[发明专利]用于小型装备的分隔壁塔

说明书

技术领域

本发明涉及分隔壁技术，并且提供一种用于有利于分隔壁技术的使用的设备和方法，其具有比当前制造或使用的塔径更小的塔径。

背景技术

传统的用于构建在热传递和/或质量传递过程中使用的分隔壁塔的方法要求在适当的位置将分隔壁直接焊接到压力外壳塔，然后在分隔壁塔的任一侧上进行填料或蒸馏盘的安装。其它的用于构建分隔壁塔的方法要求将半圆柱形外壳焊接到分隔壁自身上。这两种方法都要求在压力外壳塔内工作的焊接工在塔的内壁和分隔壁上布置焊缝，以防止这些构件之间的泄漏。

然而，由于若干原因，此前的用于较小型应用的分隔壁塔的制造和设计方法是存在问题的。

首先，结合有传统的分隔壁的分隔壁塔的使用使分隔壁在分隔壁塔的两侧既经历压差又经历温差。这些温差和压差由于分隔壁塔操作的真实本质而出现。在分隔壁的任一侧，通过经过塔段的变化的液体和蒸汽流而产生不同的质量传递条件。这些多样化的质量传递条件产生沿分隔壁壁段的长度的不同组成分布。因此，具有截然不同的饱和温度的不同组分的蒸汽和液体在分隔壁的任一侧产生温差。

所述温差在分隔壁以及压力外壳塔上产生显著的机械应力，并且因此需要在装备运作期间对所述温差进行仔细的监测和管理。压差和温差在运作异常期间特别显著，例如在设施的起动或关闭期间。

当分隔壁塔系统的运作温度充分偏离环境条件时，这些异常状况可能特别存在问题。例如，空气分离塔在温度达到-195℃的低温条件下运作。在该温度下，必须在对塔进行冷却时特别小心，以确保塔的两侧以统一的速率被冷却（即，防止一个塔比塔的相对侧以快得多的速率冷却）。

为了对抗这些机械应力，已经引入了支撑构件或加强构件以防止例如由于应力而发生的弯曲。如美国专利No. 7,357,378中所说明的，这些支撑构件有助于抵抗压差并使温差的效应最小化，在此将该美国专利的全部通过参考的方式结合在本文中。然而，这些支撑或加强构件的使用可能使成本增加，并对蒸馏过程的效率具有不利的影响。

还已经尝试了增加分隔壁的厚度以抵偿机械应力；然而，所实现的强度增加是微小的，尤其是在具有大直径的塔中。另外，增加分隔壁的直径还导致了与将分隔壁焊接到塔壁上相关联的复杂性。增加分隔壁的厚度还使得塔区域的较大部分被占据，导致可用区域不太高效的使用。

双层（层压式）或蜂窝形壁、加强肋的使用或者使用蒸馏盘作为加强件来加强分隔壁都将承受与以上所述相同的缺点。

第二，随着对使分隔壁塔更小的要求的增加，焊接工进入压力外壳塔并将分隔壁焊接到压力外壳塔或将半圆柱形外壳焊接到分隔壁自身可用的空间是有问题的。例如，将分隔壁焊接在具有较小直径的塔中产生了对焊接工和焊接工具装配和工作而言明显“较紧”间隙。此外，在这些小的传统分隔壁塔内焊接垫片、支撑构件和/或加强构件正越来越困难。

发明内容

本发明所针对的问题是提供一种有利于分隔壁技术的使用的设备和方法，其具有提供产生比当前制造或使用的塔径小的塔径的特定优点。

在一个方面，本发明提供一种分隔式交换塔，其包括具有纵向轴线的圆柱形外壳和被分隔成两个或更多个纵向延伸的部分圆柱形内塔，其特征在于，所述内塔中的每个均单独地预先形成，并且具有相应的与圆柱形外壳相邻的部分圆柱形壁，并且所述部分圆柱形壁终止在两个纵向延伸的边缘中并利用一个或多个侧壁在所述边缘之间封闭。

在另一个方面，本发明提供一种构建第一方面的分隔式交换塔的方法，包括：将两个或更多个单独地预先形成纵向延伸的部分圆柱形内塔插入到具有纵向轴线的圆柱形外壳中，每个内塔具有相应的与圆柱形外壳相邻的部分圆柱形壁，所述部分圆柱形壁终止在两个纵向延伸的边缘中并利用一个或多个侧壁在所述边缘之间封闭。

可以存在两个互补的、优选地为半圆柱形的内塔，每个内塔具有部分圆柱形壁，所述部分圆柱形壁利用基本平坦的弦状的侧壁沿其开口侧封闭。当存在三个或更多个内塔时，它们通常是互补的扇形内塔，每个内塔具有部分圆柱形壁，所述部分圆柱形壁利用一对相互成角度倾斜的基本平坦的侧壁沿其开口侧封闭。

相邻的内塔的相对侧壁可以隔开或接触。

内塔可以包含蒸馏盘或规整填料。内塔中的至少一个可以包括至少一个蒸馏盘，并且至少另外一个内塔可以包括规整填料。如果内塔包含蒸馏盘，则蒸馏盘优选不直接接触塔的内表面，而是例如布置成从塔的顶部悬挂的自支撑叠盘（a self supporting stack）。

内塔中的至少一个可以在其顶部紧固于外壳和/或内塔中的至少一个可以在其底部紧固于外壳和/或内塔中的至少一个可以通过剪切环紧固于外壳。