[发明专利]用于流体接触的方法和装置

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60/061,504的基础上作出的正式专利申请。

本发明涉及一种流体接触和扩散装置，特别涉及一种用于分馏塔或其它相关设备的新颖的阀组件。

                           发明背景

在普通设备中，是在众所周知的分馏柱或塔等垂向设置的密封地容器内安装多个水平取向的面板或塔盘。每个塔盘可以包括多个开口。相对较重的流体被引到最上层塔板的上表面上。将水平塔盘上的流体引入端称之为上游端或上游部分。随着流体从塔盘的上游端流向其下游端或下游部分，会形成横向流动。在塔盘的下游端设有一引向泄流管的溢流堰。每一个上塔盘的泄流管被引向其下面一个塔盘上的未开口的上游区域或泄流管密封区域。

较轻的流体被引导至塔柱的下端。当较重的液体横向流过塔盘表面时，较轻的流体通过塔盘上的各开口上升并进入在塔盘表面上流动的较重的流体内，这样就能产生气泡或活性区域，使较重和较轻的流体彼此密切地并且活性地接触。某些塔柱采用了多组流动通道，包括用于每一塔段的泄流管、活性区域和泄流管密封过渡区域。

很多横流式塔盘是简单的筛盘，其筛板表面上有很多用来使流体相互接触的圆孔。然而，圆孔或开口之类的简单的孔会允许较轻的流体向上直射，并撞击到上一层塔板的底部。这通常被称为泛溢现象(flooding)，会大大降低整个塔柱的效率和能力，并且可能将杂质引入分馏过程。

为了消除泛滥现象，某些塔盘在其各开口处设有阀，而另一些塔盘则在各孔或开口的上方设置了固定的组件。阀可以由大致平的盘板或泡罩组成，借以使上升的气体偏转。这些阀借助从其下方来的流体的压力而升起，并由于重力而落下。然而，虽然每个阀都能使直射并泛滥塔板的蒸气流偏转，但各个阀在塔板的每个开孔处形成一较小的阻挡区域，于是会减小流体之间的相互作用或交换。每个阀上方的这一小的中心区域是一个滞流区或非活性区，在该区域内只发生极少量的质量交换。

例如Burin等人在1978年10月3日提出的美国专利4,118,446中(Col.4，11.44-45)提出，在向上移动的阀盖板上设置作为塔盘开口的开口，以便消除采用有阀塔盘的质量交换塔内的各个高度上的滞流区。相对较轻的流体被供入塔柱内各塔盘的下方，并通过各开口向上流动，而相对较重的流体被供入塔柱内各塔盘的上方。较重的流体受重力作用沿塔柱穿过每个塔盘下落，而较轻的流体则穿过塔盘上升，将阀盖顶起，使两种流体密切接触。Burin等人设置的开口是为了消除紧挨泡罩上方的较重流体内的滞流区域。

虽然Burin等人所提出的阀盖板开口在某一程度上可以消除滞流区，但这种方案有一个问题是，由从各开口向上流动并流过滞流区的较轻流体产生的气泡趋向于沿着一定的路径流过较重的流体，以至滞流区的某些部分没有被扰动。此外，此类开口还允许携有较重液体的较轻气体(通常称之为夹带)向上直射上层塔盘的底部，从而导致过早的泛滥而降低塔柱的效率和能力。

在1965年11月2日授予Van’t Sant的美国专利3,215,414中(第1栏第48-51行，以及第3-6行)，揭示了这样一种阀盖板，它具有相互面对的凹槽，每一凹槽内夹持有一个拱形引导带，它从阀盖板的一边延长至其另一边并向下穿过凹槽，当该引导带被向上流动的流体顶起时，可以对阀起引导作用。阀的部分封闭使得盖板与塔盘之间总是留有最小的流体自由通路。虽然Van’t Sant的引导带在组装两部分阀体时非常方便，达到了其预期目的，但在引导带下方流体向上逸出的情况极少，并且不会流向阀盖板上方的中心滞流区，使该区域受不到扰动。

因此，需要有一种流体接触的、塔盘开口的流体扩散组件，其中，可以在盖板中心部分的上方实现较轻流体的细微扩散，因而可以更有效地消除各个阀上方的滞流区，从而加强流体间的质量交换，提高塔柱的处理能力和效率。

                           发明概要

本发明涉及一种用于在两种不同质量的流体之间进行质量交换的蒸馏和吸收系统的流体接触和扩散装置。根据本发明，提供了一种流体接触塔柱、塔盘开口的流体扩散装置，包括一具有至少一个泄流开口的盖板。该盖板位于塔盘开口的上方，从而在盖板与塔板表面之间形成一流体逸出通道。较轻的流体向上穿过塔板与盖板之间的塔盘开口，而较重的流体则横流过塔板表面。