專利名稱：分隔墻交換塔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于熱和/或質(zhì)量傳遞過程的分隔墻交換塔。本發(fā)明在利用蒸餾的低溫空氣分離過程中有特殊的應(yīng)用，盡管其也可以用于其它使用塔盤和填料(例如隨機(jī)或規(guī)整填料)的熱和/或質(zhì)量傳遞過程中。
背景技術(shù)：
在此所使用的術(shù)語“塔”(或“交換塔”)表示蒸餾或分餾塔或區(qū)域，也就是其中液體和蒸汽相逆流地接觸以實現(xiàn)流體混合物的分離的塔或區(qū)域，例如通過使該蒸汽和液體相在安裝在該塔(column)內(nèi)的填料元件或一連串垂直間隔的塔盤或板上接觸。
術(shù)語“塔部分”(或“部分”)表示塔中的區(qū)域，該區(qū)域填充該塔的全部或部分橫截面。特殊部分或區(qū)域的頂部或底部分別終止于液體或蒸汽分配器(下面論述)。
術(shù)語“填料”表示預(yù)定尺寸、形狀和構(gòu)造的實心或空心體，其用作塔的內(nèi)部構(gòu)件來為液體提供表面，以便在兩相逆流期間，允許在液體一蒸汽接觸面提供質(zhì)量傳遞。填料的兩個主要類別為“隨機(jī)的”和“規(guī)整的”。
“隨機(jī)填料”表示其中獨立構(gòu)件相對于彼此或塔軸不具有任何特殊的定位的填料。隨機(jī)填料是隨機(jī)裝載到塔中的每個單位體積具有大表面面積的小空心結(jié)構(gòu)。
“規(guī)整填料”表示其中獨立構(gòu)件相對于彼此或塔軸具有特殊的定位的填料。規(guī)整填料通常由層疊或作為螺旋捆綁的薄金屬箔、拉制金屬，或者織造金屬線篩構(gòu)成；然而，也可以使用其它結(jié)構(gòu)的材料如平板金屬。
在例如蒸餾或直接接觸冷卻過程中，優(yōu)選地使用規(guī)整填料以促進(jìn)逆流液體和蒸汽流之間的熱和質(zhì)量傳遞。與隨機(jī)填料或塔盤相比，規(guī)整填料有益于為具有較低壓降的熱和質(zhì)量傳遞提供了更高的效率。它還比隨機(jī)填料具有更可預(yù)知的性能。
空氣的低溫分離通過使液體和蒸汽在逆流接觸中穿過蒸餾塔來實現(xiàn)?；旌衔锏恼羝嚯S著越多揮發(fā)性成分(例如氮)的濃度不斷增長而上升，同時混合物的液體相隨著越少揮發(fā)性成分(例如氧)的濃度不斷增長而下降。
不同的填料或塔盤可以用來使混合物的液體和氣體相相接觸，以便實現(xiàn)相間質(zhì)量傳遞。使用填料用于蒸餾是標(biāo)準(zhǔn)慣例，并且具有許多優(yōu)點，其中壓降很重要。
液體和蒸汽最初出現(xiàn)在填料中通常是借助于分配器。液體分配器位于填料上面，其作用是用液體將填料充分均勻地沖洗，而蒸汽分配器位于該填料下面，其作用是在該填料下面產(chǎn)生充分均勻的蒸汽流。
在空氣分離過程中典型地使用幾種不同類型的液體分配器。一種類型是管分配器，該管分配器由密封管或管道的互連網(wǎng)絡(luò)組成，典型地包括中心管或歧管和從該中心管輻射出的多個臂或分支。穿孔這些臂使得液體從歧管進(jìn)入該臂，以便滴到或噴射到該管分配器下面的填充層上。向上流動的蒸汽易于在每個臂之間穿過。管分配器從用管與該塔的墻連接的單獨的液體收集器或外部源接收液體。
槽分配器包括具有位于基底的沖洗孔的收集互連開槽，以便將液體提供到填料下面。位于下槽頂部的一個或多個上收集槽或單個罐通過一連串孔或溢出凹口將液體提供給該下槽。來自下面填料的蒸汽向上穿過液體包含槽之間。
分隔墻塔原則上是熱耦合蒸餾塔系統(tǒng)的簡化。在分隔墻塔中，分隔墻位于塔的內(nèi)部空間，如圖1和2所示。附圖1表示典型的使用弦墻12的分隔墻塔10，而附圖2表示另一個典型的使用環(huán)形墻14的分隔墻塔10。該分隔墻通常是垂直的。
分隔墻的支架不會妨礙塔盤或填料的安裝。在分隔墻塔中使用規(guī)整填料需要通過使用液體分配器將液體均勻地供給在規(guī)整填料的頂部上。這些需要引起必須在分隔墻的設(shè)計和制造中解決的嚴(yán)重問題。
例如，由于兩種不同的質(zhì)量傳遞分離出現(xiàn)在分隔墻的任一邊，這樣會具有不同的操作壓力和溫度，因而該分隔墻必須承受跨越該分隔墻的壓力差和/或溫度差。壓差會在分隔墻上施加顯著的力，該力必須通過該墻的機(jī)械設(shè)計補(bǔ)償，而溫差會在鄰近分隔墻的蒸餾過程中引起不需要的變化，該變化必須通過兩側(cè)之間某一種形式的熱阻(絕緣)補(bǔ)償。
在設(shè)計弦墻的情況下，壓差的力是重要部分。補(bǔ)償這種力的在先技術(shù)的設(shè)計是困難和/或制造昂貴的，經(jīng)常在可用于蒸餾的塔區(qū)域中導(dǎo)致不能接受的損失，或者實際上妨礙該蒸餾過程。
另一個問題在于在先技術(shù)不能令人滿意地解決如何設(shè)計規(guī)整填料和/或塔盤在分隔墻塔中的布局，或者在規(guī)整填料的情況下，如何設(shè)計和排列該液體分配器。
美國專利No.4615770(Govind)和美國專利No.4681661(Govind)公開了雙重互連蒸餾塔，類似于這里在附圖2所示的環(huán)形分隔墻塔。兩個專利都沒有解決增加該環(huán)形墻的強(qiáng)度的需要。
美國專利No.5709780(Ognisty等)認(rèn)識到需要最小化在完整的蒸餾塔中隔離墻上的機(jī)械應(yīng)力，該完整的蒸餾塔由于跨越該隔離墻的大壓差而具有隔離的清洗或吸收部分。該專利建議使用彎曲的或成角度的墻，而不是實質(zhì)上平面的墻，這有利于簡化安裝。它還建議可以通過使用隔離部分中隔離墻或任何塔盤的橫肋或蜂窩型加強(qiáng)筋解決機(jī)械應(yīng)力。它進(jìn)一步建議該隔離墻可以具有層狀構(gòu)造，以便在相鄰層之間建立空隙或絕緣層，顯著有助于最小化由溫差引起的應(yīng)力。
美國專利No.5785819(Kaibel等)公開了一種由兩個墻在中間隔開的蒸餾塔，在該縱向安裝的兩個墻之間具有空氣空間。該專利建議在兩個墻之間的空氣空間中安裝隔板的可能性，以便增加機(jī)械穩(wěn)定性。
如上所述，由于兩部分之間的壓差弦墻上的力是顯著的。此外，弦自身的幾何形狀需要即使在最小或沒有壓差的情況下該弦墻也被支撐。分割塔的最簡單的方法是使用平板。然而，雖然可以增加板的厚度，但是得到的強(qiáng)度的增加相對較少，特別是在較大塔直徑的情況下。而且，如果弦墻的厚度不同于外墻的厚度，則會復(fù)雜化，這種復(fù)雜化與將該弦墻焊接到塔墻有關(guān)，又完全占有塔區(qū)域較大的部分。
如上所述，在先技術(shù)試圖通過一種方式加強(qiáng)弦墻來避免這些問題，而不是簡單地增加厚度，如通過使用層狀或蜂窩墻、加強(qiáng)肋、或者甚至使用塔盤(如果存在)作為加強(qiáng)桿。實際的蜂窩墻和層狀墻是制造困難并且昂貴的，雖然如果需要的話這種墻確實有益于提供更高的熱阻。
例如，將肋焊接到墻很昂貴，這是由于焊接會扭曲平板，特別是如果僅將肋附著于一側(cè)。同樣，如果將肋使用在填充塔中，則該肋侵入規(guī)整填料并且對填料的安裝和/或蒸餾過程造成問題。在一堆預(yù)安裝的自支撐塔盤安裝在塔中的情況下，分隔墻上的加強(qiáng)肋侵入該堆塔盤安裝的區(qū)域，從而導(dǎo)致更大困難的安裝；另外，當(dāng)塔依靠在其側(cè)以便制造或運(yùn)輸時，該塔盤停留在該肋上并被扭曲，又造成蒸餾過程的問題。
希望具有一種分隔墻交換塔，該分隔墻交換塔利用規(guī)整填料作為蒸餾裝置，其中該分隔墻由加強(qiáng)裝置加強(qiáng)，該加強(qiáng)裝置不會在蒸餾性能上造成顯著的損失。
進(jìn)一步希望具有一種分隔墻交換塔，其中該分隔墻足夠加強(qiáng)以便承受壓差并且最小化跨越該分隔墻的溫差。
進(jìn)一步還希望具有一種加強(qiáng)裝置，以便加強(qiáng)分隔墻交換塔中的分隔墻，這表示相對容易設(shè)計、制造，并且不用過多的成本或費(fèi)用安裝。
進(jìn)一步還希望具有一種分隔墻交換塔的設(shè)計，該設(shè)計考慮使用相對容易設(shè)計和制造的液體分配器。
進(jìn)一步還希望具有一種分隔墻交換塔，其中該分隔墻能夠在操作期間承受壓差并且最小化溫差，優(yōu)于在先技術(shù)的分隔交換塔。
進(jìn)一步還希望具有一種改進(jìn)的分隔墻交換塔，該分隔墻交換塔克服了在先技術(shù)的許多困難和缺點，以便提供更好以及更多的有益效果。
還希望具有一種改進(jìn)的低溫空氣分離設(shè)備，該設(shè)備具有改進(jìn)的分隔墻交換塔，該分隔墻交換塔克服了在先技術(shù)的許多困難和缺點，以便提供更好以及更多的有益效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是一種在熱和/或質(zhì)量傳遞過程中使用的裝置，包括但不限于使用蒸餾的低溫空氣分離過程。存在本發(fā)明的許多實施方式以及這些實施方式的許多變形。
第一實施方式是一種裝置，包括交換塔，分隔墻和至少一個伸長的加強(qiáng)構(gòu)件。該交換塔具有縱軸，和間隔并且環(huán)繞該縱軸的內(nèi)墻，由此在該內(nèi)墻和縱軸之間具有內(nèi)部空間。分隔墻布置在該內(nèi)部空間中，具有第一側(cè)和第二側(cè)，并且將該內(nèi)部空間至少分成鄰近該分隔墻的第一側(cè)的第一縱向空間和鄰近該分隔墻的第二側(cè)的第二縱向空間。該至少一個伸長的加強(qiáng)構(gòu)件具有與該交換塔的內(nèi)墻連接的第一末端和與該第一末端相對的第二末端，該第二末端連接該分隔墻的第一側(cè)或第二側(cè)。
在該第一實施方式的變形中，一個伸長的加強(qiáng)構(gòu)件的第二末端連接于該分隔墻的第一側(cè)，另一個伸長的加強(qiáng)構(gòu)件的第二末端連接該分隔墻的第二側(cè)。
本發(fā)明的第二個實施方式包括五個元件。第一個元件是交換塔，該交換塔具有主縱軸，和間隔并且環(huán)繞該主縱軸的內(nèi)墻，由此在該內(nèi)墻和主縱軸之間具有內(nèi)部空間。第二個元件是分隔墻，該分隔墻布置在該內(nèi)部空間中，具有第一側(cè)和第二側(cè)，并且將該內(nèi)部空間至少分成鄰近該分隔墻的第一側(cè)的第一縱向空間和鄰近該分隔墻的第二側(cè)的第二縱向空間。第三個元件是規(guī)整填料的第一層，該規(guī)整填料的第一層布置在該第一縱向空間中，并且具有相對于該分隔墻成第一角度的第一縱軸。第四個元件是規(guī)整填料的第二層，該規(guī)整填料的第二層布置在該第一縱向空間中鄰近并且位于該規(guī)整填料的第一層之下。該規(guī)整填料的第二層具有相對于該分隔墻成第二角度的第二縱軸，該第二縱軸相對于該第一縱軸成一旋轉(zhuǎn)角度。第五個元件是至少一個伸長的加強(qiáng)構(gòu)件，該加強(qiáng)構(gòu)件具有與該交換塔的內(nèi)墻連接的第一末端和與該第一末端相對的第二末端。該第二末端連接該分隔墻的第一側(cè)，該至少一個伸長的加強(qiáng)構(gòu)件的至少一部分布置在該規(guī)整填料的第二層中，并且實質(zhì)上與該第二縱軸平行。
在該第二個實施方式的變形中，該旋轉(zhuǎn)角度是90°左右。在另一個變形中，該第一縱軸實質(zhì)上平行于該分隔墻，該第二縱軸實質(zhì)上垂直于該分隔墻。
本發(fā)明的第三個實施方式包括六個元件。第一個元件是交換塔，該交換塔具有主縱軸，和間隔并且環(huán)繞該主縱軸的內(nèi)墻，由此在該內(nèi)墻和主縱軸之間具有內(nèi)部空間。第二個元件是分隔墻，該分隔墻布置在該內(nèi)部空間中，具有第一側(cè)和第二側(cè)，并且將該內(nèi)部空間至少分成鄰近該分隔墻的第一側(cè)的第一縱向空間和鄰近該分隔墻的第二側(cè)的第二縱向空間。第三個元件是規(guī)整填料的第一個層，該規(guī)整填料的第一個層布置在該第一縱向空間中，并且具有相對于該分隔墻成第一角度的第一縱軸，該第一角度大于0°并小于180°。第四個元件是規(guī)整填料的第二層，該規(guī)整填料的第二層布置在該第一縱向空間中位于該規(guī)整填料的第一層之下，并且具有相對于該分隔墻成第二角度的第二縱軸，該第二角度大于0°并小于180°。第五個元件是至少一個伸長的加強(qiáng)構(gòu)件，該加強(qiáng)構(gòu)件具有與該交換塔的內(nèi)墻連接的第一末端和與該第一末端相對的第二末端，該第二末端連接該分隔墻的第一側(cè)。至少一個伸長的加強(qiáng)構(gòu)件的至少一部分布置在該規(guī)整填料的第一層中，并且實質(zhì)上與該第二縱軸平行。第六個元件是至少另一個伸長的加強(qiáng)構(gòu)件，該加強(qiáng)構(gòu)件具有與該交換塔的內(nèi)墻連接的第一末端和與該第一末端相對的第二末端，該第二末端連接該分隔墻的第一側(cè)。該至少另一個伸長的加強(qiáng)構(gòu)件的至少一部分布置在該規(guī)整填料的第二層中，并且實質(zhì)上與該第二縱軸平行。
在第三個實施方式的變形中，該至少一個伸長的加強(qiáng)構(gòu)件位于第一位置，該至少另一個伸長的加強(qiáng)構(gòu)件位于第二位置，該第二位置水平地并垂直地與該至少一個伸長的加強(qiáng)構(gòu)件的第一位置間隔開。
本發(fā)明的第四個實施方式包括兩個元件。第一個元件是交換塔，該交換塔具有縱軸，和間隔并且環(huán)繞該縱軸的內(nèi)墻，由此在該內(nèi)墻和縱軸之間具有內(nèi)部空間。第二個元件是布置在該內(nèi)部空間中的分隔墻。該分隔墻包括四個子元件。第一個子元件是第一板，該第一板具有外表面和與該外表面相對的內(nèi)表面。第二個子元件是第二板，該第二板具有外部表面和與該外部表面相對并且與該第一板的內(nèi)表面間隔開的內(nèi)部表面。第三個子元件是至少一個突出部分，該突出部分固定地連接該第一板的內(nèi)表面，并且適于與該第二板的內(nèi)部表面間隔開。第四個子元件是至少另一個突出部分，該至少另一個突出部分固定地與該第二板的內(nèi)部表面連接，該另一個突出部分適于與第一板的內(nèi)表面間隔開并且與該至少一個突出部分橫向間隔開。在第四個實施方式中，該分隔墻將該內(nèi)部空間至少分成鄰近該第一板的外表面的第一縱向空間和鄰近該第二板的外部表面的第二縱向空間。
第四個實施方式有許多變形。在一個變形中，至少一個突出部分和至少另一個突出部分中的至少一個具有錐形表面。在另一個變形中，該第一板的至少一部分具有第一熱導(dǎo)率，該至少一個突出部分的至少一部分具有另一個不同于該第一熱導(dǎo)率的熱導(dǎo)率。在又一個變形中，至少一個突出部分中的至少一個的至少一部分接觸該第二板的內(nèi)部表面的一部分，或另一個突出部分中的至少一個的至少一部分接觸該第一板的內(nèi)表面的一部分。在又一個變形中，該至少一個突出部分是水平的，并且具有至少一個適于傳遞垂直上升的流體的孔。
本發(fā)明的第五個實施方式與第四個實施方式類似，但是還包括至少一個伸長的加強(qiáng)構(gòu)件，該加強(qiáng)構(gòu)件具有與該交換塔的內(nèi)墻連接的第一末端和與該第一末端相對的第二末端，該第二末端連接該第一板的外表面或該第二板的外部表面。
本發(fā)明的第六個實施方式包括四個元件。第一個元件是交換塔，該交換塔具有第一縱軸，和間隔并且環(huán)繞該第一縱軸的內(nèi)墻，由此在該內(nèi)墻和第一縱軸之間具有內(nèi)部空間。第二個元件是分隔墻，該分隔墻布置在該內(nèi)部空間中，具有第一側(cè)和第二側(cè)，并且將該內(nèi)部空間至少分成鄰近該分隔墻的第一側(cè)的第一縱向空間和鄰近該分隔墻的第二側(cè)的第二縱向空間。第三個元件是布置在該第一縱向空間中的規(guī)整填料層，該規(guī)整填料層具有第二縱軸。第四個元件是分配器，該分配器鄰近該規(guī)整填料層，并且具有至少一個流體分配裝置，該流體分配裝置適于將該流體的至少一部分從該流體分配器分配到該規(guī)整填料層。該流體分配裝置具有實質(zhì)上平行于該分隔墻的第一側(cè)的第三縱軸。在第六個實施方式中，該規(guī)整填料層的第二縱軸相對于該分隔墻成一角度，該角度大于0°左右并小于90°左右。
第六個實施方式有幾個變形。在一個變形中，該角度在30°左右和60°左右之間。在該變形的變形中，該角度是45°左右。


通過參照附圖的例子描述本發(fā)明，其中附圖1是表示在先技術(shù)的使用弦墻的分隔墻塔的示意圖；附圖2是表示在先技術(shù)的另一個使用環(huán)形墻的分隔墻塔的示意圖；附圖3是表示本發(fā)明的使用連桿或其它加強(qiáng)構(gòu)件的一個實施方式的示意圖；附圖4是表示本發(fā)明的使用連桿或其它加強(qiáng)構(gòu)件的另一個實施方式的示意圖；附圖5是表示包含規(guī)整填料段的典型的塔的示意圖；附圖6是表示包含利用墊片的規(guī)整填料段的典型的塔的示意圖；附圖7至10是表示本發(fā)明的一個實施方式的示意圖，該實施方式在塔內(nèi)的規(guī)整填料層的重復(fù)序列7，8，9，10中的規(guī)整填料的幾個層內(nèi)的交錯位置上使用連桿或其它加強(qiáng)構(gòu)件；附圖11是表示本發(fā)明的另一個實施方式的橫截面正視圖的示意圖，該實施方式在分隔墻塔的用于分隔墻的雙墻設(shè)計中使用內(nèi)部突出部分，附圖11A是表示該實施方式的橫截面平面圖的示意圖；
附圖12是表示本發(fā)明的另一個實施方式的橫截面正視圖的示意圖，該實施方式在分隔墻塔的用于分隔墻的雙墻設(shè)計中使用內(nèi)部突出部分，附圖12A是表示該實施方式的橫截面平面圖的示意圖；附圖13和14是表示類似于附圖11和12所示的本發(fā)明的另外兩個實施方式的橫截面正視圖的示意圖，其中該突出部分由兩種材料構(gòu)成，一種材料具有的熱導(dǎo)率不同于該突出部分附著的板的熱導(dǎo)率；以及附圖13A和14A是表示附圖13和14所示的兩個實施方式的橫截面平面圖的示意圖；附圖15是表示具有液體管分配器的典型的填充塔的示意圖，該液體管分配器具有相對于規(guī)整填料板45°角定位的分配器臂；附圖16是表示在分隔墻的一側(cè)上具有規(guī)整填料的分隔墻塔所需的液體管分配器的典型設(shè)計的示意圖；以及附圖17是表示本發(fā)明的另一個實施方式的示意圖，其中該分配器的設(shè)計較不復(fù)雜(比較附圖16的分配器設(shè)計)，這是因為規(guī)整填料的頂層已經(jīng)相對于分隔墻塔的分隔墻45°角定位。
具體實施例方式
本發(fā)明在此論述用于空氣分離過程的分隔墻交換塔。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到本發(fā)明也可以用于使用分隔墻交換塔的其它過程。
在現(xiàn)代的空氣分離設(shè)備中，規(guī)整填料最經(jīng)常優(yōu)選用作質(zhì)量傳遞裝置，雖然塔盤還可以用在特殊應(yīng)用的特殊環(huán)境中。對一些應(yīng)用來說，規(guī)整填料可以用在分隔墻的一側(cè)，而塔盤用在分隔墻的另一側(cè)。
附圖3表示使用本發(fā)明的交換塔20的一個實施方式，其中加強(qiáng)構(gòu)件22如連桿的一端連接該塔的內(nèi)墻24，而該加強(qiáng)構(gòu)件的另一端連接分隔墻26以加強(qiáng)該分隔墻。如圖3所示，為此目的可以使用一個以上的加強(qiáng)構(gòu)件(例如連桿)。
當(dāng)規(guī)整填料(未示出)在分隔塔的兩側(cè)用作質(zhì)量傳遞裝置時，加強(qiáng)構(gòu)件22如連桿可以用在分隔墻26的兩側(cè)以將其加強(qiáng)，如圖4所示。如果如圖3所示，塔盤(未示出)用在分隔墻的一側(cè)，規(guī)整填料(未示出)用在另一側(cè)，則加強(qiáng)構(gòu)件22的優(yōu)選位置是在規(guī)整填料側(cè)(塔的右側(cè)，如圖3所示)。
附圖5表示包含規(guī)整填料段30的典型的塔10，該規(guī)整填料段由單個填料板構(gòu)成。為了使規(guī)整填料的安裝更簡單，特別是在大塔中，通常使每個填料層成段。
有時，將墊片32放置在每個填料段之間，如圖6所示，以保證規(guī)整填料在塔10內(nèi)中心定位。這樣沿著填料邊和塔內(nèi)墻之間的塔圓周留有近似相等的間隙。墊片有時也通過補(bǔ)償公差差異來保證填料段安裝的密封性。有時墊片平行于填料段，如附圖6中的縱向墊片32所示，有時其它墊片(未示出)稱作對接墊片，在段的末端垂直于構(gòu)件延伸。
因此，經(jīng)常有與規(guī)整填料段30平行放置的附加材料(例如金屬)，如附圖6中的縱向墊片32所示。因此，本發(fā)明中使用的加強(qiáng)構(gòu)件22(例如連桿)可以以與附圖6所示的縱向墊片32類似的方式安裝在規(guī)整填料段之間，而沒有引起任何進(jìn)一步的影響，超過墊片存在所產(chǎn)生的可比較的影響。
此外，加強(qiáng)構(gòu)件22可以在填充分隔墻交換塔內(nèi)層與層交錯。附圖7至10示出了這個例子。在本發(fā)明20的這個實施方式中，加強(qiáng)構(gòu)件22(例如連桿)在塔內(nèi)四個規(guī)整填料層的重復(fù)序列(例如A，B，C，D)中，位于幾個規(guī)整填料層40內(nèi)的交錯位置，如圖7(類型A)，附圖8(類型B)，附圖9(類型C)和附圖10(類型D)。如圖所示，重復(fù)序列(A，B，C，D)中相鄰的填料層成一直線，這樣一個層中的填料元件相對于下一個填料層成90°角(本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到該角可以是一些90°以外的角)。
在附圖7中，類型“A”的填料板40實質(zhì)上平行于分隔墻26。填料的下一個層也就是附圖8所示的類型“B”成90°角(即垂直于分隔墻)。填料的下一個層即類型“C”實質(zhì)上平行于分隔墻，如圖9所示。然而，類型“A”的填料元件和類型“C”的填料在不同的方向上傾斜，如圖7A和9A所示，雖然可以不必如此。填料的第四個層是成90°的類型“D”(即垂直于分隔墻)，如圖10所示。
附圖7-10所示的實施方式表示重復(fù)序列A，B，C，D，一個可以通過塔向下重復(fù)的序列。層類型A(附圖7)和C(附圖9)的不同之處在于倚靠分隔墻26的規(guī)整填料元件40定向在不同的方向上，雖然可以不必如此。層類型B(附圖8)和D(附圖9)的不同之處在于加強(qiáng)構(gòu)件22的位置是交錯的，雖然可以不必如此。
由于如圖8和10所示的穿過規(guī)整填料40的段的加強(qiáng)構(gòu)件22，與如圖6所示的典型使用的墊片32沒有顯著地不同，因此該加強(qiáng)構(gòu)件22對規(guī)整填料的質(zhì)量傳遞性能具有很少或沒有沖擊，超過一個或多個墊片存在所產(chǎn)生的可比較的沖擊。
附圖11-14和11A-14A表示本發(fā)明另外的實施方式。在跨越分隔墻具有顯著溫差的地方使用這些實施方式，使得有必要在分隔墻的兩側(cè)提供一種形式的熱阻，以及額外的力。一種方法是用低熱導(dǎo)率的材料制造一個或另一個分隔墻。然而，這導(dǎo)致了將兩種不同材料焊接在一起的問題。這種問題可以通過使用附圖11-14和11A-14A所示的雙墻設(shè)計避免，該雙墻設(shè)計提供兩種強(qiáng)度和熱阻，同時僅造成一些小的塔區(qū)域損失。
如圖11-14和11A-14A所示，形成雙墻分隔墻50的兩個板52，54具有焊接在板的每個相對側(cè)上的突出部分56，56’。每個突出部分連接到一個板，而不是相對板。然而，可以使板足夠近，以便該突出部分的尖端實際上可以接觸相對板。該突出部分優(yōu)選地是水平的，但是如果需要其也可以是垂直的。在任一情況下，該突出部分應(yīng)當(dāng)允許氣體或蒸汽在相對板之間自由進(jìn)出，以便消除該板之間出現(xiàn)的壓差。
板52上的突出部分56，56’不應(yīng)當(dāng)?shù)强梢越佑|板54，板54上的突出部分56，56’不應(yīng)當(dāng)接觸板52，如附圖11-14和11A-14A中突出部分和板之間的間隙所示。突出部分作為擋板，最小化對流以及從一個板到另一個板傳遞的熱。如果間隙關(guān)閉，導(dǎo)致突出部分接觸板(例如在制造期間或操作時，分隔墻大于期望地輕微扭曲的情況下)，一些力將局部地從一個板傳遞到另一個板。即使發(fā)生這種情況，該突出部分也設(shè)計成最小化熱傳遞。為了在這種情形下保持壓力均等，該突出部分具有一系列孔55，該孔保證流體從突出部分的一側(cè)流向另一側(cè)。
為了減少兩個板52，54之間的熱傳遞，突出部分56，56’的“接觸”邊可以成一定角度，以便最小化接觸的材料，如圖12和14所示。同樣，如圖13和14(以及13A和14A)所示，可以為突出部分56’使用不同熱導(dǎo)率的不同材料。低熱導(dǎo)率的材料用在突出部分56’接觸相對板52，54的部分。
附圖11-14和11A-14A所示的本發(fā)明的實施方式提供了幾個優(yōu)點。首先，雙墻分隔墻50兩側(cè)上實質(zhì)平的表面存在于塔上，以便減輕規(guī)整填料和/或塔盤的安裝。同樣，雙墻分隔墻比層狀或蜂窩墻更簡單，制造更便宜，并且提供較好的傳熱阻。雙墻分隔墻的每個墻可以分開制造，而不需要非常高的精度，由于假設(shè)每個墻在安裝之后作為單獨的零件保持分開，但是如果它們在任一點上接觸，則仍然完全按所要求地執(zhí)行。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)知到，附圖11-14和11A-14A所示的雙墻分隔墻50也可以與其它墻加強(qiáng)和/或熱絕緣技術(shù)結(jié)合使用。例如，附圖3和4所示的加強(qiáng)構(gòu)件22可以與附圖11-14和11A-14A所示的雙墻分隔墻一起使用。
典型地，包含規(guī)整填料的交換塔的一部分優(yōu)選地被提供有穿過頂部的實質(zhì)上均勻的液體供給。對圓柱形塔10來說，通常具有帶“臂”16的液體分配器，該液體分配器例如由附圖15所示的歧管18供給。如圖所示，液體分配器的臂可以相對于規(guī)整填料板40成45°角(或其它所需的角度)定位，以便相對于填料板改善沖洗型式，同時最小化制造的復(fù)雜性。液體通過該歧管提供到該分配器的臂。這種設(shè)置為規(guī)整填料所需的沖洗提供液體，該液體流自該液體分配器的臂中的多行孔。
在分隔墻塔的情況下，其中該塔由弦墻大體分成兩半，該液體分配器的臂中的孔的設(shè)置必須仍然如此，以便適當(dāng)?shù)貨_洗規(guī)整填料。優(yōu)選地，在分隔墻塔中，規(guī)整填料層中的板成一直線，以便填料的制造和安裝簡單，優(yōu)選地該填料板實質(zhì)上垂直于或平行于該弦墻。由于分隔塔的一個部分中的填料部分不再是環(huán)形形狀并給出優(yōu)選的填料方位，因而不可能簡單地旋轉(zhuǎn)該液體分配器，以便該多行孔相對于頂層的填料板成45°或45°左右。所需的液體分配器的臂16或歧管18類似于附圖16所示的。由于現(xiàn)在必須這樣構(gòu)造臂以便該多行孔成一定角度，因此不再使用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，從而導(dǎo)致設(shè)計問題以及液體分配器額外的制造成本。
附圖17所示的本發(fā)明的分隔墻塔60的實施方式通過相對于分隔墻26以一定角度如45°定向規(guī)整填料62的頂層來避免了這一問題。這種填料的設(shè)置在此稱作類型“E”。這種設(shè)置允許使用液體分配器的常規(guī)設(shè)計，具有實質(zhì)上平行于分隔墻的臂66，以及實質(zhì)上直的并且垂直于該分隔墻的歧管68，如圖17所示。這通過使用現(xiàn)有的液體分配器設(shè)計的現(xiàn)有的已證明的技術(shù)消除了附圖16所示的設(shè)置所需的設(shè)計和制造問題。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到本發(fā)明也可以與其它類型的分配器一起使用，包括槽分配器。
雖然在此參照特定的實施方式表述并描述，但是仍然不能將本發(fā)明限制于所示的細(xì)節(jié)。當(dāng)然，在與技術(shù)方案等價的范圍內(nèi)并且不脫離本發(fā)明的精神的情況下，可以在細(xì)節(jié)上做出不同的修改。
權(quán)利要求
1.一種裝置，包括交換塔，該交換塔包括縱軸，間隔并且環(huán)繞該縱軸的內(nèi)墻，由此在該內(nèi)墻和縱軸之間具有內(nèi)部空間；布置在該內(nèi)部空間中的分隔墻，該分隔墻具有第一側(cè)和第二側(cè)，并且將該內(nèi)部空間至少分成鄰近該分隔墻的第一側(cè)的第一縱向空間和鄰近該分隔墻的第二側(cè)的第二縱向空間；以及至少一個伸長的加強(qiáng)構(gòu)件，該加強(qiáng)構(gòu)件具有連接該交換塔的內(nèi)墻的第一末端和與該第一末端相對的第二末端，該第二末端連接該分隔墻的第一側(cè)或第二側(cè)。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中一個伸長的加強(qiáng)構(gòu)件的第二末端連接該分隔墻的第一側(cè)，另一個伸長的加強(qiáng)構(gòu)件的第二末端連接該分隔墻的第二側(cè)。
3.一種裝置，包括交換塔，該交換塔具有主縱軸，間隔并且環(huán)繞該主縱軸的內(nèi)墻，由此在該內(nèi)墻和主縱軸之間具有內(nèi)部空間；布置在該內(nèi)部空間中的分隔墻，該分隔墻具有第一側(cè)和第二側(cè)，并且將該內(nèi)部空間至少分成鄰近該分隔墻的第一側(cè)的第一縱向空間和鄰近該分隔墻的第二側(cè)的第二縱向空間；布置在該第一縱向空間中的規(guī)整填料的第一層，該規(guī)整填料的第一層具有相對于該分隔墻成第一角度的第一縱軸；布置在該第一縱向空間中鄰近并且位于該規(guī)整填料的第一層之下的規(guī)整填料的第二層，該規(guī)整填料的第二層具有相對于該分隔墻成第二角度的第二縱軸，該第二縱軸相對于該第一縱軸成旋轉(zhuǎn)角度；以及至少一個伸長的加強(qiáng)構(gòu)件，該加強(qiáng)構(gòu)件具有連接該交換塔的內(nèi)墻的第一末端和與該第一末端相對的第二末端，該第二末端連接該分隔墻的第一側(cè)，該至少一個伸長的加強(qiáng)構(gòu)件的至少一部分布置在該規(guī)整填料的的第二層中，并且實質(zhì)上與該第二縱軸平行。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其中該旋轉(zhuǎn)角度為90°左右。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其中第一縱軸實質(zhì)上平行于該分隔墻，該第二縱軸實質(zhì)上垂直于該分隔墻。
6.一種裝置，包括交換塔，該交換塔具有主縱軸，間隔并且環(huán)繞該主縱軸的內(nèi)墻，由此在該內(nèi)墻和該主縱軸之間具有內(nèi)部空間；布置在該內(nèi)部空間中的分隔墻，該分隔墻具有第一側(cè)和第二側(cè)，并且將該內(nèi)部空間至少分成鄰近該分隔墻的第一側(cè)的第一縱向空間和鄰近該分隔墻的第二側(cè)的第二縱向空間；布置在該第一縱向空間中的規(guī)整填料的第一層，該規(guī)整填料的第一層具有相對于該分隔墻成第一角度的第一縱軸，該第一角度大于0°并小于180°；布置在第一縱向空間中位于該規(guī)整填料的第一層之下的規(guī)整填料的第二層，該規(guī)整填料的第二層具有相對于該分隔墻成第二角度的第二縱軸，該第二角度大于0°并小于180°；至少一個伸長的加強(qiáng)構(gòu)件，該至少一個伸長的加強(qiáng)構(gòu)件具有連接該交換塔的內(nèi)墻的第一末端和與該第一末端相對的第二末端，該第二末端連接該分隔墻的第一側(cè)，該至少一個伸長的加強(qiáng)構(gòu)件的至少一部分布置在該規(guī)整填料的第一層中，并且實質(zhì)上與該第二縱軸平行；以及至少另一個伸長的加強(qiáng)構(gòu)件，該至少另一個伸長的加強(qiáng)構(gòu)件具有連接該交換塔的內(nèi)墻的第一末端和與該第一末端相對的第二末端，該第二末端連接該分隔墻的第一側(cè)，該至少另一個伸長的加強(qiáng)構(gòu)件的至少一部分布置在該規(guī)整填料的第二層中，并且實質(zhì)上與該第二縱軸平行。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其中該至少一個伸長的加強(qiáng)構(gòu)件位于第一位置，該至少另一個伸長的加強(qiáng)構(gòu)件位于第二位置，該第二位置水平地并垂直地與該至少一個伸長的加強(qiáng)構(gòu)件的第一位置間隔開。
8.一種裝置，包括交換塔，該交換塔具有縱軸，間隔并且環(huán)繞該縱軸的內(nèi)墻，由此在該內(nèi)墻和縱軸之間具有內(nèi)部空間；以及布置在該內(nèi)部空間中的分隔墻，該分隔墻包括第一板，該第一板具有外表面和與該外表面相對的內(nèi)表面，第二板，該第二板具有外部表面和與該外部表面相對并且與該第一板的內(nèi)表面間隔開的內(nèi)部表面，至少一個突出部分，該至少一個突出部分固定地連接該第一板的內(nèi)表面，并且適于與該第二板的內(nèi)部表面間隔開，以及固定地連接該第二板的內(nèi)部表面的至少另一個突出部分，所述另一個突出部分適于與該第一板的內(nèi)表面間隔開，并且與該至少一個突出部分橫向間隔開；該分隔墻將該內(nèi)部空間至少分成鄰近該第一板的外表面的第一縱向空間和鄰近該第二板的外部表面的第二縱向空間。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其中至少一個突出部分和至少另一個突出部分中的至少一個具有錐形表面。
10.如權(quán)利要求8所述的裝置，其中該第一板的至少一部分具有第一熱導(dǎo)率，該至少一個突出部分的至少一部分具有另一個不同于該第一熱導(dǎo)率的熱導(dǎo)率。
11.如權(quán)利要求8所述的裝置，其中該至少一個突出部分中的至少一個的至少一部分接觸該第二板的內(nèi)部表面的一部分，或者該另一個突出部分中的至少一個的至少一部分接觸該第一板的內(nèi)表面的一部分。
12.如權(quán)利要求8所述的裝置，其中該至少一個突出部分是水平的，并且具有至少一個適于傳遞垂直上升的流體的孔。
13.如權(quán)利要求8所述的裝置，進(jìn)一步包括至少一個伸長的加強(qiáng)構(gòu)件，該至少一個伸長的加強(qiáng)構(gòu)件具有連接該交換塔的內(nèi)墻的第一末端和與該第一末端相對的第二末端，該第二末端連接該第一板的外表面或該第二板的外部表面。
14.一種裝置，包括交換塔，該交換塔具有第一縱軸，間隔并且環(huán)繞該第一縱軸的內(nèi)墻，由此在該內(nèi)墻和第一縱軸之間具有內(nèi)部空間；布置在該內(nèi)部空間中的分隔墻，該分隔墻具有第一側(cè)和第二側(cè)，并且將該內(nèi)部空間至少分成鄰近該分隔墻的第一側(cè)的第一縱向空間和鄰近該分隔墻的第二側(cè)的第二縱向空間；布置在該第一縱向空間中的規(guī)整填料層，該規(guī)整填料層具有第二縱軸；以及分配器，該分配器鄰近該規(guī)整填料層，并且具有至少一個流體分配裝置，該流體分配裝置適于將該流體的至少一部分從該流體分配器分配到該規(guī)整填料層，該流體分配裝置具有實質(zhì)上平行于該分隔墻的第一側(cè)的第三縱軸，其中規(guī)整填料層的第二縱軸相對于該分隔墻成一角度，所述角度大于0°左右并小于90°左右。
15.如權(quán)利要求14所述的裝置，其中該角度在30°左右和60°左右之間。
16.如權(quán)利要求15所述的裝置，其中該角度是45°左右。
全文摘要
一種分隔墻交換塔，包括分隔墻，通過加強(qiáng)構(gòu)件和/或雙墻設(shè)計加強(qiáng)該分隔墻，以便更好地承受壓差并且最小化溫差。當(dāng)使用雙墻時，通過減少所需的制造公差同時提供在構(gòu)造、安裝和操作中堅固的設(shè)計最小化制造和安裝成本。當(dāng)使用規(guī)整填料時，加強(qiáng)構(gòu)件結(jié)合相對于該分隔墻以優(yōu)選的角度定位填料層，導(dǎo)致熱和/或質(zhì)量傳遞過程的干擾最小，同時最小化填料制造和構(gòu)造的復(fù)雜性。而且，通過相對于該分隔墻的另一優(yōu)選角度定位規(guī)整填料的頂層，可以在分隔墻交換塔中使用簡化的液體分配器設(shè)計，同時下面的層仍然可以如上所述地定向，同時具有所有相關(guān)的益處。
文檔編號B01D3/26GK1781571SQ20051011999
公開日2006年6月7日 申請日期2005年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月18日
發(fā)明者I·R·佐內(nèi), C·查克, K·W·科瓦克, S·森德 申請人:氣體產(chǎn)品與化學(xué)公司