[发明专利]塔盘阀连接用的装置和方法

说明书

                    相关申请

本申请是在1997年10月10日提出的临时专利申请60/061,573的基础上作出的正式专利申请。

                    发明背景

本发明涉及一种用于将一流体扩散装置连接于分馏塔盘的装置和方法。特别是涉及一种能使用于分馏塔或其它用于分离两种流体的相关设备的、带有阀装置的分馏塔盘的组装时间和成本大大节省的装置。

所谓分馏是这样一种过程，即，通过加热或去热，将由两种或多种物质组成的蒸气或液体混合物分离成所需纯度的组份。分馏塔是为了高效地实现这种分离而设计的。用于分馏的一种类型的塔柱是塔板式的，其中多个各种设计的塔盘可接纳液体，使得被处理蒸气和被处理液体更好地接触，进而更好地分离。

基本的分馏是从塔柱的顶部开始进行，一直往下到塔柱的底部。较重的处理液体在塔柱内从上向下流动，而较轻的蒸气在塔柱内从下向上升。分馏塔的主要构件包括：一竖直的壳体，被处理蒸气和液体物质在其中进行分离；若干个塔柱内部构件，例如分馏塔盘或塔盘组。塔柱内部构件可以提高和加强被处理蒸气与液体之间的分离作用。塔柱内部元件的各种内部结构，例如塔盘间隔、塔柱直径、加强流动用组件的安置等，可以提高效率，进而降低能耗。

在典型的分馏塔柱中，是在众所周知的分馏柱或塔等竖直取向的密封容器内安装多个水平取向的分馏面板或塔盘。每个塔盘可以包括若干开口，以加强蒸气与液体的分离。这些简单的开口允许较轻的气体从分馏塔盘下方向上流过塔盘，与塔盘上方的较重流体相互作用。然而，这些简单的开口或孔会使蒸气以较低的流速穿过塔盘向上直射，使塔盘产生泛滥现象。这将使流体交换和分离不充分，从而降低整个分馏塔的效率和处理能力。

为了防止分馏塔盘部分的泛滥现象，可将各开口设计成在其上方具有一局部的盖子或筛板。由于可对较轻的蒸气加以横向引导，用这种方法设计的筛型塔盘可以防止泛滥现象。然而，筛型塔盘又导致了一个新的塔盘横向射流问题，即，蒸气会沿着塔盘横向地射出。这同样会降低塔盘和塔柱的效率。此外，筛型塔盘的制造成本比较昂贵，这是因为筛型塔盘的开口通过冲孔或模压而成形在分馏塔盘的同一表面上。在建造成筛型塔盘之后，就不易做任何改变了。因此，如果筛型塔盘的某一部分发生损坏，就需要更换整个塔盘。

另一种用来加强蒸气和流体相互作用的已有技术的分馏装置是泡罩。一泡罩型塔盘具有一位于每个开口上方的支承升气管和一覆盖该升气管的泡罩。泡罩是安装成使其与升气管之间具有一空隙，以允许被处理蒸气从塔盘下方向上经过泡罩而通过，与被处理液体相互反应。蒸气通过升气管上升，又被泡罩强迫向下。泡罩上的许多槽口允许蒸气与横流过塔盘的液体相互反应，或是以“气泡”形式从其中通过。然而，泡罩型塔盘的效率较低，并且维修和运行费用较高。这种复杂的结构还会增加更换和制造的成本。

为了提供一种替代筛板或泡罩的改进结构，有人研制出了阀型塔盘，以实现更有效的流体交换和分离。这种分馏塔盘上的开口由可升起的盖板所覆盖。盖板将在每个塔盘开口的上方“浮动”。来自塔盘下方的较轻流体使盖板向上滑动而升起，从而产生一用于让蒸气通过的流动区域。升起的盖板引导蒸气水平地流过在分馏塔板表面上流动的液体。由于蒸气与液体的接触增加，可以使两种被处理流体达到更好的相互反应和分离。这些盖板通常被称为阀。

已经有人研制出用于插入到分馏塔盘开口内的各种各样的阀结构。盖板连接于向下伸的突起或称为腿部，并且以腿部插入到塔盘开口内。在安装过程中，需由一个熟悉本技术的人员将阀装置插入到塔盘开口内。还需要另一个人在分馏塔盘的下方或附近来弯折腿部，以便使阀在蒸气的顶升或浮动作用下不会从开口内脱出。其它已有技术的装置利用诸如挡环之类的锁定机构来限制在塔盘上方的阀的升高。

然而，在典型的阀型塔盘中，需要在分馏塔盘的数百个开口内安装数百个阀。这是一个非常费时的过程，以致需要两个安装者来插设每个阀，然后再借助机械的力或装置将其锁定到位。另外，已有技术阀的盖板可能在由于不均匀的机械弯折和自由运动的挡环造成的真空压力下，在一关闭位置上被吸附于分馏塔盘表面。这种非均匀的弯折还会使阀被粘滞阻在开启位置上，从而将盖板锁定在分馏塔盘上方。可能发生流体渗漏或渗透向塔盘下表面的情况，从而大大降低塔柱的效率。