專利名稱：三相蒸汽分配器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及一種氣體分配笛管(flute)，該氣體分配笛管被設(shè) 計(jì)成例如在烴處理設(shè)施中的分餾柱的塔盤(tray)或填料(packing)中 提供均勻氣流。
背景技術(shù)：
更具體而言，本發(fā)明涉及一種裝置，該裝置將來自單一或多個(gè)給 送噴嘴的、也包括液體和/或固體的超高入口速度給送氣體調(diào)節(jié)到靜止 流態(tài)以用于將所述氣體、液體和固體均勻分配到蒸餾或分餾柱內(nèi)的接 觸裝置。本發(fā)明允許氣態(tài)流從液態(tài)流脫離，同時(shí)有效地和伴隨地提供 (高)固體從多相蒸汽流分離。
蒸汽、液體和固體相互作用發(fā)生在許多類型的質(zhì)量傳遞和熱交換 過程中。典型地，蒸汽流被引入在包含塔盤或隨機(jī)或結(jié)構(gòu)化填料的區(qū) 域之下的分離柱中，同時(shí)液體流被引入在塔盤或填料之上的柱中。蒸 汽和液體流然后以逆流關(guān)系流過所述區(qū)域，塔盤或填料用于在更大表 面積上分配向下流動的液體流以增強(qiáng)與向上流動的蒸汽流的質(zhì)量熱傳 遞相互作用。
為了增加發(fā)生在蒸汽和液體流之間的質(zhì)量傳遞或熱交換的效率， 重要的是蒸汽均勻分布在柱的水平橫截面上，特別是在蒸汽進(jìn)入填料 的下蒸汽一液體界面上。當(dāng)蒸汽被引入在填料之下的柱時(shí)，蒸汽的速 度可以在它進(jìn)入填料之前防止蒸汽的預(yù)期水平分布。為了改善蒸汽分 布，偏轉(zhuǎn)器被定位在蒸汽的流動路徑中的一些柱中以沿多個(gè)方向偏轉(zhuǎn) 蒸汽?，F(xiàn)有技術(shù)工藝的另一問題在于常常需要從送至分餾塔的氣態(tài)進(jìn)料 分離夾帶的或未蒸發(fā)的液體和固體。在現(xiàn)有技術(shù)中這典型地通過使用 放置在分餾塔的上游的分離鼓實(shí)現(xiàn)。該程序的目的是將不需要的液體 和固體污染物排斥在吸收或蒸熘工藝之外。然而，分離鼓的使用通過 增加另一件設(shè)備增加了該工藝的復(fù)雜性和成本。如果可以消除分離鼓 并且可以在分離柱內(nèi)部去除液體和固體將代表本領(lǐng)域的狀態(tài)的進(jìn)歩并 且解決了本領(lǐng)域長期以來的需要。
被稱為蒸汽喇叭的常規(guī)蒸汽分配器的例子在美國專利第5,106,544
號(被引用于此作為參考)中被公開。該專利中公開的蒸汽喇叭包括 在底部敞開的環(huán)形外殼。蒸汽喇叭包含多個(gè)葉片，所述葉片通過敞口 底部以逐漸增大的距離向上延伸到外殼中，導(dǎo)致周向流動蒸汽流的向 下偏轉(zhuǎn)。向下偏轉(zhuǎn)蒸汽然后據(jù)說以均勻方式上升到填料床中，所述填 料床從蒸汽喇叭徑向向內(nèi)地被定位。
盡管圓周蒸汽喇叭可以令人滿意地在許多應(yīng)用中起作用，已確定 在某些操作條件下可以導(dǎo)致蒸汽流的不良分布。該不良分布被認(rèn)為是 在從蒸汽喇叭釋放之后由穿過渦旋或氣旋流動路徑的蒸汽流導(dǎo)致。由 于該氣旋蒸汽流在柱的中心產(chǎn)生低速區(qū)并且鄰近蒸汽喇叭的內(nèi)壁產(chǎn)生 高速區(qū)。這些速度差異減小了進(jìn)入重疊填料的中心部分的蒸汽量并且 增加了填料的徑向外部分中的蒸汽量。 一旦蒸汽進(jìn)入填料，蒸汽的該 不良分布不能容易地被校正并且減小了在塔盤或填料內(nèi)發(fā)生的質(zhì)量傳 遞的效率。
美國專利第5，605，654號(被引用于此作為參考)描述了一種用于 蒸汽分配器的方法和裝置，其能夠通過圍繞柱的內(nèi)周邊循環(huán)蒸汽流分 離氣態(tài)和液態(tài)介質(zhì)。蒸汽流通過至少部分敞口底部，和可選地通過在 分配器的環(huán)形內(nèi)壁中的多個(gè)間隔出口端口從分配器釋放。偏轉(zhuǎn)器沿著 環(huán)形內(nèi)壁向上延伸以將蒸汽流偏轉(zhuǎn)離開沿著所述壁的內(nèi)向面的圓周流 動路徑。偏轉(zhuǎn)器也可以在流動通道之下向外延伸以沿徑向向內(nèi)方向偏 轉(zhuǎn)通過分配器的敞口底部離開流動通道的蒸汽。美國專利第5,632,933 號(被引用于此作為參考)描述了一種具有偏轉(zhuǎn)表面的蒸汽分配器， 所述偏轉(zhuǎn)表面圍繞柱的內(nèi)周邊引導(dǎo)蒸汽流。該裝置的蒸汽喇叭利用在 蒸汽流動路徑上各處間隔的偏轉(zhuǎn)器改變氣態(tài)和液態(tài)介質(zhì)的方向和速度。
在本領(lǐng)域中需要一種蒸汽分配裝置，其可以分離固態(tài)、液態(tài)和氣 態(tài)混合相并且提供蒸汽均勻分配到柱中的塔盤或填料?，F(xiàn)有技術(shù)并未 教導(dǎo)這樣一種裝置，當(dāng)所有三相從給送噴嘴同時(shí)引入用于分熘和/或其 它化學(xué)處理的柱中時(shí)所述裝置能夠分離所有三相。
盡管常規(guī)蒸汽分配器可以令人滿意地在許多應(yīng)用中起作用，但是 需要一種改進(jìn)的蒸汽分配器，其將提供蒸汽在質(zhì)量傳遞或熱交換柱的 水平橫截面上的更均勻分布。

發(fā)明內(nèi)容
通過使用幾個(gè)創(chuàng)新特征本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。 一個(gè)是蒸 汽偏轉(zhuǎn)器的新穎間隔，所述蒸汽偏轉(zhuǎn)器與蒸汽分配器的底板中的圓錐 形出口端口組合位于蒸汽分配器的內(nèi)室內(nèi)的預(yù)定位置。這些優(yōu)點(diǎn)允許 當(dāng)從給送噴嘴同時(shí)引入蒸汽分配器中時(shí)分離固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)相。另 外，位于蒸汽分配器的內(nèi)室各處的帶百葉窗板的窗口和帶高帽的煙道 的定位和使用幫助產(chǎn)生由本三相蒸汽分配器獲得的新穎結(jié)果。將會理 解短語"多相混合物"包括可以被引入蒸汽分配器中的所有三相，艮P， 氣體、液體和固體。現(xiàn)有技術(shù)參考文獻(xiàn)不能獲得三相分離，所以具有 的顯著缺點(diǎn)是由于在給送到分餾器或其它類似裝置的多相蒸汽中存在 固體，尤其是焦炭，焦炭積累在它們的蒸汽分配器中。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明的帶百葉窗板的窗口和/或帶高 帽的煙道可以備有過濾和/或分離元件，例如編織網(wǎng)墊或其它過濾介質(zhì)， 從而增加多相混合物的分布。而且，蒸汽入口可以可選地備有氣旋或 葉片式過濾或分離元件。這些過濾和/或分離元件可以實(shí)際地消除在給 送氣體中的液和/或固相污染物，同時(shí)蒸汽笛管充當(dāng)氣體到容器內(nèi)部的 分配器/接觸器。特征的該組合是有利的，原因是它消除或至少減小了 需要外部容器從多相混合物分離污染相并且同時(shí)在容器中提供氣體分 布和額外的質(zhì)量和熱傳遞。對于各種過濾元件當(dāng)進(jìn)料穿過窗口和煙道 時(shí)進(jìn)料的速度可以被調(diào)節(jié)以正確地操作。當(dāng)用在本發(fā)明的側(cè)窗口和垂 直煙道中時(shí)在本領(lǐng)域中已知有各種過濾和/或分離元件將分離在垂直或 水平位置的固體和/或液體。
9可以利用本蒸汽分配器的工藝之一是烴熱解裂化，尤其在裂化多 相蒸汽流的分餾中。在急冷水塔或分餾工藝中，在加熱烴材料之后多 相蒸汽離開熔爐。該多相蒸汽包含烴材料的三相，即，氣體、液體和 固體。利用的氣體包含更有價(jià)值的成份并且在分餾柱中被恢復(fù)。液和 固相是不太有價(jià)值的產(chǎn)品，其必須被去除以用于高效地處理烴材料。 盡管如上所述的一些現(xiàn)有技術(shù)參考文獻(xiàn)發(fā)展了方法和裝置來從蒸汽去 除液相，沒有一個(gè)能夠去除固相。在烴處理中通常包括焦炭顆粒的該 固相將導(dǎo)致在蒸汽分配器中和遍布分餾柱或其它下游處理設(shè)備的沉淀 物。這些沉淀物減小了柱的總效率并且需要經(jīng)常清潔以用于去除它們。
本發(fā)明進(jìn)一歩利用圓錐形噴嘴在蒸汽分配器的底板中的新穎使用 來允許從主蒸汽通道去除液體和固體廢物。在蒸汽分配器之下是收集 液體和固體的柱儲倉(sump)。蒸汽分配器的內(nèi)壁也優(yōu)選地帶有靠近 蒸汽分配器的底板的垂直開口 ，當(dāng)液位到達(dá)垂直開口的高度時(shí)所述垂 直開口允許液體的溢流，由此防止多相蒸汽流動通道的液泛
(flooding)。
另外，本發(fā)明已表明顯著減小了在位于蒸汽分配器之上的柱的一 部分中在填料塔盤之下的最大局部氣體速度。該局部氣體速度減小導(dǎo) 致蒸汽壓力的更均勻分布，最終導(dǎo)致更高效的分餾。蒸汽在塔盤上的 均勻分布是正確分餾的關(guān)鍵。通過本發(fā)明的蒸汽分配器的使用可以在 比以前認(rèn)為可能的更高程度上實(shí)現(xiàn)均勻分布，本發(fā)明的蒸汽分配器允 許指定柱的常規(guī)設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力剖面完全超過它的傳統(tǒng)可接受的限度。 這導(dǎo)致在相同柱內(nèi)相對于不利用本發(fā)明的蒸汽分配裝置的類似裝置具 有更高的生產(chǎn)能力。本發(fā)明的蒸汽分配器已表明顯著減小了在柱中的 填料或塔盤之下的最大局部速度，所以改善了在塔盤之下的速度剖面。 現(xiàn)有技術(shù)的蒸汽分配器產(chǎn)生蒸汽分布，其中在塔盤之下的高百分比區(qū) 域具有發(fā)散速度。在本發(fā)明的蒸汽分配器中通過在待利用的柱中的指 定塔盤之下的蒸汽速度的均勻分布證明了改善的速度剖面。本發(fā)明的 新穎特征己表明在高于任何已知現(xiàn)有技術(shù)的水平產(chǎn)生蒸汽壓力的該均 勻分布。具體而言，本發(fā)明產(chǎn)生比已知現(xiàn)有技術(shù)大60 —70%的均勻水 平。這導(dǎo)致柱的塔盤或填料的效率提高。
本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是提供一種用于大體積分離塔的改進(jìn)蒸汽分配器，所述分離塔包括但不限于石化工廠內(nèi)的急冷油和/或急冷水服務(wù)。 本發(fā)明的進(jìn)一步目標(biāo)是提供一種用于其它處理設(shè)備的改進(jìn)蒸汽分
配器，所述其它處理設(shè)備包括但不限于配備有填料或塔盤的主分餾器、
除焦塔和超精餾器，所述塔盤包括但不限于RIPPLE^，荅盤。
本發(fā)明的另 一 目標(biāo)是提供一種新穎的多相分配器，所述分配器設(shè)
計(jì)簡單并且可以容易地安裝在柱中，還提供進(jìn)入柱的蒸汽的均勻水平分布。
為了實(shí)現(xiàn)這些和其它相關(guān)目標(biāo)，在一個(gè)方面中本發(fā)明涉及一種用 于質(zhì)量傳遞和/或熱交換柱的多相蒸汽分配器，所述分配器包括柱， 其包括敞口內(nèi)殼并且具有大體垂直的中心軸線；至少一個(gè)蒸汽入口噴 嘴，其延伸通過所述柱殼以用于沿大體圓周方向?qū)⒍嘞嗾羝饕龑?dǎo)到 所述柱內(nèi)的大體環(huán)形多相蒸汽分配器中。所述多相蒸汽分配器包括從 所述蒸汽入口噴嘴向內(nèi)徑向間隔的大體環(huán)形豎直內(nèi)部偏轉(zhuǎn)表面和在所 述內(nèi)部偏轉(zhuǎn)壁和所述柱殼之間延伸以基本閉合所述分配器的頂部和底 部的頂板和底板，所述偏轉(zhuǎn)表面被成形并且相對于所述蒸汽入口噴嘴 被定位以沿圓周圍繞柱內(nèi)部的外周邊引導(dǎo)蒸汽流。偏轉(zhuǎn)板(一個(gè)或多 個(gè))與所述蒸汽入口噴嘴(一個(gè)或多個(gè))成間隔關(guān)系定位在所述蒸汽 分配器中以沿著所述柱殼的外周邊引導(dǎo)多相蒸汽流，直到多相蒸汽流 到達(dá)后擋板，所述后擋板停止多相蒸汽流的前向運(yùn)動，促進(jìn)蒸汽從固 體和液體分離，并且導(dǎo)致蒸汽流逆向混合和通過窗口或煙道中的一個(gè) 離開所述分配器。所述蒸汽分配器帶有定位在所述內(nèi)部偏轉(zhuǎn)壁各處的 多個(gè)窗口，和定位在所述頂板各處的煙道，從而允許被分離的蒸汽以 大大減慢的和均勻的速度離開所述分配器進(jìn)入柱內(nèi)部以用于分配到位 于所述柱內(nèi)和所述分配器之上的塔盤或填料。所述分配器也帶有位于 所述蒸汽分配器的底板中的圓錐形出口噴嘴以允許液體和固體離開所 述分配器到達(dá)位于所述柱中的分配器之下的儲倉。


圖1顯示了本發(fā)明的優(yōu)選蒸汽分配笛管，所述蒸汽分配笛管位于 在給送噴嘴的水平的柱儲倉之上。
圖2顯示了本發(fā)明的優(yōu)選蒸汽分配笛管，未示出柱的外壁。圖3顯示了本發(fā)明的優(yōu)選蒸汽分配笛管的頂板的俯視圖。 圖4顯示了本發(fā)明的優(yōu)選蒸汽分配笛管的中間的俯視圖。 圖5顯示了本發(fā)明的優(yōu)選蒸汽分配笛管的底板的俯視圖。
圖6顯示了用于本發(fā)明的優(yōu)選蒸汽分配笛管的偏轉(zhuǎn)壁的視圖。 圖7顯示了用于本發(fā)明的優(yōu)選蒸汽分配笛管的偏轉(zhuǎn)壁的附加視圖。 圖8顯示了本發(fā)明的優(yōu)選蒸汽分配器的底板，突出顯示了圓錐形 釋放端口。
圖9顯示了分餾柱內(nèi)部的蒸汽分配器和柱內(nèi)的蒸汽分配器的橫截 面圖。
圖10是在圖9中所示的塔盤之下的最大局部速度大小的圖表。
圖11是在有和沒有笛管的情況下在如圖9中所示的塔盤20之下 在塔盤之下的不同位置的速度大小的繪圖。
圖12是在有和沒有笛管的情況下在如圖9中所示的塔盤20之下 在塔盤之下的不同位置的速度大小的繪圖。
圖13是在有和沒有笛管的情況下在塔盤20正下方在塔盤的兩個(gè) 半部中的速度大小的繪圖。
圖14是在有蒸汽分配器的系統(tǒng)中和在沒有蒸汽分配器的系統(tǒng)中在 塔盤20之下的氣流的方向的圖示。
圖15是斜切內(nèi)部偏轉(zhuǎn)壁的圖示。
具體實(shí)施例方式
圖1描繪了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。通常標(biāo)示為10的蒸汽分配器或 蒸汽笛管在用于質(zhì)量傳遞和/或熱傳遞的柱內(nèi)被顯示。所述柱可以是用 于質(zhì)量傳遞和/或熱傳遞的任何類型的柱，包括但不限于蒸餾或分餾柱， 吸收、提取、急冷油和/或急冷水塔，主分餾器，除焦塔和超精餾器。 所述柱可以是任何期望的形狀，包括但不限于圓形、卵形、方形、矩 形或其它多邊形橫截面。圖3-5是蒸汽分配器的俯視圖，具體而言分別 是蒸汽分配器的頂部、中間和底部。在圖1中，通道11從外部柱壁12 和內(nèi)部偏轉(zhuǎn)壁13產(chǎn)生的封閉體形成。蒸汽分配器10進(jìn)一步具有頂板 14和底板15以限定蒸汽流動通道11。蒸汽進(jìn)料通過至少一個(gè)入口蒸 汽噴嘴16， 17沿大體垂直于柱的高度的方向被引入通道11中。由于離心力和蒸汽被引入蒸汽分配器10中的高速率，蒸汽流沿著外部柱壁 12沿圓周流過通道11。蒸汽分配器的壁、頂板和底板可以由適合于質(zhì) 量和或熱傳遞過程的任何材料構(gòu)造，所述材料將不易于從揮發(fā)性化學(xué) 制品、液體和固體顆粒的高速蒸汽流降解，這對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員 來說是公知的。
如圖1， 2和4中所示，通過從內(nèi)部偏轉(zhuǎn)壁13延伸的多個(gè)偏轉(zhuǎn)板 18a， 18b， 18c， 18d的使用，蒸汽流沿圓周圍繞蒸汽分配器10內(nèi)的通 道移動。這些偏轉(zhuǎn)板18a， 18b， 18c， 18d附加地朝著通道11的外部 朝著后壁或擋板19推動蒸汽流，所述后壁或擋板停止和逆著蒸汽流的 初始方向向回偏轉(zhuǎn)蒸汽流。優(yōu)選地，所述柱包含大約1至大約10個(gè)偏 轉(zhuǎn)板，所述偏轉(zhuǎn)板在蒸汽流動通道ll中大致均勻地間隔。在優(yōu)選實(shí)施 例中，至少一個(gè)偏轉(zhuǎn)板被提供用于可變通道半徑的每個(gè)區(qū)域，如下面 更全面地所述。
蒸汽流從固體和液體分離并且通過多種機(jī)構(gòu)從通道被去除。第一 機(jī)構(gòu)包括設(shè)在內(nèi)部偏轉(zhuǎn)壁13中的窗口 20。窗口 20配備有百葉窗板21 以控制蒸汽可以離開通道11的速率。在優(yōu)選實(shí)施例中，窗口 20的數(shù) 量和它們的尺寸范圍從大約10至大約30。類似地，當(dāng)提供百葉窗板 21時(shí)，它們尺寸被確定成從大約150X600 mm至大約250X2000 mm。 通過窗口 20離開通道11的蒸汽流入由蒸汽分配器10的環(huán)形構(gòu)造形成 的柱的敞口區(qū)域40中。然后蒸汽向上繼續(xù)前進(jìn)以接觸位于蒸汽分配器 之上的柱的填料或塔盤。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，內(nèi)部偏轉(zhuǎn)壁 13被分割以提供在幾個(gè)位置的可變通道寬度。在圖3中圖形地描繪了 所述分割，其中顯示了內(nèi)部偏轉(zhuǎn)壁13進(jìn)行幾乎90°的向內(nèi)短程轉(zhuǎn)彎， 然后進(jìn)行另一幾乎90°的轉(zhuǎn)彎并且繼續(xù)徑向平行于外部柱壁12。窗口 20位于內(nèi)部偏轉(zhuǎn)壁13的幾乎90°轉(zhuǎn)彎之間的每個(gè)分割處。內(nèi)部偏轉(zhuǎn)壁 13然后繼續(xù)朝著蒸汽分配器的后面直到下一個(gè)分割和窗口 20。在每個(gè) 分割處，通道11變窄。而且在優(yōu)選實(shí)施例中，至少一個(gè)偏轉(zhuǎn)板18可 以設(shè)在每個(gè)分割處。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，對于每個(gè)入口給 送噴嘴，通道帶有三個(gè)分割，盡管可以提供從大約1到大約5個(gè)分割。 如圖3和4中所示，帶有兩個(gè)噴嘴入口 16， 17的柱帶有用于入口給送 噴嘴16的三個(gè)通道區(qū)段42a， 42b， 42c和用于入口給送噴嘴17的三個(gè)通道區(qū)段44a， 44b， 44c，在每個(gè)通道區(qū)段處有偏轉(zhuǎn)板18a， 18b， 18c 和18d。
參考圖4，示出了在第一窗口 20之前的位置從內(nèi)部偏轉(zhuǎn)壁13延伸 的首要偏轉(zhuǎn)板18a， 18b。首要偏轉(zhuǎn)板18a， 18b朝著蒸汽流動通道11 的外部推動初始蒸汽流。剩余偏轉(zhuǎn)板18c， 18d徑向地朝著入口給送噴 嘴從鄰近窗口 20的內(nèi)部偏轉(zhuǎn)壁13的部分延伸。
附加機(jī)構(gòu)位于通道11的頂板14中，通過所述附加機(jī)構(gòu)蒸汽流被 分離并且從蒸汽分配器10被引導(dǎo)到柱的內(nèi)部敞口區(qū)域40中。圖1-3 顯示了包括煙道22的頂板14，所述煙道允許蒸汽流出分配器并且進(jìn)入 柱的內(nèi)部敞口區(qū)域40。煙道22進(jìn)一步配備有高帽23以調(diào)節(jié)允許蒸汽 流通過煙道22離開通道11的速率。優(yōu)選地，煙道22的數(shù)量范圍為蒸 汽通道11的每米長度有大約1至大約3個(gè)。煙道22具有從大約0.1 至大約0.4 m2的表面積，并且高帽23被構(gòu)造成在煙道22之上大約100 至大約300 mm，并且具有從大約0.03至大約0.2 m2的表面積。
圖7顯示了包括垂直溢流開口 24的蒸汽分配器的內(nèi)壁13，所述開 口給送到位于蒸汽分配器10的底板15之下的柱儲倉25 (參見圖1和 2)中。在圓錐形引流噴嘴26液泛的情況下溢流開口 24允許將從蒸汽 分離的液體引流到儲倉25中。優(yōu)選地溢流開口 24的數(shù)量范圍從大約 20至大約60，溢流開口 24具有從大約0.01至大約0.02 m2的尺寸并且 它們位于離底板15從大約50至大約200 mm的高度處。
圖1， 2， 5和8顯示了包括圓錐形引流噴嘴26的蒸汽分配器10 的底板15，其允許從通道ll去除固體和液體。優(yōu)選地，圓錐形引流噴 嘴26的數(shù)量范圍從大約100至大約400，并且它們具有從大約25 mm 至大約100mm的尺寸。垂直開口 24和圓錐形引流噴嘴26允許調(diào)節(jié)存 在于蒸汽分配器中的液位，初始液體將通過圓錐形引流噴嘴26，但是 如果將發(fā)生裝置的液泛，液體將通過溢流垂直開口 24從通道被去除。
蒸汽分配器10用于分離和在柱的下填料或塔盤上均勻地分配蒸汽 流。在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)工藝中，多相蒸汽流通過蒸汽入口噴嘴16， 17被引入柱中并且進(jìn)入蒸汽通道11。多相蒸汽流流入通道11中并且 圍繞蒸汽分配器10的內(nèi)周邊，并且被分成多個(gè)更小的流，所述更小的 流通過窗口 20和煙道22被分配到柱內(nèi)部40中。被分配蒸汽流然后在柱的敞口柱內(nèi)部40中升高并且給送到位于蒸汽分配器10之上的填料 或塔盤中。在蒸汽/液體質(zhì)量傳遞系統(tǒng)的情況下，進(jìn)入填料塔盤的蒸汽 遭遇并且與液體流相互作用，所述液體流在填料或塔盤之上的位置被 引入柱中。特別地，由于進(jìn)入包含填料或塔盤的柱的內(nèi)部區(qū)域的蒸汽 在柱的水平橫截面上均勻分布，因此大大促進(jìn)了在填料或塔盤中的蒸 汽和液體之間的相互作用，特別是在填料或塔盤的下部分中。
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例包括斜切或傾斜內(nèi)部偏轉(zhuǎn)壁13。如圖1-3中 所述，內(nèi)部偏轉(zhuǎn)壁包含在蒸汽通道11的內(nèi)半徑減小處形成的垂直臺階。
這些內(nèi)部偏轉(zhuǎn)壁13為階梯形以使半徑和下一個(gè)較大半徑之間的過渡容
易制造。為了減小在這些垂直拐角形成的湍流，所述湍流可以導(dǎo)致內(nèi) 部循環(huán)流體的顯著和不必要的壓力損失，本發(fā)明提出了流線型化內(nèi)部
偏轉(zhuǎn)壁13。在需要的地方，這樣的流線型化減小了可以由內(nèi)部偏轉(zhuǎn)壁 13的形狀導(dǎo)致的邊界層離的湍流和二次渦流。在特別優(yōu)選的實(shí)施例中， 可以通過對蒸汽通道的半徑減小處的內(nèi)部偏轉(zhuǎn)壁13的區(qū)域使用斜切設(shè) 計(jì)實(shí)現(xiàn)流線型化。斜切產(chǎn)生速度的更逐漸變化并且顯著減小湍流和必 要流動收縮的壓力損失。
在一個(gè)實(shí)施例中，可以通過以小于90。的各種度數(shù)的角度構(gòu)造笛管 的內(nèi)部偏轉(zhuǎn)壁13的臺階形區(qū)域?qū)崿F(xiàn)斜切。優(yōu)選的斜切內(nèi)部偏轉(zhuǎn)壁在圖 15中示出。
根據(jù)本發(fā)明的斜切內(nèi)部偏轉(zhuǎn)壁的使用與非斜切偏轉(zhuǎn)壁相比使湍流 強(qiáng)度減小大約50%。這類似地導(dǎo)致壓降的進(jìn)一步降低，這是本發(fā)明的 好處之一。
本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例利用蒸汽笛管中的連續(xù)內(nèi)室。在該連續(xù) 內(nèi)室實(shí)施例中，允許蒸汽流在內(nèi)室各處混合。本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)在本發(fā) 明的先前所述的實(shí)施例中(例如參見圖l-3)，后擋板限制蒸汽從笛管 的一側(cè)移動到另一側(cè)。當(dāng)這些擋板被去除時(shí)，允許壓力平衡并且改善 流動分布，原因是平衡壓力產(chǎn)生更均勻的分布和更低的壓降。
另外，在利用多個(gè)入口蒸汽噴嘴的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的蒸汽笛 管設(shè)計(jì)中，另一優(yōu)選特征是不具有位于蒸汽笛管的內(nèi)室中直接在兩個(gè) 入口蒸汽噴嘴之間的任何分離元件。在圖4中，在兩個(gè)入口蒸汽噴嘴 之間有蒸汽流不能前進(jìn)的區(qū)域。在本優(yōu)選實(shí)施例中，內(nèi)室是沒有分離
15元件的整圓。通過用該優(yōu)選特征繼續(xù)，后擋板的去除和兩個(gè)入口蒸汽 噴嘴之間的分離區(qū)域的提供使壓降減小大約20%。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明的帶百葉窗板21的窗口20和/ 或帶高帽23的煙道22可以備有過濾和/或分離元件48， 49，例如編織 網(wǎng)墊或其它過濾介質(zhì)，從而增加多相混合物的分布。而且，蒸汽入口 16， 17可以可選地備有氣旋或葉片式過濾或分離元件50。這些過濾和 /或分離元件48， 49和50可以實(shí)際地消除在給送氣體中的液和/或固相 污染物，同時(shí)蒸汽笛管充當(dāng)氣體到容器內(nèi)部的分配器/接觸器。
在本發(fā)明中進(jìn)行數(shù)字計(jì)算機(jī)模型研究以分析蒸汽笛管分配器設(shè)計(jì) 對氣流的影響。
來自該研究的結(jié)論基于從三維計(jì)算流體動力學(xué)流動模擬獲得的結(jié) 果。這些結(jié)論表明了根據(jù)本發(fā)明的蒸汽笛管設(shè)計(jì)在將均勻氣體分布提 供給汽油分餾器的塔盤方面的效果。
在圖9中示出了代表蒸汽分配器和汽油分餾器柱的示意圖。包括 在該研究的計(jì)算模型中的容器的部分在圖9中由方框標(biāo)示。
在該分析中使用的流動條件在表I中被提供。這些條件應(yīng)用于入 口 16。第二入口 17被認(rèn)為是完美對稱的并且不包括在該分析中。
表I ，流動條件
入口氣體流速274,393 Kg/hr
氣體密度1.401 Kg/mj
氣體粘度0.02cP
在塔盤上的壓降O.lpsi每個(gè)塔盤
該研究基于如在FLUENTTM5.4和6.0版中使用的帶有K-s湍流模 型的完整Navier-Stokes方程的數(shù)值解(FLUENT 是Fluent, Inc., LebanonNH的注冊商標(biāo))。三維非結(jié)構(gòu)化、混合網(wǎng)格用于建模垂直容 器中的流動。
以下假設(shè)用于該研究中并且基于容器中的流體流動的物理性質(zhì)。
a) 流動是穩(wěn)定的和不可壓縮的。
b) 流動是等溫的。C)在入口處的氣體速度剖面是均勻的。
d) 限定的計(jì)算網(wǎng)格可以精確地表示系統(tǒng)的幾何形狀。對于沒有蒸
汽分配器的模型網(wǎng)格尺寸是57489，并且對于沒有蒸汽分配器的模型網(wǎng) 格尺寸是491312。
e) 底部六個(gè)塔盤(塔盤15至塔盤20)被包括在模型中并且被表示 成多孔介質(zhì)。
f) 笛管以它的宏觀細(xì)節(jié)被建模。然而微觀細(xì)節(jié)(圓錐形液體釋放 端口和蒸汽出口)被表示成多孔介質(zhì)。
g) 在容器的底部的液位被認(rèn)為是固定的并且被建模為壁。
h) 進(jìn)入容器中的液流不包括在該工作中。
在該分析中調(diào)查了兩個(gè)不同模型。第一模型不包含蒸汽分配器， 而第二模型包含本發(fā)明的蒸汽分配器。
在底部塔盤(塔盤20)正下方和下方2英尺處，從數(shù)值模擬獲得 最大局部速度大小。這些速度在圖IO中被表示。本發(fā)明的蒸汽笛管設(shè) 計(jì)在圖10中被顯示以顯著減小塔盤20之下的最大局部速度，所以改 善在該塔盤之下的速度剖面?？梢灶A(yù)料改善的速度剖面然后又改善了 該底部塔盤的效率。
為了進(jìn)一步示出根據(jù)本發(fā)明的蒸汽笛管設(shè)計(jì)的效率，在塔盤20正 下方的速度大小在圖11中被分類和繪制，對照不帶有笛管和帶有本發(fā) 明的笛管設(shè)計(jì)的塔盤面積。在該圖中顯示的曲線單獨(dú)地表示塔盤20的 每個(gè)半部中的速度。直線和帶有散列標(biāo)記(hash mark)的線表示帶有 本發(fā)明的蒸汽分配器的模型。帶有散列標(biāo)記的線表示在最靠近入口的 容器的半部中的速度，而直線表示在另一半部中的速度。類似地，虛 線和方塊線表示在如圖11中所確定的這兩個(gè)半部中不帶有蒸汽分配器 的模型。
在塔盤20正下方的速度大小的總體分布圖在圖12中被顯示。該 圖示出了在塔盤20中的速度大小的高度不良分布剖面。具體而言，虛 線和方塊線分別表示在與入口相對和靠近入口的塔盤20的半部中不帶 有笛管的模型。這兩個(gè)曲線示出了高百分比的塔盤面積在發(fā)散速度下 操作(在一側(cè)在6至8 m/s之間并且在另一側(cè)在2至3 m/s之間)。然 而當(dāng)本發(fā)明的笛管設(shè)計(jì)被包括時(shí)，直線和帶有散列標(biāo)記的線示出了大部分塔盤面積經(jīng)歷在2.5至4.5 m/s之間的類似速度。
在塔盤20的每個(gè)半部中的平均速度(大小和y分量)被計(jì)算。這 兩個(gè)平均值的比率也被計(jì)算并且在圖13中被繪制。本發(fā)明的蒸汽笛管 與沒有笛管的情況相比提供了遠(yuǎn)遠(yuǎn)更低的比率。這示出了在塔盤20的 兩個(gè)半部中的氣體流速是相當(dāng)?shù)?。使用相?dāng)?shù)牧魉伲P20的預(yù)期效 率被顯著增強(qiáng)。
圖14是可以在有蒸汽分配器的系統(tǒng)和沒有蒸汽分配器的系統(tǒng)中看 到的塔盤20之下的氣流的方向的圖示。箭頭表示系統(tǒng)中的氣流的方向， 并且在圖的上半部中本發(fā)明的蒸汽分配器被描繪成改變氣流。
盡管為了公開本發(fā)明的目的闡述了本發(fā)明的某些優(yōu)選和備選實(shí)施 例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以想到公開實(shí)施例的修改。因此，附屬權(quán)利 要求旨在涵蓋不脫離本發(fā)明的精神和范圍的本發(fā)明的所有實(shí)施例及其 修改。
上述專利、出版物和計(jì)算機(jī)程序被引用于此作為參考。
權(quán)利要求
1、一種用于分離混合蒸汽相的多相蒸汽分配器，所述多相蒸汽分配器位于包括儲倉和入口給送通道的柱內(nèi)，其中所述多相蒸汽分配器在構(gòu)造上為大體環(huán)形并且具有大體垂直中心軸線，所述多相蒸汽分配器至少包括頂部分，底部分，和連接所述頂部分和所述底部分的內(nèi)壁；其中所述底部分包括通向所述儲倉的至少一個(gè)開口，所述內(nèi)壁包括進(jìn)入環(huán)形分配器的內(nèi)部空間的至少一個(gè)開口并且所述頂部分包括進(jìn)入所述柱的上部區(qū)域的至少一個(gè)開口；其中至少一個(gè)室形成于所述柱的外壁，所述多相蒸汽分配器的所述內(nèi)壁，所述頂部分和所述底部分之間，并且其中所述多相蒸汽分配器適于適應(yīng)來自所述給送入口的所述多相蒸汽進(jìn)入所述室。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的多相蒸汽分配器，其中所述內(nèi)壁進(jìn)一步 包括至少一個(gè)擋板，所述擋板從所述多相蒸汽分配器的所述內(nèi)壁垂直 地延伸到所述柱的所述外壁。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多相蒸汽分配器，其中所述多相蒸汽分 配器的所述內(nèi)壁和所述柱的所述外壁之間的距離變化。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多相蒸汽分配器，其中所述內(nèi)壁包括用 于液體和固體材料離開所述分配器的至少一個(gè)開口和用于蒸汽離開所 述分配器的至少一個(gè)開口。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多相蒸汽分配器，其中在所述底部分中 的所述開口是圓錐形的。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多相蒸汽分配器，其中所述多相蒸汽分 配器包括至少兩個(gè)室。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的多相蒸汽分配器，其中每個(gè)所述室適于接收獨(dú)立的入口進(jìn)料。
8、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的多相蒸汽分配器，其中在所述內(nèi)壁中的 用于蒸汽運(yùn)動的所述開口進(jìn)一步包括固定或活動遮板。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多相蒸汽分配器，其中在所述頂部分中 的所述開口進(jìn)一步包括帶高帽的蒸汽煙道。
10、 一種用于質(zhì)量傳遞和/或熱交換柱的多相蒸汽分配器，所述分 配器包括柱，其包括敞口內(nèi)殼并且具有大體垂直的中心軸線；至少 一個(gè)蒸汽入口噴嘴，其延伸通過所述柱殼以用于沿大體圓周方向?qū)⒍?相蒸汽流引導(dǎo)到所述柱內(nèi)的大體環(huán)形多相蒸汽分配器中；所述多相蒸 汽分配器包括從所述蒸汽入口噴嘴向內(nèi)徑向間隔的環(huán)形豎直內(nèi)部偏轉(zhuǎn) 表面和在所述內(nèi)部偏轉(zhuǎn)壁和所述柱殼之間延伸以基本閉合所述分配器 的頂部和底部的頂板和底板；其中所述頂板包括至少一個(gè)開口；所述 底板包括至少一個(gè)開口并且所述內(nèi)壁包括至少一個(gè)開口 。
11、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的多相蒸汽分配器，其中所述偏轉(zhuǎn)表面 被成形并且相對于所述蒸汽入口噴嘴被定位以沿圓周圍繞柱內(nèi)部的外 周邊引導(dǎo)蒸汽流。
12、 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的多相蒸汽分配器，其中所述多相蒸汽 分配器包括擋板，所述擋板從所述偏轉(zhuǎn)壁垂直地突出。
13、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的多相蒸汽分配器，其中所述偏轉(zhuǎn)板與 所述蒸汽入口噴嘴成間隔關(guān)系定位在所述蒸汽分配器中。
14、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的多相蒸汽分配器，其中所述內(nèi)壁開口 包括定位在內(nèi)部偏轉(zhuǎn)壁各處的窗口 。
15、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的多相蒸汽分配器，其中所述頂板開口 包括定位在所述頂板各處的煙道。
16、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的多相蒸汽分配器，其中所述底板開口 包括位于所述底板中的圓錐形出口噴嘴。
17、 一種分離和分配包括蒸汽、液體和固體的多相蒸汽流的方法， 所述方法包括將所述多相蒸汽流給送到柱中，所述柱包括敞口內(nèi)殼并 且具有大體垂直的中心軸線；其中至少一個(gè)蒸汽入口噴嘴延伸通過所述柱殼以沿大體圓周方向?qū)⒍嘞嗾羝饕龑?dǎo)到所述柱內(nèi)的大體環(huán)形多相蒸汽分配器中；其中所述多相蒸汽分配器包括從所述蒸汽入口噴嘴 向內(nèi)徑向間隔的大體環(huán)形豎直內(nèi)部偏轉(zhuǎn)表面和在所述內(nèi)部偏轉(zhuǎn)壁和所 述柱殼之間延伸以基本閉合所述分配器的所述頂部和所述底部的頂板 和底板；其中所述頂板包括至少一個(gè)開口以用于將所述蒸汽的一部分 移動和分配到在所述分配器之上的所述柱的一部分；所述底板包括至少一個(gè)開口以用于將所述固體的一部分和所述液體的一部分移動到在 所述分配器之下的所述柱的一部分，并且所述內(nèi)壁包括至少一個(gè)開口 以用于將所述蒸汽的一部分和所述液體的一部分移動到位于所述分配 器的環(huán)形部分內(nèi)的柱的一部分中。
18、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述偏轉(zhuǎn)表面被成形并且 相對于所述蒸汽入口噴嘴被定位以沿圓周圍繞柱內(nèi)部的外周邊引導(dǎo)所 述蒸汽流。
19、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述偏轉(zhuǎn)板與所述蒸汽入 口噴嘴成間隔關(guān)系定位在所述蒸汽分配器中；其中所述偏轉(zhuǎn)板沿著所 述柱殼的外周邊引導(dǎo)所述多相蒸汽流，直到所述多相蒸汽流到達(dá)后擋 板； 一旦到達(dá)所述后擋板所述蒸汽流停止前向運(yùn)動，導(dǎo)致所述多相蒸 汽流逆向混合和離開所述分配器。
20、 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中在所述內(nèi)部偏轉(zhuǎn)壁中的所 述開口包括窗口 ，所述窗口適于允許所述蒸汽的一部分通過所述窗口 的頂部分離開所述分配器和允許所述液體的一部分通過所述窗口的底部分離開所述分配器。
21、 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其進(jìn)一步包括定位在所述頂板 中的煙道，所述煙道被設(shè)計(jì)成允許所述蒸汽的一部分離開所述分配器。
22、 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其進(jìn)一步包括位于所述蒸汽分 配器的所述底板中的圓錐形出口噴嘴，所述圓錐形出口噴嘴被設(shè)計(jì)成 允許所述液體的一部分和所述固體的一部分離開所述分配器。
23、 一種用于將多相流分離成固體、液體和蒸汽的工藝，所述工藝包括a) 將多相蒸汽流給送到包括蒸汽相分配器的分離柱中；b) 圍繞所述蒸汽相分配器的室徑向移動所述多相蒸汽流直到所述多相蒸汽流接觸所述蒸汽相分配器室的端部；c) 當(dāng)與所述蒸汽相分配器室的所述端部接觸時(shí)逆向混合所述多相 蒸汽相；d) 通過在所述多相分配器的頂板中的至少一個(gè)煙道開口和/或在所 述蒸汽相分配器的所述側(cè)壁中的至少一個(gè)窗口的頂部分從所述分配器去除所述蒸汽相；e) 從在所述分配器的所述側(cè)壁中的至少一個(gè)窗口的底部分和通過在所述分配器的底板中的至少一個(gè)開口去除所述液體相；和f) 通過在所述多相分配器的底板中的開口去除所述固體相。
24、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的多相蒸汽分配器，其中所述內(nèi)部偏轉(zhuǎn) 壁被斜切以減小湍流。
25、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述內(nèi)部偏轉(zhuǎn)壁被斜切以 減小湍流。
26、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的多相蒸汽分配器，其中所述室未被阻 塞或分隔。
27、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述室未被阻塞或分隔。
28、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的多相蒸汽分配器，其中所述內(nèi)部偏轉(zhuǎn) 壁被斜切以減小湍流。
29、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的多相蒸汽分配器，其中所述室未被阻 塞或分隔。
30、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多相蒸汽分配器，其中一個(gè)或多個(gè)所 述開口進(jìn)一歩包括過濾和/或分離元件。
31、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的多相蒸汽分配器，其中一個(gè)或多個(gè)所 述開口進(jìn)一步包括過濾和/或分離元件。
32、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中一個(gè)或多個(gè)所述開口進(jìn)一 歩包括過濾和/或分離元件。
全文摘要
提供了一種帶有多相蒸汽分配器的質(zhì)量和/或熱傳遞柱，所述多相蒸汽分配器圍繞所述柱的內(nèi)周邊分配蒸汽流。
文檔編號B01J10/00GK101479029SQ200780023729
公開日2009年7月8日 申請日期2007年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月1日
發(fā)明者J·A·施蒂皮克, J·M·貢多爾夫, K·J·小費(fèi)維爾, S·A·庫魯克希 申請人:斯通及維布斯特工藝技術(shù)有限公司