[发明专利]用于传质塔的多程、平行流下导管塔盘

说明书

本发明提供了用于传质塔的多程、平行流下导管塔盘以及用于传质塔中的液体‑蒸气接触的方法。所述多程、平行流下导管塔盘具有至少四个传质塔板，所述至少四个传质塔板被构造成提供向上穿过所述塔盘表面上的孔口的上行蒸气与所述塔盘表面上的横越液体之间的接触。所述塔盘还包括设置在所述塔盘的中心轴线附近的中心下导管以及设置在所述塔盘的边缘附近且与所述中心轴线间隔开的两个或更多个周边下导管，其中所述四个传质塔板中的至少两个被构造成将所述横越液体排放到所述周边下导管中，并且所述四个传质塔板中的两个被构造成将所述横越液体排放到所述中心下导管中。

技术领域

本发明涉及传质塔，并且更具体地讲，涉及在此类传质塔(诸如低温空气分离设备中的蒸馏塔)中采用的多程蒸气-液体接触塔盘与下导管组件。

背景技术

在用于例如在空气分离设备的蒸馏塔中从至少两种成分的混合物中选择性地分离至少一种组分的传质领域中，向上流动的蒸气或气体流通常在基本上水平对齐的接触塔盘上与大体向下流动的液体流接触。在传统蒸馏工艺中，这种接触允许向上流动的蒸气或气体流选择性地富集混合物的较轻组分，即，具有相对较高挥发性的那些组分，而大体向下流动的液体流会选择性地富集相对较低挥发性的较重组分。传统上已将多种类型的气体-液体接触塔盘用于上述传质操作，以实现相应气相与液相之间的紧密接触。各种类型的接触塔盘共同的特征是下面的段落中简要描述的下导管、堰和有效面积。

传统蒸气-液体接触塔盘中含有孔口的塔盘板的面积通常被称为接触塔盘的“有效面积”，因为在塔盘中的孔口上方发生了蒸气-液体相互作用。一般来讲，塔盘的液体与蒸气处理容量受限于塔盘的可用有效面积以及下导管的面积。如果下行液体或上行蒸气的量超过塔盘容量，则会发生塔盘的液泛，因为夹带的液体无法从相关联的蒸气流充分脱离或者蒸气无法从液体流脱离。

还在大多数蒸气-液体接触塔盘上使用堰以使液体聚集在塔盘的顶表面上，从而增强与通过塔盘板的孔口鼓入的蒸气的相互作用。塔盘上的蒸气与液体相互作用有利地使泡沫累积在塔盘上。由于液相在泡沫中保持基本上连续，因此蒸气与液体相互作用仍然存在于泡沫中并产生更大的传质效率。

传统上将下导管与蒸气-液体接触塔盘结合提供，以提供液体穿过其中从一个塔盘排放到下层塔盘的通路。在单程塔盘中，在竖直相邻的塔盘的相对两端处提供下导管，因此液体在进入下导管以通入下一个下部塔盘之前必须完全流过一个塔盘。然后下部塔盘上的液体以相反方向流过塔盘并进入另一个下导管。当液体穿过含有蒸气-液体接触塔盘的塔部分下行时，重复这种来回流动模式。在许多双程塔盘中，下行液体被分成以相反方向在每个接触塔盘上行进的两个流。通常在交替塔盘上提供中心下导管，同时在竖直相邻的塔盘的相对两端布置双端下导管，从而提供双程流动模式。最后，还已利用了多程接触塔盘，所述多程接触塔盘通常被构造成包括多个弦形下导管以减少堰负荷。

高压蒸馏系统通常需要高液体流量接触塔盘。例如，在极高液体流量下操作的接触塔盘必须具有较大的液体处理容量，继而需要接触塔盘上的下导管的适当尺寸和取向。换句话讲，高液体流量蒸馏系统中这些相之间的给定组分的传质效率在很大程度上由接触塔盘上的下导管的构型决定。

W.K.Lewis于1936年所做的著名经典研究中发现，通过使未混合的蒸气与沿相同方向跨越每个连续塔盘的液体流接触(例2)，可以使蒸气-液体接触塔盘的传质效率最大化。例2被称为平行流，如本文所用，平行流是指在竖直相邻或连续的塔盘上的液体流，而非在单个塔盘上的液体流。Lewis的例2确保无论传质发生在给定塔盘的何处，在该塔盘上传质的驱动力几乎相同。因此，当使用根据Lewis的例2操作的塔盘时，效率可以得到大幅提高。