專利範圍第1項之分配器，其特徵是包含 輸送兀件（1 0 ; 1 1 0 )，該輸送元件與一群互相分開 的開孔（3A，3B)相連接，且是以將該出口開孔所傳 送之液體輸送至一般供應點（12，112 ; 1〇1， 1 2 3 )的方式所設計，該供應點不是位在與該開孔垂直 的地方。 8 .如申請專利範圍第7項分配器，其特徵是該輸送 元件（10，110)包含多數個導管，特別是入口是設 計來接收由開孔（3A，3B)所輸送的液體之多數個管 子，這些導管爲該成組的開孔接成一單一的導管。 9 .如申請專利範圍第7項或第8項之分配器，其特 徵是當該分配器傾斜時，該液體的總流量實質上仍是維持 —定。 _ 1 0 .如申請專利範圍第9項之分配器，其特徵是與 實質上在同一直徑方向上但與區域（2)之中心軸（X-X)相對且具有相同面積的兩個開孔（3 A，3 B )相連 接的該輸送元件或元件們（10A，10B)，是被導引 至一般供應點。 1 1 .如申請專利範圍第1項之分配器，其特徵是由 至少一個或是一組開孔（3A，3 B )所送出的液體’是 由該以當該注入區因傾斜效應則增大流量、相反的情形則 降低流量的方式所設計的輸送元件或輸送元件們（1 0A ，1 0 B )來輸送。 12.如申請專利範圍第11項之分配器’其特徵是 本紙張尺度逍&中國國家揲率（CNS)A4规格（210x297公瘦）-16 · I— mm 裝 I I 訂— I I I 線 (請先Η讀背面之注意事項再/"本頁) ^=43 8 6 1 4 B8 C8 經濟部t央揉準局貝工消费合作社印装 六、申請專利範圍 與任一開孔（3A，3B)相接的輸送元件（10A， 10B) ’是被導引至一供應點，該供應點是設置在相對 於該分配器之中心軸（X — X)與該開孔有一 1 8 0。之 角度的位置處。 1 3 .如申請專利範圍第1項之分配器，其特徵是該 開孔（3 )是設在一如同心圓環之第一實質水平面（2 ) ’每一該圓環相應至一整圈的出口節流孔板（12)，該 出口節流孔板是設置在一第二實質水平面，且位於該第一 實質水平面的下方，且包括相同數量的供應點，其中一輸 送元件（1 0 )將第一圓環上之任一點連接至與之相關之 位在第二圓環上的點。 1 4 .如申請專利範圍第1 3項之分配器，其特徵是 該成對之相連接_的點相對於圓環軸線（X — X )偏移一相 同的角度，與兩個圓環相連接的輸送元件（1 0 )形成襯 套形之包圍面（16，116)，且所有的輸送元件一起 形成一系列相互交錯成巢狀的包圍面。 1 5 .如申請專利範圍第1 4項之分配器，其特徵是 一包圍面（16，116)的偏移角度與下一包圍面的偏 移的角度是相反的。 1 6 .如申請專利範圍第9項之分配器，其特徵是一 包圍面表的偏移角度與下一包圍表面的偏移角度是相反的 且該偏移的角度是約在8 0°與10 0°之間。 17.如申請專利範圍第11或第15項分配器，其 特徵是一包圍面表的偏移角度與下一包圍表面的偏移角度 本紙張尺度逋用中國两家#率（CNS ) A4规格（210X297公釐），7二 ---------t.------IT------^ {請先Μ讀背面之注意事項再厂本頁) 4 1J 、° '0 ABCD 經濟部令央搮率局貝工消费合作社印策 六、申請專利範圍 是相反的且該偏移的角度是約在1 0 0°與1 8 0°之間 〇 1 8 .如申請專利範圍第1項之分配器，其特徵是輸 送元件（1 0，1 1 〇)的出口端將液體供應至具有開孔 的底部C2)之多數個二次分配容器（ιοί ; 123) 〇 1 9 . 一種蒸餾槽，其特徵在於：至少在某一位階上 ’該蒸餾槽包括有如申請專利範圍第1項至第1 8項中任 一項之分配器（4)，該分配器是設置在蒸餾區段（8) 的上方。 2 0 .如申請專利範圍第1 9項之蒸餾槽，其特徵是 該蒸餾區段（8 )具有交叉波紋塡料。 2 1 .如申_請專利範圍第1 9項或第2 0項之蒸餾槽 ，其特徵是分配器（4 )是蒸餾槽（5 )水頭之分配器， 該主容器（1 )是至少部分容納於蒸餾槽（5 )之較上方 的圓蓋（7 )內。 2 2 .如申請專利範圍第1 9項之蒸餾槽，其特徵是 輸送元件（10)將液體直接送至蒸餾區段（8)。 2 3 .如申請專利範圍第1 9項之蒸餾槽，其特徵是 該蒸餾槽是設置在一浮動的結構上，例如浮油平台或是船 ---------^------ir------- {請先聞讀背面之注意事項再〆為本頁) {CNS)A4^( 210X297^*) -18.