TWI261527B - Wall-flow redistributor for packed columns - Google Patents

Description

1261527 九、發明說明： 發明所屬之技術領域 本發明涉及一種在用於熱量和/或質量輸送工藝的交換 塔（exchange column )中收集下行液流並將其再分配進入 結構填料中的裝置和方法。雖然該裝置和方法可以應用於 其他的熱和/或質量輸送工藝，但是該裝置和方法特別應用 於利用蒸餾進行低溫空氣分離的工藝。本發明還涉及在這 種工藝所用的交換塔中組裝用於收集和再分配下行液流進 入結構填料中的裝置的方法。 先前技術 此處所用的術語“塔”指的是蒸餾或分餾塔或區域， 即一個塔或區域，其中液相和汽相逆流接觸，從而使液體 混合物分離，比如通過使汽相和液相在填料組元或一組安 裝在塔中並垂直間隔開的盤或板上相互接觸。 術浯填料才旨的是具有㉖定尺寸、形狀和構形的實心 體或空心豸’該填料用作塔的内部零件提供表面積，用於 液體在兩相逆流時的液—汽介面上發生f量輸送。填料的 兩種粗分類是“不規則的，，和“結構化的”。 不規則填料”指的是獨立 词立兀件彼此之間或相對於塔 的軸不具有特殊的取向。 ° 口口 不規則填料是小的空心結構，备 早位體積具有大的表面積， W 匕們被隨機裝載到塔中。 ‘‘結構填料，，指的是獨立 牛彼此之間以及相對於拔 的軸都具有特定的取向。結 ° 再具料通常由被擴展的金屬或 1261527 金屬線篩堆疊多層或螺旋纏繞而構成；但是也可以用其他 的結構材料，如平金屬片。 *術語“孔”和“口，，此處可交換使用，指的是液體可以 穿過去的開口。儘管附圖中示出的是圓孔，但是該孔可以 具有其他的形狀，包括規則的和不規則的形狀。 氣體的低溫分離是通過使液體和蒸氣從相反方向穿過 分鶴塔接觸而進行的。氣相混合物±升，較易揮發的H (例如氮氣）隨氣相聚集，同時液相混合物下降，不易揮 發的組分（例如氧氣）隨液相不斷聚集。 各種填料或盤可以用於使液相混合物和氣相混合物接 觸，從而完成相之間的質量輸送。用於蒸館的填料的應用 是標準的實踐，具有許多優點，其中壓降是重要的。但是， 填充塔的性能完全取決於在填料令局部產生並保持向下的 液流和向上的蒸氣流之間的平衡。在填料中液體和蒸氣的 分佈受這些液體進入填料中的最初狀態的影響。 液體和蒸氣進入填料中的最初狀態通常由分配器形 成。-個液體分配器置於填料上方，而一個蒸氣分配器置 於填料的下方’其中液體分配器的作用是使液體均勻地澆 入填料，’泰氣分配器的作用是在填料下方產生均勻的蒸氣 流。 由於在兩相貝里/熱輸送填充塔中液體的不均勻分佈會 導致差的質量/熱輸送效果，所以很久以前人們已經認識到 這種不均勾分佈的現象。液體的不均句分佈可能是由於： 最初將液體不均勾地導向填料；不均勾分佈的蒸氣流，它 1261527 通過蒸氣v液體的剪切機制迫使液體分佈不均勻；填料本 身，它具有本來的“固有分佈”，不管液體最初的狀態如 何，液體的分佈都趨向於該“固有分佈”。眾所周知，液 體傾向於在接近包含結構填料的塔的内壁處聚集，如美國 專利 No· 6,288,818 B1 ( Buhlman)、美國專利 No· 6,513,795 B2 ( Sunder)以及公開文獻中的眾多出版物（例如，St〇ter 專，Measurement and modeling of liquid distribution in structured packings" ，Chem· Eng. J· ( 1993 ) 53 55 )中所 述。 先有技術中的各種方法致力於處理液體在接近塔内壁 處或塔内壁上的聚集。這些方法分為三類：A )試圖使在壁 上或接近壁處的液體改變方向返回至此處填料中的方法· B)試圖重新收集在填料中和在壁上/接近壁處流動的液 體，然後使其混合到一定程度後實行再分配的方法；C )其 他方法。下面討論這三類方法。 A類：局部重新引入液體 這種普通方法背後的理論是，可以將在壁上或沿著結構 填料的外圓周流動的液體重新引入填料的周邊，然後使其 自然地流回到大部分的填料床。在這種方法中應用的絕^ 多數結構填料包括—個或多㈤‘‘壁接觸刷，，材料（通常為 金屬箱或金屬網）#短帶，該短帶折疊抵靠在塔内周：結 構填料的周邊上，以降低“液體和蒸氣的分流”。、° 公開了多種類型的 美國專利 Ν〇·5,224,351 ( Jeannot 等） 1261527 壁^觸刷，這些接觸刷從填料的壁和壁區域上收集液體， /圖將其引人到相同的填料層或下面填料層的周邊。這 些方：具有如EP 997189 A1(K1〇tz#)所公開的聲稱具有 降低療氣分流的優點。但是，如美國專利No.6,28M18B1 (BUhmani°中所教導的’這些傳統設計仍然會導致液體 在填料的壁上或接近壁的區域聚集。此外，必須在每一層 應用壁接觸刷”，或者沿著填料床的高度方向非常頻繁 的應用“壁接觸刷’，。申請人相信，這種方法的無效在於 這樣一個事實，即從壁或接近壁區域重新引入填料中的液 體在填料外圓周進入填料，.它們很有可能會象流向塔中心 那樣再向壁/近壁區域流回。 也已經提出對於填料邊的改進措施，作為用於使液體改 向進入填料中的方法。在美國專利No· 5,244,351 ( Jeannot 等）中公開了用於折疊和剪切邊區域的具體幾何形狀和用 於製造這些形狀的工具。由於用於每塊結構填料的加工和 特殊處理的成本提高，以及與獨立的結構填料的片（或 ‘塊”）相關的組裝費用的提高，其中邊的改進要求必須 使結構填料以特定的方位進行必要的組裝，這種方法是不 利的。此外，和“壁接觸刷”的方法中相同，填料邊改進 方法依賴於在改向後傾向於流向塔橫截面的中心的改向液 流，但是液體實際上既可能流向壁也可能遠離壁，並且傾 向於在網中流向壁。 最後，如EP 0684060 B1中所公開的那樣，從塔的内周 向填料延伸入一個小距離的障礙物可以加入以使液流改 1261527 向。這種方法也遭受了與前面所述的方法相同的缺點，將 靠近壁區域液體重新引入，在該區域液體可以迅速重新聚 集。 Λ Β類：液體收集器/再分配器 這類方法需要一種液體收集/混合/再分配裝置，以在塔 中處理所有的液流，同時試圖使在塔中上升蒸氣的分佈的 擾動取小化。該裝置傾向於大並包括很多厚重零件，因此 會導致报高的生產成本和與額外的塔高度相關的附加成 〇 美國專利No· 5,240,652 ( Taylor等）就是在填充塔中進 行液體分配的一個“標準，，方法的實施例。在“預分配 器”中從填料的整個橫截面捕獲液體，該預分配器在槽中 或桶中混合所有的液體，對液體進行稍微粗略的分配使其 進入第一分配裔，然後第二分配器分配所有液流，使其以 尚均勻度流入下麵的填料。蒸氣提升器滲透入預分配器和 第刀配為。與從第二分配器跨越塔橫截面獲得均勻液流 和调整預分配器所需的塔高度相關的成本是非常高的。此 ^用於這種設計的生產和安裝成本也是很高的。由於這 麼焉的成本，所以這些分配器僅僅用在引入或抽取液流的 :充卩刀的頂端’或用於截止非常高的填充部分，從而在 鬲的填充部分的中間點處獲得完全混合和再分配。 、， 2877 B1 ( Bllllngham等）是標準液體分配器設計 (果國專利Νο·5,24〇,652 )的一種變形，其中在分配器上 1261527 方懸掛障礙物以增強液體混合。 EP 0684060 B1是標準液體分配器設計的一種變形，其 中跨越塔的橫截面的澆灌孔的密度是不同的，用來降低由 於填料的壁/近壁區域造成的不均勻分佈。 美國專利No· 5,464,573 ( Tokerud等）是標準液體分配 為没计的一種替換，用於節約塔南度/成本。通過從填料直 接捕獲液體而避免了使用預分配器，填料通過每個槽上的 葉片置於其上方。在一種實施方式中，用一個圓環捕獲在 壁上流動的液體。該圓環具有特徵（如水準槽）以將液體 導向液體分配器主體。 EP 0879626 A2 ( Hine等）是標準液體分配器設計的一 種替換，用於節約塔高度/成本。通過在蒸氣提升器頂部的 一組小槽中部分混合捕獲的液體而避免了使用預分配器。 美國專利No· 5，132,055 ( Alleaume等）公開了一種液體 分配器，該液體分配器也用作上面填料的支撐件。該分配 器包括一個巨大的盤，該盤幾乎延伸跨越整個塔橫截面。 該盤安裝有用於蒸氣流和填料支撐的堅固的反向槽。在盤 底部的孔向下面的填料分配液體。該分配器密封到塔圓周 這樣塔内壁上的液體被其餘從填料下行的液體捕獲。 沒有預分配器和特殊裝置詩混合其他捕獲的液體和^壁 上捕獲的液體。 :美國專利No· 5,224,351 ( Jeannot等）公開了一種裝置， 該衣置利用特殊的設備捕獲從内壁或填充部分的填料圓周 上流動的液體’從而使捕獲的液體進入分配器的中心，進 10 1261527 而使其與分配器中收集的大量液體進行較好的混a，盆中 填充料如美國專利No.5，132，G55中所描述的那樣置於液 體分配器的上方。 C類··其他方法 這些進行再分配的方法需要在主填料的兩個較大部分 之間使用不同類型或密度的填料。這些方法的缺點是它們 沒有具體解決與塔壁/填料周邊相關的不均勻分佈。 美國專利No. 6,286,818 B1 ( Buhlm_)公開了 —種利 用短段填料在填充部分再分配液體的裝置，其中短段填料 與其餘填料部分不同。應用在短段中的填料指的是一種液 體再分配的裝置。美國專利Ν〇· 6,513,795 B2 (公 開了-種利用“混合阻力結構填料’，纟校正液體不均勾分 :的裝置，該“混合阻力結構填料，，&括具有低阻力並^ 峪中心流動的結構填料和具有高阻力並圍繞中心在外環流 動的填料。這兩種方法都試圖通過在塔中改變結構填料= 特徵來解決液體分佈不均句的問題，但是都沒有提供特殊 的設備來發揮在塔内壁上或填料的近壁區域中的液體的優 WO 0166213 A1也提出了用填料作為分配裝置，該裝置 利用了液壓溢流。當向上流動的蒸氣作用在向下流動的液 體上的液壓剪切力平衡掉液體由⑨重力向下流動的趨勢/ 守叙生液壓溢流。結果局部高液體密度達到在標準穿孔 蒸餾盤上發現的液體泡沫的密度。該文獻教導了在較低密 1261527 度填料的兩個較高部分 密度填料中產生局部…杜 嗔填料，以在高 液體再分配地更加均勻車乂低填充部分中使 /又有特殊的設備 壁或接近塔内壁處的液 u 於捕&在塔内 ^從篮。廷種方法的缺 木# * 過高密度（浸沒）填料時Λ # a 、”、、疋㉟瘵軋相牙 这-μη 4㈣人了料的麗降。 &二類方料下面的表以行總結， 的相關缺陷/缺點。 匕括母類方法 類別 A·局部 再次引 入液體 B·液體 收集器 /再分 配器 C·其他 方法 描述 置於填料 或填料特徵，用於將液 體再次引入填料。 运些裝置捕獲所有從填 充部分流下的液體，並 且以不同的程度將液體 進行混合和再分配__ 不同類型/密度的填料 作為其他主要填料部分 的再分配器 缺陷/缺點 液體被再次引入接近塔 内壁的填料圓周處，液 體很有可能在再分配後 區域。 由於這些裝置處理所有 的液流，因此它們必定 大而複雜，從而是昂貴 這種方法不能明確地處 理與壁流相關的分佈不 均勻，因此不能解決導 致填料中液體分佈不均 勻的主I機制。 希望有一種裝置和方法，用於在交換塔中收集和再分配 下行液流，該裝置和方法捕獲在塔壁上或塔中結構填料區 域的液體，並再分配該液體使其遠離塔壁深深進入結構填 料的内部。 還希望有一種裝置和方法，用於在交換塔中收集和再分 12 1261527 配下行液流，f要相對小的額外塔高和與之相關的成本。 還希望有置和方法，用於在交換塔中收集和再分 配下行液流，並且不會導致在技中 ， 牡°甲上升的瘵氣顯者增加的 壓降。 還希望有-種裝置和方法，用於在交換塔中收集和再分 配下打液流，並且能夠與傳統的垂下壁爐（h〇idd〇wngak) /支撐壁爐設計形成一體。 還希望有―種裝置和方法，用於在交換塔中收集和再分 配下行液流’通過減輕液體分佈不均句的效果來降低由於 填充塔中總體液體分佈不均勻造成差性能的可能性。 還希望有-種新的、更加有效的裝置和方法，用於在交 換塔中收集和再分配下行液流。 還希望有-種裳置和方法，用於在交換塔中收集和再分 配下行液流，克服先有技術中的困難、問題、限制、缺陷 和不足，以提供更好的、更有利的結果。 退希望有一種組裝用於在交換塔中收集和再分配下行 液流的裝置的方法，比先有技術提供更好的液體分佈，還 能克服現有技術中的許多困難和缺陷， 代L·、文好的、更 有利的結果。 還希望有-種裝置和方法，用於在交換塔中收集和再分 配下行液流，為低溫應用表現出高的性能特 m ’例如用在 氣體分離和其他熱和/或質量輸送中的裝置和方法 還希望有一種更加有效的氣體分離工蓺 π 5亥工藝利用了 一種收集和再分配液體的裝置，這種裝置 ϋ无有技術的更 13 1261527 加有效 發明内容 本發明是在交換塔令收集下行液流並將其再分配進入 交換塔中的一層結構填料中的裝置和方法。本發明還包括 用於組裝這種裝置的方法。 本發明有多種裝置和它的改進的實施方式。在第一種實 施方式中，用於在交換塔中收集和再分配下行液體的裝二 包括三個元件，其中交換塔有一個縱軸、—個橫截面積、 -個具有内周的内I，交換塔包括至少_層結構填料，該 結構填料的外表面與内壁的内周間隔開。第—種元件是一 種放置在交換塔中結構填料層上面的壁流式收集^= 流式收集器具有與内壁的内周接近的外徑，並適：：： 交換塔内壁上或接近内壁處的至少—部分下行液體二 = 1::種放置在交換塔中的傳輸裝置，用於將至少-^刀壁流式收集器收集的液體向縱軸傳輪 橫截面積的-個相當大的距離。第三種元件Λ換塔的 置，用於從傳輪裝置向結構填料層分：分配裝 的部分液體。 ^分所收集 裝置的第—種實施方式有多種變形。 流式收集器固定地連接到交換塔的内壁上 ^中，壁 中，壁流式收隹哭—一 & 在另一種變形 運動。“在父換塔内沿著縱轴能夠在垂直方向上 盤 也是在另外—種變形中，傳輸裝置包括—個盤…、 14 1261527 的一部分與壁流式收集器液體連通，盤跨越至少交換塔的 橫截面積的一部分而延伸，分配裝置在盤中包括至少一個 孔。在另外一種變形中，傳輸裝置包括至少一個連接到壁 流式收集器上的擴展接觸刷，該擴展接觸刷朝著縱軸方向 穿過至少塔的橫截面積的一部分。

在另外一種變形中，傳輸裝置包括至少一個與壁流式收 集為液體連通的槽，該槽延伸遍及交換塔橫截面積的至少 部分，分配裝置在每個槽中至少包括一個開口或溢流凹 口。在這種變形中的變化中，該裝置還包括接近交換塔内 =或結構填料外表面的至少一個接觸刷，該接觸刷放置在 槽的上方’並適於將内壁上或接近㈣處的τ行液體的至 少一部分傳輸到槽中。 〜、第—種實施方式巾，用於在交換塔巾收集和再分配 仃^的褒置包括兩個元件，其中交換塔具有—個縱 一個橫截面積、一個且古免^ 層結構填料…：=内”内壁，該交換塔包括第

構填料的〜思 層結構填料，第-和第二層 元件θ 具有—個與内壁間隔開的外表面。第一 几1千疋一種放置 集哭位㈣爲的壁流式收集器，該壁流式 下；結構填料的上方而位於第二層結構填料 壁處的至少-部分下行㈣壁上或接近 第-層結構填料和第二層二放置在交換塔 母個構件適於支撐至少 」+之間的至少—個構件 -部分由壁流式收集器收隼二=結構填料，和將至 木的液體向縱軸傳輸跨越交換: 15 1261527 的橫戴面積的_個相當大的距 變形中，兮μ ^ β 在铯種貫訑方式的一種 夂^ a構件是-個樑，該樑 端相對的第-太媳车人 、弟一末鈿，與第一末 長通道，和介於第一末端和第二末端之間的細 長=該細長通道與壁流式收集器液體連通。 μ置的第三種實施方式類似於 每個構件中包括至少_個孔 λ "旦 用於從構件向結構填料層分 配至J 一部分所收集的液體。 用於在交換塔中收隼八 ,4^^ 再刀配下行液體的裝置的第四 二式包括四個元件’其中交換塔具有-個縱軸，一 槿2面積’―個具有内周的内壁’交換塔包括第一層結 的=其上方的第：層結構填料，第—和第二層結構填 ，母$具有-個與内壁間隔開的外表面。第_元件是 -種放置在交換塔中的壁流式收集器，該壁流式收集器位 於第-層結構填料的上方而位於第二層結構填料的下方， 壁流式收集器固定地連接到内壁上，並適於收集交換塔的 内壁上或接近内壁處的至少一部分下行液體。第二種元件 放置在交換塔中介於第-層結構填料和第二層結構填料之 間的至少一個樑，每個樑適於支撐至少一部分第二層結構 填料，並且每個樑具有第一末端，與第一末端_的第二 末端，和介於第一末端和第二末端之間的具有敞開頂部和 底板的細長通道，該細長通道與壁流式收集器液體連通， 並適於將至少一部分由壁流式收集器收集的液體向縱軸傳 輸跨越交換塔的橫截面積的一個相當大的距離。第三種一 件是在每個樑的槽底板中具有至少一個孔，用於從樑的槽 16 ^261527 ?結構填料層分配至少-部分所收集的液體。第四種元件 疋接近父換塔的内壁或結構填料的外表面處至少有— 觸刷，該接觸刷位於樑的上方，並適於從内壁上或接近内 壁處向樑的槽傳輸至少一部分下行液體。 一 用於在交換塔令收集和再分配下行液體的裝置的第五 種貫施方式包括四個元件，其中交換塔具有一個縱軸，一 個橫截面積，-個具有内周的内壁，交換塔包括第―層結 構填：和其上方的第二層結構填料，第一和第二層結構填 ^的每一層具有一個與内壁間隔開的外表面。第一種元件 疋-種放置在交換塔中的壁流式收集器，該壁流式收集哭 位於第「層結構填料的上方而位於第二層結構填料的下 方，壁流式收集器在交換塔内沿著縱軸能夠在垂直方向上 、動並適於收集父換塔的内壁上或接近内壁處的至少一 部分下行㈣。第二種元件是放置在交換塔中介於第一層 結構填料和第二層結構填料之間的至少—個樑，每個標適 ;支撐至V 。卩分第二層結構填料，並且每個樑具有第一 末端契第末端相對的第二末端，和介於第一末端和第 二末端之間的具有敞開頂部和底板的細長通道，該細長通 道與壁流式收集器液體連通，並適於將至少一部分由壁流 式收木益收集的液體向縱軸傳輸跨越交換塔的橫截面積的 個相w大的距離。第三種元件是在每個標的槽底板中具 有至少一個孔，用於從樑的槽向結構填料層分配至少一部 分所收集的液體。筮^絲一 弟 種兀件是接近交換塔的内壁或結構 填料的外表面處至少有一個接觸刷，該接觸刷位於樑的上 17 1261527 方，並適於從内壁上或接近内壁處向襟的槽傳輸 分下行液體。 Μ 本^明另一方面是用於在交換丨 _ ^ pe ^ ^ ^ T W ;巩和下仃液體 間父換熱和/或質量的交換塔，其中交換塔具有一個縱 軸’-個橫截面積，一個具有内周的内壁。該交換塔包括 組内部零件’包括四種元件。第一種元件是至少—層結 構填料，該結構填料具有與内壁的内周間隔開的外表: 元件是一種位於結構填料上方的壁流式收集器，該 土心收集8具有-個接近於内壁内周的外圓肖並且適 :收=交換塔的内壁上或接近内壁處的至少一部分下行液 種70件是一種傳輸裝置，用於將至少一部分由壁 流式收集器收集的液體向縱軸僂於 ^ H釉得輸跨越父換塔的橫截面積 -值：相田大的距離。第四種元件是一種分配裝置，用於 :傳輸裳置向結構填料層分配至少一部分所收集的部分液 體。 “用於在交換塔中收集下行液流並將其再分配至置於交 換塔中的結構埴料層中6 〃、 中的方法包括多個步驟，其中交換塔 具有一個縱軸，一個樯韵品& /、 積’ 一個具有内周的内壁。第 一步是將液體引入到交換塔中的第一位置處。第二步是將 層結構填料定位在交換塔中的第一位置的下方，該結構 填料層具有與内壁的内周間隔開的外表面。第三步是將壁 流式收集器定位在交換塔中結構填料層的上方而在第一位 置的下方’該壁流式收集器具有一個接近於内壁内周的外 圓周’並且適於收集交拖饮AA〜咖 又換i合的内壁上或接近内壁處的至少 18 1261527

一部分下行液體。第四步是將傳輸裝置定位在交換塔中接 l 土級式收集态的位置，該傳輸裝置適於將至少一部分由 土 /瓜式收集裔收集的液體向縱軸傳輸跨越交換塔的橫截面 積的一個相當大的距離。第五步是將内壁±或接近内壁處 的下行液體的至少一部分收集在壁流式收集器中。第六步 :才田大邛分由壁流式收集器收集的液體向縱軸傳輸 跨越父換塔的橫截面積的一個相當大的距離。第七步是提 供一種分配裝置，用於從傳輸裝置向結構填料層分配至少 :部分所收集的部分液體。第八步是從傳輸裝置向結構填 料層分配至少一部分所收集的部分液體。 本發明的另-方面是-種用於低溫空氣分離的方法，該 =法包括使下行的液流與上升的蒸氣逆流在至少一個蒸顧 。中相接觸’言亥蒸餾塔包括至少一個質量傳輸區域，其中 ^少由-層結構填料建立起液體一蒸氣間的接觸，^少 一部分上行液流被收集，並由_種裝置再分配至結構填料

中，該裳置如上面所討論的任何一種實施例的裳置或它們 的變形。 組裝用於在交換拔中收隹π y 一+丄 ^ 吳σ〒收木下仃液流並將其再分配至置 於父換土合中的結構填料層中的梦 上 97展置的方法包括多個步驟， ，、中父換塔具有一個縱軸，一個 调杈截面積，一個具有内周 的内壁。第一步是提供一種交 铱一止θ 換合。弟二步是在交換塔中 奴供結構填料層，該結構填 曰具有與内壁的内周間隔開 的外表面。第三步是將壁流式 抑— 收木女衣在交換塔中結構 真枓層的上方，該壁流式收隼哭 木时具有一個接近於内壁内周 19 1261527 的外圓周，並且適於收集交換塔的内壁上或接近内壁處的 至少-部分下行液體。第四步是在交換塔中安裳_種傳輸 裝置，用於將至少一部分由壁流式收隼 玺 、刖 木态收集的液體向縱 轴傳輸跨越交換塔的橫截面積的一個相當大的距離。第五 步是安裝-種分配裝置’用於從傳輸裝置向結構填料層分 配至少一部分所收集的部分液體。 實施方式 本發明解決了在交換塔的填充部分中收集從塔内壁和/ 或近壁區域流下的下行液體以及向塔的中心（即遠：壁的 位置）再分配該液體的需要。本發明完成了這種液體再分 配，而不會導致高的生產成本和/或與額外的塔高度相關的 顯著增加的成本。 本發明的再分配器從塔内壁和臨近塔壁區域的填料中 除去液體’並將液體輸送到比現有的接觸刷設計更深入塔 至多約 —— 中心的位置。再分配器的高度相對合適 ⑽_。雖然通過將在壁上流動的液體再分:至塔的中 心，再分配器降低了塔中總的液體分佈不均勾的現象，但 是料分配器並不想要達到標準液體分配器所能達到的均 勾程度。本發明的再分配器並不收 、 μ又果所有的液流，而規定 為在大約每十層結構填料之後被部署。 本發明的再分配器設計分為三類： I ·懸掛在壁流式收集器上的槽 a · 固定設計 20 1261527 b ·移動設計 Π Π 懸掛在壁流式收集器上的穿孔蓋 a ·固定設計 b ·移動設計 擴展接觸刷 揭第岡1種再分配器包括-組連接到壁流式收集器上的 槽。圖1A和ιβ + Φτ、士 I工 ’、 延種再分配器1〇的一種實施方式。 由壁流式收集器12在拔壁f去-山、 1Λ , (未不出）上收集的液體流入槽 4中’並被輸送跨過塔的橫截 ^ ^ t L 仏甄面，牙過孔10或溢出槽口 而/瓜出槽進入下面的結構真 真枓（未不出）。支撐/壓制樑18

4置/、槽形成整體，以支厭Y 叉稼和壓制再分配器上面的和下 面的…構填料。支撐/壓制 構支撐構件。圖2A-2Et巾作為槽，也可以作為結 22的實施例。 巾不出了這種組合槽/結構支撐樑 辟 ^私動的&兩種設計指的是壁流式收集器12,該 土机式收集器既可以固 分一# j 土上，也可以與結構填料部 77 起移動，即如果i吉斗止a丄 果填枓發生移動則允許壁流式收集 々矛夕動。固定的劈、;六斗、 兮备A ，丨1式收集益的一個實施例是一塊角鋼， 該角鋼使得壁流式收隼 緣王班ά 山封焊接到塔壁上。在塔内 緣¥繞的垂直唇綠^ 罝α、'豪了以捕獲液體並將其導向任意的連接 糟0 辟二3A 3C中不出了將固定的壁流式收集器12連接到塔 ^上的幾種方法。當壁流式收集器被固定時，支撐/壓 制“須為至少-些相鄰填充層的装載/運行負荷設定尺 21 1261527 寸。 . 在圖3A和3B中，壁流式收集器12通過點烊或密封焊 . %而連接到塔壁24上。在圖3A中’壁流式收集器^的 短内壁32通過密封焊28連接到底板％上。在圖3C中， 一個彈性接觸刷38連接到壁24上，以將液體轉移到壁流 式收集器12中。 圖4A— 4C中不出了移動壁流式收集器12的_個實施 例。在每種情況下，如果填料在負載下輕微移動，則允許 再分配器隨著結構填料在塔中上下運動。支撐/壓制樑只{鲁 用於保持相鄰填料層之間的距離，因此不需要和用於固定 壁流式收集器中的支撐/壓制樑一樣大。 參照圖4A — 4C，移動壁流式收集器12，的主體可以是一 塊具有内部垂直唇緣形成短内壁32的角鋼，除了角鋼塊不 焊接到塔壁24上以外，其他的和固定壁流式μ ^目同。 可替換的，和連接到填料部分的壁接觸刷類似，有一個或 更多個彈性接觸刷（38，38’）點焊或由鉚釘44連接到肖 鋼上，並與塔壁形成緊密連接。在一種實施方式中，兩個 彈性接觸刷38,彼此重疊安裝，這樣它們的接頭和缝隙彼此 相對交錯，如圖4C所示，因此形成更加有效的液體密封。 彈性接觸刷並不焊接到塔壁上――僅僅靠摩擦力來限制它 們的垂直運動。 · 在圖5Α — 5Β和圖6Α—6Β中示出了移動壁流式收集器· 型的再分配器10的兩種實施方式。在這兩種實施方式中， 槽連接到配備有一個或多個彈性接觸刷38的壁流式收集 22 1261527 口口 上。槽疋槽/結構支撐樑U，它用於r m褚4_丨 相鄰。 以於保持結構填料的 你^ 5A— 5B+ ’應用了三個槽/結構支撐樑22的平行 佈置。兩個額外的短支撐樑 、古二彳ϋΐ她/ ’、 置在母一側，並且平行於 适二B支撐樑用於加固’應用三個臨時的塔54以用於 提升和安震。#的實際數目取決於多個因素，包括在壁上 預期的液體聚集和塔中用於具體填料部分模式所需要的支 撐點的數目。例如，在圖5A中所示的實施方^中，有一組

任意的液體輪送槽56垂直於包括孔16的槽/結構支樓摔 22。在這種實施方式中，存在用於上升的蒸氣流的開口 π。 在6A—6B中所示的再分配器…槽/結構支標樑22佈 置成六角形從而制了現有的製造下部結構，這種結構適 於處理大的、徑向對稱的裝置，除了這點之外，鱼圖5A 一 5B中的實施方式類似。可以提供用於提升和安袭的孔以。 在這兩種實施方式中（圖5A—5B和圖6A—6b)，在側

視圖中示出了任意的間隔條57,用於將槽的下側與結構填 料（未示出）間隔開幾毫米。這樣的間隔減少了結構填料 對穿過孔16的液流的阻礙。表丨示出了用於再分配哭μ 的孔的要求，這取決於塔的尺寸。 ^ 23 1261527

表1· 在再分配器*中用於最高25mm液位的孔的要求 塔内周 孔的數目 孔的密度 孔直徑 (毫米）_(每平方英尺L (毫米) 200 2 5.9 2.2 900 15 2.19 3.6 1500 26 1.37 4.5 2500 64 1.21 4.8 3400 109 1.12 5.0 5200 254 1.11 5.0 條件：收集在壁上總流量的 10% ； 5加命每分鐘/平 英尺（gpm/ft2)的總液流量；氬氣/氧氣為50/50混合。 參照圖7A—7B，第Π種再分配器1〇包括一個穿孔的盤 62，該盤如上所述的一樣連接到固定的或移動的壁流式收 集器（12, 12，）上。可供選擇的，壁流式收集器可以由兩 個槽鋼圈63製成，兩個槽鋼圈直接焊接到塔内壁24的内 周上，並夾入穿孔的蓋中間。槽鋼圈的總體高度可以报小 (例如3〇mm)，因為可以選擇在穿孔蓋上的開口面積，這 樣在蓋上不需要任何明顯的泡沫。開口面積可以高達7〇% (例如在114mm中心上90mm的最密裝填佈置）。圖了八示 出了在第Π種再分配器中的—種示例性開孔模式的平面 圖’而在圖7B中示出了槽鋼型的壁流式收集器除去蓋的視 圖。 以不連續的點或連續地 ，穿孔蓋可以是具有任 液體可以離開壁流式收集器，並 A出至穿孔蓋的周邊。如圖所示 意邊界64的圓形物或圓環。 24 1261527 參照圖7A和7B，在蓋62中的大穿孔66可以利用轉塔 式[力杜1製造以產生4 一 8mm高的凸緣68，該凸緣可以用 作液流的障礙物。其他的小孔16 (沒有凸起）可以用於再 分配上述從壁上和結構填料上捕獲的液體。 如圖7A — 7B和圖8所示，穿孔蓋可以由分離的“餅形” 部分構成。支撐塔（未示出）可以用於支撐再分配器，並 保持結構填料上下之間的間距。轉塔式壓力機還可以利用 轉i合式壓力機用於產生短（6mm )障礙物65，如圖8所示。 這些障礙物可以用於將液體從塔内壁導向塔的中心。 第皿種再分配器包括壁流式收集器和從壁流式收集器 到結構填料内部的凸起。和第j種與第π種再分配器相 比，從第ΙΠ種再分配器和壁流式收集器突出的凸起用作一 個零件。這種想法的-種實施方式是—個具有比普通更長 的開有口的腿的擴展接觸刷，它穿入結構填料中大約5〇mm 或更深而不是通常的12—25mm。 圖9A 9B示出了另一種貫施方式，其中每個凸起 利用轉塔式衝壓機形成為〜6mm高的小槽。仍利用加肋工 具產生障礙物74。以這種方式，與比普通的接觸刷相比， 能將在壁上捕獲的液體輸送到結構填料内部更深的地方。 在整個塔橫介面上，可利用一個短的間隔柵袼（未示出） 在塔的橫截面上於再分配器上面和下面保持填料層之間的 恒定距離。 組合上面支撐填料的功能和下面分配從壁區域捕獲的 液體到結構填料中的功㊣’可以節約成本，使用於上升的 25 1261527 水蒸氣的流量的面積最大化。這樣的設 器中是有用的。對槽或組合槽/結構支撐樑的進；再分配 相對於下面被溱灌結構=進= 的= 將反向體和氣體進行更好 勺刀離，並有助於液麼溢流開始之前氣體和液 ==:中示出了這種組合— 的貝％例。适些組合槽/結構支撐樑由幾個薄金屬的最 構成，這就允許用便宜的fS]件且曰 樑則需要焊接。 不^接’如果用厚的 本發明的再分配器的一些好處和優點是： 1·捕獲塔内壁或結構填料的壁 分配至填料内部深處，遠離塔内壁域的液體，並將液體再 /·需要相對小的額外塔高度和與之相關的成本――這 ^ 堇僅需要處理塔周邊液體而不是全部液體流量的結果。 因此，所提出的再分配器不需要很高。 需要較小的附加成本。由於再分配器的適當尺寸， 比例如製造一個標準的液體分配器所需的材料和勞動力成 :都低的多。另外’這些再分配器不需要非常均勻的液體 口為匕們#主要功能允許在下面的結構填料中進行 成分混合。 iv.在氣相中不會導致顯著的額外壓降。 ν·可以與傳統的垂下壁爐/支撐壁爐設計形成一體。 V1·提出導致在填充塔中的液體不均勻分佈以及液體與 填料周邊/塔内壁交互作用的機制。 26 ^61527 k盲在此參考一些具每、 隹是太&日3、， κ 工來進行解釋和說明， 疋本發明亚不想要偏限在所示的 在與申古主直刹r网4 更確切的說， 、甲明專利乾圍相同的範圍内， 的情況下，在細節巾1 不月離本發明的精神 牡、、、田即中可以做各種改進。 式簡單說明 參照以下附圖’通過實施例來說明本發明： 圖1A是本發明的第！種再分 鬲示意圖； 禋只^方式的平 圖1B是圖ία中所示的再分 m 9a 〇 的再刀配器的部分透視示意圖； 圖A—2E是用在本發明的第j種 和由％ — 刀配口口 （如圖1Α 意圖； 幻、、且σ槽/結構樑的橫截面示 圖3Α和3Β是通過兩種不同的 發日a ^ U妁万式連接到塔内壁上的本 、壁流式收集器的橫截面示意圖； 圖二是本發明的一種實施方式的示意圖 :用了固定的壁流式收集器和連接到塔内壁上的彈性㈣ 〃圖4A，帶有單獨的接觸刷的移動壁流式收集器這種實 細方式的橫截面示意圖，· 、 圖扣是應用了兩個彈性接觸刷的移動壁流式收集器的 另種貫施方式的橫截面示意圖； 圖」C是應用了交錯的雙接觸刷的移動壁流式收集器另 一種貫施方式的平面示意圖； 27 1261527 圖5A是第1種再分配器的另-種實施方式 5 七f I .. 〜证κ w刀八w卞 口 其中液體輸送槽連接到敕^^ 心设巧私動壁流式收集器上； 圖5B是圖5A中所示的第τ絲χ、 「旧弟I種再分配器的侧視示意圖； 圖6Α是第I種再分配哭 圖，兮 阢σ。的另一種實施方式的平面示意 曰§亥再分配器具有六角形样的德吳4 曰的佈置和移動壁流式收集器； 圖6Β是圖6Α中所示的第τ 们弟I種再分配器的側視示意圖； 團7八是本發明第jj種®公 σ 示意圖· 刀配态的一種貫施方式的平面 圖7β是塔壁和圖7Α中所示的第η種再分配哭的部八 的部分捭#二/丨、 々里丹刀配為的一部分 刀k截面側視示意圖； 圖8是本發明的第n 八 + ® ^ 禋再刀配器的盍的餅形部分的平面 固和兩個橫截面側視圖的示意圖； 十面 圖9A是本發明第冚種 木以喱冉为配态的部分平面 圖9B是圖9A中胼-认姑 w圖’ 觸刷的-種眚你古u 叱-中應用的擴展接 _員知方式的橫截面側視示意圖； 圖10A和10B是可庙田七丄八η 疋了應用在本發明的第I種再分配哭中的 槽/支撐樑的兩種變形的透視示意圖。 -中的 主要元件符號說明 1〇..分配器；12、12，..收集器；14..液體流入槽； 18.·支撐/壓制樑；22..槽/結構支撐樑；24·.塔壁；26、.28, 山封烊I·短内壁，I.底板；38、38，··彈性接觸刷；44 鉚釘；52..支撐樑；54 ·· 62 害.66 ^ ，56..礼 ’59..開口； 57.·間隔條； 6 2 ··盖，（）（）··牙孑 * f： 〇 n ,, ，··凸緣；63…槽鋼圈；65、74.·障龜& 122·.組合槽/結構支撐樑 早镟物； 28

Claims (1)

1261527 十、申請專利範圍·· 1· 一種用於在交換塔中收集和再分配下行液體的襞 、一個具有内 5亥結構填料的 置，其中父換塔有一個縱軸、一個橫截面積 周的内壁，交換塔包括至少一層結構填料， 外表面與内壁的内周間隔開，該裝置包括： -種放置在交換塔中結構填料層上方的壁流式收集 益’壁流式收集器具有與内壁的内周接近的外周，並適衣 收集在交換塔内壁上或接近内壁處的至少_部分下行、 體； /

-種放置在交換塔中的傳輸裂置，用於將至少一部分 由壁流式收集器收集的液體向縱軸傳輸跨越交換塔的橫: 面積的一個相當大的距離； 一種分配裝置，用於從傳輸裝置向結構填料層分配至少 一部分所收集的部分液體。 :專：：請專利範圍第1項所述的裳置，其特徵在於: 傳^置包括至少一個與壁流式收集器液體連通的 I㈣延伸跨越交換塔的橫截面積的至少—部分 分配裝置在每個槽中包括至少—個孔或溢流凹刀口。σ 3、·如申請專利範圍第2項所述的裝置，還至少包括一 種接近於交換塔的内壁或結 接觸刷放置在槽的上方十… 表面的接觸刷，該 近内辟…：適於向槽中傳輪在内壁上或接 k円土處下仃的液體的至少一部分。 29 1261527 4.如申請專利範圍第i項所述的裝置，其特徵在於： 、傳輸裝置包括一個盤，至少盤的—部分與壁流式收集器 液體連通，盤跨越至少交拖 汉至乂又換塔的杈截面積的-部分而延 伸，和 分配裝置在盤中包括至少一個孔。 5·如申請專利範㈣i項所述的裝置，其特徵在於： 傳輸裝置包括至少一個裝附到壁流式收集器上的擴展 接觸刷’該擴展接觸刷朝著縱軸方向穿過至少塔的橫截面 積的一部分。 、6·如中睛專利範圍第i項所述的裝置，其特徵在於壁 流式收集器固裝到交換塔的内壁上。 二如申請專利範圍帛i項所述的裝置，其特徵在於壁 流式收集器在交換塔内沿著縱軸能夠在垂直方向上運動。 8. —種用於在交換塔中收集和再分配下行液流的裝 置’其中交換塔具有一個縱軸、一個橫截面積、一個具有 内周的内|，該交換塔包括第—層結構填料和其上方的第 二層結構填料’第_和第二層結構填料的每—層具有—個 與内壁間隔開的外表面，該裝置包括： 一種放置在交換塔中的壁流式收集器，該壁流式收集界 30 1261527 位於第-層結構填料的上方而位於第二層結構填料的下 方’該壁流式收集器適於收集交換塔的㈣上或接近内壁 處的至少一部分下行液體；和 放置在交換塔中第一層結構填料和第二層結構填料之 門的至v個構件’每個構件適於支撐至少 結構填料，和將至少一 1刀弟 J刀由壁流式收集器收集的液體向 縱軸傳輸跨越交換塔的橫截面積的一個相當大的距離。 9.广申請專利範圍第8項所述的裝置，還包括： 在母個構件巾至少有—個孔，用於從構件向結構填料層 勿配至少一部分所收集的液體。 、 •—a '利乾圍第8項所述的裝置，其特徵在於該 Τ ^ *亥樑具有第-末端’與第-末端相對的第 '端’和介於第—末端和第二末端之間的延長通道，該 延長通道與壁流式收集器液體連通。 11 · 一種在交換塔中 置，其中交換塔具有1用4收集㈣分配下行液體的褒 内周的内壁，交換塔包括第#;^橫截面積，一個具有 層結構填料，第一和第層結構填料和其上方的第二 ^ ^ 弟—層結構填料的每一層具有一個盥 内壁間隔開的外表面，該装置包括： 、 置在乂換％中的壁流式收集器，該壁流式收隼哭 位於弟—層結構填料的上方而位於第二層結構填料的Γ 31 Ϊ261527 Z ’壁流式收集器固裝到内壁上，並適於收集交換塔的内 土上或接近内壁處的至少„部分下行液體； 放置在交換拔中介榮 ;ί於第一層結構填料和第二層結構填 ::之間的至少-個襟，每個襟適於支撐至少一部分第二真層 -構真：並且母個樑具有第"'末端，與第-末端相對的 f末鈿和介於第-末端和第二末端之間的具有敞開頂 、考底板的延長通道’該延長通道與壁流式收集器液體連 並適於將至少一部分由壁流式收集器收集的液體向縱 轴傳輸跨越交換塔的橫截面積的—個相當大的距離； 在每個樑的槽底板中具有至少一個孔，用於從樑的槽向 結構填料層分配至少一部分所收集的液體； 接近交換塔的内壁或結構填料的外表面處至少有一個 接觸刷，該接觸刷位於樑的上方，並適於從内壁上或接近 内壁處向樑的槽傳輸至少一部分下行液體。 12· -種用於收集和再分配交換塔_的下行液體的農 置，其中交換塔具有一個縱轴，一個橫截面積，一個具有 内周的内I ’交換塔包括第—層結構填料和其上方的第二 層結構填料’第一和第二層結構填料的每_層具有一個： 内壁間隔開的外表面，該裝置包括： 一種放置在交換塔中的壁流式收㈣，該壁流式收集器 位於第-層結構填料的上方而位於第二層結構填料的下 方’壁流式收集器在交換塔内沿著縱轴能夠在垂直方向上 運動，並適於收集交換塔的内壁上或接近内壁處的至:― 32 1261527 部分下行液體； 、放置在又換塔中介於第一層結構填料和第二層結構填 料之間的至；一個樑，每個標適於支撐至少一部分第二層 :構填料’並且每個樑具有第一末端，與第一末端相對的 :二末端，和介於第一末端和第二末端之間的具有敞開頂 、-板的l長通道，該延長通道與壁流式收集器液體連 通亚適於將至少_部分由壁流式收集器收集的液體向縱 轴傳輸跨越交換塔的橫截面積的-個相當大的距離； 在每個樑的槽底板中具有至少—個孔，用於從樑的槽向 結構填料層分配至少—部分所收集的液體； 接近交換塔的内壁或結構填料的外表面處至少有一個 接觸刷，該接觸刷位於樑的上方，並適於從内壁上或接近 内壁處向樑的槽傳輸至少一部分下行液體。 33 I26l527 一個相當大的 的液體向縱軸傳輪跨越交換塔的橫截面積的 距離； 一種分配裝置，用於從值—# ㈣攸傳輪t置向結構填料 部分所收集的部分液體。 夕 至置於Γ拖η 塔中收集下行液流並將其再分配 至置於父換塔中的結構填料層中的方法，I —你1辦紅，—A X 〇 /、另 14, 個縱軸，-個橫截面積，—個具有内周的内壁:’，方法 包括下列步驟： ^ / 將液體引入到交換塔中的第一 置處，將結構填料定位 在父料中的第-位置的下方，該結構填料具有與内壁的 内周間隔開的外表面； 將壁流式收集器定位在交換塔中結構填料 在第一位置的下方，該壁流式_具有-個接近於内壁 内周的外圓周，並且適於收集交換塔的内壁上或接近内壁 處的至少一部分下行液體； 將傳輸裝置定位在交換塔中接近壁流式收集器的位 置，該傳輸裝置適於將至少一部分由壁流式收集器收集的 液體向縱軸傳輸跨越交換塔的橫截面積的一個相當大的距 離； 將内壁上或接近内壁處的下行液體的至少一部分收集 在壁流式收集器中； 將相當大一部分由壁流式收集器收集的液體向縱軸傳 輸跨越父換塔的橫截面積的一個相當大的距離； 、 34 I261527 提供一種用於從傳輸装置向結構填料層分配至少一部 分所收集的部分液體的分配裝置； 從傳輸裝置向結構填料層分配至少_却八^ 冲分所收集的部 分液體。 1 5 · —種用於低溫空氣分離的方法， 々方法包括使下布 的液流與上升的蒸氣逆流在至少一個蒸餾塔中相接觸，与

蒸餾塔包括至少一個質量傳輸區域，其中至少由一層結賴 填料建立起液體-蒸氣間的接觸，至少一 ^ 4分上行液流被拍 集，並由如申請專利範圍第i項所述 叼裒置再分配至結才| 填料中。 下行液流並將其再 的裝置的方法，其中 ’一個具有内周的内 16. —種組裝用於在交換塔中收集 分配至置於交換塔中的結構填料層中 父換塔具有一個縱軸，一個橫截面積 壁’該方法包括下列步驟：

提供該交換塔； 在交換塔中提供結構填料層’該結構填料層具有與内壁 弓周間隔開的外表面，· :壁流式收集器安裝在交換塔中結構填料層的上方 壁流式_具有一個接近於内壁内周的外圓周，並 於收集父換塔的內辟卜+ &〆 的内土上或接近内壁處的至少一部分下 體； 用於將至少一部分由壁 在交換塔中安裝一種傳輸裝置 35 1261527 流式收集器收集的液體向縱軸傳輸跨越交換塔的橫截面積 的一個相當大的距離； 安裝一種分配裝置，用於從傳輸裝置向結構填料層分配 至少一部分所收集的部分液體。

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