接触装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种用于蒸馏塔中的气液接触装置以及使用这种气液接触装置的方法。所述气液接触装置具有细长条阵列，用于支撑液体的降膜并且使蒸气与所述膜接触。所述条被支撑在具有顶部区段和底部区段的结构中，所述顶部区段和所述底部区段连接到所述条的相对端。所述顶部区段具有与所述条对准的孔，使得分配到所述顶部区段的液体从所述孔渗出，以引发所述降膜的形成。在所述顶部区段和所述底部区段处提供有开口，使得蒸气能够穿过所述支撑结构以接触所述降膜，从而实现所述液体和所述蒸气之间的接触。液体分配器与所述顶部区段相关以将所述液体分配到所述孔。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】接触装置和方法
本专利技术涉及可用于蒸馏塔中的气液接触装置以及与在蒸馏塔内使用这种装置相关的蒸馏方法，在所述气液接触装置中，液体的降膜与蒸气接触，在蒸馏的情况下，所述蒸气是待蒸馏的混合物的蒸气相和液相。更具体地讲，本专利技术涉及这种气液接触装置，在这种气液接触装置中，降膜在支撑在结构内的细长条阵列上形成，蒸气穿过所述结构与降膜接触，从而实现蒸气和液体之间的接触。专利技术背景气液接触装置用于蒸馏塔中，以使上升蒸气相与待蒸馏的混合物的下降液相接触。在蒸气相和液相之间发生质量传递，使得混合物的较轻或较难挥发组分的浓度随上升蒸气相的上升而在该上升蒸气相内增加，并且较重或较难挥发组分的浓度随液相的下降而在该液相内增加。另外，这种装置还用于直接接触热交换器和类似设备中，以在液体和蒸气之间传递热量以及质量。使用这种气液接触装置的常用蒸馏的一个例子是低温空气分离，其中空气被压缩，然后净化除去较高沸点的污染物，诸如可在进行这种过程的低温下凝固的水蒸气和二氧化碳。然后将压缩和净化的空气冷却至其露点或其露点附近，然后在一个或多个蒸馏塔中蒸馏以产生富含氧、氮和氩以及空气其他组分的产物。例如，可将压缩、净化和冷却的空气引入蒸馏塔中以引发上升蒸气相的形成，该上升蒸气相将随其上升而变得更富含氮。可使所得的富含氮的蒸气塔顶部部分冷凝形成回流，该回流被引入塔的顶部以引发下降液相的形成，该下降液相在一个或多个气液接触装置布置中接触上升蒸气相，从而随其下降而变得更富含氧。所得的富含氧的液体塔底残留组分可在其他塔中进一步精制，或者如果这种组分是分离的唯一所需产物，则在富含氮的蒸气的冷凝中使用。典型的气液接触装置是筛孔塔板、规整填料和无规填料。筛孔塔板由堆叠在塔内的多孔板构成。较高的板通过使用降液管将下降液体供给到较低的板，并且蒸气通过板孔穿过板而上升。液体和蒸气之间的接触产生蒸气和液体混合物，该混合物的组成因板而异地以上述方式变化。规整填料和无规填料使膜形式的下降液相与通过填料上升的上升蒸气相接触。无规填料由大量支撑在蒸馏塔内的单个填料元件组成。规整填料由被布置成使波纹交叉的波纹薄板组成。波纹的接触点确保液体膜和蒸气两者分散在整个填料中。与规整填料相反，筛孔塔板和无规填料具有与其使用相关的较大压降。在分离空气的情况下，空气必须被压缩的程度直接受这种压降的影响。尽管规整填料具有较低的压降，但是由于这种填料不完美以及安装缺陷而导致在蒸馏塔内的填料不完全水平，所以液体和蒸气的混合并不完美。如将要讨论的那样，本专利技术的其他优点在于，提供了一种适用于诸如蒸馏和直接接触热交换用途的气液接触装置，所述气液接触装置具有较低的压降，并且被设计成分配液体以避免其中液体的混合在装置内不均匀这些方面的问题。
技术实现思路
本专利技术提供了一种气液接触装置，所述气液接触装置包括用于支撑液体的降膜的多个细长条阵列，所述降膜在该细长条中的每一者的相对表面上的细长条上下降。还提供了一种支撑结构，所述支撑结构具有彼此间隔开的顶部区段和底部区段。顶部区段和底部区段在细长条的相对端处连接到细长条阵列，并以平行关系支撑多个细长条阵列，并且在相邻条之间观察时细长条的相对表面彼此间隔开，以防止降膜中的液体借助于液体的表面张力从相邻条中的一个迁移到相邻条中的另一个。顶部区段具有与细长条对准的孔，使得分配到顶部区段的液体从该孔中渗出到该条中的每一者的相对表面上，以引发液体的降膜的形成。另外，支撑结构在顶部区段和底部区段处具有开口，使得蒸气能够穿过支撑结构以接触降膜，从而实现液体和蒸气之间的接触。与顶部支撑元件相关的液体分配器将液体分配到孔。可以理解，使用与将液体单独分配到条的孔相关的单个条提供了比现有技术的填料装置(诸如无规填料和规整填料)更加受控的液体分配。此外，具有条阵列的结构可以充分打开，使得本专利技术的装置具有较低的压降。气液接触装置可用于各种应用中，诸如用于直接热传递和蒸馏中。就这一点而言，本专利技术提供了一种具有外壳的蒸馏塔，所述外壳具有入口和出口，以允许蒸气和液体被引入圆柱形外壳中，从而引发待蒸馏的混合物的液相和蒸气相的形成；本专利技术还提供了一种位于外壳内且具有上述特征的气液接触装置。在这种气液接触装置用于蒸馏中的情况下，多个细长条阵列支撑液相的降膜，其中该降膜在该细长条中的每一者的相对表面上的细长条上下降。该结构具有彼此间隔开的顶部区段和底部区段，这两个区段在细长条的相对端处连接到细长条阵列，以至少部分地形成支撑结构。支撑结构以平行关系支撑多个细长条阵列，并且在相邻条之间观察时细长条的相对表面彼此间隔开，以便防止降膜中的液体借助于液体的表面张力从相邻条中的一个迁移到相邻条中的另一个。顶部区段具有与细长条对准的孔，使得分配到顶部区段的液体从该孔中渗出到该条中的每一者的相对表面上，以引发液体的降膜的形成。支撑结构在顶部支撑元件和底部支撑元件处具有开口，使得上升蒸气相能够穿过该结构并且接触降膜，实现液相和上升蒸气相之间的质量传递，从而使液相内混合物的较重组分的浓度随该液相的下降而增加以及上升蒸气相内混合物的较轻组分的浓度随该蒸气相的上升而增加。与顶部区段相关的液体分配器将液体分配到孔，并且多个刮膜器带连接到支撑结构，以通过使液体沿着蒸馏塔的外壳的内表面流动而防止液体绕过气液接触装置。在本专利技术的且用于任何应用(包括但不限于蒸馏)中的气液接触装置中，外壳可具有圆柱形构造。顶部区段和底部区段包括成对顶部支撑元件和底部支撑元件，每个支撑元件具有环形构造并且具有连续减小的半径，使得在相邻的成对顶部支撑元件和底部支撑元件之间时，内部对位于外部对的成对顶部支撑元件和底部支撑元件内。支撑结构可具有穿过成对顶部支撑元件和底部支撑元件的几何中心的轴向细长构件。成对顶部支撑元件和底部支撑元件连接到轴向细长构件以支撑成对顶部支撑元件和底部支撑元件，并且细长条阵列连接到成对顶部支撑元件和底部支撑元件，使得该阵列中的每一者的细长条具有沿细长条的横向方向的径向取向。优选地，成对顶部支撑元件和底部支撑元件中的每一者可连接到多个细长条阵列的单个阵列。成对顶部支撑元件和底部支撑元件中的顶部支撑元件可以是垂直交错的，使得在相邻的成对顶部支撑元件和底部支撑元件之间时，内部对的顶部支撑元件和底部支撑元件中的顶部支撑元件位于外部对的成对顶部支撑元件和底部支撑元件中的顶部支撑元件上方，并且在支撑结构中的顶部支撑元件处供蒸气通过的开口之一由相邻的成对顶部支撑元件和底部支撑元件中的顶部支撑元件之间的垂直交错所形成的间距形成。另外，液体分配器可包括储存器以保持液相。储存器可具有连接到环形底壁的内部圆柱形侧壁和外部圆柱形侧壁，并且环形底壁连接到顶部支撑元件且具有与顶部支撑元件的孔对准的对应孔，以允许液体从储存器流到顶部支撑元件的孔。预分配器可位于液体分配器上方。预分配器具有十字形构造的底壁以及连接到底壁以保持液体的互连矩形侧壁和端壁。底壁具有覆盖液体分配器的另外开口，以将液体分配到液体分配器的储存器。优选地，液体分配器的最内侧可连接到轴向细长构件，连续的外部液体分配器通过突出部连接到内部分配器，成对顶部支撑元件和底部支撑元件中的最内侧底部支撑元件连接到轴向细长构件，并且成对顶部支撑元件和底部支撑元件中的连续底部支撑元件彼此连接。成对顶部支撑元件本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气液接触装置，包括：支撑液体的降膜的多个细长条阵列，所述降膜在所述细长条中的每一者的相对表面上的所述细长条上下降；具有彼此间隔开的顶部区段和底部区段的支撑结构，所述顶部区段和所述底部区段在所述细长条的相对端处连接到所述细长条阵列，并以平行关系支撑所述多个细长条阵列，并且在相邻条之间观察时所述细长条的所述相对表面彼此间隔开，以防止所述降膜中的液体借助于所述液体的表面张力从所述相邻条中的一个迁移到所述相邻条中的另一个；所述顶部区段具有与所述细长条对准的孔，使得分配到所述顶部区段的液体从所述孔渗出到所述条中的每一者的所述相对表面上，以引发所述液体的所述降膜的形成，并且所述支撑结构在所述顶部区段和所述底部区段处具有开口，使得蒸气能够穿过所述支撑结构以接触所述降膜，从而实现所述液体和所述蒸气之间的接触；以及与所述顶部区段相关的液体分配器，用于将所述液体分配到所述孔。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.08.26 US 62/0416811.一种气液接触装置，包括：支撑液体的降膜的多个细长条阵列，所述降膜在所述细长条中的每一者的相对表面上的所述细长条上下降；具有彼此间隔开的顶部区段和底部区段的支撑结构，所述顶部区段和所述底部区段在所述细长条的相对端处连接到所述细长条阵列，并以平行关系支撑所述多个细长条阵列，并且在相邻条之间观察时所述细长条的所述相对表面彼此间隔开，以防止所述降膜中的液体借助于所述液体的表面张力从所述相邻条中的一个迁移到所述相邻条中的另一个；所述顶部区段具有与所述细长条对准的孔，使得分配到所述顶部区段的液体从所述孔渗出到所述条中的每一者的所述相对表面上，以引发所述液体的所述降膜的形成，并且所述支撑结构在所述顶部区段和所述底部区段处具有开口，使得蒸气能够穿过所述支撑结构以接触所述降膜，从而实现所述液体和所述蒸气之间的接触；以及与所述顶部区段相关的液体分配器，用于将所述液体分配到所述孔。2.根据权利要求1所述的气液接触装置，其中：所述顶部区段和所述底部区段分别包括成对顶部支撑元件和底部支撑元件，每个支撑元件具有环形构造并且具有连续减小的半径，使得在相邻的成对顶部支撑元件和底部支撑元件之间时，内部对位于外部对的所述成对顶部支撑元件和底部支撑元件内；所述支撑结构具有穿过所述成对顶部支撑元件和底部支撑元件的几何中心的轴向细长构件；所述成对顶部支撑元件和底部支撑元件连接到所述轴向细长构件，以支撑所述成对顶部支撑元件和底部支撑元件；并且所述细长条阵列连接到所述成对顶部支撑元件和底部支撑元件，使得所述阵列中的每一者的所述细长条具有沿所述细长条的横向方向的径向取向。3.根据权利要求2所述的气液接触装置，其中所述成对顶部支撑元件和底部支撑元件中的每一者连接到所述多个细长条阵列中的单个阵列。4.根据权利要求2所述的气液接触装置，其中所述成对顶部支撑元件和底部支撑元件中的所述顶部支撑元件是垂直交错的，使得在所述相邻的成对顶部支撑元件和底部支撑元件之间时，所述内部对的顶部支撑元件和底部支撑元件中的顶部支撑元件位于所述外部对的所述成对顶部支撑元件和底部支撑元件中的所述顶部支撑元件上方，并且所述支撑结构中在所述顶部支撑元件处供所述蒸气通过的所述开口之一由所述相邻的成对顶部支撑元件和底部支撑元件中的所述顶部支撑元件之间的所述垂直交错所形成的间距形成。5.根据权利要求4所述的气液接触装置，其中：所述液体分配器包括用于保持所述液相的储存器，所述储存器具有连接到环形底壁的内部圆柱形侧壁和外部圆柱形侧壁；并且所述环形底壁连接到所述顶部支撑元件并且具有与所述顶部支撑元件的所述孔对准的对应孔，以允许所述液体从所述储存器流到所述顶部支撑元件的所述孔。6.根据权利要求5所述的气液接触装置还包括：位于所述液体分配器上方的预分配器；并且所述预分配器具有十字形构造的底壁以及连接到所述底壁以保持所述液体的互连矩形侧壁和端壁，所述底壁具有覆盖所述液体分配器的另外开口，以将所述液体分配到所述液体分配器的所述储存器。7.根据权利要求6所述的气液接触装置，其中：所述液体分配器的最内侧连接到所述轴向细长构件，并且连续的外部液体分配器通过突出部连接到内部分配器；并且所述成对顶部支撑元件和底部支撑元件的最内侧底部支撑元件连接到所述轴向细长构件，并且所述成对顶部支撑元件和底部支撑元件中的连续底部支撑元件彼此连接；由此，所述液体分配器通过所述突出部与所述底部支撑元件的彼此连接将所述成对顶部支撑元件和底部支撑元件连接到所述轴向细长构件。8.根据权利要求7所述的气液接触装置，其中所述轴向细长构件具有键槽以对准所述顶部支撑元件和所述底部支撑元件，从而防止所述细长条扭曲。9.根据权利要求8所述的气液接触装置，其中：所述细长条是柔性的并且具有位于所述细长条中的每一者的相对端的一对突出部；并且所述顶部支撑元件和所述底部支撑元件具有狭槽，所述细长条的所述相对端在所述狭槽内延伸，同时所述一对突出部沿相反方向折叠以将所述细长条保持在适当位置和张紧状态。10.根据权利要求9所述的气液接触装置，其中：固定张力板连接到所述轴向细长构件；并且所述底部支撑元件通过螺纹连接器连接到所述固定张力板，所述螺纹连接器允许调节所述细长条的张力。11.根据权利要求10所述的气液接触装置，其中多个刮膜器带连接到所述支撑结构，以通过使液体沿着容纳所述气液接触装置的蒸馏塔的侧壁流动而防止所述液体绕过所述气液接触装置。12.根据权利要求11所述的气液接触装置，其中所述成对顶部支撑元件和底部支撑元件中的每一者连接到所述多个细长条阵列中的单个阵列。13.一种蒸馏塔，包括：外壳，所述外壳具有入口和出口以允许蒸气和液体被引入所述外壳中，从而引发待蒸馏的混合物的液相和蒸气相的形成；以及气液接触装置，所述气液接触装置位于所述外壳内并且包括：(i)支撑所述液相的降膜的多个细长条阵列，所述降膜在所述细长条中的每一者的相对表面上的所述细长条上下降；(ii)具有彼此间隔开的顶部区段和底部区段的结构，所述顶部区段和所述底部区段在所述细长条的相对端处连接到所述细长条阵列，以至少部分地形成支撑结构，所述支撑结构以平行关系支撑所述多个细长条阵列，并且在相邻条之间观察时所述细长条的所述相对表面彼此间隔开，以便防止所述降膜中的液体借助于所述液体的表面张力从所述相邻条中的一个迁移到所述相邻条中的另一个；(iii)所述顶部区段具有与所述细长条对准的孔，使得分配到所述顶部区段的液体从所述孔渗出到所述条中的每一者的所述相对表面上，以引发所述液体的所述降膜的形成，并且所述支撑结构在所述顶部支撑元件和所述底部支撑元件处具有开口，使得所述上升蒸气相能够穿过所述结构并接触所述降膜，以实现所述液相和所述上升蒸气相之间的质量传递，从而使所述液相内的所述混合物的较重组分的浓度随所述液相的下降而增加以及所述上升蒸气相内的所述混合物的较轻组分的浓度随所述上升蒸气相的上升而增加；(iv)与所述顶部区段相关的液体分配器，用于将所述液体分配到所述孔；以及(v)连接到所述支撑结构的多个刮膜器带，以通过使液体沿着所述蒸馏塔的所述外壳的内表面流动而防止所述液体绕过所述气液接触装置。14.根据权利要求13所述的蒸馏塔，其中：所述外壳具有圆柱形构造；所述顶部区段和所述底部区段分别包括成对顶部支撑元件和底部支撑元件，每个支撑元件具有环形构造并且具有连续减小的半径，使得在相邻的成对顶部支撑元...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·X·陈，S·C·布朗，A·P·迪布达尔，K·F·拉森，J·P·里科塔，
申请(专利权)人：普莱克斯技术有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US